【手続補正書】
【提出日】平成16年12月27日(2004.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】          明細書
【発明の名称】      無線通信システムにおいて端末の速度を推定するための方法および装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  下記工程を具備する、無線通信システムにおいて端末の速度を推定するための方法：
端末の位置を決定する；
端末と通信している基地局の位置を決定する；
２以上の衛星の各々の位置を決定する；
前記端末、前記基地局、および前記２以上の衛星の前記決定された位置に基づいて一組の方程式を形成する；および
前記一組の方程式に基づいて端末の速度を推定する。
【請求項２】  各衛星に対する擬似距離の変化の残差率を決定することをさらに具備し、および前記一組の方程式はさらに２以上の衛星に対する前記決定された擬似距離の変化の残差率に基づいて形成される。
【請求項３】  さらに下記を具備する請求項２の方法：
ベースバンド信号を供給するために２以上の衛星の各々から送信された信号を含ませた受信信号をダウンコンバートする；および
各衛星に対してベースバンド信号の周波数誤差を推定する；
各衛星に対する擬似距離の変化の残差率が一部分、その衛星に対する前記推定されたベースバンド信号周波数誤差に基づいて決定される。
【請求項４】  各衛星から送信された信号の周波数におけるドップラーシフトを推定することをさらに具備し、前記各衛星に対する擬似距離の変化の残差率は一部分、前記衛星に対する前記推定されたドップラー周波数シフトに基づいて決定される、請求項３の方法。
【請求項５】  各衛星の搬送波周波数内のオフセットを推定することをさらに具備し、
前記各衛星に対する擬似距離の変化の残差率はさらに一部分前記推定された搬送波周波数オフセットに基づいて決定される、請求項４の方法。
【請求項６】  前記各衛星に対する擬似距離の変化の残差率は
【数１】
2005501219.tif 000001
として決定され、但し
【数２】
2005501219.tif 000002
はｉ番目の衛星に対する擬似距離の変化の残差率であり、
【数３】
2005501219.tif 000003
はｉ番目の衛星に対する前記推定されたベースバンド信号周波数誤差であり、
【数４】
2005501219.tif 000004
は前記ｉ番目の衛星に対する前記推定されたドップラー周波数シフトであり、および
λは前記ｉ番目の衛星からの信号に相関する波長である、請求項４の方法。
【請求項７】  各衛星に対する前記ドップラー周波数シフトは端末の位置において推定される、請求項４の方法。
【請求項８】  前記一組の方程式は
【数５】
2005501219.tif 000005
から構成され、但し、
【数６】
2005501219.tif 000006
は前記２以上の衛星に対する前記決定された擬似距離の変化の残差率のベクトルであり、
Ａは前記端末、前記基地局、および前記２以上の衛星の前記決定された位置に基づいて導き出されるエレメントの行列であり、
【数７】
2005501219.tif 000007
は端末速度のベクトルであり、および
【数８】
2005501219.tif 000008
は雑音ベクトルである、請求項４の方法。
【請求項９】  前記端末の速度は
【数９】
2005501219.tif 000009
として推定され、但し、ＲＮは雑音測定値の分散行列である、請求項８の方法。
【請求項１０】  前記行列Ａは
【数１０】
2005501219.tif 000010
として定義され、但し、
【数１１】
2005501219.tif 000011
はｉ番目の衛星位置から端末位置に向けられた単位ベクトルであり、ｉは２以上の衛星のための指数であり、
【数１２】
2005501219.tif 000012
は端末位置から基地局位置に向けられた単位ベクトルである、請求項８の方法。
【請求項１１】  前記端末の速度は３次元フレームに対して推定される、請求項２の方法。
【請求項１２】  前記３次元フレームはＥＣＥＦ（地球中心、地球固定）フレームに基づく、請求項１１の方法。
【請求項１３】  前記端末の速度は２次元フレームに対して推定される、請求項２の方法。
【請求項１４】  前記２次元フレームはＥＮＵ（東、北、上）フレームに基づく、請求項１３の方法。
【請求項１５】  下記を具備する無線通信システムにおいて端末の速度を推定するための方法：
端末の位置を決定する；
３つ以上の衛星の各々の位置を決定する；
各衛星に対する擬似距離の変化の残差率を決定する；
前記端末および前記３つ以上の衛星の前記決定された位置、および前記３つ以上の衛星に対する前記決定された擬似距離の変化の残差率に基づいて一組の方程式を形成する；および
前記一組の方程式に基づいて前記端末の速度を推定する。
【請求項１６】  ベースバンド信号を供給するために３つ以上の衛星の各々から送信された信号を含ませた受信信号をダウンコンバートする；および
各衛星に対するベースバンド信号の周波数誤差を推定する；を具備し、および
各衛星に対する擬似距離の変化の残差率は一部分前記衛星に対する前記推定されたベースバンド信号周波数誤差に基づいて決定される、請求項１５の方法。
【請求項１７】  各衛星から送信された前記信号の前記周波数内のドップラーシフトを推定する；および
前記各衛星に対する擬似距離の変化の残差率はさらに一部分、前記衛星に対する前記推定されたドップラー周波数シフトに基づいて決定される、請求項１６の方法。
【請求項１８】  前記端末の速度は３次元フレームに対して推定される、請求項１５の方法。
【請求項１９】  前記端末の速度は２次元フレームに対して推定される、請求項１５の方法。
【請求項２０】  下記を具備する、無線通信システムにおいて端末の速度を推定するためのコンピュータプログラムプロダクト：
端末の位置、前記端末と通信している基地局の位置、および２以上の衛星の各々の位置を受信するためのコード；
前記端末、前記基地局、および前記２以上の衛星の前記受信した位置に基づいて一組の方程式を形成するためのコード；
前記一組の方程式に基づいて前記端末の速度を推定するためのコード；および
前記コードを記憶するように構成されたデータ記憶媒体。
【請求項２１】  下記を具備する端末：
ベースバンド信号を供給するために、２以上の衛星の各々から送信された信号を含ませた受信信号をダウンコンバートするように構成された受信器；
各衛星に対する前記ベースバンド信号の周波数誤差を推定するように構成された復調器；および
一部分、前記衛星に対する前記推定されたベースバンド信号周波数誤差に基づいて各衛星に対する擬似距離の変化の残差率を決定し、
前記端末、基地局、および前記２以上の衛星の前記決定された位置に基づいて一組の方程式を形成し、および
前記一組の方程式に基づいて前記端末の速度を推定するように動作するコントローラ。
【請求項２２】  各衛星に対する前記擬似距離の変化の残差率はさらに一部分、前記衛星に対する推定されたドップラー周波数シフトに基づいて決定される、請求項２１の端末。
【請求項２３】  下記を具備する装置：
ベースバンド信号を供給するために、２以上の衛星の各々から送信された信号を含ませた受信信号をダウンコンバートする手段；
各衛星に対して前記ベースバンド信号の周波数誤差を推定する手段；および
一部分、前記衛星に対する前記推定されたベースバンド信号周波数誤差に基づいて各衛星に対して擬似距離の変化の残差率を決定し、前記端末、基地局、および前記２以上の衛星の前記決定された位置に基づいて一組の方程式を形成し、および前記一組の方程式に基づいて前記端末の速度を推定する手段。
【請求項２４】  下記を具備する、無線通信システムにおいて端末の速度を決定するための方法：
端末において局部発振器のオフセットを決定する；
第１の送信器から端末において受信した第１の信号の周波数における第１のドップラーシフトを推定する；
第２の送信器から端末において受信した第２の信号の周波数における第２のドップラーシフトを推定する；
第３の送信器から端末において受信した第３の信号の周波数における第３のドップラーシフトを推定する；および
前記局部発振器のオフセットおよび前記第１、第２、および第３のドップラー周波数シフトの推定に基づいて前記端末の前記速度を決定する。
【請求項２５】  前記第１、第２、および第３のドップラー周波数シフトの前記推定は無線通信システム内の基地局により供給される、請求項２４の方法。
【請求項２６】  それぞれ、前記第１、第２および第３の信号から前記第１、第２、および第３のドップラー周波数シフトの前記推定を除去することをさらに具備する、請求項２４の方法。
【請求項２７】  前記局部発振器オフセットを決定する工程は、
高速フーリエ変換（ＦＦＴ）に基づいてコヒーレント積分を実行し、ＦＦＴ結果を供給することを含む、請求項２４の方法。
【請求項２８】  前記局部発振器オフセットを決定する工程はさらに、非コヒーレントにＦＦＴ結果を積分することを含む、請求項２７の方法。
【請求項２９】  非コヒーレントに積分する工程はＦＦＴ結果を２乗し累積する工程を含む、請求項２８の方法。
【請求項３０】  非コヒーレントに積分した結果を複数の周波数ビンに分類することをさらに具備する、請求項２９の方法。
【請求項３１】  非コヒーレントに積分したＦＦＴ結果を逆拡散することをさらに具備する、請求項２８の方法。
【請求項３２】  前記逆拡散は、前記ＦＦＴ結果を、複数のＰＮ位相において擬似ランダム雑音（ＰＮ）系列と相関させることを含む、請求項３１の方法。
【請求項３３】  各送信器に対して最大相関値に関連するＰＮ位相を識別することをさらに具備する、請求項３２の方法。
【請求項３４】  各送信器に対して、最大相関値を有したＦＦＴビンに対応する周波数オフセットを識別することをさらに具備する、請求項３３の方法。
【請求項３５】  前記識別したＰＮ位相に基づいて各送信器に対して擬似距離測定値を導出する；および
前記識別した周波数オフセットに基づいて擬似距離における変化の残差率を導出することをさらに具備する、請求項３４の方法。
【請求項３６】  前記第１、第２、および第３送信器に対する擬似距離に基づいて前記端末の位置を決定することをさらに具備する、請求項３５の方法。
【請求項３７】  各送信器に対する前記擬似距離の変化の残差率は、前記送信器に対する前記識別された周波数オフセットを、前記送信器からの信号に対する波長と乗算することにより決定される、請求項３６の方法。
【請求項３８】  前記端末の推定された位置および前記送信器の推定された位置に基づいて前記端末の速度を推定することをさらに具備する、請求項３７の方法。
【請求項３９】  下記を具備する、無線通信システムにおいて端末の速度を推定するための装置：
端末において局部発振器のオフセットを決定する手段；
前記局部発振器のオフセットを、第１の衛星に関連する第１の方程式、第２の衛星に関する第２の方程式、および第３の衛星に関する第３の方程式に印加する手段；および
前記第１、第２、および第３方程式を同時に解き、前記端末の前記速度の推定を供給する手段。
【請求項４０】  下記を具備する無線通信システムにおける端末：
前記端末において局部発振器のオフセットを決定する手段；
第１の送信器から前記端末において受信した第１の信号の周波数内の第１のドップラーシフトを推定する手段；
第２の送信器から前記端末において受信した第２の信号の周波数内の第２のドップラーシフトを推定する手段；
第３の送信器から前記端末において受信した第３の信号の周波数内の第３のドップラーシフトを推定する手段；および
前記局部発振器のオフセットおよび前記第１、第２、および第３ドップラー周波数シフトの推定に基づいて前記端末の前記速度を推定する手段。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
［１００１］この発明は一般に無線通信システムに関し、特に無線通信システムにおける端末の速度を推定するための技術に関する。
【０００２】
【関連出願の記載】
［１００２］端末の所在を確認する一般的な手段は、周知の場所において複数のソースから送信された信号が端末に到達するのに必要な時間量を決定することである。周知の場所の複数の送信器から信号を供給する１つのシステムは、良く知られた全地球測位システム（ＧＰＳ）である。ＧＰＳシステムの衛星はＧＰＳ基本計画に従って正確な軌道に配置される。ＧＰＳ衛星の位置は衛星自身により送信される異なる情報セット（暦および天文暦と呼ばれる）によって識別可能である。既知の地球に基づく位置において、送信器（すなわち基地局）から信号を供給する他のシステムは無線（セルラ）通信システムである。
【０００３】
［１００３］衛星および／または基地局からの信号を用いて端末の位置を推定してもよい。これらの送信器から送信された信号を受信し処理することにより、信号が送信器から端末に移動するのに必要な時間量を推定してもよく、送信器と端末との間の距離（または範囲）を計算するために使用してもよい。信号自体は、さらに送信器の位置を示す情報を含む。周知の場所において、３つ以上の送信器までの距離を正確に決定することにより、端末の位置を三辺測量を用いて決定してもよい。
【０００４】
［１００４］ある事例およびあるアプリケーションの場合、端末の速度も確認する必要がある。速度を推定する１つの簡単な技術において、一連の地点標定端末に対して決定され、その速度を推定するために使用される。しかしながら、この技術はいくつかの欠点を有している。１つの欠点は、速度を推定するための地点標定の使用に関する。地点標定が短期間で決定されるなら、地点標定内の小さな誤差が速度推定の大きな誤差を生じる。しかしながら、地点標定がより長い時間期間で決定されるなら、地点標定は、瞬時速度の代わりに端末の平均速度をより正確に示すことができる。
【０００５】
［１００５］第２の欠点は、端末における共有リソースに関連する。多くの端末設計において、音声通信および／またはデータ通信のために使用されるエレメントのいくつかまたは全てが，位置決定のためにも使用される。これらの端末設計は一般に共有エレメントが通信および位置決定の両方に対して同時に使用することを許容しない。従って、位置が決定されている間、通信は一般に禁止され、逆も同様である。従って、いくつかの連続する地点標定を得ることは、端末が拡張された時間期間ＧＰＳモードに留まることを要求し、再三に渡り通信を中断することを要求するであろう。
【０００６】
［１００６］それゆえ、無線通信システムにおいて、端末の速度を高率的にかつ正確に推定するための技術の必要性が技術的にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
［１００７］この発明の観点は、無線通信システムにおいて端末の速度を推定する技術を提供する。端末による移動は端末において受信される各送信された信号の周波数におけるドップラーシフトを生じる。このドップラー周波数シフトは端末の速度に関連する。これは、多数の衛星に対して（端末において受信される）送信された信号に周波数誤差のセットを供給するために受信された信号を処理することにより正確に推定することができる。さらに、種々のシナリオが以下に詳細に記載される。そして、端末の速度は（１）基地局と衛星の両方からの信号に基づいてまたは衛星からの信号のみに基づいておよび（２）３次元（例えば、地球中心、地球固定）フレームまたは２次元（例えば東、北）フレームに対して推定してもよい。
【０００８】
［１００８］この発明の特定の実施の形態は、無線通信システムにおいて端末の速度を推定するための方法を提供する。この方法に従って、端末、基地局、２以上の衛星の各々の位置が最初に決定される。擬似距離の変化の見逃し誤り率も各衛星に対して決定してよい。従って、一組の方程式が、端末、基地局および衛星の決定された位置に基づいて、および衛星に対する擬似距離の変化の決定された残差率に基づいて形成される。その後、端末の速度は一組の方程式に基づいて推定してもよい。
【０００９】
［１００９］衛星に対する擬似距離の変化の残差率を決定するために、（衛星から送信された信号を含む）受信された信号は最初にダウンコンバートされ、ベースバンド信号を供給する。次に、ベースバンドの周波数誤差が各衛星に対して決定される。各衛星からの信号の周波数におけるドップラーシフトも推定される。次に、各衛星に対する擬似距離の変化の残差率がその衛星のための推定されたベースバンド周波数誤差およびドップラー周波数シフトに基づいて決定される。
【００１０】
［１０１０］あるシナリオの場合、端末の速度は基地局を使用せずに推定してもよい。この場合、擬似距離の変化の残差率は３つ以上の衛星に対して決定され、受信した信号をダウンコンバートするために使用される発振器の周波数誤差は、さらなる衛星測定を用いるために解決することができるさらなる未知数になる。速度推定技術はさらに以下に詳細に記載される。
【００１１】
［１０１１］この発明は、さらに以下に詳細に記載するように、この発明の種々の観点、実施の形態、および特徴を実現する他の方法、コンピュータプログラムプロダクト、受信器装置、端末、および装置およびエレメントを提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
［１０１２］この発明の特徴、性質、および利点は全体にわたって、同一部に同符号を付した図面とともに、以下に述べる詳細な記載からより明らかになるであろう。
【００１３】
［１０１６］図１はこの発明の種々の観点および実施の形態が実現可能なシステムの簡単化された図である。位置と速度が確認されるべき端末は、無線通信システム基地局１２０ａおよび１０２ｂおよび／または全地球測位システム（ＧＰＳ）の衛星１３０ａ，１３０ｂおよび１３０ｃであってよい多数の送信器から送信された信号を受信する。一般に、周知であるまたは確認することができる位置を有する何らかのタイプの送信器を用いて位置と速度を推定してよい。
【００１４】
［１０１７］端末１１０は基準時間に対して送信された信号の到着時刻を決定することができる何らかの装置であってよい。一実施の形態において、端末１１０は多数の送信器から信号を受信することができる携帯電話である。他の実施の形態において、端末１１０は、無線モデムを持つ電子装置（例えば、コンピュータ端末、パーソナルデジタルアシスタンス（ＰＤＡ）等）、スダンドアローンＧＰＳ受信器、衛星および／または基地局１２０ａおよび１０２ｂから信号を受信することのできる受信器、または他の種類の受信器であってよい。
【００１５】
［１０１８］端末１１０の位置と速度は端末において受信した信号（例えばＧＰＳ衛星１３０ａ，１３０ｂおよび１３０ｃおよび／または基地局から送信された信号のような）および信号が発せられた送信器の位置に基づいて推定してよい。端末１１０の位置と速度は、端末１１０、無線通信システムにおける位置決定機器（ＰＤＥ）１４０、基地局またはその他の実在物により推定してよい。位置と速度の推定を実行する実在物には、必要な情報（例えば、関連する測定および送信器の位置またはこれらの位置を決定するための手段）が供給される。
【００１６】
［１０１９］ＧＰＳ衛星１３０ａ，１３０ｂおよび１３０ｃの位置は衛星により送信される信号を処理することにより確認するようにしてもよい。各衛星は「暦」情報を送信する。暦情報は星座内のすべての衛星の粗い位置に関する情報を含む。各衛星はさらに「天文暦」情報を送信する。天文暦情報は、地上の追跡ステーションにより追跡され報告されるように、より精度の高いバージョンの独自の軌道を含む。基地局１２０ａおよび１０２ｂの位置もまた、その端末１１０に対して位置と速度の推定を実行している実在物に（例えばメッセージを介して）知らせしめてもよい。例えば、端末１１０は基地局１２０ａおよび１０２ｂおよび／または衛星１３０ａ，１３０ｂおよび１３０ｃの位置のデータベースを含むようにしてもよく、またはこれらの位置はＰＤＥまたは基地局により供給されるようにしてもよい。もう一つの方法として、基地局またはＰＤＥは端末に対して位置と速度の推定を行い、衛星１３０ａ，１３０ｂおよび１３０ｃおよび／または基地局の位置のための情報を持つようにしてもよい。衛星１３０ａ，１３０ｂおよび１３０ｃおよび／または基地局１２０ａおよび１０２ｂのための位置情報はメッセージを介して送信してもよい。
【００１７】
［１０２０］ＧＰＳ衛星１３０ａ，１３０ｂおよび１３０ｃと基地局１２０ａおよび１０２ｂは、端末のロケーションを推定するための基準点として使用してもよい。周知の位置における３つの衛星までの距離を正確に測定することにより、三辺測量を用いて端末の位置を決定することができる。端末は、信号が送信器から端末に移動するのに必要な時間を測定することにより各送信器までの距離を推定することができる。信号が送信器から送信される時刻が周知であれば（例えば信号にスタンプされている）、信号が、（内部クロックに基づいて）端末において受信された時刻を観察することにより、信号の移動時間を決定することができる。しかしながら、一般的に、送信と受信の間の時間量は、送信器と端末におけるクロック間のオフセットのために正確に決定することができない。従って、基準時刻と信号が受信された時刻との間の差分に基づいて「擬似距離」が一般的に得られる。
【００１８】
［１０２１］図２は位置と速度を推定するために端末１１０ａにより実行される処理のいくつかの実施の形態のブロック図である。基地局１２０ａおよび１０２ｂおよび／または衛星１３０ａ，１３０ｂおよび１３０ｃにより送信される信号は最初にアンテナ２１２により受信され増幅器／フィルタブロック２１４に供給される。増幅器／フィルタブロック２１４は受信した信号を条件づけ（例えば濾波し増幅する）し、条件づけされた無線周波数（ＲＦ）信号を供給する。次に、ミクサ２１６は、発振器２１８により供給される局部発振器（ＬＯ）を用いてＲＦ信号をベースバンドにダウンコンバートする。ベースバンド信号はさらに、増幅器／フィルタブロック２２０により増幅され、濾波され、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）２２２により２値化され（複素数）データサンプルを供給する。
【００１９】
［１０２２］一般的な受信器の設計において、１段以上の増幅器、フィルタ、ミクサ等があってよい。例えば、受信した信号は最初に第１ＬＯ信号を用いて中間周波数（ＩＦ）にダウンコンバートし、その後第２ＬＯ信号を用いてベースバンドに（直交）ダウンコンバートしてもよい。簡単のために、これらの種々の信号条件づけ段は図２に示すブロックにひとまとめにされる。例えば、ミクサ２１６は１つまたは複数のダウンコンバージョン段（例えばＲＦからＩＦにダウンコンバートし、そして、ＩＦからベースバンドにダウンコンバートする）を表してもよい。
【００２０】
［１０２３］図２に示す実施の形態において、データサンプルは、信号発生器２２６により供給される搬送波信号を用いてデータサンプルの中心周波数に変換する回転装置(rotator)２２４に供給される。回転装置２２４はデータサンプルを搬送波信号と乗算し、回転されたデータサンプルを供給する複素デジタル乗算器として実現してもよい。次に、復調器２２８は回転されたデータサンプルを受信し、さらに処理し、種々の種類の情報（例えば、以下に述べるように周波数およびタイミング情報）を供給し、および次の復号器２３０のために復調されたデータをさらに供給するようにしてもよい。
【００２１】
［１０２４］コントローラ２４０は復調器２２８から周波数およびタイミング情報を受信し、さらに制御信号を発振器２１８および／または信号発生器２２６に供給する。これらの制御信号を用いてミクサ２１６に供給されるＬＯ信号の周波数および回転装置２２４に供給される搬送波信号の周波数を設定または調整してもよい。
【００２２】
［１０２５］端末の速度は、公称搬送波周波数に対する（端末において受信された）送信された信号の搬送波周波数におけるオフセットに基づいて推定するようにしてもよい。各衛星は地球に対して固定であるフレームに対して速度ベクトル
【数１３】
2005501219.tif 000013
を有して移動し、そして端末もこのフレームに対して、速度ベクトル
【数１４】
2005501219.tif 000014
を有して移動する。各衛星はｆＣｓａｔ，ｉの搬送波周波数を用いて信号を送信し、この信号は
【数１５】
2005501219.tif 000015
の周波数を用いて端末において受信される。信号の受信周波数は
【数１６】
2005501219.tif 000016
として表してもよい。
【００２３】
但し、
【数１７】
2005501219.tif 000017
はｉ番目の衛星から送信された信号の周波数であり、
【数１８】
2005501219.tif 000018
は衛星による移動により（端末において観察される）ｉ番目の衛星の搬送波周波数におけるドップラーシフトであり（
【数１９】
2005501219.tif 000019
は衛星の速度に関連する）。
【００２４】
【数２０】
2005501219.tif 000020
は端末による移動により（端末において観察される）ｉ番目の衛星の搬送波周波数におけるドップラーシフトであり（
【数２１】
2005501219.tif 000021
は端末の速度に関連する）、および
【数２２】
2005501219.tif 000022
は端末において受信されたｉ番目の衛星の送信された信号の周波数である。
【００２５】
［１０２６］図２に示すように、受信した信号ｆRsat,iは、
【数２３】
2005501219.tif 000023
の周波数を有するＬＯ信号を用いてミクサ２１６によりダウンコンバートされる。ｉ番目の衛星により送信された信号ｆCsat,iの周波数は、公称周波数
【数２４】
2005501219.tif 000024
に対して公称搬送波周波数
【数２５】
2005501219.tif 000025
プラスオフセット（またはエラー）
【数２６】
2005501219.tif 000026
に等しいものとして表してもよく、端末の発振器の周波数
【数２７】
2005501219.tif 000027
は公称周波数
【数２８】
2005501219.tif 000028
に対して、公称搬送波周波数
【数２９】
2005501219.tif 000029
プラスオフセット
【数３０】
2005501219.tif 000030
に等しいものとして表現してもよい。この場合式（１）は以下のように表すことができる。
【００２６】
【数３１】
2005501219.tif 000031
［１０２７］ミクサ２１６によるダウンコンバージョンの後、ｉ番目の衛星のベースバンド信号は
【数３２】
2005501219.tif 000032
の周波数誤差（０Ｈｚから）を有する。これは、
【数３３】
2005501219.tif 000033
として表すことができる。
【００２７】
［１０２８］以下に、さらに詳細に記載するように、端末１１０の速度は端末１１０による移動による受信した信号内のドップラー周波数シフト
【数３４】
2005501219.tif 000034
に関連する。端末のドップラー周波数シフトｆVter,iを決定するために、式（３）における他の項
【数３５】
2005501219.tif 000035
、
【数３６】
2005501219.tif 000036
、
【数３７】
2005501219.tif 000037
は推定され、取り除かれるかまたは説明されるようにしてもよい。
【００２８】
［１０２９］一実施の形態において、衛星による移動による受信した信号内のドップラー周波数シフト
【数３８】
2005501219.tif 000038
は（例えば補助する実在物によって）推定される（そして端末または端末の速度と位置を推定するために計算を実行する他の実在物に供給される）。補助する実在物は衛星を追跡し、衛星の速度とドップラー周波数シフトを推定するための能力を持つ基地局であってよい。
【００２９】
［１０３０］地球上の特定の基準位置（例えば基地局の位置または端末の位置）に関連する衛星の速度ＶSiは一般に衛星の天文暦情報を用いて正確に決定することができる。この特定の基準位置の精度は、衛星のドップラー周波数シフトの値に穏やかに影響を与えるのみである。例えば、基準位置における１キロメートルの誤差は衛星のドップラー周波数シフトに１ヘルツ未満の誤差を導入する。この場合、衛星のドップラー周波数シフトは最初に基地局の位置において推定してもよい。端末が基地局の１０ｋｍ内に位置するなら、基地局において推定された衛星のドップラー周波数シフトは端末において１０Ｈｚ未満の誤差を有するであろう。これは多くのアプリケーションにとって受け入れ可能である。端末の位置が、技術的に知られている何らかの数の位置決定技術に基づいて推定されると、その後衛星のドップラー周波数シフトは（基地局の位置の代わりに）端末の位置においてより正確に推定するようにしてもよい。ドップラー周波数シフトは端末の速度を推定するために使用される各衛星に対して推定するようにしてもよい。
【００３０】
［１０３１］ベースバンド周波数誤差
【数３９】
2005501219.tif 000039
を推定して以下にさらに詳細に記載するような方法で端末の速度を推定するために使用してもよい。一実施の形態において、ベースバンド周波数誤差
【数４０】
2005501219.tif 000040
は送信器からの信号の周波数を獲得して追跡するために使用される周波数制御ループに基づいて推定するようにしてもよい。（周波数制御ループにより追跡された）信号の受信した周波数を信号の公称搬送波周波数から減算し、その送信器に対するベースバンド周波数誤差
【数４１】
2005501219.tif 000041
を供給するようにしてもよい。各送信器からの信号を獲得し、追跡するために１つの周波数制御ループを使用することができる。
【００３１】
［１０３２］他の実施の形態において、ベースバンド周波数誤差
【数４２】
2005501219.tif 000042
はデータサンプルに信号処理を実行することにより推定される。機能強化された緊急９１１（Ｅ−９１１）サービスのために米国連邦通信委員会により命令された要件を満足するために、端末は異なる環境（例えば、密集した市街地および屋内）で、および低信号対雑音プラス干渉比（ＳＮＲｓ）で作動する必要がある。これを達成するために、雑音が存在する場合に信号を検出するために、受信した信号の長期間のコヒーレントな集積が必要である。そして、重大な損失を受けずにより長く信号を集積するために、周波数誤差をできるだけ小さくするように、端末において受信した、送信された信号の周波数をより良く推定する必要がある。周波数誤差は衛星のドップラー周波数シフトおよびキャリア周波数オフセットを推定し、除去することにより低減することができる。
【００３２】
［１０３３］一実施の形態において、衛星の搬送波周波数
【数４３】
2005501219.tif 000043
は衛星により送信される天文暦情報に基づいて推定される。推定された衛星搬送波周波数オフセット
【数４４】
2005501219.tif 000044
は衛星のドップラー周波数シフト
【数４５】
2005501219.tif 000045
の初期推定と結合して端末１１０に供給してもよい。
【００３３】
［１０３４］端末１１０は、（例えば基地局の位置に対して決定された）衛星ドップラー周波数シフト
【数４６】
2005501219.tif 000046
および推定された衛星の搬送波周波数オフセット
【数４７】
2005501219.tif 000047
の初期推定を受信し（または恐らく導き出し）、回転装置の搬送波信号の周波数をこの周波数（すなわち、
【数４８】
2005501219.tif 000048
）に設定する。回転装置２２４による、搬送波信号を有したデータサンプルのデジタル回転の後、回転されたデータサンプルは
【数４９】
2005501219.tif 000049
の周波数誤差を有し、以下のように表すことができる。
【００３４】
【数５０】
2005501219.tif 000050
ただし、
【数５１】
2005501219.tif 000051
はｉ番目のドップラー周波数シフト（すなわち、
【数５２】
2005501219.tif 000052
）の初期推定における誤差であり、
【数５３】
2005501219.tif 000053
はｉ番目の衛星の搬送波オフセット（すなわち、
【数５４】
2005501219.tif 000054
）の推定における誤差である。
【００３５】
［１０３５］周波数誤差
【数５５】
2005501219.tif 000055
は一般に式（４）の合計の各構成要素の推定された範囲に基づいて推定できる範囲内に収まる。衛星のドップラー周波数シフト
【数５６】
2005501219.tif 000056
は一般に±５ｋＨｚのオーダーであるが、衛星のドップラー周波数シフト
【数５７】
2005501219.tif 000057
の初期推定における誤差は一般に数十ヘルツのオーダーである。端末のドップラー周波数シフト
【数５８】
2005501219.tif 000058
は合理的な乗り物の速度に対して±２００ヘルツ内にあり、衛星の搬送波周波数オフセット
【数５９】
2005501219.tif 000059
の推定における誤差は無視できる。端末の搬送波周波数オフセット
【数６０】
2005501219.tif 000060
は種々の因子に依存する。しかしながら、端末の発振器が基地局の搬送波周波数にロックし、次に、基地局が非常に正確な周波数ベースを有するなら、この期間は、
【数６１】
2005501219.tif 000061
と同じ範囲を有するであろう。それゆえ、これらの環境下において、回転されたデータサンプルの周波数誤差
【数６２】
2005501219.tif 000062
は±５００ヘルツ内になるであろう。
【００３６】
［１０３６］一実施の形態において、回転されたデータサンプルの周波数誤差
【数６３】
2005501219.tif 000063
は（１）粗い周波数選択、（２）符号位相選択、および（３）細かい周波数選択を実行することにより推定するようにしてもよい。粗い周波数選択は、
【数６４】
2005501219.tif 000064
ができるだけ小さくなるように、端末の搬送波周波数誤差の粗い推定を提供し、さらにデータサンプルから、衛星のドップラー周波数シフトの初期推定を除去する。符号位相選択は、端末において受信された各送信された信号のタイミングを決定する。このタイミングはその後、送信器までの擬似距離を推定するために使用してもよい。そして、細かい周波数選択は、回転装置の周波数誤差
【数６５】
2005501219.tif 000065
を推定する。他の処理の順番または他の方式を用いて必要なタイミングと周波数誤差情報を導き出してもよく、これはこの発明の範囲内である。
【００３７】
［１０３７］符号位相サーチの場合、受信した信号が処理され、端末の位置と速度を推定するために使用される各送信された信号に対してタイミングが決定される。送信された信号は、拡散符号で拡散可能なデータを含んでいるので、ベースバンド周波数誤差
【数６６】
2005501219.tif 000066
は純粋でないトーンである。この拡散符号は一般に、ＧＰＳ衛星に使用されるゴールドＰＮ符号のような擬似ランダム雑音（ＰＮ）系列である。送信された信号のタイミングは、回転されたデータサンプルを、送信器において使用されたのと同じ拡散系列と相関させることにより端末において推定するようにしてもよい。
【００３８】
［１０３８］特に、回転されたデータサンプルは種々のオフセット（または位相）で局部的に発生されたＰＮ系列と相関される。各ＰＮ位相は送信された信号のタイミングに対する仮説に対応する。各仮説に対して、短いセグメントのデータサンプル（すなわち、ベースバンド周波数誤差に対して短い）をその仮説に対するＰＮ系列に相関させてもよい。そして、複数のセグメントに対する相関結果が（非干渉的に）累積され、その仮説に対する相関結果を供給する。衛星ドップラー周波数シフトを除去することにより、回転されたデータサンプル内の周波数誤差が低減され、信号検出を改良するために、コヒーレント積分のためにより長い積分時間（すなわち、より長いセグメント）を使用するようにしてもよい。相関からのより高いエネルギーも、ベースバンド信号からデータを抽出するための復調を容易にする。
【００３９】
［１０３９］細かい周波数サーチフェーズ(phase)の場合、コヒーレント積分および非コヒーレント積分を用いた相関に対して仮説が検証され、種々の周波数オフセットにおけるエネルギー量が決定される。コヒーレント積分は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）またはその他の回転および累積相関技術に基づいて実行してもよい。特に、回転されたデータサンプルは、再生される特定の送信された信号に相関するＰＮ符号を用いて符号化される局部的に発生された系列と相関させるようにしてもよい。この相関はＮＦＦＴ相関値のベクトルを供給するためにＮＦＦＴセグメントに対して実行するようにしてもよい。次に、相関値のベクトルについて、ＮＦＦＴ点ＦＦＴが実行される。ＦＦＴからの出力はどの程度強くデータサンプルが局部的に発生された系列と相関しているかを示す。さらに、ピーク相関値を生じる特定の周波数ビンは、処理中の衛星（すなわち、局部的に発生された系列が符号化されたＰＮ符号に相関する衛星）から受信した信号からの、局部的に発生された系列の周波数におけるオフセットを示す。最高のエネルギーを有する周波数ビンは最良の周波数および符号位相仮説を生じる（すなわち、この周波数ビンは回転されたデータサンプルにおける周波数誤差
【数６７】
2005501219.tif 000067
の最良の推定である）。
【００４０】
［１０４０］周波数サーチフェーズは、回転されたデータサンプルの周波数誤差
【数６８】
2005501219.tif 000068
の推定を与える。これは以下のように表すことができる。
【００４１】
【数６９】
2005501219.tif 000069
従って、ベースバンド周波数誤差は、（１）衛星ドップラー周波数シフト（これは基地局の位置において決定されていたかもしれない）
【数７０】
2005501219.tif 000070
の初期推定および（２）推定された衛星搬送波周波数オフセット
【数７１】
2005501219.tif 000071
を回転されたデータサンプルの推定された周波数誤差
【数７２】
2005501219.tif 000072
で加算することにより推定できる。
【００４２】
これは以下のように表すことができる。
【００４３】
【数７３】
2005501219.tif 000073
但し、
【数７４】
2005501219.tif 000074
は推定されるベースバンド周波数誤差である。式（６）において、
【数７５】
2005501219.tif 000075
は端末により推定してもよい。
【００４４】
【数７６】
2005501219.tif 000076
は（一度決定した）端末の位置に対して成功裏にそしてより正確に推定してもよい。
【００４５】
【数７７】
2005501219.tif 000077
は、端末の速度に関連した未知数である。
【００４６】
【数７８】
2005501219.tif 000078
は、推定され、説明してもよい。
【００４７】
【数７９】
2005501219.tif 000079
もまた解かれるべき未知数であってよい。
【００４８】
［１０４１］上に示したように、ベースバンド周波数誤差は周波数制御およびトラッキングループを使用せずに推定するようにしてもよい。この場合、ベースバンド周波数誤差は、多数のＰＮ位相仮説および多数の周波数ビンに対して相関させることにより推定するようにしてもよい。周波数ビンのサイズはコヒーレント積分期間にリンクしている。より長いコヒーレント積分期間は積分損失を低減するためにより小さな周波数ビンサイズを必要とし、それゆえ、より高い精度を生じる。
【００４９】
［１０４２］端末の発振器が基地局の搬送波周波数に従属されロックされるなら、そして、通信システムの周波数ベースは（１）正確であり（ＧＰＳシステムまたは非常に正確なクロックから派生する）（２）安定しているが、（正確なソースに対して測定された）ある周知の量だけずれているなら、端末の発振器周波数オフセット
【数８０】
2005501219.tif 000080
の未知の部分は基地局に対する端末の移動によるドップラー周波数シフトに対応する。
【００５０】
［１０４３］端末の速度
【数８１】
2005501219.tif 000081
は以下のように推定されたベースバンド周波数誤差
【数８２】
2005501219.tif 000082
に基づいて推定してもよい。最初に、端末の速度および位置を推定するために使用される送信器（すなわち、各衛星および／または各基地局）までの擬似距離測定値は（例えば、符号位相サーチからのＰＮオフセットにより識別される）送信器により送信される信号の到着時刻に基づいて決定してもよい。従って、端末の位置は送信器までの擬似距離および送信器の位置を用いて推定してもよい。位置決定は技術的に知られている種々の技術を用いて実行してもよい。
【００５１】
［１０４４］従って、擬似距離の変換の残差率は式（６）に示す推定されたベースバンド周波数誤差に基づいて導き出してもよい。このベースバンド周波数誤差を推定するために、各送信器（例えば各衛星）の移動によるドップラー周波数シフトは最初に（例えば基地局の位置において）推定してよく端末（またはＰＤＥまたはその他の実在物）に供給してよい。従って、ベースバンド周波数誤差は、位置と速度の推定のために使用するように各送信器（例えば各衛星）に対して上述した方法で推定するようにしてもよい。上述した実施の形態について、ベースバンド周波数誤差は回転されたデータサンプルの周波数誤差を決定し、送信器のドップラー周波数シフトの初期推定値を加算することにより推定するようにしてもよい。各送信器に対して、ベースバンド周波数誤差推定値
【数８３】
2005501219.tif 000083
は式（６）に示すように表してもよく、これは
【数８４】
2005501219.tif 000084
であり、ｉは送信器のための指数（すなわちｉ＝１，２，・・・）である。
【００５２】
［１０４５］（例えばｘ、ｙおよびｚ平面における）端末の速度
【数８５】
2005501219.tif 000085
および端末搬送波周波数誤差
【数８６】
2005501219.tif 000086
は解かれるべき未知数である。これらの未知数を解くために、各送信器に対するベースバンド周波数誤差推定
【数８７】
2005501219.tif 000087
は、公称搬送波周波数
【数８８】
2005501219.tif 000088
（または端末または衛星発振器の周波数）に対して波長、λを乗算することにより速度（メートル／秒）に変換してもよい。衛星位置が周知であり、端末位置が上述のように決定されると仮定すると、未知数は以下のように表すことができる。
【００５３】
【数８９】
2005501219.tif 000089
但し、
【数９０】
2005501219.tif 000090
は（例えば端末の位置において決定された）衛星ドップラー周波数シフトの修正された（そして一般的にはより正確な）推定値であり、
【数９１】
2005501219.tif 000091
は端末の速度ベクトル（解かれるべき未知数）であり、そして
【数９２】
2005501219.tif 000092
は（衛星および端末の周知の座標から決定された）端末から衛星までの単位ベクトルである。式（７）および（８）から、端末の速度は以下のように表すことができる。
【００５４】
【数９３】
2005501219.tif 000093
［１０４６］（衛星の移動および搬送波周波数オフセットの影響が推定され除去された後）ｉ番目の衛星に対する擬似距離の変化の残差率は以下のように表すことができる。
【００５５】
【数９４】
2005501219.tif 000094
擬似距離の変化の残差率
【数９５】
2005501219.tif 000095
は（１）推定されたベースバンド周波数誤差
【数９６】
2005501219.tif 000096
（２）衛星ドップラー周波数シフト
【数９７】
2005501219.tif 000097
の修正された推定値、（３）衛星搬送波周波数オフセットの推定値
【数９８】
2005501219.tif 000098
および（４）発振器の周波数、λの波長に基づいて各衛星に対して決定するようにしてもよい。式（８）および（１０）も、衛星に対する擬似距離の変化の残差率が端末ドップラー周波数シフト
【数９９】
2005501219.tif 000099
および端末搬送波周波数誤差
【数１００】
2005501219.tif 000100
によることを示す。
【００５６】
［１０４７］式（１０）を用いて、種々のシナリオに対する端末の速度
【数１０１】
2005501219.tif 000101
を推定してもよい。例えば衛星と基地局両方からの信号が位置と速度の推定のために使用されるとき、または衛星からの信号のみが位置と速度の推定のために使用されるとき、式（１０）を使用してもよい。また、式（１０）は何らかの座標フレームおよび次元数に適用してもよい。これらのシナリオのいくつかは以下に詳細に記載される。
【００５７】
衛星と単一基地局を有した端末に対する３Ｄ速度推定
［１０４８］サービスしている基地局から送信された信号の搬送波周波数が公称搬送波周波数に等しいなら（または搬送波周波数のなんらかのオフセットが周知であり、調節または説明することができるなら）、端末における発振器の周波数誤差
【数１０２】
2005501219.tif 000102
はサービスしている基地局に対する端末の移動によるであろう。この場合、端末搬送波周波数誤差は独立未知数として取り扱う必要はないであろうが、端末速度の関数であろう。それゆえ、速度推定における未知数の１つを消去することができ、必要な測定の数が１つだけ減る。しかしながら、基地局に近接しているために、速度計算を実行する前に端末位置を正確に知る必要があるであろう。
【００５８】
［１０４９］衛星および単一基地局から送信された信号に基づいて端末の３次元速度を推定するために、表記法が用いられる。
【００５９】
【数１０３】
2005501219.tif 000103
はＥＣＥＦ（地球中心、地球固定）フレームにおける端末の座標である。
【００６０】
【数１０４】
2005501219.tif 000104
はＥＣＥＦフレームにおけるｉ番目の衛星の座標である。
【００６１】
【数１０５】
2005501219.tif 000105
はＥＣＥＦフレームにおける基地局の座標である。
【００６２】
【数１０６】
2005501219.tif 000106
はＥＣＥＦフレームにおける端末の速度ベクトルであり、
【数１０７】
2005501219.tif 000107
はそれぞれｘ、ｙ、ｚ平面における端末の速度である。
【００６３】
【数１０８】
2005501219.tif 000108
はｉ番目の衛星位置からＥＣＥＦフレームで表される端末位置に向けられた単位ベクトルである。
【００６４】
【数１０９】
2005501219.tif 000109
は端末位置から、ＥＣＥＦフレームで表される基地局位置に向けられた単位ベクトルである。
【００６５】
【数１１０】
2005501219.tif 000110
は（衛星の移動の影響が推定された除去された後）ｉ番目の衛星に対する擬似距離の変化の残差率である。
【００６６】
［１０５０］３つの未知数
【数１１１】
2005501219.tif 000111
があるので、端末の速度を推定するために３つ以上の衛星を使用する必要がある。最初に、（衛星の移動および搬送波周波数オフセットの影響が推定され除去された後）各衛星の擬似距離の変化の残差率は以下のように表してもよい。
【００６７】
【数１１２】
2005501219.tif 000112
衛星の擬似距離の変化の残差率
【数１１３】
2005501219.tif 000113
は、式（１０）に示すように推定されたベースバンド周波数誤差
【数１１４】
2005501219.tif 000114
、推定されたドップラー周波数シフト
【数１１５】
2005501219.tif 000115
、および推定された搬送波周波数オフセット
【数１１６】
2005501219.tif 000116
に基づいて推定してもよい。周波数誤差推定
【数１１７】
2005501219.tif 000117
および
【数１１８】
2005501219.tif 000118
は雑音による誤差の影響を受けやすいので、擬似距離の変化の残差率
【数１１９】
2005501219.tif 000119
は対応して雑音による誤差の影響を受けやすい。
【００６８】
［１０５１］すべての衛星からの測定値を使用して一組の方程式を形成してもよい。これは次のように表してもよい。
【００６９】
【数１２０】
2005501219.tif 000120
［１０５２］簡単のために次の表記法が定義される。
【００７０】
【数１２１】
2005501219.tif 000121
は衛星のための擬似距離の変化の残差率であり、「Ｔ」は転置を示す。
【００７１】
【数１２２】
2005501219.tif 000122
は解かれるべき未知数のベクトルであり、この場合端末の速度ベクトルである。
【００７２】
［１０５３］従って式（１０）は
【数１２３】
2005501219.tif 000123
として表される。ただし
【数１２４】
2005501219.tif 000124
は雑音ベクトルである。
【００７３】
［１０５４］ベクトル
【数１２５】
2005501219.tif 000125
の最小分散線形推定は
【数１２６】
2005501219.tif 000126
として表してもよく、ＲＮは雑音測定値の分散行列である。分散行列ＲＮは、技術的に知られ、ここには記載しないが、一般に受信器装置およびシステムの特定の設計に基づく推定値である（例えば信号帯域幅、受信した信号電力等）
［１０５５］
【数１２７】
2005501219.tif 000127
の推定の分散行列ＲＴは
【数１２８】
2005501219.tif 000128
として表してもよい。分散行列ＲＴは、
【数１２９】
2005501219.tif 000129
の推定に対する確信（または推定の品質の）表示を供給する。従って、分散行列ＲＴは、特定のしきい値と比較してもよく、比較の結果は種々の目的のために使用してもよい（例えば、
【数１３０】
2005501219.tif 000130
の推定を使用するか破棄するかを決定するために）。
【００７４】
衛星と単一基地局を有した端末に対する２Ｄ速度推定
［１０５６］ほとんどの場合、垂直速度は殆ど関心が無い。それゆえ、基地局に相関したＥＮＵ（北東を上にした）フレーム（短い端末−基地局距離に対して端末の位置におけるＥＮＵフレームと必然的に同じ軸方向に）において計算を実行したなら、「上」の成分を推定しようと試みないことにより未知の数を減らすことが可能である。次の表記が用いられる。
【００７５】
【数１３１】
2005501219.tif 000131
はＥＮＵフレームにおける端末の３次元座標ベクトルである。
【００７６】
【数１３２】
2005501219.tif 000132
はＥＮＵフレームにおけるｉ番目の衛星の３次元座標ベクトルである。
【００７７】
【数１３３】
2005501219.tif 000133
はサービスしている基地局に相関するＥＮＵフレームにおける端末の２Ｄ座標のベクトルである。
【００７８】
【数１３４】
2005501219.tif 000134
はＥＮＵフレームにおけるｉ番目の衛星の２Ｄ座標のベクトルである。
【００７９】
【数１３５】
2005501219.tif 000135
は（水平面にあると仮定される）ＥＮ（北東）平面における端末の速度ベクトルである。
【００８０】
【数１３６】
2005501219.tif 000136
はＥＮＵフレームにおいて表されるｉ番目の衛星位置から端末位置に向けられた単位ベクトルである。
【００８１】
【数１３７】
2005501219.tif 000137
はＥＮＵフレームにおいて表された端末位置から基地局位置に向けられた単位ベクトルである。
【００８２】
【数１３８】
2005501219.tif 000138
は端末から衛星に行くベクトルと北東平面との間の角度のコサインである。そして
【数１３９】
2005501219.tif 000139
は北東平面における（衛星の移動と搬送波周波数オフセットの影響が推定され除去された後）ｉ番目の衛星に対する擬似距離の変化の残差率の成分である。
【００８３】
地球の曲率により、サービスしている基地局に相関するＥＮＵフレームは、（サービスしている基地局の１０ｋｍ以内に端末があると仮定するなら）、端末と相関するＥＮＵフレームとほぼ同じである。
【００８４】
［１０５７］２つの未知数
【数１４０】
2005501219.tif 000140
があるので、２つ以上の衛星を用いて端末の速度を推定することができる。各衛星の擬似距離の変化の残差率は
【数１４１】
2005501219.tif 000141
として決定することができる。
【００８５】
擬似距離の変化の残差率は端末の速度と、衛星の位置と、サービスしている基地局の位置の関数として以下のように表してもよい。
【００８６】
【数１４２】
2005501219.tif 000142
［１０５８］すべての衛星からの測定値を用いて一組の方程式を形成することができる。それは次のように表すことができる。
【００８７】
【数１４３】
2005501219.tif 000143
［１０５９］表記
【数１４４】
2005501219.tif 000144
および
【数１４５】
2005501219.tif 000145
を用いて式（１７）は以下のように表すことができる。
【００８８】
【数１４６】
2005501219.tif 000146
［１０６０］ベクトル
【数１４７】
2005501219.tif 000147
の最小分散線形推定は以下のように表すことができる。
【００８９】
【数１４８】
2005501219.tif 000148
推定
【数１４９】
2005501219.tif 000149
の分散行列
【数１５０】
2005501219.tif 000150
は以下のように表すことができる。
【００９０】
【数１５１】
2005501219.tif 000151
衛星と複数の基地局を有した端末に対する３Ｄ速度推定
［１０６１］端末が複数の基地局と通信している（例えばソフトハンドオフ）なら、端末発振器の周波数はこれらの基地局からの信号の搬送波周波数の重み付けされた平均値である。重み付け係数が端末において既知であるなら、基地局の搬送波周波数は決定することができ、説明することができる、そして、端末におけるなんらかの発振器における周波数誤差
【数１５２】
2005501219.tif 000152
はこれらの基地局に対する端末の移動によるものであろう。
【００９１】
［１０６２］ｉ番目の衛星から受信した信号の周波数は式（２）において上で示すように
【数１５３】
2005501219.tif 000153
として表すことができる。同様に、ｊ番目の基地局から受信した信号の周波数は、公称搬送波周波数
【数１５４】
2005501219.tif 000154
プラス（１）公称周波数に対する基地局の搬送波周波数オフセット
【数１５５】
2005501219.tif 000155
および（２）基地局に対する端末の移動による基地局搬送波周波数内のドップラーシフト
【数１５６】
2005501219.tif 000156
（すなわち
【数１５７】
2005501219.tif 000157
）衛星、基地局および端末の搬送波周波数間の関係が既知ならば、衛星搬送波周波数オフセット
【数１５８】
2005501219.tif 000158
および基地局搬送波周波数オフセット
【数１５９】
2005501219.tif 000159
も周知であり、説明することができる。簡単のために、基地局搬送波周波数オフセット
【数１６０】
2005501219.tif 000160
はゼロであると仮定する。
【００９２】
［１０６３］端末のＬＯ周波数を導き出すために基地局の搬送波周波数を結合するために係数
【数１６１】
2005501219.tif 000161
が使用される。これらの係数は以下の式が適用されるように定義される。
【００９３】
【数１６２】
2005501219.tif 000162
［１０６４］従って端末の発振周波数
【数１６３】
2005501219.tif 000163
【数１６４】
2005501219.tif 000164
として表すことができる。但し、ＮＢは基地局の数である。式（２２）の両辺をλと乗算し、
【数１６５】
2005501219.tif 000165
の代わりに
【数１６６】
2005501219.tif 000166
を用いると、以下の式が導出される。
【００９４】
【数１６７】
2005501219.tif 000167
基地局搬送波周波数のドップラーシフト
【数１６８】
2005501219.tif 000168
は、基地局に対する端末の移動によるものなので、以下のように表すことができる。
【００９５】
【数１６９】
2005501219.tif 000169
［１０６５］端末においてＬＯ信号によるダウンコンバージョンの後、（衛星から受信した信号の残差周波数オフセットである）ｉ番目の衛星に対するベースバンド周波数誤差は以下のように表すことができる。
【００９６】
【数１７０】
2005501219.tif 000170
式（２５）の両辺をλと乗算すると以下の式を生じる。
【００９７】
【数１７１】
2005501219.tif 000171
［１０６６］式（２４）および（２６）に基づいて、以下のように表すことができる。
【００９８】
【数１７２】
2005501219.tif 000172
式（２７）は以下のように再整理することができる。
【００９９】
【数１７３】
2005501219.tif 000173
［１０６７］各衛星の擬似距離の変化の残差率は、測定されたベースバンド周波数オフセット
【数１７４】
2005501219.tif 000174
、衛星の移動による周波数オフセット
【数１７５】
2005501219.tif 000175
および計算された衛星発振器オフセット
【数１７６】
2005501219.tif 000176
に基づいて推定される。この推定のために使われる式は以下の通りである。
【０１００】
【数１７７】
2005501219.tif 000177
式（２８）に基づいて、擬似距離の変化のこの率は端末速度の関数でしかないことが以下に表すようにわかる。
【０１０１】
【数１７８】
2005501219.tif 000178
［１０６８］衛星および複数の基地局から送信された信号に基づいて端末の３次元速度を推定するために、端末の座標に対して
【数１７９】
2005501219.tif 000179
、ｉ番目の衛星の座標に対して
【数１８０】
2005501219.tif 000180
、端末の速度に対して
【数１８１】
2005501219.tif 000181
、ｉ番目の衛星から端末への単位ベクトルに対して
【数１８２】
2005501219.tif 000182
、端末からｊ番目の基地局への単位ベクトルに対して
【数１８３】
2005501219.tif 000183
、およびｉ番目の衛星の擬似距離の変化の残差率に対して
【数１８４】
2005501219.tif 000184
の表記が使用される（これらはすべて３Ｄ衛星プラス基地局の場合におけるＥＣＥＦフレームに対して上で定義されている）。
【０１０２】
［１０６９］すべての衛星および基地局からの測定値を用いて一組の方程式を形成することができる。その式は次のように表すことができる。
【０１０３】
【数１８５】
2005501219.tif 000185
［１０７０］簡単のために以下の表記が定義される。
【０１０４】
【数１８６】
2005501219.tif 000186
【数１８７】
2005501219.tif 000187
従って、式（３０）は以下のように表すことができる。
【０１０５】
【数１８８】
2005501219.tif 000188
ベクトル
【数１８９】
2005501219.tif 000189
の最小分散線形推定は以下のように表すことができる。
【０１０６】
【数１９０】
2005501219.tif 000190
および
【数１９１】
2005501219.tif 000191
の推定の分散行列、ＲＴ、は以下のように表すことができる。
【０１０７】
【数１９２】
2005501219.tif 000192
衛星のみを有した端末に対する３Ｄ速度推定
［１０７１］衛星から送信された信号のみに基づいて端末の３次元速度を推定するために、端末の座標に対して
【数１９３】
2005501219.tif 000193
、ｉ番目の衛星の座標に対して
【数１９４】
2005501219.tif 000194
、端末の速度に対して
【数１９５】
2005501219.tif 000195
、ｉ番目の衛星から端末への単位ベクトルに対して
【数１９６】
2005501219.tif 000196
、およびｉ番目の衛星の擬似距離の変化の残差率に対して
【数１９７】
2005501219.tif 000197
の表記が用いられる（これらはすべて３Ｄ衛星プラス基地局の場合におけるＥＣＥＦフレームに対して上で定義されている）。さらに、搬送波周波数誤差と端末速度との間の決定論的な関係を確立することができず、未知なものとして搬送波周波数を消去するために使用されるので、端末搬送波周波数誤差
【数１９８】
2005501219.tif 000198
はこの場合未知である。搬送波周波数誤差と端末速度との間の関係が弱いならば、さらなる衛星測定値を用いてこのさらなる未知数を説明することができる。
【０１０８】
［１０７２］４つの未知数（すなわち
【数１９９】
2005501219.tif 000199
および
【数２００】
2005501219.tif 000200
）、４つ以上の衛星を用いて、端末の速度を推定することができる。各衛星の擬似距離の変化の残差率は式（１０）に示すように決定してもよい。すなわち
【数２０１】
2005501219.tif 000201
である。この擬似距離の変化の残差率は、端末速度および衛星とサービスしている基地局の位置の関数として以下のように表してもよい。
【０１０９】
【数２０２】
2005501219.tif 000202
この場合も、衛星の擬似距離の変化の残差率
【数２０３】
2005501219.tif 000203
は、式（１０）に示すように推定されたベースバンド周波数誤差
【数２０４】
2005501219.tif 000204
、推定された衛星ドップラー周波数シフト
【数２０５】
2005501219.tif 000205
、および推定された衛星の搬送波周波数誤差
【数２０６】
2005501219.tif 000206
に基づいて推定してもよい。
【０１１０】
［１０７３］すべての衛星からの測定値を用いて一組の方程式を形成してもよい。この式は以下のように表してもよい。
【０１１１】
【数２０７】
2005501219.tif 000207
［１０７４］この場合も、擬似距離の変化の残差率のベクトルに対して
【数２０８】
2005501219.tif 000208
、および未知のベクトルに対して
【数２０９】
2005501219.tif 000209
の表記が使用される。従って、式（３２）は式（１３）に示すように表してもよい。すなわち、
【数２１０】
2005501219.tif 000210
である。
【０１１２】
［１０７５］ベクトル
【数２１１】
2005501219.tif 000211
の最小分散線形推定は式（１４）に示すように表してもよい。すなわち、
【数２１２】
2005501219.tif 000212
【数２１３】
2005501219.tif 000213
の推定の分散行列、ＲＴ、は式（１５）に示すように表してもよい。すなわち、
【数２１４】
2005501219.tif 000214
衛星のみを有した端末に対する２Ｄ速度推定
［１０７６］衛星から送信された信号のみに基づいて端末の２次元速度を推定するために、端末の座標に対して
【数２１５】
2005501219.tif 000215
、ｉ番目の衛星座標に対して
【数２１６】
2005501219.tif 000216
、端末の速度に対して
【数２１７】
2005501219.tif 000217
、ｉ番目の衛星から端末への単位ベクトルに対して
【数２１８】
2005501219.tif 000218
、ｉ番目の衛星の擬似距離の変化の残差率に対して
【数２１９】
2005501219.tif 000219
の表記が使用される（これらはすべて２Ｄ衛星プラス基地局の場合におけるＥＣＥＦフレームに対して上で定義されている）。さらにこの場合端末搬送波周波数誤差
【数２２０】
2005501219.tif 000220
は未知数である。
【０１１３】
［１０７７］３つの未知数（すなわち、
【数２２１】
2005501219.tif 000221
および
【数２２２】
2005501219.tif 000222
）があるので、３つ以上の衛星を用いて、端末の速度を推定することができる。各衛星の擬似距離の変化の残差率は以下のように決定してもよい。
【０１１４】
【数２２３】
2005501219.tif 000223
この擬似距離の変化の残差率は端末速度および衛星の位置の関数として以下のように表してもよい。
【０１１５】
【数２２４】
2005501219.tif 000224
［１０７８］すべての衛星からの測定値を用いて一組の方程式を形成してもよい。すなわち
【数２２５】
2005501219.tif 000225
である。
【０１１６】
［１０７９］表記
【数２２６】
2005501219.tif 000226
および
【数２２７】
2005501219.tif 000227
を用いて、式（３３）は式（１８）に示すように表してもよい。すなわち
【数２２８】
2005501219.tif 000228
である。
【０１１７】
［１０８０］ベクトル
【数２２９】
2005501219.tif 000229
の最小分散線形推定は式（１９）に示すように表しても良い。すなわち
【数２３０】
2005501219.tif 000230
である。
【０１１８】
【数２３１】
2005501219.tif 000231
の推定の分散行列Ｒ’Ｔは式（２０）に示すように表しても良い、すなわち
【数２３２】
2005501219.tif 000232
［１０８１］図３は衛星および基地局からの信号に基づいて端末の速度を推定するためのプロセッサ３００の実施の形態のフロー図である。始めに、ステップ３１２において、端末の位置が推定される。端末の位置は、技術的に知られているように衛星および／または基地局から送信された信号の到着時刻から導き出された擬似距離測定値に基づいて推定してもよい。
【０１１９】
基地局（例えばサービスしている基地局）の位置はステップ３１４において決定され、２以上の衛星の各々の位置はステップ３１６において決定される。衛星と基地局の位置は、例えば基地局により決定してもよく、その端末に対する速度推定を実行する実在物に報告してもよい。
【０１２０】
［１０８２］次に、ステップ３１８において、端末の速度を推定するために使用される各衛星に対して擬似距離の変化の残差率
【数２３３】
2005501219.tif 000233
が決定される。擬似距離の変化の残差率は、式（１０）において上で記載したように、（例えば端末により）各衛星に対して推定されるベースバンド周波数誤差
【数２３４】
2005501219.tif 000234
および端末位置において各衛星に対して推定される衛星ドップラー周波数シフト
【数２３５】
2005501219.tif 000235
に基づいて推定してもよい。擬似距離の変化の残差率を推定するための他の技術も使用してもよく、この発明の範囲内である。
【０１２１】
［１０８３］従って、端末、基地局、および２以上の衛星の決定された位置および衛星に対する決定された擬似距離の変化の残差率に基づいて一組の方程式が形成される。この一組の方程式は３次元（例えばＥＣＥＦ）フレームの場合式（１２）に示すようにしてもよく、２次元（例えば北東）フレームの場合式（１７）に示すようにしてもよい。従って３Ｄフレームの場合の式（１４）または２Ｄフレームの場合の式（１９）に示すように、一組の方程式に基づいて端末の速度が推定される。
【０１２２】
［１０８４］図３に示すフローは上述した実施の形態に対して変更してもよい。すなわち端末の速度は（基地局からではなく）衛星から送信された信号のみに基づいて推定される。これらの実施の形態に対して、基地局の位置は必要なく、ステップ３１４は消去してもよい。さらに、ステップ３１８において、擬似距離の変化の残差率は３つ以上の衛星に対して決定される。そして一組の方程式はさらに式（３０）および（３２）に示すように、端末搬送波周波数
【数２３６】
2005501219.tif 000236
に対する既知数をさらに含む。
【０１２３】
［１０８５］端末の速度を推定するための計算は、上述したように、端末、基地局、または適当な組の方程式を形成し解くことができるその他の実在物において実行するようにしてもよい。速度推定を実行する実在物には要求された情報が提供される。この要求された情報は（１）端末、（恐らく）基地局、および衛星の位置、（２）衛星に対する推定されたベースバンド周波数誤差、および（３）衛星に対する推定されたドップラー周波数シフト、またはいくつかの等価な情報を含んでよい。
【０１２４】
［１０８６］ここに記載した速度推定技術は種々の手段で実現してもよい。例えば、これらの技術はハードウエア、ソフトウエアまたはそれらの組合せで実現してもよい。ハードウエアで実現する場合、端末の速度を推定するために使用されるエレメントは、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰｓ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤｓ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤｓ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、ここに記載した機能を実行するように設計された他の電子装置またはそれらの組合せ内で実現してもよい。
【０１２５】
［１０８７］ソフトウエアで実現する場合、速度推定技術は、ここに記載した機能を実行するモジュール（例えば、手続き、関数等）で実現してもよい。ソフトウエアコードはメモリユニット（例えば図２のメモリ２４２）に記憶し、プロセッサ（例えばコントローラ２４０）により実行するようにしてもよい。メモリユニットはプロセッサ内またはプロセッサ外に実現してもよい。プロセッサ外に実現する場合に、技術的に知られた種々の手段を介してプロセッサに通信可能に接続可能である。
【０１２６】
［１０８８］参照するために、そしてあるセクションの位置を求めるのを補助するためにヘディングが含まれる。これらのヘディングはその中に記載した概念の範囲を制限することを意図したものではなく、これらの概念は明細書全体に渡って他のセクションへの適用を持つようにしてもよい。
【０１２７】
［１０８９］開示した実施の形態の上述した記載は当業者がこの発明を製造または使用可能にするために提供される。これらの実施の形態に対する種々の変更例は当業者には容易に明白であり、ここに定義する包括的原理はこの発明の精神または範囲から逸脱することなく他の実施の形態に適用可能である。従って、この発明はここに示した実施の形態に限定されることを意図したものではなく、ここに開示した原理および新規な特徴に一致する最も広い範囲が許容されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
［１０１３］図１はこの発明の種々の観点および実施の形態を実現してもよいシステムの簡単化された図である。
【図２】
［１０１４］図２は位置と速度を推定するために端末により実行される処理のいくつかの実施の形態のブロック図である。
【図３】
［１０１５］図３は、衛星および基地局からの信号に基づいて、端末の速度を推定するための処理の実施の形態のフロー図である。