(57)【要約】      （修正有）【課題】グローバル位置決定システム（ＧＰＳ）衛星と、ＧＰＳ時間に同期している基地局と、ＧＰＳ時間に非同期の基地局(基地局相互は同期している)とを使用して無線通信装置の位置を決定する。【解決手段】到着時間情報は、無線通信装置が基地局からの受信されたＧＰＳ時間情報が無線通信装置に通知する信号の受ける遅延である片道遅延によりバイアスされた情報を受信することを考慮して調整される。さらに、ＧＰＳ時間に同期されていない基地局に対する到着時間差情報はこれらの基地局ＧＰＳ時間間のバイアスが消去されることを可能にする。【選択図】図１２
2014178326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グローバル位置決定システム（ＧＰＳ）時間に対する無線通信装置内で行われる到着時間測定を同期させるシステムにおいて、
受信機と処理回路とを具備し、
ａ）前記受信機は、
ｉ）無線通信システムにおいて行われた到着時間測定と、
ii）ＧＰＳ時間に同期された外部信号源からの信号とを受信するように構成され、外部信号源から受信された信号は、外部信号源と無線通信装置との間で送信された信号の受けた遅延量を決定することができるような指示を含んでおり、
ｂ）前記処理回路は、外部信号源と無線通信装置との間で送信された信号の受けた遅延に等しい量だけ受信された到着時間測定を調節するように構成されているシステム。
【請求項２】
遅延量を決定することのできる指示は、基地局と無線通信装置との間を往復した信号の受けた遅延量を示すものである請求項１記載のシステム。
【請求項３】
遅延量を決定することのできる指示は、基地局から無線通信装置へ送信された信号の受けた遅延量を直接示すものである請求項１記載のシステム。
【請求項４】
グローバル位置決定システム（ＧＰＳ）時間を無線通信装置に提供して、ＧＰＳ時間を提供する基地局から無線通信装置に送信される信号が受ける遅延を決定するように構成された基地局を有する通信システム中で使用するための無線位置決定機能において、
（ａ）無線通信装置から離れており、少なくとも一つの通信システム基地局を含んでいる少なくとも一つの装置から無線通信装置によって受信された信号と関連する到着時間情報を受信し、その到着時間情報は無線通信システム内のシステムクロックを基準としており、システムクロックはＧＰＳ時間からオフセットしており、
ＧＰＳ時間とシステム時間との間のオフセットが決定できる信号を受信し、
（ｂ）前記受信された情報に基づいて無線通信装置の位置を決定する無線位置決定機能。
【請求項５】
少なくとも一つの装置は少なくとも一つのグローバル位置決定システム（ＧＰＳ）衛星を含んでいる請求項４記載の無線位置決定機能。
【請求項６】
少なくとも一つの装置はｎ−ｍ個の衛星とｎ個の基地局とを含んでおり、各基地局は他の各基地局と同期しており、前記位置は（ｎ＋ｍ）のディメンションの位置解に対して決定され、ｎおよびｍはゼロを含む負ではない整数であり、３より大きい（ｎ＋ｍ）の値は過剰決定の３次元の解を与える請求項４記載の無線位置決定機能。
【請求項７】
少なくとも一つの装置はｎ個の衛星を含み、前記位置はｎ次元の解に対して決定される請求項４記載の無線位置決定機能。
【請求項８】
少なくとも一つの装置はｎ個の衛星と、ＧＰＳ時間に同期されたｍ個の基地局と、互いに同期されたｐ個の基地局とを含み、前記位置は（ｎ＋ｍ＋ｐ−１）ディメンションの解に対して決定され、ｎはゼロを含む負ではない整数であり、ｍはゼロより大きい整数であり、ｐはゼロ１より大きい整数であり、３より大きい（ｎ＋ｍ＋ｐ−１）の値は過剰決定の３次元の解を与える請求項４記載の無線位置決定機能。
【請求項９】
無線位置決定機能は基地局トランシーバサブシステム内に位置している請求項４記載のシステム。
【請求項１０】
無線位置決定機能は基地局制御装置内に位置している請求項４記載のシステム。
【請求項１１】
無線位置決定機能は専用の位置決定装置内に位置している請求項４記載のシステム。
【請求項１２】
無線位置決定機能は無線通信装置内に位置している請求項４記載のシステム。
【請求項１３】
グローバル位置決定システム（ＧＰＳ）時間に対して無線通信装置を同期させるシステムにおいて、
受信機と時間／周波数回路とを具備し、
ａ）前記受信機は、
ＧＰＳ時間に同期された外部信号源から信号を受信するように構成され、外部信号源から受信された信号は、外部信号源と受信機との間で送信された信号が受ける遅延量が決定できるような指示と、ＧＰＳ時間の指示を含む信号が基地局から送信される時間におけるＧＰＳ時間の指示とを含んでおり、
ｂ）前記時間／周波数回路は、
クロック装置と、
外部信号源と無線通信装置との間で送信された信号が受けた遅延に対して受信されたＧＰＳ時間を調整した後に受信されたＧＰＳ時間にそのクロックを同期させるように構成された処理回路とを具備しているシステム。
【請求項１４】
前記処理回路はさらに同期されたクロックに関して外部信号源から受信された信号の到着時間（ＴＯＡ）を決定するように構成されている請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
さらに，ｎ個の到着時間測定から無線通信装置のｎ次元の位置を決定する制御プロセッサを具備し、前記到着時間測定はｎ個の衛星から受信された信号の到着時間を示している請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
制御プロセッサは基地局トランシーバサブシステム内に位置している請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
制御プロセッサは基地局制御装置内に位置している請求項１５記載のシステム。
【請求項１８】
制御プロセッサは専用の位置決定装置内に位置している請求項１５記載のシステム。
【請求項１９】
グローバル位置決定システム（ＧＰＳ）時間に対して無線通信装置内で行われる到着時間測定を同期させるシステムにおいて、
システムは受信機と時間／周波数回路とを具備し、
ａ）前記受信機は、
ＧＰＳ時間に同期された外部信号源から信号を受信するように構成され、外部信号源から受信された信号は、外部信号源と受信機との間で送信された信号が受ける遅延量が決定できるような指示と、ＧＰＳ時間の指示を含む信号が基地局から送信される時間におけるＧＰＳ時間の指示とを含んでおり、
ｂ）前記時間／周波数回路は、
クロック装置と、
受信機によって受信された信号の到着時間をクロックに関して決定し、外部信号源と無線通信装置との間で送信された信号が受けた遅延に等しい量だけ到着時間を調節するように構成された処理回路とを具備しているシステム。
【請求項２０】
受信機とプロセッサとを具備し、
ａ）前記受信機は、
ｉ）Ｌを１より大きい正の整数として、無線通信装置がＬ個の同期された第１のシステムのソースから送信されたＬ個の第１のシステムの信号を受信した時間を示している第１のシステムの到着時間（ＴＯＡ）情報と、
ii) Ｍを１より大きい正の整数として、無線通信装置がＭ個の同期された第２のシステムのソースから送信されたＭ個の第２のシステムの信号を受信した時間を示す第２のシステムの到着時間情報（ＴＯＡ）とを受信するように構成され、
ｂ）前記プロセッサは受信機に結合され、第１のシステムのＴＯＡ情報および第２のシステムのＴＯＡ情報からｎ次元の位置解を計算するように構成され、ｎは（Ｌ＋Ｍ−２より大きくないように選定されている、無線位置決定機能。
【請求項２１】
第１のシステムは衛星位置決定システムであり、第１のシステムソースは衛星であり、第２のシステムは通信システムであり、第２のシステムソースは基地局である請求項２０記載の無線位置決定機能。
【請求項２２】
プロセッサはさらに、
ａ）第１のシステムのＴＯＡ情報から第１のシステム信号の各対間の到着時間差（ＴＯＤＡ）測定を決定し、
ｂ）第２のシステムのＴＯＡ情報から第２のシステム信号の各対間の到着時間差（ＴＯＤＡ）測定を決定し、
ｃ）第１のシステムの信号間のＰ個のＴＤＯＡ測定および第２のシステムの信号間のＱ個のＴＤＯＡから、ｎ次元の位置解を計算するように構成され、ｎは（Ｐ＋Ｑ）よりも大きくはなく、ＰおよびＱはそれぞれ正の整数である請求項２０記載の無線位置決定機能。
【請求項２３】
第１のシステムは衛星航法位置決定システムであり、第２のシステムは通信システムであり、通信システム内の各他の基地局に各基地局を同期することが可能にされている請求項２２記載の無線位置決定機能。
【請求項２４】
受信機とプロセッサとを具備し、
ａ）前記受信機は、
ｉ）Ｌを１より大きい正の整数として、無線通信装置がＬ個の同期された第１のシステムのソースから送信されたＬ個の第１のシステムの信号を受信した時間を示す第１のシステムの到着時間（ＴＯＡ）情報と、
ii) Ｍを１より大きい正の整数として、無線通信装置がＭ個の同期された第２のシステムのソースから送信されたＭ個の第２のシステムの信号を受信した時間を示す第２のシステムの到着時間（ＴＯＡ）情報と、
iii)Ｉを１より大きい正の整数として、無線通信装置がＩ個の同期された第３のシステムのソースから送信されたＩ個の第３のシステムの信号を受信した時間を示す第３のシステムの到着時間（ＴＯＡ）情報とを受信するように構成され、
ｂ）前記プロセッサは受信機に結合され、第１のシステムのＴＯＡ情報と、第２のシステムのＴＯＡ情報と、第３のシステムのＴＯＡ情報とからｎ次元の位置解を計算するように構成され、ｎは（Ｌ＋Ｍ＋Ｉ−３）より大きくないように選定され、過剰決定された３次元解が３より大きい（Ｌ＋Ｍ＋Ｉ−３）に対して与えられる無線位置決定機能。
【請求項２５】
グローバル位置決定システム（ＧＰＳ）衛星に対してサーチするためにサーチウインドウの中心を決定する無線通信装置において、
ａ）ＧＰＳ衛星のタイミングを示す信号を含んでいる信号を基地局から受信する受信機と、
ｂ）ＧＰＳ受信機／時間ユニットと、
ｃ）前記受信機およびＧＰＳ受信機／時間ユニットに結合され、ＧＰＳ衛星の受信されたタイミングを使用して衛星のサーチを促進するためにサーチウインドウの時間的中心を決定するように構成されている制御プロセッサとを具備している無線通信装置。
【請求項２６】
サーチウインドウの中心は、基地局が無線通信装置と通信している基地局内の特定のセクターを使用してさらに決定される請求項２５記載の無線通信装置。
【請求項２７】
情報は、サーチウインドウの中心がさらに、無線通信装置によって受信された他の基地局からの信号により信号強度を使用して決定される請求項２５記載の無線通信装置。
【請求項２８】
情報はさらに、２以上の基地局から送信された信号の間の無線通信装置における到着時間の差に基づいている請求項２５記載の無線通信装置。
【請求項２９】
情報はさらに、無線通信装置が最近どこにあったかの以前の知識に基づいている請求項２５記載の無線通信装置。
【請求項３０】
ａ）少なくとも２つの非同期基地局から信号を受信するように構成され、少なくとも２つの非同期基地局の間の到着時間差（ＴＤＯＡ）は本質的に知られた値である受信機と、
ｂ）クロック装置と、
ｃ）受信機およびクロック装置と結合されている処理回路とを具備し、この処理回路は、
ｉ）基地局からの信号の到着時間を測定し、
ii）ＴＤＯＡが知られている基地局の少なくとも各対のＴＤＯＡを測定し、
iii)ＴＤＯＡが知られている基地局の各対の測定されたＴＤＯＡと既知のＴＤＯＡとの間の差を計算するように構成されている遠隔同期ステーション。
【請求項３１】
さらに、計算された差を送信する送信機を含んでいる請求項３０記載の遠隔同期ステーション。
【請求項３２】
クロック装置が前記処理回路中に含まれている請求項３０記載の遠隔同期ステーション。
【請求項３３】
既知のＴＤＯＡは受信機によって受信される請求項３０記載の遠隔同期ステーション。
【請求項３４】
ａ）入力ポートと、
ｂ）出力ポートと、
ｃ）入力ポートおよび出力ポートに結合されている処理回路とを具備し、この処理回路は、
ｉ）既知の位置を有する複数の信号源から送信された信号が１つの無線通信装置で受信され、それらの信号源の少なくともいくつかのものは基地局信号源である、前記信号の受信された時間を示す到着時間情報を入力ポートから受信し、
ii) 基地局信号源の各対に対して、測定されたＴＤＯＡと既知のＴＤＯＡとの間の差を表す値を入力ポートから受信し、
iii)各信号源に対して、受信された到着時間情報から信号源の各対間のＴＤＯＡを計算し、
iV) 基地局信号源の各対に対して、測定されたＴＤＯＡと既知のＴＤＯＡとの間の差を使用して基地局信号源の各対間のＴＤＯＡを調整し、
ｖ）差が受信された信号源の各対に対して調整されたＴＤＯＡを使用し、差が受信されなかった信号源の各対に対して調整されていないＴＤＯＡを使用して無線通信装置の位置を計算する無線位置決定機能。
【請求項３５】
ａ）信号が基地局から送信され、伝送遅延が既知の値を有しているとき、基地局から信号を受信するように構成されている受信機と、
ｂ）各基地局に存在するクロックと同期されたクロック装置と、
ｃ）受信機およびクロック装置と結合されている処理回路とを具備し、この処理回路は、
ｉ）基地局からの信号の到着時間を測定し、
ii）到着時間と基地局から送信された信号の伝送時間との差として伝送遅延を計算し、
iii)計算された伝送遅延と既知の伝送遅延との間の差を計算するように構成されている遠隔同期ステーション。
【請求項３６】
さらに、処理回路に結合され、実際の遅延と既知の遅延との間の計算された差を送信するように構成されている送信機を備えている請求項３５記載の遠隔同期ステーション。
【請求項３７】
ａ）基地局が既知の位置に配置され、無線通信装置と基地局との間の信号の伝搬に必要な時間量を示す遅延の指示を含む信号を受信するように構成されている受信機と、
ｂ）この遅延の指示に基づいてグローバル位置決定システム（ＧＰＳ）のサーチウインドウの大きさを決定するように構成されている処理回路とを具備している無線通信装置。
【請求項３８】
ａ）基地局の位置と、基地局と無線通信装置との間の近似的な距離とが知られている基地局からの信号を受信するように構成されている受信機と、
ｂ）この位置および基地局と無線通信装置との間の近似的な距離に基づいてグローバル位置決定システム（ＧＰＳ）のサーチウインドウの中心を決定するように構成されている処理回路とを具備している無線通信装置。
【請求項３９】
ａ）コード分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）信号を受信するように構成されている受信機と、
ｂ）グローバル位置決定システム（ＧＰＳ）の信号を受信する受信機と、
ｃ）ＣＤＭＡ信号をＣＤＭＡコードとを相関させ、ＧＰＳ信号とＧＰＳコードとを相関させる処理回路とを具備している無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システムに関する。特に、本発明は、コード分割多元アクセスシステムにおいて無線通信装置の位置を決定するシステムおよび技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線ネットワークにおける位置決定技術の展開は調整力によって駆動され、１つのキャリアにより提供されたサービスを別のものにより提供されたサービスと区別することにより歳入を増加するためにキャリアの望んでいることである。さらに１９９６年６月の米国連邦通信委員会（ＦＣＣ）は強化された緊急９１１（Ｅ-911）サービスに対する支援を命令している。命令のフェーズＩではセクターおよびセル情報はＰＳＡＰ（公共安全回答ポイント）機関に送返すことを要求している。命令のフェーズIIではセルラトランシーバの位置はＰＳＡＰに送返すことを要求している。ＦＣＣの命令にしたがうために、全体で７７，０００のサイトは２００５年までに自動位置決定技術を備えなければならない。
【０００３】
多くの技術が自動的位置決定能力を与えるために考えられている。１つの技術では多数のセルサイトからの信号の到着時間の差を測定することを含んでいる。これらの信号は三角測量で位置情報を抽出する。残念ながら、この技術は有効にするためには高いセル密度および、またはサイトの送信パワーの増加を必要とする。これは典型的なＣＤＭＡシステムでは、各電話機は最も近いセルサイトに到着するのに十分な程度の信号電力しか送信されないことによるものである。三角測量はすくなくとも３つのサイトと通信する必要があり、セルサイトの密度が増加されるか、または各無線通信装置の信号パワーが増加されなければならない。
【０００４】
いずれにせよ、各方法にはそれぞれ欠点がある。セルサイト数の増加はコストがかかりすぎる。信号パワーの増加は各無線通信装置の重量とコストを増加させねばかりでなく、無線ユーザ間の干渉の可能性を増加させる。さらに、ネットワーク三角測量法はＦＣＣの命令の要求には合致しない。
【０００５】
別の方法はセルラ電話に対するＧＰＳ（グローバル位置決定システム）機能性の付加を含む。この方法は視線にある４個の衛星を必要するために無線通信装置にかなりのコストおよび重量を付加し、動作も遅いが、それにもかかわらず位置決定サービスに対しては最も正確な方法である。
【０００６】
処理の速度を増加させるための、第３の方法では、無線通信装置がＧＰＳ搬送波に対して周波数を見なければならないことを示す目標指向(aim) 情報を無線通信装置に送る方法である。大抵のＧＰＳ受信機は、可視の衛星からの信号に対して周波数ドメインで受信機により行われるサーチを最小にするためにＧＰＳ衛星アルマナック（almanac）として知られているものを使用する。このアルマナックは粗いエフェメリス（ephemeris）の１５，０００ビットブロックであり、全体の星座の時間モデルデータである。衛星の位置に関するアルマナックの情報および現在の１日の時間は近似的にそれだけである。アルマナックなしには、ＧＰＳ受信機は衛星信号を捕捉するために最大の広い範囲の可能性のある周波数のサーチを行わなければならない。付加的な処理は、他の衛星を捕捉することを目的としている付加的な情報を得るために必要である。
【０００７】
信号捕捉処理はサーチされる必要がある多数の周波数ビンのために数分を必要とする。各周波数ビンは中心周波数と予め定められた帯域幅を有している。アルマナックの利用性は衛星のドップラにおける不確実性を減少させ、それ故、サーチされるビンの数は減少する。
【０００８】
衛星のアルマナックはＧＰＳナビゲーションメッセージから抽出され、あるいは受信機に対するデータまたはシグナリングメッセージとしてダウン（順方向）リンクで送信されることができる。この情報を受信するとき、受信機はＧＰＳ信号の処理を行ってその位置を決定する。この方法は多少迅速であるが、視線にある４個以上の衛星を必要とする。これは都市環境では問題を生じる可能性がある。
【０００９】
したがって、セルラの位置決定のための迅速で、正確で、廉価なシステムの技術的な必要性が存在している。
【発明の概要】
【００１０】
この技術的な必要性は本発明により開示された無線トランシーバの位置を決定するシステムおよび方法によって解決される。最も一般的な意味において、本発明の方法は、地球上のシステムからの距離情報と、無線通信装置からのタイミング情報と、ＧＰＳ衛星からの距離情報とを使用して位置を決定するハイブリッド方法である。この情報は組合わされて無線通信装置の位置を迅速に確実に決定することを可能にする。開示された方法は、無線通信装置において、第１のＧＰＳ衛星から送信された第１の信号と、第２のＧＰＳ衛星から送信された第２の信号と、第３のＧＰＳ衛星から送信された第３の信号とを受信するステップを含んでいる。無線通信装置はこれらのＧＰＳ信号を受信して、それに応答して基地局に第４の信号を送信するように構成されている。基地局は第４の信号を受信し、基地局と無線通信装置との間の往復遅延によって第４の信号に与えられたクロックバイアスに対して補正し、バイアスされない第４の信号を使用して無線通信装置の位置を計算する。
【００１１】
特定の構成において、基地局は無線通信装置に目標指向情報を送信する。目標指向情報は無線通信装置によって使用され、第１、第２、第３の衛星によって送信された信号を迅速に捕捉する。目標指向情報は無線通信装置をサービスする基地局トランシーバサブシステム（ＢＴＳ）、基地局制御装置（ＢＳＣ）またはその他のエンティティにおいて集められた情報から導出され、（１）衛星識別子情報と、（２）ドップラシフトまたは関連する情報と、（３）基地局と各衛星との間の距離を示す値と、（４）各衛星に関連するサーチウインドウサイズを含んでおり、サーチウインドウサイズは無線通信装置と基地局との間の往復遅延と各衛星の高低角とに基づいて計算される。
【００１２】
第１、第２、第３の衛星によって送信された信号を無線通信装置で捕捉したとき、無線通信装置は無線通信装置と第１の衛星との間の距離ｐｍ1 と、無線通信装置と第２の衛星との間の距離ｐｍ2 と、無線通信装置と第３の衛星との間の距離ｐｍ3 とを計算する。この距離情報は、測定が行われた時間に関する情報と共に基地局に送り返される。ＣＤＭＡ構成においては、基地局アンテナと無線通信装置アンテナとの間の信号の伝搬に要した時間は往復遅延時間の半分であり、基地局によって知られている。無線通信装置と基地局との間の往復遅延の測定値は無線通信装置と基地局との間の距離を示している。さらに、この遅延は無線通信装置の絶対時間を補正する手段を与える。
【００１３】
基地局制御装置またはセルラインフラストラクチャに関連するその他のエンティティのような無線通信装置の外部の装置は、サービス基地局に対して知られている情報を利用して無線通信装置の位置を計算する。このような情報には、無線通信装置に関する第１、第２、第３の衛星の位置および無線通信装置と基地局との間の距離が含まれている。無線通信装置の位置の決定は、（１）第１の衛星を囲む第１の球の半径ｃｐ1 と、（２）第２の衛星を囲む第２の球の半径ｃｐ2 と、（３）第３の衛星を囲む第３の球の半径ｃｐ3 と、（４）基地局を囲む第４の球の半径ｃｐｂとを発見することによって行われる。“ｃ”は光の速度であり、“ｐ1 ”は第１の衛星と無線通信装置に関連する擬似レンジであり、“ｐ2 ”は第２の衛星と無線通信装置に関連する擬似レンジであり、“ｐ3 ”は第３の衛星と無線通信装置に関連する擬似レンジであり、“ｃｐｂ”は基地局と無線通信装置に関連する擬似レンジである。
【００１４】
視線（多通路ではない）が無線通信装置と基地局との間に存在する場合には、提案された方法は、２つの衛星と基地局との間の測定しか必要としない。ＣＤＭＡ通信システムのようなＧＰＳ時間に同期されている無線通信システムの場合には、基地局によって送信された信号から取出された擬似距離測定は、衛星の擬似距離測定からバイアスを除去するためと付加的な距離測定として使用される。他の基地局からの付加的な情報は、もし利用可能であれば、無線通信装置の位置を決定するために必要な衛星の数をさらに減少させるために使用されることができる。２次元の位置しか必要のない場合には、１個の衛星と１個の基地局しか必要ではない。
【００１５】
本発明が他の既知のＧＰＳ方法に比較して優れているの１つの重要な効果は、無線通信装置が擬似距離を決定することのできる速度である。サービスしている基地局トランシーバ、基地局制御装置、または基地局に結合されたその他のエンティティはその自分のＧＰＳ受信機を有しており、また、サービスしている基地局の位置に関して追跡されている全ての衛星の擬似レンジを知っているから、追跡している各衛星に対するサーチウインドウの中心およびサーチウインドウのサイズを決定することが可能である。情報は無線通信装置に送られ、サーチ処理の速度を増加させる。
【００１６】
すなわち、各ＧＰＳ衛星に搭載されたクロックは衛星による距離信号の放送のタイミングを制御する。このような各クロックはＧＰＳシステムの時間に同期される。基地局はまたＧＰＳシステムの時間に同期されたクロックを備えている。無線通信装置はそのクロックを基地局と無線通信装置との間の片道の遅延に対応した遅延によりＧＰＳ時間に同期する。タイミング情報は衛星距離信号内に埋込まれ、その衛星距離信号は信号が特定の衛星から送信された時点を無線通信装置が計算することを可能にする。信号が受信された時間を記録することによって、衛星から無線通信装置までの距離は計算することができる。その結果、無線通信装置の位置の軌跡は衛星の位置を中心とし、計算された距離に等しい半径の球面上にある。測定が２つの他の衛星の距離を使用して同時に行われたならば、無線通信装置３つの球面上のどこかにある。しかしながら、３つの球面は２点で交差し、それらの点の１つだけが正しい無線ユーザの位置である。候補となる位置は３つの衛星を含む平面に関して互いに鏡像の関係である。
【００１７】
開示された方法および装置の１実施形態では、時間的に所定の点における無線通信装置の位置の決定のためのＧＰＳ衛星は基地局によって識別される。この情報は無線通信装置に転送されて無線通信装置によって行われるサーチ動作を容易にする。
【００１８】
上記に加えて、無線通信装置が符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）受信機であるとき、本発明の方法および装置は、ＣＤＭＡが同期システムであることを利用できる。同期しているため、無線通信装置における基準パイロットの到着時間は時間基準として使用されることができる。したがって、無線通信装置は基準パイロットと、ＧＰＳ信号と、その他のパイロットとの間の到着時間差を測定することができる。したがって、無線通信装置の位置の決定の問題は到着時間差（ＴＤＯＡ）の問題となり、結果的に無線通信装置の位置を決定するために必要な衛星の数をさらに減少させることができる。
【００１９】
１実施形態では、無線通信装置は以下のようないくつかの動作モードを有することができる。  
（１）無線システムインフラストラクチャとＧＰＳ衛星の両者からの情報を使用するハイブリットモード；  
（２）独立型（標準的または通常の）ＧＰＳモード；  
（３）目標指向独立型ＧＰＳモード；  
（４）反転された微分ＧＰＳモード；  
（５）目標指向および反転された微分ＧＰＳモード
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】無線（ＣＤＭＡ）通信システムの基地局および無線通信装置の構成を示す概略図。
【図２】例示的なＣＤＭＡセルラ電話システムのブロック図。
【図３】第１、第２、および第３の基地局および無線通信装置の簡単化された構成のブロック図。
【図４】本発明により構成された基地局の簡単化された構成のブロック図。
【図５】本発明の無線ＣＤＭＡトランシーバの位置を決定するための無線通信システムのブロック図。
【図６】本発明の無線通信装置の受信機、制御信号インターフェース、デジタルＩＦ、および無線復調回路の一部分の例示的な構成を示すブロック図。
【図７】無線通信装置の位置を決定するための機能モデルの説明図。
【図８】時間ドメインにおけるサーチウインドウのサイズおよび中心の計算を示す説明図。
【図９】ローカルクロックバイアスの補正を示す説明図。
【図１０】３つの基地局から送信されたパイロットＰＮシーケンスの間の関係を示す説明図。
【図１１】３つの基地局から送信されたパイロットＰＮシーケンスの間の関係を示す説明図。
【図１２】複数の基地局から既知の距離で離れて位置している遠隔同期局の簡単化されたブロック図。
【図１３】基地局制御プロセッサと、既知の距離に位置する遠隔同期局を使用する送信アンテナの放射中心との間で導入される遅延、または信号が既知の伝送遅延で伝送される遅延量を決定するために使用される方法の説明図。
【図１４】基地局に対するＴＤＯＡが同期ＧＰＳ／順方向リンクモードにしたがって計算される方法の説明図。
【詳細な説明】
【００２１】
本発明の例示的な実施形態を添付図面を参照にして以下説明する。  
本発明の方法および装置はここで特定の応用のための例示的な実施形態を参照にして説明されるが、本発明はそれに限定されないことを理解すべきである。当業者およびこの技術にアクセスする者は、本発明の技術的範囲内における付加的な変形、応用、および実施形態、ならびに本発明が顕著な利用性を示す付加的な分野を認識するであろう。
【００２２】
図１は、無線通信装置20および無線ＣＤＭＡ通信システムの基地局10または衛星60, 70, 80, 90のような外部信号源の配置を示している。通信システムは建物40および地上の妨害物50により囲まれている。基地局10と無線通信装置20は複数のＧＰＳ衛星（その４個が衛星60, 70, 80, 90として示されている）を有するＧＰＳ（グローパル位置決定システム）環境中に配置されている。このようなＧＰＳ環境はよく知られている。例えば、Hofman-Wellenhof,B, 他、ＧＰＳ理論および実用第２巻、ニューヨーク：Springer-Verlag Wien,1993 年参照。当業者はこの技術が、本発明の技術的範囲を逸脱することなくアドバンスモビール電話システム（ＡＭＰＳ）、移動体通信のためのグローパルシステム（ＧＳＭ（登録商標））等のようなその他の通信システムに適用可能であることを認識するであろう。
【００２３】
典型的なＧＰＳアプリケーションにおいて、ＧＰＳ受信機がその位置を決定するためには４以上の衛星が必要とされる。対照的に、ここに開示された方法および装置は、３つのＧＰＳ衛星しか使用しないで、無線通信装置とサービス基地局10のような外部信号源との間の往復遅延と、サービス基地局10の既知の位置とを使用して無線通信装置20の３次元位置を決定する。直接の視線が利用できる場合には、無線通信装置20の位置決定には２つのＧＰＳ衛星と、往復遅延と、サービス基地局10の既知の位置しか必要としない。この数はＣＤＭＡセルサイト通信システムの順方向リンクから、あるいは任意の他の同期セルラ通信システムからの情報の到着時間差を使用することによってさらに減少させることができる。この開示の目的に対して、セルラ通信システムは、無線通信装置がシステムの付近を移動するとき、無線通信装置が複数のセルの少なくとも１つの通信システムから信号を受信することを可能にする通信システムとして定義される。
【００２４】
図２はＣＤＭＡセルラ電話システム30のブロック図である。このシステム30は基地局制御装置（ＢＳＣ）14を有する移動体電話交換局（ＭＳＣ）12を含んでいる。公共電話交換ネットワーク（ＰＳＴＮ）16は電話ラインからの呼およびＭＳＣ12との間の呼の経路を設定する。ＭＳＣ12はＰＳＴＮ16からの呼を第１のセル19と関連する発生源基地局10と第２のセル21と関連する目的地基地局11との間の経路を設定する。さらにＭＳＣ12は基地局10と11との間の呼の経路設定をする。発生源基地局10は通信路28により第１のセル19内の第１の無線通信装置20に呼を導く。通信路28は順方向リンク31と逆方向リンク32とを有する２方向リンクである。典型的に、基地局10が無線通信装置20と音声通信を設定するとき、通信路28はトラヒックチャンネルを含んでいる。各基地局10，11はただ１つのセルだけと関係しているが、基地局制御装置はしばしば複数のセルの基地局と関連し、それらを管理している。
【００２５】
無線通信装置20が第１のセル19から第２のセル21へ移動するとき、無線通信装置20は第２のセル21と関係する基地局と通信を開始する。これは通常は目的基地局への“ハンドオフ”と呼ばれている。“ソフトハンドオフ”では、無線通信装置20は発生源基地局10との第１の通信リンク28に加えて、目的地基地局11との第２の通信リンク34を設定する。無線通信装置20が第２のセル21へ移動し、第２のセルとのリンクが設定された後、無線通信装置20は第１の通信リンク28をドロップしてもよい。
【００２６】
ハードハンドオフでは、発生源基地局と目的地基地局の動作は典型的に大きく異なっており、発生源基地局との間の通信リンク34は目的地基地局へのリンクが設定される前にドロップされなければならない。例えば、発生源基地局が第１の周波数帯域を使用しているＣＤＭＡシステム内にあり、目的地基地局が第２の周波数帯域を使用している第２のＣＤＭＡシステム内にあるとき、無線通信装置は同時に両方の基地局とのリンクを維持することはできない。それは大抵の無線通信装置は同時に２つの異なった周波数帯域に同調することはできない。それは一方は送信周波数帯域であり、他方は受信周波数帯域であるからである。第１の無線通信装置20が第１のセル19から第２のセル21へ移動するとき、発生源基地局10に対するリンクがドロップされ、新しいリンクが目的地基地局との間に設定される。
【００２７】
図３は、第１、第２、第３の基地局10A, 10B, 10C と無線通信装置20とを簡単化して示している。図３に示されるように、各基地局はＧＰＳトランシーバ／タイムユニット203 、制御プロセッサ62のような処理回路、ＧＰＳアンテナ76，通信回路207 、通信アンテナ201 を備えている。当業者は、制御処理回路が汎用コンピュータ、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、専用状態マシン、専用のディスクリートなハードウエア回路、用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）、または制御プロセッサにより行われるような記載されたような機能が可能な任意の他の回路であってもよいことを理解するであろう。図４は本発明の方法および装置により構成された基地局10をさらに詳細に示している。図４に示された実施形態では、基地局10は本質的に通常の構成である。別の実施形態では、基地局10は、以下の説明から明らかにされるように基地局が無線通信装置20の位置を決定することを可能にする付加的な機能を含んでいる。通信アンテナ201 はＣＤＭＡ信号を受信するための受信ＣＤＭＡアンテナ42とＣＤＭＡ信号を送信する送信ＣＤＭＡアンテナ43とを有している。アンテナ42で受信された信号は通信回路207 へ導かれる。通信回路207 は、通信受信機44、レート検出器61、スイッチ63、ボコーダ64、デジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａ）65、送信機69、ボコーダ68、アナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ）66を具備している。受信機44はアンテナ42から直接信号を受信する。実際には、受信機44は、復調器、デインターリーバ、デコーダ、および当業者に知られているその他の回路を含んでいる。受信された信号はそれにレート検出器61が関係している適当なチャンネルに割当てられる。制御プロセッサ62はスピーチを検出するために検出された信号のレートを使用する。スピーチが受信されたフレーム中で検出された場合には、制御プロセッサ62は受信したフレームをスイッチ63によってボコーダ64に切換える。ボコーダ64は可変レートのコード化された信号をデコードしてそれに応答してデジタル化された出力信号を出力する。デジタル化されたボコードから戻された信号はデジタル・アナログ変換器65によってスピーチに変換され、スピーカ（図示せず）のような出力装置に与えられる。
【００２８】
マイクロホンまたはその他の入力装置（図示せず）からの入力スピーチはアナログ・デジタル変換器66によってデジタル化され、ボコーダエンコーダ68によってボコードされる。ボコードされたスピーチは送信機69に入力される。実際には送信機69は、変調器、インターリーバ、およびエンコーダのような当業者によく知られた装置を含んでいる。送信機69の出力は送信アンテナ43に供給される。
【００２９】
図４に示されるように、ＧＰＳトランシーバ／時間ユニット203 は受信機74とタイミングおよび周波数ユニット72を含んでいる。タイミングおよび周波数ユニット72はＧＰＳ受信機74のＧＰＳエンジンから信号を受取り、その信号を使用してＣＤＭＡシステムの適切な動作のためのタイミングおよび周波数基準を発生する。したがって、多くのこのようなＣＤＭＡシステムでは、各セルサイトはＧＰＳ時間に同期される（すなわち、ＧＰＳ時間ベース基準を使用してそれから時間クリチカルＣＤＭＡ送信が導出される［パイロットＰＮシーケンス、フレームおよびウォルシュ関数を含んでいる］）。このような通常のタイミングおよび周波数ユニットおよびＧＰＳエンジンはＣＤＭＡシステムでは普通のものであり、技術的によく知られている。通常のタイミングおよび周波数ユニットは周波数パルスおよびタイミング情報を与える。対照的に、本発明で開示されているタイミングおよび周波数ユニット72は高低角、擬似レンジ、衛星識別子（すなわち、各衛星と関連する擬似雑音［ＰＮ］オフセット）、および衛星を捕捉する無線通信装置20を助けるために各衛星と関連するドップラシフトに関する情報（すなわち、衛星を捕捉するために必要な時間量を減少させる）を出力することが好ましい。この情報は典型的に通常のタイミングおよび周波数ユニット内で得られるが、典型的に外部装置では必要とされず、与えられることもない。タイミングおよび周波数ユニット72によって与えられる付加的な情報は、通常の基地局で周波数およびタイミング情報に関して行われているのと同じ方法でＢＳＣ14に通報されることが好ましい。
【００３０】
図５は本発明の１実施形態による無線通信装置20のブロック図である。無線通信装置20は、ＣＤＭＡ送信ならびにＧＰＳ信号を受信するように構成された送受信両用アンテナ92を備えていることが好ましい、別の実施形態では別々のアンテナがＧＰＳ信号、ＣＤＭＡ信号、および別のシステムの信号のようなその他の信号を送信および受信するために使用される。アンテナ92はデュプレクサ94によって給電されることが好ましい。デュプレクサ94は受信機100 に信号を供給し、送信機200 によって信号を供給される。時間／周波数サブシステム102 は当業者に明らかなように受信機100 に対してアナログおよびデジタル基準信号を供給し、インターフェース300 および送信機200 に対して制御信号供給する。ＣＤＭＡパワー制御は利得制御回路104 により行われる。本発明の１実施形態では制御信号インターフェース300 はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）である。その代わりに、制御信号インターフェース300 は利得制御機能を行うことのできる別の回路でもよい。制御信号インターフェース300 は無線通信装置20に対して制御信号を与える。受信機100 は無線周波数（ＲＦ）の下方変換および第１段の中間周波数（ＩＦ）の下方変換を行う。デジタルＩＦ用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）400 は第２段の中間周波数のベースバンドへの下方変換、サンプリング、およびアナログ・デジタル変換を行う。移動体復調ＡＳＩＣ500 はデジタルＩＦ  ＡＳＩＣ 400をサーチしてそこからのデジタルベースバンドデータと相関して以下さらに詳細に説明するように擬似レンジを確実にする。
【００３１】
任意の音声またはデータと共に、擬似レンジは移動体復調ＡＳＩＣ500 によってデジタルＩＦ変調器ＡＳＩＣ 400に送られる。デジタルＩＦ変調器ＡＳＩＣ 400は移動体復調ＡＳＩＣ500 から受信されたデータの第１段ＩＦの上方変換を行う。これらの信号の第２段中間周波数上方変換および無線周波数上方変換は送信機の回路200 において行われる。その後これらの信号は基地局10に送信され、以下説明するように、本発明の方法にしたがって処理される。無線通信装置20により受信された擬似レンジのような無線通信装置20とＢＳＣ14との間で通信される位置情報は、無線通信装置20によってデータバーストタイプのメッセージにより基地局10に通報されることが好ましい。そのメッセージは通信工業会／電子工業会（ＴＩＡ／ＥＩＡ）により発行された工業標準規格ＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ-167によって規定されたショートメッセージサービス（ＳＭＳ）のようなメッセージである。そのようなメッセージは基地局10を通ってＢＳＣ14に送信される。その代わりに新しく定められたバーストタイプのメッセージが無線通信装置20により基地局10に送信されることができる。
【００３２】
図６は、本発明の無線通信装置20の受信機の一部分、制御信号インターフェース、デジタルＩＦ、および移動体復調回路のブロック図である。無線通信装置20の送信機部分は通常の無線通信装置の送信機部分と本質的に同一であり、したがって、簡潔にするためにここでは説明しない。好ましい実施形態では、受信機100 は第１および第２の通路103 および105 を備えており、それらはアンテナ92にデュプレクサ94および第１のスイッチを介して接続されている。当業者は、２ウエフ通信装置とＧＰＳ受信機との間のさらに集積された構造が使用できることを認識するであろう。その代わりに、適当なインターフェースを有する２個の別々の受信機が開示されたものと同様の目的を達成することができる。
【００３３】
第１の通路103 は受信されたＣＤＭＡ信号を下方変換して通常のＣＤＭＡＲＦの下方変換された出力信号を生成することができる。第１の通路103 は低雑音増幅器108 、第１のバンドパスフィルタ112 、第１のミキサ118 、および第２のバンドパスフィルタ126 を含んでいる。第２の通路105 は図１のＧＰＳ衛星60, 70, 80, 90からのＧＰＳ信号を下方変換する。第２の通路105 は第２の低雑音増幅器110 を備え、それは第３のバンドパスフィルタ114 に出力を供給する。バンドパスフィルタ114 の出力は第２のミキサ120 に入力される。第２のミキサ120 の出力は第４のバンドパスフィルタ128 に供給される。第１および第２のミキサは第１および第２の局部発振器122 および124 によって局部発振信号を供給されている。第１および第２の局部発振器122 および124 はデュアル位相ロックループ（ＰＬＬ）116 の制御下で異なった周波数で動作する。デュアルＰＬＬは各局部発振器122 および124 が基準周波数を維持し、第１のミキサ118 の場合には受信したＣＤＭＡ信号を、また第２のミキサ120 の場合には受信したＧＰＳ信号を下方変換することを確実にしている。第２および第４のバンドパスフィルタ126 および128 は通常の設計の第１のＩＦセクション130 に結合されている。
【００３４】
ＩＦ復調器130 の出力はデジタルＩＦ  ＡＳＩＣ400 中の第２のスイッチ402 に入力される。第１および第２のスイッチ106 および402 は制御信号インターフェース300 の制御下で動作し、第３のミキサ404 、第５のバンドパスフィルタ406 、自動利得制御回路408 、およびＡ／Ｄ変換器410 により通常のＣＤＭＡのような方法で、またはＧＰＳ処理で音声またはデータ出力を処理する。第３のミキサ404 の第２の入力は局部発振器の出力である。ミキサ404 は供給された信号をベースバンドに変換する。濾波され、利得制御された信号はＡ／Ｄ変換器410 に供給される。Ａ／Ｄ変換器410 の出力は同位相成分（Ｉ）の第１のデジタルデータ流と直角位相成分（Ｑ）の第２のデジタルデータ流とを含んでいる。これらのデジタル信号はデジタル信号プロセッサ520 に供給され、それはＧＰＳ信号を処理して位置決定のために必要な擬似レンジ情報を出力する。
【００３５】
本発明の別の実施形態では、２つのバンドパスフィルタ126 および128 からの出力はベースバンド用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）に供給され、それはバンドパスフィルタ126 および128 からのＩＦ周波数信号出力をベースバンドに変換し、直角位相および同位相のベースバンド信号を表すデジタル値流を出力する。これらの信号はその後サーチャに供給される。サーチャは本質的にＣＤＭＡ復調装置で使用される通常のサーチャと同一である。しかしながら、使用されることが好ましいサーチャは、基地局から送信されたＣＤＭＡ信号と関連されたＰＮコードまたはＧＰＳ衛星と関連されたＰＮコードのいずれかに対してサーチャがサーチすることができるようにプログラムされている。サーチャは基地局からＣＤＭＡ信号を受信したときＣＤＭＡチャンネルを弁別し、ＧＰＳモードにあるとき受信されたＧＰＳ信号が送信されているＧＰＳ衛星を決定する。さらに、一度ＧＰＳ信号が捕捉されると、サーチャは、当業者に理解されるように信号が受信されている衛星と関連する擬似レンジを決定するために通常の方法で本質的にＰＮコードと関連した時間オフセットを指示する。
【００３６】
当業者に理解されるように、図６に示されたような２重変換プロセスまたは代わりに単一の変換およびＩＦサンプリング技術、または直接変換が必要なＩおよびＱサンプルを生成するために使用されることができる。さらに、図６に示される実施形態の構造は、開示された方法および装置の動作に影響を与えない多くの方法によって変更されることができる。例えば、通常のプログラム可能なプロセッサが図６に示されたＤＳＰの代わりに使用されてもよい。メモリ510 はシステムを通るデータ流がバッファを必要としないような速度である場合には要求されない。バンドパスフィルタ406 と自動利得制御回路408 は場合によっては省略されてもよく、デジタル技術またはアナログ技術を使用して構成し、またはその他の変更が可能である。多くのその他の図６に示された構造に対する変更は本発明を逸脱することなく行うことができる。さらに、別の実施形態はＧＰＳと無線通信受信機との間のハードウエアおよびソフトウエアリソースを多くすることも少なくすることも可能であることに注意すべきである。
【００３７】
図７は開示された方法および装置を含む通信システムのコンポーネントの高いレベルのブロック図である。動作において、開示された方法によれば、ＢＳＣ14は基地局10内の制御プロセッサ62（図３）からのＧＰＳ情報をリクエストする。この情報はＧＰＳトランシーバ74（図３）によって現在観測している全ての衛星の、高低角度、ドップラシフト、および特定の時間における擬似距離を含むがそれに限定されない。ＧＰＳ受信機は、観察している全ての衛星を常に追跡しているから、観察している各衛星の位置、周波数、およびＰＮオフセットについての更新情報を有することに注意すべきである。その代わりに基地局10は無線通信装置20により観察されることのできる衛星のみのサブセットに対応するデータを送信することもでき、基地局10は街路の幅および周囲のビルディングの高さに関する情報を記憶することができると仮定する。すなわち、無線通信装置が１以上の衛星の観察が妨害されていることを決定する能力を有する場合には、基地局10は妨害された衛星に関係する情報は送信しない。
【００３８】
通常のＧＰＳ受信機は、受信機の内部のＧＰＳクロックに関して衛星信号が受信された時間を記録している。しかしながら、受信機の内部のＧＰＳクロックは正確に真のＧＰＳ時間に同期されてはいない。それ故、受信機は衛星信号が受信された“真”のＧＰＳ時間の正確な時点を知ることはできない。後で、ナビゲーションアルゴリズムは第４の衛星を使用することによってこのエラーを補正する。すなわち、受信機内のクロックが各衛星内のクロックと正確に同期されている場合には、通常のＧＰＳ受信機は受信機の正確に位置を決定するためだけに３個の衛星を必要とする。しかしながら、受信機のクロックは正確に衛星のクロックに同期されていないから、付加的な情報が要求される。この付加的な情報は第４の衛星の信号が受信機に受信された時間を記録することによって与えられる。これは、４つの式（すなわち、４つの衛星のそれぞれ１つの式に関係している）および解かれる必要のある４つの未知項（すなわち、受信機のｘ，ｙ，ｚ座標および受信機クロックのエラー）が存在することに注目することにより理解することができる。それ故、３次元の解に対して少なくとも４つの異なる衛星からの４つの測定値が通常のＧＰＳ受信機では必要である。
【００３９】
それと対照的に、本発明のシステムは真のＧＰＳ時間に同期された１つの地上基地局を使用する。１実施形態では、この基地局はＣＤＭＡ基地局である。当業者は、ＣＤＭＡ基地局はＧＰＳ時間に同期していることを理解するであろう。基地局が完全に同期されていない場合には時間オフセットが較正されることができる。さらに、ＣＤＭＡプロトコルを使用するそのようなＣＤＭＡ基地局を通って通信する全ての無線通信装置は各無線通信装置20に特有のオフセットＧＰＳ時間に同期されている。時間のオフセットは信号の通信における“実際の遅延”に等しい（すなわち、基地局アンテナから無線通信装置アンテナへの無線信号の伝搬によって生じた片道の遅延プラス基地局の伝送チェイン中のハードウエア遅延により生じる内部遅延による“伝送遅延”）。これは、無線通信装置がクロックをＧＰＳ時間の基地局からの指示を受信することによってそのクロックを同期することによるものである（時間／周波数サブシステム102 内において）。しかしながら、その指示が無線通信装置に到着する時間により、その指示には、信号が基地局から無線通信装置に伝送される期間中に実際に受ける遅延に等しい量だけエラーがある。この実際の遅延は基地局と無線通信装置との間の往復を行う信号に必要な時間の長さを測定することによって決定される。片道の遅延は往復の遅延のほぼ半分に等しい。往復の遅延を測定する多くの方法が当業者によって利用可能である。
【００４０】
本発明の方法および装置により、時間／周波数サブシステム102 内の処理回路は時間／周波数サブシステム内の内部クロックを補正して、基地局10と無線通信装置20との間で伝送される信号の受ける遅延を考慮に入れることによって無線通信装置をより正確にＧＰＳ時間に同期させる。
【００４１】
無線通信装置20内で行われる処理は、図５の機能ブロック間で分割されて示されている。しかしながら、この処理機能を行うために使用される特定の構成は単一の処理回路であってもよく、あるいはここに開示されたグループとは異なるグループである機能を行う個々の処理回路であってもよい。そのようなハードウエア内の別の機能のグループ化は、本発明の方法および装置の動作に影響を与えることなく行うことができる。すなわち、当業者は、処理機能が開示された方法および装置の動作に影響を与えることなく、無線通信装置20を通して種々の処理回路出分割または組合わせを行うことができることを理解するであろう。
【００４２】
さらに、基地局10と無線通信装置20との間の距離は無線通信装置20の位置決定を助けるために使用されることができる。すなわち、基地局10と無線通信装置20との間の直接の視線が存在する場合には、２個の衛星の距離測定と１つの基地局の距離測定しか必要としない。直接の視線がサービスしている基地局10と無線通信装置20との間に存在しない場合には、３個の衛星と１つの往復遅延測定が３次元位置を計算するために必要とされる。余分の衛星測定はマルチパスにより生じる付加的な遅延により導入される付加的な距離に対するエラーを補正するために必要とされる。往復遅延は無線通信装置中のクロックエラーを補正するために使用される。
【００４３】
ここに記載されたシステムは、無線通信装置20がＣＤＭＡネットワークのカバー範囲内にあり、ＣＤＭＡネットワークで十分なサービス品質があるかぎり、無線位置決定機能（a Wireless Positioning Function）（ＷＰＦ）18（図７）を使用して任意の時間に確実なＣＤＭＡ無線通信装置の位置が決定されることを可能にする。ＷＰＦは入力および出力ポートと処理回路を備えている。当業者は、処理回路が汎用コンピュータ、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、専用状態マシン、専用のディスクリートなハードウエア回路、用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）、またはＷＰＦが行われることにより実行される機能を有する任意のその他の回路でよいことを理解するであろう。
【００４４】
無線通信装置の位置を決定する処理は、無線通信装置20、ネットワーク、あるいは、内部位置アプリケーション（ＩＬＡ）１７、外部位置アプリケーション（ＥＬＡ）１５、緊急サービスアプリケーション（ＥＳＡ）１３のような外部エンティティによって開始されることができる。これらのコンポーネント１３，１５，１７は位置情報をリクエストおよび、または受信することのできるハードウエアまたはソフトウエアのいずれであってもよい。１実施形態では、ＩＬＡ１７はＢＳＣ14に結合された端末であり、無線通信装置20に関する位置情報を直接リクエストし、受信することができる。別の例ではＩＬＡ１７はＭＳＣ12内のプロセッサによって実行されるソフトウエアアプリケーションである。
【００４５】
ＷＰＦ18は粗データを受取ることのできる通常のプログラム可能なプロセッサであることが好ましく、それは無線通信装置および衛星から受信され（すなわち２つの衛星からの擬似距離、無線通信装置から基地局までの距離、および時間補正係数）、無線通信装置の位置が計算される。しかしながら、そのような受信された情報に基づいて無線通信装置20の位置を計算することを要求された情報を受信し、この位置決定を出力することのできる任意の装置が使用されることができる。例えば、ＷＰＦ18は、ＡＳＩＣ、ディスクリートな論理回路、状態マシン、または他のネットワーク装置（ＢＳＣ14のような）内のソフトウエアアアプリケーションとして構成されてもよい。さらに、ＷＰＦ18は基地局10、ＢＳＣ14、またはＭＳＣ12内のどこかに位置されてもよい。ＷＰＦ18はＢＳＣ14と通信している専用のプロセッサによって実行されるソフトウエアアアプリケーションであることが好ましい。したがって、基地局10、ＢＳＣ14、およびＭＳＣ12は通常のコンポーネントを開示された方法および装置に備えるために大きく変形される必要はない。その代わりに、ＷＰＦ18はＢＳＣ14内のプロセッサによって行われるソフトウエアアアプリケーションである。ＷＰＦ18は通常の料金請求機能、管理機能、家庭位置登録／訪問者位置登録機能、およびその他の通常のＢＳＣに結合されたプロセッサにより行われる補助機能により使用されるのと類似した通信ポートを介してＢＳＣ14と通信することが好ましい。
【００４６】
位置計算に使用されるアルゴリズムはParkinson.B.W.およびSpilker,J.J.著クローバル位置決定システム、理論および応用、ボリュームＩ、1996年に記載されている。さらに、ボリュームIIには微分ＧＰＳ補正を行う方法が示されている。このような補正が無線通信装置の位置を正確に計算するためにＷＰＦ18によって行われなければならないことは当業者に理解されるであろう。
【００４７】
開示された方法および装置によれば、サービスプロバイダは、能力、セキュリティ、サービスプロフィール等のようないくつかの条件に基づいて位置決定サービスを限定することができる。位置決定サービスは以下のサービスのそれぞれ、またはいくつかのサブセットを支援することができる。  
（１）無線通信装置から発生する位置決定のリクエスト（Wireless communication device originated request for positioning）（ＷＰＦ)  
（２）ネットワークから発生する位置決定のリクエスト（Network originated request for positioning）（ＮＲＦ）  
（３）サービスインスタンス当たり許容される位置決定（Positioning allowed on a per service instance）（ＰＳＩ）、無線通信装置は特定のサービスを配送する目的で装置の位置決定を一時的に許可する外部アプリケーションを与える。  
（４）無線通信装置識別子を有する／有しない位置決定（Positioning with/without wireless communication device identification）（ＰＷＩ／ＰＷＯ）：定められた地理的区域中の全ての無線通信装置の位置決定を行う。ＰＷＩは識別子およびＰＷＯがそれらの位置だけを与える間におけるこれらの装置の位置を与える。  
（５）閉じられたグループ内の位置決定（Positioning within a closed group）（ＰＣＧ）：位置決定のための特別の権利が定められることができる範囲のグループの生成を許容する。
【００４８】
［表Ｉ    位置決定サービスのタイプ］  
開始者／周期性    オンディマンド      周期性          イベント  
（単一／多数例）                      トリガー  
無線通信装置      ＷＰＦ，ＰＳＩ，  ＷＰＦ，ＰＣＧ，  ＷＰＦ  
ＰＣＧ  
ネットワーク      ＰＷＯ            ＰＷＯ            ＮＲＰ／ＰＷＯ  
外  部          ＰＷＯ，ＰＷＩ，  ＰＷＯ，ＰＷＩ，  
ＰＣＧ，ＰＳＩ    ＰＣＧ  
本発明の方法および装置の１実施形態によれば、無線通信装置20はその無線通信装置20の位置の決定のためのリクエストを発生し、無線通信装置20は位置リクエストをＭＳＣ12に送る。ＭＳＣ12はリクエストを確認し、無線通信装置20がリクエストされたサービスのタイプに同意することを確実にする。その後、ＭＳＣ12は無線通信装置20の位置を発見するためにサービスしているＢＳＣ14にリクエストを送る。ＢＳＣ14はサービスしている基地局10に目標指向情報の位置を質問する。サービスしている基地局10は次の信号を送ることによってリクエストに応答する。  
（１）観察している衛星のリスト  
（２）それらのドップラシフト  
（３）それらのドップラの変化率  
（４）それらの擬似レンジ  
（５）それらの高低角  
（６）それらの信号対雑音比（ＳＮＲ）  
（７）基地局と無線通信装置との間で送信された信号の受ける遅延量が決定できる指示（例えば無線通信装置とサービスしている基地局との間の往復遅延（Round Trip Delay）（ＲＴＤ））。
【００４９】
基地局と無線通信装置との間で送信された信号の受ける遅延量を決定するために使用される指示は、基地局から無線通信装置に送られて、無線通信装置から基地局に送り返され、あるいは無線通信装置から基地局に送られて、基地局から無線通信装置に送り返される往復伝送で受ける往復遅延であってもよい。この計算は、信号が往復の原点から送信される時間を記録し、往復の反対端でその信号を再送信することを要求された時間量を知り、再送信された信号が受信される時間を記録することにより行われる。基地局が信号を発生し、往復遅延の測定が行われるならば、基地局は以下の動作を行うことができる。  
（１）無線通信装置が基地局と無線通信装置との間の（往復遅延等の）片道の遅延を計算することができる情報の送信  
（２）基地局から無線通信装置への片道の遅延量の計算（折返し時間は無線通信装置の信号の受信間では無視できるか折り返し時間で情報を受信するかのいずれかであると仮定する）および無線通信装置に対する片道遅延の送信。
【００５０】
同様に、無線通信装置が信号を発生して往復遅延の測定を行ったならば、無線通信装置は以下の動作を行うことができる。  
（１）基地局における受信と再送信との間の時間量が無視できると仮定して、測定された往復遅延から直接片道遅延を計算する。  
（２）無線通信システムが片道遅延を計算することができる無線通信装置から受信された信号の受信と再送信との間の経過時間がどの程度かについての基地局からの指示を受信する。あるいは、  
（３）片道遅延を計算する基地局に記録された往復遅延を送り返し、無線通信装置に片道遅延を指示する値を送信する。
【００５１】
本発明の方法および装置の１実施形態によれば、基地局と無線通信装置20との間の往復遅延は、基地局から送信された信号についてのフレームの開始端と無線通信装置20からの基地局によって受信された信号についてのフレームの開始端との間の差として決定される。これはＣＳＭ（セルサイトモデム）により測定された第１の到着フィンガのフィンガオフセット遅延として知られている。往復遅延は以下の合計であることに注意すべきである。  
（１）順方向リンク（基地局伝送チェイン）のハードウエア遅延  
（２）基地局アンテナと無線通信装置アンテナとの間の片道伝搬  
（３）無線通信装置（受信および送信チェイン）内のハードウエア遅延  
（４）無線通信装置のアンテナと基地局アンテナとの間の片道遅延。
【００５２】
通信工業会／電子工業会（ＴＩＡ／ＥＩＡ）により公表された通信工業標準規格ＩＳ-95 によれば、無線通信装置は，無線通信装置20により送信された信号のフレームの前端が無線通信装置20により受信されたフレームの前端と整列するようなそれ自身のハードウエア遅延を補償するようにその送信タイミングを調節しなければならない。したがって項目（３）におけるハードウエア遅延は許容可能な公差内になるように自動的に除去される。
【００５３】
項目（１）における遅延は約５０ナノ秒の正確さで較正されることができる。したがって視線状態下で、ＲＴＤ測定は無線通信装置20と基地局10の間の距離を決定するために使用されることができる。
【００５４】
基地局10内のＧＰＳ受信機74は連続的に視野にある衛星を追跡し、したがって衛星に関するパラメータについて情報を更新することができることに注意すべきである。ＢＳＣ14はＲＴＤ、擬似距離、衛星高低角、ドップラシフト、および各衛星に対するドップラ変化率を使用して、以下説明するように時間および周波数の両者においてサーチウインドウの中心およびサーチウインドウのサイズを計算する（図８参照）。
【００５５】
時間ドメインにおいて、ｉ番目の宇宙船（“ＳＶi ”）に対するサーチウインドウの中心は図８におけるサービスしている基地局10とＳＶi との間の擬似距離ρｂに等しい。ＳＶi に対するサーチウインドウのサイズはｄ cos（φ）に等しく、ここで、ｄは基地局ＢＳと無線通信装置（図８においてＭＳで表示されている）との間の往復遅延の半分に等しく、 cos（φ）は受信機を通過して地球の中心から発生する地球の半径に関する衛星の高度のコサインである。
【００５６】
当業者は、基地局と衛星との間の距離が基地局と無線通信装置との間の距離に比較してはるかに大きいことを注目することによってこの関係を理解するであろう。したがって、衛星が本質的に頭上にあるとき、距離ρｍ1 ，ρｂ，およびρｍ2 は本質的に等しい。衛星の高低角がほぼ９０度であるとき、ρｍ1 とρｍ2 との差はほぼ２ｄでありサーチウインドウサイズはほぼｄである。
【００５７】
本発明の方法および装置の１実施形態によれば、サーチウインドウの中心およびサイズは以下の情報によってさらに精密にされる。  
（１）無線通信装置の最近の位置に関する情報  
（２）無線通信装置が信号を受信する他の基地局が存在する場合にそれらについての情報  
（３）他の基地局から受信された信号の相対強度  
（４）付加的な信号が無線通信装置によって受信されることができる他の基地局の相対的な位置  
（５）セクター化された基地局から送信された無線通信装置により受信された信号か否か、イエスであれば信号が送信されるセクターについての情報  
（６）任意の基地局を含み、そのような送信された信号に関する到着時間または到着時間差情報のいずれかにより任意のソースから送信された信号を使用する無線通信装置の位置の三角測量の試み。
【００５８】
周波数ドメインでは、ＳＶi に対するサーチウインドウ中心はｆ0 ＋ｆdiに等しく、ここで、ｆ0 はＧＰＳ信号の搬送波周波数に等しく、ｆdiはＳＶi により送信された信号のドップラシフトに等しい。ＳＶi に対するサーチウインドウサイズは受信機の周波数エラーおよびドップラの変化率による周波数の不確実性に等しい。ＢＳＣ14は観察している衛星、時間および周波数の両者におけるサーチャのサーチウインドウ中心およびサイズ、および無線通信装置20の位置を決定するために必要な衛星の最小数を含む情報を送信する。
【００５９】
１実施形態によると、無線通信装置20に対するメッセージは無線通信装置20における再同調信号をトリガーする。メッセージはまた、“アクション時間”（受信機が将来ＧＰＳ受信機周波数に再同調する特定の時間）を有することができる。応答において、無線通信装置20はアクション時間に第１および第２のスイッチ106 および402 （図６）を付勢し、それによってＧＰＳ周波数に再同調する。デジタルＩＦ  ＡＳＩＣ 400はそのＰＮ発生器（図示せず）をＧＰＳモードに変化させ、全ての特定の衛星のサーチを開始する。
【００６０】
一度無線通信装置20が最小数の必要な衛星を捕捉すると無線通信装置20内のＧＰＳクロ
ックに基づいて擬似レンジを計算し、通信システム周波数に再同調し、擬似レンジを第１の３個の衛星の測定された信号対雑音比および最近のＣＤＭＡパイロットサーチ結果と共に擬似レンジ結果をＢＳＣ14に送る。パイロットサーチ結果は、装置が３個の衛星を捕捉できず、サービスしている基地局と無線通信装置20との間に直接の視線通路が存在しない場合に必要である。それにもかかわらず、パイロットサーチ情報のような利用できる情報を使用して別の基地局のような他の装置からの往復遅延が計算されることにより、３個より少ない衛星が使用可能である。パイロットサーチ情報に基づいて往復遅延決定する技術は技術的によく知られている。
【００６１】
ＢＳＣ14はサービスしている基地局10の位置、対応する往復遅延測定、検討している衛星の空間的位置（固定された予め定められた基準原点）、および微分ＧＰＳ補正と共に無線通信装置20により行われた擬似レンジ測定結果をＷＰＦ18に送り、そこで無線通信装置20の位置が計算される。ＢＳＣ14により無線通信装置20から受信された擬似レンジはＷＰＦ18に送られ、無線通信装置20内のクロックに関係している。それ故、それらはエラーがある（すなわち、サービスしている基地局10と無線通信装置20との間の往復遅延によってバイアスされている）。図９は、ＷＰＦ18がローカルクロックバイアスに対してどのように補正するかを示す説明図である。図９では、δ1 は基地局10から無線通信装置20に送信された信号またはその反対の信号の受信における擬似レンジ（往復遅延の半分）を表している。ｒｍ1 ，ｒｍ2 ，ｒｍ3 は無線通信装置から第１、第２、第３の選択されたＧＰＳ衛星60, 70, 80までの擬似レンジである。これらの測定は無線通信装置20中のローカルクロックに関して行われたものである。しかし、ローカルクロックはＧＰＳ時間からδ1 だけオフセットしているので、補正された擬似レンジは次のようになる。  
ρ1 ＝ρｍ1 ＋δ1   
ρ2 ＝ρｍ2 ＋δ1   
ρ3 ＝ρｍ3 ＋δ1   
ＷＰＦ18は、上記３つの式、３個の衛星の位置（空間的）、サービス基地局の位置、および対応するＲＴＤ測定を使用して無線通信装置20の位置を計算する。ＲＴＤを知ることは真のＧＰＳ時間に関する無線通信装置のローカルクロックバイアスを正確にしることと等価であることに注目すべきである。すなわち、３つの衛星からの３つの距離（レンジ）方程式を解けば十分である。さらに、基地局と無線通信装置との間に直接の伝搬路が存在する場合には、３個の衛星は過剰決定解を与える。それはＲＴＤは基地局に対するクロックオフセットと擬似レンジ測定の両者の決定に使用することができるからである。
【００６２】
また、必要な最小数の衛星の数は、無線通信装置20と基地局10との間に直接視線接続が
存在し、無線通信装置20と基地局10との間の距離が無線通信装置20と基地局10との間のＲＴＤから直接決定されることができる場合には、２個に減少されることに注目すべきである。この数は他のパイロット（サイト）についての情報が利用できればさらに減少されることができる。例えば、もしも無線通信装置20が２以上の基地局と通信しており（例えばソフトハンドオフ）、それらのいずれも無線通信装置20と直接の視線を有していないならば、１より多くの往復遅延が計算されることができ、したがって２個の衛星は全て無線通信装置20の位置を決定するために必要とされる。すなわち、計算は５つの式に基づいて行われることができる（２つの式は２個の衛星に関連する２つの擬似レンジ測定に関係し、２つの式は２個の基地局ＲＴＤ測定に関係し、１つの式は無線通信装置20内のローカルクロックが真のＧＰＳ時間に同期されることを可能にするサービスしている基地局に対するＲＴＤに関係している）。これはＧＰＳ衛星が建物や樹木によって妨害去れ、陰になった場合のシナリオで非常に有効である。さらに、ＧＰＳ衛星をサーチする時間を減少させる。ＷＰＦ18はＢＳＣ14に計算された位置の情報を送り、ＢＳＣ14はその計算された位置の情報をＭＳＣ12に送り、または直接無線通信装置20に送信する。
【００６３】
別の基地局からのＲＴＤを使用するのに加えて、本発明の方法および装置は、異なった基地局からのパイロットの間または基地局と衛星との間の到着時間差（time difference of arrival）（ＴＤＯＡ）を使用して無線通信装置の位置決定を助けることができる。そのようなＴＤＯＡはＧＰＳ衛星からの衛星信号のＴＤＯＡに付加して使用される。そのような使用は少なくとも１つの基地局が利用可能である（すなわち、基地局がＧＰＳ時間に同期されている）とき、または２以上の同期されない基地局がある（すなわち、基地局が互いに同期されているがＧＰＳ時間には同期されていない）とき無線通信装置の位置を決定するのを助け、所望の数よりも少ない衛星を使用することができる。順方向リンク信号からのＴＤＯＡ測定の使用はＲＴＤ情報のないときでも必要な衛星の数を減少させることを可能にする。
【００６４】
以下は無線通信装置の位置を決定するのを助ける順方向リンク情報を使用する本発明の方法および装置のいくつかの実施形態を記載している。開示された装置は本質的に汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ、専用回路、状態マシン、ＡＳＩＣ、またはその他の技術的に知られている開示された機能を行うことのできる回路であることを理解すべきである。
【００６５】
無線通信装置の位置を決定するために、多数の未知数（例えば、装置のｘｙｚ座標および正確な時間）はこれらの未知数を含む式の数と一致しなければならない。以下の式はＴＤＯＡ測定が行われる各信号対に対して書かれたものである（すなわち、各対は第１の基地局ＢＳ1 により送信された１つの信号および第２の基地局ＢＳ2 により送信された１つの信号からなっている）。  
ＴＤＯＡbs1,bs2,wcd ＝  
【数１】
2014178326.tif 000003
【００６６】
ここで、ＴＤＯＡbs1,bs2,wcd は無線通信装置（ｗｃｄ）によって第１の基地局（ｂｓ1 ）と第２の基地局（ｂｓ2 ）から受信された信号の間のＴＤＯＡである。  
Δｔは各信号源により送信された信号を発生するために使用されたクロック間のオフセットであり、基地局ｂｓ1 とｂｓ2 の内部ＢＳ遅延間の差である。  
ｘbs1 は基地局ｂｓ1 の位置を決定するｘ座標であり；  
ｘbs2 は基地局ｂｓ2 の位置を決定するｘ座標であり；  
ｙbs1 は基地局ｂｓ1 の位置を決定するｙ座標であり；  
ｙbs2 は基地局ｂｓ2 の位置を決定するｙ座標であり；  
ｚbs1 は基地局ｂｓ1 の位置を決定するｚ座標であり；  
ｚbs2 は基地局ｂｓ2 の位置を決定するｚ座標であり；  
ｘwcd は無線通信装置の位置を決定するｘ座標であり；  
ｙwcd は無線通信装置の位置を決定するｙ座標であり；  
ｚwcd は無線通信装置の位置を決定するｚ座標である。
【００６７】
上記の式に対して、未知数は無線通信装置のｘ，ｙ，ｚとΔｔである。同様の式は衛星ＴＤＯＡ測定に対しても記載されることができる。４つの未知数が存在するから、このような４つの式がなければならず、Δｔが衛星と基地局の両者に対して一定であると仮定して、少なくとも４個の衛星または基地局の任意の組合わせが必要である。この仮定が正しくない場合には（すなわち、基地局がＧＰＳ時間に同期していない場合）、１つの付加的な未知数が追加され、そのため１つの付加的な信号源が必要になる。さらに、基地局とＧＰＳシステムが同期していない場合には、衛星と基地局の両者を使用するためには少なくとも２つの衛星と少なくとも２つの基地局がなければならない。
【００６８】
もしも、通信基地局が互いに関して同期して動作しているならば、互いのパイロットに関する各パイロットのＴＤＯＡは上記の式を使用して決定されることができる。もしも、基地局もまたＣＤＭＡ通信の基地局の場合のようにＧＰＳ時間にも同期しているならば、順方向リンクパイロットＴＤＯＡおよび衛星ＴＤＯＡを使用する方法はそれら両者がＧＰＳ時間に同期しており、“同期ＧＰＳ／順方向リンクモード”とここで呼ばれる。
【００６９】
通信基地局がＧＰＳ時間と同期していない場合には、順方向リンクＴＤＯＡおよび衛星ＴＤＯＡの両者を使用する方法はここでは“非同期ＧＰＳ／順方向リンクモード”と呼ばれる。この場合には用語“非同期”とは順方向リンクにおける到着時間測定を行うために使用された時間基準とＧＰＳ衛星信号における到着時間測定を行うために使用された時間基準との到着時間のオフセットが存在することを示している。用語“非同期”は、基地局が互いに同期していないことを伝えようとするものでも、ＧＰＳ衛星が互いに同期していないことを伝えようとするものでもないことを理解すべきである。事実、各基地局は各他の基地局と同期されることが好ましく、それによって基地局から受信された各信号の到着時間差が各他の基地局に関して決定されることができる。同様に、各衛星はＧＰＳ星座において他の衛星と同期している。
【００７０】
図のＡ〜Ｄを参照すると、３個の衛星10ａ，10ｂ，10ｃによって送信されたパイロットＰＮシーケンス間のタイミングが論じられている。ここに開示された方法および装置は本質的にＣＤＭＡシステムに関して記載されているが、非同期ＧＰＳ／順方向リンクモードは、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）通信システムのようなＧＰＳ時間と関係しない同期
通信システムにより使用されるとき最も有効である。
【００７１】
［同期ＧＰＳ／順方向リンクモード］  
図１０は３つの基地局から送信されたパイロットＰＮシーケンス間の関係を示している。図１０は３つのパイロットＰＮシーケンス901, 903, 905 を示しており、各パイロットＰＮシーケンスは１から９までの番号を付けた９個のチップを有している。１つのチップはここでは擬似レンジランダム雑音シーケンス内の最少の情報単位として定義される。各チップは典型的に２進（または論理）値（すなわち１または０のいずれか）を有している。
【００７２】
パイロットＰＮシーケンスはこの明細書では長さＮを有するシーケンスとして定義され、それはＮ個のチップ（例えば示された例ではＮ＝９チップ）毎に反復されるが、それはＮ個の連続するチップのシーケンスでランダムで現れる。当業者は、ＣＤＭＡ基地局により送信されるパイロットＰＮシーケンスは典型的に２15程度の長さのチップであることを理解するであろう。しかしながら、本発明の説明を簡単にし、図を明瞭にするために図１０に示されたパイロットＰＮシーケンスは僅か９チップの長さとして示されている。
【００７３】
図１０は３つの基地局10ａ，10ｂ，10ｃの制御プロセッサ62によって発生された３つのパイロットＰＮシーケンス901, 903, 905 を示している。各基地局10は１つのこのようなパイロットシーケンスを発生する。ＣＤＭＡ通信システム内の各基地局10は、同じパイロットＰＮシーケンスを送信する。しかしながら、各基地局10ｂ，10ｃにより発生されたパイロットＰＮシーケンスの最初は制御プロセッサ62によって予め定められた量だけ意図的にオフセットされている。これについて議論において、基地局10ａ内の制御プロセッサ62は“ゼロＰＮシーケンス”を送信する。ゼロＰＮシーケンスは他のそれぞれのパイロットＰＮシーケンスがオフセットされる基準である。したがって、ゼロＰＮシーケンスを生成する制御プロセッサ62はゼロのオフセットを導入する（したがってゼロＰＮシーケンスと呼ばれる）。ここに開示された方法および装置は任意の特定の基地局によってゼロＰＮシーケンスを発生させる必要はないことに注意しなければならない。ゼロＰＮシーケンスは単に説明のために示したものである。当業者は、通常のＣＤＭＡ通信システムでは各パイロットＰＮシーケンスオフセットと各基地局との間に１対１の対応があることを理解すべきである。すなわち、各基地局は特有のオフセットを割当てられ、その１つのオフセットだけを有するパイロットＰＮシーケンスを発生する。
【００７４】
各基地局10ｂ，10ｃの制御プロセッサ62により意図的に導入されたオフセットは、整数のチップを送信するために必要時間量に等しい期間を有していることが好ましい。このオフセットは通信システム中の各基地局に特有である。図１０に示された例では、ゼロＰＮシーケンス901 は基地局10ａの制御プロセッサ62内において、時間Ｔ0 で始まり、時間Ｔend で繰返しが始まるように発生される。ＣＤＭＡ通信システムでは時間Ｔ0 とＴend はＧＰＳ時間に関して予め定められた時間である。パイロットＰＮシーケンスは固定長であり、反復されるから、パイロットＰＮシーケンスの開始はＧＰＳ時間に関して規則的な予測可能なインターバルで発生する。
【００７５】
第１のこのようなパイロットＰＮシーケンス901 はゼロＰＮシーケンスでありタイミング基準として使用される。第２のこのようなパイロットＰＮシーケンス903 は時間Ｔ1 で開始し、ゼロＰＮシーケンスから８チップだけオフセットされている。したがって、ゼロＰＮシーケンス901 を発生する基地局10ａがパイロットＰＮシーケンス901 の第１のチップ907 を発生するとき、パイロットＰＮシーケンス903 を発生する基地局10ｂは第９のチップ909 を発生する。パイロットＰＮシーケンス905 は時間Ｔ2 で開始し、ゼロＰＮシーケンスから３チップだけオフセットされている。それ故、ゼロＰＮシーケンスが第１のチップ907 を発生するとき、パイロットＰＮシーケンス905 を発生する基地局10ｃは第４のチップ911 を発生する。それ故、システム中の各基地局はシステム中の互いの基地局に関して同期したオフセットパイロットＰＮシーケンスを発生することができる。ゼロシーケンスが開始する時間を知らなくても、各信号が発生される時間にパイロットＰＮシーケンス903 とパイロットＰＮシーケンス905 との間のオフセット４チップであることが決定されることができる。
【００７６】
当業者は、真のＧＰＳ時間は、４個の衛星から受信されたＧＰＳ信号から基地局の位置に対する完全な解を計算することによってＧＰＳ受信機とプロセッサを有する任意の基地局内で得られることができることを理解するであろう。このような完全な解は技術的によく知られているように受信基地局10ａの座標ｘ，ｙ，ｚとＧＰＳ時間ｔから得られる。さらに一般的に説明すると、ＧＰＳ時間はＮ＋１の衛星を使用して位置に対するＮ次元の解を計算することによって正確に決定されることができる。したがって、基地局10ａはゼロＰＮシーケンス901 を真のＧＰＳ時間に関して特定された時間に開始させる。
【００７７】
ゼロＰＮシーケンスが開始される絶対時間を知る必要はないことに注目すべきである。それは無線通信装置で受信された２つの信号の到着時間差は相対的な測定として決定されるからである。一度、無線通信装置が基地局から送信されているパイロット信号が受信されることができることを決定したならば、受信機は同じ基地局から送信された“同期”信号において送信された情報を復調することができる。同期”信号について復調された情報はパイロットＰＮシーケンスに適用されたＰＮオフセット（ゼロＰＮシーケンスに関して）を含んでいる。それ故、ゼロＰＮシーケンスはＣＤＭＡ通信システム内の各基地局によって送信された各パイロットＰＮシーケンスの相対的タイミングを決定するための基準として機能する。
【００７８】
しかしながら、各ＣＤＭＡの基地局10ａ内の制御プロセッサ62がＧＰＳ時間と同期していても、送信している基地局10の通信アンテナ201 の放射中心に対して各パイロットＰＮシーケンス901 を送信するのに関連する伝搬遅延が存在する。伝送チェインを通るハードウエア遅延（以下“内部ＢＳ遅延”と呼ぶ）は、パイロットＰＮシーケンスが真のＧＰＳ時間（すなわち、制御プロセッサ62においてパイロットＰＮシーケンスが開始する時間）に関して開始する時間と、アンテナ43の放射中心から送信の時間におけるパイロットＰＮシーケンスの開始時間との間にオフセットを導入する。内部ＢＳ遅延は各基地局10に対して異なっていてもよい。したがって、ＣＤＭＡ基地局は基地局の送信アンテナ43の放射中心においてＧＰＳ時間または相互に正確に同期してはいない。この不正確さは通信に問題を生じるような大きいものではないが、位置決定の目的に対して到着時間差を非常に正確に決定しようとするときには問題を生じる。
【００７９】
図１１は、内部ＢＳ遅延により生じたパイロットＰＮシーケンス901, 903, 905 の相対的なタイミングの影響を示している。第１のパイロットＰＮシーケンス901 は時間Ｔa から時間Ｔb に遅延されている。同様にパイロットＰＮシーケンス903 は時間Ｔa から時間Ｔd に遅延されている。パイロットＰＮシーケンス905 は時間Ｔa から時間Ｔc に遅延されている。図１１から認められるように、パイロットＰＮシーケンス903 および905 は、各基地局10を通るＢＳ遅延の差によってそれぞれパイロットＰＮシーケンス901 に関して時間Ｓ1 ＝Ｔb −Ｔd およびＳ2 ＝Ｔb −Ｔc だけシフトされている。相対的オフセットＳ1 ，Ｓ2 は無線通信装置20において３つの基地局10から受信された３つのパイロット信号209, 211, 213 のＴＤＯＡを正確に決定するために知られていなければならない。
【００８０】
各基地局10の内部ＢＳ遅延も、相対的オフセットＳも典型的に時間にわたってあまり大きく変化しない。したがって、本発明の１実施形態では、各基地局10の内部ＢＳ遅延と典型的に相対的オフセットＳとのいずれも，基地局が任命されている時間における測定することができる。その代わりに、内部ＢＳ遅延または相対的オフセットＳは規則的なインターバルで決定され、無線通信装置に通報される。さらに別の実施形態では、内部ＢＳ遅延または相対的オフセットＳは連続的に決定され、規則的なインターバルで要求に応じて、あるいは値の変化に応じて無線通信装置に通報される。
【００８１】
ＣＤＭＡ基地局（またはＧＰＳ時間に同期された他のシステムからの基地局）間の内部ＢＳ遅延および相対的オフセットを測定する１つの方法は、基地局10からパイロットＰＮシーケンスを受信するために既知の距離離れてい位置している（すなわち、基地局のアンテナから遠隔の同期しているステーションまでの既知の伝搬遅延を有する）遠隔の同期ステーションを使用することである。図１２は、複数の基地局10ａ，10ｂ，10ｃから既知の距離離れてい位置している遠隔の同期しているそのようなステーション1101の簡単化されたブロック図である。遠隔の同期ステーション1101は、クロック装置1103、受信機1105、送信機1107、および処理回路1109を備えている。基地局10ａ，10ｂ，10ｃおよび遠隔の同期ステーション1101間の距離は固定されているから、２以上の基地局から信号を受信することのできて既知の位置で動作することのできるそのような遠隔の同期ステーションは基地局間のオフセットを決定するために使用されることができる。既知の位置で信号源から来る信号の到着時間差は既知の位置にある遠隔の同期ステーション1101に対して容易に決定されることができるから、遠隔の同期ステーション1101は予期された到着時間差と測定された到着時間差との差を決定することができる。
【００８２】
その代わりに、遠隔の同期ステーション1101がＧＰＳ受信機を有している場合には、以下のようにして誘導された遅延量を決定することができる。基地局はまた信号が基地局10内の制御プロセッサ62で発生された時間を決定することができる。それはこの基地局はＧＰＳ時間に関して予め定められた時間にパイロットＰＮシーケンスを発生するからである。
【００８３】
図１３は、既知の距離にあるまたは既知の伝送遅延で信号が送信されることのできる遠隔同期ステーション1101を使用して基地局の制御プロセッサ62と送信アンテナ43の放射中心との間に導入された遅延量を決定するために使用される方法を示している。示されているように、パイロットＰＮシーケンスは最初に時間ｔ1 において発生される。パイロットＰＮシーケンスは基地局を介して送信アンテナ43の放射中心に送られ、時間ｔ2 に送信を開始する。その後、パイロットＰＮシーケンスは空中を遠隔同期ステーションに送信され、そこで時間ｔ3 において受信される。したがって、真のＧＰＳ時間に関して両方の時間ｔ1 とｔ3 は知られているから、制御プロセッサ62から遠隔同期ステーション1101に伝搬するパイロットＰＮシーケンスに必要な時間の長さは知られている。さらに、送信アンテナから遠隔同期ステーション1101に伝搬する信号に対して必要な時間の長さ（すなわち、時間ｔ2 とｔ3 の間の差）も知られているから、信号により伝搬された距離および、または通路は測定され、決定されることができる。
【００８４】
時間ｔ2 とｔ3 の間の差を決定する１つの方法は、往復遅延を測定することである。例えば、信号を受信する無線通信装置は基地局10と電話装置との間の往復遅延を与えるように構成された通常の無線移動体電話装置である。その代わりに、基地局10は基地局10と無線通信装置20との間の往復遅延を決定することのできる通常の基地局でもよい。当業者は、これらの基地局10と無線通信装置との間で生じる伝搬遅延を決定するいくつかの方法が存在することを理解するであろう。いくつかのよく知られた技術がこの測定を行うために使用されることができる。当業者は、遠隔同期ステーション1101が通常の無線電話装置であり、同期機能を行うために特別に設計された試験装置のピース、または他の基地局のようなここに記載された機能を実行するように構成されることのできる他の受信機であってもよいことを理解するであろう。
【００８５】
一度、これらの値が知られると、時間ｔ1 とｔ2 との間の時間差は、ｔ1 とｔ3 の差からｔ2 とｔ3 の間の差を減算することによって計算され、その結果としてｔ1 とｔ2 との間の時間が得られる。
【００８６】
図１４は、基地局に対するＴＤＯＡが同期ＧＰＳ／順方向リンクモードにしたがって計算される方法を示している。図１４に示されているように、３つの基地局10ａ，10ｂ，10ｃのそれぞれは同じ時間Ｔ1 にパイロットＰＮシーケンスを発生する。しかしながら、各基地局10ａ，10ｂ，10ｃは異なった内部ＢＳ遅延を有している。したがって、第１の基地局10ａは時間Ｔ3 にその基地局10ａによって発生されたパイロットＰＮシーケンスを送信し、第２の基地局10ａは時間Ｔ2 にその基地局10ａにおいて発生されたパイロットＰＮシーケンスを送信し、第３の基地局10ｃは時間Ｔ4 にその基地局10ｃによって発生されたパイロットＰＮシーケンスを送信する。各基地局10内の内部ＢＳ遅延は上述のようにして決定される。一度決定されると、内部ＢＳ遅延は、記憶されるか、または無線通信装置に通知される。
【００８７】
一度、３つのパイロットＰＮシーケンスがそれぞれ基地局10の１つに関連して送信されると、送信している基地局10の送信アンテナ43の放射中心から空中を通り、受信無線通信装置20に送られてそれぞれ異なった伝搬遅延を受ける。例えば基地局10ａと10ｂとの間のＴＤＯＡは時間Ｔ6 とＴ7 との間の差であるように現れる。しかしながら到着時間差は空気中を通って伝搬する信号に対して必要な時間の差のみを測定しなければならないから、制御プロセッサ62から送信アンテナ43の放射中心までのパイロットＰＮシーケンスの伝送で受ける内部ＢＳ遅延の差によって導入されるエラーを考慮する必要がある。これは時間Ｔ5 ，Ｔ6 ，Ｔ7 から既知の内部ＢＳ遅延を減算することによって行われることができ、結果として時間Ｔ8 ，Ｔ9 ，Ｔ10が得られる。したがって補正されたＴＤＯＡはこれら３つの時間Ｔ8 ，Ｔ9 ，Ｔ10の各対間の差である。さらに、内部ＢＳ遅延の減算は各基地局をＧＰＳ時間と同期させる。それ故、各ＧＰＳ衛星はＧＰＳ時間と同期され、基地局信号の到着時間および衛星信号の到着時間は、技術でよく知られているように、最少２乗平均ＴＤＯＡで使用されることのできるＴＤＯＡ値を形成するために共に使用されることができる。衛星信号と基地局信号は同期しているから、基地局と衛星から送信されたパイロットＰＮシーケンス間の関係は知られていることは当業者に理解されるであろう。したがって、信号が基地局と衛星のいずれかから送信された正確な時間を知らないで、衛星信号が送信された時間に関して基地局信号が送信された時間を知ることができる。それ故、到着時間差は、基地局または衛星のいずれかから受信された他の信号から基地局または衛星のいずれかからの任意の信号の到着時間を減算することによって正確に決定することができる。
【００８８】
［非同期ＧＰＳ／順方向リンクモード］  
同期ＧＰＳ／順方向リンクモードの場合と同様に、非同期ＧＰＳ／順方向リンクモードは、全ての基地局が互いに同期していると仮定する。しかしながら、非同期モードでは、順方向リンクで受信された信号の到着時間は同期ＧＰＳ／順方向リンクモードのようにＧＰＳ信号の到着時間と組合わせて意味のあるＴＤＯＡ測定を発生することはできない。むしろ、基地局からの受信された信号の到着時間は他の基地局から受信された信号の到着時間とだけ組合わされてＴＤＯＡ測定が行われる。同様に、ＧＰＳ衛星から受信された信号の到着時間はＴＤＯＡ測定を形成するように他の衛星から受信された信号の到着時間だけと組合わせることができる。
【００８９】
それにもかかわらず、無線通信装置がＮ個の基地局（ここでＮは２以上）から信号を受信できる場合には、必要な全ては４−Ｎ−１からの信号である。受信されることのできる付加的な衛星は過剰決定解を与え、したがってさらに信頼性の高い正確な解が得られる。本明細書の開示から当業者には２以上の非同期システムが４−（Ｎ1 −Ｎ2 …ＮX ）−Ｘに対して必要とされる衛星の数を減少させるために組合わされてもよいことは明白であろう。その場合には衛星システムに加えてＸのシステムがあり、各システムは少なくとも１つの基地局を有し、それは無線通信装置により受信され、Ｎ個の基地局はシステムｘに対して受信されることができる。
【００９０】
さらに、基地局がＧＰＳ時間に同期しないという事実のために、非同期ＧＰＳ／順方向リンクモードにおける内部ＢＳ遅延間の差を決定する手順は同期ＧＰＳ／順方向リンクモードにおいて使用された手順と異なっている。非同期ＧＰＳ／順方向リンクモードの場合には、受信機は通信システム内の基地局の２以上のものから信号を受信する。２つの基地局の各対から送信された信号間のＴＤＯＡが知られているために、受信機は既知の位置に配置される。したがって、ＴＤＯＡの既知の値と測定されたＴＤＯＡの値との差は内部ＢＳ遅延（および基地局間の任意のクロックオフセット）における差に等しい。基地局の各対に対してそのような測定が行われる。これらの差は無線通信装置20中に記憶され、または通知され、ＴＤＯＡ値が計算されるとき考慮される。その代わりに、これらの差は、無線通信装置20からのＴＤＯＡ測定値が送られるＷＰＦ18中に記憶されるか通知される。その場合には、ＷＰＦ18は基地局間の同期中のエラーを考慮に入れてＴＤＯＡを補正する。計算された値が通知されたならば、それらは新しい基地局が委任されたときに規則的に要求に応じて、または値の変化したときに通知されてもよい。
【００９１】
ここで説明したＧＰＳ／順方向リンクモードは“擬似レンジ衛星”として各基地局を取扱っている。擬似レンジ衛星は衛星と同期した信号を送信し、衛星によるＴＤＯＡ測定で使用されることができる装置として定義される。ＷＰＦ18は、基地局の位置、アンテナの高さ、アンテナの特性（アンテナパターンおよび利得）、セクターの数、セクターの方位、各セクターに対するクロックエラーのような基地局の構成を含む基地局のアルマナックを記憶している。このようにして、位置決定システムは共通の時間基準（すなわち受信された全ての信号に対する基準としてＧＰＳ時間）を有するように無線通信装置により受信された全ての信号を考慮する。ここで開示された方法および装置は、それらが利用可能であれば順方向および逆方向リンクの両者の測定を使用してもよい。すなわち、無線通信装置により送信された信号に基づいて複数の基地局において同様の測定が行われ、無線通信装置によって受信された信号の代わりにまたはそれに付加して使用されることができる。同じ技術が適用できるであろう。しかしながら、情報の到着時間は共通の位置に送信されなければならず、そのため無線通信装置から送信された信号の各基地局における相対的な到着時間の差は決定可能である。
【００９２】
ここに開示された方法および装置は特定の応用に対する特定の実施形態を参照にして説明された。当業者は本発明の技術的範囲内に含まれる付加的な変形、応用、および実施形態を認識するであろう。したがって、本発明の請求の範囲はこのような応用、変形および実施形態の全てをカバーすることを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年5月30日(2014.5.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グローバル位置決定システム（ＧＰＳ）時間に対する無線通信装置内で行われる到着時間測定を同期させるシステムにおいて、
受信機と処理回路とを具備し、
ａ）前記受信機は、
ｉ）無線通信システムにおいて行われた到着時間測定と、
ii）ＧＰＳ時間に同期された外部信号源からの信号とを受信するように構成され、外部信号源から受信された信号は、外部信号源と無線通信装置との間で送信された信号の受けた遅延量を決定することができるような指示を含んでおり、
ｂ）前記処理回路は、外部信号源と無線通信装置との間で送信された信号の受けた遅延に等しい量だけ受信された到着時間測定を調節するように構成されているシステム。
【外国語明細書】
2014178326000001.pdf