(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルラ通信システムの少なくとも第1及び第2の基地局から到来する信号を使って端末の位置を推定する無線端末位置測定装置において、少なくとも上記第１の基地局からの信号と上記第２の基地局からの信号とを含む受信信号を受信する受信部と、上記受信信号から抽出される、上記第２の基地局からの信号よりも受信品質のよい上記第１の基地局からの信号の位相回転量を推定する位相回転推定回路と、該位相回転量に基づいて上記少なくとも上記第１の基地局からの信号と上記第２の基地局からの信号とを含む受信信号の位相回転を補正した信号を蓄積する記憶回路とを具備することを特長とする無線端末位置測定装置。
【請求項２】
請求項１において、上記第１の基地局から周期的に送信される信号に同期し、上記の位相回転補正された受信信号を上記記憶回路に蓄積されていた該周期の同一タイミングの情報に加算する加算器を具備することを特徴とする無線端末位置測定装置。
【請求項３】
請求項２において、上記第２の基地局に関する位相回転量の推定を行う位相回転推定回路と、上記第１及び第２の基地局に関する位相回転量の差を計算する位相差演算回路を具備し、上記位相回転量差が閾値以下の間、上記記憶回路の値更新を繰り返すことを特徴とする無線端末位置測定装置。
【請求項４】
請求項２において、上記第2の基地局に関する位相回転量の推定を行う位相回転推定回路と、上記第1及び第2の基地局に関する位相回転量の間の相関を計算する相関演算回路を具備し、上記相関値が閾値以上の間、上記記憶回路の値更新を繰り返すことを特徴とする無線端末位置測定装置。
【請求項５】
請求項１において、上記記憶回路は２倍オーバーサンプル以上の情報を蓄えることを特長とする無線端末位置測定装置。
【請求項６】
セルラ通信システムにおいて複数の基地局から到来する信号を使って端末の位置を推定する端末位置測定方法であって、該端末において少なくとも第１の基地局からの信号と第２の基地局からの信号とを含む受信信号を受信するステップと、上記受信信号から上記第１の基地局からの信号を抽出して該第１の基地局からの信号の位相回転量を推定するステップと、該推定された位相回転量に基づいて上記少なくとも上記第１の基地局からの信号と上記第２の基地局からの信号とを含む受信信号の位相回転を補正するステップとを含み、上記第１の基地局からの信号は上記第２の基地局からの信号よりも受信品質がよい信号であることを特徴とする端末位置測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セルラ通信を使って端末位置を測定する端末装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平７−１８１２４２は、セルラ方式で各基地局がＧＰＳ同期したＣＤＭＡ方式を用いているシステムにおいて、各基地局から届くパイロット信号の受信タイミングを観測することで端末位置を測定することを開示している。
【０００３】
図３は相関演算結果の例を示している。図は遅延プロファイルと呼ばれるもので、どのような遅延パスが観測されるかを示している。横軸は遅延時間、すなわち送信タイミングによる補正済みの受信タイミングである。単位は拡散符号のチップに対応している。縦軸は相関演算出力で、相関値が大きい部分は信号の受信があったこと、すなわちパスの存在を示している。この結果を使えば、電波が基地局から端末に到来するまでにかかった相対遅延時間を求めることができる。ここで遅延時間が相対値であるのは、端末では絶対時間がわからないからである。得られた相対遅延時間に光速をかけることで、相対伝搬距離差を求めることができる。少なくとも３局以上の基地局について相対伝搬距離差が求まれば、三角測量法により端末位置を推定することが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
端末は、基地局からの信号を検出する相関演算装置（逆拡散回路）を使ってパス位置を推定する。また詳細なパス位置を推定するには、図３で示すような遅延プロファイルを作成し、ピークとなる符号の位相を数点取り上げて補間演算を行い、サンプル間隔以内に存在するピークを推定する。このように位置検出では、多数の符号位相について逆拡散演算が行われる。しかしながらハードウェアで多数の逆拡散回路をパラレルに持つことは、回路規模増加を招く。
【０００５】
一方、位置検出の作業は、即応答性が求められるものではない。従って、受信データを一旦メモリーに蓄え、少数の逆拡散回路を何度も使いまわすことが回路規模増大を抑える。しかし、複数の基地局のうち、遠い基地局からの信号は近い基地局に対して微弱なため、長期間の相関演算が必要となる。その長期間のデータを蓄えるためには、大量のメモリーが必要となる。
【０００６】
長期の相関演算を行う場合の別の課題について説明する。移動体通信の端末では、低価格化のために周波数精度があまり高くない局部発信機を用いられていて、最寄りの基地局に同期することでキャリア周波数偏差を削減している（Ａｕｔｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ機能）。しかしＡＦＣ機能の限界から端末−基地局間には数Ｈｚの周波数差が残り、例えフェージングがない場合でも完全に同期することができない。このため、受信した信号の位相は数Ｈｚのゆっくりした回転運動をしている。このため、たとえ端末のユーザが静止あるいは歩行速度程度のゆっくりとした動きしかしていない場合にも、受信信号はどんどん回転していてしまい、長期間の同相加算を行うことが困難である。
【０００７】
ここで同相加算とは、信号の位相補正を行いながら加算していく過程を示している。Ｎ符号の同相加算により、所望信号成分はＮの二乗倍の電力になり、雑音電力あるいは干渉電力はＮ倍となる。したがって信号対雑音電力比でＮ倍の改善効果が見られる。位相が回転すると所望信号を同位相で加算できないために効果が上がらなくなる。
【０００８】
遠方の基地局からの信号は等価的にＳ／Ｉ（信号対干渉電力比）が低下しているため、同相加算回数を増加させて信号品質を向上させたい。しかし、上記位相回転現象のため加算回数はある程度以上は長くすることができない。例えばキャリヤ周波数８００ＭＨｚ、ＡＦＣ後の周波数安定度が０．０１ｐｐｍの端末があった場合、位相回転の周波数は８Ｈｚになる。同相加算に必要な位相回転許容値を４５度以内とすると、１／８×４５／３６０＝０．０１５６２５［秒］以内であれば同相加算可能なことがわかる。同相加算回数をこれよりも長い時間行った場合、信号ベクトルが回転しまい、かえってＳ／Ｉが劣化する現象が発生する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、セルラ通信システムの少なくとも第１及び第２の基地局から到来する信号を使って端末の位置を推定する無線端末位置測定装置において、上記第１の基地局からの受信信号の位相回転量を推定し、上記受信信号の位相回転を補正した信号を蓄積する記憶回路を具備することを特長とする無線端末位置測定装置により解決される。
【００１０】
セルラ基地局からは、周期的な信号が送信されている。記憶回路は、該周期分の信号を蓄積できる容量をもつ。記憶回路に蓄積された情報と、新たに受信した情報とを加算して、再び記憶回路に蓄積することで、上記の周期分の記憶回路以上の記憶容量が不要となる。なお、ＣＤＭＡ基地局から送信されるパイロット信号は、無変調信号であるため、２６．６ｍｓなるＰＮ周期で同じパタンが繰り返される。従って、この場合には、２６．６ｍｓ分の情報を蓄積できる容量を記憶回路がもっていればよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施例である。
【００１２】
アンテナ１が受信した信号は、ＲＦユニット２でベースバンド信号に変換される。変換された信号は、Ａ／Ｄ変換器３によってディジタル信号に変換される。ＣＤＭＡ信号処理部４は、基地局から出された基準信号の受信タイミングを測定するものである。受信タイミングは、受信信号と基準信号との相関演算（逆拡散）を行うことで得られる。また、ＣＤＭＡ信号処理部４は、基地局の情報の受信も行う。例えばｃｄｍａＯｎｅ方式のセルラシステムでは、各基地局が基準信号を送信するタイミングは、シンクチャネル内に格納されているＰＮ符号送信タイミングのオフセット値から知ることができる。これより送信タイミングを計算することができる。端末は、受信タイミングから送信タイミングを差し引いて伝搬遅延を求める。ＣＰＵ６は得られた送受信タイミングから伝搬距離を推定し、その情報から端末の位置を推定するユニットである。
【００１３】
図２はＣＤＭＡ信号処理部４の詳細である。
【００１４】
Ａ／Ｄ変換器３の出力は、セレクタ１８で選択されて、ピーク検出回路に入力される。ピーク検出回路は、逆拡散回路１９とプロファイル作成回路２１を有する。逆拡散回路１９は、スライディング相関演算を行い、拡散符号を変えながらパス受信タイミングを探索する。プロファイル作成２１は、電力の大きい有効なパスを発見するための装置である。
【００１５】
シンクチャネル受信機は、パスが見つかれば、基地局から同時に送信されているシンクチャネルの受信動作に移行する。ＣＤＭＡ方式のシンクチャネルには、基地局の送信タイミングに関する情報、すなわちＰＮ符号タイミングオフセット値が格納されている。この情報は基地局がＰＮ符号を送信する際のシステム時間に対する送信タイミングの遅れを示しており、基地局がどのタイミングで信号を送信したかが判明する。また、基地局を同定するためのＩＤも含まれていることから、その基地局を特定することができる。基地局ＩＤ情報は基地局の位置を検索するために利用できる。基地局の位置情報は、端末の記憶装置に持っていても、ネットワークを介して入手してもよい。
【００１６】
シンクチャネルの受信は以下の手順で行われる。すなわち、逆拡散回路７の符号生成回路は、上記のピーク検出回路で検出されたパス位相で、かつシンクチャネルの拡散符号を使って逆拡散を行う。また逆拡散回路８は、上記のピーク検出回路で検出されたパス位相で、かつパイロットチャネルの拡散符号を使って逆拡散を行う。伝搬路推定回路９では、逆拡散回路８の結果を平均することで伝搬路を推定する。推定された伝搬路の複素共役を計算することで、伝搬路で受けた位相回転を補償するためのベクトルを得る。検波回路１０では、上記逆拡散回路８の出力を位相回転補償のためのベクトルをかけて検波を行う。以降のデインターリーブ回路１１、デリピテーション回路１２、ビタビ復号回路１３、デフレーミング回路１４は、情報を伝送するために施された伝送路符号の復号と、フレームの分解を行うユニット群で、ここを経由することでシンクチャネルに含まれる基地局情報（ＰＮ符号タイミングオフセット、基地局ＩＤ等）が取り出される。
【００１７】
伝搬路推定回路９の結果から端末と基地局の周波数差を検知して、図１のＡＦＣ５の制御情報が作成される。また推定された伝搬路から、受信信号の位相回転を推定することができる。積算器１５では得られた受信信号の位相回転の補償を行う。位相回転が抑えられた受信信号は、メモリー回路１７に蓄積される。ここでメモリー回路１７は、パイロット信号のＰＮ符号長分のデータを蓄積することができる。続いて受信されるＰＮ符号長分の情報は、加算器１６において、メモリー回路１７に過去に蓄積された情報と加算し、その結果を再度メモリー回路１７に蓄積する。その結果、メモリー回路１７の蓄積情報は更新される。この更新が多く行われるほど、Ｓ／Ｉ（信号対干渉電力比）が向上する。
【００１８】
図４を用いて、加算方法を説明する。受信情報の中のパイロット信号は無変調の信号であり、各ＰＮ周期で全く同じパタンを繰り返す。各基地局間はＧＰＳで同期が確保されているため、パイロット信号同士が互いにスリップすることはない。また、受信されたパイロット信号は図２の伝搬路推定回路９と積算器１５で回転補償がされている。したがって各周期の蓄積結果を、サンプルタイミングを合わせて加えることで、受信信号中のパイロット信号の同相加算が実施される。図４では、１からＮまでの各周期で同一のサンプルタイミングでサンプリングされた信号が、その順番で加算されている様子を示している。
【００１９】
回転補償について説明する。位相回転は最も受信品質がよい基地局からの信号を用いて推定する。受信信号の位相が回転する要因は、基地局と端末間のキャリヤ周波数のずれによるものと、伝搬路が変動することによるフェージングの影響がある。
【００２０】
基地局間での周波数ずれは小さいため、全ての基地局に関するキャリヤ周波数ずれは、特定の基地局の信号から求めた回転補正で補償することができる。周波数ずれは時間変動の小さなオフセット値であるため、このオフセット値を統計計算で推定する１次補正が有効である。本方法を使えば、過去に受信した信号からも周波数オフセットを推定することができる。もちろんＰＮ周期やフレーム周期ごとに伝搬路を推定して、その次の周期の位相回転補償量を推定する方法も有効である。
【００２１】
他方、フェージングの影響は各基地局によって異なるため、１基地局の情報から全基地局の信号を補償することができない。従ってフェージングの影響が大きい場合には、適当な同相加算回数で演算を打ち切る手法が必要となる。
【００２２】
同相加算の打ち切り条件について説明する。伝搬路を推定するための逆拡散回路８および伝搬路推定回路９は、１局ではなく、複数基地局のパイロット信号の伝搬路推定を行う。相関演算回路２２では、それら異なる基地局の推定結果の相関値を演算する。相関値の絶対値が小さいと、フェージングの影響が大きくなっていることを示している。このため、相関値が閾値以下となったら、メモリー回路１７への情報蓄積を打ち切る。閾値としては、例えば０．７程度が適当である。この値は第１局目の基地局からの信号に対して第２局目の基地局からの信号が４５度回転したことに相当し、約３ｄＢの劣化を意味する。
【００２３】
他の打ち切り条件について説明する。同相加算で問題となるのは、各基地局の位相回転量の差が大きくなる場合である。したがって複数の基地局のパイロット信号から伝搬路を推定し、基地局間で伝搬路の位相回転の差を求める。この差が一定以上大きくなれば、フェージングの影響が大きくなっていることを示しているため、メモリー回路１７への蓄積を打ち切る。例えば位相回転差が４５度以上になった場合を打ち切り条件とする。この条件は、相関値で判定する場合の０．７に相当する。
【００２４】
上記の打ち切り条件を元に適当なＰＮ周期分のデータをメモリ−回路１７に蓄積した後、セレクタ１８を切り換えてピーク検出回路にメモリー回路１７に蓄積されている内容を入力する。これによりメモリー回路１７に蓄積されたパイロット信号の逆拡散が可能となる。受信データはメモリー回路１７に蓄積されているため、何度も同一の情報を流すことができる。逆拡散回路１９の符号位相を変えれば、遅延量を変化させた逆拡散が可能となる。したがって、逆拡散回路の規模を増加させずに遅延プロファイルの作成が可能となる。また、メモリー回路１７は、ＰＮ周期分の容量があればよいため、メモリー回路の規模も削減することができる。同相加算器２０は、ＰＮ符号長分の同相加算を行うユニットである。複数のＰＮ符号長にまたがる同相加算は、メモリー回路１７に蓄えられる時点で終了しているため、同相加算の演算はＰＮ符号長分で十分である。よって遅延プロファイル作成にかかる演算回数を減らすことができる。
【００２５】
メモリー回路１７の規模を削減するには、オーバーサンプル数を削減することが望ましい。プロファイル作成からピーク値を推定する際に補間演算を行うことから、メモリー回路１７に蓄積する情報は、２倍オーバーサンプルであるとメモリー量削減の効果が高い。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、セルラ通信システムを用いて端末の測位を行う場合に、回路規模とメモリー量を削減することができ、また長期同相加算に必要な演算数を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明からなる第１の実施例の端末構成を示す図。
【図２】本発明からなる第１の実施例の端末構成を示す図。
【図３】端末で受信した信号を相関演算した結果を示す図。
【図４】メモリー回路に情報を蓄積する際の方法を示す図。
【符号の説明】
１．．．アンテナ、２．．．無線部（ＲＦ部）、３．．．ＡＤ変換器、４．．．ＣＤＭＡ信号処理回路、５．．．ＡＦＣ回路、６．．．ＣＰＵ、７、８、１９．．．逆拡散器、９．．．伝搬路推定回路、１０．．．検波回路、１１．．．デインタリーブ回路、１２．．．デリピテーション回路、１３．．．ビタビ復号回路、１４．．．デフレーミング回路、１５．．．積算器、１６．．．加算器、１７．．．メモリ−回路、１８．．．セレクタ回路、２１．．．遅延プロファイル作成回路、２２．．．相関演算回路、４０、４１、４２、４３．．．相関演算結果のピーク、４４．．．最短伝搬距離信号の差（相対遅延差）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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