(57)【要約】  アドホック無線通信網のような無線通信網100における移動端末102の位置を計算するシステムと方法。とくにこのシステムと方法は、ガウスの公準に基づいて、アドホック地上波無線通信網のような無線通信網100の中の移動端末102の位置を推定する。それを実行する場合、本システムと方法は、移動端末102から基準端末104までの距離をそれぞれ推定し、移動端末102からそれぞれ該当基準端末104までの該当距離と、該当する基準端末104ｍの位置とに基づいて、球または円のような該当疑似パターンC1〜C5を計算し、各疑似パターンC1〜C5が相互に交差する位置を推定し、さらに端末102の位置を表す推定位置を識別する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信網において端末の位置を決定する方法であって、
複数の基準端末のそれぞれから、自端末に該当する前記基準端末の位置を表す情報を含む該当信号を前記端末において受信し、
前記端末において受信した前記該当信号に基づいて、前記端末から前記基準端末のそれぞれまでの該当距離を推定し、
前記端末から各前記該当基準端末までの前記該当距離と、前記該当基準端末の前記該当位置とに基づいて、前記該当基準端末のそれぞれについて該当疑似パターンを計算し、
前記疑似パターンのそれぞれが相互に交差する位置を推定して、前記端末の前記位置を表す前記推定位置を識別する、
ことを含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記距離の推定は、前記該当距離を推定するときの誤差を最小にするガウスの公準に基づいて、誤差を最小にする計算を実行することを含む前記方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記受信中、前記端末は、少なくとも４つの前記基準端末からの前記該当信号を受信する前記方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記基準端末は、それぞれ地上の端末である前記方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記通信網はアドホック通信網を含み、前記端末と前記基準端末は、前記アドホック通信網の中で動作するようになされている前記方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記パターンのそれぞれは、球状である前記方法。
【請求項７】
無線通信網における端末の位置を決定するシステムであって、
複数の基準端末のそれぞれから、それぞれが自端末に該当する前記基準端末の位置を表す情報を含む該当信号を、前記端末において受信するようになされた受信器と、
前記端末において受信した前記該当信号に基づいて、前記端末から前記基準端末のそれぞれまでの該当距離を推定し、前記端末から各前記該当基準端末までの前記該当距離と、前記該当基準端末の前記該当位置とに基づいて、前記該当基準端末のそれぞれについて該当疑似パターンを計算し、前記疑似パターンのそれぞれが相互に交差する位置を推定し、さらに前記端末の前記位置を表す前記推定位置を識別するようになされたプロセッサと、
を含むシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のシステムにおいて、前記距離の推定は、前記該当距離を推定するときの誤差を最小にするガウスの公準に基づいて、誤差を最小にする計算を実行することを含む前記システム。
【請求項９】
請求項７に記載のシステムにおいて、前記受信中、前記端末は、少なくとも４つの前記基準端末からの基準信号を受信する前記システム。
【請求項１０】
請求項７に記載のシステムにおいて、前記基準端末は、それぞれ地上の端末である前記方法。
【請求項１１】
請求項７に記載のシステムにおいて、前記通信網はアドホック通信網を含み、前記端末と前記基準端末は、前記アドホック通信網の中で動作するようになされている前記システム。
【請求項１２】
請求項７に記載のシステムにおいて、前記パターンのそれぞれは、球状である前記システム。
【請求項１３】
無線通信網における端末の位置を決定する命令の計算機可読媒体であって、
それぞれが自端末に該当する前記基準端末の位置を表す情報を含む該当信号を、前記端末において複数の基準端末のそれぞれから受信するようになされた命令の第１の組と、
前記端末から各前記該当基準端末までの前記該当距離と、前記該当基準端末の前記該当位置とに基づいて、前記該当基準端末のそれぞれについて該当疑似パターンを計算するようになされた命令の第２の組と、
前記端末から各前記該当基準端末までの前記該当距離と、前記該当基準端末の前記該当位置とに基づいて、前記該当基準端末のそれぞれに関する前記疑似パターンのそれぞれが相互に交差する位置を推定し、さらに前記端末の前記位置を表す前記推定位置を識別するようになされた命令の第３の組と、
を含む命令の計算機可読媒体。
【請求項１４】
請求項１３に記載の命令の計算機可読媒体において、前記距離の推定は、前記該当距離を推定するときの誤差を最小にするガウスの公準に基づいて、誤差を最小にする計算を実行することを含む前記命令の計算機可読媒体。
【請求項１５】
請求項１３に記載の命令の計算機可読媒体において、前記端末は、少なくとも４つの前記基準端末からの基準信号を受信する前記命令の計算機可読媒体。
【請求項１６】
請求項１３に記載の命令の計算機可読媒体において、前記基準端末は、それぞれ地上の端末である前記命令の計算機可読媒体。
【請求項１７】
請求項１３に記載の命令の計算機可読媒体において、前記通信網はアドホック通信網を含み、前記端末と前記基準端末は、前記アドホック通信網の中で動作するようになされている前記命令の計算機可読媒体。
【請求項１８】
請求項１３に記載の命令の計算機可読媒体において、前記パターンのそれぞれは、球状である前記命令の計算機可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アドホック無線通信網のような無線通信網における移動端末の位置を計算するシステムと方法に関する。より詳細には、本発明は、ガウスの公準のような誤差を最小にする手法を使用し、地上にある複数の基準端末までの距離の推定値に基づいて、アドホック地上波無線通信網のような無線通信網における移動端末の位置を計算するシステムと方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動無線電話網のような無線通信網は、この１０年間にわたって益々普及の度を強めている。通常、これらの無線通信網は「セルラー通信網」と呼ばれているが、その理由は、通信網のインフラストラクチャが、「セル」と呼ぶ複数の地域にサービスエリアを分割するように構成されているからである。
【０００３】
具体的に述べると、地上波セルラー通信網はサービスエリア全体にわたって明示された位置に地理的に分散され相互接続された複数の基地局を含む。各基地局は、サービスエリアの中に位置する無線電話機のようなユーザ端末装置との間で、無線周波（RF）通信信号のような電気信号を送受信することができる１つまたは複数の送受信機を含む。これらの通信信号は、たとえば、所望の変調技術にしたがって変調され、データパケットとして送られている音声データを含む。当業者には理解できるとおり、送受信機とユーザ端末は、時分割多元接続（TDMA）フォーマット、符号分割多元接続（CDMA）フォーマットまたは周波数分割多元接続（FDMA）フォーマットのようなデータパケットの形で送受するが、これらのフォーマットは、基地局の送受信機が、自サービスエリアの中のいくつかのユーザ端末と同時に交信することを可能にする。
【０００４】
近年、「アドホック」通信網として知られている移動通信網のタイプが軍関係の用途で開発されている。このタイプの通信網における各ユーザ端末は、他のユーザ端末に対する基地局またはルーターとして動作することができるため、基地局という固定インフラストラクチャの必要性がなくなった。アドホック通信網の詳細は、Mayorに交付された米国特許、第5,943,322号の中に説明されている。ここでこの特許に言及することによりこの特許の全開示内容を本願に明確に組み入れることにする。
【０００５】
更に高度なアドホック通信網が開発途上にあり、これらのアドホック通信網は、従来のアドホック通信網でユーザ端末が相互に交信することを可能にしていることに加え、ユーザ端末が固定通信網にアクセスして、公衆電話交換網（PSTN）や、インターネットなど他の通信網におけるユーザ端末のような、他のユーザ端末と交信することをさらに可能にしている。これらのタイプのアドホック通信網の詳細は、2001年6月29日出願の米国特許出願、シリアル番号、第09/897,790号、「PSTNおよびセルラー通信網とインタフェースで接続されるアドホック・ピア・ツー・ピア移動無線アクセス・システム（Ad Hoc Peer-to-Peer Mobile Radio Access System Interfaced to the PSTN and Cellular Network）」と、2001年3月22日出願の米国特許出願、シリアル番号、第09/815,157号、「個々の予約チャネルを備えた共用並列データチャネルに対するチャネルアクセスを調整するアドホック・ピア・ツー・ピア無線通信網用の時分割プロトコル（Time Division Protocol for an Ad Hoc,Peer-to-Peer Radio Network Having Coordinating Channel Access to Shared Parallel Data Channel with Separate Reservation Channel）」の中で説明されている。ここでこれら２つの特許出願に言及することによりこれら２つの特許出願の開示内容を本願に明確に組み入れることにする。
【０００６】
従来の無線通信網においても、アドホック無線通信網においても、ユーザ端末が自端末の地理的位置を知ることができるか、あるいは決定することができることが、必要であるか、または望ましいことであろう。無線通信網に対する各種タイプの位置決定サービスと技術はノキア社からの出版物の中で説明されており、ノキア社のウエブサイト、「www.nokia.com/press/background/pdf/mlbs.pdf」でこれらの説明を見ることができる。ここでこの出版物に言及することによりこの出版物のすべての内容を本願に明確に組み入れることにする。とくにノキア社の文書は、３種の主要な技術に基づいて無線通信網で位置識別サービスが現在提供されていると述べている。これらの技術の１つは、往復時間（Round Trip Time：RTT）手法、タイミング・アドバンス（Timing Advance：TA）、測定信号レベル（Measured Signal level：RX  level）手法、到来時間差（Time Difference of Arrival：TDOA）手法および到来角（Angle Of Arrival：AOA）手法と組み合わせたセル識別方法（cell identification）を使用しており、当業者はその詳細を理解することができる。第２の方法は、符号分割多元接続（CDMA）と広帯域符号分割多元接続（WCDMA）のセルラー信号のタイミングを使用する方法（cellular signal timing based methods）を使用している。ノキア社の文書の中で説明されている第３の方法は、全地球測位システム（Global Positioning System：GPS）手法である。
【０００７】
位置識別サービスを提供する無線通信産業界で現在使用されている方法と手法の他のリストは、「www.911dispatch.com/911_file/location_tech.html」で見付けられる。ここでこの情報に言及することにより、その内容のすべてを本願に明確に組み入れることにする。GPS手法は、このリストの中で最後に述べられている手法であるが、一般にはすべての他の方法よりも正確であると見られている。GPSを使用する方法のさらなる詳細と説明は、財団法人米国宇宙航行学会（American Institute of Astronautics, Inc.）、1996年の「GPS−理論と応用」の中のJ. J. Spilker Jr.の発表、「衛星の星座と幾何学的精度の低下（Satellite Constellation and Geometric Dilution of Precision）」、財団法人米国宇宙航行学会、1996年の「GPS−理論と応用」の中のP. Axelradほかによる発表、「GPS航法のアルゴリズム（GPS Navigation Algorithms）」、財団法人米国宇宙航行学会、1996年の「GPS−理論と応用」の中のBradford W. Parkinsonの発表、「GPSの誤差解析（GPS Error Analysis）」および財団法人米国宇宙航行学会、1996年の「GPS−理論と応用」の中のN. Ashby ほかによる発表、「入門GPSの相対論的効果（Introduction to Relativistic Effects on the Global Positioning System）」の中で述べられている。ここでこれらの文献に言及することにより、それらの内容のすべてを本願に明確に組み入れることにする。
【０００８】
GPS手法がかなり長期間使用されてきたため、世界の航法の殆どがこの手法に依存しているにもかかわらず、GPS手法は測定の誤差の影響を非常に受けやすい。したがって、GPS手法は、かなり多数の実験を実行してこのような誤差を除去した後にだけ非常に高精度の位置決定結果を提供することができる。GPSの欠点の説明は、IMAによる文書、「www.ima.umn.edu/gps」で見付けることができる「全地球測位システム（GPS）における数学的チャレンジ（Mathematical Challenges in Global Positioning Systems (GPS)）」の中で述べられている。ここでこの文献に言及することにより、その内容のすべてを本願に明確に組み入れることにする。ある種の他のテストも、GPS手法が地上波を使用する通信網（terrestrial-based network）には不適当であることを主張している。
【０００９】
これだけでなく、無線通信網における移動局の位置を決定するGPS衛星を使用しない他の方法と手法は、信号到着の間の遅れを測定して処理し、「経路の署名（path signature）」に基づいて信号の方向を識別し移動局とセル・タワー（cell tower）の間の距離を決定する少なくとも２つのセル・サイトで移動局からの信号が受信されることを必要とするのが一般的である。これらの方法のすべてにおいて、情報の処理は、基地局（BTS）の隣のセル・タワーに配置される指定された中央処理装置（CPU）で実行される。これらの方法の殆どは、既存の無線通信システムに対して過剰な改造を必要とせずにE911規格に準拠するように設計されていた。他の位置決定手法の例は、「rkb.home.cern.ch/rkb/ANI16pp/node98.html#SECTION00098000000000000000」で見付けることができるCERN（欧州核物理学研究機構）による文献、「menstorsoftwareince.com/profile/newref.html」で見付けることができるWendy J Woodbury Straightによる文献「新しい基準システムを探求する（Exploring a New Reference System）」および「www.snaptrack.com/pdf/ion.pdf」で見付けることができる文献「スナップ・トラック・サーバー支援GPS技術（An Introduction to SnapTrac Server-Aided GPS Technology）」の中で述べられている。ここでこれらの文献に言及することにより、これらの内容のすべてを本願に明確に組み入れることにする。
【００１０】
したがって、GPSのような既存の位置決定システムと方法に付随する欠点を実質的に除去する無線通信網において、移動するユーザ端末の位置を決定するために改善されたシステムと方法に対するニーズが存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、アドホック地上波無線通信網のような無線通信網における移動端末の位置を計算するために改善されたシステムと方法を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、誤差を最小にする手法を使用し、地上にある複数の基準端末までの距離の推定値に基づいて、アドホック地上波無線通信網のような無線通信網における移動端末の位置を計算するシステムと方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
これらの目的は、無線通信網における端末の位置を決定するシステムと方法を提供することによって実質的に達成される。このシステムと方法は、自端末に該当する基準端末（its respective reference terminal:以下、該当基準端末と記す）の位置を表す情報を含む各該当信号を使用して、複数の基準端末のそれぞれからの各種信号（respective signals）をその端末で受信する動作を実行する。具体的に説明すると、端末は、地上にありうる端末である少なくとも４つの基準端末から、各種信号を受信する。また無線通信網は、アドホック無線通信網で使用できるようになっている端末と基準端末が含まれるアドホック無線通信網でありうる。このシステムと方法は、その端末で受信した各種信号に基づいて、端末から各基準端末までの距離を推定し、端末から各基準端末までの距離に基づいて各基準端末のそれぞれについて、球形または円形のような各種疑似パターンを計算し、疑似パターンのそれぞれが相互に交差する位置を推定して、その端末の位置を表す推定位置を識別する動作をさらに実行する。端末から基準端末までの各種距離を推定する場合、システムと誤差は、たとえば、ガウスの公準による手法のように、誤差を最小にする手法を実行することができる。
【００１４】
添付の図面と共に以下の説明を読んだとき、これらの目的と利点および本発明の斬新な特徴をさらに容易に理解できるであろう。
【００１５】
図１は、本発明にしたがって通信網における移動端末の位置を計算するシステムと方法を採用しているアドホック・パケット交換無線通信網100の一例の概念的ブロック図を示している。具体的に説明すると、通信網100は、個人によって使用されるハンドヘルド装置を構成することができるとともに、自宅または事務所あるいは乗用車、トラックなどの乗り物の中に分散配置されうる複数のユーザ端末102を含む。ユーザ端末102は一般に「移動端末」102と呼ばれるが、その理由は、いつでもこれらの端末装置は、移動できることも静止していることもできるからである。
【００１６】
更に示されているように、通信網100は、常時固定されている（一般には固定端末104と呼ばれる）複数の固定端末104-1〜104-5を含む。これら種別の端末は、データパケットを他のユーザ端末102または固定端末104へ接続する固定ルータでありうる。また、或る固定端末は、たとえば、コア・ローカルアクセス網（LAN）と、複数のサーバおよび関門ルータを含む固定通信網（図示されず）にユーザ端末102がアクセスできるようにする知的アクセスポイント（intelligent access points：IAP）として構成されうるので、移動端末102は、二三の例を挙げると、公衆電話交換網（PSTN）、他のアドホック通信網およびインターネットのような他の通信網にユーザ端末102がアクセスできるようになる。この例では、通信網100が５つの固定端末104を含んでいるように示されているが、当然のことながら通信網100は、移動端末102に十分適切なサービスをするために適当と判断できるだけの数の固定端末104を備えているであろう。
【００１７】
上で参照したMayorに交付された米国特許、第5,943,322号と米国特許出願シリアル番号、第09/897,790号および第09/815,157号の中で説明したように、移動端末102と固定端末104は、直接、あるいは１つまたは複数の移動端末102と固定端末104またはそのいずれかを介して、移動端末102の間あるいは固定端末104の間で送信中のデータパケットのルータまたは複数のルータとして動作する。換言すると、移動端末102と固定端末104のそれぞれは、パケットになったデータ信号のような信号をコントローラの制御のもとに自端末との間で送受することができる送受信機を含む。パケットになったデータ信号は、たとえば、音声、データまたはマルチメディアを含むことができる。
【００１８】
各移動端末102と固定端末104は、ランダムアクセスメモリ（RAM）のような、とくに自端末と、通信網100の中の他の移動端末102と固定端末104に付随するルーティング情報を格納できるメモリを更に含む。移動端末102と固定端末104は、周期的に報知メカニズムを介して、ルーティング広告（routing advertisement）またはルーティングテーブル情報と呼ばれる各自のルーティング情報を相互に交換する。移動端末102または固定端末104が自端末のルーティングテーブルの更新を報知すると、付近の移動端末102と固定端末104が報知中の移動端末102または固定端末104の無線周波数の範囲内である場合、それらの端末は、報知されたルーティングテーブルの更新を受信するだけであろう。
【００１９】
報知中の移動端末102または固定端末104からルーティングテーブル情報を受信する移動端末102と固定端末104のそれぞれは、そのルーティングテーブル情報のすべてまたは該当する部分を、自端末のメモリにそれぞれ格納することができる。当業者には理解できるように、通常、各移動端末102と固定端末104は除去動作を実行して、自端末のメモリに格納するルーティングテーブル情報の量を削減する。移動端末102または固定端末104が、自端末に隣接する移動端末102と固定端末104、またはそのいずれかに対してルーティングテーブル情報を報知する場合、報知する移動端末102または固定端末104は、自端末に隣接する移動端末102と固定端末104のすべて、またはそのいずれかに付随し、その端末が以前に受信して自端末のメモリに格納したルーティングテーブル情報を含むことが可能である。したがって、移動端末102または固定端末104から報知されたルーティングテーブル情報を受信する移動端末102または固定端末104は、その他の移動端末102または固定端末104の隣接装置のルーティング・ケーパビリティに関連する何らかの情報を受信する。
【００２０】
それだけでなく、通信網100における移動端末102と固定端末104は、端末102と端末104の間の無線信号の伝搬時間を高精度で測定する機能を備えている。以下、説明するように、この情報と、IAP、ルータおよび他の通信網の構成体のような固定端末の既知の位置に基づいて、１つの移動端末102は、自端末の地理的位置の座標を計算することができる。
【００２１】
通信網100における固定端末104の位置は、それらの固定端末104が通信網100の中に建設されたとき非常に正確に測定されている。固定端末104は、時々、自端末のRF範囲内の他の移動端末102または固定端末104に対し、自端末の位置を伝達する位置メッセージを報知する。少なくとも４つの他の固定端末104または移動端末102から位置メッセージを受信できる各移動端末102は、自端末の位置を計算することができる。また位置の計算に関する精度も、受信した位置メッセージの回数が増えるのに伴って高くなる。当業者には理解できるように、移動端末102が自端末の位置を計算するためには、その移動端末102は、特定の固定端末104または移動端末102から受信した無線信号の伝搬時間と、その信号を送信した固定端末または移動端末の座標を知っていなければならない。信号の伝搬時間を正確に測定する方法は、上で参照した同時係属米国特許出願、シリアル番号、第09/815,157号の中で説明されている。移動端末102が自端末の位置を計算すると、その移動端末102は、通信網100の他の移動端末102と固定端末104のような他の構成体に対して自端末の位置を伝達する位置メッセージを報知することができる。したがって、この情報は、他の移動端末102によって使用され、それら移動端末の位置を計算することを可能にすることができる。
【００２２】
本発明の実施例にしたがって、乗用車の中の（とくに移動端末102-1として識別された）移動端末102が自端末の位置を決定することができる例を、以下、図２を参照してより詳細に説明する。この例の中で示すように、移動端末102-1は、全部で５つの固定端末104-1〜104-5によって送信された位置メッセージを受信して、固定端末104-1〜104-5のそれぞれに対する各距離を決定することができる。移動端末102-1により、これらの５つの固定端末104-1〜104-5のそれぞれに対する距離に基づいて実行された計算は、５つの固定端末104-1〜104-5のそれぞれに対する距離に基づいて固定端末104-1〜104-5のそれぞれの周囲の各種パターン（たとえば、球形または円形）C1〜C5のシミュレーション・モデルをつくる。実例を示すため、図２はパターンC1〜C5を円形として示している。しかし、現実として、これらのパターンは３次元であるから経度、緯度および高度を考慮しなければならない。つぎにこの計算は、これら５つの円が交差する位置の決定に挑戦することになる。しかし、固定端末104-1、104-5に対する距離のような測定値と、固定端末104-1〜104-5の位置を表す情報は、未知の誤差によって影響されるから、５つのパターンC1〜C5の交差は存在しないかもしれない。したがって、本発明の実施例にしたがって移動端末102-1によって実行される手法は、移動端末102-1の最も確からしい位置を推定する。
【００２３】
次に示す式と説明によって証明されるように、本発明の実施例にしたがって移動端末102-1が実行して自端末の位置を決定する手法は、測定値の最確近似値が誤差の自乗の総和を最小にすることを保持するガウスの公準に基づいている。この手法の数学的定式化は、移動端末102-1がｎ個の隣接装置（たとえばｎ個の固定端末104）の既知の位置（xi, yi, zi）と各装置に対するそれぞれの距離
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を記録していることを考慮に入れている。したがって、この手法は、移動端末102-1の位置を、座標（x, y, z）の点として計算する。
【００２４】
測定値が誤差の影響をまったく受けず、計算が正しいとすれば、移動端末102-1の位置（x, y, z）は、ｎ個の方程式のシステム（system）を満足させなければならない：
2005510172.tif 000004
【００２５】
方程式（１）の各要素（each member）は、（xi, yi, zi）に中心があり、半径が
2005510172.tif 000005
の球として図に表される。図２の例では、固定端末104-1を囲む球C1（２次元の円として表されている）の座標は、中心が（x1, y1, z1）にあり、半径
2005510172.tif 000006
が固定端末104-1から移動端末102-1までの距離であり、固定端末104-2を囲む球C2の座標は、中心が（x2, y2, z2）にあり、半径
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が固定端末104-2から移動端末102-1までの距離であり、以下同様。理想的には、n個のすべての球C1〜C5は１点で、つまり、計算を実行中の移動端末102-1の位置で交差していなければならない。しかし、上に説明したように、現実には、
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と（xi, yi, zi）は、測定の誤差による影響を受け、これらの球C1〜C5が１点で交差することはないが、移動端末102-1の本当の位置に近いところを通過するであろう。
【００２６】
座標（x, y, z）の点から全部でｎ個のサポート中の端末までの距離は、方程式（２）にしたがって次の通り計算されうる：
2005510172.tif 000009
【００２７】
座標（x, y, z）のどの点に対しても、計算距離ρiと測定距離
2005510172.tif 000010
の差は、方程式（３）によって決定される：
2005510172.tif 000011
【００２８】
図２に示す図的表示における方程式（３）のシステムは、ｎ個の球のそれぞれに対する座標（x, y, z）の点の距離を与える。方程式（３）における
2005510172.tif 000012
は測定値であり、ρiは点座標（x, y, z）の関数である。誤差εiも同じ座標の関数であることを意味している。
【００２９】
方程式（４）に示すように、誤差εiの自乗和も、移動局の位置の関数になる。
2005510172.tif 000013
【００３０】
ガウスの公準によれば、移動局の最確位置E(x, y, z)は、関数E(x, y, z)の値を最小にする位置である。関数E(x, y, z)が最小値になる点（x, y, z）におけるすべての偏導関数（partial derivative）はゼロでなければならない。導関数がゼロになる点を探す方程式を書いてから、２次式の線形近似を検討すると、方程式（５）のシステムの中で次の関係が求められる：
2005510172.tif 000014
【００３１】
方程式（５）のシステムには、３つの未知の変数δx、δy、δzがあり、これらの変数は、移動端末の位置の推定値を改善するため、移動端末の現在の近似値（x0, y0, z0）に適用すべき補正値（corrections）である。これは、移動端末の位置（x0, y0, z0）を推定した後、方程式（５）のシステムを使用して補正値δx、δyおよびδzを計算することを意味する。改善された推定位置は、次式（６）によって計算される。
2005510172.tif 000015
【００３２】
補正値δx、δyおよびδzを見付けるため、再び方程式（５）のシステムが使用される。この処理は、計算した補正値が、容認された誤差よりも小さくなるまで繰り返し続けられる。当業者には理解できるように、ガウスの「誤差の伝搬の法則」は、各変数σx、σy、σzごとの誤差の標準偏差に関連して、次のとおり多変数関数の誤差σの標準偏差の値を与える。
2005510172.tif 000016
【００３３】
方程式（４）から派生する距離の誤差の標準偏差の他の表現は：
2005510172.tif 000017
である。
【００３４】
この方程式における分母n-3は、データのシステムの自由度の数を表している。E(x, y, z)の項は上の方程式（４）の中で定義されている。したがって、方程式（８）は、（x, y, z）の関数としてσ2の値を与える。移動体（mobile）の位置（x, y, z）は、E(x, y, z)を最小にするように計算されるのであるから、移動体の計算された位置も、n>3のときσ2の値を最小にする。
【００３５】
上述のとおり、測定した要素は、移動端末102-1からすべての他の基準局までの距離であり、この例における基準局は固定端末104-1〜104-5である。（７）の偏導関数を距離の導関数と置き換えることによって、次の方程式が求められる：
2005510172.tif 000018
【００３６】
この方程式における括弧内の項は、移動端末102-1から、この例では固定端末104-1〜104-5であるすべてのサポート中の局に向かう方向のユニタリ・ベクトルを表している。（x, y, z）を移動端末102-1の座標(x0, y0, z0)と置き換え、σ2を（７）で計算されたσ2の値と置き換えることによって、未知の変数σ2x、σ2yおよびσ2zを含んでいて、各軸に沿った標準偏差を表すｎ個の線形方程式のシステムが求められる。
2005510172.tif 000019
【００３７】
このシステムを解いて各軸に沿った標準偏差を見付けるため、最小自乗法が使用される。基準局（固定端末104-1〜104-5）が移動端末102-1から非常に遠い場合、測定距離
2005510172.tif 000020
と近似距離ρiは非常に大きい。たとえば、GPSシステムにおける衛星の距離はおよそ26,000Kmであり、これは、
2005510172.tif 000021
を意味している。
【００３８】
示されているように、方程式（11）は、本当の等式ではない。しかし、たとえば、ρiが10 Kmの誤差で近似されているとすれば、方程式（11）の左辺は、小数第３位までとられた１に等しい。たとえば、測定した衛星までの距離が26152 Kmであり、移動局の位置の現在の近似値に基づいていると仮定すると、計算した距離は10 Kmだけ短く、計算した距離は26142 Kmである。これらの値を次のように方程式（11）に入れると、結果は、
2005510172.tif 000022
となり、
【００３９】
殆ど１である。この事実は、上に説明した本発明の実施例による手法が、GPSのシナリオで使用されうることを明示している。換言すると、上に説明した手法は、GPSの手法よりもさらに一般的であり、基準衛星まで非常に遠距離という特殊な条件のもとでは、この方法からGPSの手法を引き出すことができる。したがって、方程式（11）のシステムを使用して次の方程式のシステムを求めることができる：
2005510172.tif 000023
【００４０】
上に参照したJ. J. Spilker による発表が、移動体のGPS受信器の位置を計算するために好適な方法として方程式（12）のシステムを与えていることは特筆される。このことは、上に説明した手法は、地上波をベースとするシステムの移動端末の位置を計算するだけでなく、移動体のGPS受信器の位置を計算するために使用されうることを示唆している。
【００４１】
上記から理解できるように、本発明の実施例による手法は、複数の地上波固定端末に対する移動端末の距離を測定し、これらの距離に基づいてその移動端末の位置を計算する。他方、GPS方法は、移動端末から１セットの衛星までの距離を測定し、これらの距離に基づいてその移動端末の位置を計算する。またGPSは、複数の円の交点の線形近似値を解き、上に説明した本発明の実施例による手法は、複数の球（たとえば、球C1〜C5）の最確交点を計算して移動端末の位置を計算する。
【００４２】
したがって、上に説明した手法が、基準局（たとえば、衛星）が移動端末から非常に遠く位置している衛星を用いた通信網の中で使用されることになっていたとすれば、本手法は、衛星を使用する手法と同様な結果になるであろう。しかし、基準局（たとえば、固定端末104-1〜104-5）が移動端末102-1に比較的近い地上波で用する場合、GPSの手法は適切な結果を与えることに失敗する。このように、上に説明した手法は、地上波を使用する通信網における移動端末の位置を決定するためにはGPSよりも遙かに優れている。
【００４３】
本発明のごく少数の模範的実施例を上に詳細に説明してきたが、この発明の斬新な教示と利点から実質的に逸脱することなく、模範的実施例の中で多数の改造が可能であることは当業者に容易に理解できるであろう。したがって、特許請求の範囲の中で定義されるとおり、かかる改造のすべては、この発明の範囲内に含まれるものと思考する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明にしたがって通信網における移動端末の位置を計算するシステムと方法を採用しているアドホック無線パケット交換通信網の一例の概念的ブロック図を示す図である。
【図２】本発明の一実施例にしたがって図１に示す通信網における移動端末を使用して、該移動端末の位置を決定することができる手法の一例を示す概念的ブロック図を示す図である。
【図１】
2005510172.tif 000024
【図２】
2005510172.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成15年10月20日(2003.10.20)
【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】
無線通信網において端末の位置を決定する方法であって、
複数の基準端末のそれぞれから、自端末に該当する前記基準端末の位置を表す情報を含む該当信号を前記端末において受信し、
前記端末において受信した前記該当信号に基づいて、前記端末から前記基準端末のそれぞれまでの該当距離を推定し、
前記端末から各前記該当基準端末までの前記該当推定距離と、前記該当基準端末の前記該当位置とに基づいて、前記該当基準端末のそれぞれについて該当疑似パターンを計算し、
前記疑似パターンのそれぞれが各自の推定距離の中の誤差が最小になる位置を推定して、前記端末の前記位置を表す前記推定位置を識別する、
ことを含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記距離の推定は、前記該当距離を推定するときの誤差を最小にするガウスの公準に基づいて、誤差の自乗の総和を最小にする計算を実行することを含む前記方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、前記受信中、前記端末は、少なくとも４つの前記基準端末からの前記該当信号を受信する前記方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記基準端末は、それぞれ地上の端末である前記方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法において、前記通信網はアドホック通信網を含み、前記端末と前記基準端末は、前記アドホック通信網の中で動作するようになされている前記方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記パターンのそれぞれは、球状である前記方法。
【請求項７】
無線通信網における端末の位置を決定するシステムであって、
複数の基準端末のそれぞれから、それぞれが自端末に該当する前記基準端末の位置を表す情報を含む該当信号を、前記端末において受信するようになされた受信器と、
前記端末において受信した前記該当信号に基づいて、前記端末から前記基準端末のそれぞれまでの該当距離を推定し、前記端末から各前記該当基準端末までの前記該当推定距離と、前記該当基準端末の前記該当位置とに基づいて、前記該当基準端末のそれぞれについて該当疑似パターンを計算し、前記疑似パターンのそれぞれが各自の推定距離の中の誤差が最小になる位置を推定し、さらに前記端末の前記位置を表す前記推定位置を識別するようになされたプロセッサと、
を含むシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のシステムにおいて、前記距離の推定は、前記該当距離を推定するときの誤差を最小にするガウスの公準に基づいて、誤差の自乗の総和を最小にする計算を実行することを含む前記システム。
【請求項９】
請求項７に記載のシステムにおいて、前記受信中、前記端末は、少なくとも４つの前記基準端末からの基準信号を受信する前記システム。
【請求項１０】
請求項７に記載のシステムにおいて、前記基準端末は、それぞれ地上の端末である前記方法。
【請求項１１】
請求項７に記載のシステムにおいて、前記通信網はアドホック通信網を含み、前記端末と前記基準端末は、前記アドホック通信網の中で動作するようになされている前記システム。
【請求項１２】
請求項７に記載のシステムにおいて、前記パターンのそれぞれは、球状である前記システム。
【請求項１３】
無線通信網における端末の位置を決定する命令の計算機可読媒体であって、
それぞれが自端末に該当する前記基準端末の位置を表す情報を含む該当信号を、前記端末において複数の基準端末のそれぞれから受信するようになされた命令の第１の組と、
前記端末から各前記該当基準端末までの前記該当推定距離と、前記該当基準端末の前記該当位置とに基づいて、前記該当基準端末のそれぞれについて該当疑似パターンを計算するようになされた命令の第２の組と、
前記端末から各前記該当基準端末までの前記該当距離と、前記該当基準端末の前記該当位置とに基づいて、前記該当基準端末のそれぞれに関する前記疑似パターンのそれぞれが各自の推定距離の中の誤差が最小になる位置を推定し、さらに前記端末の前記位置を表す前記推定位置を識別するようになされた命令の第３の組と、
を含む命令の計算機可読媒体。
【請求項１４】
請求項１３に記載の命令の計算機可読媒体において、前記距離の推定は、前記該当距離を推定するときの誤差を最小にするガウスの公準に基づいて、誤差の自乗の総和を最小にする計算を実行することを含む前記命令の計算機可読媒体。
【請求項１５】
請求項１３に記載の命令の計算機可読媒体において、前記端末は、少なくとも４つの前記基準端末からの基準信号を受信する前記命令の計算機可読媒体。
【請求項１６】
請求項１３に記載の命令の計算機可読媒体において、前記基準端末は、それぞれ地上の端末である前記命令の計算機可読媒体。
【請求項１７】
請求項１３に記載の命令の計算機可読媒体において、前記通信網はアドホック通信網を含み、前記端末と前記基準端末は、前記アドホック通信網の中で動作するようになされている前記命令の計算機可読媒体。
【請求項１８】
請求項１３に記載の命令の計算機可読媒体において、前記パターンのそれぞれは、球状である前記命令の計算機可読媒体。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法において、前記最小誤差は、次式に基づいて前記位置を推定するステップで決定され：
2005510172.tif 000026
ここで、３つの未知の変数δx、δy、δzは、座標（x0, y0, z0）で表された前記端末の前記位置の推定に適用される補正を表す方法。
【請求項２０】
請求項７に記載のシステムおいて、前記最小誤差は、次式に基づいて位置を推定する場合に決定され：
2005510172.tif 000027
ここで、３つの未知の変数δx、δy、δzは、座標（x0, y0, z0）で表された前記端末の前記位置の推定に適用される補正を表すシステム。
【請求項２１】
請求項１３に記載の命令の計算機可読媒体において、前記最小誤差は、次式に基づいて位置を推定する場合に決定され：
2005510172.tif 000028
ここで、３つの未知の変数δx、δy、δzは、座標（x0, y0, z0）で表された前記端末の前記位置の推定に適用される補正を表す命令の計算機可読媒体。
【請求項２２】
請求項５に記載の方法において、前記端末は移動端末である前記方法。
【請求項２３】
請求項１１に記載のシステムにおいて、前記端末は移動端末である前記システム。
【請求項２４】
請求項１７に記載の命令の計算機可読媒体において、前記端末は移動端末である前記命令の計算機可読媒体。
【国際調査報告】
2005510172.tif 000029
2005510172.tif 000030