(57)【要約】【解決手段】受信した信号の到着時間の測定における過度の遅延の下界を決定する方法および装置。到着時間の測定における過度の遅延の下界は、少なくとも２つの基地局から信号を受信し、それぞれの基地局からの受信した信号間の到着の時間差を決定することを含む。次に、それぞれの基地局からの信号の到着時刻および基地局間の周知の距離に基づいて基地局から受信した信号に導入された過度の遅延の下界を推定する。過度の遅延の下界を用いて、受信した信号の到着時間の測定に基づいて、移動装置の位置の推定を調節する。
2005520369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記を具備する移動装置の位置を決定する方法：
少なくとも２つの基地局からの信号を受信する；
前記受信した信号間の到着の時差を決定する；
前記信号の到着の時間および前記基地局間の周知の距離に従って、過度の遅延の下界を推定する；および
前記過度の遅延の推定された下界および前記受信した信号間の到着の時差に従って前記移動装置の位置を推定する。
【請求項２】
前記受信した信号はＣＤＭＡパイロット信号である、請求項１に定義された方法。
【請求項３】
前記受信した信号はＧＳＭ信号である、請求項１に定義された方法。
【請求項４】
前記過度の遅延の下界を用いて前記移動装置の推定された位置を調節することをさらに具備する、請求項１に定義された方法。
【請求項５】
前記調節は、前記それぞれの信号に対する到着時刻測定値から前記過度の遅延の下界を減算することを具備する、請求項４に定義された方法。
【請求項６】
前記調節は、前記過度の遅延の下界に従って、前記到着時刻測定値に重み付けすることを具備する、請求項４に定義された方法。
【請求項７】
前記調節は、前記過度の遅延の下界に基づいて前記位置推定から到着時刻測定を消去することを具備する、請求項４に定義された方法。
【請求項８】
前記受信した信号の過度の遅延の下界を用いて前記移動装置の前記位置の推定の精度を決定する、請求項１に定義された方法。
【請求項９】
前記信号に導入される前記過度の遅延はマルチパスによるものである、請求項１に定義された方法。
【請求項１０】
信号は複数の基地局から前記移動装置において受信され、前記過度の遅延の下界は複数の信号到着時間測定に対して推定される、請求項１に定義された方法。
【請求項１１】
前記基地局から受信した信号は、同時に前記基地局から送信される、請求項１に定義された方法。
【請求項１２】
前記基地局から受信した信号は、互いに時間に対して同期されている、請求項１に定義された方法。
【請求項１３】
前記受信した信号は通信信号である、請求項１に定義された方法。
【請求項１４】
前記受信した信号は、セルラー通信信号である、請求項１に定義された方法。
【請求項１５】
前記過度の遅延の下界を推定することは、前記基地局から受信した全信号未満を用いて行なわれる、請求項１に定義された方法。
【請求項１６】
前記移動装置の位置を推定することは、別の位置標定システムを含む、請求項１に定義された方法。
【請求項１７】
前記別の位置標定システムは、全地球測位システムである、請求項１６に定義された方法。
【請求項１８】
下記を具備する、移動装置：
少なくとも２つの基地局からそれぞれの信号を受信し、各基地局により送信された信号の到着時刻を決定するように構成された受信器；
前記信号の前記到着時刻を受信し、それぞれの基地局からの前記信号の到着時刻および前記基地局間の周知の距離に従って過度の遅延の下界を推定するように構成された過度遅延エンジン。
【請求項１９】
前記受信した信号は、ＣＤＭＡパイロット信号である、請求項１８に定義された移動装置。
【請求項２０】
前記受信した信号はＧＳＭ信号である、請求項１８に記載された移動装置。
【請求項２１】
前記過度の遅延の推定された下界および前記受信した信号間の到着の時間差に従って、前記移動装置の位置を推定することをさらに具備する、請求項１８に定義された移動装置。
【請求項２２】
前記過度の遅延の下界を用いて前記移動装置の前記推定された位置を調節することをさらに具備する、請求項２１に定義された移動装置。
【請求項２３】
前記調節は、前記到着時間測定から前記過度の遅延の下界を減算することを具備する、請求項２２に定義された移動装置。
【請求項２４】
前記調節は、前記過度の遅延の下界に従って、到着時間の測定に重み付けをすることを具備する、請求項２２に定義された移動装置。
【請求項２５】
前記調節は、前記過度の遅延の下界に基づいて前記位置推定から到着時間測定を消去することを具備する、請求項２２に定義された移動装置。
【請求項２６】
前記受信した信号に対する前記過度の遅延の下界を用いて前記移動装置の前記推定された位置の精度を決定する、請求項２１に定義された移動装置。
【請求項２７】
前記移動装置により決定された位置推定値は、基地局に送信される、請求項２１に定義された移動装置。
【請求項２８】
前記移動装置の位置を推定することは、別の位置標定システムを含む、請求項２１に定義された移動装置。
【請求項２９】
前記別の位置標定システムは全地球測位システムである、請求項２８に定義された移動装置。
【請求項３０】
前記受信した信号の過度の遅延の下界は、前記基地局の１つに送信される、請求項１８に定義され移動装置。
【請求項３１】
前記信号に導入された遅延はマルチパスによるものである、請求項１８に定義された移動装置。
【請求項３２】
前記移動装置は通信システムに使用される、請求項１８に定義された移動装置。
【請求項３３】
前記移動装置は、セルラー通信システムに使用される、請求項１８に定義された移動装置。
【請求項３４】
前記過度の遅延の下界は、前記基地局から受信した全信号未満を用いて行なわれる、請求項１８に定義された移動装置。
【請求項３５】
下記を具備する基地局：
少なくとも１つの移動装置からの信号を受信するように構成された受信器、前記少なくとも１つの移動装置から受信した信号は、少なくとも２つの基地局から前記移動装置により受信された信号の到着時刻を具備する；および
前記信号の到着時刻を受信し、それぞれの基地局からの信号の到着時間に対する過度の遅延の下界を推定するように構成された過度遅延エンジン、前記基地局は、周知の距離離れて位置している。
【請求項３６】
移動装置の推定された位置は、前記過度の遅延の下界、および受信した信号の到着時間差に従って決定される、請求項３５に定義された基地局。
【請求項３７】
前記移動装置の推定された位置は、前記過度の遅延の下界を用いて調節される、請求項３６に定義された基地局。
【請求項３８】
前記調節は、前記それぞれの信号の時間から前記過度の遅延の下界を減算することを具備する、請求項３７に定義された基地局。
【請求項３９】
前記調節は、前記過度の遅延の下界に従って、到着時間測定に重み付けをすることを具備する、請求項３７の基地局。
【請求項４０】
前記調節は、前記過度の遅延の下界に基づいて、前記位置推定から到着時間測定を消去することを具備する、請求項３７に定義された基地局。
【請求項４１】
前記受信した信号に対する過度の遅延の下界を用いて、移動装置の前記推定された位置の制度を決定する、請求項３６の基地局。
【請求項４２】
前記過度の遅延の下界は、前記移動装置から受信した全信号未満を用いて行なわれる、請求項３６に定義された基地局。
【請求項４３】
前記移動装置の位置を推定することは、別の位置標定システムを含む、請求項３６に定義された基地局。
【請求項４４】
前記別の位置標定システムは全地球測位システムである、請求項４３に定義された基地局。
【請求項４５】
前記基地局は、通信システムにおいて使用される、請求項３５に定義された基地局。
【請求項４６】
前記基地局はセルラー通信システムにおいて使用される、請求項３５に定義された基地局。
【請求項４７】
下記を具備する、受信した信号の到着時間測定において過度の遅延の下界を決定するように構成された集積回路：
少なくとも２つの基地局から信号を受信し、各受信した信号に対する到着時間測定値を出力するように構成された入力回路；
前記それぞれの基地局から受信した信号間の到着の時間差を決定し、それぞれの基地局からの各信号の到着時間および２つの隣接する基地局間の周知の距離に基づいて、各基地局から受信した信号に導入される過度の遅延の下界を推定するように構成された過度の遅延エンジン。
【請求項４８】
前記受信した信号はＣＤＭＡパイロット信号である、請求項４７に定義された集積回路。
【請求項４９】
前記受信した信号はＧＳＭ信号である、請求項４７に定義された集積回路。
【請求項５０】
前記過度の遅延の下界および前記受信した信号間の到着の時間差に従って、移動装置の推定された位置をさらに具備する、請求項４７に定義された集積回路。
【請求項５１】
前記移動装置の推定された位置は、前記過度の遅延の下界を用いて調節される、請求項５０に定義された集積回路。
【請求項５２】
前記調節は、前記到着時間測定から前記過度の遅延の下界を減算することを具備する、請求項５１に定義された集積回路。
【請求項５３】
前記調節は、前記過度の遅延の下界に従って、到着時間測定に重み付けをすることを具備する、請求項５１に定義された集積回路。
【請求項５４】
前記過度の遅延の下界に基づいて前記推定された位置から到着時間測定を消去することを具備する、請求項５１に定義された集積回路。
【請求項５５】
前記受信した信号に対する過度の遅延の下界を用いて前記移動装置の推定された位置の精度を決定する、請求項５０に定義された集積回路。
【請求項５６】
前記移動装置の位置を推定することは、別の位置標定システムを含む、請求項５０に定義された集積回路。
【請求項５７】
前記別の位置標定システムは、全地球測位システムである、請求項５６の集積回路。
【請求項５８】
前記信号に導入された遅延は、マルチパスによるものである、請求項４７に定義された集積回路。
【請求項５９】
前記過度の遅延の下界を推定することは、受信した全信号未満を用いて行なわれる、請求項４７記載に定義された集積回路。
【請求項６０】
下記を具備する移動装置の位置を決定する方法：
少なくとも２つの基地局から信号を受信し、それぞれの信号に対して前記移動装置における到着の時間を決定する；
前記それぞれの基地局から受信した信号間の到着の時間差を決定する；
それぞれの基地局からの信号の到着時間および周知の基地局間の距離に従って、過度の遅延の下界を推定する；および
前記到着の時間差および過度の遅延の下界を異なる位置に送信し、前記推定された過度の遅延の下界および前記異なる位置において受信した信号間の到着の時間差に従って、前記移動装置の位置を推定する。
【請求項６１】
前記異なる位置は基地局である、請求項６０に定義された方法。
【請求項６２】
下記を具備する、移動装置の位置を決定する方法：
少なくとも２つの基地局から信号を受信し、それぞれの信号に対する前記移動装置の到着の時間を決定する；
前記信号の到着の時間を異なる位置に送信する；
前記異なる位置において、前記それぞれの基地局からの受信した信号間の到着の時間差を決定する；
それぞれの基地局からの各信号の到着の時間および前記異なる位置における基地局間の周知の距離に従って、過度の遅延の下界を推定する；および
前記推定された過度の遅延の下界および前記異なる位置において受信した信号間の到着の時間差に従って前記移動装置の位置を推定する。
【請求項６３】
前記異なる位置は基地局である、請求項６２に定義された方法。
【請求項６４】
下記を具備する、移動装置：
少なくとも２つの基地局からそれぞれの信号を受信し、各基地局により送信された前記信号の到着の時間を決定するように構成された受信器；および
前記到着時間を受取り、前記到着時間を異なる位置に送信するように構成された送信器。
【請求項６５】
前記異なる位置はさらに下記を具備する請求項６４に記載の方法：
前記到着時間を受信し、それぞれの基地局からの信号の前記到着の時間および前記基地局間の周知の距離に従って、過度の遅延の下界を推定し、および前記推定された過度の遅延の下界および前記受信した信号間の到着の時間差に従って、前記移動装置の位置を推定するように構成された過度の遅延エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、通信信号の到着の時間差（ＴＤＯＡ）を用いて移動装置の位置を推定することに関する。特に、この発明は、ＴＤＯＡを用いてセルラー通信システムにおける移動装置の推定された位置を調節することに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動装置の位置を決定する多大な関心があった。特に関心がある１つの領域は、ある環境にある携帯電話ユーザの位置を決定する能力である。例えば、米国連邦通信委員会（ＦＣＣ）は、ユーザーが９１１をダイアルしたときに、セルラーユーザーの位置を決定するよう命令した。ＦＣＣの命令に加えて、ユーザーの位置を利用することができる他のアプリケーションが開発されるであろうことが想像される。
【０００３】
移動装置の位置を決定するために種々の技術が使用されてきた。例えば、全地球測位システム（ＧＰＳ）は、ＧＰＳ受信器を備えたユーザーに世界のどこでも、その位置を決定する能力を提供する衛星システムである。ＧＰＳは世界的な受信地域を提供するけれども、いくつかの欠点に悩んでいる。ＧＰＳシステムに対するそのような１つの欠点は、一般にユーザーは、その位置を正確に決定するために、４つのＧＰＳ衛星の遮るものがない視界を持たなければならない。セルラーユーザーにとって、これは、ＧＰＳの使用に対して著しい障害になり得る。なぜならば、多くのユーザーは都市部におり、高いビルのような物体がユーザーを陰で覆うので、ユーザーは要求される数の衛星を見ることができないからである。セルラーユーザーがビルの内部にいるとき、この問題はさらに悪化する。
【０００４】
移動装置の位置を決定するのに役立つように、セルラーシステム自身のいくつかの特性を有効に使おうと試みる他の技術が開発された。そのような技術の１つが到着の時間差（ＴＤＯＡ）技術である。受信した信号の実際の送信時間が周知のとき、または、受信した信号の送信が周知の周期レートで生じるときにはＴＤＯＡ技術は使用することができる。例えば、移動装置が、少なくとも２つの基地局から送信された信号を受信し、その信号が基地局により同時に送信されるか、または信号が互いに同期しているならば、移動装置は、２つの信号が受信される時間の相対的な差を決定することができるであろう。２つの信号が受信される時間差はそれぞれの基地局から移動装置に、信号によって移動される距離の差に相当する。
【０００５】
２つの信号間のＴＤＯＡは、受信した信号間に一定の時間差、および対応する移動距離を維持する点集合を確立する。点集合は、移動装置の可能な位置を表す双曲面を定義する。複数の、同時のＴＤＯＡ測定を行なうことにより、移動装置の位置の推定を提供するこれらの面の交点を用いて一群の面を発生することができる。
【０００６】
ＴＤＯＡ技術を用いたとき、移動装置により受信した信号が遅延されたなら問題が起きる。例えば、一般的な無線通信システムにおいて、基地局から放射された信号が面に反射し、基地局と移動装置との間の無線チャネルを介して信号の複数例が伝搬するとき、いくつかの異なる経路を移動するかもしれない信号の複数例を作る。この現象は一般にマルチパスと呼ばれる。信号例により移動されるマルチパスの各々は、一般に他の経路と距離が異なり、マルチパス信号は互いに異なる時間に受信され、のみならず、直接の視線信号が移動装置に到着するであろう時間から遅れる。直接視線信号は、基地局から移動装置までの実際の距離を表す。
【０００７】
無線チャネルにおいて、マルチパスは、例えば、ビル、樹木、車、および人々のような環境における障害物からの信号の反射により作られる。従って、無線チャネルは、移動装置の相対的な移動およびマルチパスを作る建造物により時間的に変化するマルチパスチャネルである。従って、受信した信号の遅延量もまた時間的に変化する。
【０００８】
チャネルのマルチパス特性もまた他の方法で移動装置により受信された信号に影響を及ぼし、とりわけ、信号の過度の遅延に加えて、信号の減衰を生じる。信号強度の減衰は、とりわけ、信号が媒体を伝搬し、物体に反射したときに吸収される信号からのエネルギーに起因する。さらに、移動装置において、受信された信号は、信号が無線チャネルを介して伝搬するときに信号の地理的拡散により減衰する。
【０００９】
過度の遅延は、信号が基地局から移動装置へのマルチパスを移動するのに要する時間と、および信号が基地局と移動装置との間の直接視線経路を移動したとしたらかかったであろう時間との間の差分である。例えば、ユーザーはビルにより基地局から影で覆われるので、基地局とユーザーとの間には、直接視線経路がないかもしれない。この情況において、信号は、障害物を「迂回」するために物体に反射しなければならず、そして移動装置に到達するであろうから、移動装置において受信された信号は、基地局と移動装置との間の実際の視線距離より大きい距離移動するであろう。信号により移動される距離の増大は、さらなる、または、過度の遅延を信号の到着時間に導入し、ＴＤＯＡの測定にエラーを生じ、移動装置に推定された位置の不正確さを増大させる。
【００１０】
過度の遅延は、基地局と移動装置との間に直接視線経路があったとしても、導入される可能性がある。例えば、直接視線経路から受信した信号は、移動装置がタイミング測定を行なうのに十分強くないように減衰するかもしれない。それゆえ、信号のマルチパス例の１つは、タイミング測定を行なうことができるように十分な強度を有した移動装置によって、受信された最初に信号であろう。
【００１１】
これらのおよびその他の問題により、一般的な通信システムにおける信号、特に、マルチパス環境で動作している信号は、過度の遅延を経験し、それにより、ＴＤＯＡ技術を用いた位置推定における不正確さを増大させる。それゆえ、ＴＤＯＡ測定の信頼性および関連する位置推定を改良する必要性がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に従う方法および装置は、受信した信号の到着時間の測定における過度の遅延の下界を決定する、それにより、ＴＤＯＡ測定を抑制し、位置推定の信頼性を改良する。移動装置により、到着時間の測定における過度の遅延の下界を決定することは、第１の基地局からの信号と第２の基地局からの信号を受信し、それぞれの基地局から受信した信号間の到着の時間差を決定し、それぞれの基地局からの信号間の到着の時間差と基地局間の周知の距離に基づいて各基地局の信号間の到着の時間差に基づいて基地局から受信した信号の到着の時間に導入される遅延の最小値を推定する。過度の遅延の下界は、受信した信号の到着測定の時間差を用いて移動装置の位置の推定を調節するために使用してもよい。調節されたＴＤＯＡは、例えば、過度の遅延の下界の値と利用可能なＴＤＯＡ測定の数に応じて、位置計算を実行するために使用される。ＴＤＯＡ測定は、訂正したり、位置推定解決に異なる重み付けをしたり、または位置推定解決から破棄することもあり得る。さらに、過度の遅延の下界は、位置推定の正確さの表示として使用することができる。
【００１３】
位置推定を決定するための処理は、セルラーネットワーク内の種々の装置に分散、すなわち設置することができる。一実施の形態において、過度の遅延の下界および移動装置の位置推定は両方とも移動装置により実行される。他の実施の形態において、過度の遅延の下界は、異なる位置に送信され、そこで、移動装置位置の推定が行なわれる。さらに、他の実施の形態において、少なくとも２つの基地局から移動装置により受信された信号の到着の時間は、異なる位置に送信され、過度の遅延の下界が決定され、移動装置位置の推定が実行される。例えば、異なる位置は、基地局、携帯電話システム向け交換機、またはセルラインフラストラクチャのその他の構成要素であってもよい。
【００１４】
一実施の形態において、移動装置の位置の推定の調節は、到着の時間差を決定するために使用される実際の到着時間の測定から、過度の遅延の下界を減算し、対応する距離調節を作り出すことを含む。他の実施の形態において、調節は、推定された位置を調節するために、到着測定の関連する時間に対して過度の遅延の下界に従って、到着測定の時間差を重み付けすることを含む。他の実施の形態において、調節は、到着測定の関連する時間の過度の遅延の下界に基づく位置推定から到着測定の時間差を消去することを含む。さらに、他の実施の形態において、受信した信号に対する過度の遅延の下界は、移動装置の位置決定推定の精度を決定するために使用される。
【００１５】
過度の遅延の下界の決定は、移動装置と基地局を含む通信システムにおいて、使用してもよい。一実施の形態において、通信システムはＣＤＭＡ信号を使用する。他の実施の形態において、通信システムはＧＳＭ信号を使用する。
【００１６】
一実施の形態において、到着時間を決定するために使用される移動装置により受信される信号は、同時に各基地局から送信してもよい。他の実施の形態において、基地局から移動装置により受信される信号は、互いに時間に同期して送信される。他の実施の形態において、移動装置により受信される信号は、全地球測位システム（ＧＰＳ）信号である。さらに他の実施の形態において、移動装置により受信される信号は、ハイブリッドシステムにおける基地局とＧＰＳからである。
【００１７】
この発明の他の特徴および利点は、一例として、この発明の原理を説明する好適実施形態の以下の記述から明白であろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、複数のセルに分割された例示セルラーネットワーク１００の一部の平面図である。図１に図解されるものは、５つの基地局１０２、１０３、１０４、１０６、１０８、および１１０、およびそれぞれのセル、または受信地域１１２、１１４、１１６、１１８、および１２０である。ここに使用されるように、基地局は、送信時に位置が周知である送信器に言及する。例えば、基地局は、セルラーネットワーク、衛生、または他の無線インフラストラクチャのセルタワー(cell towers)を含むということもあり得る。
【００１９】
図１の基地局のサービスエリアは、基地局がセルラーネットワーク上で通信をサポートする基地局の回りのエリアを示す。セルラーネットワーク上の通信がサービスエリア内でサポートされている間、基地局から送信されるパイロット信号は、基地局のサービスエリア外の場所にある遠隔装置により検出してもよく、移動装置の位置を推定する際に使用してもよい。
【００２０】
図１において、基地局サービスエリアは、説明の目的のためだけの回路として示され、実際のサービスエリアは、規則的な形状のみならず、不規則な形状も含む異なる形状であってよい。さらに、図１に図解するすべてのセルは、同じサイズであるけれども、実際のセルは、互いに異なる形状およびサイズであってよい。
【００２１】
移動装置１２２は、２つのサービスエリア１１２および１１４が重なる領域内にあるように示される。移動装置１２２は、一方の基地局のサービスエリアから他方の基地局のサービスエリアを通過して、セルラーネットワーク１００を介して移動する。移動装置１２２は、セルラーネットワーク１００を介して移動するので、移動装置は、基地局サービスエリアが重なる領域により、図１に示すように、２つ以上の既知距幾から信号を受信することができてもよい。例えば、図１において、移動装置は、２つの基地局１０２および１０４およびそれらのサービスエリア１１２および１１４が重なる領域に位置する。移動装置はこの重なり領域に位置するけれども、移動装置１２２は、両方の基地局１０２および１０４とセルラーネットワーク上で通信することができる。図１の調査は、基地局サービスエリアが重なる複数の領域を図解する。図１に示す例は、最大３つの基地局サービスエリアが重なる領域のみを示すけれども、実際のセルラーネットワークにおいて、いかなる数の基地局サービスエリアが重なっても良い領域があってもよい。
【００２２】
一実施形態において、移動装置１２２は、検出可能な異なる基地局により送信されるパイロット信号の数を増大させるために感度が強化された受信器を含んでいても良い。従って、基地局が検出できる単一基地局からのパイロット信号は、基地局が標準セルラー通信をサポートできる領域より大きい。例えば、移動装置１２２は、基地局により送信されるパイロット信号を検出できてもよいが、基地局から受信した他の信号は、セルラーネットワーク上の音声トラヒックのような通信をサポートするのに十分でないかもしれない。例えば、移動装置は、移動装置の位置を推定する際に使用するのに十分である多くの基地局からパイロット信号を検出することができるかもしれないが、移動装置は、限られた基地局のみのサービスエリア内にあってもよい。
【００２３】
図２および図３は、さらなる詳細を説明する、２つの基地局１０２および１０４およびそれぞれのサービスエリア１１２および１１４、および移動装置１２２の拡大された領域を示す図である。図２は、基地局と移動装置との間の直接視線が障害とならない非常に簡単な例を図解する。図２に示すように、第１の基地局１０２から移動装置１２２までの実際の、すなわち見通し距離は、第１の距離２０２により表される。第２の基地局１０４と移動装置１２２との間の実際のすなわち、見通し距離は、第２の距離２０４により表される。基地局１０２および１０４から移動装置１２２に送信される信号に影響を及ぼす障害物が無いなら、送信された信号は、送信された後、無線チャネル（光の速度）を介して信号の伝搬速度により分割されたそれぞれ、２０２および２０４で表される、それぞれの基地局と移動装置との間の見通し距離に等しい時間で移動装置に到着するであろう。この場合、信号は、基地局１０２および１０３と移動装置１２２との間の実際の見通し距離を移動するので、過度の遅延は無いであろう。
【００２４】
直接の視線経路が妨害されるか、または、例えば減衰により直接の視線信号が使用できないなら、移動装置１２２により受信された信号は、異なる、長い経路を移動しなければならず、関連する遅延を有するであろう。図３は、基地局から移動装置までの視線経路を阻止する、例えばビルまたは他の物体のような障害物がある例を図解する。例えば、図３に示すように、第１の基地局１０２と移動装置１２２との間に位置するビルまたは他の物体３４０がある。物体３４０は、第１の基地局１０２と移動装置との間の直接視線経路を阻止するので、基地局１０２から移動装置に到達する第１の信号例は、視線経路とは異なる経路、例えば、ライン３１２および３１４により図解される経路をたどる。ライン３１２および３１４により図解される信号経路は、信号が基地局１０２から離れ、物体３１０に反射し、移動装置１２２に到達することを示す。
【００２５】
同様に、図３は、物体３３０が、第２基地局１０４と移動装置１２２との第の直接視線経路を阻止する他のマルチパス例を図解する。従って、第２基地局１０４からの信号は、直接視線経路を移動せず、異なる、長い、経路を移動して、移動装置に到達するであろう。例えば、図３において、第２基地局１０４から移動装置までの経路は物体３４６を含む反射経路であり、ライン３４２および３４４により図解される。
【００２６】
図２および図３に図解するように、基地局から移動装置により受信された信号は、直接視線経路、または、直接視線経路時間である過度の遅延を有したその他のより長い経路を移動することもできた。しかしながら、移動装置は、到着時間を測定し、受信した信号が直接視線経路または関連する遅延を有する異なる経路を移動してきたかどうか知らない。そして、例え、受信した信号が直接視線経路を移動してこなかったことがわかっても、移動装置は、信号により実際に移動してきた経路の距離を知る方法が無い。さらに、信号により移動される経路は、物体として変化することができ、そして、移動装置は動き回る。
【００２７】
図４は、第１の基地局１０２、第２の基地局１０４および移動装置１２２の間の時間的な関係を図解するブロック図である。ポイントからポイントに移動する信号の速度はすべてのポイントに対して一定であると仮定することが理解されねばならない。信号が第１の基地局（ＢＴＳ１）１０２および第２の基地局（ＢＴＳ２）との間の距離を移動するのに必要な時間はｄ12で示されるライン４０２により表される。信号が、第１の基地局１０２から移動装置１２２までの距離を移動するのに必要な時間はｒ1で示されるライン４０４により表される。同様に、信号が、第２の基地局１０４から移動装置１２２までの距離を移動するのに必要な時間はｒ2で示されるライン４０６により表される。
【００２８】
移動装置１２２において受信される信号が同時に２つの基地局１０２および１０４から送信されるなら、到着の時間差（ＴＤＯＡ）、受信した信号に対する到着時間の差は、それぞれｒ1、ｒ2により表される、移動装置から第１の基地局および第２の基地局との距離間の差を示す。２つの基地局から送信された信号が同時に送信されなくても、周知の時間関係を有して互いに同期していれば、それらのＴＤＯＡを計算することができる。
【００２９】
例えば、業界標準ＩＳ−９５に基づくシステムにおいて、各隣接する基地局は、同じ擬似乱数またはＰＮ符号で符号化されるパイロット信号を送信する。移動装置が隣接する基地局からの信号を区別可能にするために、各基地局パイロット信号からのＰＮ符号は、隣接する基地局のパイロット信号とは異なる位相を有する（時間的に送れる）。基地局間の位相、または時間遅延は、固定であるので、相対的な遅延は、ＴＤＯＡ測定値から減算することができる。それゆえ、以下の記述を簡単にするために、信号は各基地局から同時に送信されるものと仮定する。しかしながら、必要なことは、基地局により送信された信号のタイミング間の周知の関係であることを理解しなければならない。
【００３０】
再び、図４を参照すると、この発明のＴＤＯＡ技術に対していくつかの地理的制約がある。第１に、受信器タイミングおよび推定エラーがなければ、信号経路の過度の遅延は常に正の値である。これは、過度の遅延が無い極端な場合を考えることにより理解することができる。過度の遅延が無いなら、信号は、最短のまたは直接視線の経路で移動装置に移動したので、信号が基地局から移動装置に移動するのに必要な時間は最短の期間である。従って、タイミングまたは推定エラーが無いなら、いずれかの他の経路は、直接視線経路より長いであろう。その結果、対応する長い、正数の過度の遅延を生じる。
【００３１】
第２に、各ＴＤＯＡの絶対値は、信号を一方の基地局から他方の基地局に視線経路に沿って搬送する時間により上限がある。これは、三角形のいずれの辺も、三角形の他の２辺の和より大きくも無ければ等しくもなり得ない、あるいは反対に、三角形のいずれの辺も三角形の他の２辺間の差以上であることを提示する三角形の地理的不等による。
【００３２】
基地局から受信した信号の過度の遅延は周知でないけれども、以下に記載する技術は、過度の遅延の下界を決定することが出来る。過度の遅延のための下界は、移動装置の推定された位置を改良するために使用することができる。以下に記載するように、過度の遅延の下界は、信号と過度の遅延の値ミングのためのすべての数学的関係が存在可能であり、さらに満足することができる最小過度遅延を表す。受信された基地局信号に対するすべての下限のセットを用いて、改良された移動装置位置推定を確立するであろう。
【００３３】
図４に示すように、この技術は、単一のＴＤＯＡ測定について記載されが、この技術は、いかなる数のＹＤＯＡ測定にも適用可能である。図４に示すように、移動装置１２２は受信信号であり、例えば、２つの基地局１０２および１０２からのＩＳ−９５ベースシステムにおけるパイロット信号である。これら２つの基地局から受信した信号は、信号が各基地局から移動装置に移動する経過時間の差から構成される単一ＴＤＯＡ測定値を生じる。上述したように、ｒ1、ｒ2は、信号が、それぞれ第１および第２の基地局から移動装置１２２までの距離を移動するのに必要な時間であり、ｄ12は、信号が、２つの基地局間の周知の視線距離を移動するのに必要な時間である。図４に示すように、ラインセグメントｒ1、ｒ2、およびｄ12は、三角形を形成する。これは、式１の以下の制約を与える。
【数１】
2005520369.tif 000003
【００３４】
仮に、ｘ1およびｘ2を、それぞれ第１の基地局１０２および第２の基地局１０４により送信された信号の移動装置１２２における到着の信号時間の過度の遅延を表す。信号により移動される実際の経路は、周知でないので、ｘ1、およびｘ2は、周知でないことは明白である。上述したように、ｘ1、およびｘ2は、正の数であるので、ｘ1≧０、およびｘ2≧０として表される。また、移動装置１２２の移動装置と基地局のクロック時間の間の時間バイアス、またはタイムオフセットをｔbにより表すと仮定する。一般的に、時間バイアスはすべての測定、少なくともＴＤＯＡ測定を行なうために使用されるような相対的に短い期間、一定である。その結果、２つの基地局１０２および１０２から受信した信号に対して移動装置において測定される到着の時間差は、式２により数学的に表される。
【数２】
2005520369.tif 000004
【００３５】
但し、ＴＤＯＡ12は、移動装置において測定される基地局１からの信号と基地局２からの信号との間の到着の時間差である。
【００３６】
ＴＯＡ1は、移動装置において、測定される基地局１からの信号の到着の時間である。
【００３７】
ＴＯＡ2は、移動装置において、測定される基地局２からの信号の到着の時間である。
【００３８】
式［１］および式［２］の２つの不等式を交換することにより、以下の不等式が導き出される。
【数３】
2005520369.tif 000005
【００３９】
ｉ＝１、２に対する過度遅延の下界項ｘiを決定するために、式［３ａ]および[3b]に対する解は、さらなる制約ｘi≧０を用いて決定される。なぜならば、すでに述べたように、過度の遅延は正数だからである。
【００４０】
今述べた技術は、N個の基地局がある一般的な場合に拡張することができる。それぞれｉおよびｊ基地局からのｉおよびｊ測定値の各対は、以下の式［４ａ］および［４ｂ］に示すように、式［３ａ］および［３ｂ］と同様に２つに不等式の組を形成する。
【数４】
2005520369.tif 000006
【００４１】
従って、Ｎ個の基地局の場合、式［４ａ」および［４ｂ］に示すように（Ｎ−１）＊Ｎ／２組の不等式があり、合計Ｍ＝（Ｎ−１）＊Ｎの不等式を生じる。不等式の組は、式５としてマトリクスフォーマットで書くことができる。
【数５】
2005520369.tif 000007
【００４２】
ただし、ＡはＭ×Ｎ行列であり、そして
ｂはＭ成分を有する列ベクトルである。
【００４３】
式［５］の不等式は、未知のｘiおよびｙiの最小値を見つけるために、すべての過度値ｘ≧０の制約を用いて解くことができる。これらの不等式を解く１つの方法は、Ｎ成分を有するコストベクトルｃを定義することである。従って、コストベクトルは、ｉ＝１，．．．Ｎの場合に対して解かれる。この場合ベクトルｃはｉ番目の場所に１を有するゼロのベクトルである。これは、ｘ≧０およびＡx≧ｂを条件としてｃｘを最小化する問題を低減する。解法は、文献、例えばここに組み込まれるStrangおよびGilbert著「線形代数学およびその応用（Linear Algebra and its Applications)」第８章、第３版、Harcourt Brace Jovanovish, 1998に見出されるような線形不等式を解くための技術により決定してもよいことを当業者は認識するであろう。
【００４４】
簡単な数値の例は、下界をどのように決定できるかの１つの方法を示す。この例では、測定されたＴＤＯＡ12＝５タイムユニットであり、信号が２つの基地局間の周知の視線距離を移動するのに必要な時間はｄ12＝４タイムユニットである。ＴＤＯＡ12およびｄ12の代わりに、この値を式［３ａ］および［３ｂ］の不等式に用いると、式［６ａ」および６ｂ］が得られる。
【数６】
2005520369.tif 000008
ｘ1≧０およびｘ2≧０の制約とともに、これらの不等式は、実現可能集合を定義し、１つの集合は、この例に対してリストアップされた線形不等式の族に対する解法から構成される。
【００４５】
図５は、上述した例に対する実現可能集合を示すグラフである。図５に示すように、２つの軸があり、一方は、ｘ1の値を表し（ライン５０２）、他方は、ｘ2の値を表し（ライン５０４）、４つの象限を定義する。右上象限５１０は、不等式ｘ1≧０およびｘ2≧０を満足する値を含み、それゆえ実現可能集合の可能な辺である。ｘ1およびｘ2にさらに制約を加えると、実現可能集合にさらなる境界を確立する。これらのさらなる境界は、不等式ｘ1−ｘ2≧1、およびｘ2−ｘ1≧９により定義される領域として示される。不等式ｘ1−ｘ2≧1は、下向きかつｘ1−ｘ2＝１（５１２）の右の可能な解決策の領域を定義する。不等式ｘ2−ｘ1≧９は、上方向かつラインｘ2−ｘ1＝９（５１４）の左の可能な解決策の領域を定義する。すべての不等式を満足し、それにより、実現可能集合を定義するポイントの組は、図５の斜線部分である。
【００４６】
過度の遅延の下限を決定するために、コスト関数が最小化される。例において、２つの基地局からの信号があるとき、２つのコスト関数ｃ1＝ｘ1、およびｃ2＝ｘ2がある。２つのコスト関数の各々に対する最小のコストを解き、実現可能集合を定義した不等式を満足することにより、ポイント５３０に最小コストを生じる。この場合、ｘ1（ｍｉｎ）＝１およびｘ2（ｍｉｎ）＝０である。従って、この例では、ＴＯＡ1に関して１タイムユニットの過度の遅延の下界があり、ＴＯＡ2に関して０タイムユニットの過度の遅延の下界がある。
【００４７】
過度の遅延に対する下界が決定された後、位置のＴＤＯＡ推定を用いるとき、移動装置の位置の推定を改良するためにそれらの値を用いてもよい。例えば、推定された位置が決定される前に、それぞれの到着時間の測定値から過度の遅延の下界値を減算することもあり得、それにより、位置を推定するために使用されるＴＯＡ測定におけるエラーを低減する。過度の遅延の下界値はまた、重み係数を決定するために使用され、増大した優先権を与えるために使用され、または位置の解法を決定する際に、受信した信号測定値のいくつかに重みづけするために使用することもできる。過度の遅延の下界値はまた測定値全体を破棄するためにも使用することができる。例えば、過度の遅延の下界値が閾値を越えるなら、その測定値は、位置推定解法には使用されない可能性がある。さらに、過度の遅延の下界値は、位置解法の精度の表示を決定する際に使用することができる。過度の遅延の下界値をどのように使用するかのこれらの例のみならず、他の例は独立してまたはいずれかの組合せで使用することができる。さらに、過度の遅延の下界値は、移動装置により使用することができ、そこで、使用する基地局のようなセルラーインフラストラクチャ内の他の位置に送信され、または、移動装置およびセルラーインフラストラクチャないの他の位置の両方に使用することができる。
【００４８】
図６は、移動装置１２２のさらなる詳細を図解するブロック図である。移動装置１２２は、基地局から信号を受信するように構成された受信器６０２を含む。例えば、受信器は、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）信号を受信するように構成してもよいし、または基地局からの移動通信のためのグローバルシステムであってもよい。受信器６０２は、基地局からの信号を受信し、各信号に対するＴＯＡを決定する。受信器は、受信した信号のＴＯＡを過度遅延エンジン６０４に出力する。
【００４９】
過度遅延エンジン６０４は、受信した信号のＴＯＡを受け取り、受信した信号の各々に対する過度の遅延の下界を決定する。過度の遅延の下界は、コントローラー６０６に出力してもよく、そこで、位置決定に使用される。さらに、受信した信号のＴＯＡ、または、過度の遅延の下界は、異なる位置、例えば、基地局に通信され、基地局において使用される。一実施形態において、過度の遅延エンジン６０４はコントローラー６０６の一部であってもよい。他の実施の形態において、過度の遅延エンジン６０４は、受信器の一部であってもよい。さらに、他の実施の形態において、受信器６０２、過度の遅延エンジン６０４、およびコントローラー６０６は、単一の装置に結合される。受信器６０２、過度の遅延エンジン６０４、およびコントローラー６０６は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ゲートアレイ、またはディスクリートコンポーネントで形成してもよい。他の実施形態において、受信器６０２、過度の遅延エンジン６０４、およびコントローラー６０６の機能はソフトウエア、またはハードウエアとソフトウエアの組合せで実施してもよい。
【００５０】
図７は、基地局１０２のさらなる詳細を図解するブロック図である。代わりの実施の形態において、移動装置は、移動装置によって受信した信号のＴＯＡ測定値を基地局に送信し、そこで、移動装置の位置の推定が行なわれる。この実施形態において、基地局１０２は、移動装置からの信号を受信するように構成された受信器７０４を含む。例えば、受信器は、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）信号を受信するように構成されてもよいし、移動装置からの移動通信のためのグローバルシステム（ＧＳＭ）であってもよい。受信器７０４は、移動装置により受信された信号のＴＯＡ測定値を受信する。受信器７０４は、移動装置により受信された信号のＴＯＡを過度の遅延エンジン７０６に出力する。
【００５１】
過度の遅延エンジン７０６は移動装置から受信したＴＯＡ信号を受け取り、受信した信号の各々に対する過度の遅延の下界を決定する。過度の遅延の下界は、コントローラー７０８に出力してもよく、そこで、移動装置の位置の推定を決定する際に使用される。一実施の形態において、過度の遅延エンジン７０６はコントローラー７０８の一部であってもよい。他の実施の形態において、過度の遅延エンジン７０６は、受信器の一部であってもよい。更に他の実施の形態において、受信器７０４、過度の遅延エンジン７０６、およびコントローラー７０８は単一の装置に結合される。送信器７０２、受信器７０４、過度の遅延エンジン７０６、およびコントローラー７０８は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ(ＦＰＧＡ）、ゲートアレイ、またはディスクリートコンポーネントで構成してもよい。他の実施の形態において、送信器７０２、受信器７０４、過度の遅延エンジン７０６、およびコントローラー７０８は、ソフトウエアまたは、ハードウエアとソフトウエアの組合せで実施してもよい。
【００５２】
図７は基地局を示すけれども、過度の遅延エンジンは、セルラーインフラストラクチャーのどこにでも配置することができる。例えば、過度の遅延エンジンは、基地局コントローラー（ＢＳＣ）または携帯電話システム向け交換機（ＭＳＣ）内に含めることができる。一実施の形態において、過度の遅延エンジンは、移動装置の位置を推定する位置決定エンジン（ＰＤＥ）の一部である。
【００５３】
他の実施の形態において、移動装置は、過度の遅延の下界を決定し、過度の遅延の下界の値を基地局１０２に送信する。この実施の形態において、受信器７０２は移動装置により決定された過度の遅延の下界の値を受信し、その値をコントローラー７０８に出力する。コントローラー７０８において、その値は、移動装置の位置の推定を決定する際に使用される。
【００５４】
図８は、移動装置により過度の遅延の下界を決定する１つの技術を示すフローチャートである。このフローチャートは、移動装置１２２により実行される動作を表す。図８は、遠隔装置が２つの基地局から信号を受信する技術の一例を記載するが、実際のシステムにおいて、遠隔装置は、いかなる数の基地局からの信号を受信してもよい。動作フローはブロック８０４で始まり、第１基地局からの信号が移動装置において受信される。次に、フローはブロック８０６に続く。ブロック８０６において、信号は、第２基地局から受信される。図８に示す例は、信号がシーケンシャルに受信されるように記載されるが、一般的な通信システムにおいて、すべての基地局からの信号は、同時に受信される。
【００５５】
フローはブロック８０８に続く。ブロック８０８において、２つの受信した信号のＴＤＯＡが決定される。次にフローはブロック８１０に続き、そこで、受信した信号の過度の遅延の下界が決定される。次に、フローはブロック８１２に続く。ブロック８１２において、移動装置の位置が推定され、ＴＤＯＡ推定値が、過度の遅延の下界を用いて調節される。
【００５６】
図９は、移動装置以外のセルラーネットワーク内のある位置により過度の遅延の下界を決定する１つの技術を示すフローチャートである。例えば、図９に示す技術は、基地局に、携帯電話システム向け交換機に、または位置決定エンジンの一部として含めることができる。図９は、遠隔装置が２つの基地局からの信号を受信する技術の一例を記載するけれども、実際のシステムにおいて、遠隔装置は、いかなる数の基地局からの信号も受信してもよい。動作フローはブロック９０４で始まり、少なくとも２つの基地局から移動装置において受信した信号のＴＯＡ値が移動装置から基地局において受信される。フローチャートは、１つの移動装置に関連した動作を記載するが、基地局は、多くの移動装置に関連する動作を実行することができる。
【００５７】
次に、フローはブロック９０８に続く。ブロック９０８において、受信したＴＯＡ値の２つのＴＤＯＡが決定される。次に、フローはブロック９１０に続き、そこで、過度の遅延の下界が決定される。次に、フローはブロック９１２に続く。ブロック９１２において、移動装置の位置が推定され、ＴＤＯＡ推定が、過度の遅延の下界を用いて調節される。
【００５８】
上述の記載は、移動装置の位置の推定が、基地局から送信された信号の到着測定値の時間差により行なわれるある実施の形態の一例について記載した。記載した技術は、他の位置決定システムと組み合わせて使用することもできる。例えば、この技術は、全地球測位システム（ＧＰＳ）、または移動装置の位置を推定するために、異なる測定システムからの測定値を組合せるハイブリッドシステムを作る、他の位置決定システムを補完するために使用することができる。さらに、記載した技術は、ＧＰＳ測定のために使用される基準値の時間バイアスを訂正するために使用することができる。さらに、記載した技術は、ＧＰＳ測定のために使用される基準の時間バイアスを訂正するために使用することができる。
【００５９】
上述の記載は、この発明のある実施の形態を詳述する。しかしながら、いかに詳細に前述の事柄が現われるとしても、この発明は、その精神または必須の特性から逸脱することなく他の特定の形態で具現化することができる。記載された実施の形態はあらゆる点で実例としてのみ考慮され、制限的なものではなく、それゆえ、この発明の範囲は、上述の記述よりもむしろ添付されたクレームにより示される。クレームの等価の意味と範囲に付属するすべての変更は、その範囲内に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、複数のセルに分割されたセルラーネットワークの一部を例示する平面図である。
【図２】図２は、２つの基地局、それらの受信地域、および移動装置の更なる詳細を図解する図１の一部の拡大図である。
【図３】図３は、２つの基地局、それらの受信地域、および移動装置の更なる詳細を図解する図１の一部の拡大図である。
【図４】図４は、第１基地局、第２基地局、および移動装置間の時間的な関係を図解するブロック図である。
【図５】図５は、実現可能集合の一例を図解するグラフである。
【図６】図６は、移動装置のさらなる詳細を図解するブロック図である。
【図７】図７は、基地局のブロック図である。
【図８】図８は、移動装置により過度の下界を決定する１つの技術を図解するフローチャートである。
【図９】図９は、基地局により過度の遅延の下界を決定する１つの技術を図解するフローチャートである。
【図１】
2005520369.tif 000009
【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】
2005520369.tif 000015
【図８】
2005520369.tif 000016
【図９】
2005520369.tif 000017
【国際調査報告】
2005520369.tif 000018
2005520369.tif 000019
2005520369.tif 000020