(57)【要約】  セルラ電話通信システムにおいて、移動ワイヤレス送受信機（ＭＳ）について判定する位置の精度およびロバスト性を高める方法およびシステムを提供する。移動ユニット内に埋め込まれている補助ＧＰＳデバイス、およびネットワーク状基地局（１０５）において信号特性データを抽出するインフラストラクチャに基づく設備双方からの位置関連情報を統合する。利用可能な支援付随情報も、付加的に、位置判定において評価し、ロバスト性および精度を高めた位置推定値を得ることができる。
2007518979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
埋め込みＧＰＳ信号受信機能を装備し、ワイヤレス通信ネットワーク内で動作するように装備されている移動局（ＭＳ）の位置を判定する方法であって、
（ａ）陸上局においてＧＰＳデータを受信するステップであって、前記ＧＰＳデータを、位置検出対象ＭＳから受信するステップと、
（ｂ）位置測定設備を装備した陸上局において、前記位置検出対象ＭＳから通信帯域信号を受信し、前記位置測定設備を用いて、前記通信帯域信号から位置関連特性データを抽出するステップと、
（ｃ）位置判定計算のための装備がある陸上局において、前記ＧＰＳデータおよび前記抽出した位置関連特性データを用いて、前記ＭＳについて推定位置を導出するために、位置判定計算を行うステップと、
を備えている、方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、更に、前記位置検出対象ＭＳに補助データを供給するステップを含み、前記補助データが、前記ＭＳにＧＰＳ粗／捕捉（Ｃ／Ａ）信号を受信し、ＴＯＡまたは疑似距離尺度を抽出することを可能にし、次いで、前記ＴＯＡまたは疑似距離尺度を、位置判定計算のための装備がある前記陸上局に伝達する、方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、更に、前記ＧＰＳデータおよび前記抽出した位置関連特性データを、位置判定計算のための装備がある前記陸上局に伝達するステップを含む、方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、前記通信帯域信号から抽出した前記位置関連特性データは、到達時刻（ＴＯＡ）データを含む、方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、前記通信帯域信号から抽出した前記位置関連特性データは、到達時間差（ＴＤＯＡ）データを含む、方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、前記通信帯域信号から抽出した前記位置関連特性データは、到達角度（ＡＯＡ）データを含む、方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、前記通信帯域信号から抽出した前記位置関連特性データは、信号強度または伝搬損失（ＰＬ）に関するデータを含む、方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、前記通信帯域信号から抽出した前記位置関連特性データは、タイミング進み（ＴＡ）データを含む、方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法であって、更に、前記位置判定計算を行う際に、付随情報を用いるステップを含む、方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法において、Ｅ−９１１に適用可能な連邦通信委員会（ＦＣＣ）精度要件を達成するために、前記方法を採用する、方法。
【請求項１１】
埋め込みＧＰＳ信号受信機能を装備し、ワイヤレス通信ネットワーク内で動作するように装備されている移動局（ＭＳ）の位置を判定するシステムであって、
（ａ）補助データを前記位置検出対象ＭＳに供給する手段であって、前記補助データが、前記ＭＳにＧＰＳ粗／捕捉（Ｃ／Ａ）信号を受信し、ＴＯＡまたは疑似距離尺度を抽出することを可能にする、手段と、
（ｂ）位置判定計算に用いるためのＧＰＳデータを受信する手段であって、前記ＧＰＳデータを位置検出対象ＭＳから受信する、手段と、
（ｃ）位置測定設備と、前記位置検出対象ＭＳからワイヤレス通信帯域信号を受信する受信機とを装備し、前記通信帯域信号から位置関連特性データを抽出するために、前記位置測定設備を用いる、陸上局と、
（ｄ）位置判定計算のための装備があり、前記ＭＳの推定位置を導出するために、前記ＧＰＳデータおよび前記抽出した位置関連特性データを用いて、位置判定計算を行う、陸上局と、
を備えている、システム。
【請求項１２】
請求項１１記載のシステムであって、更に、前記ＧＰＳデータおよび前記抽出した位置関連特性データを、位置判定計算のための装備がある前記陸上局に伝達する手段を備えている、システム。
【請求項１３】
請求項１１記載のシステムにおいて、前記通信帯域信号から抽出した前記位置関連特性データは、到達時刻（ＴＯＡ）データを含む、システム。
【請求項１４】
請求項１１記載のシステムにおいて、前記通信帯域信号から抽出した前記位置関連特性データは、到達時間差（ＴＤＯＡ）データを含む、システム。
【請求項１５】
請求項１１記載のシステムにおいて、前記通信帯域信号から抽出した前記位置関連特性データは、到達角度（ＡＯＡ）データを含む、システム。
【請求項１６】
請求項１１記載のシステムにおいて、前記通信帯域信号から抽出した前記位置関連特性データは、信号強度または伝搬損失（ＰＬ）に関するデータを含む、システム。
【請求項１７】
請求項１１記載のシステムにおいて、前記通信帯域信号から抽出した前記位置関連特性データは、タイミング進み（ＴＡ）データを含む、システム。
【請求項１８】
請求項１１記載のシステムであって、更に、前記位置判定計算を行う際に、付随情報を用いることを含む、システム。
【請求項１９】
請求項１１記載のシステムにおいて、Ｅ−９１１に適用可能な連邦通信委員会（ＦＣＣ）精度要件を達成するために、前記方法を採用する、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、ワイヤレス位置検出システムに関し、更に特定すれば、ワイヤレス・デバイスの位置を検出するために、インフラストラクチャに基づく手法およびハンドセットに基づく手法の双方を採用したワイヤレス位置検出システムに関する。本発明の態様例の一部は、特に、汎ヨーロッパ・ディジタル移動通信システム、即ち、ＧＳＭと互換性のあるワイヤレス位置検出システムおよび関連する方法ならびにサブシステムに適している。しかしながら、ここに記載するシステムおよび方法の態様は、具体的にＧＳＭシステムに関係するが、明示的にそのように限定され得る場合は除いて、本明細書の最後にある特許請求の範囲は、ＧＳＭシステムに限定されるように解釈しないものとすることを注記しておく。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、ワイヤレス通信ネットワークの動作ドメイン内で動作する移動無線周波数送受信機の位置判定に関する。即ち、主に関心の対象となる移動ユニットは、セルラ電話機、パーソナル・ディジタル・アシスタント、ワイヤレス装備ラップトップ・コンピュータ、および汎ヨーロッパ・ディジタル移動通信システム（ＧＳＭ）に基づくシステムのような、「セルラ化」電話システムの下における通常動作のためのワイヤレス送受信機を装備したその他の同様のデバイスである。ここに記載する位置判定技術は、異なる手法の下では個々に達成可能な結果を劣化させ得る条件の下で、精度およびロバスト有効性を高めるために、ＧＰＳデータをインフラストラクチャ・データおよび付帯的なデータと共に最適に統合する。
【０００３】
広い範囲に渡る従来技術において認められそして言及されているように、セルラ・ワイヤレス通信デバイスの位置を日常的に、信頼性高く、しかも素早く検出することができると、公共安全性および利便性ならびに製品の生産性において、多大な公共的な恩恵が得られる潜在性がある。位置判定設備のインフラストラクチャと通信システム・インフラストラクチャとの連携の実現によって、このような通信デバイスの位置判定のためのシステムが、数多く記載されている。このような検出インフラストラクチャに基づく（またはネットワークに基づく）ワイヤレス移動ユニットの位置検出システムの例は、Stilp, et al.,の米国特許第５，３２７，１４４号、Stilp, et al.の米国特許第５，６０８，４１０号、Kennedy, et al.の米国特許第５，３１７，３２３号、Maloney, et al.の米国特許第４，７２８，９５９号、および関連技術において見出される。このようなインフラストラクチャに基づくシステムの更に別の応用において、位置判定を改善し更に可能にまでするために付帯的なデータを用いることは、Maloney, et al.の米国特許第５，９５９，５８０号において紹介されており、更にMaloney, et al.の米国特許第６，１０８，５５５号および第６，１１９，０１３号において拡大されている。インフラストラクチャに基づく位置判定システムのこれらおよび関連する以下の従来技術の説明により、適当な測定データを導出することができるか、あるいはそれ以外の方法で入手可能であれば、ロバストかつ有効な位置判定動作が可能となる。
【０００４】
インフラストラクチャに基づく位置検出システムの使用における主要な効果は、その技術をいずれの形式そしてあらゆる形式の移動ワイヤレス通信システムの位置検出にも適用できることである。インフラストラクチャ技術は、通常の通信帯域送信に固有の位置関連信号特性の測定を通じて、移動ユニットの位置を検出する設備を確立する。このため、新たに出現しつつあるワイヤレス通信ユニットだけでなく時代遅れの電話モデルも全て、位置検出設備によって等しく扱うことができる。移動ユニットは、標準的なワイヤレス通信システム信号フォーマットおよびプロトコルを採用しさえすればよく、位置検出機能に対応するためには、特殊な位置検出に特定の修正を全く必要としない。
【０００５】
インフラストラクチャに基づくシステムの適用においては、居住がまばらな田園環境におけるその使用で問題が生ずる。これらの環境では、使用頻度が低い通信設備の経済上の制約により、互いに非常に離れたセルラ陸上局における通信設備の展開に対応するだけである。利用可能なセル・サイト間における位置判定設備の展開も同様にまばらなため、算出した位置の精度は、都市および郊外環境において得られるものと比較すると低下する。都市および郊外環境では、通信セル局の空間密度が高く、日常的に個々のセルの能力を超過することなく、通信トラフィックに対する要求に応じている。互いに比較的近接したセル局における位置検出システム設備の同様の展開では、位置検出は、信号強度が遥かに高い検知位置において抽出した、遥かに多い量の寄与測定値(contributing measurement)を用いて導出され、位置検出評価に対して、格段に高い累積精度(cumulative precision)が得られる。田園環境におけるインフラストラクチャ機器のまばらな展開密度では、インフラストラクチャに基づく位置判定システムの精度能力が課題となる。
【０００６】
米国政府の汎地球測位システム（ＧＰＳ）の使用を基にした位置判定システムは、ＧＰＳ受信機が自由領空(open sky)に到達することができれば、非常に高い精度が得られる。頭上から送信するＧＳＰ衛星のコンステレーションは、ＧＰＳ受信機がその位置を判定する信号を供給する。空の視界が開けている田園地区では、模範的なＧＰＳ精度を容易く達成することができる。
【０００７】
移動ユニットの位置を検出するために移動ワイヤレス通信送受信機に埋め込まれたＧＰＳ送受信機を使用するために利用可能な従来技術は、数多くある。このような手法の記載例は、例えば、１９８４年４月２４日発行の「ナビゲーション・システムおよび方法」と題する米国特許第４，４４５，１１８号、および２００３年３月２５日発行の「基準位置を用いたワイヤレス補助ＧＰＳ」と題する米国特許第６，５３８，６００号に含まれている。ＧＰＳ受信機の精度は、適当な数の比較的歪んでいない衛星信号を十分な信号強度で受信することができれば、申し分ない。
【０００８】
ワイヤレス通信ユニットの位置を判定するためのＧＰＳの使用増大には、いくつかの問題が内在する。移動ユニットにおけるＧＳＰ設備は、通信設備とは異なり、したがって、ＧＰＳに基づく位置判定の利便性を得るためには、ＧＰＳ受信用の追加のハードウェア機能性を内蔵した電話機モデルを用いなければならない。ＧＰＳ信号に伴う信号処理および分析には、ＧＰＳ周波数帯域信号を、それらの個々の信号フォーマットで受信する設備の追加が含まれる。ワイヤレス・ユニットは、この追加機能性に必要なエネルギ即ち電力に対応しなければならない。移動システムにおける電力流出を最少に抑えるために、ＧＰＳ受信を連続的にアクティブにしないとよい。例えば、位置検出に対応する必要がない場合にはアクティブにしないとよい。しかしながら、ＧＰＳ信号を捕捉し受信するには、位置検出サービスを必要とする時点で、適用可能な衛星信号を探索することが必要であり、この探索は、ＧＰＳ受信機がある時間実際に衛星信号を監視していなかった場合、最初に捕らえるのに比較的長い時間（ＴＴＦＦ）がかかる可能性がある。最終的に、ＧＰＳ受信機は、容認できる精度での位置計算に対応するためには、比較的広く均一に広がった空の全域にわたって、適当な数の衛星信号の特性を捕捉し測定できなければならない。衛星から受信機までの伝搬経路が遮断されていたり、または著しく歪んでいる場合（例えば、マルチパス伝搬によって）、ＧＰＳに基づく解決策は位置判定には利用できない。このような信号の遮断および歪みは、ＧＰＳ受信機が樹木の下にあるとき、地形の背後にあるとき、建物の内部にあるとき、および／または繁華街の「ビルの谷間」の１階にあり高い建物によって空への視界が閉ざされている限り継続する。
【０００９】
前述の問題の一部を軽減するためにＧＰＳ受信機を「補助」する技法が、先に引用した米国特許第４，４４５，１１８号および第６，５３８，６００号（Ｂ１）に記載されている。補助ＧＰＳ（ＡＧＰＳ）受信機に対応するために、外部ＡＧＰＳインフラストラクチャは、誘導情報を提供することができ、信号強度が適度に低下した場合に、必要なＧＰＳ信号の受信を促進するとよい。更に、補助によって、ＧＰＳ受信機を実現するための回路には、簡略化および電力の削減が可能となる。恐らく最も有意なのは、ＡＧＰＳ受信機に提供する補助により、現在「頭上」にある衛星のみを捕捉するのに適したパラメータで受信機を誘導することである。このように、補助によって、衛星信号を検出するために必要な信号探索処理が減少し、これによって性能向上、および応答ＴＴＦＦの短縮に対応する。
【００１０】
ＡＧＰＳ手法がこれらの改善をもたらすにも拘わらず、「厳しい」都市環境において適当なＧＰＳ信号捕捉に対して存在する問題のために、ＧＰＳに基づく位置検出はなおも不適切なまでに著しく劣化し、事実上妨げられている。これらの環境におけるワイヤレス通信トラフィックの量のために、公共的安全性または緊急時の応答に対応する際、および位置検出に基づくサービスが促進することができる生産性向上をもたらすにあたって、これらの問題が、容認できない負担となっている。
【００１１】
以下の米国特許において、ワイヤレス位置検出に関する更に別の背景情報を見出すことができる。これらは、本発明の譲受人であるTruePosition, Inc.が保有する。２００３年１２月９日付けの米国特許第６，６６１，３７９号Ｂ２、ワイヤレス位置検出システム用アンテナ選択方法。２００３年１１月１１日付けの米国特許第６，６４６，６９４号、音声／トラフィック・チャネル追跡のためのワイヤレス位置検出システムの狭帯域受信機の自動同期同調、２００３年５月１３日付けの米国特許第６，５６３，４６０号、ワイヤレス位置検出システムにおける衝突復元、２００３年２月１１日付けの米国特許第６，５１９，４６５号、Ｅ−９１１通話のために精度を改善する修正送信方法、２００２年１２月１０日付けの米国特許第６，４９２，９４４号、ワイヤレス位置検出システムの受信システムの内部較正方法、２００２年１１月１９日付けの米国特許第６，４８３，４６０号、ワイヤレス位置検出システムにおいて用いるための基準線選択方法、２００２年１０月８日付けの米国特許第６，４６３，２９０号、ワイヤレス位置検出システムの精度を向上させるための移動補助ネットワークに基づく技法、２００２年６月４日付けの米国特許痔Ａ６，４００，３２０号、ワイヤレス位置検出システムのアンテナ選択方法、２００２年５月１４日付けの米国特許第６，３８８，６１８号、ワイヤレス位置検出システムの信号補正システム、２００２年２月２６日付けの米国特許第６，３５１，２３５号、ワイヤレス位置検出システムの受信システムの同期を取る方法およびシステム、２００１年１１月１３日付けの米国特許第６，３７１，０８１号、ワイヤレス位置検出システムの受信システム用内部較正方法、２００１年９月４日付けの米国特許第６，２９５，３２１号、ワイヤレス位置検出システムのための局に基づく処理方法、２００１年１２月２５日付けの米国特許第６３３４，０５９号、Ｅ−９１１通話のために精度を改善する修正送信方法、２００１年１１月１３日付けの米国特許第６，３１７，６０４号、ワイヤレス位置検出システムのための集中データベース・システム、２００１年８月２８位置付けの米国特許第６，２８１，８３４号、ワイヤレス位置検出システムのための較正、２００１年７月２４日付けの米国特許第６，２６６，０１３号、ワイヤレス位置検出システムの信号補正システムのためのアーキテクチャ、２００１年２月６日付けの米国特許第６，１８４，８２９号、ワイヤレス位置検出システムのための較正、２００１年１月９日付けの米国特許第６，１７２，６４４号、ワイヤレス位置検出システムのための緊急時位置検出方法、２０００年９月５日付けの米国特許第６，１１５，５９９号、ワイヤレス位置検出システムにおいて用いるための誘導再試行方法、２０００年８月１日付けの米国特許第６，０９７，３３６号、ワイヤレス位置検出システムの精度を向上させる方法、２０００年７月１８日付けの米国特許第６，０９１，３６２号、ワイヤレス位置検出システムのための帯域幅合成、１９９７年３月４日付けの米国特許第５，６０８，４１０号、バースト送信の発信源を突き止めるシステム、および１９９４年７月５日付けの米国特許第５，６０８，４１０号、セルラ電話位置検出システム。その他の特許の例には、以下のものが含まれる。２００３年４月８日付けの米国特許第６，５４６，２５６号（Ｂ１）、ロバストで、効率的な位置検出関連測定、２００２年４月２日付けの米国特許第６，３６６，２４１号、位置依存信号特性の判定向上、２００１年９月１１日付けの米国特許第６，２８８，６７６号、単一局通信位置確認のための装置および方法、２００１年９月１１日付けの米国特許第６，２８８，６７５号、単一局通信位置確認システム、２０００年４月４日付けの米国特許第６，０４７，１９２号、ロバストで、効率的な位置確認システム、２０００年８月２２日付けの米国特許第６，１０８，５５５号、改良時間差位置確認システム、２０００年８月８日付けの米国特許第６，１０１，１７８号、ワイヤレス電話機の位置検出のためのシュードリト(pseudolite)増強ＧＰＳ、２００年９月１２位置付けの米国特許第６，１１９，０１３号、改良時間差位置確認システム、２０００年１０月３日付けの米国特許第６，１２７，９７５号、単一局通信位置確認システム、１９９９年９月２８日付けの米国特許第５，９５９，５８０号、通信位置確認システム、１９９９年９月２８日付けの米国特許第５，９５９，５８０号、通信位置確認システム、および１９８８年３月１日付けの米国特許第４，７２８，９５９号、方向発見位置確認システム。
【００１２】
要約すると、過去１０年にわたって、ワイヤレス電気通信業界内の組織は、ワイヤレス位置検出技術を研究するにあたって多大な時間およびい資源を投資してきた。今日までに調査して技術の内、全てがある種の強みと弱みを有することが分かっている。これまでに、全ての環境において最適な性能が得られる単一の位置検出技術は特定されていない。その結果、１組の相補技術を有し、全ての正当な状況にわたって容認できる性能が得られることが望ましい。例えば、今日までの非常に活動的な地域の展開において、アップリンク到達時間差（Ｕ−ＴＤＯＡ）技術に基づく位置検出技術は、都市、郊外、および戸外環境において、卓越した性能を発揮することがわかっている。Ｕ−ＴＤＯＡ技術は、ハンドセットに対する修正を必要とせず、したがって既存の移動局についての性能が、これらの同じ環境では卓越していることがわかっている。ある田園環境では、セル・サイト密度、ネットワーク・ジェオメトリ(network geometry)、およびカバレッジ・エリアが非常に限定されている場合、Ｕ−ＴＤＯＡの性能は、他の位置検出システムの補助がないと、低下することがわかっている。補助汎地球測位システム（ＡＧＰＳ）および先進順方向リンク三辺測量（ＡＦＬＴ：Advanced Forward Link Trilateration）位置検出技術も高い位置検出能力を有するが、これらには弱点もある。例えば、都市および屋内環境において、ＧＰＳ信号の受信が非常に難しく、時として不可能になる場合、ＡＧＰＳ技術の性能は、精度および歩留まり双方において、著しく低下する。しかしながら、これら同じ都市および屋内環境において、Ｕ−ＴＤＯＡ技術は、素晴らしい動作を行うことがわかっている。何故なら、アップリンク・チャネルのＳＮＲが高いままであり、セル・サイト密度が非常に高いからである。加えて、都市および密集郊外環境では、精度が高い程通信業者および加入者にとって価値が高くなるが、マルチパスの影響も一層深刻になり、ＡＦＬＴ技術がマルチパスの影響を緩和できないことによって、その性能は制限される。（GPS-Assisted Location Technology, Alpha Trial Field Test in Tampa, FL, Mar 9th - Apr 2, 1999の発表を参照のこと。このコピーは、本明細書と共に情報開示報告書に提出されている。）これらの同じ都市および密集郊外環境では、Ｕ−ＴＤＯＡ技術は、先進の超分解能技法を利用してマルチパスの効果を軽減できるために、素晴らしい動作を行うことがわかっている。最後に、Ｕ−ＴＤＯＡは、今日の既存の移動局の１００％をカバーすることができ、新たなＡＧＰＳおよびＡＦＬＴが可能な移動機も含む。ＡＧＰＳおよびＡＦＬＴ位置検出システムは、しかしながら、限られた販売業者の集合から、新たな位置検出が可能な移動局を加入者が購入することに依存している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
位置判定のＧＰＳに基づく性能およびインフラストラクチャに基づく性能の双方において別個の最適な利点を利用するために、本発明は、ワイヤレス移動通信ユニットの位置を検出する２種類の処理からの情報を統合する技術を提供する。今日まで、多種多様の位置確認手法のために実施されたシステム・アーキテクチャは、情報統合の要望には容易に対応できていない。むしろ、システム設計は、別個に、ＧＰＳ計算またはインフラストラクチャに基づく計算の双方ではなく、いずれかのみの位置検出関連データの導出を目標としていた。機能的指令、信号受信手法、ならびに位置検出関連情報を抽出し分析する設備および手法は、一方の形態または他方の形態のシステム解決手段だけに向けられていたが、双方ではなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
例えば、本発明の現時点における好適な実施形態の１つでは、埋め込みＧＰＳ信号受信機能を装備した移動局（ＭＳ）の位置は、ＧＰＳデータおよび抽出した位置検出関連信号特性の双方を用いて判定する。本発明の方法は、陸上局においてＧＰＳデータを受信するステップであって、ＧＰＳデータを、位置検出対象ＭＳから受信するステップと、位置測定設備を装備した陸上局において、位置検出対象ＭＳから通信帯域信号を受信し、位置測定設備を用いて、通信帯域信号から位置関連特性データを抽出するステップと、位置判定計算のための装備がある陸上局において、ＧＰＳデータおよび抽出した位置関連特性データを用いて、ＭＳについて推定位置を導出するために、位置判定計算を行うステップとを含む。加えて、本方法は、更に、位置検出対象ＭＳに補助データを供給するステップを含んでもよい。補助データによって、ＭＳは、ＧＰＳ粗／捕捉（Ｃ／Ａ）信号を受信し、ＴＯＡまたは疑似距離尺度を抽出することが可能となり、次いで、ＴＯＡまたは疑似距離尺度を、位置判定計算のための装備がある陸上局に伝達する。更に、ＧＰＳデータおよび抽出した位置関連特性データを別個の陸上局において供給する場合、これらは、位置判定計算のための装備がある陸上局に伝達するとよく、これによって、位置判定機能を実行することが可能となる。以下で説明するように、通信帯域信号から抽出した位置関連特性データは、到達時刻（ＴＯＡ）データ、到達時間差（ＴＤＯＡ）データ、到達角度（ＡＯＡ）データ、信号強度または伝搬損失（ＰＬ）に関するデータ、および／またはタイミング進み（ＴＡ）データを含むことができる。加えて、本発明の方法は、位置判定計算を行う際に、付随情報の使用を含むと有利である。最後に、本方法は、Ｅ−９１１に適用可能な連邦通信委員会（ＦＣＣ０精度要件を達成するために採用することができるという利点がある。
【００１５】
全ての関連する収集データの合同統合利用のための本発明のこれらおよびその他の革新的手法を、以下に続く詳細な説明において提示する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
これより本発明の実施形態例を説明するにあたり、本発明の統合ワイヤレス位置検出手法の概要から始める。それに続いて、補助ＧＳＰ（ＡＧＰＳ）、システム構成要素間の機能的相互作用、位置依存測定、ＧＰＳ衛星宇宙船（ＳＶ）送信機の位置検出、時間軸整合、四パラメータ位置判定、差分ＧＰＳ、確率的位置判定、付随情報、座標関係、条件付きＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ、改良ＧＳＭ同期化、および容量／サービス・レベルを高めるための混成システムについて論ずる。
【００１７】
概要：統合ワイヤレス位置判定
本発明は、セルラ電話機またはパーソナル・ディジタル・アシスタント等のような、ワイヤレス通信移動局（ＭＳ）デバイスの位置および運動の判定のための技術を提供する。汎地球測位システム（ＧＰＳ）信号の組み合わせに対する位置検出に関係する無線周波数（ＲＦ）信号特性測定値を、通信インフラストラクチャ信号および関連する、位置指示、付随、インフラストラクチャおよび環境情報と共に統合して評価することにより、位置パラメータを決定する。位置を検出する通信デバイス内に埋め込まれているＧＰＳ受信設備によって、ＧＰＳ衛星宇宙船（ＳＶ）信号を受信し、ＭＳ位置の判定を支援する。特性ＧＰＳ測定値の内特に関心があるのは、受信側ＭＳの位置におけるＧＰＳ送信帯域（複数の帯域）内でのＳＶ信号の到達時刻である。加えて、ＭＳデバイスおよび陸上局（ＬＳ）サイトにおいて展開されている通信システム・インフラストラクチャ機器における固有の通信設備が提供する通信帯域信号も、位置検出関連パラメータの計算のために処理する。これらインフラストラクチャに基づく信号特性は、信号到達時刻または時間差（ＴＯＡまたはＴＤＯＡ）、信号到達角度（ＡＯＡ）、受信信号電力レベル（ＭＳおよび／またはＬＳにおける）、および対象のＭＳについての通信システム・タイミング進み（ＴＡ）情報を含む。本発明は、双方の種類の信号に関する、即ち、ＧＰＳおよび通信周波数帯域双方における測定情報の統合を可能にし、ＭＳ位置の最適な推定の判定のために応用する技法について説明する。加えて、本発明のロバスト性または有効性および精度は、直接信号特性測定に関連するもの以外の潜在的なＭＳ位置の更に別の条件付きまたは確率的指示を与える補助即ち付随情報の位置計算に統合することによって、更に高めることができる。
【００１８】
図１に示すように、本発明は、ワイヤレス通信システム（ＷＣＳ）の信号フォーマットおよびプロトコルに応じたＧＰＳ信号受信、ならびにワイヤレス通信信号の送信および受信のための設備を埋め込んであるＭＳの位置を判定する。ＭＳ１０１は、ＧＰＳ  ＳＶ１０３から送信されるＧＰＳ信号１０２を受信する。また、ＭＳは、ワイヤレス通信信号１０４の送信も行い、信号１０４はＬＳ１０５において受信される。ＬＳ１０５には、ワイヤレス通信アンテナ構造が装備されている。また、これらのＬＳ１０５には、受信信号を処理し、ＭＳの位置に関係する信号特性を抽出する測定有ニットも装備されている。加えて、これらのＬＳ１０５には、ＧＰＳ信号１０６の受信のためにＧＰＳ受信機も装備されている。通例、これらのＬＳ設備は、同じ物理的セル位置に設置され、そこにセル化ＷＣＳインフラストラクチャの送受信局（ＢＴＳ）が構築されている。ＬＳは、リンク１０７を介してネットワークを形成し、位置検出関連測定値およびＧＰＳデータを中央ＬＳ１０８へ通信し、ＭＳ位置の判定における全ての関連データの統合を可能にする。通例、これらの論理データ・リンク１０７は、基礎となるＷＣＳの局間データ・リンク上に位置し、中央ＬＳ設備は、セル化ＷＣＳインフラストラクチャの移動交換局（ＭＳＣ）が構築されている、同じ物理的ＬＳに設置されている。ＭＳに対してその受信ＧＰＳ信号データを供給する中央指令または要求は、ＷＣＳデータ・リンク１０９ないしＷＣＳ  ＢＴＳ／ＬＳ１１０を通じてＭＳに伝達される。ＷＣＳ  ＢＴＳ／ＬＳ１１０は、現在ＭＳを担当しているＷＣＳ  ＬＳである。この担当セルＬＳ１１０は、ＭＳがそれ自体のＧＰＳデータを中央ＬＳ１０８に伝達するには最適のセルであり、位置測定ＬＳ１０５におけるように、必ずしも同じ信号特徴化設備を装備していなくてもよい。ワイヤレス要求１１１は、ＭＳからＬＳ１１０に送られ、以下で説明する支援または補助情報も含むことができる。これは、ＭＳのＧＰＳ感度および応答時間を改善する。このＧＰＳ補助情報は、現ＧＰＳ構成の適時支援分析から、ＬＳネットワークにおいて発生する。
【００１９】
インフラストラクチャに基づく位置判定システムは、ＬＳおよび／またはＭＳにおける信号処理およびデータ分析設備を利用して、ＭＳおよびＷＣＳインフラストラクチャ機器間で送信される通信帯域ＲＦ信号から得た位置検出関連情報の抽出および利用を行う。図２に表すように、位置測定ユニット（ＬＭＵ）２０１は、信号検出および処理のために、ネットワーク状ＬＳ１０５において埋め込まれている位置判定機器（ＰＤＥ）インフラストラクチャ・デバイスである。本発明の好適な実施形態では、各ＬＭＵは、ＧＰＳアンテナ２０２およびワイヤレス通信帯域アンテナ（複数のアンテナ）２０３に接続され、これらから信号を受信する。担当の移動位置検出センタ（ＳＭＬＣ）２０４は、「中央」収集および分析ＬＳ１０８における設備であり、ＭＳの位置を計算するために、ＬＭＵからの該当する測定値を組み立てる。以下で説明するが、ＳＭＬＣは、更に、追加の、付随する、または支援する、位置を指示する情報を利用して、確率の高いＭＳ位置を推論することができる。このような付随情報は、効率を高め、あるいは正確な位置計算の完了をも可能にする。対象のＭＳについて同一性(identity)および担当ＷＣＳ割り当てデータを指定する移動測位局（ＭＰＣ）２０５からのいずれの特定の位置検出要求にも応答して、要求に適したＳＭＬＣを、位置検出ゲートウェイ（ＬＧ）２０６を通じて選択する。ＬＧ２０６は、要求の受信および許可、ならびに位置判定結果の供給のためのＰＤＥポータルを構築する。セルラ電話システム、個人通信システム（ＰＣＳ）、または汎ヨーロッパ・ディジタル移動通信システム（ＧＳＭ）のようなワイヤレス通信ネットワーク内で動作する移動局の位置を判定するこのような技術の説明は、この中で引用した従来技術に詳しく記載されている。このようなシステムは、ＴＤＯＡ、ＴＯＡ、ＴＡ、受信信号電力レベル、および／またはＡＯＡの測定値の利用によって、対象のＭＳの位置を導出する。これらの測定値のいずれもまたは全ては、支援付随情報によって増強することができる。従来技術において示されているように、抽出した測定値を取り込み、評価すれば、協同するインフラストラクチャ機器の高精度で分かっている陸上に基づく位置に対する、所望のＭＳの位置を導出することができる。
【００２０】
ＧＰＳは、ＴＯＡ測定値および関連する「疑似距離」(pseudorange)に基づいて、ＭＳの位置計算を可能にする。疑似距離は、ＭＳ内に埋め込まれているＧＰＳ受信機が、軌道上にあるＳＶのコンステレーションから連続的に送信される信号から抽出する。ＧＰＳ信号の受信は、各受信ＳＶ信号に伴うドプラ・シフトの測定も伴い、ドプラ値は、受信側ＭＳの運動の判定も支援する。先に列挙した従来技術は、米国連邦通信委員会（ＦＦＣ：Federal Communications Commission）共通キャリア整理番号ＣＣ９４−１０２を含み、ＷＣＳの下で動作するＭＳに埋め込まれているＧＰＳ受信機を用いて、例えば、緊急時通話に対する公衆安全性の応答強化の要求を受けたときに、ＭＳの位置検出を行うことが記載されている。
【００２１】
補助ＧＰＳ（ＡＧＰＳ）
ＭＳ  ＧＰＳ受信機の簡素性、効率、感度、および応答時間は、１つ以上の支援局のインフラストラクチャから得られる補助の使用によって向上させることができる。この中で引用し本願にも含まれるものとしたＧＰＳについての記載、および同様の関連文献にも示されているように、標準的な（例えば、非軍事用）ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ  ＳＶ粗／捕捉（Ｃ／Ａ）信号を受信し、既知の送信信号波形に基づく相関信号処理によって、ＴＯＡまたは疑似距離尺度を抽出する。基本的なＧＰＳ  Ｃ／Ａ信号は、毎秒５０ビット（ｐｂｓ）のデータ・ストリームの符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）符号化によって形成されるナビゲーション・メッセージから成る。各ＳＶは、１０２３ビット・コード即ち「チップ」のパターンと一意に関連付けられており、毎秒１，０２０，０００チップの速度でのＣ／Ａメッセージの符号化において適用される。したがって、Ｃ／Ａコードは、ＳＶ送信において１．０ミリ秒（ｍｓｅｃ）毎に繰り返し、２０回のこのような繰り返しが、送信する各ビットに含まれる。ＣＤＭＡ復調プロセスは、複製相関照合(matched replica correlation)を適用して、受信信号におけるコードの存在を検出し、相関遅延ラグ(correlation delay lag)は、有効処理信号帯域に反比例する時間分解能において、ＴＯＡの可能なドメインをカバーする。標準的なＳＶ軌道では、ＳＶからＭＳまたは地表付近までの信号伝搬時間は、ＭＳからＳＶへの方位に応じて、６７から８９ｍｓｅｃの範囲に、即ち、２２ｍｓｅｃ未満の枠内に納まる（頭上のＳＶでは近くなり、水平線上のＳＶでは遠くなる）。ドプラ・シフト周波数差の可能なドメインは、頭上のＳＶに対する最少から、水平線上にあるＳＶに対する４．５キロヘルツ（ｋＨｚ）程度までの範囲を取り、相関の有効コヒーレント統合時間(effective coherent integration time)に反比例するドプラ周波数分解能において、信号相関計算内にカバーされなければならない。最後に、これらの信号の、ＭＳ受信機が受信しようとしている、その一意のＣＤＭＡコードとの相関付けは、ＳＶ信号毎に遂行されなければならない。ＧＰＳ受信機がこの潜在的に多様なパラメータ全てを探索することが必要なため、受信機が位置推定を行う、または利用可能なＳＶ信号一揃いとの接触を得るのに成功することが可能になる期間である、第１固定（ＴＴＦＦ）までの応答時間が長くなる。これらの信号処理探索ドメインの全ては、支援インフラストラクチャが与える補助によって簡略化することができる。
【００２２】
ＡＧＰＳ処理を用いると、ＭＳは、１つ以上の支援局のネットワークから得られ、ＭＳ内部に埋め込まれている通信設備を介して図１の要求メッセージにおいて伝達される補助情報を利用することができる。ＡＧＰＳ構築のための基本的な主婦は、Taylor, et al.の米国特許第４，４４５，１１８号に記載されており、ここで引用したことにより本願にも含まれるものとする。本発明の好適な実施形態では、ＭＳと同じ概略的近傍または動作エリア内にあるインフラストラクチャＬＳにおいてＬＭＵを有するＧＰＳ監視局から、支援情報集合を、メッセージ１１１内において、ＭＳに伝達し、どのＳＷが現在頭上にあるか、または近似的水平にあるか示し、相関探索候補、ドプラ周波数シフトのどの近似および制限ドメインが各ＳＶ探索候補にとって相応であるか、そしてＴＯＡのどの近似および制限ドメインが候補ＳＶ探索毎に相応であるか、保証することができる。本発明のこの実施形態では、ＬＳは、利用可能なＳＶ番号のこのような指示、ならびにＧＰＳコンステレーションにおいて現在利用可能なＳＶの情報および特性を連続的に検知および評価する、関連するドプラおよび遅延探索枠を、それ自体のＬＭＵ埋め込みＧＰＳ受信機および信号監視評価の使用によって支援することができる。これらの指示は、他のＧＰＳ受信および監視局を有するネットワークを通じて増強または取得することもできる。この実施形態では、補助情報は、ＭＳおよびＷＣＳ  ＬＳ内の埋め込みＷＣＳ設備を介して、ＭＳに供給される。Taylor, et al.の米国特許第４，４４５，１１８に注記されているように、ＭＳにかかる処理負担は、ＰＤＥの支援インフラストラクチャにおける位置−計算機能の実装によって、軽減することができ、更に軽減することが好ましい。この実施形態では、本発明のＭＳは、その埋め込み通信設備を用いて、ＬＳインフラストラクチャにそれ自体の導出したＧＰＳ疑似距離測定値を供給するが、ＭＳは、ＧＰＳから導出した位置も提供することは要求されない。位置−判定支援の通信負担が、ＷＣＳのロードおよび応答時間の要員でない場合、ＭＳは任意にその復調した関連ＳＶナビゲーション・メッセージ・データおよび／またはその計算したＭＳ位置またはＳＶ位置およびクロック情報を、利用可能として供給することもできる。次いで、ＬＳインフラストラクチャは、ＭＳが提供するＧＰＳ情報の、独立して導出したインフラストラクチャに基づくＬＭＵ測定値、および全ての関連し利用可能な付随情報と共に最適な統合を完了し、ＭＳの位置を決定する。
【００２３】
主要機能相互作用
本発明の現時点における好適な実施形態は、図３に示す主要機能を実現する。図３は、図２のＰＤＥの主要コンポーネントの重要な機能性を示す、即ち、ＬＧ、ＳＭＬＣ、およびＬＭＵである。特定の対象ＭＳの位置検出要求は、移動測位局（ＭＰＣ）と呼ばれる論理コンポーネントにおいて発生する。移動測位局は、ＰＤＥの外部にある。ＬＧ３０１は、位置検出要求を受信し、その真正性および有効性の妥当性を判断する。有効な要求であれば、ＷＣＳ担当セル、および関連する通信プロトコル・パラメータを特定する。パラメータには、ＭＳとのＷＣＳ通信に適用する、割り当て使用周波数が含まれる。ＬＧ３０２は、ＷＣＳ担当セルの近隣で動作しているＭＳについて位置を判定するのに適したＳＭＬＣに、要求を供給する。選択されたＳＭＬＣ３０３は、いずれの要求も受信し見直して、特定された担当セルと関連付けられた位置検出要求に対応するのに最適な、協同ＬＭＵのリストを決定する。ＧＰＳデータを補助する要求に迅速に対応する必要性を予期して、ＳＭＬ３０４は、日常的に、ＧＰＳ  ＳＶについて位置判定および運動パラメータを指定する現ＧＰＳ較正データを維持し評価する。これらのデータは、ＬＭＵ３０５によって、それらのＧＰＳ受信機を介して永続的に監視されている。ＬＭＵは、ＳＭＬＣに、ドプラ・シフト、疑似距離、およびＬＭＵの位置において受信したＧＰＳ  ＳＶテレメトリ・ストリームについての関連する復調ナビゲーション・メッセージ・データを供給する。ＳＭＬＣ３０６は、ＬＭＵから周期的に伝達されるこれらのＧＰＳ  ＳＶデータを受信する。潜在的な可能性がある担当セル毎に、ＳＭＬＣ３０７は、周期的にまたは要求に応じて、セル・サイト付近の潜在的視野(potential view)において最適なＳＶを指定する現リストを、ＡＧＰＳ受信において補助するのに適切であると予期されるドプラ・シフトおよび疑似距離の制約ドメインと共に評価し導出する。
【００２４】
本発明の好適な実施形態は、ＭＳ  ＧＰＳ受信機からのＴＴＦＦ短縮を支援するために、ＧＰＳ構成パラメータの最新記述の可用性を利用する。ＳＭＬ３０８は、個々の位置検出要求に迅速に応答し、担当ＷＣＳセル・サイトの近隣に適したＡＧＰＳパラメータを供給する。これらのＡＧＰＳパラメータは、ＬＧ３０９によって受信され、ＭＰＣおよび／またはＭＳＣに供給され、そのＧＰＳデータ要求１１１においてＭＳに伝達される。本発明の統合手法により、ＳＭＬＣ３１０も、特定されたセル・サイトからサービスを受ける位置の判定において協同するように最適に構成された全てのＬＭＵからの、ＭＳの位置に関係するデータの発生要求に移る。ＳＭＬＣ要求に対する応答にしたがって、ＬＭＵ３１１は、その信号捕獲および処理設備を適用して、位置判定計算の支援に適したデータを検出し抽出する。次いで、これらのＬＭＵデータは、ＳＭＬＣ３１２に供給され、ＳＭＬＣ３１２は、位置検出処理に統合するために、これを受信する。
【００２５】
位置判定の支援において、ＭＳ位置に関連するＧＰＳデータがＭＳ受信機によって検知され、いずれの補助にでも、その処理設備が利用されるように構成されている。ＭＳは、要求１１１に応答して、このデータを発生し、位置計算に含ませるために、そのデータを担当セル・サイト１１０に伝達する。ＭＳのＧＰＳデータは、ＷＣＳを介して、ＭＰＣを通じてまたはＭＳＣから直接、ＰＤＥに供給してもよい。ＬＧ３１３は、これらのデータをＷＣＳから受信することができ、または任意に、ＬＭＵ３１４がＭＳのＧＰＳデータをＭＳ応答メッセージから受信し、復調し、そして供給してもよい。ＳＭＬＣ３１５は、統合位置判定計算に挿入するためにＭＳが供給したＧＰＳ情報を受信する。
【００２６】
ＬＭＵ３１２およびＭＳ３１５から受信したデータを用いて、ＳＭＬＣ３１６は、ＭＳ位置検出パラメータに最適な確率的推定値を導出する際に、全てのデータを統合する。以下で更に説明するが、協同するＬＭＵから得た位置関連測定値は、ＬＭＵ位置および種々の個々の精度に対応する機器からの、種々の形態および位置感度のデータを含む場合がある。また、以下で更に詳しく述べるが、ＧＰＳデータは、潜在的な補正可能バイアス(bias)を用いて、単体のデータ位置を個々に規定または支援することができ、あるいは、ＧＰＳ信号伝搬路の遮断または歪みによって制限された、不完全なＳＶ信号集合に対する疑似距離およびドプラ測定値を単に供給するだけの可能性もある。ＳＭＬＣ３１６は、供給されたデータ全てを組み合わせ、これらを統合して、確率に基づく評価を行い、更に位置推定値を条件付けるために利用可能であればいかなる追加の関連付随情報をも組み入れる。これらの統合評価に適した手法および技法を、以下の説明において紹介する。ＭＳ位置について得られた推定値は、ＬＧに供給されるので、ＬＧ３１７はその発端である位置検出要求に応答して、この情報をＭＰＣに送出することができる。
【００２７】
位置依存尺度
ここで取り組んでいる技法および用途に十分な精度で、受信位置における信号到達時刻（ＴＯＡ）の測定値を、直接、信号受信位置と信号送信位置との間の距離に関係付ける。信号送信機−受信機距離DTRは、送信される信号の伝搬と一致し、地球を中心とした慣性（ＥＣＩ）三次元デカルト座標系で表した、送信および受信位置XTおよびXR間の直線ベクトル長として表される。
【００２８】
【数１】
2007518979.tif 000003
【００２９】
送信機−受信機信号伝搬時間間隔tTRは、到達時刻ＴＯＡと、送信時刻ＴＯＴとの間の差であり、信号伝搬距離DTR=|Xt(TOT)-XR(TOA)|を、伝搬のＲＦ信号速度（即ち、「光速」）ｃで除算した数値に等しい。
【００３０】
【数２】
2007518979.tif 000004
【００３１】
ここで、XR (TOA)は、「エポック」即ち時点TOAにおける受信機位置の三次元ベクトル座標表現であり、XT (TOT)は、エポックTOTにおける送信機位置のベクトル座標表現である。（２）で表されるようなＲＦ信号伝搬時間関係を利用するシステムでは、（一定の）伝搬速度「ｃ」を基本時間測定値と乗算し、測定値を直接距離または長さの単位にするとよい。ＧＰＳのような同期位置判定システムでは、受信信号間隔についてTOTを規定し、制御し、指定したそして正確に維持した時間標準、例えば、ＧＰＳ時間または関連するユニバーサル・タイム・コーディネーテット(UTC：Universal Time Coordinated）に関して把握する。埋め込みＧＰＳ受信機を用いているＭＳは、距離が送信された軌道判定パラメータから計算することができるＳＶからの既知の時点に送信されたＧＰＳ信号を受信するように設計されている。ＭＳによって送信された信号に対して分離したＬＳ位置において、またはＬＳによって送信された信号に対してＭＳにおいて測定されたＴＯＡを利用することによってＭＳの位置を判定する陸上系インフラストラクチャは、時間軸同期（例えば、ＧＰＳ送信に同期させる）を用いて、分離されたＬＳ受信局および／または時間共通性のためにクロック標準を調整し、ＭＳにおける別個の信号受信を関連付ける。時間測定、ならびに送信機および受信機位置間のＲＦ信号伝搬距離に対するそれらの関係を利用することによって、種々の信号を受信および／または送信するＭＳの位置を判定することができる。
【００３２】
同様に、他の数学的関係は、他の種類の測定値（例えば、ＴＤＯＡ，ＴＡ、電力レベル、およびＡＯＡ）を対象のＭＳ位置座標に関係付ける。別の距離関連尺度の例として、ＴＤＯＡ測定値は、２つの異なるそして別個の信号受信についての２つのＴＯＡ間の差の尺度を与える。別個の位置XR1およびXR2に位置する別個の受信局に到達する共通送信信号間隔から抽出したＴＤＯＡ測定値について、到達時間差TDOA２１を、信号伝搬距離DR2およびD R1の差に直接関係付ける。
【００３３】
【数３】
2007518979.tif 000005
【００３４】
このようなＴＤＯＡ測定値を送信機の位置判定に利用する場合、対象の信号が出射された共通TOT時点即ちエポックの先験的知識は必要でない。この特徴は、送信時点が必ずしもＭＳおよび多数のＬＳの時間軸間で同期されていない、典型的な通信システムの送信の使用においては有効である。
【００３５】
ＭＳについてのＴＡパラメータは、測定され通信システムの同期のために適用されるが、制御するＬＳから対象のＭＳ、および逆への信号伝搬の距離にも直接関係付けられる。即ち、ＭＳはＬＳから送信された信号を検知し、それ自体をこの信号に同期し、協同時間整合で応答送信を出射し、これがＬＳにおいて検知される。受信された往復タイミング整合オフセットは、ＬＳにおいて検知され、あらゆるＭＳ応答回路遅延を覗き、ＭＳおよびＬＳ間の双方向伝搬時間にほぼ比例し、TAMSをこのオフセットに設定し、ＭＳおよびＬＳの位置間の位置関連伝搬距離DMLの２倍に直接関係付ける。
【００３６】
【数４】
2007518979.tif 000006
【００３７】
受信信号の距離に関連する測定電力レベルは、送信機からの出射から受信機による検知までのその伝搬の間に、損失係数LTRだけその送信レベルから低下する。他の関連寄与要員について想定した値または既知の値を使用することにより、この損失係数は、伝搬環境のモデル化表現によって、信号伝搬距離DTRの尺度を与えることができる。
【００３８】
【数５】
2007518979.tif 000007
【００３９】
ここで、SRおよびST測定値は、送信および受信信号電力レベル尺度であり、Ｇは、信号伝搬の相対的方向における受信および送信アンテナ「システム」利得のような、その他の寄与要因をカプセルかする距離独立要因であり、PL()は、展開した送信および受信アンテナ間の伝搬信号強度に対する環境経路損失の距離依存モデルである。単純な球拡散モデル(spherical-spreading model)では、
【００４０】
【数６】
2007518979.tif 000008
【００４１】
となり、ここでλは信号伝搬の波長である。ＳＶから受信側ＭＳまでのＧＰＳ信号伝搬に対する距離の差は、比例して小さく、電離層および大気圧効果、ならびにＭＳ付近のマルチパス反射による、重大な可変性(variablity)が異なるＳＶからのＧＰＳ信号伝搬に存在する。これらの特性は、通例、受信ＧＰＳ電力レベルの使用を、ＭＳ位置判定にとっては重要でないものにする。しかしながら、ＭＳと１つ以上のＬＳとの間の陸上系伝搬について測定された電力レベルを用いたＭＳ位置の判定では、位置計算は、以下の論文、Empirical Formula for Propagation Loss in Land Mobile Radio Services, M. Hata, IEEE Trans. Veh. Tech., Vol VT-29, No.3, Aug., 1980において文書化されているように、OkumuraのデータのHataの表現のように、経験的に有効性を判断した伝搬損失モデルの使用を有効にすることができる。
【００４２】
環境およびマルチパス伝搬条件における予測のつかない変化により、電力レベルの経験的測定値は、ｄＢの対数単位で定量化すると、正規分布即ちガウス分布に一層近づいていく。つまり、Hataおよびその他のこのようなモデルのPL()についての式における乗算係数は、通例、対数項の加算および減算として表される。即ち、関係式（５）の損失モデルは、位置依存距離に関して表現したｄＢ損失を、送信および受信電力レベル間の測定したｄＢ差に関連付ける。この関係は、送信電力レベルが系列下の通信システムからのコマンド制御によって分かる場合、位置判定について断言することができる。しかしながら、送信レベルは、測定値からは知ることができない、即ち、入手できない。この場合、２つの別個の受信機が受信した共通送信信号の受信レベルの比率を、送信および受信局間の２つの位置依存距離に対する比率（即ち、ｄＢ差）に関係付けた尺度として利用することができる。電力レベル比即ちｄＢ差を、各受信位置に特定の利得係数について調節する。このような受信電力比即ちｄＢ差の使用には、共通送信電力レベルに関して利用可能な情報を必要としない。対数表現を含む、モデル化した距離依存性では、ＭＳ位置依存情報を抽出して、１つ以上のＬＳからＭＳに、および／またはＭＳから１つ以上のＬＳに送信することができる。
【００４３】
前述の距離関連尺度に加えて、信号AOA測定値も、ＭＳ位置依存情報を提供し、この主の情報は基本的に信号伝搬距離とは無関係である。AOAの測定には、受信位置において指向性感応受信アンテナ構造が利用できることが必要となるので、AOAは、ＭＳが送信しＬＳにおいて受信された信号について抽出されるのが通例である。このため、AOAは、近似的に地表に沿って、「水平に」伝搬する通信帯域信号について測定する。AOAは、通例、受信点から着信信号に向かう方向の角度として表すことができ、真の測地北(geodetic North)の既知の固定方向に対して定量化することができる。この関係は次のように表すことができる。
【００４４】
【数７】
2007518979.tif 000009
【００４５】
ここで、atan2[]は、完全な４象限アークタンジェントを与え、()Eおよび()Nは受信位置XRから送信位置XTに向けられたベクトルに対する東および北成分を表す。このような尺度は、受信側ＬＳにおいて検知した方位線(LOB)に沿った可能なまたは確率的な送信側ＭＳ位置の所在地に関する情報を提供し、その尺度は、基本的に、ＬＳからＭＳ位置へのＬＯＢに沿った距離には無関係である。
【００４６】
ＧＰＳ  ＳＶ送信機位置
前述の位置依存関係では、ＭＳ位置の判定には、ＧＰＳおよびインフラストラクチャ・システムの尺度の何らかの形態でというようにして、ＭＳが信号受信点であるときの送信機の位置が分かってなければならず、更にＭＳが送信機であるときの受信位置が分かってなければならない。固定ＬＳ受信機位置の位置は、ＧＰＳに基づく調査を含む調査によって、精密に判定することができる。ＬＳを伴う測定値から判定したＭＳ位置の精度は、ＬＳ位置が分かる精度に直接関係する。ＧＰＳ時間測定値の利用に特に重要なのは、ＭＳ位置を判定する精度の限界が、ＳＶ送信機の位置を知り表す際の精度に依存することである。
【００４７】
いずれの時点即ちエポックにおけるＧＰＳ  ＳＶ位置および速度も、ＳＶナビゲーション・メッセージ送信においてＧＰＳから伝達される暦表パラメータにしたがって記述され、そして決定される。天体暦からのＳＶ楕円軌道位置および速度の表現および計算に伴う数学的関係の記述は、以下のような書物において得ることができる。Global Positioning System, Theory and Practice（汎地球測位システム、理論と実際）, 5th Ed., Hofmann-Wellenhof, Lichtenegger, and Collins, Springer-Verlag, 1994; Global Positioning Systems, Inertial Navigation, and Integration（汎地球測位システム、慣性ナビゲーションおよび統合）, Grewal, Weill, and Andrews, John Wiley, 2001。これらの書物に注記されているように、ＳＶ暦表パラメータは、地球の形状およびその他の物理的特性のWorld Geodetic System 1984（ＷＧＳ８４）の記載にしたがって表現されたＳＶ位置および運動パラメータを生成するために用いられる。
【００４８】
ＧＰＳ  ＳＶ毎に、暦表パラメータは、衛星疑似乱数（ＰＲＮ）同一性、パラメータ値を指定するＧＰＳ基準エポックの仕様、ケプラー軌道パラメータ、ならびにケプラー楕円およびその近地点の平面整合を指定するパラメータを含む。暦表は、地球を中心とし、地球を固定した（ＥＣＥＦ）座標系に関して、ＳＶ位置および運動を規定する。この座標系は、それ自体、態様固定（慣性）、夏至基準、ＥＣＩ座標系に関して回転している。ＧＰＳ暦書データにおける暦表パラメータは、信号接点を取得するには適した多重キロメートル精度(multiple-kilometer accuracy)を与えるが、基準エポックからの適切な４時間エポック・ウィンドウ内の観察エポックに用いるときに、数メートル以内でＳＶの特定のＥＣＥＦデカルト位置の計算を可能にするのは、通例、各ＳＶからのブロードキャスト暦表である（選択的可用性ＳＡのディザまたは省略を除く）。
【００４９】
ＳＶ位置の適当な特徴化は、疑似距離測定値が得られる、即ち、関係（２）において表されるような、各ＳＶについて、「遅滞解」(retarded solution)において評価し、地表付近におけるＧＰＳ受信によってＴＯＡが得られるが、ＳＶからの信号伝搬距離は、信号を受信したＴＯＡエポックよりも〜７８±１１ｍｓｅｃ前である、ＴＯＴエポックと関連付けられる。伝搬時間の間、ＳＶは〜３００±４０メートル（ｍ）進み、このため、各ＳＶ位置は、測定する各ＴＯＡに対してその適切なＴＯＴにおける位置判定計算において評価する。
【００５０】
時間軸整合
先の関係において注記したように、特定の時点におけるＭＳの位置の判定には、対象の信号間隔の送信および／または受信の時点を適切に捕捉し、処理した信号データと結び付けなければならない。ＧＰＳの時間軸は、ＧＰＳ時間と呼ばれ、米国国立海軍天文台において規定されている規格と精度高く同期している。各ＳＶのＧＰＳ送信は、そのＳＶのクロックによって確立された時間軸と同期した時点で行われる。世界中のＧＰＳ地上局は、各ＳＶの位置、時間同期、および状態(health)を監視し、ＧＰＳ時間標準と同期したＳＶの正確な解釈に対する「正しい」時間整合補正を記述する補正項をＳＶに供給する。これらの時間補正パラメータは、二次までであり、ＳＶから送信されるナビゲーション・メッセージに含まれる。
【００５１】
四パラメータ位置判定
ＧＰＳおよび関連するインフラストラクチャ測定値ならびに付随情報の合同結合を利用するための、本発明に記載した技術では、対象のＭＳの位置ｘは、それを導出する測定値および情報に関連する特定の時点について決定される。即ち、ＭＳの位置は、通例または必ずしも、時間が一定であることを想定しておらず、そのように制約されておらず、逆に時間x(t)の関数となるように求められる。この一例を関係（２）に表す。ＧＰＳ信号をＭＳにおいて受信し、そのＴＯＡを測定する場合、時間測定値は、ＧＰＳ受信機に埋め込まれている時間軸クロックに対して定量化する。ＳＶと同様、ＭＳ受信機の時間軸は、ＧＰＳ時間と本質的に同期しておらず、例えば、ＭＳ時間軸は、少なくともずれており（０次補正）、ＧＰＳのクロック周波数からのクロック周波数差（一次補正）だけドリフト(drift)している。したがって、基本ＴＯＡ測定値は、ＭＳ時間軸にしたがって表記即ち「標示」(tag)されており、ＧＰＳ時間に合わせた「真の」値に対して潜在的にバイアスしている。したがって、ＧＰＳ受信機における基本ＴＯＡ測定値は、その測定値に対するＭＳクロックのバイアス即ちオフセットの判定前に関係（２）において用いる場合、「疑似距離」（真の距離ではなく）の測定値を与えると言える。
【００５２】
本発明は、ＧＰＳに関する位置判定のために、少なくとも４つの別個の独立した疑似距離測定値が利用可能でなければならないという典型的な必要性を軽減することができる。単体ＧＰＳ受信機では、４つの測定値即ち位置判定データは、ＭＳクロック・バイアスと共にＭＳ三次元座標位置を導出するための位置計算の完了のために必要となる。本発明では、いずれの利用可能な疑似距離測定値でも、インフラストラクチャに基づく機器から得られるあらゆる関連する位置関係測定値、およびほぼ認められるＭＳ位置に関して得られるその他のあらゆる関連する位置関係付随情報と共に、位置計算に統合する。
【００５３】
差分ＧＰＳ（ＤＧＰＳ）
引用したＧＰＳに関する記載に示されているように、ＧＰＳ疑似距離測定値を利用した位置判定計算の精度は、差分ＧＰＳ（ＤＧＰＳ）調節の適用によって、系統的バイアスの一部を補正することができる。例えば、このような系統的バイアスが現れるのは、ＧＰＳ管理がＳＡを導入し、故意にディザを行ったり、あるいはＳＶナビゲーション・メッセージにおいて送信した時間軸または暦表パラメータを省略するときである。他の変位も、電離層補正パラメータ、即ち、ＳＶナビゲーション・メッセージにおいて伝達される伝搬群遅延が伝搬路に沿って遭遇する条件を正確に表さないときにも現れる場合がある。これらのようなバイアスは、１つ以上の支援局のネットワークから得られる、ＤＧＰＳ調節の監視、評価、および適用によって、ＭＳ位置の計算において軽減または補正することができる。
【００５４】
ＭＳ位置計算のＤＧＰＳ補正は、ＧＰＳ監視局において現在検知されているＧＰＳ測定値、およびその位置に対して得られた位置パラメータの比較評価を通じて、ＧＰＳ監視局に対して評価される。得られた値は、その暦表に基づいて、ＳＶの「既知の」位置について計算され、支援局の位置に対して「既知の」値と関連付けて評価される。固定／静止ＬＳを支援ＤＧＰＳ基準局として用いる本発明の好適な実施形態では、既知のＬＳ位置は、精度の高い測地調査によって得られたそれらである。これらの調査は、ＧＰＳ信号の長期積分からのＧＰＳ派生値に基づき、これに関係付けられている。ＭＳが受信可能であり、単体のＧＰＳの位置を生成するのに十分なＳＶからＧＰＳ疑似距離測定値を抽出することができる場合、本質的に同じＳＶ信号を受信する近隣の支援ＬＳは、それ自体の位置について現在計算されている位置と、その先験的に知られている位置との間の差を、ＭＳについて得られたいずれのＧＰＳ位置に対する直接的な補正として、適用することができる。
【００５５】
好適な実施形態に更に必要なのは、支援ＬＳのネットワークから得られるあらゆる補正の総量を集合的にＭＳ測定値に適用することである。ＭＳは、その観察した疑似距離測定値を、支援するＬＳインフラストラクチャに伝達し、ＭＳ位置のインフラストラクチャ計算に統合する。関連する現在の共通ＳＶクロック・バイアスおよび暦表パラメータがＳＶナビゲーション・メッセージにおいて送信されているのであれば、各疑似距離測定値は、数カ所の近隣の支援基準ＬＳにおいて観察された、同じＳＶからのそれ自体の現在観察中の疑似距離測定値と、その先験的に分かっている位置に応じた現在値との間の差に応じて補正することができる。このような差分補正は、疑似距離測定値における局部的な系統的バイアスの効果を軽減し、得られるＭＳ位置の精度を高める。
【００５６】
確率的位置判定
ここに記載する技術によって、ＭＳ位置の最適推定値が、その判定に利用できる位置関連情報の総体から得られる。位置関連情報は、受信信号特性の測定値、および潜在的なＭＳ位置の相対的な確率即ち尤度を示す付随情報において得られる。位置状態パラメータの推定のための確率に基づく技法は、統計的推定プロセスの当業者には周知であり、Harry L. Van Treesによって、Detection, Estimation, and Modulation Theory, Parts I - IV, Van Trees, John Wiley, 2001における彼の論述の第１部の２．４章に紹介されているように、推定理論の典型的な論述において非常に注目されている。この中で引用した記載において示されているように、測定値のベクトル集合ｚにおいて固有の情報に条件付けられた、位置パラメータｘの「状態ベクトル」の候補推定値の相対的な条件付き確率即ち尤度は、ベイズの確率関係によって、状態の条件下における測定値の発生の相対的確率、およびその状態の先験的確率に関係付けることができる。この確率関係は、通例、以下のように表すことができる。
【００５７】
【数８】
2007518979.tif 000010
【００５８】
ここで、p(x|z-)は、状態ベクトル成分が、観察がｚにおける測定値に対して実際に得られた値を有するという条件の下で、ｘに対して評価されたものである確率を表し、p(z|x)は、ベクトルｚの値が、ｘにおける値であるという条件の下でベクトルｚの値が観察される確率を表し、p(x)は、ｘの状態値が発生する総合（限界）相対的先験的確率であり、p(z)は、測定されたパラメータ値が観察ベクトルｚに対して発生する総合（限界）確率である。位置的解、即ち、最適尤度または相対的確率の推定値の導出では、p(z)項のような位置独立係数は重要でない。
【００５９】
独立データ要素に対する確率の連携に伴う標準的な統計の検討により、独立したデータ要素全体の合同結合確率または尤度は、独立したデータ集合のみの確率の積となり、例えば、本発明の技術によって、多様な発生源からの種々の形式のデータの組立により、統計的に独立したデータを統合する。尤度の最大値が尤度の対数の最大値によって導出される場合、積尤度関係(product likelihood relation)は、「対数尤度」(log likelihood)の和として蓄積される。
【００６０】
最大値または最尤値に対するパラメトリック位置解は、通例、可能な値のドメイン全体に及ぶ離散位置パラメータ値の格子または集合に対して尤度関数値をサンプリングまたは計算することによって導出する。サンプリング間隔または格子間隔は、通例、潜在的な最低値の局所領域（複数の領域）を示すのに十分な粗いメッシュから開始し、サンプリング格子のメッシュは、制限した範囲の最適領域に照準を当てた後続の繰り返しにおいて徐々に精細化していく。究極的な結果を、寄与測定精度が対応する分解能に対して評価する。参照した文書における統計的分析について記載されているように、相補手順では、最適値の領域および測定値が対応する固有の分解能に照準を当てる際に、傾斜に基づく計算を適用することができる。前述の引例に引用されている統計的位置判定計算の説明に加えて、Harold W. Sorensonのパラメトリック推定一般に関する論述、および位置判定のための離散サンプル尤度関数の適性な評価に関するRoy E. Bethelの論述において、更に詳しい説明が得られる。Least-Squares Estimation: From Gauss To Kalman（最小自乗推定：ガウスからカルマンまで）, H. W. Sorenson, IEEE Spectrum., No. 7, Jul., 1970、およびA PDF Tracker, R. E. Bethel, et al., IEEE Trans. on AES, Vol. 30, Apr., 1994、ならびに１９９１年９月３付けのHodsonの米国特許第５，０４５，８６０号、目標位置の確率的判定方法および装置。
【００６１】
確率計算において評価されるデータまたは情報は、種々の形態のノイズまたは不確実性分布と共に発生することもある。先に引用した参考文献に記載されているように、測定またはデータ導出システムは、通例、真値からの誤差または偏差の正規即ちガウス分布で情報を生成するものとして表される。関係（２）から（７）に示すように、得られる位置関連データのベクトルｚは、一般に、位置状態ベクトルｘの非線形関数h()、および追加のノイズ成分ベクトルｖとして表現することができる。この関係は、観察式で表現される。
【００６２】
【数９】
2007518979.tif 000011
【００６３】
関数h()は、データと所望の位置状態パラメータとの間の真の連携を精度高く表すことを意図している。したがって、ノイズに対する期待値"E()"は０（即ち、ノイズはバイアスされない）であり、通常の想定下では、観察不確実性は、ガウス共分散行列Ｒによって表される。
【００６４】
【数１０】
2007518979.tif 000012
【００６５】
これらの式は、データまたは「疑似」測定値が１つ以上の所望の状態パラメータの直接測定値、またはその「ガウス」制約を含んでいても、適用することができる。例えば、得られるデータが完全な状態ベクトルのＧＰＳ「測定値」を含む場合、そのデータに対する観察関数は線形恒等関数h(x)=xとなり、不確実性行列は位置共分散Ｐとなり、観察した状態パラメータにおける誤差間に存在する不確実性相関を示す。多くの場合、多様な、物理的に異なる、測定システムからのデータでは、各データ源の誤差分布は、相互に独立または相関がないと想定され、測定とも分散行列の対応する対角線外成分は０となる。前述の正規統計の想定では、データ・ベクトルに対する関係（８）における相対的確率または尤度の寄与は、次のように表される。
【００６６】
【数１１】
2007518979.tif 000013
【００６７】
ｘとは無関係の項を無視する。他の状況下において、測定データ誤差の分布がまとまりを欠き、指数またはラプラス統計の方が精度高く表されるように見える場合、独立した非バイアス測定値について、対角二乗平均偏差行列を用いると、
【００６８】
【数１２】
2007518979.tif 000014
【００６９】
ここで、ｍ＝ｎのときδmn=1となり、それ以外の場合は０となり、ラプラス分布データ・ベクトルに対する相対的確率または尤度寄与は、次のように表される。
【００７０】
【数１３】
2007518979.tif 000015
【００７１】
再度、ｘと無関係の項を無視し、「（σ-1）」を用いて、ｒｍｓ誤差期待値σｍの逆に等しい成分を有するベクトルを示し、「(|z-h(x)|)」を用いて、個々の測定値革新または残差(|z-h(x)|)m=|zm-hm(x)|の絶対値に等しい成分を有するベクトルを示す。（１１）および（１３）のような関係、ならびに発見的に観察された誤差分布に対する尤度係数の同様の処置により、多様な観察の寄与を位置パラメータに対する最適値の確率的判定に統合するための基本的様式を与える。
【００７２】
ＧＰＳならびに関連する座標および測定値に関する論述において先に説明したように、状態ベクトルｘは、通例、四パラメータ・ベクトルであり、３つのＭＳ位置座標と、１つのＭＳクロック・バイアス座標とを含み、測定値ベクトルは、通例、４つ以上の測定値のベクトルである。しかしながら、以下で更に詳しく注記するが、ＭＳに対する確率的な位置に関する先験的情報が得られ、可能な位置のドメインを制限することができる場合、測定値ベクトルの次元性(dimensionality)を低下させることができ、なおも容認可能な精度でＭＳ位置を得ることができる。関係（８）を適用することにより、ＭＳ位置についての最適推定値を、最大確率または最大尤度の状態推定値に対して導出することができ、あらゆる付随情報、ならびにＧＰＳ系およびインフラストラクチャ系双方の利用可能な測定情報の全てを統合した、結合積確率(combined product probability)を最大化する。
【００７３】
本発明の技術を適用すると、ＧＰＳ系測定値およびインフラストラクチャ系測定値、ならびに関連情報の最適な統合により、有用な精度で位置を判定するにはインフラストラクチャのみまたはＧＰＳ測定のちでは十分な情報が得られない場合であっても、ＭＳ位置を導出することが可能となる。典型的なＧＰＳ精度は、不確実性のエリアが小さい円形である場合、空の開放視野が得られれば実現できるので、上空の近似的に均一に分布した衛星および数位のＭＳからのＳＶ信号の受信に成功することができる。しかしながら、大都会領域の中心地における高層建物のビルの谷間の中における信号伝搬条件では、ＳＶ受信が遮断される可能性があり、これによって、単体ＧＰＳ解明のために十分なＧＰＳ  ＳＶ信号一揃いの受信が妨げられる。この条件は、ＭＳが建物内部にあるとき、および／またはＭＳが動作している比較的直線的で姉妹未知のいずれかの側にある建物の「壁」によって形成される経路または列に沿って落下する空／空間の円弧に沿って位置合わせされているＳＶからのＳＶ信号が唯一観察可能である場合に、特に顕著である。このような「ビルの谷間」の状況下では、ＳＶからの信号はＭＳ位置の可能性が高い未知までの長く精米領域を適切に示す場合もあるが、この可能な領域の不確実性は、道に沿って受信されるＳＶの整列を横断する方向では、非常に大きい。他の状況では、葉または地形がＳＶ信号の一部を遮断し、４ＳＶ疑似距離の通常の最小値のＭＳにおける測定を妨げる可能性がある。本発明におけるＧＰＳおよびインフラストラクチャ情報の統合により、ＭＳおよびＬＳ間で支配的な「水平」面において伝搬する通信帯域信号から抽出される、インフラストラクチャ系測定において利用可能な追加情報によって、高精度の位置解明が得られる。
【００７４】
付随情報
関係（８）に表したベイズ確率関係により、多数の相補様式で、支援付随情報の利用および応用が可能となる。前述のように、そして参考文献に記載されているように、可能なＭＳ位置のドメインは、利用可能な測定値および関連情報が与えられれば、総発生尤度に対して評価することができる。関係（２）から（７）に表されるように、典型的な測定した特性の各々は、特定の時点において、対象のＭＳの位置の非線形関数として表すことができる。加えて、ある種類の付随情報は、ＭＳ状態パラメータについて１つ以上の制約関係で表現することができる。例えば、ＥＣＥＦ座標系の三次元において典型的なＧＰＳ解を計算している間、ＭＳが、空中ではなく、地上(ground terrain)にあることが分かっている場合、事実上その位置を地表（またはほぼ地表）に配置する、地球の中心におけるＥＣＥＦ原点からの距離に、得られる位置推定値を制約することができる。このようなそして同様の制約は、候補位置と関連付けられた先験的確率を予め調整することによって、または種々の制約およびそれらの不確実性の範囲を位置の関数として表現する「疑似測定値」を事実上含ませることによって、確率計算に含ませることができる。
【００７５】
ＭＳの潜在的位置に対する既知の統計の効果的な使用を、尤度計算に応用することができる。セルラ電話機の位置の判定には、電話機使用に対する関連位置の統計的分布を、収集した使用統計またはデータベースから得ることができる。例えば、過密都市環境における電話機使用の統計は、ＭＳ電話機は、都市の道路網の道路上またはその傍らにある可能性が高いことを示すことが考えられ、同様に、住居がまばらな田園環境における動作についての統計は、ＭＳ電話機が高速道路または田園領域を通過する幹線街路上またはその傍らにある可能性が高いことを示すと考えられる。道または高速道路網の道路位置の正確な表現は、標準的な地図データベースから得ることができ、市当局が保持しているものを含む。したがって、可能な位置の候補ドメインの上に位置する確率係数の先験的分布の、例えば、関係（８）におけるp(x)項への賦課によって、優先的に、可能性が高い位置が道路上またはその傍らに来るように調整することができる。関連する確率の表現において更に精度および現実性を高めるには、地表上の道路位置の二次元記述を空間的に「ローパス」フィルタ処理することができる。このフィルタ処理は、先験的な尤度表現を分解しない(de-resolve)即ち平滑化することができるので、確率は実際に道路付近または道路上では高くなるが、確率は、道路を横断する方向では現実的な範囲で、徐々に減少するか、あるいは拡散／平滑化される。実際、本発明において利用可能な統計の効果的な使用は、本発明によって得た位置から統計を収集するに連れて、再帰的に増大し、改良され、確率表現をアップグレードする際に適用することができる。
【００７６】
座標関係
ＧＰＳ情報のインフラストラクチャ系情報との統合に対応するために、位置計算に適用する共通座標系は、両方の種類の情報を高精度に表せなければならない。先に注記したように、ＧＰＳの計算は、通例、ＥＣＥＦ座標系を用いて実施され、ＳＶおよび対象のＭＳの位置および速度を高精度に表す。今日まで、セルラ電話機の位置判定のための、ＬＳの陸上系ネットワークに関する情報のみの利用に適用する座標系は、通例、ＬＳの局在的近傍における地表の平面投影を実行していた。このような残存するインフラストラクチャ系位置判定システムでは、位置検出システムの適用可能な動作ドメインの地理的範囲は、地表の曲率が、観察される関係に測定可能な程度の影響を与えないような十分に小さい領域に制限されていた。陸上系ＬＳアンテナの調査される位置は、通例、測地緯度、経度、地面からの高度（ａｇｌ）、ならびに関連する平均海水面上での局所地面の高さに関して表される。楕円に基づく測地座標（例えば、ＷＧＳ８４）の、平坦、平面座標系への変換では、通例、John P. Snyderの書物：Map Projections - A Working Manual（地図投影−作業マニュアル）, Snyder, U.S. Geological Survey Professional Paper 1395, US Government Printing Office, 1987; Map Projections, A Reference Manual, Bugayevskiy and Snyder, Taylor & Francis, 1995に記載されているように、ランベルト正角円錐または（ユニバーサル）横断メルカトール（ＵＴＭ）投影のような、正角図法を適用する。
【００７７】
ＧＰＳデータおよびインフラストラクチャ情報の組み合わせに対して、本発明の好適な実施形態は、ＧＰＳ標準ＥＣＥＦ座標系を、信頼性のある局所高度表現の変換と共に適用し、関連する位置関係の全ての正確な表現を与える。また、各ＬＭＵ位置におけるＧＰＳアンテナおよび受信機は、現地における通信アンテナの高さ（ａｇｌ）との差分比較のために、直接ＷＧＳ８４基準を与える。検知したまたは統計的情報と候補ＭＳ位置との間の関係を伴う尤度計算は、単純に、三次元、ＷＧＳ−８４系、ＥＣＥＦデカルト座標系で実施することができる。これは、ＧＰＳデータの利用に対する標準である。ＬＳアンテナについての位置記述の全て、および付随情報は、位置判定評価のために、この系に応じて変換される。
【００７８】
ここで参照したＧＰＳ関連座標変換の論述、例えば、Bugayevskiy and Snyderの第１章、ならびにHofmann-Wellenhof, Lichtenegger, and Collinsの第１０章は、ＥＣＥＦ座標値を、局所的測地座標で表した、水平（緯度、経度）位置および高度即ち平均海面上の高さの対応する値に関係付ける際に伴う計算について記載している。ＧＰＳ座標変換は、地球の形状のＷＧＳ８４パラメトリック表現に基づく。したがって、回転楕円体としての地球のＷＧＳ８４表現は、計算した位置結果の表現における測地的基準を与える。いずれの位置判定システムの動作ドメインにおいても、結果は、ＷＧＳ８４測地緯度、経度、およびＷＧＳ８４楕円体上の高さ、および／またはそれ自体でＷＧＳ８４楕円体面上の高さに関して記載される局所測地表面の平均水面からの高さに関して定量化される。前述のように、対象のＭＳを正当に局所地面レベルにあると想定できる場合、高さは、ＷＧＳ８４楕円体上のこの局所的表現面レベルに拘束することができる。この場合、尤度の考慮において評価した位置は、利用可能な観察または測定値の全体に関連のある緯度および経度ドメインにわたって存在すればよい。
【００７９】
代わりの座標系表現では、ＳＶの瞬時位置および速度パラメータに対するＥＣＥＦ系の値は、「東北東上」(east-north-up)（ENU）座標系に変換することができる。この座標系は、適用可能なＬＳの局所領域には便利である。しかしながら、本発明の代替実施形態においてこのような系を用いると、ＳＶ座標の、ＧＰＳ暦表の使用のために当然のＥＣＥＦ系から、ＷＧＳ８４楕円体に対して接触し直交するローカルＥＮＵ座標への追加の座標系変換が必要となる。このような代替実施態様は、このような座標系の、地表の局所の平坦な、好ましくは正角図法に対する類似性または近似正を利用することができる。このような使用では、ＳＶの「上」の適切な方向に関する順次位置および速度ベクトル関係の適性な考慮が必須である。
【００８０】
制約ＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ
ＧＳＰ／ａＧＰＳ（ＥＯＴＤ）受信機によって計算された疑似距離は、ＴＯＡ、ＴＤＯＡ、ＡＯＡ、相対電力、および往復遅延のような、ネットワーク系位置測定値と組み合わせて、一層精度が高くロバストな解を計算することができる。例えば、制約ＴＤＯＡ／ＦＤＯＡ計算は、ＧＰＳ／ＡＧＰＳ環境において用いることができる。制約は、衛星の位置および速度によって生ずる時間オフセットまたはドプラの影響を制限する補助受信機が収集したデータの組み合わせによって、ＧＰＳ／ＡＧＰＳが計算した位置を用いて決定した制約、ネットワーク系位置検出方法、または組み合わせと共に決定することができる。制約ＧＤＯＡ／ＦＤＯＡは、ＧＰＳ受信機にかかる処理負担を低減することができ、偽警報の殆どの機会を排除することによって感度を高めることができる。これ以上の背景については、２００１年７月１８日に出願した米国特許出願第０９／９０８，９９８号、「ワイヤレス位置検出システムにおいてＴＤＯＡおよびＦＤＯＡを推定するための改良された方法」を参照のこと。その内容は、ここで引用したことにより、その全体が本願にも含まれるものとする。
【００８１】
改良ＧＳＭ同期化
改良同期化技法を採用すると、ＧＳＭビーコンおよびそれらのそれぞれのＧＰＳ時間へのマッピングに対するシステム感度を高めることができる。この技法を用いる際、Abisモニタ（またはAbis Monitoring System、即ち、ＡＭＳ）を用いると、絶対フレーム番号（ＦＮ）のＧＰＳ時間に対するマッピングを部分的に記述する同期化情報を提供することができる。ＡＭＳが供給するパラメータは、ＲＦＮ（減少フレーム番号、Ｔ１’、Ｔ２、Ｔ３）、即ち、ＧＳＭフレーム番号の部分的記述を収容する。この情報は、ダウンリンク経路を監視しているＬＭＵが直接行った観察および計算と組み合わせることができ、更にタイミング解に集束することができる。ワイヤレス位置検出システムにおけるＡＭＳの使用に関するこれ以上の情報については、２００１年７月１８日に出願された米国特許出願第０９／９０９，２２１号、「ワイヤレス位置検出システムにおける呼情報の監視」を参照のこと。これは、公開第ＵＳ−２００２−００３９９０４−Ａ１として２００２年４月４日に公開され、その内容は、ここで引用したことにより、その全体が本願にも含まれるものとする。
【００８２】
容量／サービス・レベルを高めるための混成ＡＧＰＳ／ＴＤＯＡ／ＡＯＡシステム
多重ベクトルＧＳＭ環境では、多数の位置に基づくサービスが存在し、各々、難しい精度、呼状態、およびレイテンシの要件がある。また、位置検出技術も、実世界のトラフィックおよび負荷要件に対処するように設計しなければならない。  結合ＴＤＯＡ／ＡＧＰＳシステムは、ワイヤレス位置検出システムに対する多数の課題に立ち向かうための理想的なシステムを紹介する。
【００８３】
１．早期の改良した呼ルーティングが必要な場合、ＴＤＯＡが最良である。
２．ユーザが通話中の場合、ＴＤＯＡが最良であり、追加のトラフィック負荷もない。
３．ＭＳがアイドル中または位置がレイテンシの影響を受けない場合、ＡＧＰＳが最良である。
４．システムにかかっている負荷が少ない場合、ＡＧＰＳが最良であり／最も精度が高い。
５．システムにかかっている負荷が多い場合、ＴＤＯＡが最良である。
６．システムが高い精度を要求する場合、ＴＤＯＡおよびＡＧＰＳを組み合わせて用いることができる。
７．旧式の電話機（ＧＰＳ機能がない電話機）が動作中の場合、ＴＤＯＡが最良である。
【００８４】
位置レイテンシ要件、呼状態、およびネットワーク状態に応じて２つの手法（ハンドセットに基づく手法およびネットワークに基づく手法）の間で相互に切り換えることができるので、非常に大きな利点が得られる。加えて、ＡＭＳを用いて呼状態を判定することは、この結合手法の成功には重要である。
【００８５】
結論
本発明の原理、好適な実施形態、および動作モードについて、以上の明細書に明記したが、この明細書から、当業者が記載した技術を実現するためにしかるべくデータ処理を実施できることは、いまや容易に明らかとなるはずである。ここに開示した実施形態は、制限ではなく、本発明を例示するものと解釈してしかるべきである。前述の開示は、当業者に利用可能な均等な構造の範囲を、いかなる見方においても限定することを意図しているのではなく、むしろこれまで想起されなかった方法で均等な構造の範囲を拡大することを意図している。添付した特許請求の範囲に明記されている本発明の範囲および精神から逸脱することなく、前述した例示の実施形態に対して多数の変形や変更が可能である。
【００８６】
したがって、本発明の真の範囲は、ここに開示した、現時点において好適な実施形態には限定されないこととする。例えば、ワイヤレス位置検出システムの現時点における好適な実施形態の前述の開示では、位置測定ユニット（ＬＭＵ）、担当移動位置センタ（ＳＭＬＣ）等のような、説明のための用語を用いており、請求項の範囲の保護範囲を限定するように解釈したり、それ以外で、本システムの発明的態様が開示された特定の方法および装置に限定されることを暗示するように解釈してはならない。更に、当業者には理解されようが、ここに開示した発明的態様は、ＴＯＡおよび／またはＴＤＯＡ技法に基づかない位置検出システムにも適用可能である。例えば、ワイヤレス位置検出システムがＴＤＯＡおよび／またはＦＤＯＡ値を決定するプロセスは、非ＴＤＯＡシステムにも適用することができる。同様に、本発明は、前述のように解釈したＬＭＵおよびその他のサブシステムを採用するシステムに限定されるのではない。ＬＭＵ、ＳＭＬＣ等は、本質的に、プログラム可能なデータの集合、およびここに開示した発明概念を逸脱することなく、種々の形態をなすことができる処理デバイスである。ディジタル信号処理およびその他の処理機能のコストが下がれば、システムの発明的動作を変更することなく、例えば、特定の機能のための処理を、ここに記載した機能要素の１つから、他の機能要素に移転することが可能である。多くの場合、ここに記載した実施態様（即ち、機能要素）の場所は、単に設計者の好みであり、譲歩できない要件ではない。したがって、明示的に限定されている場合を除いて、以下の請求項の保護範囲は、前述の具体的な実施形態に限定されることは意図していないこととする。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の構成要素を、その相互接続経路と共に示す。
【図２】図２は、位置判定処理構成要素の内部接続性を示す。
【図３】図３は、ＧＰＳデータおよびインフラストラクチャ情報を最適に統合し、位置推定値の判定のために行われる主要機能およびそれらの相互作用を示す。
【図１】
2007518979.tif 000016
【図２】
2007518979.tif 000017
【図３】
2007518979.tif 000018
【国際調査報告】
2007518979.tif 000019