(57)【要約】  ユニット１が、入力信号R(t)を受信するアンテナ(10)を持ち、信号R(t)をミックスダウンするためにそれを搬送波生成器(12)からの出力Ｃと乗算する乗算ブロック(11)に与える。信号R(t)は、コード生成器(14)からの入力信号を用いてI(虚)及びQ(実)チャネルから相関データを作り出すため、そのミックスダウンされた信号のシーケンシャルな相関レプリカコードのための相関器(13)のブロックと、コード生成器からの生成器相関器(13)とに与えられる。相関データは、複数の拡散反射を伴う屋内環境での正確な位置測定を提供すべく、コード生成器(13)と搬送波生成器(12)とを共に適切に調整する信号処理ブロック(15)に与えられる。
2007506964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線システムにおける位置決定の方法であって、該方法は、ユニットで受信される信号を前記ユニットでレプリカ信号と相関させ、指数項と第２項とを含む最適化関数を用いて前記相関された信号を処理することを有する方法。
【請求項２】
前記指数項は、Be-αtの形式である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２項は、
【数１】
2007506964.tif 000027
の形式である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記レプリカ信号で積分を達成することを有する請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記最適化関数と視線相関関数とを一組のパラメータでフィットさせることを有する請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
拡散相関出力を視線関数出力に重ね合わせ、前記視線出力に対する知られた値の相関データでフィットさせることを有する請求項５に記載の方法。
【請求項７】
まず、前記受信信号と前記レプリカ信号との相関を達成するためのマルチパス緩和技術を処理することを有する請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記マルチパス緩和技術は、マルチパス推定遅延ロックループ技術を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記マルチパス緩和技術は、最小平均二乗誤差技術を有する、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
デジタルコンピュータの内部メモリに直接ロード可能なコンピュータプログラムプロダクトであって、該プロダクトがコンピュータ上で実行されるとき、請求項１乃至９のいずれか１つ又は複数に記載の方法を実行するソフトウェアコード部分を有するコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項１１】
デジタルコンピュータの内部メモリに直接ロード可能なコンピュータプログラムであって、該プログラムがコンピュータ上で実行されるとき、請求項１乃至９のいずれか１つ又は複数に記載の方法を実行するソフトウェアコード部分を有するコンピュータプログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のコンピュータプログラムに対する電気信号を有することができる担体。
【請求項１３】
請求項１０に記載のコンピュータプログラムプロダクト、請求項１１に記載のコンピュータプログラム又は請求項１２に記載の担体の電子配布。
【請求項１４】
無線システムの位置決定の装置であって、該装置は、ユニットで受信される信号を前記ユニットでレプリカ信号と相関させる手段と、指数項と第２項とを含む最適化関数を用いて前記相関される信号を処理する手段とを有する装置。
【請求項１５】
前記指数項は、Be-αtの形式である、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記第２項は、
【数２】
2007506964.tif 000028
の形式である、請求項１４又は１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記レプリカ信号で積分を達成する手段を有する請求項１４乃至１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
前記最適化関数と視線相関関数とを一組のパラメータでフィットさせる手段を有する請求項１４乃至１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
拡散相関出力を視線関数出力に重ね合わせ、前記視線出力に対する知られた値の相関データでフィットさせる手段を有する請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
まず、前記受信信号と前記レプリカ信号との相関を達成するためのマルチパス緩和技術を処理する手段を有する請求項１４乃至１９のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
前記マルチパス緩和技術は、マルチパス推定遅延ロックループ技術を有する、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記マルチパス緩和技術は、最小平均二乗誤差技術を有する、請求項２０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線システムにおける位置決定の方法及び無線システムにおける位置決定のための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、マルチパス(multi-path)環境における信号の処理の方法を記載する。
【特許文献１】欧州特許公開公報第０  ６５４  ６７７  Ａ号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような方法は、拡散反射(diffuse reflection)の存在により、格別にうまく機能するものではない場合がある。特に、このような成分が非常にたくさんあり、密集している場合、例えば、起伏があり平らでない表面及び散乱物を含む屋内環境で発生する場合である。従って、不明確な推定及び不正確な位置決め(positioning)が結果として生じる。
【０００４】
本発明の目的は、拡散マルチパスでの不正確さ(inaccuracy)の回避又は減少である。
【０００５】
本発明の別の目的は、良い位置決め精度を提供することである。
【０００６】
本発明の別の目的は、受信信号から散漫散乱(diffuse scattering)成分を除去することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、無線システムにおける位置決定の方法が提供される。その方法は、ユニットで受信される信号をそのユニットでレプリカ信号と相関させ、その相関された信号を、指数項と第２項とを有する最適化関数で処理することを有する。
【０００８】
このようにして、本発明の方法は、屋内環境における正確な位置測定を提供することができる。
【０００９】
好ましくは、指数項は、Be-αtの形式であり、第２項は：
【数３】
2007506964.tif 000003
の形式である。
【００１０】
その方法は、レプリカ信号で積分を達成し、及び／又は一組のパラメタで最適化関数と視線(Line-of Sight)相関関数とをフィット(fit:適合)させ、及び／又は視線関数の出力に拡散相関出力を重ね合わせ(superposing)、及びその視線出力に対して知られた値の相関データで適合させることを有することができる。
【００１１】
その方法は、最初に、受信信号とレプリカ信号との相関を達成するマルチパス緩和技術(multipath mitigation technique)を行うことを有することができる。
【００１２】
マルチパス緩和技術は、マルチパス推定遅延ロックループ(MEDLL: Multipath Estimating Delay Locks Loop)技術又は最小平均二乗誤差(MMSE: Minimum Mean Square Error)技術を有することができる。
【００１３】
本発明によれば、デジタルコンピュータの内部メモリに直接ロード可能なコンピュータプログラムプロダクトであって、コンピュータ上で実行されるとき、本発明の方法を実行するソフトウェアコード部分を有するコンピュータプログラムプロダクトも提供される。
【００１４】
本発明によれば、デジタルコンピュータの内部メモリに直接ロード可能なコンピュータプログラムであって、コンピュータ上で実行されるとき、本発明の方法を実行するソフトウェアコード部分を有するコンピュータプログラムも提供される。
【００１５】
本発明によれば、本発明を実現するコンピュータプログラムのための電気信号を有することができる担体(carrier)、及び／又は本発明のコンピュータプログラムプロダクト、コンピュータプログラム又は担体の電子配布(electric distribution)も提供される。
【００１６】
本発明によれば、無線システムの位置決定のための装置も提供される。その装置は、ユニットで受信される信号をユニットでレプリカ信号と相関させる手段と、その相関された信号を指数項と第２項とを有する最適化関数で処理する手段とを有する。
【００１７】
本発明は、特にGPS及びGSMネットワークを含む、とりわけ屋内環境での無線システムに適用可能であり、ハードウェア及び／又はソフトウェアで実現されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明がより容易に理解されることができるように、対応する図面を参照し、例示にすぎないものを介して以下に説明が与えられることになる。
【００１９】
図１は、いす３、机４、書棚５及び反射表面、例えば壁６を含む様々な物体(object)を備える部屋２にある、本発明の移動体無線受信機ユニット１を示す。これらの物体は、ユニット１で受信される種類のGPS信号に対して多数の拡散反射を生成するよう共同して動作する。
【００２０】
ユニット１のハードウェアによる実現における部品の詳細が、図２に示される。図２は、入力信号R(t)を受信し、信号R(t)をミックスダウン(mix down)するために搬送波生成器１２からの出力Ｃとの乗算を行う乗算ブロック１１へ信号R(t)を与える(pass)アンテナ１０を持つ。結果の信号は、コード生成器１４からの入力信号を用いてI(虚)及びQ(実)チャネルから相関データ出力を作り出すために、そのミックスダウンされた信号とコード生成器からのレプリカコードとのシーケンシャルな相関を取るための相関器１３のブロックに与えられる。
【００２１】
相関データはそれから、コード生成器１３と搬送波生成器１２とを両方とも適切に調整する信号処理ブロック１５に与えられる。
【００２２】
図３は、本発明による拡散成分を除去する信号処理に関する相関処理における、主なステップのフロー図である。
【００２３】
フロー図のステップ１は、マルチパス信号がある場合の位置決定に対する標準的な信号処理を含む。それは一般的にマルチパス推定遅延ロックループ(MEDLL)法により実現され、欧州特許公開公報第０  ６５４  ６７７  Ａ号に一般的に記載される。
【００２４】
ステップ１は、N個の「三角形」を用いて、それによりマルチパス・パラメタに対する推定をもたらす最適なフィットを与える本方法を用いることを含む：
{a_0,．．．．．a_N}
{t_1,．．．．．t_N }
{q_1,．．．．．q_N }
【００２５】
ステップ２は、MEDLL法より得られるt_0の初期値を用い、Bとαとに対する小さな初期値を組み込み、及び関数
【数４】
2007506964.tif 000004
をレプリカ信号s(t−τ)と相関させることにより標準相関(standard correlation)処理を加える。
【００２６】
相関データを得るだけでなく、受信信号をミックスダウンするための搬送波に関して受信信号r(t)がレプリカコードで乗算されるよう、相関が乗算ブロック１１を用いて行われる。これは、ステップ３においてIチャネル及びQチャネルに対する相関関数データを与える積分器１６により合計される。その相関関数は、信号の位相のため複素(complex)である。
【００２７】
ステップ４において、f(τ)がパラメタ
{a_0、t_0、q_0}
を持つ視線三角形(Line-Of-Sight triangle)で、知られた値
{a_1、...、a_N}
{t_1、...、t_N}
{q_1、...、q_N}
を用いる相関データに対して適合される。ここで、
a0、...、aNは受信信号におけるすべての反射成分の振幅であり、
τ0、...、τNは受信信号におけるすべての反射成分の遅延であり、
q0、...、qNは受信信号におけるすべての反射成分の位相である。
【００２８】
ステップ５は、
B、
α、
a_0、
q_0、
t_0及び
E(平均二乗誤差)
に対する値を探し、全域での(global)最小誤差に到達するまで異なる値を試し、及びすべての得られた値を格納することを含む。
【００２９】
ステップ６は、それぞれの値に対して同じ演算を結合し(integrate)、プロセスを繰り返すためにステップ２へそれらをフィードバックすることを含む。
【００３０】
こうして、式(1)で特徴付けられる関数f(τ)は、相関関数の拡散反射をきれいにする(clean)のに効率的に動作する。
【００３１】
変形例として、相関動作のソフトウェアによる実現は以下を達成するアルゴリズムを組み込む：
・復調された相関データを作り出すために、ローカルコードの標本抽出された値(sampled value)の乗算及び総和とその受信信号とを用いて、ローカルのレプリカコードと受信信号データとの相関を行い；
・N個の三角形が全域での最小誤差を与えるよう、N個の(N amount of)固定幅2*チップ幅の三角形を復調された相関データに適合させることにより、従来の位置測定方法を行い；
・式(1)のf(τ)と段２とを行う。
【００３２】
より詳細には、例えば、マルチパス推定遅延ロックループ(MEDLL)又は最小平均二乗誤差(MMSE)技術などの多数のマルチパス緩和技術に対して、受信相関関数の残りの拡散反射成分をきれいにするため、図３は、本発明による信号処理の追加的な段を表す。
【００３３】
図３に示される方法及びそれに続く説明は共にMEDLL技術を参照するものの、本書に述べられるこの技術の改良は、マルチパス緩和技術の他の形式、その一例を挙げれば、最小平均二乗誤差(MMSE)法と呼ばれる技術に等しく適用可能であることは理解されるべきである。
【００３４】
信号処理における追加的な段は、受信相関関数データから散漫散乱成分の除去を可能にする最尤推定量(MEDLL)又はベイジアン推定量(MMSE)において、クリーニング(cleaning)関数f(τ)を利用する。
【００３５】
本発明は、共にLOS遅延τ0に依存する視線(LOS)相関関数と拡散相関関数との和である新規な相関関数を用いて、最尤推定量の実現における最適化を可能にする。
【００３６】
改良された推定量は、散漫散乱処理の近似を利用する。
【００３７】
現在使用されている従来のMEDLL技術の最尤推定量は：
【数５】
2007506964.tif 000005
で与えられる。ここで、
【数６】
2007506964.tif 000006
であり、P(τn)は、時間τ＝τｎで中心化され、単位量(unit)の高さを持ち、底辺が２チップ幅2TCの三角形であり、
ｎ番目の反射の位相θｎと、
ｎ番目の振幅ａｎと、
ｎ番目の遅延τｎとを備える。これらは、相関関数モデルにおけるパラメタである。
【００３８】
項D(τ)は：
【数７】
2007506964.tif 000007
であり、相関関数データを得るため受信機において、レプリカ信号s(t)に相関される受信信号データr(t)から生じる。
【００３９】
こうして、MEDLL法において使用されるマルチパス・パラメタ{a0、...aN、θ0、...θn、τ0、...τＮ}に対する最尤推定量が、推定量Lを最小にするそれらのパラメタ値によって与えられる。
【００４０】
式(1)のf(τ)関数を得ることにおいて、３つの主要因が考えられる。即ち：
i) パスの長さ又は時間が増加するとき、ランダムに散乱した重畳光線(superposed ray)の結合された振幅
ii) パスの長さ又は時間が増加するとき、ランダムに配置された拡散器(diffuser)の個数
iii) パスの長さ又は時間が増加するとき、光線振幅の自由空間減衰(free space decay)。
【００４１】
上述のi)で述べられるランダムに散乱した重畳光線のための形式を得るためには、拡散反射器が均一に分布していると仮定される。なぜなら、ランダムに配置された位置から光線を散乱させていると見られることができるためである。更に、任意の所与のパス長で、すべての光線振幅がおよそ等しく、ランダムな散乱は、個々の受信光線の位相にのみ現れる。
【００４２】
時が経つにつれ、一層長い反射パスの光線が更に散乱されるので、互いに同相にあるいずれかの２つの受信光線の尤度が減少される。こうして、同じパス長の個別の光線の位相は、増加的に発散的になり(divergent)、結果として、個々の光線の振幅は、重畳により互いに打ち消し合うように一層なりやすい。
【００４３】
ランダムな散乱効果の指数的な減衰は、次式により支配される：
【数８】
2007506964.tif 000008
ここで、ｔは、光線の伝搬遅延である。定数ｂはいかに素早くその関数がゼロに収束(tend
to)するかを決定する。一層の再放射がより短い波長で発生するので、波長λは、性質：
【数９】
2007506964.tif 000009
を持つ。
【００４４】
ｂを物理パラメタλに置き換えることが、受信信号のランダムな位相近似に対する次式：
【数１０】
2007506964.tif 000010
を生み出す。ここで、Ａは、送信信号の振幅である。
【００４５】
上述のii)に述べられる時間に関する拡散器の数を決定するためには、各拡散器が空間において均一に分布される点であると仮定される。送信機Ａから受信機Ｂに送信される信号に関するいずれかの固定されたパス長に対して、反射器は、楕円の表面に存在していなければならない。そこで、反射器の数Ｎは、距離ＡＢ分隔てられた焦点を持つ楕円の表面積に比例する。
【００４６】
図４は、固定パス長ｒに対して、拡散器が位置する表面を示す。ここで、光線は、点Ａから点Ｂまで移動する。ｒが増加するにつれ、ＡからＢへのパスは、遭遇する拡散器の数が増加することにより一層偶然性が増す(become haphazard)。
【００４７】
楕円の表面積の分析的な表現は存在するが、数字で評価されなければならない完全な第２種楕円積分を含む。しかしながら、より直観的な式を持つ、表面積に対する近似的な分析的な式が得られることができる。楕円の表面積に対する近似は、極限ｔ→ｃＡＢかつ
【数１１】
2007506964.tif 000011
においても、成立しなければならない。
【００４８】
最短の反射遅延に対する表面積の場合、それは
【数１２】
2007506964.tif 000012
とするときの表面積と同等と見られることができる場合であるが、反射器は、面積が
【数１３】
2007506964.tif 000013
の円柱の表面に存在する。
ここで、ｂは楕円の短軸である。
【００４９】
ｒが光線の反射パス長であるとすると：
【数１４】
2007506964.tif 000014
である。
【００５０】
従って、ｔ→ｃＡＢ→０に対して、反射器の数は：
【数１５】
2007506964.tif 000015
で与えられる。
【００５１】
最長の反射遅延に対する表面積の場合、それはＡＢ→０とするときの表面積と同等と見られることができる場合であるが、反射器は、球面の表面に存在し、それは簡単な式：
【数１６】
2007506964.tif 000016
を持つ。ここで、パス長ｒは、球面の半径の２倍である。
【００５２】
こうして、拡散器の数に対する近似式は時間の関数として：
【数１７】
2007506964.tif 000017
で与えられる。ここで、ｃは光の速度であり、ｔは、受信反射光線がＡからＢまで移動する持続時間であり、ｔＡＢは光線が直接ＡからＢへ移動する時間である。
【００５３】
そこで、時間とともに、それらが存在する表面が円柱から球状へ発達するとき、拡散器の数が増加する。こうして、時間において受信する光線の数、従って受信信号の数が、光線が遭遇する拡散器の数が増加することにより、係数N(t)分増加する。
【００５４】
しかしながら、時が経つにつれ、自由空間における振幅は、上述のiii)で述べられるように、
【数１８】
2007506964.tif 000018
分減衰する。N(t)の効果は、自由空間での伝搬減衰により減じられ、その量は、
【数１９】
2007506964.tif 000019
で与えられる。
【００５５】
i)からiii)の３つの要素、つまりランダムな位相の重畳、拡散器の数、及び自由空間伝搬減衰の効果は、受信信号の拡散成分に対する次の近似式：
【数２０】
2007506964.tif 000020
を生み出すよう結びつく。
【００５６】
これは：
【数２１】
2007506964.tif 000021
と簡略化されることができ、ここで、
【数２２】
2007506964.tif 000022
であり、
【数２３】
2007506964.tif 000023
である。
【００５７】
拡散近似は、受信信号r(t)のバックグラウンド関数と見ることができる。そこでは、線形重畳信号基準(basis)により表される正反射(specular reflection)が重ね合わされることができ、結果としてMEDLL式を次の式：
【数２４】
2007506964.tif 000024
へと変形させる。散漫散乱プロセスがランダムであり、多数の光線を含み、指数的な減衰を示すので、上述の近似は拡散プロセスのよい特徴を提供する。
【００５８】
最尤推定量は、以上における(hereinbefore)式(1)で与えられる。
【００５９】
本発明は、ここでは、相関関数の拡散反射をきれいにする能力と共に、改良された推定量を次式：
【数２５】
2007506964.tif 000025
により与える。ここで、s(t)は、レプリカ信号であり、Bとαは、自由パラメタである。最尤推定量に現れる他のすべてのパラメタは、前述されたものである。
【００６０】
項
【数２６】
2007506964.tif 000026
は、式(１６)で与えられる受信信号の拡散成分に対する近似より得られるものだが、最尤(MEDLL)推定量に対する改善を表す。
【００６１】
図３は、本発明が実現される方法の例を示す。
【００６２】
この方法は、ソフトウェア又は、例えば、無線受信機の信号処理ユニットの一部としてハードウェアのどちらででも実現されることができることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の受信機ユニットの概略図である。
【図２】図１のユニットのハードウェアによる実現を示す図である。
【図３】本発明の方法の信号処理動作のフロー図である。
【図４】拡散器が存在する表面を表す図である。
【図１】
2007506964.tif 000029
【図２】
2007506964.tif 000030
【図３】
2007506964.tif 000031
【図４】
2007506964.tif 000032
【国際調査報告】
2007506964.tif 000033
2007506964.tif 000034
2007506964.tif 000035