(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境内のモバイル通信装置を超音波で位置検出するためのシステムにおいて、
前記環境内に配置された複数の固定式超音波送信器を備え、前記固定式超音波送信器は、前記環境内に配置されるモバイル通信装置に超音波バーストを伝達するよう作動し、更に前記送信器は、非アクティブ及びアクティブにすることができ、アクティブにされたとき、各々が所定のカバレージ領域を有する前記固定式超音波送信器のアクティブクラスターの一部となるように作動し、
前記送信器の各々に接続されたコントローラが設けられ、
前記コントローラは、前記環境内におけるアクティブクラスターの密度を特定して、特定された前記アクティブクラスターの密度に応じてアクティブにされた前記固定式超音波送信器の数を修正することによりアクティブクラスターの密度を調整するように作動することができるものである、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記超音波バーストを使用してモバイル通信装置の位置を検出することにより位置情報を取得し、前記コントローラは、更に前記位置情報に基づいて前記アクティブクラスターの密度を調整するように作動することができる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラは、周期的かつ一時的にアクティブクラスターの密度を減少させて、前記環境内の全てのモバイル通信装置に関する位置サンプルを提供するよう作動する、請求項１又は請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラは、前記アクティブクラスターの密度が減少したとき、前記固定式超音波送信器に対して前記バーストのパルス幅を増大させるように指示する、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
前記固定式超音波送信器は、前記コントローラによって時分割方式で作動される、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記コントローラは、超音波バースト間の時間、アクティブな前記固定式超音波送信器の間のスケジュール設定されたタイムスライシングの数、前記アクティブクラスター内にあるモバイル通信装置の数、及び、該モバイル通信装置の位置更新レート周期のうちの少なくとも１つに関して前記アクティブクラスター密度を特定する、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
前記固定式超音波送信器は調整可能な範囲を有し、該固定式超音波送信器は、アクティブにされたとき、固定式超音波送信器の第１及び第２アクティブクラスターの一部となるように作動することができ、前記コントローラは、前記調整可能な範囲を調整するために、少なくとも前記第１及び第２アクティブクラスターの間で固定式超音波送信器の各々をアクティブにすることにより、アクティブクラスターの密度を調整するように作動する、請求項１〜請求項６までのいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
環境内のモバイル通信装置を超音波で位置検出する方法において、
非アクティブ及びアクティブにすることができ、アクティブにされたとき、前記環境の所定のカバレージ領域内においてモバイル通信装置として機能する固定式超音波送信器のアクティブクラスターの一部となる固定式超音波送信器を前記環境内に準備する段階と、
前記環境内に配置される前記モバイル通信装置に対して、前記固定式超音波送信器から超音波バーストを伝達する段階と、
前記超音波バーストを用いて前記環境内の前記モバイル通信装置の位置を特定する段階と、
前記環境内におけるアクティブクラスターの密度を特定する段階と、
アクティブにされた前記固定式超音波送信器の数を、特定された前記アクティブクラスター密度に応じて修正することにより、前記アクティブクラスター密度を調整する段階と、
を含む方法。
【請求項９】
前記アクティブクラスター密度の調整は、前記モバイル通信装置の位置に応じたものである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
周期的かつ一時的にアクティブクラスターの密度を減少させて、前記環境内の全てのモバイル通信装置に関する位置サンプルを提供する段階を更に含む、請求項８又は請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
アクティブクラスターの密度が減少させられたとき、前記超音波バーストのパルス幅を増大させる段階を更に含む、請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記送信器を時分割方式で作動させる段階を含む、請求項８から請求項１１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記環境内におけるアクティブクラスターの密度の特定は、超音波バーストの間の時間、アクティブにされた固定式超音波送信器の超音波バーストの間のスケジュール設定されたタイムスライシングの数、前記アクティブクラスター内にあるモバイル通信装置の数、及び、該モバイル通信装置の位置更新レート周期のうちの少なくとも１つに関して前記アクティブクラスター密度を特定する段階を含む、請求項８から請求項１２までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記固定式超音波送信器は調整可能な範囲を有し、該固定式超音波送信器は、アクティブにされたとき、固定式超音波送信器の第１及び第２アクティブクラスターの一部となるように作動することができ、前記アクティブクラスター密度を調整する前記段階は、調整可能な範囲を調整するために、少なくとも前記第１及び第２アクティブクラスターの間で固定式超音波送信器の各々をアクティブにする段階を含む、請求項８から請求項１３までのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
超音波受信器は、例えば、無線周波数位置検出システムで使用されているような、飛行時間又は送信器信号の信号強度を測定しかつ三角測量、三辺測量等を使用する従来公知の方法を利用して、１又は２以上の超音波送信器に関するその位置を特定するために用いることができる。例えば、超音波受信器を備えたモバイル装置は、小売店、工場、倉庫、又は他の屋内環境で位置検出することができる。位置が分かっている固定式超音波送信器は、超音波信号をショートバーストで送信することができ、この超音波信号は、超音波受信器の超音波変換器（オーディオマイク）で受信することができる。次に、これらの信号のタイミング又は信号強度測定は、受信器の位置を規定するために用いることができる。特定のモバイル装置のより正確な位置を提示するために、環境内に複数の超音波送信器を分散させることができる。
【０００２】
しかしながら、多数のモバイル装置に環境内でそれらの位置を規定するように試行させて、環境内の全ての送信器と相互通信させることは、別個の送信器信号が相互干渉する可能性があるので同時に行うことができない。その結果、より多くの送信器を追加して超音波位置検出システムをより大きな空間にスケーリングする場合、妥当なレベルでの位置更新（リフレッシュ）レートを維持することが難しくなる。
【０００３】
この問題に対する１つの解決策は、隣接するクラスターが相互に干渉しないように、超音波送信器クラスターにおける送信器の同期タイムスライシングを利用することである。例えば、クラスターの送信器は、超音波バーストを送信し、その後、この送信器から又は他の送信器から後続の超音波バーストが送信される前に、何らかの反射エコーを待って処理することができる。この技術は、干渉問題を解消することができるが、各モバイル装置は、自身の位置を、特定のタイムスライシングでのみ更新することができ、モバイル装置の位置更新レートは不十分となる。例えば、多数の送信器を備える大きな小売スペースにおいて、位置更新レートは、数十秒に低下する可能性がある。
【０００４】
この問題に対する他の解決策は、クラスターの送信器に関して、モバイル装置が識別可能な異なる周波数バーストを使用する。この解決策は、大きな超音波帯域幅を使用することになり、大きな超音波周波数範囲を使用することができる。しかしながら、今日のモバイル装置は、超音波周波数を感知する能力が非常に限られており、典型的には１９−２２ｋＨｚの間である。従って、使用可能な帯域幅を広げる唯一の方法は、モバイル装置の既存のオーディオ回路を交換してより高い周波数で作動するようにすることであるが、これには桁違いな費用がかかる。もしくは、使用可能な周波数は、可聴範囲に至るまで広げることができるが、これはユーザに悪影響を及ぼす。
【０００５】
このスケーリングに関する他の解決策は、そのカバレージ領域に装置が存在しないクラスターを動的に非アクティブにすることである。この手法は、アクティブなクラスターの数が必要以上でない場合に上手く機能する。しかしながら、全てのクラスターのカバレージ領域に少なくとも１つの装置が存在する場合、この手法の利点はない。しかし、この手法は、多くのシナリオに関して正確さが失われないので依然として良好な最初の手法であり、広い範囲にわたるものではない。
【０００６】
スケーリングに関する他の解決策は、アクティブなクラスターの数が許容可能な位置更新レートを得るには多すぎる場合に、受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）ベースのモードに動的に切り換えることである。これは非常に信頼性のある手法であるが、必要以上の正確性との引き換えになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の問題点を解消しながら、屋内環境においてモバイル装置に対して良好な位置更新レートを提供する技術に対するニーズがある。さらに、本発明の他の望ましい特徴及び特性は、添付図面及び前述の背景技術と併せて、以下の詳細な説明及び添付の請求項から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下の詳細な説明と共に、各図にわたって同じ参照番号が同一の又は機能的に類似の要素を参照するようにした添付図面は、本明細書に組み込まれてその一部を構成し、さらに請求項に係る発明を含む概念の実施形態を詳細に例示する役割を果たし、さらにこれらの実施形態の種々の原理及び利点を説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一部の実施形態による、超音波位置検出システムの簡略化されたブロック図である。
【図２】本発明の一部の実施形態による、送信器を備えた屋内環境の上面図である。
【図３】本発明の一部の実施形態による、位置更新レート改善のグラフ表示である。
【図４】本発明の一部の実施形態による、方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
当業者であれば、各図面中の要素は、簡略化及び明瞭化のために例示されており、必ずしも縮尺通りでないことを理解できるはずである。例えば、各図面中の各要素のうちの一部の寸法は、他の要素に比べて拡大されており、本発明の実施形態の理解を助けるようになっている。
【００１１】
装置及び方法の構成要素は、必要に応じて図面中に従来式の記号で表されており、本発明の実施形態の理解に関連するこれらの具体的詳細のみを示し、詳細内容の開示を不明瞭にするものではなく、本明細書の恩恵を得る当業者であれば容易に理解できる。
【００１２】
本発明の一部の実施形態によれば、以下に詳細に示すように、不十分な位置更新レートに関する問題を抑制しながら、屋内環境でモバイル装置を位置検出するための改善された技術が記載されている。
【００１３】
位置検出される装置は、いずれも本明細書では通信装置と呼ばれる、セルラー方式無線電話、移動局、移動ユニット、移動ノード、ユーザ機器、加入者機器、加入者局、モバイルコンピュータ、アクセス端末、リモート端末、端末機器、コードレス電話、ゲーム装置、スマートフォン、パソコン、及び携帯端末等の多様なビジネス用及び民生用電子プラットフォームを含むことができる。各装置は、プロセッサを備え、さらにキーパッド、スピーカ、マイクロフォン、オーディオ回路、ディスプレイ、信号プロセッサ、及び他の特徴部に接続することができるが、これらは従来公知であり簡潔のために詳細には説明しない。
【００１４】
種々の要素が、本発明の実施形態の発明概念をサポートするようになっている。当業者であれば、本明細書の図面は、システムの作動に必要な全ての機器を示していないが、本明細書の実施形態の説明に特に関連するこれらのシステムの構成要素及び論理要素だけを示していることを理解できるはずである。例えば、ルーター、コントローラ、サーバー、スイッチ、アクセスポイント／ポート、及び無線クライアントの全ては、別個の通信インタフェース、トランシーバ、メモリ等を含むことができ、全てプロセッサの制御下にある。一般に、プロセッサ、トランシーバ、メモリ、及びインタフェース等の構成要素は、良く知られている。例えば、プロセッシングユニットは、限定されるものではないが、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、メモリ、キャッシュ、特定用途向け集積回路、及び／又は論理回路等の基本構成要素を備えることが知られている。一般に、このような構成要素は、高度な設計用言語又は記述を使用して、コンピュータ命令を使用して、及び／又はメッセージ論理フローチャートを使用して表現されるアルゴリズム及び／又はプロトコルを実装するようになっている。
【００１５】
従って、アルゴリズム、論理フロー、メッセージ／シグナルフロー、及び／又はプロトコル仕様を前提とすると、当業者は、所定の論理を実行する１又は２以上のプロセッサを実装するために利用できる多くの設計及び開発技術を理解する。従って、図示の要素は、本明細書の説明に従って本発明の種々の実施形態を実施するようになったシステムを表す。さらに、当業者であれば、本発明の態様は、種々の物理的構成要素において及びこれを横切って実施できること、及びいずれも必ずしも単一のプロットフォーム実施構成に限定されないことを理解できるはずである。例えば、本発明のメモリ及び制御態様は、前記の任意の装置に実装できるか又はこのような構成要素に分散できる。
【００１６】
図１は、本発明による超音波位置検出システムのブロック図である。圧電スピーカ又は送信器１１６といった複数の超音波トランスポンダーは、環境内に実装することができる。各送信器は、環境内に超音波音（例えば、１４０、１４１）のショートバーストを送信することができる。送信器は、環境の天井に固定しかつ環境のフロアに向かって配向することができ、モバイル通信装置が超音波バーストを受信する限定領域を実現するようになっている。モバイル装置１００は、マイクロフォン１０６等のトランスポンダーで受信した超音波バースト１４０、１４１を、特に、繰り返し間隔でその位置を決定するために超音波送信器１１６からの信号１４０、１４１のタイミングを処理するためのデジタル信号プロセッサ１０２を含むことができる。
【００１７】
マイクロフォン１０６は、信号プロセッサ１０２を含む受信回路に電気信号１０８を供給する。モバイル装置は、一般的な４４．１ｋＨｚのサンプリング周波数を有する既存のオーディオ回路を使用できることが想定されており、これはオーディオ信号を処理するために使用可能周波数上限２２．０５ｋＨｚに関連する、市販オーディオ装置では非常に一般的なサンプリング周波数である。モバイル装置の受信器回路は、例えば、デジタル信号プロセッサ１０２に接続されたアナログ・デジタル・コンバータ１０１を用いて、デジタル領域で実装されることが想定されている。増幅器、デジタルフィルタ等の他の構成要素は図面を簡略化する目的で示されていないことを理解されたい。例えば、マイクロフォン信号１０８は、マイクロフォン１０６に続くオーディオ増幅器で増幅することができる。
【００１８】
また、プロセッサ１０２は、コントローラ１０３、他の装置と無線通信するための無線ローカル領域ネットワークインタフェース１０４、及び通信ネットワーク１２０のコントローラ１３０に接続することができる。各送信器１１０は、自身のコントローラ１１２と、通信ネットワーク１２０のサーバー又はバックエンドコントローラ１３０と無線通信するための無線ローカル領域ネットワークインタフェース１１４とに接続することができる。もしくは、モバイル装置１００及び送信器１１０の一方又は両方は、無線ローカル領域ネットワーク接続（図示のような）又はイーサネット（登録商標）インタフェース接続等の有線インタフェース接続（図示せず）を経由して通信ネットワーク１２０に接続することができる。無線通信ネットワーク１２０は、仮想及び拡張仮想ネットワークを含む、ローカル及び広域無線ネットワーク、有線ネットワーク、又は他のＩＥＥＥ８０２．１１無線通信システムを含むことができる。しかしながら、本発明は、他の無線通信システムにも適用できることも認識されたい。例えば、以下の説明は、本発明の実施形態を実施するよう修正された、ＩＥＥＥの８０２．１１、８０２．１６、又は８０２．２０等の無線技術を利用したＩＥＥＥ８０２．ｘｘ−ベースの１又は２以上の通信ネットワークに適用することができる。このようなネットワークを確立するのに必要なプロトコル及びメッセージングは、従来から知られており、簡略化のためにここでは提示しない。
【００１９】
各超音波送信器１１０のコントローラ１１２は、環境内に配置された通信装置１００に対して、所定時間に超音波バースト１４０、１４１で周波数音を出すスピーカ１１６を備える。所定時間は、バックエンドコントローラ１３０でスケジュール設定して隣接する送信器との間の干渉を避けることができる。換言すると、各送信器は、時間が十分に離れるようにスケジュール設定され、任意の他の送信器がそのバーストを出してその装置で検出されるチャンスを得る前に、その送信器の領域内の任意の装置がこのバーストを受信して位置検出エンジンに報告することができる。一般に、スピーカは、約２ミリ秒の期間でバーストを送信することができ、各バーストは、約２００ミリ秒で分離されて各反射を減衰させるようになっている。各送信器１１０が使用する特定の振幅、周波数、及び後続のバースト間のタイミングは、ネットワーク１２０経由でバックエンドコントローラ１３０のスケジューラによって指示することができる。送信器は、約１９−２２ｋＨｚの周波数帯域にわたる有効出力を有するように構成される。
【００２０】
モバイル装置１００のプロセッサ１０２は、そのマイクロフォン信号１０８で受信した音の周波数及びタイミングを認識するよう作動可能である。音は、約１９−２２ｋＨｚの周波数帯域内の所定の周波数で送信され、既存のモバイル装置プロセッサ１０２は、この周波数領域のバーストを分析して音を検出することができる。１９−２２ｋＨｚの周波数帯域は、環境内のあらゆるユーザがこの音を感知することなく、モバイル装置の既存のオーディオ回路が超音波音を検出できるように選択されている。加えて、１９−２２ｋＨｚの周波数帯域の僅かなオーディオノイズが存在して、超音波音を妨げることが想定されている。
【００２１】
モバイル装置のプロセッサ１０２は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用して、周波数領域内のタイミング及び／又は受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）測定に関するバースト音を識別できることが想定されている。特に、Ｇｏｅｒｔｚｅｌアルゴリズムを使用して、飛行時間測定に使用される受信音のタイミングを検出することができる。実際には、モバイル装置は、２以上の異なる送信器に関するバーストを受信する場合はタイミングを簡単に測定すること及びこのタイミング情報をバックエンドコントローラに提供することができる。バックエンドコントローラ１３０の位置分析エンジンは、各バーストのモバイル装置への飛行時間を求めるために、モバイル装置からタイミング情報を受信して、送信器がバーストを出すように指示された時間を減算することができる。固定式送信器の既知の位置と共に異なる送信器信号のモバイル装置への飛行時間が与えられると、バックエンドコントローラの位置分析エンジンは、例えば、公知の三辺測量技術を利用してモバイル装置の位置を特定することができる。他のシナリオにおいて、モバイル装置は、２以上の異なる送信器に関する受信音の信号強度を測定して、信号強度及びタイミング情報をバックエンドコントローラに提供することができる。次に、バックエンドコントローラは、そのスケジューラが各送信器にそのバーストを送信するように指示した時間を認知しており、各送信器バーストに関するモバイル装置までの距離を特定することができ、ここではより近い送信器がより強い音を生じる。公知の三辺測量技術を使用して、バックエンドコントローラの位置分析エンジンは、モバイル装置の位置を特定することができる。もしくは、モバイル装置は、バーストのモバイル装置への飛行時間を求めるために、バーストがバックエンドコントローラ又は送信器自体から送信された時間を受信して、この時間をモバイル装置がバーストを受信した時間から減算することができる。固定された送信器の既知の位置と共にモバイル装置への異なる送信器信号の飛行時間が与えられると、モバイル装置は、自身の位置を特定することができる。
【００２２】
例えば、装置のハードウェアがより正確な飛行時間測定を行う能力を有する場合、一部のモバイル装置がより正確な／より高い更新レートモードをサポートすると見なすと、バックエンドコントローラは、飛行時間測定のための予め設定された時間で超音波位置検出バーストを送信するように送信器を駆動することができ、さらにモバイル装置は、飛行時間位置検出モードを使用してこれらの位置検出音のタイミングを測定することができる。また、装置のハードウェアが精度の低い信号強度測定（すなわち、受信信号強度指示又はＲＳＳＩ）を行う能力を有する場合、バックエンドコントローラのスケジューラは、信号強度測定のための超音波位置検出バーストを送信するように送信器を駆動することができ、さらに装置は、信号強度位置検出モードを使用して、これらの位置検出音の信号強度を測定することができる。
【００２３】
本発明は、１９−２２．０５ｋＨｚの制限された超音波周波数帯域内で作動する。精度のために非常に短いパルス持続時間を必要とすると仮定すると、スマートフォンの能力が限られることに起因して、この周波数帯域内で重なり合う前に、少数の異なる高い音圧レベル（ＳＰＬ）の周波数だけを使用することができる。また、モバイル装置で発生する可能性があるドップラー偏移に起因して、特定の周波数の間に保護周波数帯域を使用する必要があり、結果として、この帯域内で正確に認識できる識別可能な周波数音が制限される。関心のある超音波帯域（１９ｋＨｚから２２．０５ｋＨｚ）において、＋／−１２５Ｈｚ程度のドップラー偏移（非常に早い歩行速度に適合する十分なマージン）のための余地を残す限り４又は５の異なる音だけを識別できる。
【００２４】
各送信器は、限られたカバレージ領域又は領域上でバーストを送信するようになっている。人目に付かずかつ明瞭な信号発信のために、送信器は、環境の天井に付加することができ、各送信器の位置及びカバレージ領域が認知されており、送信器は環境のフロアに向かって下向きバーストを出すように向きを定めて固定され、送信器からのバーストは、環境の制限及び規定されたフロア空間又は領域だけをカバーするように集中させる。
【００２５】
実際には、典型的な小売り環境内の典型的な動作の下での１つの送信器は、約５０フィート平方のカバレージ領域を提供することができる。従って、複数の送信器１１０が屋内環境を完全にカバーするために設けられ、これらの送信器は、約５０フィート平方の格子状で間隔を置いて配置される。この環境に参入してバックエンドコントローラの無線ローカル領域ネットワーク（ＷＬＡＮ）に接続するモバイル装置は、本発明による、本明細書に記載の位置検出技術を実行するソフトウェアアプリケーションを備える。本発明によれば、各超音波送信器は、調整可能で通常よりも大きな音圧レベル（ＳＰＬ）を出すことができる。これは、通常の５０平方フィートの外側のモバイル装置によって検出可能な拡張範囲の信号を提供することができる。例えば、１つの送信器のＳＰＬは、通常よりも９倍だけ大きな１５０フィート平方を上回るカバレージを可能にするのに十分なほど大きくすることができる。
【００２６】
位置検出目的で、バックエンドコントローラは、特定の送信器に対して特定の時間又は周波数でバーストを出すように指令することができる。本発明は、干渉を防止するために、隣接領域の送信器が同じ時間又は周波数で超音波バーストを出さないようにするが、両者の間の干渉が最小限である場合、非隣接領域の送信器は同じ時間又は周波数で超音波バーストを出すことができる。各送信器は、異なる周波数、周波数グループ、バースト継続時間、及びバーストタイミングを使用することができる。モバイル通信装置は、これらの音を受信してタイミング及び／又は信号強度情報を、モバイル装置を位置検出するために使用できる位置検出エンジンを備えたバックエンドコントローラに提供することができる。例えば、モバイル装置は、タイミング、信号強度又はＲＳＳＩ、場合によっては周波数、検出した音に関する情報を、通信ネットワーク１２０上でバックエンドコントローラ１３０に送信することができ、バックエンドコントローラ１３０は、この情報及び公知の送信器位置の間取り図に基づいてモバイル装置の位置を特定することができる。本実施例では、バックエンドコントローラとモバイル装置とのタイミングは同期していると仮定される。
【００２７】
モバイル装置は、その位置の最大可能更新レートの利益を享受する。位置検出時、飛行時間測定を使用しているモバイル装置は、約５００ｍＳ間隔の位置更新レートであることが期待される（３つのサンプルに関して毎秒２回の更新−平均１．５秒）。信号強度測定を使用しているモバイル装置は、３つのサンプルに関して約２秒間隔−平均６秒の位置更新レートであることが期待される。各通信装置は、バックエンドコントローラによってクラスター内でアクティブにされた送信器から送信された超音波位置検出バーストを用いて、バックエンドコントローラが要求する位置検出測定を行う。
【００２８】
本明細書に記載の技術は、飛行時間ベースの超音波位置検出システムに特有のものであるが、同様に無線周波数（ＲＦ）送信器システムに適用することができる。本発明は、典型的な位置検出に必要なレベルをはるかに超えて送信器超音波バースト（例えば、測距パルス）の送信出力レベルを増大させる。その結果、超音波バーストの範囲は、より遠いモバイル装置を正確に位置検出するために適切な信号対雑音比（ＳＮＲ）をもたらすように拡大することができる。
【００２９】
図２は、環境の天井に固定された１６の下方放射式送信器を含む典型的な小売店環境の平面図を例示する。直線状パターンの送信器位置が示されているが、送信器は、例えば、三角形及び六角形を含む任意の不規則な又は規則的なパターンで配置できることを理解されたい。典型的な作動において、各送信器は５０フィートの範囲をカバーする。各送信器の間の干渉を最小限にするために、送信器は、時分割モードで作動すること及び／又は異なる周波数音を利用することができる。
【００３０】
環境内に配置されたモバイル装置は、適切に配置された少なくとも２つ、好ましくは３又は４の送信器に接近する必要がある。例えば、モバイル装置が、隣接する送信器ＡＢＤＥの内部に配置される場合、バックエンドコントローラは、モバイル装置の位置検出目的でこれらの送信器をアクティブにすることになり、すなわち、これら４つの送信器は、アクティブクラスター、つまり小規模クラスター１を形成する。同様に、モバイル装置が送信器ＢＣＥＦの内部に存在する場合、これら４つの送信器は、アクティブな小規模クラスター２を形成し、同様に、ＤＥＧＨは小規模クラスター３、ＥＦＨＩは小規模クラスター４である。環境内により多くのモバイル装置が配置されると、より多くのアクティブクラスターが形成され、各クラスターの間での干渉の可能性が高くなる。
【００３１】
各送信器の間にタイムスライシングを利用すると、干渉の可能性は低くなるが各バースト間の時間が長くなり、結果的に各モバイル装置に関する位置更新期間が長くなる、つまり更新レート周期が長くなる。例えば、全ての小規模クラスター１−４がアクティブである場合、バックエンドコントローラのスケジューラは、各送信器Ａ−Ｉに対して順次的にバーストを出すように指示することができる。アクティブクラスターの密度が高すぎる場合、各送信器が割り当てタイムスライシングを周期的に繰り返す必要があるので、これらの領域のうちの１つのモバイルユニットは、自身の位置を適切な更新レートで更新できない。この場合、バックエンドコントローラは、小規模クラスター１−４を非アクティブにして、４つの送信器ＡＣＧＩだけを使用して、４倍の領域、例えば１００フィートの範囲をカバーする新しいアクティブ２Ｘクラスターにカバレージ領域を拡大するために、送信器ＡＣＧＩに対してＳＰＬを高くするように指示することができる。これにより、モバイル装置は、自身の位置の更新が可能になる前に、従来の９バーストサイクルの代わりに４バーストサイクルを待つだけで十分である。アクティブクラスター密度が依然として高すぎる場合、２Ｘアクティブクラスター内のモバイルユニットは十分な更新レートで自身の位置を更新できず、バックエンドコントローラは、小規模又は２Ｘクラスターを非アクティブにして、９倍の領域、例えば１５０フィート範囲をカバーする新しいアクティブ３Ｘクラスターにカバレージ領域を拡大するために、送信器ＡＪＫＬに対してさらにＳＰＬを高くするように指示することができる。
【００３２】
図３は、本発明によってもたらされる改善を示すグラフである。位置検出のためのモバイル装置からの飛行時間の測定を使用して、更新レート周期が非常に大きくなった場合（つまり、１つの領域に多数のアクティブ送信器クラスターが存在し、結果として更新レート周期が６秒に達する）、コントローラは、小規模クラスターのこれらの送信器を非アクティブにし、大規模クラスター領域の送信器をアクティブにして、一方で、これらの同じ送信器に対してＳＰＬを高くして大規模クラスターに関するカバレージ領域を拡大するように指示する。これにより、位置検出カバレージ領域を拡大することができ（精度の僅かな低下で）、一方で位置更新レートは著しく向上する。例えば、一般に４つの小規模クラスターでカバーされる領域は、送信器のＳＰＬを２倍範囲に高める場合、１つの２Ｘクラスターでカバーすることができ、結果的に４：１の更新レート周期の改善につながるが、位置誤差は約２倍に、すなわち１フィートから２フィートになるだけである。さらに、一般に９の小規模クラスターでカバーされる領域は、送信器のＳＰＬを３倍範囲に高める場合、１つの３Ｘクラスターでカバーすることができ、結果的に９：１の更新レート周期の改善につながるが、位置誤差は約３倍に、すなわち１フィートから３フィートになるだけである。これは、位置誤差が同じ更新レート周期に対して１５フィートに達する場合があるＲＳＳＩ位置検出モード切り換える従来の手法よりも非常に優れている。
【００３３】
随意的に、より広範な領域にある場合、超音波バーストに関してより広いパルス幅を使用するよう、送信器に指示することができる。幅広のパルスにより、より多くのエネルギを伝達することができ、より遠い距離での検出が保証される。これにより、より大きなアクティブクラスター内に配置された全てのモバイル装置を捕捉する可能性が高くなる。
【００３４】
他の選択肢として、アクティブクラスター密度が問題なく、モバイル装置の位置を十分な速度で更新できる場合、本発明は、より大きなクラスター領域を周期的にアクティブにして、より少ない時間オーバーヘッドでもって環境内の装置に関する迅速な位置サンプルを提供することを想定している。例えば、環境全体を囲む非常に大規模なクラスターを形成するために、この環境の各コーナー部の送信器を選択することができる。これらの送信器は、環境内の全てのモバイル装置の位置を捕捉するために、長い残響時間を犠牲にして、最大とはいかなくても非常に高いＳＰＬを出すよう指示することができる。好都合には、本技術は、既存の装置の位置の信頼性を高めるために利用することができ、かつ以前は検出されていない装置でさえも捕捉できる、付加的な位置サンプルを提供する。その結果、個々の位置サンプルの不確実性を低減しながら、装置が環境内を動き回る場合の全体的な位置精度が向上する。
【００３５】
前記の実施形態において、本発明は、アクティブな送信器クラスターの密度に応じて送信器クラスター領域を適応させることができる。アクティブな送信器の密度が高すぎる場合、位置更新レート周期は非常に大きくなる可能性があり、バックエンドコントローラが環境内でのモバイル装置の移動を正確に位置検出して追跡する能力の低下につながる。このことは、バックエンドコントローラのスケジューラが環境内の送信器をアクティブ／非アクティブにして環境内のモバイル装置を適切に処理する必要があるので重要である。モバイル装置の位置が例えば６秒毎に定められる場合、この装置は、既に他の領域に移動している可能性があり、バックエンドコントローラは、間違った送信器／クラスターをアクティブにする場合がある。従って、本発明は、大きなクラスター領域をアクティブにして、位置誤差の増大を最小にしながら更新レートを大きくして位置信頼性を高める。さらに、誤差増大は、移動モバイル装置が過度の位置更新周期の間にカバーすることができる総距離に満たない。
【００３６】
クラスター領域の変更を必要とする、アクティブ送信器の密度が高すぎる場合を判定する閾値は、実験的に求めることができ、以下の１又は２以上に依存しかつこれに対して測定される。すなわち、各アクティブ送信器の間の期間及びスケジュール設定されたタイムスライシング、アクティブ送信器が使用可能な利用可能周波数の数、クラスター内のモバイル装置の数、干渉レベル、及びモバイル装置の更新レート周期である。
【００３７】
図４は、本発明の一部の実施形態による、適応送信器クラスター領域を使用して、環境内のモバイル装置を超音波位置検出する方法を示すフローチャートである。
【００３８】
第１のステップ４００は、環境内に複数の固定式超音波送信器を準備するステップを含み、送信器は、アクティブにされて、送信器アクティブクラスターを提供して、環境の所定カバレージ領域内のモバイル装置にサービスを提供するように作動可能である。
【００３９】
次のステップ４０２は、送信器から、環境内に配置されたモバイル通信装置に対して超音波バーストを送信するステップを含む。
【００４０】
次のステップ４０４は、超音波バーストを使用して環境内のモバイル装置の位置を特定するステップを含む。
【００４１】
次のステップ４０６は、環境内のアクティブクラスターの密度を規定するステップを含む。
【００４２】
次のステップ４０８は、アクティブクラスター密度に応じて各クラスターの領域を適応させるステップを含む。
【００４３】
随意的なステップ４１０は、クラスター領域が増大された場合、バーストのパルス幅を広げるステップを含む。
【００４４】
随意的なステップ４１２は、環境内の全てのモバイル通信装置に対して位置サンプルを提示するために、クラスター領域を周期的かつ一時的に増大させるステップを含む。
【００４５】
好都合には、本発明は、超音波位置検出システムを提供し、ネットワークトラフィックを低減しながら、より改善された位置更新レートのために比較的少しの正確さをトレードする（図３参照）。
【００４６】
前述の説明において、特定の実施形態が記載されている。しかしながら、当業者であれば、以下の請求項に記載の発明の範囲を逸脱することなく種々の変更及び変形が可能であることを理解できる。従って、本明細書及び図面は、限定的ではなく例示的と見なすべきであり、このような全ての変更は、発明の教示の範囲に含まれることが意図されている。
【００４７】
利点、利益、問題の解決策、及び何らかの利点、利益、又は解決策を生じさせるか又は顕著にさせることができる何らかの要素は、請求項の一部又は全ての重要な、必須な、又は実質的な特徴部と解釈されない。本発明は、本出願の係属中に行われる何らかの修正及び関連する全ての均等物を含む請求項によってのみ定義される。
【００４８】
さらに、本明細書では、第１及び第２、上部及び下部等の関連語は、１つの要素又は手段を他の要素又は手段と識別するためだけに用いることができ、必ずしもこのような各要素又は各手段の間の何らかの実際のこのような関連又は順序を必要としないか又は暗示しない。用語「備える」、「備えている」、「有する」、「有している」、「含む」、「含んでいる」、「包含する」、「包含している」、又は他の変形形態は、非排他的な介在物を含むことが意図されており、列挙の要素を備える、有する、含む、包含するプロセス、方法、物品、又は装置は、これらの要素だけを含むのではなく、明示的に列挙されていない又はこのようなプロセス、方法、物品、又は装置に内在する他の要素を含むことができる。「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ…ａ」、「ｈａｓ…ａ」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ…ａ」、「ｃｏｎｔａｉｎｓ…ａ」が先行する要素は、より多くの制約を伴うことなく、その要素を備え、有し、含み又は包含するプロセス、方法、物品又は装置における付加的な同一の要素の存在を除外するものではない。用語「ａ」及び「ａｎ」は、明確に指示されない限り１又は２以上として定義される。用語「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」、「本質的に（ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ）」、「ほぼ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、「約（ａｂｏｕｔ）」又は他の形態は、当業者により理解されるものと同程度に近いものとして定義され、１つの非限定的な実施形態では、この用語は、１０％以内と定義され、別の実施形態では、５％以内と定義され、更に別の実施形態では、１％以内と定義され、そして更に別の実施形態では、０．５％以内と定義される。本明細書で用いる場合、用語「結合（ｃｏｕｐｌｅｄ）」は、「接続（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」と定義されるが、必ずしも直接的ではなくかつ必ずしも機械的ではない。特定の方法で「構成（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ）」された装置又は構造体は、少なくともその方法で構成されるが、列挙されていない方法で構成することもできる。
【００４９】
一部の実施形態は、１又は２以上の汎用又は特殊プロセッサ又は処理装置、例えば、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、カスタマイズされたプロセッサ、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）と、本明細書で説明する方法及び／又は装置の幾つかの、ほとんどの又は全ての機能を、特定の非プロセッサ回路に関連して実施するように１又は２以上のプロセッサを制御する固有の記憶されたプログラムインストラクション（ソフトウェア及びファームウェアの両方を含む）とで構成されることを理解されたい。もしくは、一部の又は全ての機能は、プログラムインストラクションを記憶していない状態マシンにより実施すること、もしくは各機能又は特定の機能の幾つかの組み合わせがカスタムロジックとして実施される１又は２以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）において実施することもできる。勿論、２つの解決策を組み合わせて使用することもできる。
【００５０】
更に、実施形態は、本明細書及び請求の範囲に述べられた方法を遂行するようにコンピュータ（例えば、プロセッサを備えた）をプログラムするためのコンピュータ可読コードが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体として具現化される。このようなコンピュータ可読記憶媒体は、例えば、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光学的記憶装置、磁気記憶装置、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＰＲＯＭ（プログラマブルリードオンリメモリ）、ＥＰＲＯＭ（消去可能なプログラマブルリードオンリメモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリメモリ）及びフラッシュメモリを含むが、これらに限定されない。加えて、当業者であれば、本明細書に開示する概念及び原理により導かれる場合、例えば、利用できる時間、現在の技術、及び経済性の事項によって動機付けされる相当な努力及び多数の設計上の選択肢が考えられるにも関わらず、そのようなソフトウェアインストラクション及びプログラム並びにＩＣを最小限の実験で容易に生成できることが予想される。
【００５１】
読者がこの技術開示の本質を素早く確認できるように要約書が提示される。これは、請求項の範囲又は意味を解釈し又は限定するために利用されるものではないとの理解で提示される。加えて、詳細な説明において、種々の特徴は、開示を簡素化する目的で種々の実施形態に一緒にグループ化されることが明らかであろう。この開示方法は、請求項に記載の実施形態が各請求項に明示された以上の特徴を必要とするという意図を反映するものと解釈されない。むしろ、請求項に反映されるように、発明の主題は、単一の開示された実施形態の全てに満たない特徴にある。従って、各請求項は詳細な範囲に組み込まれ、各請求項は、別々に主張される主題として独立する。
【符号の説明】
【００５２】
１００  モバイル装置
１０４  ＷＬＡＮインタフェース
１０３  コントローラ
１１０  超音波送信器
１１２  コントローラ
１１４  ＷＬＡＮインタフェース
１２０  無線通信ネットワーク
１３０  バックエンドコントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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