(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも部分的に変動する情報内容を有する第１信号の特性を受信機において推定する方法であって、前記方法は、
前記第１信号を第１送信機から受信する段階と、
前記第１信号の前記情報内容に関する圧縮データからなる支援データを含む第２信号を、前記第１送信機から離れた第２送信機から受信する段階と、
前記第２信号に応答して予想第３信号を導出する段階であって、前記予想第３信号は、前記第１信号の複製である、前記導出する段階と、
前記第１信号を、前記予想第３信号と相関させて、前記第１信号の特性を推定する段階であって、前記第１信号の特性は、前記第１信号の到達時間および前記第１送信機の識別を含む、前記第１信号の特性を決定する段階と
を備える方法。
【請求項２】
セルラ通信システムで使用されることを特徴とする請求項１記載の第１信号の特性を推定する方法。
【請求項３】
前記第１送信機は、非担当基地局であり、かつ前記第２送信機は、担当基地局であり、前記第２信号は、前記非担当基地局から送信される前記第１信号の前記情報内容に関する情報からなることを特徴とする請求項２記載の第１信号の特性を推定する方法。
【請求項４】
前記セルラ通信システムは、ＧＳＭセルラ通信システムであることを特徴とする請求項３に記載される第１信号の特性を推定する方法。
【請求項５】
前記支援データは、前記第１信号を送信する非担当基地局のフレーム番号であり、かつ前記予想第３信号は、このフレーム番号に応答して導出されることを特徴とする請求項４記載の第１信号の特性を推定する方法。
【請求項６】
前記支援データは、前記担当基地局と、前記第１信号を送信する前記非担当基地局との間のフレーム番号オフセットを含み、かつ前記フレーム番号オフセットは、前記第１信号の予想される到達時間の窓を導出するのに用いられることを特徴とする請求項４記載の第１信号の特性を推定する方法。
【請求項７】
前記第１信号は、ＳＣＨバーストからなることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載される第１信号の特性を推定する方法。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載される方法であってさらに、前記非担当基地局からの送信の前記フレーム番号を追跡する段階を備えることを特徴とする第１信号の特性を推定する方法。
【請求項９】
前記支援データは、前記第１信号を送信する非担当基地局の基地局識別コードであり、かつ前記予想第３信号は、この基地局識別コードに応答して導出されることを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか１項に記載される第１信号の特性を推定する方法。
【請求項１０】
前記請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の第１信号の特性を決定する方法を使用するために動作可能な通信システム。
【請求項１１】
前記請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の第１信号の特性を決定する方法を使用するために動作可能な前記第１送信機または前記第２送信機を備える基地局。
【請求項１２】
前記請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の第１信号の特性を決定する方法を使用するために動作可能な前記受信機を備える加入者装置。
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、信号の特性を推定する方法と装置に関し、詳しくは、セルラ通信システムにおいて送信機の識別（transmitter identity）または信号の到達時間を推定する方法に関する。
【０００１】
（従来の技術）
セルラ通信システムでは、各加入者装置（通常は、移動局または小型携帯端末）は、一般には固定基地局と通信する。加入者装置から基地局への通信はアップリンクといい、基地局から加入者装置への通信はダウンリンクという。システムの全カバーエリア（coverage area）は、独立したいくつかのセルに分割され、各セルは、１つの基地局によって支配的にカバーされる。セルは通常、地理的に異なっており、隣接するセルどうしはカバーエリアが重複する。図１は、セルラ通信システム１００を示す。この通信システムでは、基地局１０１は、無線チャネル１０５を介して、いくつかの加入者装置１０３と通信する。セルラ通信システムでは、基地局１０１は、一定の地理的区域１０７内の利用者をカバーし、一方、他の地理的区域１０９，１１１は、他の基地局１１３，１１５によってカバーされる。
【０００２】
加入者装置が、１つのセルのカバーエリアから、別のセルのカバーエリアへと移動するにつれ、通信リンクは、加入者装置と第１セルの基地局との間の通信リンクから、加入者装置と第２セルの基地局との間の通信リンクに変化する。これをハンドオーバという。詳しくは、セルによっては、他のより大きなセルのカバー領域内に完全に入るものもある。
【０００３】
すべての基地局は、固定網によって相互接続される。この固定網は、通信回線，スイッチ，他の通信網とのインタフェース，および網を運営するために必要な種々のコントローラからなる。加入者装置からの呼は、固定網を介して、当該呼に固有の宛先へと経路設定される。当該呼が同一通信システムの２つの加入者装置間のものである場合には、当該呼は、固定網を介して相手方加入者装置がその時点で所在するセルの基地局に経路設定される。このため、サービスを提供する２つのセル間に、固定網を介して、接続が確立される。また、当該呼が、加入者装置と、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）に接続される電話機との間のものである場合には、当該呼は、担当する（serving）基地局から、セルラ移動体通信システムとＰＳＴＮとのインタフェースへと経路設定される。ついで、ＰＳＴＮによって、当該インタフェースから電話機へと経路設定される。
【０００４】
Global System for Mobile communication（ＧＳＭ）などの通信システムでは、加入者装置と基地局は、加入者装置と基地局間の通信リンクの性能を評価するために、いくつかの測定を実施する。これらの測定は、最良の担当基地局，ハンドオーバの決定，電源制御などを決定するために使用される。このほかにも、いくつかの測定を実施することが提案されており、これらの測定は、他の目的に使用できる受信信号の情報を導出するのに使用できる。特に、基地局から送信された信号について実施された測定結果から、加入者装置の位置決定を実施することが提案されている。
【０００５】
位置を決定する既知の方法は、対象物と、いくつかの固定位置との間の距離を決定する段階からなる。例えば、ＧＳＭ通信システムなどのセルラ無線通信システムでは、加入者装置の位置は、加入者装置から、既知の位置を有するいくつかの固定基地局までの距離を推定することによって決定できる。位置が、３つの位置成分（dimension）で決定されなければならない場合には、加入者装置と、少なくとも３つの基地局との間の距離が決定されなければならない。これを三角測量という。
【０００６】
加入者装置と基地局との間で送信された信号の到達時間から、基地局間の距離を決定することが知られる。例えば、信号がある基地局から加入者装置に送信される場合、到達時間は、伝搬遅延によって左右され、伝搬遅延は、無線信号が移動する（travel）距離に正比例する。送信時間が既知の場合には、相対的な到達時間が算出でき、これは、基地局と加入者装置との間の距離に対応する。通常、加入者装置は、基地局と同期せず、異なる基地局からの信号の到達時間の差によって、位置が決定される。この場合、当該加入者装置は、さらに少なくとも１つの基地局から信号を受信しなければならない。加入者装置から基地局に送信する信号に基づいて、位置決定が行われる場合にも、これと同じ一般的な原則が適用される。
【０００７】
この方法により加入者装置の位置を決定するためには、加入者装置は、受信信号のいくつかの特性を決定する必要がある。特に、加入者装置は、信号の到達時間を決定するとともに、当該信号を送出した基地局の識別も決定できなければならない。
【０００８】
受信信号と、実際の送信信号に関する既知の値とを比較することにより、種々の信号特性を決定することが知られる。例えば、ＧＳＭの加入者装置は、検出すべき信号のローカル複製（local replica）と受信信号との相互相関によって、種々の基地局から送出された信号の到達時間を推定することができる。この情報はすべてのバーストに対して既知であるので、ＧＳＭバーストの訓練系列（training sequence）は、正規バースト，ダミー・バースト（dummy burst）または同期バースト（ＳＣＨ）の如何を問わず、この目的のために使用することができる。
【０００９】
もう１つの例は、ＧＳＭ加入者装置が、送信側の基地局の識別を推定するものである。加入者装置は、それが検出を試みる信号が、同一チャネル干渉源（co-channel interferer）の１つからではなく、ある一定の基地局から発せられることを確認しなければならないので、これは位置決定にとって重要不可欠である。
【００１０】
１つの可能性は、送信された基地局識別コード（ＢＳＩＣ）を使用し、これを所望の基地局の既知のＢＳＩＣと比較して、すべてのＳＣＨを試し、復号することである。あいにく、ＢＳＩＣが創出される放送搬送波（broadcast carrier）（ＢＣＣＨ搬送波）は、周波数再使用率（frequency reuse factor）が高く、隣接する基地局からの信号の強度がかなり低くなり、このために、フレームが誤って復号される可能性もある。ＳＮ比は、到達時間を決定可能にするには十分であるが、ＢＳＩＣを復号するには不十分であることが多く、このため、この方法は極めて非効率的である。
【００１１】
したがって、到達時間および送信機の識別などの信号特性を推定する既知の方法は、非効率的で不正確で信頼度が低く、方法の改良が望ましい。
【００１２】
（発明の概要）
本発明は、到達時間および送信機の識別などの信号特性を推定する既知の方法の不利点を軽減し、かつより正確で信頼度の高い推定を行うことを目指す。
【００１３】
したがって、少なくとも部分的に変動する情報内容を有する信号の特性を推定する方法が提供され、この方法は、信号を受信する段階；当該信号の情報内容に関する圧縮データからなる支援データ（ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ  ｄａｔａ）を既知の方法で受信する段階；当該支援データに応答して、予想信号を導出する段階；および当該予想信号と受信信号の両方に応答して、当該信号の特性を決定する段階からなる。
【００１４】
この特性は、到達時間または送信機の識別のいずれかであることが望ましい。本発明の１つの態様により、当該方法は、ＧＳＭ通信システムで使用され、当該支援データは、フレーム番号，フレーム番号オフセットおよび／または基地局識別コードからなる。
【００１５】
本発明の第２の態様により、上記の方法により信号特性を決定する方法を使用するために動作可能な通信システムが提供される。
【００１６】
本発明の第３の態様により、上記の方法により信号特性を決定する方法を使用するために動作可能な基地局が提供される。
【００１７】
本発明の第４の態様により、上記の方法により信号特性を決定する方法を使用するために動作可能な加入者装置が提供される。
【００１８】
したがって、本発明は、信号特性の推定に支援データを使用することにより、到達時間および送信機識別などの信号特性の決定を改良する。
【００１９】
（好適な実施例の説明）
以下の説明では、ＧＳＭ通信システムと適合性のある実施態様に焦点を当てており、詳しくは、ＧＳＭのハンドセット支援位置設定（handset-assisted location）技術を背景として記載される。しかしながら、本発明がこの用途に限定されないことは明らかであろう。
【００２０】
図２は、本発明の１実施例による方法のフロー図２００を示す。図３は、この方法が適用されるＧＳＭ通信システム３００の一部分の例を示す。
【００２１】
図３に示される実施例では、加入者装置３０１は、位置決定を実施する。このため、加入者装置は、３つ以上の基地局から信号を受信して、これらの基地局から受信された信号の少なくとも１つの到達時間を決定する必要がある。図３に示されるように、担当基地局３０３は、無線通信リンク３０５を介して、加入者装置３０１と通信状態にある。通常、加入者装置３０１と、担当基地局３０３との間には、双方向の情報交換が存在する。
【００２２】
さらに、非担当（non-serving）基地局３０７が放送信号を送出し、これが、通信リンク３０９を介して、加入者装置３０１に達する。加入者装置３０１は、この信号の特性を決定し、ここに記載される実施例では、この特性は、信号の到達時間である。この信号の到達時間は、技術上周知のように、その後、位置決定のために用いられる。通常、加入者装置３０１は、非担当基地局３０７からの信号を検出できるが、データを復調して、復号するのに十分なＳＮ比でこれを受信しないかもしれない。また、通常、加入者装置３０１から非担当基地局３０７へは通信が存在しない。
【００２３】
図２は、ここに記載される本発明の実施例による非担当基地局３０７からの信号の到達時間を決定する方法を示す。段階２０１で、加入者装置３０１は、非担当基地局３０７から信号を受信する。受信信号のサンプルは、その後の処理のために格納される。段階２０３で、加入者装置３０１は、支援データを受信し、これは、特性が決定される対象となる信号のローカル複製を生成できるように加入者装置３０１を支援するデータである。ここに記載される実施例では、この支援データは、担当基地局３０３から受信され、このため、高い信頼度で受信される。この支援データは、特性が導出される対象となる信号に関するものであり、この場合は、非担当基地局３０７から送出された信号に関する。支援データは、非担当基地局３０７から信号を受信する前、後または同時に、受信することができる。非担当基地局３０７から送出された信号は、変動する情報内容を有する部分であって、このため、加入者装置３０１が知らない部分を少なくとも含むことになる。さらに、この信号は、加入者装置３０１が前もって知ることができる予め決められた部分を含むこともある。一例が、ＧＳＭ通信システムにおけるＳＣＨバーストであり、これは、図４に示されるように、３つのスタート・ビット４０１，７８のデータ・ビット４０３，６４の訓練ビット（ｔｒａｉｎｉｎｇ  ｂｉｔ）４０５および３つの終端ビット（ｔｒａｉｌ  ｂｉｔ）４０７からなる。スタート・ビット，訓練ビットおよび終端ビットの値は既知であるが、データ・ビットは既知ではない。ＳＣＨバーストのデータ・ビットの情報内容は、６つの基地局識別ビット（ＢＳＩＣ）と、現在フレーム番号に関する１９のビットとを符号化することによって与えられる。
【００２４】
段階２０５で、予想信号は、支援データに応答して導出される。このため、非担当基地局３０７から送信される信号がＳＣＨバーストである例では、支援データは、加入者装置３０１が、送信されたＳＣＨバーストのローカル複製、したがって、受信信号の予想値を生成可能にする情報からなる。このため、支援データは、変動する情報内容に対応する信号の少なくとも一部分の予想値を完全にまたは部分的に導出できるデータとすることができる。この例では、加入者装置には、いくつかの支援データ、すなわち、所望の基地局（図３に示される例では、非担当基地局３０７）のＳＣＨのフレーム番号（ＦＮ）が与えられる。ＧＳＭにおいてこれを行う１つの方法は、新しいメッセージを定義することであり、これは、担当基地局３０３の放送信号に含めることができる。あるいは、非担当基地局３０７のフレーム番号を渡す代わりに、担当基地局３０３と非担当基地局３０７との間のフレーム・オフセットを、加入者装置３０１に提供することができる。また、加入者装置３０１にはＢＳＩＣ情報が既知でなければ、これが与えられ、このため、加入者装置３０１は、ＳＣＨバースト全体のローカル複製を生成するために必要な全情報を得ることになる。
【００２５】
本発明の１つの実施例では、この情報はさらに、特性が決定されるべき信号を選択するのに用いられる。詳しくは、フレーム・オフセットを加入者装置に与えることによって、この情報は、非担当基地局のＳＣＨバーストがいつ予想されるかを決定することができ、したがって、当該信号の探索を、到達時間前後の窓（window）に限定できる。フレーム・オフセットがさらに、担当基地局と非担当基地局との間のタイム・スロット・オフセットを含む場合には、到達時間の不確実性が大幅に低下し、このため、窓も狭めることができる。
【００２６】
さらに、加入者装置は、フレーム番号を追跡できるので、加入者装置にこれらのデータを渡すことは１回しか行う必要がない。この情報と、既知のＢＳＩＣとを合わせることで、単に通常の訓練系列を使用する代わりに、ＳＣＨバースト全体（１４８ビット）を合成して、これを予想信号のローカル複製として使用できる。
【００２７】
段階２０７で、当該信号の信号特性は、当該信号自体と導出された予想信号とに応答して導出される。
【００２８】
詳しくは、到達時間は、受信信号のサンプルと、導出された予想信号の対応するサンプルとの相互相関によって決定できる。到達時間は、技術上周知のように、格納されたローカル複製と、受信信号のサンプルとの間のタイム・オフセットから求めることができる。
【００２９】
あるいは、当該信号の送信機の識別も、相互相関によって決定することができる。異なる基地局からのバーストの場合は、異なる基地局のＢＳＩＣおよびフレーム番号が異なるので、ＳＣＨバーストは大幅に異なる。このため、１つの基地局からの信号と、異なる第２の基地局に対して導出された予想信号との相関は、第２の基地局からの受信信号との相関の場合よりも大幅に低くなる。したがって、相関の大きさは、受信信号の送信機の識別を示す。
【００３０】
さらに、予想信号と受信信号との相関は、所望の信号と同一チャンネル干渉源とを区別する効果を有する。相関判定を実施できる窓を、訓練系列からバースト全体にまで拡大することも、所望の信号と非所望の信号との識別を向上させる。
【００３１】
本発明は、相関によって特性を決定することに限定されず、比較、または例えば、最小２乗推定アルゴリズム（the least square estimation algorithm）など既知の任意の方法に、本発明の内容を減じない形で、代えることは明白であろう。
【００３２】
ここに記載される実施例では、推定の大幅な向上が実現できるのみならず、同時に、この方法は、送信側基地局の信頼度の高い識別を可能にする。
【００３３】
訓練データにとどまらず完全なＳＣＨバーストを用いるこの特定のケースでは、到達時間の推定の感度が向上することは、信号の到達時間τの最尤推定量（maximum-likelihood estimator）に適用されるCramer-Rao限界によって分かる。信号が加法的白色ガウス雑音（additive white Gaussian noise）を受ける単純なケースでは、Cramer-Rao限界は下式のようになる。
【００３４】
【数１】
0004583608.tif 000002
【００３５】
ここでＥsは信号エネルギー、Noは雑音電力スペクトル密度（noise power spectral density）、β2は信号スペクトルＳ（ω）の第２モーメントであって、下式によって定義される。
【００３６】
【数２】
0004583608.tif 000003
【００３７】
ここでの信号はデジタル通信の場合であるので、信号エネルギーＥs＝ｎＥb（ｎ＝ビット数）の代わりに、ビット当たりエネルギーＥbを使用する方がより適切である。６４ビットの訓練系列を使用する信号は、バースト全体を使用する信号とは異なるので（後者は、ＢＳＩＣおよびフレーム番号に依存する）、このスペクトルの第２モーメントは異なってこよう。これは、厳密に言えば、当てはまるが、両者の違いはそれほどなく、信号が、受信機のＲＦフロントエンドによっていったん低域フィルタリングされたなら、違いははるかに目立たなくなる。このため、一番大きな違いは、２つの信号間のビット数ｎである。そこで、改善度はおおよそ下式のようになる。
【００３８】
【数３】
0004583608.tif 000004
【００３９】
本発明を用いた結果、ここに記載される特定の実施例では、既知の技術を用いた場合よりも、ＳＮ比に対する精度が４ｄＢ向上するか、あるいは、４ｄＢ悪いＳＮ比において、同一の性能を達成できる。
【００４０】
よって、本発明は、信号特性の推定において、支援データを使用することにより、到達時間および送信機識別などの信号特性の決定を改良する。本発明は、到達時間の推定または送信機の識別の推定に限定されず、信号検出，到来角度の決定などを含む多岐にわたる特性の推定に役立つことが明らかである。
【図面の簡単な説明】
本発明の実施態様は、以下の図面を参照して、例としてのみ示される。
【図１】  先行技術によるセルラ通信システムの図である。
【図２】  本発明の１実施例による方法のフロー図である。
【図３】  本発明が適用可能な通信システムの一部分である。
【図４】  ＧＳＭ ＳＣＨバーストのデータ内容である。
【図１】
0004583608.tif 000005
【図２】
0004583608.tif 000006
【図３】
0004583608.tif 000007
【図４】
0004583608.tif 000008