(57)【要約】信号を送信する送信機の少なくともイメージのロケーションを決定する装置、システム、方法、および、コンピュータプログラム製品について開示する。間隔が既知の少なくとも３つの受信アンテナにおいて、送信機により送信される信号を受信することにより、少なくとも送信機のイメージのロケーションを決定する。１つの受信アンテナにおける受信と、少なくとも２つの他の受信アンテナにおける受信との時間の差を決定する。次いで、既知の間隔と、決定された受信時間の差とを処理することにより、送信機のロケーションを決定する。
2006514743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を送信する送信機の少なくともイメージのロケーションを決定する装置であって、該装置は、
複数の少なくとも３つのアンテナであって、該複数のアンテナは、それぞれの既知の距離離れており、該信号を受信するように構成されており、該複数のアンテナの各々は、それぞれの時間において該信号を受信する、複数のアンテナと、
該複数のアンテナに結合されたプロセッサであって、該プロセッサは、少なくとも該それぞれの既知の距離と、該それぞれの時間の差とに応答して、該送信機の少なくとも該イメージの該ロケーションを決定するように構成されている、プロセッサとを備える、装置。
【請求項２】
前記装置が、複数のサブネットワークを含む無線通信ネットワークにおける使用を目的として構成された無線通信機器であり、前記送信機の少なくとも前記イメージの前記決定されたロケーションに応答して、該サブネットワーク間のハンドオフを管理するように前記プロセッサがさらに構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記プロセッサに結合されたディスプレイであって、前記送信機の少なくとも前記イメージの前記決定されたロケーションを示す、ディスプレイをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記信号が超広帯域（ＵＷＢ）信号であり、前記複数のアンテナがＵＷＢ信号を受信するように構成されており、前記プロセッサが該ＵＷＢ信号を処理するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記複数のアンテナのうちの少なくとも３つが実質的に一直線上にある、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記複数のアンテナのうちの少なくとも１つの他のアンテナが、実質的に前記直線上にない、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
複数の受信機であって、各受信機は前記複数のアンテナのうちの少なくとも１つを備え、各受信機はＧＰＳ信号を受信するように構成されている、複数の受信機をさらに備え、
該ＧＰＳ信号に応答して、前記プロセッサが前記既知の距離を決定するようにさらに構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
複数の受信機であって、各受信機は前記複数のアンテナのうちの少なくとも１つを備え、各受信機がＧＰＳ時間信号を受信するように構成されていることにより、該受信機の各々におけるローカルタイムベースを同期させる、複数の受信機をさらに備え、
該同期されたローカルタイムベースに参照される前記それぞれの時間に応答して、前記プロセッサが時間差を決定するようにさらに構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記複数の少なくとも３つのアンテナのうちの少なくとも１つが無指向性である、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
信号を送信する送信機の少なくともイメージのロケーションを決定する装置であって、該装置は、
該信号を受信するように構成された第１のアンテナであって、該第１のアンテナは第１の時間において該信号を受信する、第１のアンテナと、
該信号を受信するように構成された第２のアンテナであって、該第２のアンテナは、該第１のアンテナと第１の既知の距離離れており、第２の時間において該信号を受信する、第２のアンテナと、
該信号を受信するように構成された第３のアンテナであって、該第３のアンテナは、該第１のアンテナと第２の既知の距離離れており、第３の時間において該信号を受信する、第３のアンテナと、
該第１のアンテナと、該第２のアンテナと、該第３のアンテナとに結合されたプロセッサであって、該プロセッサは、少なくとも該第１の既知の距離、該第２の既知の距離、ならびに、該第１の時間と該第２の時間および該第３の時間との差に応答して、該送信機の少なくとも該イメージの該ロケーションを決定するように構成されている、プロセッサとを備える、装置。
【請求項１１】
前記装置が、複数のサブネットワークを含む無線通信ネットワークにおける使用を目的として構成された無線通信機器であり、前記送信機の少なくとも前記イメージの前記決定されたロケーションに応答して、該サブネットワーク間のハンドオフを管理するように前記プロセッサがさらに構成されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記プロセッサに結合されたディスプレイであって、前記送信機の少なくとも前記イメージの前記決定されたロケーションを示す、ディスプレイをさらに備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記信号が超広帯域（ＵＷＢ）信号であり、前記第１のアンテナと、前記第２のアンテナと、前記第３のアンテナとがＵＷＢ信号を受信するように構成されており、前記プロセッサが該ＵＷＢ信号を処理するように構成されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１のアンテナと、前記第２のアンテナと、前記第３のアンテナとが、実質的に一直線上にある、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記信号を受信するように構成された第４のアンテナであって、該第４のアンテナは、第４の時間において該信号を受信し、実質的に前記直線上になく、前記アンテナのうちの１つと第３の既知の距離離れている、第４のアンテナをさらに備え、
前記プロセッサが、該第４のアンテナにさらに結合され、該第３の既知の距離、ならびに、該第４の時間と、前記第１の時間、前記第２の時間、および、前記第３の時間のうちの少なくとも１つとの差に応答して、前記送信機の少なくとも前記イメージの前記ロケーションを決定するように構成されている、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１のアンテナと前記プロセッサとを備える第１の受信機であって、該第１の受信機は、ＧＰＳ信号を受信するように構成されている、第１の受信機と、
前記第２のアンテナを備える第２の受信機であって、該第２の受信機は、該ＧＰＳ信号を受信するように構成されている、第２の受信機と、
前記第３のアンテナを備える第３の受信機であって、該第３の受信機は、該ＧＰＳ信号を受信するように構成されている、第３の受信機とをさらに備え、
該ＧＰＳ信号に応答して、前記第１の既知の距離と、前記第２の既知の距離とを決定するように該プロセッサがさらに構成されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１のアンテナと前記プロセッサとを備える第１の受信機であって、該第１の受信機がＧＰＳ時間信号を受信するように構成されていることにより、該第１の受信機の第１のローカルタイムベースを同期させる、第１のアンテナと、
前記第２のアンテナを備える第２の受信機であって、該第２の受信機が該ＧＰＳ時間信号を受信するように構成されていることにより、該第２の受信機の第２のローカルタイムベースを同期させる、第２のアンテナと、
前記第３のアンテナを備える第３の受信機であって、該第３の受信機が該ＧＰＳ時間信号を受信するように構成されていることにより、該第３の受信機の第３のローカルタイムベースを同期させる、第３のアンテナとをさらに備え、
該第１のローカルタイムベースと、該第２のローカルタイムベースと、該第３のローカルタイムベースとにそれぞれ参照される前記第１の時間信号と、前記第２の時間信号と、前記第３の時間信号とに応答して、該プロセッサが時間の差を決定するようにさらに構成されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１のアンテナと、前記第２のアンテナと、前記第３のアンテナとのうちの少なくとも１つが無指向性アンテナである、請求項１０に記載の装置。
【請求項１９】
信号を受信する既知の距離離れた複数の少なくとも３つのアンテナを有する受信機に対する、該信号を送信する送信機の少なくともイメージのロケーションを決定する方法であって、該方法は、
該複数のアンテナのうちの１つにおける該信号の受信と残りのアンテナのうちの少なくとも２つにおける該信号の受信との時間の差を決定する工程と、
該既知の距離と該決定された時間の差とを処理することにより、該送信機の少なくとも該イメージの該ロケーションを決定する工程とを包含する、方法。
【請求項２０】
前記送信機が、複数のサブネットワークを含むネットワーク内のサブネットワークの一部であり、該送信機の少なくとも前記イメージの前記決定されたロケーションに応答して、該サブネットワークと、該複数のサブネットワーク内の他のサブネットワークとの間のハンドオフを管理する工程をさらに包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記送信機の少なくとも前記イメージの前記決定されたロケーションを示す工程をさらに包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記信号が超広帯域（ＵＷＢ）信号であり、前記決定する工程が、前記複数のアンテナにおける該ＵＷＢ信号の受信間の時間の差を決定する工程を包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
ＧＰＳ時間信号を受信することにより、前記受信機のローカルタイムベースを同期させる工程をさらに包含し、前記処理する工程が、該同期されたローカルタイムベースに参照される時間の差を決定する工程を包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
信号を受信する既知の距離離れた複数の少なくとも３つのアンテナを有する受信機に対する、該信号を送信する送信機の少なくともイメージのロケーションを決定するシステムであって、該システムは、
該複数のアンテナのうちの１つにおける該信号の受信と残りのアンテナのうちの少なくとも２つにおける該信号の受信との時間の差を決定する手段と、
該既知の距離と該決定された時間の差とを処理することにより、該送信機の少なくとも該イメージの該ロケーションを決定する手段とを備えた、システム。
【請求項２５】
前記送信機が、複数のサブネットワークを含むネットワーク内のサブネットワークの一部であり、該送信機の少なくとも前記イメージの前記決定されたロケーションに応答して、該サブネットワークと、該複数のサブネットワーク内の他のサブネットワークとの間のハンドオフを管理する手段をさらに備えた、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記送信機の少なくとも前記イメージの前記決定されたロケーションを示す手段をさらに備えた、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２７】
前記信号が超広帯域（ＵＷＢ）信号であり、前記決定する手段が、前記複数のアンテナにおける該ＵＷＢ信号の受信間の時間の差を決定する手段を備えた、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２８】
ＧＰＳ時間信号を受信することにより、前記受信機のローカルタイムベースを同期させる手段をさらに包含し、前記処理する手段が、該同期されたローカルタイムベースに参照される時間の差を決定する手段を備えた、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２９】
信号を受信する既知の間隔離れた複数の少なくとも３つのアンテナを有する受信機に対する、該信号を送信する送信機の少なくともイメージのロケーションを決定する方法を実装する汎用コンピュータを制御するように構成されたソフトウェアを含むコンピュータ読取可能な媒体であって、該方法は、
該複数のアンテナのうちの１つにおける該信号の受信と残りのアンテナのうちの少なくとも２つにおける該信号の受信との時間の差を決定する工程と、
該既知の距離と該決定された時間の差とを処理することにより、該送信機の少なくとも該イメージの該ロケーションを決定する工程とを包含する、コンピュータ読取可能な媒体。
【請求項３０】
前記送信機が、複数のサブネットワークを含むネットワーク内のサブネットワークの一部であり、前記汎用コンピュータにより実装される方法が、該送信機の少なくとも前記イメージの前記決定されたロケーションに応答して、該サブネットワークと、該複数のサブネットワーク内の他のサブネットワークとの間のハンドオフを管理する工程をさらに包含する、請求項２９に記載のコンピュータにより実装される方法。
【請求項３１】
前記信号が超広帯域（ＵＷＢ）信号であり、前記汎用コンピュータにより実装される決定する工程が、前記複数のアンテナにおける該ＵＷＢ信号の受信間の時間の差を決定する工程を包含する、請求項２９に記載のコンピュータにより実装される方法。
【請求項３２】
前記汎用コンピュータにより実装される方法が、ＧＰＳ時間信号を受信することにより、前記受信機のローカルタイムベースを同期させる工程をさらに包含し、該汎用コンピュータによって実装される処理する工程が、該同期されたローカルタイムベースに参照される時間の差を決定する工程を包含する、請求項２９に記載のコンピュータにより実装される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国仮特許出願第６０／４３３，９２０号「ＵＳＩＮＧ  ＭＵＬＴＩＰＬＥ  ＲＥＣＥＩＶＥ  ＡＮＴＥＮＮＡＳ  ＴＯ  ＥＳＴＩＭＡＴＥ  ＰＲＯＰＡＧＡＴＩＯＮ  ＤＩＳＴＡＮＣＥＳ  ＢＥＴＷＥＥＮ  ＴＲＡＮＳＭＩＴＴＥＲＳ  ＡＮＤ  ＲＥＣＥＩＶＥＲＳ  ＩＮ  ＷＩＲＥＬＥＳＳ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ  ＳＹＳＴＥＭＳ」（２００２年１２月１６日出願）、および、米国仮特許出願番号第６０／４５１，５０６号「ＵＳＩＮＧ  ＭＵＬＴＩＰＬＥ  ＲＥＣＥＩＶＥ  ＡＮＴＥＮＮＡＳ  ＴＯ  ＥＳＴＩＭＡＴＥ  ＰＯＳＩＴＩＯＮＳ  ＯＦ  ＩＭＡＧＥＳ  ＯＦ  ＴＲＡＮＳＭＩＴＴＥＲＳ  ＩＮ  Ａ  ＵＷＢ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ」（２００３年３月３日出願）の出願日の利益を主張し、これらの各々を本明細書中に参考として援用する。
【０００２】
本発明は、無線通信システムに関し、より詳しくは、多重アンテナを有する受信機に対する送信機または送信機のイメージのロケーションを決定する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
無線パーソナルエリアネットワークシステム（例えばＰＡＮシステム）などの無線通信システムはますますポピュラーになってきている。ＰＡＮシステムは、アドホックネットワークに基づく。典型的なアドホックネットワークにおいて、ネットワークを構成するノードのグループ内の個々のノードは移動可能である（例えば、ポータブルワイヤレス機器）。ルーティングは、ネットワークレベルにおいて行われ、各ノードに他の全てのノードに関するルーティング情報を維持させる必要がある。ノードは、移動するときに、１つのサブネットワークから別のネットワークへと動的にハンドオフし得る。ハンドオフ管理を効果的かつ効率的にするためには、モバイル端末とサブネットワークとの間隔を正確に測定すること、または、推定することは望ましい。
【０００４】
今日の無線通信システムにおいては、受信信号の強度を測定することにより、送信機と受信機との間隔を推定する。しかしながら、無線チャンネルは信頼性に欠くため、その測定は不正確であり得る。
【０００５】
超広帯域（ＵＷＢ）技術は、現在、レーダーシステムおよびアドホックネットワークに導入されている。ＵＷＢにおいては、広周波数帯域にわたり広がる非常に幅の狭いベースバンドパルスを用いることにより、送信信号のエネルギーをほぼ０Ｈｚ〜数ＧＨｚにわたり非常に薄く広げる。ＵＷＢ信号を生成する方法は周知である。ＵＷＢ技術は、長年、軍事用途に用いられてきた。米国連邦通信委員会（ＦＣＣ）がＵＷＢ技術を組み入れたある種の新たな消費財の販売および事業を許可するという決定を最近発表したため、商用アプリケーションは間もなく可能になるであろう。商用アプリケーションを許可するというＦＣＣの決定における主要な動機は、ＵＷＢ送信には新たな周波数帯域が必要ないということである。これは、適切に設定されている場合には、相互干渉が無視し得る程度で、ＵＷＢ信号は同じ周波数帯域における他のアプリケーションと共存し得るためである。さらに、レーダーシステムにおいてＵＷＢを使用することにより、分解能が改善されると期待されている。
【０００６】
無線アプリケーションにおいて、最近、多重入力・多重出力（ＭＩＭＯ）技術が注目されている。ＭＩＭＯ技術においては、多重送信アンテナおよび／または多重受信アンテナを用いることにより、ダイバーシティ利得、周波数利用効率の向上、および、干渉の抑制がもたらされる。無線システムにおけるマルチパス問題およびマルチユーザー問題を解決するために、ＭＩＭＯ技術はＵＷＢシステムに提案されてきた。例示的なＭＩＭＯシステムは、Ｌ．Ｙａｎｇら著の論文「Ｓｐａｃｅ−Ｔｉｍｅ  Ｃｏｄｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒａｄｉｏ」、２００２  ＩＥＥＥ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅｂａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ（２００２年５月）に記載されている。しかしながら、ＭＩＭＯシステムは、送信機と受信機との間隔の決定に対して上述した無線通信システムと同じ制限を受ける。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
今日においても、より優れた無線ネットワークおよびレーダーシステムが望まれている。それらのシステムを改善する１つの方法は、受信機に対する送信機のロケーションをより正確に決定することである。従って、受信機に対する送信機のロケーションをより正確に決定するためには、上記の制限を受けず、ＵＷＢアプリケーションに適合する方法およびシステムが必要とされる。本発明は、特に、その要求を満たす。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、信号を送信する送信機の少なくともイメージのロケーションを決定する装置、システム、方法、および、コンピュータプログラム製品において実施される。間隔が既知の複数の受信アンテナにおいて、送信機により送信される信号を受信することにより、少なくとも送信機のイメージのロケーションを決定する。複数のアンテナのうちの１つにおける信号の受信と、少なくとも２つの他のアンテナにおける信号の受信との時間の差を決定する。次いで、既知の間隔と決定された受信時間の差とを処理することにより、送信機のロケーションを決定する。
【０００９】
本発明は、以下の詳細な記載を添付の図面とともに読むことにより、最も良く理解される。図面において、類似した要素は同一の数字を有する。複数の類似した要素が存在する場合には、複数の類似した要素に単一の参照番号を割当て得、小文字記号は特定の要素を参照する。要素をまとめて参照する場合、または、特定でない１つまたは複数の要素を参照する場合には、小文字記号を省略し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１１は、例示的な通信システム１００を示す。通信システム１００は、本発明により受信機１０４に対する送信機１０２のロケーション（例えば、間隔（ｄｉｓｔａｎｃｅ）および／または位置（ｐｏｓｉｔｉｏｎ））を決定し得る。そのロケーションは、例えば、送信機１０２と受信機１０４との間の信号伝播距離である。総括すると、送信アンテナ１０６を介して送信機１０２により送信される信号は、多重受信アンテナ１０８ａ〜１０８ｃを介して受信機１０４に受信され、多重受信アンテナは、互いに所定の関係を有する。次いで、多重受信アンテナ１０８ａ〜１０８ｃによる信号の受信時間の差と、受信アンテナ１０８ａ〜１０８ｃ間の所定の間隔とを処理することにより、少なくとも送信機１０２のイメージのロケーションを決定する。受信アンテナ１０８ａ〜１０８ｃが、１つの機器にある場合、または、互いに比較的近くにある場合、中央タイマー（図示していない）は必須のタイミング情報を提供し得る。任意選択で、アンテナが比較的離れている場合には、全地球測位システム（ＧＰＳ）送信機１１０ａ〜１１０ｄを用いることにより、受信機１０４のローカルタイムベースを同期し得、および／または、受信アンテナ１０８ａ〜１０８ｃの間隔をあらかじめ定め得る。以下に通信システム１００の詳細について記載する。
【００１１】
送信機１０２は、アンテナ１０６を介して信号を送信する。以下にさらに詳細に記載するように、信号の反射（例えば、壁による反射）により、送信機は、送信機が物理的に存在するロケーションよりも異なったロケーションにあるようにみえる。それらの見かけのロケーションを送信機のイメージと呼ぶ。例示的な実施形態において、送信機は、超広帯域（ＵＷＢ）パルス信号を送信するＵＷＢ送信機である。ＵＷＢに加えて、本質的には全ての無線通信システムまたはレーダーシステムを用いて、本発明が実施され得ることを意図する。無線通信システムまたはレーダーシステムにおいて、無線通信システムが意図するアプリケーションに適切な時間分解能を提供し得る限り、受信機に対する送信機（または、送信機のイメージ）の間隔または位置を決定することは望ましい。
【００１２】
代替の例示的な実施形態において、送信機１０２は反射体（図示していない）である。例えば、レーダーシステムにおいては、信号は１つの領域に向けられており、その領域内の反射体（例えば、船体または人間）からの反射を取入れることにより、その反射体のロケーションを決定する。反射体が送信源であるかのように、反射体は信号を反射する。従って、反射体は送信機として振舞う。
【００１３】
受信機１０４は、複数の受信アンテナ１０８ａ〜１０８ｃを介して送信機１０２からの信号を受信する。受信アンテナ１０８のうちの１つと、少なくとも２つの他の受信アンテナ１０８との間隔は既知である。その上、受信機は、各アンテナが信号を受信したそれぞれの時間に関連するように構成される。例えば、それぞれの時間を決定するために、プロセッサ１１２により制御される受信機１０４内のタイマー（図示していない）を用い得る。それぞれの時間によって、プロセッサ１１２は個々のアンテナにかんれんする。以下にさらに詳細に記載するように、プロセッサ１１２はそれぞれの時間および既知の間隔を処理することにより、受信機１０４に対する送信機１０２のロケーションを決定する。例示的な実施形態において、受信機１０４はＵＷＢ受信機であり、受信機１０４のアンテナ１０８およびプロセッサ１１２は、ＵＷＢ信号を処理するように構成される。代替の例示的な実施形態において、本質的には全ての無線通信メディアまたはレーダーメディアが用いられ得る。本明細書の記載から、本発明の使用に適する受信機は当業者には分かり得る。
【００１４】
図示した実施形態には、３つの受信アンテナ１０６ａ〜受信アンテナ１０６ｃがあり、実質的に一直線上にある。例示的な実施形態において、受信アンテナは無指向性アンテナである。代替の例示的な実施形態において、１つまたは複数のアンテナは指向性アンテナであり得る。１つの受信アンテナと他の各アンテナとの間隔は既知である。例えば、第１の受信アンテナ、例えば受信アンテナ１０６ａと、残りのアンテナ１０６ｂおよびアンテナ１０６ｃとのそれぞれの間隔は決定され得る。例示的な実施形態において、製造時または配置時に、アンテナ間の間隔を固定する。代替の例示的な実施形態において、各アンテナ間の間隔は、調節し得、または、変化し得るが、送信機のロケーションを決定するために測定を行うときには既知である。
【００１５】
受信機１０４は、複数のアンテナ１０８を有する１つの受信機であり得る。あるいは、受信機１０４は、多重受信機（受信機１０４を３つの部分に分ける破線により示され、すなわち、３つの受信機）であり得る。多重受信機を用いる場合には、各受信機１０４はそれぞれにプロセッサ（プロセッサ１１２を通過する破線によりさらに示される）を含む。望ましくは、送信機のロケーションを決定する前に多重受信機の同期をとる。その上、多重受信機の相互の位置が変化する場合には、受信機間の間隔を決定する前に、多重受信機の同期をとる。
【００１６】
例示的な実施形態において、各受信機は、既知のＧＰＳ送信機１１０ａ〜１１０ｄからのＧＰＳ時間信号を受信するＧＰＳ受信機１１４ａ〜１１４ｃを含み得る。受信機のローカルタイムベースを同期するためにＧＰＳ時間信号を用い得る。その上、適当な分解能を仮定すると、プロセッサは、各受信機により集められるＧＰＳロケーション情報の集合体に基づいて、共通のプロセッサを用いて受信アンテナ間の間隔を決定し得る。
【００１７】
受信機に従来型のディスプレイ１１６を結合し得るが、それにより、ディスプレイ１１６は決定されたロケーション情報（例えば、数値表示またはグラフ表示）を示す。例えば、無線ネットワークにおいて、複数のサブネットワークのロケーション（例えば、間隔および／または方向）は、サブネットワークから受信される送信に基づくが、そのロケーションをユーザーに示すことにより、ユーザーが、ユーザーが移動する方向の特定のサブネットワークを選択できるようにし得る。他の例において、ユーザーに、レーダーシステムにおける受信機に対する反射体のロケーション（例えば、位置）を示し得る。それにより、ユーザーは反射体の位置を特定し得る。
【００１８】
図１２は、受信機１０４に対する送信機１０２のロケーションの決定を目的とし、図１１を参照して記載される例示的な工程のフローチャート２００を示す。
【００１９】
ブロック２０２において、受信機１０４は、送信機１０２により送信される信号を受信する。受信機は、間隔が既知の複数のアンテナ１０８において信号を受信する。上述したように、既知の間隔は、受信機の製造時または配置時に定められ得、または、プロセッサ１１２により決定され得る。その決定は、例えば、内部タイマー（図示していない）に基づき、または、ＧＰＳ送信機１１０からＧＰＳ受信機１１４を介して受信される時間および／またはロケーション情報に基づく。
【００２０】
ブロック２０４において、プロセッサ１１２は、複数のアンテナ１０８により送信される信号の受信時間の差を決定する。信号が受信機１０４のアンテナ１０８において受信されるときに、受信したアンテナ１０８はそれぞれの受信時間に関連する。例えば、プロセッサ１１２は、第１のアンテナにおいて受信した信号と、第２のアンテナおよび第３のアンテナにおいて受信された各信号との時間の差を決定し得る。その上、それらのアンテナと他のアンテナ（例えば、第４のアンテナ）との時間の差をも決定し得る。例示的な実施形態において、その時間は、受信機１０４における同期されたローカルタイムベースに参照される。
【００２１】
ブロック２０６において、プロセッサ１１２はアンテナ間の既知の間隔と、決定された時間の差とを処理することにより、少なくとも送信機のイメージを見出す。１つの受信アンテナと他の２つの受信アンテナとのそれぞれの間隔が既知であり、かつ、各アンテナによる信号の受信時間の差が既知である場合には、少なくとも送信機のイメージの距離を決定し得る。追加のアンテナの使用と、それらのアンテナに関連するそれぞれの時間および距離の処理とにより、イメージの間隔または位置の決定のより優れた分解能が得られ得る。
【００２２】
本明細書に記載されるように、送信機１０２は、実質的に送信アンテナ１０６と同じロケーションにあるものと仮定する。従って、送信アンテナ１０６のロケーションを決定することにより、送信機１０２のロケーションをも決定する。その上、１つの受信機、または、互いに結合された多重受信機を用いる場合には、受信機１０４は、実質的に受信アンテナ１０８と同じロケーションにあるものと仮定する。従って、受信アンテナ１０８に対する送信アンテナ１０６のロケーションを決定することにより、効果的に受信機１０４に対する送信機１０２のロケーションを決定する。本発明を拡張して、送信機１０２および／または受信機１０４およびそれぞれのアンテナ１０６、アンテナ１０８が同じロケーションにない局面を包むことは、当業者には理解され得る。
【００２３】
ブロック２０８において、プロセッサ１１２はネットワークのハンドオフを管理し、または、決定されたロケーションに基づいてロケーション情報を示す（例えば、ディスプレイ１１６を介して示す）。例示的な実施形態においては、決定されたロケーションをネットワーク管理に用いる。そのことについて、以下に図１３を参照しながら記載する。代替の例示的な実施形態において、本発明は、アドホックネットワーク、レーダーシステム、または、実質的に全ての、送信機または送信機イメージと受信機との間隔を決定することが有益であり得るシステムにおいて用いられ得る。
【００２４】
図１３は、本発明の例示的な使用の実例となる図である。図示された実施形態において、モバイル送信機１０２（例えば、自動車における携帯電話）は、第１の受信機１０４ａ（例えば、携帯電話タワー）と通信する。送信機１０２および受信機１０４ａは、ともに第１のサブネットワーク１５０を形成する。送信機１０２が第１の受信機１０４ａから離れて第２の受信機１０４ｂおよび第３の受信機１０４ｃへと移動する場合には、送信機１０２がその他の受信機のうちの１つと新たな接続を構築することにより、新たなサブネットワークを形成することは望ましい。本発明の例示的な実施形態において、第１の受信機１０４ａの各アンテナにおける信号の受信時間に基づいて、第１の受信機１０４ａは送信機１０２のロケーションを決定する。第１の受信機１０４ａに格納される情報に基づいて、第１の受信機１０４ａは、送信機１０２のロケーションが第２の受信機１０４ｂと第３の受信機１０４ｃのどちらに近いかを決定する。第２の受信機１０４ｂがより近くにあると決定されたと仮定すると、送信機１０２と領域内にある各受信機１０４との間の信号の交換を要求するのではなく、第１の受信機１０４ａは第２の受信機１０４ｂ（新たなサブネットワーク１５２を形成する）に通信をハンドオフする。この実施形態と残りの詳細な記載とから、他の様々な実施形態は当業者には理解され得る。
【００２５】
図１４は、本発明の他の例示的な使用の実例となる図である。図示された実施形態において、携帯電話または携帯用コンピュータなどのモバイル無線通信機器１６０ａ〜１６０ｄは、互いに通信し得るために、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）を構築する。各無線通信機器は、第１のアンテナ１０８ａと、第２のアンテナ１０８ｂと、第３のアンテナ１０８ｃとを少なくとも含むアンテナ装置１６２を含み得る。少なくとも１つのアンテナ１０８は送信用に用いられ得、少なくとも３つのアンテナ１０８は受信用に用いられ得る。
【００２６】
例示的な実施形態において、少なくとも１つの通信機器（例えば、通信機器１６０ａ）は、１つまたは複数の残りの通信機器１６０ｂ〜１６０ｄのロケーションを決定し得る。この実施形態により残りの通信機器１６０ｂ〜１６０ｄのロケーションを決定するためには、通信機器１６０ａは複数の受信アンテナ１０８を有する受信機１０４として振舞い、残りの通信機器は送信機１０２として振舞う。例示的な実施形態において、通信機器１６０ａは定期的に残りの通信機器１６０ｂ〜１６０ｄのロケーションをモニターし、その通信機器が移動する方向に最も近い通信機器とＰＡＮを構築する。例えば、通信機器１０６ａは、通信機器１６０ｂを含むＰＡＮ１６４の中にあり得る。通信機器１６０ａが移動するときに、移動する方向に最も近い通信機器、例えば通信機器１６０ｃのロケーションを決定する。次いで、通信機器１６０ａは、通信機器１６０ｃを含む新たなＰＡＮ１６６を構築する。
【００２７】
多重受信アンテナを有する受信機に対する送信機のロケーションを決定するさらなる技術サポートについて、以下にさらに詳しく記載する。無線信号は、送信機Ｔから受信機Ｒへと空気中を伝播する。伝播経路は、図１に示されるように直線であり得、または、図２に示されるように障害物が直線的な伝播を妨げるときに反射され得る。図１において、伝播距離は、送信機Ｔと受信機Ｒとの間隔である。図２において、伝播距離は、ＲとＴ”との間隔である。ここで、Ｔ”は点Ａ”において軸Ｌ２から反射されるＴ’のイメージであり、Ｔ’は点Ａ’において軸Ｌ１から反射される送信機Ｔのイメージである。送信機Ｔと受信機Ｒとの総距離は、Ｔ−Ａ’と、Ａ’−Ａ”と、Ａ”−Ｒとの合計である。この関係は、（１）式により表され得る。
ｄｉｓｔＲ−Ｔ”＝ｄｉｓｔＲ−Ａ”＋ｄｉｓｔＡ”−Ｔ’
＝ｄｉｓｔＲ−Ａ”＋ｄｉｓｔＡ”−Ａ’＋ｄｉｓｔＡ’−Ｔ’      （１）
図３Ａおよび図３Ｂは、受信機Ｒ１、受信機Ｒ２および受信機Ｒ３に対する送信機Ｔ（ｘｔ，ｙｔ）の２つの可能な位置を示す。２つの図の違いは、Ｔ（ｘｔ，ｙｔ）のｙ座標が、図３Ａに示されるようにＲ２より大きいか、それとも図３Ｂに示されるようにＲ２よりも小さいかということにある。適切に座標系を選択することにより、Ｔ（ｘｔ，ｙｔ）が常にＲ２よりも大きい図３Ａに示されるように、項ｘｔおよび項ｙｔを共に正にし得る。
【００２８】
以下に、ＴからＲ１およびＲ３への伝播距離を算出する。図４に示される座標系を選択する。図４において、Ｔ１は送信機であり、Ｒ１およびＲ３は受信機における２つのアンテナである。点Ａは、ｄｉｓｔＴ１−Ａ＝ｄｉｓｔＴ１−Ｒ３となるような点である。中心がアンテナＲ１のロケーションにあり、半径が（２）式により定義される半径ｄ１である、円を描き得る。
ｄ１＝ｄｉｓｔＲ１−Ａ＝ｄｉｓｔＴ１−Ｒ１−ｄｉｓｔＴ１−Ａ      （２）
この問題において、値ｃおよび値ｄ１は既知である。値ｃはＲ１とＲ３との間隔であり、値ｄ１は、送信機と、２つの受信アンテナＲ１および受信アンテナＲ３との間の信号伝播時間の差である。ｄ１≦ｃであることも分かる。Ｔ１とＲ１とＲ３とが一直線上にある場合、または、Ｔ１がｙ軸上にある（ｘｔ＝０）場合には、ｄ１＝ｃである。
【００２９】
その円は（３）式により表され得る。
ｘ２＋ｙ２＝ｄ１２      （３）
直線ｌ１はＲ３（０，ｃ）およびＡ（ｘ１，ｙ１）を通過する。直線ｌ１は（４）式に示されるように表され得る。
【００３０】
【数１】
2006514743.tif 000003
点ＢはＲ３（０，ｃ）とＡ（ｘ１，ｙ１）との中間点である。従って、点Ｂのロケーションは、
【００３１】
【数２】
2006514743.tif 000004
である。
直線ｌ２は点Ｂにおいて直線ｌ１と直交する。したがって、直線ｌ２は（５）式により表され得る。
【００３２】
【数３】
2006514743.tif 000005
直線ｌ３はＲ１（０，０）およびＡ（ｘ１，ｙ１）を通過する。直線ｌ３は（６）式により表され得る。
【００３３】
【数４】
2006514743.tif 000006
点Ｔ１はｌ２とｌ３との交点である。点Ｔ１のロケーションは、（７）式および（８）式から導出され得る。
【００３４】
【数５】
2006514743.tif 000007
（７）式および（８）式の解は（９）式により与えられる。
【００３５】
【数６】
2006514743.tif 000008
ｘ１およびｙ１は、（３）式により記述される円上の全ての値をとり得るために、（９）式における上記の解は一意ではない。このことは図５にも示される。点Ａを円上の点Ａ２へと移動させることにより、Ｔ１はＴ２に移動し、それにより、
ｄｉｓｔＴ１−Ｒ３＝ｄｉｓｔＴ１−Ａ
ｄｉｓｔＴ２−Ｒ３＝ｄｉｓｔＴ２−Ａ２
となる。このことは、Ｔ１からＲ１への伝播とＴ１からＲ３への伝播との差が、Ｔ２からＲ１への伝播とＴ２からＲ３への伝播との差と等しいということを意味し、これは、ＡおよびＡ２が（３）式により記述される同一の円上にあるためである。結果として送信機からＲ１への伝播と送信機からＲ３への伝播との差が等しくなり得る送信機の全ての可能なロケーションを示すようにＴ１とＴ２との間に曲線を描き得る。他の受信アンテナ、例えばＲ２を用いる場合には、結果として送信機からＲ１への伝播と送信機からＲ２への伝播との差が等しくなり得る送信機の全ての可能なロケーションを示す他の曲線を描き得る。次いで、送信機または送信機のイメージの位置がその２つの曲線の交点において見出される。
【００３６】
送信アンテナと受信アンテナとの伝播時間の差を測定するためには、アンテナが明確な時間関係を有することは望ましい。各アンテナが別々に信号を受信するそれぞれの受信機に結合され、残りのアンテナに結合された受信機に信号が受信された時間を伝達する場合には、共通の基準、例えば４つ以上の全地球測位衛星からの信号に各受信機を同期させることは望ましい。その代わりに、信号は、多重アンテナから１つの受信機において受信され得る。この場合において、各アンテナから受信機への信号伝播時間を測定することは望ましく、それにより、様々な信号が様々なアンテナにより受信される時間を正確に推定することができる。
【００３７】
Ｒ２がＲ１とＲ３との間に位置するアンテナである場合のＴからＲ１およびＲ２への信号伝播について、以下に記載する。便宜上、図６にはＲ１およびＲ２のみを示し、その一方で、図５にはＲ１およびＲ３のみを示す。先に示した解析と同様に、図６を参照して、ｃ／２がＲ１とＲ２との間隔であり、ｄ２が送信機と２つの受信アンテナとの信号の伝播時間の差であることが分かる。ｄ２≦ｃ／２であることも分かる。Ｔ１とＲ１とＲ２とが一直線上にある場合、または、Ｔ１がｙ軸上にある（ｘｔ＝０）場合には、ｄ２＝ｃ／２である。
【００３８】
この円は（１０）式により表され得る。
ｘ２＋ｙ２＝ｄ２２      （１０）
直線ｌ１’はＲ２（０，ｃ／２）およびＡ’（ｘ２，ｙ２）を通過する。直線ｌ１’は（１１）式により表され得る。
【００３９】
【数７】
2006514743.tif 000009
点Ｂ’はＲ２（０，ｃ／２）とＡ’（ｘ２，ｙ２）との中間点である。従って、点Ｂ’のロケーションは、
【００４０】
【数８】
2006514743.tif 000010
である。直線ｌ２’は点Ｂ’において直線ｌ１’と直交する。したがって、直線ｌ２’は（１２）式により表され得る。
【００４１】
【数９】
2006514743.tif 000011
直線ｌ３’はＲ１（０，０）およびＡ’（ｘ２，ｙ２）を通過する。直線ｌ３’は（１３）式により表され得る。
【００４２】
【数１０】
2006514743.tif 000012
点Ｔ２はｌ２’とｌ３’との交点である。点Ｔ２のロケーションは、（１４）式から導き出され得る。
【００４３】
【数１１】
2006514743.tif 000013
（１４）式の解は（１５）式により示される。
【００４４】
【数１２】
2006514743.tif 000014
実際は、この系においてＴ１とＴ２とは同一の点であるため、（１６）式に示される関係が成り立つ。
【００４５】
【数１３】
2006514743.tif 000015
（９）式および（１５）式を（１６）式に代入することにより、（１７）式が得られる。
【００４６】
【数１４】
2006514743.tif 000016
（１８）式は（１７）式の第２の式および第３の式から得られる。
【００４７】
【数１５】
2006514743.tif 000017
（１８）式を（１７）式の第２の式に代入することにより、（１９）式が導かれる。
【００４８】
【数１６】
2006514743.tif 000018
（１９）式は（２０）式および（２１）式のようにさらに簡略化され得る。
【００４９】
【数１７】
2006514743.tif 000019
（２２）式に示されるようにｙ１は（２１）式から得られ得る。
【００５０】
【数１８】
2006514743.tif 000020
次いで、（２２）式から（２３）式が得られる。
【００５１】
【数１９】
2006514743.tif 000021
（１７）式の第３の式の左辺に（２３）式を代入することにより、送信機と受信機との距離ｄｉｓｔが得られ、ｄｉｓｔは（２４）式により記述され得る。
【００５２】
【数２０】
2006514743.tif 000022
その距離は３つの既知の値により表される。
・ｃ−−受信アンテナＲ１と受信アンテナＲ３との間隔
・ｄ１−−送信機と受信アンテナＲ１との伝播と、送信機と受信アンテナＲ３との伝播との差
・ｄ２−−送信機と受信アンテナＲ１との伝播と、送信機と受信アンテナＲ２との伝播との差
実際は、ｘＴおよびｙＴは、（３）式および（９）式を用いることにより（２５）式に示されるように算出され得る。
【００５３】
【数２１】
2006514743.tif 000023
軸Ｒ１−Ｒ２−Ｒ３を軸にＴ（ｘＴ，ｙＴ）を回転させるときに、図７に示されるように円が形成される。この円上の点のＲ１、Ｒ２およびＲ３への距離はそれぞれ等しい。従って、この場合には、距離は決定され得るが、送信機Ｔの位置を一意に決定することはできない。
【００５４】
図８は、送信機Ｔの位置を含めたロケーションをより正確に決定する代替の例示的な実施形態の幾何図である。図８は、本発明による４つのアンテナ要素Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４の相対位置を示し、アンテナ要素Ｒ１〜Ｒ４は受信機（図示していない）に結合される。図８に示されるように、アンテナＲ１、Ｒ２およびＲ３は、一直線上にある。従って、一平面上にある。この例において、Ｒ１はＲ３と距離ｃ離れており、Ｒ１とＲ３との間にあるＲ２は、Ｒ１およびＲ３と距離ｃ／２離れている。アンテナＲ４は、アンテナＲ１およびアンテナＲ３と距離ｃ２離れており、アンテナＲ２と距離ｃ１離れている。図８から（２６）式に示される関係を導き出し得る。
ｃ２２＝ｃ１２＋ｃ２／４      （２６）
図９に示されるように、受信アンテナＲ１と、受信アンテナＲ２と、受信アンテナＲ３と、送信機Ｔとが一平面上にあるような座標系を選択する。従って、ｚＴ＝０である。ＴとＲ１との間隔は、（２７）式により定義され得る。
ｄＴ−Ｒ１２＝ｘＴ２＋ｙＴ２＋ｚＴ２      （２７）
＝ｘＴ２＋ｙＴ２
ＴとＲ４との間隔は、（２８）式により定義され得る。
ｄＴ−Ｒ４２＝（ｘＴ−ｘｒ）２＋（ｙＴ−ｙｒ）２＋（ｚＴ−ｚｒ）２      （２８）
＝（ｘＴ−ｘｒ）２＋（ｙＴ−ｃ／２）２＋ｚｒ２
（２９）式に示されるように、（２７）式と（２８）式とから、ｄＴ−Ｒ１とｄＴ−Ｒ４との差Δを導き出し得る。
【００５５】
【数２２】
2006514743.tif 000024
図９において、点Ｒ４’は、Ｒ４のＸ０Ｙ面上へのイメージである。点Ｒ４と点Ｒ４’とＲ２とにより形成される三角形から、（３０）式に示される関係を導き出し得る。
ｘｒ２＋ｙｒ２＝ｃ１２      （３０）
（２９）式と（３０）式とから、（３１）式を導き出し得る。
【００５６】
【数２３】
2006514743.tif 000025
（３１）式の第２の式を（３１）式の第１の式に代入することにより、（３２）式が得られる。
【００５７】
【数２４】
2006514743.tif 000026
（３３）式は、送信機のＸ座標およびＺ座標を表すが、（３２）式から導き出され得る。
【００５８】
【数２５】
2006514743.tif 000027
（３３）式に示される結果は、図１０に示されるように、ｙ軸を軸に座標系を回転させることにより、別の方法で表され得る。ここで、
【００５９】
【数２６】
2006514743.tif 000028
である。従って、（３４）式が成り立つ。
【００６０】
【数２７】
2006514743.tif 000029
（３４）式の第２の式から、
【００６１】
【数２８】
2006514743.tif 000030
であることが分かる。この回転によるＴの新たな座標は、（３５）式に示されるように表され得る。
【００６２】
【数２９】
2006514743.tif 000031
アンテナＲ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４に対する送信機Ｔの位置は、（３５）式を用いて
【００６３】
【数３０】
2006514743.tif 000032
として決定され得る。
【００６４】
本発明は、ＵＷＢ通信システムにおけるＵＷＢ送信機などの送信機の少なくともイメージのロケーションを推定するメカニズムに関する。本発明では、ラインオブサイト（ｌｉｎｅ  ｏｆ  ｓｉｇｈｔ）伝播経路を必要としない。本発明では、受信機から送信する必要はない。ＭＩＭＯシステムにおいては、同一の受信アンテナを使用し得、ロケーション関数の記述を提供するために、非常に限定された追加計算を必要とする。ロケーションアウェアアプリケーション、例えばＵＷＢアドホックネットワークにおいて、ハンドオフ管理のパフォーマンスを改善するために、本発明を用い得る。
【００６５】
本発明の１つまたは複数の要素は、汎用コンピュータで走るソフトウェアにおいて実装され得ることを意図する。この実施形態において、種々の要素の１つまたは複数の機能は、汎用コンピュータを制御するソフトウェアにおいて実装され得る。このソフトウェアは、コンピュータで読取可能なキャリア（例えば、磁気ディスク、光ディスク、メモリーカード、オーディオ周波数キャリア波、無線周波数キャリア波、または光キャリア波）において実施され得る。
【００６６】
さらに、本明細書において、特定の実施形態を参照しながら本発明について説明し、記載したが、本発明は示した詳細に限定されることを意図していない。それどころか、請求項の均等物の範囲または領域内で、本発明からそれることなく、詳細について種々な変更がなされ得る。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】受信機と送信機との相対位置を示す幾何図である。
【図２】受信機と送信機との間隔を推定する際に信号の反射に伴う問題の記載に有用な幾何図である。
【図３Ａ】１つの送信機により送信される信号を受信するために多重受信アンテナを用いる場合における、ロケーションの多義性の記載に有用な幾何図である。
【図３Ｂ】１つの送信機により送信される信号を受信するために多重受信アンテナを用いる場合における、ロケーションの多義性の記載に有用な幾何図である。
【図４】１つの送信機および３つの受信アンテナの相対位置を示す幾何図であり、本発明の例示的な実施形態の実施の記載に有用である。
【図５】１つの送信機および３つの受信アンテナの相対位置を示す幾何図であり、本発明の例示的な実施形態の実施の記載に有用である。
【図６】１つの送信機および３つの受信アンテナの相対位置を示す幾何図であり、本発明の例示的な実施形態の実施の記載に有用である。
【図７】本発明により算出した３つの受信アンテナに対する送信機の可能な位置を示す幾何図である。
【図８】本発明による４つのアンテナを有する受信機に対する送信機の可能な位置を示す幾何図である。
【図９】本発明による４つのアンテナを有する受信機に対する送信機の可能な位置を示す幾何図である。
【図１０】本発明による４つのアンテナを有する受信機に対する送信機の可能な位置を示す幾何図である。
【図１１】本発明によるネットワークのブロック図である。
【図１２】本発明により送信機のロケーションを決定する例示的な工程のフローチャートである。
【図１３】本発明によるサブネットワークを含むネットワークの実例を示したものである。
【図１４】本発明によるパーソナルエリアネットワークシステムの実例を示したものである。
【図１】
2006514743.tif 000033
【図２】
2006514743.tif 000034
2006514743.tif 000035
【図４】
2006514743.tif 000036
【図５】
2006514743.tif 000037
【図６】
2006514743.tif 000038
【図７】
2006514743.tif 000039
【図８】
2006514743.tif 000040
【図９】
2006514743.tif 000041
【図１０】
2006514743.tif 000042
【図１１】
2006514743.tif 000043
【図１２】
2006514743.tif 000044
【図１３】
2006514743.tif 000045
【図１４】
2006514743.tif 000046
【国際調査報告】
2006514743.tif 000047
2006514743.tif 000048
2006514743.tif 000049
2006514743.tif 000050