(57)【要約】中継器情報を有する中継された信号に透かしを入れることにより、中継器が存在する領域内の移動局の正確な位置決定を可能とする順方向リンク中継器周波数透かし入れ（ＦＬＲＦＷＭ）システムと方法。中継器は、信号が中継器を通過するときはいつも、（一意的または非一意的な）高速周波数変調波形の透かしで順方向リンク信号に透かしを入れる。移動局は、順方向リンク信号上の高速周波数透かしを検出および／または識別し、ＡＦＬＴおよび／またはＡ−ＧＰＳシステムを用いて位置決定を行う際、ネットワーク位置決定エンティティまたは移動局の位置決定システムを支援する中継器情報を決定する。ここに説明する順方向高速周波数透かし入れシステムは、ＦＬ、ＡＦＬＴ、およびＧＰＳ特性への最小の影響と、良好な検出、識別および誤り検出確率と、検出／識別までの時間が短いことと、良好な検出／識別感度とを達成する。
2006518977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基地局から移動局への順方向リンク信号を増幅するための中継器であって、移動局が周波数トラッキングループを有しており、
基地局から移動局への順方向リンク信号を増幅するための増幅器と、
順方向リンク信号が中継器を通過するとき、順方向リンク信号を識別用高速周波数透かしで周波数変調する高速周波数変調器であって、前記透かしが、前記移動局で周波数トラッキングループが前記透かしを実質的に検出しないような周波数を有している高速周波数変調器とを含む中継器。
【請求項２】
前記透かしが、非周期的波形を含む請求項１に記載の中継器。
【請求項３】
前記非周期的波形が、２Ｔのビット期間を持つＢＰＳＫ−、ＱＰＳＫ−、およびＯＱＰＳＫ−符号化された波形の１つを含み、Ｔが移動局の周波数トラッキングループの時定数より十分短い請求項２に記載の中継器。
【請求項４】
前記非周期的波形が、約５０Ｈｚ以下の振幅を有している請求項３に記載の中継器。
【請求項５】
Ｔが、周波数トラッキングループの時定数の約１／６０より短い請求項３に記載の中継器。
【請求項６】
前記非周期的透かし波形が、ビットの一意的系列を有することにより中継器を一意的に特定する請求項３に記載の中継器。
【請求項７】
前記透かしが、２Ｔの周期を持って実質的に周期的であり、Ｔが移動局の周波数トラッキングループの時定数より十分短い請求項１に記載の中継器。
【請求項８】
Ｔが、周波数トラッキングループの時定数の約１／６０より短い請求項７に記載の中継器。
【請求項９】
高速周波数透かしの振幅が、約５０Ｈｚ以下である請求項７に記載の中継器。
【請求項１０】
前記周期的波形が、周期的矩形波を含む請求項７に記載の中継器。
【請求項１１】
前記周期的矩形波が、約５０Ｈｚ以下の振幅を有する請求項１０に記載の中継器。
【請求項１２】
前記振幅が、約５０Ｈｚである請求項１１に記載の中継器。
【請求項１３】
前記透かし波形が、Ｔの一意的値を持つことによって中継器を特定する請求項７に記載の中継器。
【請求項１４】
複数の順方向リンクパイロット信号を受信するための、かつ、いずれかの前記順方向リンク信号が中継されたかどうかを決定するために高速周波数透かし波形の存在を識別するための移動局であって、
順方向リンク信号を受信するための受信機と、
順方向リンク信号の正確な復調を可能にするための周波数トラッキングループと、
パイロットを検出し、かつ、前記複数の順方向リンクパイロット信号の到着時刻を測定することを含むパイロット位相測定を実施するためのＡＦＬＴ探索器と、
透かしを、もしあれば、検出および識別し、それにより中継された順方向リンク信号を識別するように構成された中継器識別システムであって、中継器を一意的に特定する透かし波形を検索するために、前記中継器識別システムが透かしについて順方向リンク信号を探索し、透かし波形は周波数トラッキングループが実質的に前記透かしを検出しないような周波数を有している、中継器識別システムとを含む移動局。
【請求項１５】
前記中継器識別システムが、
一連のパイロット信号サンプルを累算するための手段と、
前記パイロット信号サンプルから、もしあれば透かし波形を、パイロット信号サンプルの連続和のクロス乗積を計算することによって、検索するための手段と、
前記透かし波形について、もしあれば、一意的に中継器を特定するその周波数を決定するために、周波数相関を実行する手段とを含む請求項１４に記載の移動局。
【請求項１６】
前記中継器識別システムが、ＢＰＳＫ変調された透かし波形を復調するための手段を有する請求項１４に記載の移動局。
【請求項１７】
前記復調手段が整合フィルタベースの復調器を含む請求項１４に記載の移動局。
【請求項１８】
ＧＰＳ信号を受信するためのＧＰＳ受信機をさらに含む請求項１４に記載の移動局。
【請求項１９】
前記中継器識別システムが、前記ＧＰＳ受信機が移動局の正確な位置決定のために十分な数の測定値を生成している場合には、透かしに対する順方向リンク信号の探索を省くための手段をさらに含む請求項１８に記載の移動局。
【請求項２０】
複数のパイロット信号の順方向リンクから移動局に関する位置決定情報を決定するための方法であって、
パイロットを検出し、前記複数のパイロット信号の最も早い到着時刻を測定するために、移動局内でＡＦＬＴ探索を実行することと、
前記ＡＦＬＴ探索の間に検出された第１のパイロット信号を選択することと、
透かし波形は前記移動局内の周波数トラッキングループが透かしを前記移動局で実質的に検出しないような周波数を有しており、中継された信号を特定する高速周波数透かし波形を探索することを含む中継器ＡＦＬＴ探索を前記第１のパイロット信号について実行することにより前記第１のパイロット信号を中継器で選別することと、
複数の他の選択されたパイロット信号に対する実行および中継器による選別の前記ステップを、移動局の位置を決定するために十分な数の、中継器で選別されたパイロット信号が得られるまで、繰り返すことと、
前記ＡＦＬＴ探索で取得したパイロット信号に対してパイロット位相測定値および中継器情報を、前記移動局の位置決定のための移動局位置決定システムおよびネットワーク位置決定エンティティの１つへ提供することとを含む方法。
【請求項２１】
前記中継器情報が、信号が成功裡に中継器で選別されたか否か、もしそうなら、信号が中継されたか否かを識別し、それにより、移動局位置決定システムおよびネットワーク位置決定エンティティ内の前記１つが、移動局の位置を、中継されたパイロット信号からのおよび中継器による選別が成功しなかったパイロット信号からの測定値を除外することにより決定する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記透かし波形から中継器ＩＤを識別することをさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
中継器情報を提供するステップが、パイロット信号が成功裡に中継器で選別されたかどうか、もしそうなら、信号が中継されたか否か、もしそうなら、中継されたと識別されたパイロット信号に対する中継器ＩＤを提供することを含み、それにより、移動局位置決定システムおよびネットワーク位置決定エンティティの前記１つが、中継されたパイロット信号からの測定値を位置計算に含めるかもしれない、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記中継器ＡＦＬＴ探索が、
ＡＦＬＴ探索器からのパイロット信号サンプルを累算することと、
連続したパイロット信号サンプルの和のクロス乗積を計算することにより周波数透かし波形を検索するここと、
前記中継器ＩＤに対応する透かし波形の周波数を決定するために周波数相関を実行することとを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記中継器ＡＦＬＴ探索が、ＢＰＳＫで符号化された高速周波数透かしから前記中継器ＩＤを復号するための整合フィルタベースの復調を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
中継器ＡＦＬＴ探索を実行するステップに先だってＧＰＳ探索を実行することをさらに含む請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
前記ＧＰＳ探索が、移動局の位置を正確に決定するために十分な数の測定値を生成する場合、中継器選別のステップを省く請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
移動局内で、パイロット信号からの中継器情報を、もしあれば、検索するための方法であって、
透かし波形は、前記移動局内の周波数トラッキングループが前記移動局において実質的に透かしを検出しないような周波数を有しており、第１のパイロット信号について移動局内で、前記第１のパイロット信号の順方向リンク上の中継された信号を特定する高速周波数透かし波形を探索することを含む中継器識別探索を実行することと、
位置決定のためのパイロット位相測定値および中継器情報を提供することとを含む方法。
【請求項２９】
前記中継器情報が、信号が成功裡に中継器で選別されたか否か、もしそうなら、信号が中継されたか否かを識別し、それにより、移動局位置決定システムおよびネットワーク位置決定エンティティの前記１つが、移動局の位置を、中継されたパイロット信号からのおよび中継器による選別が成功しなかったパイロット信号からの測定値を除外することにより決定する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記透かし波形から中継器ＩＤを識別することをさらに含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
中継器情報を提供するステップが、パイロット信号が成功裡に中継器で選別されたかどうか、もしそうなら、信号が中継されたか否か、もしそうなら、中継されたと識別されたパイロット信号に対する中継器ＩＤを提供することを含み、それにより、移動局位置決定システムおよびネットワーク位置決定エンティティの前記１つが、中継されたパイロット信号からの測定値を位置計算に含めるかもしれない、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記中継器識別探索が、
パイロット探索器からのパイロット信号サンプルを累算することと、
連続したパイロット信号サンプルの和のクロス乗積を計算することにより周波数透かし波形を検索することと、
前記中継器ＩＤに対応する透かし波形の周波数を決定するために周波数相関を実行することとを含む請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記中継器識別探索が、ＢＰＳＫで符号化された高速周波数透かしを復号するための整合フィルタベースの復調を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
中継器識別探索を実行するステップに先だってＧＰＳ探索を実行することをさらに含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３５】
前記ＧＰＳ探索が移動局の位置を正確に決定するために十分な数の測定値を生成する場合、中継器識別探索のステップを省く請求項３９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
２００３年２月２４日に出願された米国仮出願番号６０／４４９，７７４、名称「ＦＯＲＷＡＲＤ  ＬＩＮＫ  ＲＥＰＥＡＴＥＲ  ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ  ＷＡＴＥＲＭＡＲＫＩＮＧ  ＳＣＨＥＭＥ（順方向リンク中継器周波数すかし入れ方式）」に対する優先権をここに主張する。この仮出願はその全体が引用文献としてここに組み込まれる。
【０００２】
本発明は移動電子機器の位置を決定するために無線信号を利用する位置決定システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
ＧＰＳに基づく既存の位置決定技術は、既知の時刻に信号を送信する地球軌道上の衛星ネットワークを用いる。地上のＧＰＳ受信機は、上空の「見る」ことができる各衛星からの信号の到着時刻を測定する。衛星の正確な位置と、各衛星から信号が送信された正確な時刻および信号の到着時刻は、ＧＰＳ受信機の位置を三角測量するために用いられる。ＧＰＳ受信機は三角測量をするために４個の衛星を必要とし、検出可能な衛星の数が増加するに従って、位置決定性能は増加する。
【０００４】
３個の（あるいはそれより少ない）衛星しか検出できない場合、ＧＰＳベースの位置決定に関して１つの問題が起こる。そのような場合（および他の付随情報がない場合）は、正確にＧＰＳ受信機を定位することはできない。例えば、ＧＰＳ受信機の上空の視野が妨げられている場合（たとえばコンクリートの建物の奥）、受信機の位置を決定するために十分なＧＰＳ測定値を得ることができないかもしれない。
【０００５】
ＧＰＳ受信機に対するＧＰＳ衛星のネットワークと同様に、無線通信受信機（すなわち移動局）に対して、位置決定のために基地局の既存の無線ネットワークを用いることができる。理論的に言えば、移動局の位置を三辺測量するために、各基地局の正確な位置、基地局が送信する正確な時刻、および移動局（たとえば携帯電話）における基地局信号の到着時刻を用いることができる。この手法は高度順方向リンク三辺測量（ＡＦＬＴ）と呼ばれる。
【０００６】
ＡＦＬＴ法は位置決定のために単独で用いられるかもしれない。代替的には、ＧＰＳシステムの性能を高めるために、ＧＰＳ可能な移動局（すなわち、ＧＰＳおよび無線通信用の両受信機を含む装置）において、位置決定のために無線通信基地局の既存のネットワークを「衛星」の補助的ネットワークとして扱うことができる。ＧＰＳアルゴリズムと連結したＡＦＬＴ法はハイブリッド、または補助付きＧＰＳ（Ａ−ＧＰＳ）と呼ばれる。
【０００７】
ＡＦＬＴは、各々が一意的なパイロット信号を放射している複数の無線通信ネットワーク基地局を用いて移動局の位置を決定する方法である。ＡＦＬＴ法は、現状の実施例では、移動局のアクティブ、候補および隣接パイロットセットにあるパイロット信号に関する測定値を取得することを含み、複数の基地局の各々からのパイロット信号のデータ測定値を取得することを含む。各データ測定値は、各パイロット信号に対する最も早い到着時刻推定値を含む。いくつかの実施例において、データ測定値は、ＲＭＳＥ推定値、各到着時刻に対する測定時刻、およびパイロット信号のすべての分離可能な経路に対するエネルギー測定値（たとえばＥｃ／Ｉｏ）をさらに含む。
【０００８】
ＡＦＬＴアルゴリズムで得られたデータ測定値は、移動局の位置決定のために単独で用いられるかもしれない。代替的には、移動局の位置を決定するために１つ以上の代表的ＡＦＬＴ測定値が代表的ＧＰＳ測定値と共に用いられるかもしれない。いくつかの実施例において、移動局は携帯電話を含み、また、この方法はデータを取得する前に携帯電話をセルラ基地局の１つに無線接続することをさらに含む。基地局は、データ測定値を取得するかもしれない領域内のすべてのセルラ基地局の携帯電話にセル探索リストを提供する。ＧＰＳシステムを含んでいる実施例において、基地局はＧＰＳ探索リストも提供することができる。このリストは移動局がＧＰＳ探索を実行するのに必要な時間を短縮し、その結果、決定までの時間を短縮させるために用いることができる。
【０００９】
実際にはＡＦＬＴ（Ａ−ＧＰＳを含む）は位置決定の目的のためにはほとんど成功しないことがわかっている。１つの理由は無線ネットワークで使われる中継器は、パイロット信号の送信点についてあいまいさを引き起こすことである。言い換えれば、移動局は、受信信号がドナー無線基地局（ＢＴＳ）から送信されたか中継器から送信されたかを区別できない。パイロット信号の送信点は未知であるので（たとえば直接ドナーＢＴＳから、あるいは中継器を経由して）、正確な位置決定にはＡＦＬＴ測定を用いることはできない。さらに、中継器には通常数百ナノ秒から数十マイクロ秒の範囲の内部遅延があるだろう。これにより約２４．４ｍ（１００ナノ秒の場合）から約２．４４ｋｍ（１０マイクロ秒の場合）の範囲で決定位置誤差を生ずる可能性がある。
【００１０】
従来の一実施例において、この中継器の問題の解決策は中継器が存在する領域内ではすべてのＡＦＬＴ測定値を除外することである。しかしながら、この解決策は、ＡＦＬＴ位置決定およびＡ‐ＧＰＳのＡＦＬＴ部分を多くの探索で利用されているものから完全に排除する。その結果、位置決定の利用度と成功率が減少し、ＧＰＳ探索ウインドウは長くなり、決定までの時間が長くなる。
【００１１】
米国特許６，５０１，９５５で説明されるように、位置決定を支援するために、逆方向リンク上に署名を導入することが提案されている。残念ながら、ＲＬ署名は位置決定におよぼす中継器の影響を緩和することには限られた効果しか期待できない。移動局が位置決定に順方向リンクからのＡＦＬＴ測定値を用いるからである。移動局へ戻る順方向リンクが、移動局からの逆方向リンクと同じ経路をたどる（すなわち同じ中継器を通る）とは保証されていないため、逆方向リンク署名は位置決定プロセスのための中継器情報を特定するには次善策と考えられる。ＦＬ信号に署名を導入することは、米国特許６，５０１，９５５で説明されているようにすでに提案されているが、実用上の解決策はまだ開発されていない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
中継器情報で中継信号に透かしを入れることにより、中継器が存在する領域において、位置決定を可能とする順方向リンク中継器の周波数透かし入れ（ＦＬＲＦＷＭ）システムおよび方法を開示する。ＦＬＲＦＷＭシステムは、順方向リンク信号が中継器を通過するとき、高速周波数変調波形でこれに透かしを入れる中継器と、高速周波数変調波形を検出し、識別する移動局を含む。高速周波数透かしは、中継器が存在する領域においてＡＦＬＴおよび／またはＡ‐ＧＰＳの位置決定システムを用いて移動局の位置を決定するために用いられるかもしれない中継器情報を含む。中継器情報は、信号が中継されたことを単に示すだけかもしれないし、または、ＦＬ信号が通過した中継器を一意的に特定するかもしれない。透かしは、各ＡＦＬＴ測定値を中継器で選別でき、それによって位置決定に用いることができるように、順方向リンク上に導入される。順方向リンクの高速周波数透かし入れにより、ＦＬ、ＡＦＬＴ並びにＧＰＳ特性への最小の影響、良好な検出、識別並びに誤り検出確率、短時間検出／識別、および良好な検出／識別感度を得る。
【００１３】
基地局から移動局への順方向リンク信号を増幅するための増幅器と、順方向リンク信号が中継器を通過するときに識別用高速周波数透かしで順方向リンク信号を周波数変調する高速周波数変調器とを含む中継器を開示する。高速周波数透かしは、ＡＦＬＴおよびＧＰＳ性能への悪影響を最小にするために、移動局の周波数トラッキングループが実質的に透かしを検出しないような周波数を有する。さらに、高速周波数透かしは、ＦＬ性能への悪影響を最小にするように設計した振幅を有する。
【００１４】
いくつかの実施例において、透かしは２Ｔの周期を持つ実質的に周期的な変調波形によって定義される。波形の半周期Ｔは、移動局の周波数トラッキングループが実質的に透かしを検出しないように、移動局の周波数トラッキングループの時定数より実質的に短い。たとえば、周波数トラッキングループの時定数の約１／６０以下である。いくつかの実施例において、周期的波形は約５０Ｈｚ以下の振幅を持つ矩形波であるかもしれない。いくつかの実施例において、周期的波形は一意的な値Ｔを有することによって中継器を一意的に特定し、その結果、移動体で中継器の識別を可能とする。他の実施例において、すべての中継器が同じＴの周期的波形を有するだろう。その結果、移動体では中継器の検出だけが可能となる。
【００１５】
いくつかの実施例では、透かしは非周期的変調波形、たとえば、ビット期間が２ＴのＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、またはＯＱＰＳＫ符号化波形によって定義される。これらの実施例における波形のビット期間の半分Ｔは、移動局の周波数トラッキングループの時定数より実質的に短く、移動局の周波数トラッキングループは実質的に透かしを検出しない。いくつかの実施例において、非周期的波形は約５０Ｈｚ以下の振幅を有している。いくつかの実施例において、非周期的波形は一意的なビット系列を有することによって中継器を一意的に特定し、その結果、移動体では中継器の識別が可能となる。他の実施例において、すべての中継器が同じビット系列の非周期的波形を有するだろう、その結果、移動体で中継器の検出だけが可能となる。
【００１６】
順方向リンク信号のいずれかが中継されたかどうかを決定するために、複数の順方向リンクパイロット信号を受信し、高速周波数透かし波形の存在を識別する移動局を開示する。移動局は、順方向リンク信号を受信するための受信機、ＦＬ信号の正確な復調を可能にするための周波数トラッキングループ、およびＡＦＬＴ探索器を含む。ＡＦＬＴ探索器は、パイロットを検出し、複数の順方向リンクパイロット信号の到着時刻の測定を含むパイロット位相測定を実行する。また、移動局はＦＬ信号上の透かしを、もしあれば、検出および／または識別するように構成された中継器識別システムを含む。中継器識別システムは、透かし波形の存在について順方向リンク信号を探索することにより、ＦＬ信号上の中継器を検出する。中継器識別システムは、透かし波形の存在について順方向リンク信号を探索し、透かし波形をもしあれば検索し、さらに中継器を一意的に特定する透かし波形の属性を探索することにより順方向リンク信号上の中継器を識別する。周波数トラッキングループは透かし波形が高速周波数であるため、これを実質的に検出しない。
【００１７】
また、移動局の位置決定情報の決定方法も開示する。この方法は、中継器が存在するかもしれない領域内の複数のパイロット信号の順方向リンクから位置決定情報を決定することを含む。この方法は、パイロットを検出し、複数のパイロット信号の最も早い到着時刻を測定するために、移動局でＡＦＬＴ探索を実行することから始める。次に、移動局はＡＦＬＴ探索の間に探索された第１のパイロット信号を選択し、中継器は、第１のパイロット信号について、中継された信号を特定する高速周波数透かし波形の探索を含む中継器ＡＦＬＴ探索を実行することによって、第１のパイロット信号を選別する。透かし波形の周波数は、移動局内の周波数トラッキングループが実質的に移動局で透かしを検出しないような周波数である。この方法は、複数の他のパイロット信号に対して、選択と中継器での選別の段階を繰り返すことにより、移動局の位置決定のための中継器で選別されたパイロット信号を十分な数だけ得られるまで続ける。最後に、ＡＦＬＴ探索で得たパイロット信号に対するパイロット位相測定と中継器情報が、移動局の位置決定システム、または移動局位置決定のためのネットワーク位置決定エンティティのいずれかへ提供される。
【００１８】
中継器探索の間に得られた中継器情報は最小限、パイロット信号が中継器での選別に成功したか否かについて、もしあれば、パイロット信号が中継されたか否かについての情報を含むべきである。一実施例において、この中継器情報はパイロット信号が中継器によって選別に成功したかどうか、成功した場合、信号が中継されたか否かの表示のみを含み、そのため移動局の位置決定システムまたはネットワーク位置決定エンティティは、中継されたパイロット信号と中継器で選別に成功しなかったパイロット信号からの測定値を除外することによって移動局の位置を決定するかもしれない。
【００１９】
他の一実施例において、中継器ＡＦＬＴ探索は、透かし波形がもしあれば、透かし波形から中継器ＩＤを識別する。本実施例において、中継器探索の間に得て、移動局の位置決定システムまたはネットワーク位置決定エンティティに提供される中継器情報は、中継されたと識別された各パイロット信号に対する中継器ＩＤを含む。各パイロット信号は計算位置において中継された信号測定値を用いることができる。
【００２０】
位置決定用にＡ−ＧＰＳが用いられるいくつかの実施例において、中継器ＡＦＬＴ探索の実行前にＧＰＳ探索が実行される。位置決定のために十分なＧＰＳ測定値を得た場合、位置決定までの時間を短縮するために、中継器ＡＦＬＴ探索を省くかもしれない。
【００２１】
この発明のより完全な理解のために、添付図面に示されたような実施例の以下の詳細な説明が参照される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、図面を参照して以下に説明される。図中の同じ番号は同じまたは類似の要素を表す。
用語と頭字語の解説
以下の用語と頭字語が詳細な説明中で用いられる。
ＡＦＬＴ  高度順方向リンク三辺測量。移動局における、基地局（および選択的に他の地上測定値）からの無線信号の到着時刻測定値を利用する測位技術。
【００２３】
ＡＦＬＴ探索器  視界にあるかもしれない各基地局からのパイロット信号の探索を処理する移動局の一部。
Ａ−ＧＰＳ  支援付全地球測位システム。ＧＰＳ疑似距離測定に基づいてはいるが、位置決定を支援するためにＡＦＬＴまたは類似のＢＴＳベースの測位技術を利用した測位技術。
【００２４】
基地局  移動局と交信するユニット。たとえば、基地局は無線基地局（ＢＴＳ）、移動交換局（ＭＳＣ）、移動位置決定センター（ＭＰＣ）、位置決定エンティティ（ＰＤＥ）、およびネットワーク接続に必要な任意の網間接続機能（ＩＷＦ）を含むかもしれない。
【００２５】
ＢＰＳＫ  ２相位相シフトキーイング。
ＢＴＳ  無線基地局。無線通信信号を送信し受信するためのアンテナを含み、移動局と交信するための固定局。
Ｃ／Ａコード  ＧＰＳ衛星から送信され、送信ＧＰＳ衛星を識別し、観測されるＧＰＳ衛星からＧＰＳ受信機までの疑似距離を測定するために用いられる周期的系列。
【００２６】
ＣＤＭＡ  符号分割多元接続。大容量ディジタル無線技術。
ＣＳＭ  セルサイトモデム。無線基地局設備用チップセット。
ＦＬ  順方向リンク。基地局（ＢＴＳ）から移動局（ＭＳ）への伝送。
ＦＴＬ  周波数トラッキングループ。ＦＴＬは、正確な復調を可能にするために受信通信信号の搬送波周波数を追跡する。
【００２７】
ＧＰＳ  全地球測位システム。三次元的な位置決定のためにＧＰＳ衛星までの距離測定値を利用する方法。
ＧＳＭ  広域自動車通信システム。
ＭＳ  移動局。加入者のハンドセットまたは無線端末を説明するために用いる用語。
ＭＳＭ  移動局モデム。
【００２８】
ＰＣＳ  個人通信サービス。１．８−２．０ＧＨｚの範囲で動作する全ディジタルセルラ伝送。
ＰＤＥ  位置決定エンティティ。移動局の位置決定を管理するネットワークエンティティ。
パイロットセット（アクティブ）  現に移動局に割り当てられている順方向トラヒックチャンネルに関連したパイロット信号。これらは、移動局がローカル基地局から受信した最も強いパイロット信号であり、通常、同じパイロット信号のマルチパス信号である。
【００２９】
パイロットセット（候補）  移動局が観測でき、移動局によって測定される時の強度が「無線経由」の与えられたしきい値を超えるすべてのパイロット信号。
パイロットセット（隣接）  現在移動局に送信中の基地局の近くにある基地局から送信され、移動局が受信するかもしれないような、すべてのパイロット信号。
【００３０】
パイロット信号  基地局を特定するローカル基地局から受信した無線信号。
ＰＮ符号  疑似ランダム雑音符号。ＢＴＳから送信され、セル（または、セルセクター）の識別子として用いられる一定の系列であって、拡散用および音声並びにデータ伝送をスクランブルするための系列。ＰＮ符号は、観測されるＢＴＳから移動局までの疑似距離を決定するためにも用いられる。
【００３１】
ＰＰＭ  パイロット位相測定値。ＰＮ符号シフトの測定を含むＡＦＬＴ探索から得たパイロット信号の測定値。
ＰＲＭ  疑似距離測定値。Ｃ／Ａコードシフトの測定を含むＧＰＳ衛星探索からのＧＰＳ衛星信号測定値。
ＱＰＳＫ  ４相位相シフトキーイング。
【００３２】
中継器  ＢＴＳへ、および、からの無線信号を受信し、増幅し、再送信する装置。
ＲＬ  逆方向リンク。移動局（ＭＳ）から基地局（ＢＴＳ）への伝送。
ＲＭＳＥ  二乗平均平方根値。ＲＭＳＥ推定値は、パイロット位相を報告するために用いられる経路の強度に基づく測定値の不確定さを与える。
【００３３】
ＳＮＲ  信号対雑音比。
ＴＲＫ＿ＬＯ＿ＡＤＪ  移動局用の電圧制御、温度補償形水晶発振器（ＶＣＴＣＸＯ）を制御する信号。通常、移動局内のすべてのクロックおよび周波数基準がこの発振器で生成される。
変数表
以下の変数が詳細な説明の中で用いられる。
【００３４】
ｆ  Ｈｚで表した変調波形の周波数。
ｆＡ  Ｈｚで表した変調波形の振幅（大きさ）。
ｆＣ  ＣＤＭＡチップ周波数（＝１．２２８８ＭＨｚ）
ｎ  中継器ＩＤを符号化するために用いる全ビット数。
Ｎ  特定の透かし方式を用いて得られるかもしれない、取りうる中継器ＩＤの総数。
【００３５】
ＮＰＯＳＴ  コヒーレント累算が周波数相関における複素回転の出力上で実行される回数。
ＮＰＲＥ  コヒーレントに累算されるべきＡＦＬＴ探索器からのパイロット信号標本の数。
Ｔ  ＣＤＭＡチップで表した変調波形の半周期。
ＴＣ  ＣＤＭＡチップ周期（＝ｌ／ｆＣ）。
【００３６】
ＴＣＰＤ  ＣＤＭＡチップで表したクロス乗積更新率。
ＴＦＣ  ファームウェアにおける背景作業として、周波数相関アルゴリズムを実行する時間。
ＴＭＡＸ  ＣＤＭＡチップで表した変調波形の最長の半周期。
ＴＭＩＮ  ＣＤＭＡチップで表した変調波形の最短の半周期。
環境
図１は、複数の無線基地局（ＢＴＳ）１０、中継器１６をその上に配置した建物１４、ＧＰＳ衛星１８、およびユーザ２０が保持する移動局２２の全体図である。
【００３７】
ＢＴＳ１０は、移動局との接続のための無線通信ネットワークの一部として利用される基地局の任意の集合体を含む。ＢＴＳは、通常無線電話機のような移動局が無線通信ネットワーク１２を介して別の電話機に接続できるようにする通信サービスを提供する。しかし、ＢＴＳは、他の装置と共に、および／またはハンドヘルドの携帯情報端末（ＰＤＡ）とのインターネット接続のような他の無線通信目的のためとにも利用されるかもしれない。
【００３８】
一実施例において、ＢＴＳ１０はＣＤＭＡ無線通信ネットワークの一部である。しかし、他の実施例では、ＧＳＭネットワークのような他の形式の無線通信ネットワークが用いられるかもしれない。本実施例において、各ＢＴＳは周期的にそのＢＴＳを一意的に特定する擬似ランダム系列を放射する。この擬似ランダム系列は受信機が追跡するのに有効な一連のビットである。ＣＤＭＡ用語では、この擬似ランダム系列を「パイロット信号」と呼ぶ。ここで用いられるように、用語パイロット信号はＣＤＭＡシステムと同様に、いずれの無線通信システムにも適用することができる。
【００３９】
中継器１６は、その基本的な形態において、増幅器を含み、ＢＴＳと移動局の間の増幅したパイロット信号を、受信し再送信する。中継器は、ＢＴＳから付加的なカバレッジエリアへのパイロット信号を増幅してＳＮ比を向上させるために、それがなければギャップ、干渉、および貧弱なサービスが検出されるようなセルラネットワーク全体にわたって、戦略的に配置されるかもしれない。
【００４０】
ＧＰＳ衛星１８はＧＰＳ受信機の位置決定に用いられるいずれかの衛星群を含む。衛星は連続的にＧＰＳ受信機が検出できる無線信号を送出し、ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星のＣ／Ａコードのローカルレプリカと受信した衛星Ｃ／Ａコードの相関を取り、レプリカを受信した衛星Ｃ／Ａコードとの相関が得られるまで時間軸上でシフトすることにより、無線信号が衛星から受信機への伝搬に要する時間を測定する。無線信号の伝搬速度は既知であり、衛星は、「ＧＰＳ時間」に一致して１ミリ秒毎に周期的に信号を放射するように同期されているため、到着までに要した時間を決定することにより、信号が伝搬した距離を決定することができる。開けた場所にいるユーザに対して、ＧＰＳ受信機は、障害物のない衛星を通常視野に入れている。従って、ユーザが開けた場所にいるときは、衛星から受信機まで通常直線的な「見通し線」であるため、ＧＰＳ信号の到着時刻を測定することは、容易である。しかし、無線通信の状況では、ユーザは、ＧＰＳ測位を困難にするかもしれない建造物あるいは他の障害物のある都市に位置するかもしれない。
【００４１】
図２に代表的なセルラＢＴＳカバレッジエリアの構造を示す。このような代表的構造において、複数の六角形のＢＴＳカバレッジカバレッジエリア２４は対称的にタイル張りでお互いに接している。ＢＴＳ１０は各ＢＴＳカバレッジエリア２４内にそれぞれ配置されており、それらが配置されている領域内をカバーする。特に、ここでの説明のために、ＢＴＳ１０ａは、カバレッジエリア２４ａ内にカバレッジを提供し、ＢＴＳ１０ｂは、カバレッジエリア２４ｂ内にカバレッジを提供し、以下同様である。
【００４２】
理想的な移動体通信ネットワークにおいて、カバレッジエリア２４は、互いに隣接して構成され、種々のカバレッジエリアを通って移動局が進行するときに、移動局に連続したセルカバレッジを提供する。しかし、ほとんどのセルラネットワークには、セルカバレッジで問題を起こすギャップ、干渉、および他の障害がある。例えば、トンネル、車庫、および運動競技場のような環境はセルラサービスに対して問題を発生させる。他の例として、広い高速道路および田舎のカバレッジをＢＴＳで維持することは非常に費用がかかる可能性がある。したがって、ＢＴＳを別に設置するよりはるかに少ない費用でＢＴＳのカバレッジを拡大または拡張するために、カバレッジエリアの中に１つ以上の中継器１６が置かれるかもしれない。
【００４３】
一実施例において、図３を参照してより詳細に説明されるように、中継器１６は移動局およびＢＴＳへおよびから信号を送信並びに受信するアンテナ並びにトランシーバーを含む。１つの簡単な例では、中継器は、受信信号を増幅し、同じ周波数でそれらを再送信する。
【００４４】
図２において、移動局２２を持っているユーザ２０は第１のカバレッジエリア２４ａ内に位置している。移動局２２は、大きなビルディング（図示しない）のような障害物による干渉により、第１のＢＴＳ１０ａから十分な強度のパイロット信号を受信できないかもしれない。さらに、移動局２２は、第２のＢＴＳ１０ｂが比較的遠距離であるために、直接第２のＢＴＳ１０ｂから十分な強度のパイロット信号を受信できないかもしれない。しかし、中継器１６ｂがカバレッジエリア２４ｂ内に適切に配置され、それにより、それがなければ使用中にギャップを経験するだろう移動局２２の位置は十分カバーされるかもしれない。言い換えれば、第２のＢＴＳ１０ｂからパイロット信号を送信する時、その信号は中継器１６ｂを通して増幅され、移動局２２で受信されるだろう。
【００４５】
移動局２２は、ＡＦＬＴを含む上述のような位置決定能力を有し、従って移動局２２は、現に移動局に割り当てられているパイロット信号（すなわちアクティブセット）を利用できるだけでなく、移動局の位置決定のためにアクティブセット以外のパイロット信号を利用できる。例えば、一実施例において、移動局は、移動局が受信することができるかもしれないパイロット信号のリストである隣接リスト２９の中にあるパイロット信号を探索する。隣接リストは、例えば基地局から提供されるかもしれない。
【００４６】
隣接リストの中のあるパイロットは、現在のＣＤＭＡ規格に従って候補セット２８用（すなわち、パイロット信号が、移動局が観測可能で、移動局が測定したときの強度が「無線経由」の与えられたしきい値を超える）、またはアクティブセット２７用（すなわち、現に移動局に割り当てられている順方向トラヒックチャネルに関連したパイロット信号、これはローカル基地局から移動局が受信した最大強度のパイロット信号であり、かつ通常は同じパイロット信号のマルチパスである）に選ばれるかもしれないことに注意する必要がある。
【００４７】
移動局２２の位置決定にＡＦＬＴ測定値を用いるために、中継器に対してパイロット信号（アクティブ、候補または隣接セットにかかわらず）の選別に成功しなければならない。中継された場合は、移動局は信号がどの中継器から来たかを決定しなければならない。さらに、位置決定の計算において、中継されたＡＦＬＴ測定値を用いるために、中継器の位置と内部遅延も既知かつ利用可能でなければならない。
【００４８】
ここにこれまで説明したように、移動局内の従来のＡＦＬＴおよびＡ−ＧＰＳの定位システムは、中継信号を検出および／または識別しない。これは、中継器のカバレッジを有する領域では、位置決定用のパイロット位相測定値を実質的に無駄にしてしまう。この問題を検討するために、順方向リンク信号に一意的に透かしを入れることができる中継器、および透かしを入れられた中継信号を検出し識別することができる移動局がここに開示される。移動局は信号が中継されたか否か、中継された場合はどの中継器から信号がくるかを検出し識別できるため、正確な位置情報は、移動局で受信されたアクティブ、候補および隣接パイロット信号のいずれかを用いて決定されるかもしれない。さらに、順方向リンク信号に（一意的または非一意的に）透かしを入れることができる中継器、および透かしを入れた中継信号を検出することだけができる移動局がここに開示される。この実施例において、移動局は、信号が中継されたかどうかの検出だけができるため、すべての中継されたパイロット信号（および中継器で選別に成功しなかったパイロット信号）は位置決定から除外されなければならない。
説明
順方向リンク中継器の周波数透かし入れ（ＦＬＲＦＷＭ）システム
図３はＦＬＲＦＷＭシステムを実施する通信システムのブロックダイアグラムである。通信システムは基地局（ＢＴＳ）１０、中継器１６、および移動局（ＭＳ）２２を含む。ＢＴＳ１０は、順方向リンクパイロット信号３１を送信するためのアンテナ３０を有する。中継器１６は、ＢＴＳ１０からの順方向リンク信号３１を受信するための第１のアンテナ３２と、その信号を増幅するための増幅器３３と、ＦＬ信号に透かしを入れるための高速周波数変調器３４と、透かし入り順方向リンク信号３７をＭＳ２２へ送信するための第２のアンテナ３６とを有する。ＭＳは、中継器からの透かし入り順方向リンク信号３７を受信するためのアンテナ３８と、ＦＬ信号３７の正確な復調を可能にするための周波数トラッキングループ３９とを有する。
【００４９】
ＢＴＳ１０は、無線通信に用いられる任意の適切な基地局を含むかもしれない。一実施例において、ＢＴＳはＣＤＭＡネットワーク用に構成される。しかし、他の実施例では、ＢＴＳは、ＴＤＭＡやＧＳＭのような他の無線通信ネットワーク用に実施されるかもしれない。送信アンテナ用にただ１つのアンテナ３０を示したが、このＢＴＳは、信号を送信および受信するための１つ以上の送受信機およびアンテナを含む、ＢＴＳの典型的な構成を有していることが理解されるべきである。
【００５０】
中継器１６は、通信信号を増幅するための増幅器３３を有している任意の適切な中継器を含む。すなわち、中継器１６は、ＢＴＳ１０とＭＳ２２へおよびからの通信信号を受信し、増幅し、再送信する任意の適当な構成を含む。さらに、中継器は、後で例えば図４または図５を参照してさらに詳細に検討するように、高速周波数変調で順方向リンク信号３１に透かしを入れる周波数変調器３４を含む。
【００５１】
一実施例において、中継器１６は第１および第２のアンテナ３２、３６を含む。第一のアンテナ３２は、順方向リンク信号３１を受信するために用い、第２のアンテナ３６は中継器から順方向リンク信号３７を再送信するために用いられる。図３の中継器は増幅器と周波数変調器だけを示しているが、中継器１６は任意の適当な構成を有することが理解されるべきであることに注意する必要がある。例えば、中継器は、アンテナ３２、３６を介して中継器１６へおよびから信号を受信および再送信するように動作する送受信機（送信機／受信機）を含むかもしれない。
【００５２】
中継器が代替的な構成を含むかもしれないことに注意する必要がある。例えば、中継器は有線接続でＢＴＳに接続されるかもしれない。そのような例は、光信号を受信し（たとえば光ファイバー）、それを増幅し（および／または再整形、リタイミング、周波数シフトおよび再構成し）、それを無線で（同じまたは異なる周波数で）再送信する光中継器を含む。
【００５３】
中継器１６は、例えば図４または図５を参照してより詳細に説明されるような高速周波数透かしで順方向リンク信号３１を周波数変調する高速周波数変調器３４を含む。高速周波数透かしは、順方向リンク信号を中継された信号として特定し、どの中継器を通過したかを示す一意の中継器ＩＤを特定するかもしれない。中継された順方向リンク信号に透かしを入れることによって、どのパイロットが中継されたかを決定することができ、さらに、中継された順方向信号に一意的に透かしを入れることによって、中継されたパイロットに対して、どの特定の中継器がパイロット信号を中継したかを決定できる。この情報を用いて、ＡＦＬＴまたは他の同様の位置決定技術を用いて正確な位置決定情報を得るかもしれない。
【００５４】
図３をさらに参照して、移動局２２は、中継器１６からの透かし入り順方向リンク信号３７を含む、ＢＴＳおよび中継器からの通信信号を受信するためのアンテナ３８を有する。後で図７および図８を参照してより詳細に説明されるように、ＭＳ２２はＦＬ信号上の高速周波数透かしを検出することができ、もしあれば、信号が中継器から来たかを区別でき、いくつかの実施例では、その信号をどの特定の中継器が送信したかを識別でき、その結果正確なＡＦＬＴ測定値を得ることができ、かつこの中のほかの場所で説明されるようにそれらを位置決定計算に用いることができる。また、図４および図６を参照して後でより詳細に説明されるように、周波数トラッキングループ３９は高速周波数透かしを検出できない方がよいことに注意すべきである。
中継器の周波数透かし入れ変調方式
図４および図５を参照する。これらは、ＦＬ信号に透かしを入れるのに用いられるかもしれない２つの高速周波数変調波形の例を示す。図４に、ＦＬ信号を周波数変調するために用いる周期的矩形波の波形を示す。ここで後述するように各中継器に一意の中継器ＩＤが変調波形の周波数によって特定される（すなわち半周期Ｔの選択）。図５に、ＦＬ信号を周波数変調するために用いる非周期波形を示す。ここで各中継器に一意の中継器ＩＤが２相位相変調（ＢＰＳＫ）を用いて変調波形内で符号化される。ＦＬ信号に透かしを入れるために、種々の異なる変調波形で、ＦＬ信号を周波数変調するかもしれないことに注意すべきである。例えば、正弦波並びに三角波のような周期的波形、およびＱＰＳＫ並びにＯＱＰＳＫのような非周期的波形が用いられるかもしれない。
【００５５】
いくつかの実施例において、中継された信号の検出のみが要求されている場合、移動局は信号が通過した中継器を識別することなく、単に信号が中継されたか否かを検出するかもしれない。この場合、変調波形の存在は、単にパイロット信号が中継されたことを示すだけであり、付加的情報を必要としないため、すべての中継器は、同じＩＤが割り当てられても良く、その結果、同じ変調波形をすべての中継されたＦＬ信号に適用する。しかし、中継された信号の検出と識別の両方が要求されている他の実施例では、変調波形は各中継器に一意的な中継器ＩＤを含み、それにより移動局は変調波形の存在を検出できるだけではなく、変調波形から、パイロット信号が通過した中継機を識別することができるかもしれない。
【００５６】
図４に、一実施例において、信号に透かしを入れるためにＦＬ信号が中継器を通過する時、ＦＬ信号を変調するかもしれない変調波形４０の一例を示す。この実施例において、変調波形の周波数はＦＬ信号を中継した中継器の一意的ＩＤである。すなわち、波形の半周期ＴはＦＬ信号が通過した中継器の中継器ＩＤを表す。この実施例において、変調波形は、振幅がｆＡ、周期４４が２Ｔの周期的矩形波４０を含む。変数ｆＡ（周波数変調波形の振幅）および変数Ｔ（波形の半周期）４２は、後でほかの場所でさらに詳細に説明されるように、中継器の検出および識別確率を最大にしながら、ＦＬ、ＡＦＬＴ、およびＧＰＳ性能への悪影響を最小にするように選ばれるべきである。
【００５７】
パイロット信号にｎビット（ｎは中継器ＩＤに使用されるビット数を表す）の透かしを入れるために、各々が２［ＴＭＩＮ：ｉｎｃ：ＴＭＡＸ］ＴＣ秒の周期を持つＮ＝２ｎ個の波形が定義されるかもしれない。ここで、２ＴＭＩＮはＣＤＭＡチップで表して最短、および、２ＴＭＡＸは最長の変調波形、Ｎは本実施例において変調されるかもしれない相異なる中継器ＩＤの数、ｉｎｃはＮ個の透かし間に等周波数間隔を生成するように選択される。
【００５８】
さらに、半周期Ｔ４２は、最も遅い透かし（すなわち最大のＴ（ＴＭＡＸ）を持つ透かし）が、ＭＳにおいて周波数トラッキングループ（ＦＴＬ）（図３の３９）による検出を実質的に防ぐほどに十分速くなるように選択されるべきである。そうではなく、ＦＴＬがＭＳで周波数透かしを検出することができる場合、ＴＲＫ＿ＬＯ＿ＡＤＪ（移動局内で、すべてのクロックおよび周波数基準が生成されるかもしれない、電圧制御、温度補償形水晶発振器（ＶＣＴＣＸＯ）を制御する信号）は周波数透かしの現在の振幅（ｆＡまたは−ｆＡ）によってオフになる。ＣＤＭＡネットワークシステムにおいては、ＡＦＬＴ探索において実施される時間トラッキングは普通は無いため、これは、ＡＦＬＴ測定値の精度に悪影響を与えるであろう不要なＣＤＭＡ符号ドップラーを生ずるだろう。他の無線通信システムで実施されても、同様の問題が結果として生じるかもしれない。さらに、Ａ−ＧＰＳのシステムにおいて、移動体がいつも捕捉モードにあり、ＴＲＫ＿ＬＯ＿ＡＤＪが、フリーズした瞬間の透かしの振幅の反対であるかもしれない最後のＣＤＭＡ値でフリーズしているため、周波数トラッキングループはＧＰＳ処理の間、無効にされる。この誤差は、ＧＰＳ疑似距離測定値の測定歩留まりと、結果として得られる位置決定精度を潜在的に低下させ、結果としてＧＰＳ疑似距離測定値のＧＰＳドップラー誤差になる。
【００５９】
いくつかの実施において、約５０Ｈｚまでの大きさのｆＡを持つ波形を選択することは、ＦＬ性能の劣化を最小（たとえば、平均で０．２ｄＢより小さい）にし、中継器の検出と識別確率を最大にし、識別までの時間を最小にするために好都合であるかもしれない。ＣＤＭＡネットワークシステムで高速周波数変調が実施されている図４の波形の一実施例において、ｆＡが約５０Ｈｚ、Ｔが約［１０＊６４：ｉｎｃ：１１＊６４］ＣＤＭＡチップ範囲にある時、良好な結果になることがわかる。ここで、ＣＤＭＡチップ期間ＴＣは１／１．２２８８ｅ６秒、ｉｎｃはより容易な検出のために等周波数間隔を得るように選択される。次に得られた値は、最も近いチップ×８クロックになるように切り捨てられる。例えば、得られた透かし波形の周波数は一定（約２．８１５Ｈｚ）の間隔を持って［８７２．７２：９６０］Ｈｚの範囲にあるだろう。これらの結果は実例の章でより詳細に説明されるだろう。その章で、ＦＬ  ＣＤＭＡ、ＡＦＬＴ並びにＧＰＳ性能、最大中継器検出並びに識別確率、および識別までの最小時間への影響を最小にするために、どのように変数（例えばｆＡおよびＴ）を最適化することができるかについて考察する。
【００６０】
図４の実施例における高速周波数変調は、１つにはシンボル時間同期を必要としないため、好都合である。言い換えれば、中継器が特定（ｎビット）のシンボル符号よりむしろ周期的変調波形の周波数によって（すなわち半周期Ｔによって）一意的に識別されるため、そうでなければ、非周期的な変調波形（例えば、符号化されたｎビットのシンボル符号）の始まり（終わり）と正確に同期をとらなければならない中継器において、同期を取る必要はない。さらに、この実施例における周期的変調波形固有の特性のため、詳細には変調波形周波数で符号化された中継器ＩＤであるが、この透かしは他の周波数変調ベースの透かし方式に比べ、極めてフェージングの影響を受けにくい。
【００６１】
次に図５を参照する。図５はＦＬに透かしを入れる他の変調波形例５０を示す。特に、図５は２相位相変調（ＢＰＳＫ）を用いてＦＬ信号をｎビットの中継器ＩＤで高速周波数変調する例を示す。この実施例では、各ビット期間５４は２つの半周期Ｔで定義される。「０」５６は、最初の半周期Ｔに対してパイロット信号をｆＡで変調し、続く半周期Ｔに対して信号を−ｆＡで変調することにより生成される。「１」５８は、２つの連続した期間Ｔに対して最初は−ｆＡでついでｆＡでＦＬ信号を変調することにより生成される。この透かし入れ変調は（ｎビット）のシンボル時間同期を必要とするだろう。したがって、中継器は、必要な同期を実行するシステムを有していなければならない。シンボル時間同期は中継器における高速周波数変調の実施に複雑さと費用を加えるかもしれないが、いくつかの実施例において、利点の方が費用を上回るかもしれず、また、この変調方式で良い結果を得ることができる。
【００６２】
ＣＤＭＡシステムについてのいくつかの実施例をここに示したが、高速周波数変調はＴＤＭＡやＧＳＭのような種々の無線通信システムにおいて実施されるかもしれないことに注意する必要がある。
移動局
図６はＡＦＬＴとＧＰＳベースの位置決定能力を組み込み、ＦＬ信号上の透かしを検出できる中継器識別システムを含む（すなわち、信号が中継された場合）移動局２２の一実施例のブロックダイアグラムである。透かしが検出されると、これは中継された透かし入りＦＬ信号から中継器情報を抽出することができる。この実施例は位置を決定するためにＧＰＳおよび／またはＡＦＬＴを利用する。しかし、代替的な実施例において、ＡＦＬＴは単独で用いられるかもしれない。
【００６３】
図６において、無線通信システム６０は１つ以上のアンテナ５９に接続される。無線通信システム６０は、ＦＬ信号を受信するための受信機６１、およびＦＬ信号の正確な復調を可能にする周波数トラッキングループ（ＦＴＬ）６２を含み、無線ＢＴＳと交信、および／または無線ＢＴＳからの信号を検出するための適当な装置、ハードウェア、およびソフトウェアを含む。
【００６４】
一実施例において、無線通信システム６０は無線ＢＴＳのＣＤＭＡネットワークとの交信に適切なＣＤＭＡ通信システムを含む。しかし、他の実施例では、無線通信システムはＴＤＭＡかＧＳＭのような別の形式のネットワークを含むかもしれない。
移動局制御システム６３は、無線通信システム６０に接続され、他の計算および制御システムと同様、標準的処理機能を提供するマイクロプロセッサを通常含む。ＡＦＬＴ探索器６４は無線通信システム６０および移動局制御システム６３に接続される。ＡＦＬＴ探索器がパイロットを検出し、移動局の検出パイロット信号（例えば、アクティブ、候補、および隣接パイロットセットからの）についてパイロット位相測定を実行し、これらの測定値をパイロット位相測定値（ＰＰＭ）データベース６５へ供給する。
【００６５】
制御システム６３に接続されたパイロット位相測定値（ＰＰＭ）データベース６５は、ＡＦＬＴ探索器からの観測データ測定値、例えば、到着時刻、ＲＭＳＥ、およびＥｃ／Ｉｏ、に関する情報を格納するために備えられる。パイロットＩＤはデータベースの各パイロット信号を一意的に特定する。
【００６６】
移動局の中で選択的に備えられるかもしれない位置決定システム６６は、移動局制御システム６３およびＰＰＭデータベース６５に接続される。位置決定システム６６は、他のシステム（例えば、ＧＰＳ通信システム、ＰＰＭデータベース、および中継器識別システム）からの情報と動作を適宜要求し、任意の適当なＡＦＬＴアルゴリズム、ＧＰＳアルゴリズム、またはＡＦＬＴとＧＰＳアルゴリズムの組み合わせ（Ａ−ＧＰＳ）で得られた測定値を用いて、移動局の位置を決定するために必要な計算を実行する。そのため、位置決定システム６６は、パイロット信号がアクティブ、候補、および隣接リスト内にリストされているすべてのＢＴＳおよび中継器の位置と内部遅延のデータベース（図示しない）も含むかもしれない。
【００６７】
位置決定システム６６がネットワーク位置決定エンティティ（ＰＤＥ）を用いずに単独で機能するかもしれないことに注意するべきである。すなわち、ＭＳは、ＭＳ（スタンドアロンモード）の外部資源からの支援なしにそれ自身の位置を決定するかもしれない。代替的には、位置決定システム６６はネットワーク内の他の場所にある外部ＰＤＥと共に機能するかもしれない。すなわち、ＭＳは位置計算（ＭＳベースのモード）を実行するかもしれないが、ＰＤＥはＭＳがＧＰＳ探索リストを（例えば、ＧＰＳアルマナックおよび軌道情報をＭＳに提供することによって）生成するのを支援するかもしれない。しかし、いくつかの代替的な実施例では、移動局制御システム６３は、外部ＰＤＥからＧＰＳ捕捉支援（例えば、符号および周波数両方で表した探索窓のあるＧＰＳ探索リスト）を受け、さらに位置測定情報（例えば、ＡＦＬＴ、ＧＰＳ測定値、中継器情報など）の一部またはすべてを、ＭＳの外部にあってＭＳの位置を計算して無線通信ネットワークを通じて位置をＭＳに送り返すかもしれないＰＤＥに伝達するかもしれない。ＰＤＥは移動局と通信するためにネットワーク化されている１つ以上の外部の処理システム上にあるかもしれない。ＰＤＥ支援は、利用している基地局が入手可能な中継器支援情報（およびＭＳで位置決定が実行される場合、潜在的にそれらの位置）をＭＳへ送ることを含むように変更することができることに注意する必要がある。この中継器情報とは特定のＰＮ上のすべての可能な中継器、それらの中継器ＩＤ、およびそれらの内部遅延のようなものである。これは、中継器の識別までの時間および決定までの時間短縮の助けになるかもしれない。
【００６８】
ユーザーインタフェース６７は、ユーザとＭＳとのやりとりを可能とするマイクロホン／スピーカー６８、キーパッド６９、およびディスプレイ７０のようなインタフェースシステムを含む。マイクロホン／スピーカー６８は、無線通信システムを用いて音声通信サービスを提供する。キーパッド６９はユーザが入力するための適当なボタンを含む。ディスプレイ７０は背面光形ＬＣＤディスプレイのような適当なディスプレイを含む。
【００６９】
ＧＰＳ通信システム７４は、移動局制御システム６３および１つ以上のアンテナ５９に接続され、ＧＰＳ信号を受信および処理するための適当なハードウェアおよびソフトウェア含む。
移動局２２は中継器ＡＦＬＴ探索器７３、中継器識別システム７２、および選択的に中継器ＩＤデータベース７１をさらに含む。これらは共同して中継器が存在する無線通信カバレッジエリア内でも位置決定のための正確なＰＰＭを可能とする。要求に応じて、中継器ＡＦＬＴ探索器７３は標準的なＡＦＬＴ探索器６４によって検出されたアクティブ、候補、隣接パイロットの一部またはすべてについて中継器ＡＦＬＴを動作させる。結果は、中継器識別探索を動作させる適当なハードウェア、ファームウェア、および／または、ソフトウェアを含む中継器識別システム７２へ送られる。中継器識別探索は、中継された信号を、もしあれば、検出でき、ＦＬ信号がどの中継器から来たかを決定するために信号上の透かしを復号することができる。後で図８を参照して検討されるように、中継器識別探索は通常ディジタル的に実施される。しかし、他の実施は他の探索方法を使用するかもしれない。
【００７０】
いくつかの実施例において、中継器識別システム７２に接続されている中継器ＩＤデータベース７１は、選択的に用意され、検出および位置決定支援のために、移動局の付近で中継された信号に関する、移動局へ現に送ることができる情報を保持するかもしれない。中継器ＩＤデータベースは中継器の識別支援に役立つかもしれない。例えば、中継器ＩＤデータベース内の情報は、移動局の位置決定において、中継されたパイロット信号を用いるために移動局内部の位置決定システム、または、ＭＳの外部にあるネットワーク位置決定エンティティへ送られるかもしれない。中継器ＩＤデータベースに格納された情報は、選択的にＭＳの外部で、位置決定システム６６を参照して説明したようなＰＤＥ内に収容されるかもしれないことに注意する必要がある。
中継器周波数透かし検出および識別方式
次に図７を参照する。図７は中継器識別探索のフローチャートであり、一実施例において中継器識別探索が単一ＦＬ信号上の透かしを検出し、特定する方法を示している。後で図９および図１０を参照して説明されるように、複数の中継器のＡＦＬＴ探索は、位置決定のための中継器で選別した十分なＡＦＬＴ測定値を得るために、複数のパイロット信号に関して通常実行されるだろう。しかし、図７および図８は単一ＦＬパイロット信号に適用された場合の中継器探索に重点を置くだろう。
【００７１】
７６で、所要のプロセス利得を得て、ＳＮＲを向上させるために、単一パイロット信号の複数のパイロット信号サンプルが累算される（例えばパイロット探索器によって）。その結果、注目のパイロット信号強度に対する信頼性のある中継器検出と識別が可能となる。
【００７２】
７７で、中継器識別探索は、ＦＬ信号上の高速周波数透かし波形をもしあれば検出し、いくつかの実施例においては、透かしから中継器ＩＤを決定する。一例を図８の８８を参照して説明する。図８は、中継器ＩＤを決定する透かしの周波数を決定するために周波数相関を用いる。
【００７３】
透かしから中継器ＩＤを検出し、識別するための多くの異なる方法が可能であることが理解されるべきである。たとえば、透かしがＢＰＳＫ高速周波数変調（図５）で符号化された中継器ＩＤを含む場合、中継器識別探索は周波数相関関係を用いず、むしろ整合フィルタベースの方法を用いるかもしれない。また、中継機でシンボル時間同期を必要とするだろう。中継器の検出のみ（識別はしない）が要求されている一例では、透かし符号化およびその結果としての検出は簡単になるかもしれない。
【００７４】
７８で、中継器探索で集められた中継器情報は、適切な処理のために移動局制御システムまたはＰＤＥに送られる。透かしに関して中継された信号の検出のみが提供されるいくつかの実施例において（すなわち、非一意的な中継器ＩＤ）、中継器識別探索は、中継器による信号の選別（例えば、中継器探索が試行さえされない場合、または中継器探索が試行されたが失敗した場合、あるいは中継器探索の実行に成功した場合）に成功したか否か、成功した場合、信号が中継されたか否かを示す中継器情報をもたらすだろうことに注意する必要がある。しかし、中継器ＩＤが波形で提供される場合、中継器情報は、中継されたことがわかったパイロット信号に対する透かし波形から抽出した中継器ＩＤを含むだろう。
【００７５】
後で図９および図１０を参照して他の場所で図に関して説明するように、中継器ＡＦＬＴ探索器は、移動局の位置を決定するのに十分な数の中継器で選別したパイロット位相測定値（ＰＰＭ）を得るために、複数パイロットを連続的または並列に実行するかもしれない。
【００７６】
次に図８を参照する。図８は中継器識別システムの一実施例を例示するブロックダイアグラムであって、中継器識別探索が、順方向リンク信号を検査し、あり得るすべての中継器ＩＤとの周波数相関を用いて中継器ＩＤに対応する透かし周波数を検索するために、どのように構成されるかを示している。この例において、中継器ＩＤは透かしの期間（２Ｔ）内に含まれており、Ｎは、変調方式の一例において変調されるかもしれない透かし（中継器ＩＤ）の相異なる数を表す。
【００７７】
８０で、中継器ＡＦＬＴ探索器はｆＣ（チップ周波数）で同相（Ｉ−相）および直交位相（Ｑ‐相）のパイロット信号サンプルを受信し、より高いプロセス利得を得るためにＮＰＲＥ／２パイロット信号サンプルのコヒーレント累算を実行する。これにより、コヒーレント累算の（８０での）出力は、より遅い速度で（ｆＣ／（ＮＰＲＥ／２））、より高いＳＮＲのＮＰＲＥ／２のパイロット信号サンプルを含む。その結果は、Ｉ‐およびＱ−パイロット信号サンプルの形で、中継器識別システムへ送られる。これは参照番号８２，８４，８６，および８８を参照して後で説明されるだろう。
【００７８】
８２で、中継器識別システムは、ＮＰＲＥ／２のＣＤＭＡチップのパイロット信号サンプル和を、中継器ＡＦＬＴ探索器８０から受け取り、もう２回それらをコヒーレント累算する。この付加的コヒーレント累算は、パイロットサンプルのＳＮＲをさらに向上させ、それによりプロセス利得をさらに向上させる。
【００７９】
２つの連続した遅れのない、および２つの連続したＮＰＲＥ／２のＣＤＭＡチップ遅延したＮＰＲＥ／２チップのパイロットサンプルのコヒーレント和について８２で２組のコヒーレント累算を示していることに注意する必要がある。（ここで、ｚ−１はＮＰＲＥ／２チップのパイロットサンプル和に適用したＮＰＲＥ／２のＣＤＭＡチップ遅延を表す）。これは、中継器ＩＤ検出器のサンプリング位相依存性を、ＮＰＲＥがとり得る最大値であるＴＭＩＮ／２（以下に述べるような）から低下することなく除去するために実施されるかもしれない一実施例である。言い換えれば、互いにＮＰＲＥ／２チップだけオフセットされたＮＰＲＥチップのパイロットサンプルについて、２つのコヒーレント和を得るために、これらの二組を２回（１つは遅延の、他は非遅延の）コヒーレントに累算する必要があるかもしれない。
【００８０】
８４で、８２からの２つのＮＰＲＥチップパイロット信号サンプルのコヒーレント和を受け取り、（ＮＰＲＥ／２チップだけオフセットされている）それらに同じ処理を実行する。従って、この処理について説明するためには、８４におけるパイロットサンプルの上側の遅れ無しのＮＰＲＥチップ和の処理のみを注目して良い。ｚ−１は、８２からの１つのＮＰＲＥパイロットサンプル和出力を遅延させるために適用されるＮＰＲＥ個のＣＤＭＡチップの遅延を示す。８６を参照して後で検討されるように、ＮＰＲＥパイロット信号チップサンプル和のＮＰＲＥチップ遅延および非遅延したものは、クロス乗積を計算するための信号を提供するだろう。
【００８１】
８６で、中継器識別システムはＮＰＲＥ遅延した並び非遅延のＮＰＲＥパイロット信号サンプル和（遅延無しおよびＮＰＲＥ／２遅延の和の双方に対する）を８４から受け取る。次に、８４からの、ＮＰＲＥ個のＣＤＭＡチップパイロット信号のサンプルの遅延並びに非遅延のコヒーレント和（遅延無しおよびＮＰＲＥ／２遅延の和の双方に対する）のクロス乗積を計算して透かしが検索される。クロス乗積の実用上の引き込み範囲（ｆＣ／４ＴＣＰＤ）が原因で、ＮＰＲＥはＴＭＩＮ／２（ナイキストレートの２倍）以下に制限される。ここで、ＴＭＩＮはＴの最小値、ＴＣＰＤはＣＤＭＡチップで表したクロス乗積更新率である（ＮＰＲＥ個のＣＤＭＡチップに等しい）。
【００８２】
図８の８６で、ＮＰＲＥ／２チップだけオフセットされたＮＰＲＥのコヒーレント和に関する、２組のクロス乗積が並列に示されていることに注意する必要がある。これは上述した理由により、２組のコヒーレント累算の後に続いている。次に、これらの２つのクロス乗積の出力は、一体となった周波数透かしを検索するために、ｆｓ＝２ｆＣ／ＮＰＲＥのスイッチで時間多重され、または並べられる。（例えば２ｆＣ／ＮＰＲＥでサンプルされる、ここでｆＣはＣＤＭＡチップ周波数であり１．２２８８ＭＨｚである）
８８で、中継器識別システムは、８６から高速周波数透かしを、もしあれば受け取り、そこから中継器ＩＤを抽出するためにすべての可能な中継器ＩＤで周波数相関をとる。本質的に周波数相関器は、周波数透かし波形の周波数の内容を、もしあれば、獲得する。これは、一実施例において、中継器ＩＤを識別する。
【００８３】
８８に示すように、周波数相関器はＮ個の可能な透かし波形周波数についてＮ個の複素回転を、後段にＭ回の非コヒーレント累算を備えたＮＰＯＳＴ回の連続した複素回転出力についてコヒーレント累算と共に、実行し、順方向リンク中継器周波数透かし（ＦＬＲＦＷＭ）の検出と識別を実現する。言い換えれば、Ｎ個の得られたエネルギーの中で、最も高く、かつ設定しきい値より高いエネルギーが最終的ピークとして選定され、この最終ピークに対する複素回転を実行するために用いられた周波数が中継器透かし波形周波数（１／（２Ｔ））を定義する。したがって、その番号（１からＮ）は中継器ＩＤを定義する。得られたＮ個のエネルギーのどれも最終ピーク規準を満足しない場合（例えば、エネルギーがすべて設定しきい値よりひくい）、ＦＬ信号上に透かしは存在せず、ＦＬ信号は中継されない。
【００８４】
一実施例において、周波数相関はＮ点ＦＦＴ（高速フーリエ変換）アルゴリズムを含む。Ｎ点ＦＦＴアルゴリズム（例えば、本実施例では３２点ＦＦＴ）を実行すると、ＦＦＴを実行し識別までの時間に要する時間を短縮できるため、全ＮＰＯＳＴのＦＦＴ（例えば、ここでは２×１３６４点）を実行するよりも有利であることに注意すべきである。透かしにはＮ個の相異なる周波数しかなく、全周波数範囲のわずかな部分しか占めないため、Ｎ点ＦＦＴで十分である。これは、中継器ＩＤが透かし波形周期（２Ｔ）内に含まれ、かつパイロット信号（例えば、図４の波形）毎に全部でＮ個の可能な一意的中継器ＩＤが提供されるかもしれない一実施例において、中継器ＩＤを抽出するために用いられるかもしれない一アルゴリズム例であることに注意する必要がある。しかし、代替的な実施例が本透かし波形例または他の透かし波形から中継器情報を抽出するために他のアルゴリズムを利用するかもしれなことが理解されるべきである。
中継器ＡＦＬＴ探索方法
図９および図１０は、移動局の位置を決定するための、中継器で選別された十分な数のパイロット位相測定値（ＰＰＭ）を得るために複数のパイロットについて中継器探索を実行するための２つの代替的な方法例を示すフローチャートである。多くの可能な中継器探索方法があることに注意する必要があるが、ここでは２つの方法だけを示す。例えば、Ａ−ＧＰＳシステムでは、１つまたは２つの追加ＰＰＭだけが位置決定（ＧＰＳからのＰＲＭ測定値と組み合わせて）のために必要であると、決定されるかもしれない。したがって、中継器探索は１つまたは２つの最良のパイロット信号だけを検査するはるかに簡単な方法で良いかもしれない。
【００８５】
図７と８は移動局が単一のパイロット信号から中継器情報をいかに抽出するかを示しているが、図９と１０は中継器のＡＦＬＴ探索と識別法を示していることに注意する必要がある。この方法はパイロット信号を選択することと、各パイロット信号について中継器識別を実行することと、移動局の予決定および／または最終位置決定のために十分な数の測定値が得られるまで処理を繰り返すこととを含む。
【００８６】
図９に参照する。図９は中継器探索の実行方法のフローチャートであり、移動局内の中継器識別システムがどのように中継器探索を実行するかを示す。
９０で、標準的なＡＦＬＴ探索がすべてのパイロット信号（例えば、アクティブ、候補、および隣接セットからの）について実行される。
【００８７】
９２で、効率的に動作を開始するために、標準的なＡＦＬＴ探索から「最良」検出パイロットが決定される。「最良」のパイロット信号の選択は、標準的なＡＦＬＴ探索の結果についての適切な規準に基づいて行われる。規準とは、種々の実用上の要素および設計基準によって、例えばパイロット強度（Ｅｃ／Ｉｏ）、ＲＭＳＥなどで、「最良」パイロットは最大Ｅｃ／Ｉｏ、最小ＲＭＳＥなどとなるパイロットだろう。
【００８８】
９４で、中継器識別探索は図７および図８を参照して説明したように選択されたパイロットについて実行される。
９６で、移動局は、中継器探索から中継器で選別された十分な数のＰＰＭを得たかどうかを判定する（すなわち、ＭＳの最終位置を予決定するため、または決定するために十分な数の中継器で選別したＰＰＭ）。
【００８９】
９７で、中継器で選別された十分なＰＰＭが得られていない場合、中継器選別のために、追加のパイロットを、選択する必要がある。
９８で、上の番号９２を参照して説明されるように、次善の「最良」パイロットが選ばれる。このプロセスは、中継器ＩＤの存在に関して十分なパイロット測定値が探索されるまで、次善の最良パイロット信号についてステップ９４と９６を繰り返しながら、ループ状に続き、予決定または最終決定のために正確にＭＳの位置を決定する。
【００９０】
９９で、中継器情報のために十分な数のＰＰＭが選別された時、中継器ＡＦＬＴ探索は完了し、結果をほかの場所で説明した（図６の６６）ＭＳの位置決定システムまたはＰＤＥのような移動局の位置処理用の適切なシステムへ送る。参照番号７８および１１９を参照して、詳細に説明されるように、中継器情報は、中継器が信号の選別に成功したか否か（例えば、中継器探索が試行されていないか、または中継器探索が試行されたが失敗したか、または中継器探索の実行に成功したか）、信号が中継されたものとして検出されたか否か、およびいくつかの実施例においては、中継された信号に関連する一意的な中継器ＩＤの指標を含むかもしれない。
【００９１】
図１０を参照する。図１０は、複数パイロットに対する中継器探索を実行するための代替的方法を示す。この方法は、中継器識別処理を完了するまでの時間を有利に短縮するかもしれない。この方法は、より高いＥｃ／Ｉｏのより強いパイロットに対して、中継器識別処理は、より低いＥｃ／Ｉｏのより弱いパイロットに対するほどに時間を掛ける必要はなく、同じ識別特性を保持する必要もない（例えば、誤り検出および識別の同じ目標確率）という事実を利用する。したがって、中継器識別探索感度は、識別までの時間を向上させるように変更することができ、かつ高Ｅｃ／Ｉｏシナリオに対してより迅速な応答を提供するために、浅い探索および深い探索を分離することができる。
【００９２】
本実施例において、中継器識別システムは、正確な予決定または最終位置決定に必要な標準的なＡＦＬＴ探索から検出された「最良」パイロットに関してだけ中継器識別を実行している。しかし、中継器識別処理自体はパイロット信号強度（Ｅｃ／Ｉｏ）に基づいて、より短縮できる。
【００９３】
１００で、標準的なＡＦＬＴ探索はアクティブ、候補、および隣接セットからのすべてのパイロット信号に関して実行されており、標準的なＡＦＬＴ探索のＬ個の最良結果が、中継器ＡＦＬＴ探索をそれらに関して実行するために中継器識別システムに送られる。「最良」のパイロット信号の選択は、標準的なＡＦＬＴ探索の結果についての適切な規準に基づいて行われる。規準とは、種々の実用上の要素および設計基準によって、例えばパイロット強度（Ｅｃ／Ｉｏ）、ＲＭＳＥなどで、「最良」パイロットは最大Ｅｃ／Ｉｏ、最小ＲＭＳＥなどとなるパイロットだろう。
【００９４】
１０１で、中継器識別システムはＬ個の最良パイロットのセット内の第１のパイロットを選択する。
１０２で、各パイロットはＥｃ／Ｉｏ強度に基づいて４つのパイロット強度グループＳ１、２，３，４へ分類され、Ｅｃ／Ｉｏ深さが異なり、従って探索時間の異なる４種の中継器識別探索で探索される。グループ分けは以下のように実行されるかもしれない。しきい値Ｔｈ１、２、３、４が設定され（Ｔｈ１が最も高く、Ｔｈ４が最も低いＥｃ／Ｉｏしきい値）、第１のパイロットに対するＥｃ／Ｉｏ測定値が第１のしきい値Ｔｈ１と比較され、もしそのしきい値を超える測定値があれば、グループＳ１に置かれ、もしなければ、パイロットは、次に、Ｔｈ２と比較され、そのしきい値を超える測定値があれば、グループＳ２に置かれ、以下同様である。
【００９５】
１０３で、標準的なＡＦＬＴ探索からのＬ個の最良結果内に、さらにパイロットが残っている場合、Ｌ個の最良パイロットがすべて分類されるまで、ループが続けられる。
１０４で、最も強いグループＳ１内のすべてのパイロットに関して、最初に、最短で最も浅い中継器識別探索Ｓ１が並列に実行される。４個のパイロット強度グループＳ１、２、３、４の各々が異なるＥｃ／Ｉｏ、従って異なる探索時間を有していることに注意する必要がある。したがって、中継器用に選別されなければならない、標準的なＡＦＬＴ探索で検出されるすべてのＬ個の「最良」パイロットが、高いＥｃ／Ｉｏ（例えば、＞Ｔｈ１）を有している場合、中継器識別は深い探索を実行することなく完了し（例えば、すべてのパイロットが最も浅く、従って、最短の探索Ｓ１で中継器ＩＤが探索される）、その結果、中継器識別処理を完了するために必要な時間を最小にする。
【００９６】
１０５で、ＭＳの位置を決定するために十分な数の中継器で選別されたパイロット位相測定値（すなわち、中継器で選別されたＰＰＭ）を得ている場合、これ以上の中継器探索は必要ではない。
１０６で、すべてのパイロットが中継器情報のために選別されるまで、または十分な中継器測定値がＭＳの位置の予決定および／もしくは最終決定用として得られるまで、中継器探索（すなわち、ステップ１０４）が探索グループ内の残りのパイロットに関して繰り返される。
【００９７】
１０７で、ステップ１０４ないし１０６は残りのグループ（Ｓ２、３、４）に関しそれ以上の探索グループ（例えば、この例ではｉ＝４）が無くなるまで繰り返される。
１０８で、十分な中継器測定値を得た後、またはこれ以上の探索グループが残っていない場合、処理は完了し、ＭＳの（位置決定の）予決定または最終決定のために適切な測定値を送出するかもしれない。
【００９８】
いくつかの実施例において、好適な応答品質の概念が組み込まれるかもしれない。種々の好適な応答品質値は所望の中継器探索感度、目標確率、範囲／歩留まり、および識別までの時間の最大許容値と一致する。このように、中継器探索の初期の粗位置決定（すなわち予決定）のため、および最終位置決定（すなわち最終決定）のための種々の好適な応答品質が得られ、識別までの時間要求の種々の最大値をこの２つの間で考慮することができる。さらに、中継器検出処理に関する種々の形式のアプリケーションが出しうる種々の要求を考慮するために、最終決定のための種々の好適な応答品質値もあるかもしれない。
【００９９】
好適な応答品質値は、目標検出処理の誤り確率を設定するだろう。それはＳ１、２、３、４の探索のＥｃ／Ｉｏ感度、および他の様々な中継器探索パラメータの選択を指示するだろう。パラメータとは、例えば中継器探索が実行されることになるパイロットの最大および最小数、および識別までの総時間の最大値のようなものである。識別までの総時間を最短にするために、探索検出しきい値Ｔｈ１、２、３、４は、標準的なＡＦＬＴ探索から得た結果および所望の好適な応答品質パラメータに基づいて中継器探索毎に動的に調整される。例えば、識別までの時間の最大許容値に対して好適な応答品質が設定されるかもしれないが、中継器用に選別される必要のあるすべてのＡＦＬＴ測定値が高いＥｃ／Ｉｏを持っている場合、ＡＦＬＴ中継器探索セッションにおけるしきい値Ｔｈ１、２、３、４は、深い探索が実行されず、従って識別までの実時間を最小にするように動的に調整されなければならない。
【０１００】
次節でより詳細に説明するように、中継器探索（結果として中継器識別）は、処理時間（ＭＩＰＳ）を節約し、決定までの時間を短縮するために必要なときにのみ、すなわち、予決定のみのため、またはＧＰＳ探索（Ａ−ＧＰＳを実行している場合）が十分なＧＰＳ測定値を戻さない場合にのみ、実行される。図１１を参照して位置決定の一方法を説明する。
ＦＬＲＦＷＭを用いた位置決定の方法例
図１１は、中継器が存在するセルラカバレッジエリア内でＡＦＬＴまたはＡ−ＧＰＳを用いて移動局の位置決定をする一方法例のフローチャートである。ここに開示される中継器識別システムを用いて、多くの異なる位置決定方法が実施されるかもしれないのは、明らかである。
【０１０１】
１１０で、セルラＢＴＳ隣接の探索リストを得る。セル探索リストはリスト上のセルラ局からのパイロット信号を探索するために用いられ、リスト上の局のパイロット信号を検出する際に有効な情報も含むかもしれない。
セル探索リストは種々の方法で得られるかもしれない。１つの簡単な実施例において、セル探索リストはセルラシステムにおけるすべてのあり得るパイロット信号を含む。しかし、すべてのあり得るパイロット信号を探索することは、時間を消費して望ましくないかもしれない。一実施例において時間を節約するために、移動局と交信中のローカルセル基地局は、移動局のために、各パイロット信号を探索する探索窓を含むセル探索リストを提供することができる。セル探索リストは、利用している基地局が利用可能な中継器支援情報を、もしあれば、含むように変更することができることに注意する必要がある。この情報は、例えば、リスト内のＰＮ上のすべてのあり得る中継器、それらのＩＤ、およびそれらの内部遅延（および、ＭＳで位置決定が実行されることになる場合は可能性としてそれらの位置）のようなものである。これは、中継器の識別までの時間短縮、決定までの時間短縮を支援するかもしれない。
【０１０２】
１１２で、セル探索リスト上の各セルラＢＴＳからのパイロット信号のＡＦＬＴ測定値を取る。パイロット信号の強度が交信を確立するには不十分であっても、パイロット信号には、検出され、到着時刻並びに他の品質を測定できるには十分な強度がまだあるかもしれないことに注意する必要がある。
【０１０３】
一実施例において、ＡＦＬＴ測定値は、最も早い到着時刻（ＴＯＡ）推定値、最も早いＴＯＡを提供する経路のＲＭＳＥ推定値、およびパイロット信号のすべての分離可能な経路に対するＥｃ／Ｉｏ推定値を含む。このＥｃ／Ｉｏ推定値はパイロット信号に対するＥｃ／Ｉｏを更新するために用いられるだろう。図６に示されるように、測定値は各パイロット信号が複数の関連の測定値に関連して格納されているＰＰＭデータベースに格納されるかもしれない。
【０１０４】
１１４で、ＧＰＳ衛星探索リストが得られるかもしれない。これは選択的操作であり、その操作は衛星を探すためにＧＰＳシステムが用いることができる探索リストを有利に提供し、それにより位置を決定するために十分な数の衛星を定位するに要する時間を短縮する。代替的に、ＧＰＳシステムは簡単に全天空を探索できる。しかし、そのような全天空探索は通常はるかに長い時間を費やす。
【０１０５】
１１６で、適当なＧＰＳ手順に従ってＧＰＳ測定値を求める。１つの実施例において、ＧＰＳ通信システムは、最初にリストの中の指定された探索窓にわたり、見えている衛星リストの中の指定された衛星を探す。これは十分なＧＰＳ信号を得るのに要する時間を顕著に短縮することができる。
【０１０６】
１１７で、ＭＳは、位置決定のために十分なＧＰＳ測定値を得ているかどうかを決定する。十分な測定値を得ている場合、ＭＳでさらなる処理を負担する理由はなく、処理はフローチャートの１１９へ進み、適切な疑似距離測定値（おそらく標準的なＡＦＬＴ探索からのＰＰＭおよび中継器探索が実行されなかったことを示す中継器情報も）をＭＳ内にある、またはＭＳの外部でセルラ通信内のネットワークに置かれたＰＤＥ内にある位置決定システムへ提供する。位置決定システムまたはＰＤＥはＧＰＳ測定を処理し、ＭＳの決定位置を返す。十分な測定値を得ていない場合、図９または図１０を参照して説明し、また以下に１１８を参照して説明するように、中継器ＡＦＬＴ探索が実行される。
【０１０７】
１１８で、中継器ＡＦＬＴ探索が、標準的なＡＦＬＴ探索の間に取得したパイロット信号について、図９または図１０を参照してより詳細に説明したように実行される。中継器探索が、標準的なＡＦＬＴ探索で既に検出されたパイロットについて実行されるため、探索は小さい探索窓にわたって実行され、探索器は同時にそれらを行うことができる。この探索技術に基づき、目標の移動局モデム（ＭＳＭ）に依存して、約１から８個のパイロットを、並行して中継器のために再探索することができる。
【０１０８】
１１９で、ＧＰＳ探索からの、疑似距離測定値（ＰＲＭ）、標準的なＡＦＬＴ探索からのパイロット位相測定値（ＰＰＭ）、および中継器の（ＡＦＬＴ）探索からの中継器情報は、ＭＳ内にある、またはＭＳの外部でセルラ通信内のネットワークに置かれたＰＤＥ内にある位置決定システムへ提供されるかもしれない。ＭＳの位置決定システムまたはＰＤＥは、ＭＳの決定位置を得るために、これらのすべての測定値を処理する。
【０１０９】
中継された信号の検出だけの能力（すなわち、一意的な中継器ＩＤがない）が透かし内に提供されているいくつかの実施例において、中継器探索で集められた中継器情報は、中継器による信号の選別に成功しているか否か（たとえば、中継器探索が施行されていない、または中継器探索が施行されたが失敗した、または中継器探索の実行は成功した）を示し、もし成功していれば、信号が中継されたか否かを示すことに注意する必要がある。これらの実施例において、ＭＳの位置決定システムまたはＰＤＥは、中継された信号、および中継器による選別が成功しなかった信号に対するＰＰＭ測定値を除外して、ＭＳの位置を決定することを選択するかもしれない。
【０１１０】
また、いくつかの実施例において、中継器ＩＤが透かし波形内に提供されている場合、中継器探索で集められた中継器情報は、いずれかの信号が中継された場合、透かし波形から抽出した中継器ＩＤを含むことに注意する必要がある。これらの実施例において、ＭＳの位置決定システムまたはＰＤＥは、識別された中継器に関する情報（たとえば、それらの位置および内部遅延）を利用し、含まれている中継器信号のＰＰＭを用いて移動体の位置を計算するかもしれない。
【０１１１】
より正確なＧＰＳ支援情報（より小さいＧＰＳ窓）を生成するためのＡＦＬＴ測定値に基づく初期粗位置決定（予決定）計算にかかわる呼のフローに対し、より正確なＧＰＳ探索窓を提供するために、予決定計算における標準的なＡＦＬＴ探索測定値を用いる前に、「中継器」のＡＦＬＴ探索が実行されるべきであることに注意する必要がある。
ＦＬＲＦＷＭの実施例
一実施例において、ＣＤＭＡシステムにＦＬＲＦＷＭが適用され、位置決定性能を最適化する。実施例の結果は、誤り検出確率（ＰＦＡ）、検出失敗確率（ＰＭＩＳＳＤＥＴ）、および約１０−２の識別失敗確率（ＰＭＩＳＳＩＤ）のような妥当な目標誤り事象確率について、約３５８マイクロ秒（ｍｓ）で約−１６．９ｄＢ、約７１２ｍｓで−１９．２ｄＢ、約１．４２３秒で−２１．２ｄＢおよび約２．８４４秒で−２３．１ｄＢまでの低いパイロットに対するＦＬ周波数透かしの識別結果を含む。
【０１１２】
この実施例において、ＦＭ変調器によって順方向リンク信号に適用された変調波形は、大きさが＋／−ｆＡ、周期が２Ｔの周期的矩形波である。ここで、この例の実施ではｆＡは５０Ｈｚ、Ｔは［１０＊６４：ｉｎｃ：１１＊６４］のチップ範囲にある。増分ｉｎｃは、より容易な検出のために、周波数で表して透かしに一定の間隔となるように選択され、その値は最も近いｃｈｉｐ×８クロックになるように切り捨てられることに注意すべきである。本例では、得られた透かし波形の周波数は約２．８１５Ｈｚの一定の間隔を有する約８７２．７２ＨＺから９６０Ｈｚの範囲にある。ＦＬ  ＣＤＭＡ性能に対する周波数透かしによる劣化を最小にできる。
【０１１３】
本例が限られた数（例えば３２）の中継器ＩＤに対してのみ実行され得るという制約があり、システムのほかの場所で実施される予備的アルゴリズムを必要とすることに注意する必要がある。したがって、ＦＬＲＦＷＭベースの方式は、通信事業者が展開した、通信事業者が中継器展開の一部として予備的アルゴリズムを実行できるかもしれないセクタ中継器に対する方が、予備的方式を実施することが困難または中継器の数が順方向リンクの高速周波数透かしベースの方式が支援できる数より多くなるかもしれない個人用中継器に対するよりも、より適切であるかもしれない。
【０１１４】
周波数トラッキングループは、望まれているように、周波数透かし波形を追跡していないことに注意する必要がある。最も遅い中継器透かしは周波数トラッキングループの時定数の約１／６０の最大Ｔ（ＴＭＡＸ）を有しているためである。結果としてａｃリプルはＰＣＳ周波数において約＋／−３．０Ｈｚ（ＧＰＳ周波数において約２．５Ｈｚに等価である）である一方、０Ｈｚの平均推定周波数誤差が得られる。したがって、透かしはＧＰＳまたはＡＦＬＴの性能のいずれにも大きな影響を与えない。
【０１１５】
実施例は図８を参照して説明した中継器ＩＤ検出器を用いる。検出器ＳＮＲで発生するペナルティを払わずに中継器ＩＤ検出器のＳＮＲのサンプリング位相依存性を減少させるために、最大の可能な値からＮＰＲＥを減少させるよりもむしろ、ＮＰＲＥ／２チップだけオフセットされているＮＰＲＥチップのコヒーレント和について並列に２組のクロス乗積が実行されることに注意する必要がある。ＮＰＲＥは、対象のパイロットＥｃ／Ｉｏ強度の範囲にわたり目標誤り検出確率、検出および識別確率に必要な処理利得を最大にするためにＴＭＩＮ／２（たとえば、本実施例では５＊６４ＣＤＭＡチップ）の取り得る最大値に設定される。最大ＮＰＲＥにおける設計上の制限は、クロス乗積の実用的なｆＣ／（４ＴＣＰＤ）の引き込み範囲の制約に帰因する。ここでＴＣＰＤは、ここのほかの場所で検討したように、ＣＤＭＡチップで表したクロス乗積更新率である。周波数相関器はＦＬ周波数透かしを識別するために３２の中継器ＩＤ周波数について実行される。２＊１３６４の複素回転後のコヒーレント累算長はＮＰＯＳＴに対して選択され、その結果、周波数ビンサイズは、周波数で表した（ここでは２．８１５Ｈｚ）中継器署名間隔を弁別することができるほど小さくなる。この値を超えてＮＰＯＳＴを増加させることは、処理利得をいくらか（以下に検討するように、ＮＰＲＥの増加より顕著に少ない）増加させるだろう。しかし、決定までの時間を増加させるだろう。
【０１１６】
最終的に、Ｅｃ／Ｉｏ＝−１６．９ｄＢの感度に対し、ただ１つの非コヒーレント累算が必要（すなわち、Ｍ＝１）であり、Ｅｃ／Ｉｏ＝−１９．２ｄＢに対し、Ｍ＝２、Ｅｃ／Ｉｏ＝−２１．２ｄＢに対し、Ｍ＝４、およびＥｃ／Ｉｏ＝−２３．１ｄＢに対し、Ｍ＝８が必要である。
【０１１７】
小さい探索窓について探索されていると仮定すると、標準的なＡＦＬＴ探索で既に検出されたパイロットの再探索であり、かつＴＦＣで定義されるバックグラウンドタスクとして３２の中継器ＩＤ周波数についてクロス乗積と周波数相関を行う時間を考えているため、識別までの時間は１パイロット当たり約（ＮＰＲＥＮＰＯＳＴＭ＋ＴＦＣ）チップとなるだろう。したがって、ＴＦＣが約２ｍｓと推定される場合、Ｅｃ／Ｉｏ感度が−１６．９ｄＢの探索Ｓ１に対して、検出までの時間は１パイロットあたり約３５８ｍｓとなる。
【０１１８】
識別までの時間と処理時間（ＭＩＰＳ）を節約するために、必要なときだけ、すなわち、ＡＦＬＴベースの予決定が必要なときはいつも、およびＧＰＳ探索が移動局の位置決定に要する十分な測定値を返さない時だけ最終決定のために、中継器探索を実行することができるのに注意すべきである。
【０１１９】
さらに、非コヒーレント和の数は予決定と最終決定（すなわち、初期および最終ＡＦＬＴ探索）において異なっても良く、また、もし必要なら、標準的なＡＦＬＴ探索と所望の好適な応答品質の結果とに基づいて、既に検討したように、動的に調整されても良いことに注意すべきである。より短時間の、より低い感度の中継器ＡＦＬＴ探索が予決定のために実行されるかもしれない。また、必要に応じて、標準的なＡＦＬＴ探索と所望の好適な応答品質の結果に基づいて、より短時間またはより長時間／より高感度な中継器ＡＦＬＴ探索後が最終決定のために実行されるかもしれない。中継器識別探索は図１０に示す方法に従うかもしれない。
【０１２０】
透かし用の変調波形の選択およびその特性は、４つの相反する条件を満たすように設計される。すなわち、ＦＬ、ＡＦＬＴ並びにＧＰＳ特性への悪影響の最小化、検出並びに識別確率の最大化、および識別までの時間の最小化である。
ＦＬ性能への影響を最小にするために、透かしはＦＬのＣＤＭＡのＳＮＲにおける最小の劣化、すなわちＴＭＡＸおよびｆＡを最小化して位相変動を最小にすることにより、０．２ｄＢを超えない平均損失となるように設計されるかもしれない。さらに、ＧＰＳ並びにＡＦＬＴ特性への最小の悪影響は、ここでほかの場所で説明されるように、ＦＴＬによる透かしの検出が可能でなくなるように、変調波形に対して十分小さいＴＭＡＸの値を選択し、周波数トラッキングループが周波数透かし波形を追跡していないことを保証することにより得られるかもしれない。すなわち、平均への寄与および分散への最小寄与もＦＴＬ内であるべきではない。またピークツーピークのリプルの最大増加は約数Ｈｚ以下であるべきである。
【０１２１】
Ｔの最大値（ＴＭＡＸ）および周波数の振幅（ｆＡ）の選択は、２つの相反する要求事項のバランスをとるように設計される。すなわち、最良の検出および識別確率のためにｆＡおよびＴＭＡＸを最大にする一方で、ｆＡおよびＴＭＡＸを最小にしてＦＬのＣＤＭＡ、ＡＦＬＴおよびＧＰＳ特性に関する劣化を最小にすることである。例えば、透かし波形のＦＬ特性への悪影響を最小化するために、ＴＭＡＸは１１＊６４のチップとなるように、またｆＡは大きくても＋／−５０Ｈｚであるように選択した。中継器検出と識別確率を最大にするために、これらのパラメータに対するこれらの最大許容値を選択した。このＴＭＡＸはＦＴＬの最高速時定数（ここで最高速時定数は−３．０ｄＢのＰＣＳパイロット追跡に対して定義される）の約１／６０であり、それにより、ＧＰＳ周波数において２ＴＭＡＸの周期を持つ最も遅い変化の透かし波形に対する最悪変動は＋／−２．５Ｈｚとなり、最悪のＣＤＭＡ符号ドップラーは約＋／−３．０Ｈｚとなる。これは結果としてＧＰＳおよびＡＦＬＴ性能への最小悪影響となる。
【０１２２】
非コヒーレント段階の入力における中継器ＩＤ探索出力のＳＮＲは次式で近似的に与えられることを示すことができる。
【０１２３】
【数１】
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ここで、ＴＣはＣＤＭＡチップ周期＝１／ｆＣ、ＥｃはＣＤＭＡチップ上のパイロットエネルギー、σｎはパイロットサンプルの雑音標準偏差、αはクロス乗積出力電力の理想値からのｄＢで表した損失、およびｋは隣接クロス乗積雑音サンプルの相関による雑音分散値の上昇である。また、中継器ＩＤ検出器の出力ＳＮＲを増加させることは検出と識別の確率の増加となることに注意すべきである。この式から、中継器ＩＤ検出器のＳＮＲ（および、従って検出と識別の確率）の最大の増加は、ＮＰＲＥを増加させ、次にｆＡを増加させることによって得られることは明らかである。
【０１２４】
透かし波形の周波数に関する設計上限（ＴＭＩＮの下限）は、検出確率と識別までの時間のバランスをとって選択されるかもしれない。識別までの最小時間に対しては、ＴＭＩＮは最小化されるべきであるが、一方、最大中継器ＩＤ検出確率に対しては、ＴＭＩＮは最大化されるべきである。すなわち、ＴＭＩＮは、最大の可能なＮＰＲＥを課すことによって、検出器のＳＮＲを決定するだろう。最高速透かし波形をＮｙｑｕｉｓｔレートでサンプリングするのを保証するために、最大ＮＰＲＥはＴＭＩＮに設定されるべきである。さらに、クロス乗積弁別器の実用的な引き込み範囲、ｆＣ／（４ＴＣＰＤ）は最大ＮＰＲＥを制限する。ここでＴＣＰＤはクロス乗積更新率であり、ＮＰＲＥ個のＣＤＭＡチップに等しい。すなわち、最大の透かし周波数、ｆＭＡＸ＝ｆＣ／（２ＴＭＩＮ）はクロス乗積の実用的な引き込み範囲の境界を超えるべきでない。その結果、ＮＰＲＥの最大値はＴＭＩＮ／２となる。ＮＰＲＥは、上で検討したように、中継器ＩＤ検出器のＳＮＲに最も大きい影響を与えるだろう。この実施例において、上記の複数の考察は結合され、最良の総合ＴＭＩＮは約１０＊６４個のチップである。
【０１２５】
これらの教示に鑑みて、当業者は本発明の精神または範囲を逸脱することなく代替的な実施例が実施されるかもしれないことを理解するだろう。本発明は、上記の明細書と関連図面に関連して考察したようなすべての実施例および変更を含む以下の請求項によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】複数の無線通信ネットワーク基地局、中継器を配置した建物、ＧＰＳ衛星、およびユーザが保持する移動局の全体図。
【図２】代表的セルラ基地局のカバレッジエリア構造を示す図。
【図３】無線基地局（ＢＴＳ）、中継器、および移動局（ＭＳ）を含む順方向リンク中継器の周波数透かし（ＦＬＲＦＷＭ）システムのブロック図。
【図４】ＦＬ信号に透かしを入れるために周波数変調器（図３）で適用された変調波形Ｆ（ｔ）の一例を示すグラフ。
【図５】ＢＰＳＫ波形を含む変調波形Ｆ（ｔ）の他の一例を示すグラフ。
【図６】無線通信と位置決定の能力を組み込み、かつ中継器識別システムを含む移動局の一実施例のブロック図。
【図７】１パイロットについて実行される中継器識別探索を例示するフローチャート。
【図８】一実施例でＦＬパイロット信号から中継器ＩＤを決定するために用いられる中継器識別探索を例示するブロックダイアグラム。
【図９】一実施例で複数のＦＬパイロット信号について実行される中継器ＡＦＬＴ探索を例示するフローチャート。
【図１０】識別までの最短時間を最適化した他の実施例で、複数のＦＬパイロット信号について実行される中継器ＡＦＬＴ探索を例示するフローチャート。
【図１１】中継器が存在するセルラカバレッジエリアでＡＦＬＴまたはＡ−ＧＰＳシステムを用いる移動局の位置決定の一方法例のフローチャート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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