(57)【要約】例えば電話やＰＤＡなどのセルラ・ハンドセットの位置を割り出す到着時間（ＴＯＡ）方法であって、複数の第一の基地局（ＧＳＭ１〜ＧＭＳ３）を有する第一のネットワーク（ＧＳＭ）上で作動するように無線端末（ＭＷＴ）を適合させ、１以上の第一の基地局によって送信されたレンジ信号に関して位置測定を実行し、複数の第二の基地局（ＵＭＴＳ１〜ＵＭＴＳ３）を有する第二のネットワーク（ＵＭＴＳ）上で作動するように無線端末を適合させ、１以上の第二の基地局に関する位置測定を実行する。位置測定値は組み合わせられ、この組み合わせられた位置測定値から無線端末の位置が割り出される。固定位置は、無線端末（ＭＷＴ）によって割り出されてもよく、或いは、無線端末によって位置測定値が送られた遠隔局によって割り出されてもよい。
2004530358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動無線端末の位置を割り出す方法であって、
複数の第一の基地局を有する第一のネットワーク上で作動するように前記無線端末を適合させ、１以上の前記第一の基地局についての位置測定を実行し、
複数の第二の基地局を有する第二のネットワーク上で作動するように前記無線端末を適合させ、１以上の前記第二の基地局についての位置測定を実行し、
得られた位置測定値を組み合わせ、
該組み合わせられた位置測定値から前記無線端末の位置を割り出す、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
前記測定値は強化観測時間差（Ｅ−ＯＴＤ）であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の方法であって、
前記測定値は到着時間差（ＴＤＯＡ）であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載の方法であって、
前記測定値は組み合わせられるときに重み付けされることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項記載の方法であって、
到来角（ＡＯＡ）測定値を用い、任意的にＴＯＡ測定値又はＴＤＯＡ測定値と組み合わせ、前記無線端末の位置を割り出す、ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法であって、
前記移動端末は、前記第一及び第二の基地局について得られた位置測定値を遠隔局へ送信し、
前記遠隔局は、前記位置測定値を組み合わせ、この組み合わせられた測定値から前記無線端末の位置を割り出す、ことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法であって、
前記遠隔局は前記無線端末の位置を前記無線端末へ送信することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか一項記載の方法であって、
前記遠隔局は、前記無線端末の位置に関するＴＯＡ、ＴＤＯＡ、又はＡＯＡ測定を行い、これら測定値を前記無線端末によって得られた測定値と組み合わせて前記無線端末の位置を計算する、ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項記載の方法であって、
前記第一及び第二のネットワークは異なる規格に従って作動することを特徴とする方法。
【請求項１０】
セルラ通信システムであって、
地理的に分散した第一の基地局から成る第一のネットワークと、
地理的に分散した第二の基地局から成る第二のネットワークと、
少なくとも１つの移動無線端末とを有し、
前記移動無線端末は、
前記第一及び前記第二のネットワークからの無線信号を受信する手段と、
前記第一及び前記第二のネットワークから受信された信号を択一的に選択する手段と、
前記選択された信号から前記端末の位置を割り出す到着時間（ＴＯＡ）測定手段とを有する、ことを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項１０記載のシステムであって、
前記第一及び第二のネットワークは異なる規格に従って作動することを特徴とするシステム。
【請求項１２】
移動無線端末であって、
第一及び第二のネットワークからの無線信号を受信する手段と、
前記第一及び前記第二のネットワークから受信された信号を択一的に選択する手段と、
前記選択された信号から前記端末の位置を割り出す到着時間（ＴＯＡ）測定手段と、を有することを特徴とする端末。
【請求項１３】
請求項１２記載の端末であって、
前記受信手段は、相対的時間差を除去する手段を有し、
前記ＴＯＡ測定手段は、ＴＯＡ推定器と位置決めアルゴリズム・ステージとを有する、ことを特徴とする端末。
【請求項１４】
請求項１３記載の端末であって、
信頼性が低い信号ほど低く重み付けされるように、前記ＴＯＡ推定器からの出力を重み付けする重み付け手段が備えられることを特徴とする端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、その地理的位置及びそのアンテナ位置が正確に知られた複数の基地局によって送信されたレンジ信号（ｒａｎｇｉｎｇ  ｓｉｇｎａｌ）についての到着時間（ｔｉｍｅ  ｏｆ  ａｒｒｉｖａｌ：ＴＯＡ）測定に基づいて自局の位置を割り出す移動無線端末に頼ったセルラ通信ネットワークにおける位置割出方法に関する。このような方法は、本分野では、一般的にセルラ位置決め（ｃｅｌｌｕｌａｒ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）と呼ばれる。
【背景技術】
【０００２】
ＴＯＡを位置を割り出す手段として用いること自体は新規ではない。信頼性の高い固定位置を得るためには、移動無線端末は良好な品質の信号を少なくとも３つの基地局から受信できるべきである。典型的なセルラ・ネットワークでは、３以上の信号を別々の基地局から受信する確率が低い場合（例えば、地方や都市の谷間など）が多い。３つの別々の信号の受信が可能であっても、それらの中には、特に都市部において、大幅に減衰して移動無線端末（若しくはハンドセット）に到着するものもあり、また最低限３つの信号が要求されることから、最良の測定値を選択し、より信頼性の低いものは破棄することができない。結果として、ＴＯＡ測定値は様々な信頼性を持っている可能性が高い。
【０００３】
ＴＯＡ測定の信頼性を向上させる１つの方法は、米国特許第５，９９９，１２４号において開示されている。この文献では、ＧＰＳ衛星のＴＯＡ測定値とセルラ・ネットワークのレンジ信号からの測定値との組み合わせを用いて、移動無線端末による位置の計算を改善する。ＧＰＳ衛星を用いることは、移動無線端末が無線信号を良好な品質で受信できるオープン・エリアでは許容できるが、建物や壁が衛星からの信号を遮断する又は減衰させる都市部やインドアでは許容できない。
【０００４】
（発明の開示）
本発明の目的は、移動無線端末の位置割出の信頼性及びＴＯＡ技術を用いた場合の推定精度を向上させることである。
【０００５】
本発明の一態様によれば、移動無線端末の位置を割り出す方法であって、複数の第一の基地局を有し、１以上の上記第一の基地局に関する位置測定を実行する第一のネットワーク上で作動するように上記無線端末を適合させ、複数の第二の基地局を有し、１以上の上記第二の基地局に関する位置測定を実行する第二のネットワーク上で作動するように上記無線端末を適合させ、得られた位置測定値を組み合わせ、該組み合わせられた位置測定値から上記無線端末の位置を割り出す、方法が提供される。
【０００６】
本発明の別の態様によれば、セルラ通信システムであって、地理的に分散した第一の基地局から成る第一のネットワークと、地理的に分散した第二の基地局から成る第二のネットワークと、少なくとも１つの移動無線端末とを有し、上記移動無線端末は、上記第一及び上記第二のネットワークからの無線信号を受信する手段と、上記第一及び上記第二のネットワークから受信された信号を択一的に選択する手段と、上記選択された信号から上記端末の位置を割り出す到着時間（ＴＯＡ）測定手段とを有する、システムが提供される。
【０００７】
本発明の更に別の態様によれば、移動無線端末であって、第一及び第二のネットワークからの無線信号を受信する手段と、上記第一及び上記第二のネットワークから受信された信号を択一的に選択する手段と、上記選択された信号から上記端末の位置を割り出す到着時間（ＴＯＡ）測定手段とを有する端末が提供される。
【０００８】
少なくとも２つのネットワークにアクセスできることによって、複数のすなわち３以上のＴＯＡ測定値を取得し、それぞれに確かさの印若しくは重みを割り当てることができる。したがって、セルラ位置決めを実行する際、無線端末は最良のｋ個の測定値（ｋは３以上）を選択することができる。本発明に係る方法の別の利点は、ネットワークが固定位置を割り出すのに不十分な基地局しか持たない場合にもセルラ位置決めによって固定位置を得ることができる点である。複数のＴＯＡ測定値を持つことの別の利点は、空間ダイバーシチを用いて本システムを向上させることができる点である。すなわち、実際、マルチパスは異なる伝送路から到来するため、２つのネットワークが異なる帯域で作動しているとき、マルチパスを平均化又は周波数ダイバーシチすることができる。
【０００９】
本発明の一実施形態において、移動無線端末は、例えば、ＧＳＭとＵＭＴＳ  ３Ｇ  ＦＤＤモード若しくはＩＭＴ−ＤＳ（英国）、ＩＳ−９５とＩＳ−１３６（米国）、ＧＳＭとｃｄｍａ２０００（南アメリカ）、ＰＨＳとＷ−ＣＤＡＭ（極東）、などのような複数のタイプのセルラ・システムで作動し得るマルチモード（例えば、デュアルバンド）端末である。ＧＳＭとＵＭＴＳの場合、ＧＳＭ基地局は、同期がとられておらず、強化観測時間差（Ｅ−ＯＴＤ）という技術が必要となる。Ｅ−ＯＴＤは、レンジ信号に加えて、個々の基地局からリクエストされたタイミング・オフセット情報を受信することを伴う。複数のネットワークを用いた位置決めにマルチモードの移動無線端末を用いる利点は、該端末に追加的なハードウェアを組み込む必要がないことである。加えて、完全に展開されたＵＭＴＳ  ３Ｇ  ＦＤＤモード又はＩＭＴ−ＤＳネットワークであっても、ＵＭＴＳ受信機は１２％の時間は３以上の基地局を見ず、よってＵＭＴＳネットワークのみを用いて自身の位置を割り出すことができない。位置決め情報をＧＳＭなどの第二のネットワークから取得できるようにすることによって、完全な位置情報サービスを提供することができる。
【００１０】
本発明の別の実施形態において、上記第一及び第二のネットワークは同じ規格に従って作動する。
【００１１】
所望であれば、上記測定値を遠隔局へ送信し、該遠隔局がこれら測定値を組み合わせて上記無線端末の位置を割り出してもよい。この遠隔局は、任意的に、割り出された位置を上記無線端末へ送信してもよい。
【００１２】
（発明を実施する形態）
ここで、本発明を添付図面を参照して一例として説明する。図面において、同じ参照番号は対応する特徴を示すのに用いられている。
【００１３】
図１に示されたデュアルバンド携帯電話システムは、地理的に分散した３つのＧＳＭ基地局：ＧＳＭ１、ＧＳＭ２、及びＧＳＭ３を有する第一のネットワークと、地理的に分散した３つのＵＭＴＳ  ３Ｇ  ＦＤＤ又はＩＭＴ−ＤＳ基地局：ＵＭＴＳ１、ＵＭＴＳ２、及びＵＭＴＳ３を有する第二のネットワークと、を有する。例えば携帯電話やＰＤＡなどの上記システム上で通信可能な装置である複数のデュアルバンド移動無線端末（そのうちの一端末ＭＷＴのみ図示する）は、個々の基地局の無線受信可能エリアに入ったり出たりできる。各特定のシステムの基地局は、例えば陸上通信線によって、そのように形成されたネットワークのオペレーションを制御するシステム・コントローラ（図示せず）に接続される。基地局ＧＳＭ１〜ＧＳＭ３及びＵＭＴＳ１〜ＵＭＴＳ３のそれぞれは、無線送受信機と、コントローラとを有する。
【００１４】
移動無線端末ＭＷＴが到着時間（ＴＯＡ）測定を用いて自局の位置を割り出すことができるようにするために、個々の基地局はレンジ信号を送信する。このレンジ信号は、例えば、各基地局の詳細な位置、或いは、送信アンテナが基地局と離れた場所にあればその送信アンテナの詳細な位置、を含む。この基地局位置は、必要であれば、ＭＷＴ自身のデータベースや遠隔データベースなどの異なるソースから取得してもよい。端末ＭＷＴはこのレンジ信号を分析して到着時間差（ｔｉｍｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｆ  ａｒｒｉｖａｌ：ＴＤＯＡ）測定を行う。ＧＳＭ基地局は、同期されておらず、強化観測時間差（ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｏｂｓｅｒｖｅｄ  ｔｉｍｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ：Ｅ−ＯＴＤ）として知られる技術が必要とされる。この技術は、端末ＭＷＴが基地局ＧＳＭ１、ＧＳＭ２、及びＧＳＭ３に上記レンジ信号に加えてタイミング・オフセット情報を供給するように要求することを必要とする。
【００１５】
上記セルラ・システムのうちの１つ、すなわちＧＳＭ又はＵＭＴＳを用いると、少なくとも３つの基地局からの信頼できるＴＯＡ測定値がデュアルバンド端末ＭＷＴ上で必要となる。しかし、都市部では、レンジ信号が大幅に減衰して到着する場合もあり、例えば個々のＧＳＭ測定値の信頼性が様々なものとなり得る。ＵＭＴＳの場合、端末ＭＷＴは、１２％の時間では３以上の基地局を見ないと推定される。
【００１６】
信頼できる位置割出を得ることを可能にするために、デュアルバンド端末ＭＷＴはＧＭＳシステム及びＵＭＴＳシステム双方を用いる。
【００１７】
図２は、ＧＳＭ／ＵＭＴＳ移動無線端末ＭＷＴの概略ブロック図を示す。本端末は、切替スイッチ１６の端末１４、１５にそれぞれ接続された出力１１、１３を有するＵＭＴＳ送受信機１０及びＧＳＭ送受信機１２を有する。選択された送受信機１０若しくは１２からのレンジ信号は、ＴＯＡ推定器１８に適用される。次いで、タイミング推定値が、端末ＭＷＴの位置を割り出す位置決めアルゴリズム・ステージ２０へ送られる。この結果は、予め格納されたソフトウェアに従って該端末のオペレーションを制御するコントローラ２２へ送られる。ＬＣＤスクリーン２４は、コントローラ２２に接続され、端末ＭＷＴの位置を表示するのに用いられ得る。さらに、コントローラ２２には、キーパッド２６、マイク２８、及びラウドスピーカ３０が接続される。
【００１８】
ＧＳＭレンジ信号の場合、ＴＯＡ推定器１８は、ＧＳＭ  Ｅ−ＯＴＤ位置測定を行い、ＵＭＴＳ送受信機１０に切り替えられると、ＵＭＴＳ  ＴＤＯＡ測定を行う。相対的な時間差の除去が受信機１０及び１２において実行されてもよい。
【００１９】
位置決めアルゴリズム・ステージ２０は、Ｅ−ＯＴＤ測定値の一部又は全部とＴＤＯＡ測定値とを組み合わせる。これら測定値は、例えば、ヒストグラムなどの適切な統計アルゴリズムに従って分類又は順序付けされてもよく、或いは、信頼できない又は信頼性が低い測定値が低く重み付けされるか又は破棄されるように個々に重み付けされてもよい。さらに、レンジ内のより多くの基地局を利用できるようにすることによって、固定位置アルゴリズムはより正確な結果を得る。
【００２０】
端末ＭＷＴはＴＯＡ測定を行い、Ｅ−ＯＴＤ方法を通じて観測された時間オフセットを引くが、位置決めアルゴリズムは、ＭＷＴの発振器のオフセットによる共通したタイミング・エラーを除去するためにＴＯＡ測定値に差を付けることを含む。
【００２１】
ＧＳＭ基地局とＵＭＴＳ基地局の組（例えば、ＧＳＭ１及びＵＭＴＳ１、ＧＳＭ２及びＵＭＴＳ２、ＧＳＭ３及びＵＭＴＳ３、など）が同じ場所に配置されている場合、個々のタイミング推定を組み合わせるのに周波数ダイバーシチが役立ち得る。一例として、ＧＳＭネットワークは、９００ＭＨｚ又は１８００ＭＨｚで作動し、伝搬特性は、２１００ＭＨｚのＵＭＴＳ下りリンクとは異なる。ＴＯＡ推定によれば等距離となる場合であっても、より信頼性が高い（例えば、信号対雑音比（ＳＮＲ）が最も高い）信号を選択できる。図３は、ＧＳＭ  ＴＯＡ推定３２を実線で、ＵＭＴＳ信号３４を破線で、示す。サンプル５０のエリアでは、ＧＳＭ  ＴＯＡ推定ははっきりと明確なピークを有するが、ＵＭＴＳ信号は雑音が多く、脆弱で、ピークが明確でない、ことに注意。したがって、ＧＳＭ  ＴＯＡ推定３２が最大のＳＮＲを有し、自信を持って選ぶことができる。
【００２２】
図３は、更に、基地局が同じ場所になく、マルチパス特性が完全に異なり得る空間ダイバーシチの場合に、一の基地局からの非視線測定（曲線３４）に対する別の基地局からの明確な測定（曲線３２）を示すのに用いられ得る。
【００２３】
現実には、ＵＭＴＳモードのデュアルバンドＭＷＴはおよそ２つのＵＭＴＳ基地局からの距離を測定し、次にＧＳＭモードに切り替えて、４つのＧＳＭ基地局からの距離を測定する。ＴＤＯＡを考慮し、ＴＯＡ推定器１８（図２）から三角測量アルゴリズム・ステージ２０（図２）へは６つのＴＤＯＡ測定値を送ることができる。これは、ＧＳＭ又はＵＭＴＳを単独で用いた場合よりも多くの測定を利用可能にし、結果として、より良好な測定値に基づくことにより位置決めがより正確になる。
【００２４】
より良好な測定値を選択することができるようにすることによって、位置推定の著しい改善が得られる。一例として、以下の結果は、全く同じアルゴリズムを用いて、異なる都市部に対して、全く同じ条件で得られたものである。入力は、一のネットワークからは３つの基地局のみから受信され、別のネットワークからは７つの基地局から受信され、以下の重み付け（誤りが少ないほど数字が良い）が適用される。
【００２５】
【表１】
2004530358.tif 000003
より良好な測定値を選択することによって、１００％を越える精度の改善が得られたケースもあった。
【００２６】
図１及び２に示した実施形態の図示しない変形例では、第一及び第二のネットワークの基地局が例えばＧＳＭ又はＵＭＴＳなどの同じ規格に従って作動する。ＴＤＯＡ位置決めのために通常の音声及びデータのオペレーションに必要な基地局よりも多くの基地局をインストールしなければならない第一及び第二のネットワークのそれぞれの運用者を助けるために、両運用者は、移動無線端末が基地局の位置を含む下りリンク・レンジ情報信号についてそれら自身のネットワークからのレンジ情報信号のみならず同じ地域に基地局を持つ少なくとも１つの他の競合ネットワークからのレンジ情報信号も復元できるようにするのに必要なソフトウェアを移動無線端末に備えることを合意する。ＴＯＡ測定に用いられた基地局の位置は必須であるため、この情報をダウンロードするためのあらゆる便利な手段、例えば、小さな近隣のデータベースなどを用いてもよい。したがって、移動無線端末及び／又は基地局は、少なくとも２つのネットワークからの最良の有効信号に基づいて、その位置を計算することができる。
【００２７】
移動無線端末が１つの規格に従って作動するように設計されている場合、図２に示すように２つの送受信機ではなく、１つの送受信機を有する。
【００２８】
説明の便宜上、移動無線端末をシングルバンド若しくはデュアルバンドで作動できるものとして説明したが、本発明に係る技術はマルチプルバンド及び複数の規格に適用可能である。
【００２９】
所望であれば、運用者及び／又はサービス事業者は、自身のネットワーク以外の１又は複数のネットワークからのレンジ情報を受信できるこれら端末から割増金を徴収してもよい。
【００３０】
位置決めは、任意的に、上記複数の基地局の中の一で行われてもよく、或いは、遠隔局で行われてもよい。このような場合、基地局は、到来角（ａｎｇｌｅ  ｏｆ  ａｒｒｉｖａｌ：ＡＯＡ）測定を行うセクタ・アンテナなどの手段を含んでもよい。位置決めが一旦決定されると、それは移動無線端末に送られ得る。位置決めを行う基地局又は遠隔局は、任意的に、該無線端末に関する自分自身のＴＯＡ、ＴＤＯＡ、又はＡＯＡ測定を行い、これら測定値を該無線端末によって得られた測定値と組み合わせて位置決めを計算してもよい。
【００３１】
（産業上の利用性）
位置決めシステム及び装置。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】デュアルバンド携帯電話システムの概略ブロック図である。
【図２】デュアルバンドＧＳＭ−ＵＭＴＳ電話の概略ブロック図である。
【図３】横軸がサンプル数（時間）で、縦軸が正規化された相関である、デュアルモード受信機についての相関関数を示すグラフである。
【図３】
2004530358.tif 000004
【国際公開パンフレット】
2004530358.tif 000005
2004530358.tif 000006
2004530358.tif 000007
2004530358.tif 000008
2004530358.tif 000009
2004530358.tif 000010
2004530358.tif 000011
2004530358.tif 000012
2004530358.tif 000013
2004530358.tif 000014
2004530358.tif 000015
2004530358.tif 000016
2004530358.tif 000017
2004530358.tif 000018
【国際調査報告】
2004530358.tif 000019
2004530358.tif 000020
2004530358.tif 000021