(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基地局を有するセルラ電話システム内で移動局の位置を決定するための方法であって、
（Ａ）  前記セルラ電話システム内の前記移動局から第１のチャンネルで第１のパワーレベルで信号を伝送すること；
（Ｂ）  前記第１のチャンネルから、前記第１のチャンネルとは異なる第２のチャンネルへ前記信号を一時的に切り替え、及び前記信号が前記第２のチャンネルで伝送されている間に、前記第１のパワーレベルから高められたパワーレベルへ前記信号の強度を一時的に強め、及び前記高められたパワーレベルで前記第２のチャンネルで前記移動局から前記信号を伝送すること；
（Ｃ）  前記信号が前記高められたパワーレベルで前記移動局から前記第２のチャンネルで一時的に伝送されている間に、前記高められたパワーレベルで前記移動局から伝送中の前記信号を使用し、少なくとも第１位置測定を行うこと；
（Ｄ）  前記第１位置測定と他の位置測定に従って前記移動局の前記位置を決定すること；
のステップを備える前記方法。
【請求項２】
さらに、
（Ｅ）  ステップ（Ｃ）の後に、前記信号の前記強度を前記第１のパワーレベルに減少し、前記第１のチャンネルで前記第１のパワーレベルで前記移動局から前記信号の伝送を回復すること、
のステップを含む請求項１に記載される方法。
【請求項３】
さらに、
（Ｆ）  ステップ（Ｂ）から（Ｅ）を規則正しい間隔で定期的に反復すること、
のステップを備える請求項２に記載される方法。
【請求項４】
前記信号の前記強度が、所定の時間期間の間ステップ（Ｂ）で強められ、前記所定の時間期間の満了後、前記信号の前記強度がステップ（Ｅ）で前記第１のパワーに減少し、前記信号が音声情報の一連のフレームに対応する、請求項３に記載される方法。
【請求項５】
前記所定の時間期間が、前記音声フレームの少なくとも１つに対応する、請求項４に記載される方法。
【請求項６】
前記所定の時間期間が、前記音声フレームの１つに対応する、請求項４に記載される方法。
【請求項７】
前記規則正しい間隔が、前記音声フレームの１００フレーム毎の１つに対応する、請求項に記載される方法。
【請求項８】
さらに、
（Ｆ）  前記移動局の前記位置が前記第１のパワーの前記信号を使用して為されたタイミング測定から決定できない時にのみ、規則正しい間隔で、定期的にステップ（Ｂ）から（Ｅ）を繰り返す、ステップを含む、請求項２に記載される方法。
【請求項９】
ステップ（Ｃ）が、さらに、
（ｉ）  第１受信局で前記強められたパワーレベルで伝送される前記信号を受信すること；
（ｉｉ）  第２受信局で前記強められたパワーレベルで伝送される前記信号を受信すること；
（ｉｉｉ）  前記第１受信局と第２受信局で受信される前記強められたパワーレベルでの前記信号に従って前記第１位置測定を決定すること；
のステップを備える、請求項１に記載される方法。
【請求項１０】
前記第１位置測定が、前記強められたパワーレベルでの前記信号が前記第１受信局で受信される第１相対時間と、前記強められたパワーレベルでの前記信号が前記第２受信局で受信される第２相対時間の間の到着時間差を表す、請求項９に記載される方法。
【請求項１１】
さらに、前記第１受信局と前記移動局の間の往復トリップ信号伝搬時間を測定するステップを含み、前記移動局の前記位置が前記第１位置測定および前記往復トリップ信号伝搬送時間に従ってステップ（Ｄ）で決定される、請求項１０に記載される方法。
【請求項１２】
さらに、マップ整合テーブルを使用し、前記移動局の前記位置を前記第１位置測定と前記往復トリップ信号伝搬時間から概算するステップを備える、請求項１１に記載される方法。
【請求項１３】
ステップ（Ｃ）が、さらに、
（ｉｖ）  前記高められたパワーレベルで伝送される前記信号を第３受信局で受信し、前記第３受信局で受信される前記高められたパワーレベルの前記信号に従って第２位置測定を決定するステップと、
を備える、請求項１０に記載される方法。
【請求項１４】
前記第２位置測定が、前記第１相対時間と、前記高められたパワーレベルでの前記信号が前記第３受信局で受信される第３相対時間の間の到達時間差を表し、前記移動局の前記位置が、前記第１位置測定と第２位置測定に従ってステップ（Ｄ）で決定される、請求項１３に記載される方法。
【請求項１５】
さらに、マップ整合テーブルを使用し、前記第１位置測定と第２位置測定から前記移動局の前記位置を概算するステップを備える、請求項１４に記載される方法。
【請求項１６】
前記第１受信局が第１基地局である、請求項９に記載される方法。
【請求項１７】
前記第２受信局が第２基地局である、請求項１６に記載される方法。
【請求項１８】
ステップ（Ｄ）が、前記セルラシステムの切換えセンター内で実行される、請求項１に記載される方法。
【請求項１９】
ステップ（Ｄ）が、基地局を使って実施される、請求項１に記載される方法。
【請求項２０】
前記セルラ電話システムが、符号分割多重アクセスセルラ電話システムである、請求項１に記載される方法。
【請求項２１】
前記セルラ電話システムが、時分割多重アクセスセルラ電話システムである、請求項１に記載される方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
Ｉ．発明の分野
本発明は、概して、セルラ（cellular）電話システムに関する。さらに特定すると、本発明は、セルラ電話システム内の移動加入者の地理的な位置を決定するためのシステムおよび方法に関する。依然としてさらに特定すると、本発明は、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）セルラ電話システム内の移動加入者の位置を突き止めるための方法に関する。
ＩＩ．発明の背景
セルラ電話システム内で動作する移動無線の位置を決定することができるサービスを有するにはいくつかの望ましい理由がある。例えば、このようなポジショニング（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）サービスは、緊急発呼者（９１１）またはセルラシステム内に位置する子供たちの位置を突き止めるために使用できるだろう。代りに、このようなポジショニングサービスは、ディスパッティングまたは集団監視システムの一部として車両の位置を突き止めるために使用できるだろう。また、セルラシステムオペレータは、移動電話の位置に関する正確な知識に基づいてサービスパラメータをカスタム化するために、このようなポジショニングサービスを使用できるだろう。このようなカスタム化は、例えば、移動が限られている顧客にさらに低い費用のサービスを提供することを含むだろう。ポジショニングサービスは、盗まれたセルラ電話の位置を突き止める上でも、セルラサービスの不正な使用を調査するためにも有効だろう。
無線位置決定のための方法は、送信機から受信機へ光の速度で直線で移動すると想定される無線信号の伝搬遅延を測定するための技法を使用する。指向式アンテナによって提供される角度測定と組み合わされた無線遅延測定は、レーダー位置の根本的な原則である。無線定位は、移動車両によって反射される信号に完全に依存するよりむしろ、移動車両中のトランスポンダーの使用によって、多くの場合増加される。
代りに、移動無線の位置を突き止めるためには、いわゆる三辺測量システムを使用してよい。三辺測量システムにおいては、複数の時間遅延測定が、複数の送信機および／または受信機を使用して行われる。ロラン方式は、既知のおよび固定された位置にある基地局から一連の符号化されたパルスを、移動受信機に伝送する定位システムの一例である。移動受信機は、さまざまな送信機からの信号の到達の回数を比較し、位置の双曲線を決定する。同様に、全地球測位システム（ＧＰＳ）は、２４個の地球軌道旋回衛星のセットから伝送を提供する。移動受信機は、衛星の位置および４つまたは５つ以上の衛星から受信される信号間の時間遅延差に関する知識を使用してその位置を決定することができる。
前記例から、無線位置定位システムが２つのタイプ、つまり、ＧＰＳのような、移動ユーザーがそれ自体の位置を決定できるようにするタイプと、レーダーシステムのような、もう一方の相手が移動トランスポンダーの位置を決定できるようにするタイプの２つのタイプに分けることができることが理解できる。本出願に開示されるシステムは、レーダーシステムの固定された部分が、システム内に配置される移動無線装置の位置を決定することを希望する第２のタイプである。受動的なレーダーの場合を除き、このようなシステムは、通常、移動無線装置が無線信号を伝送することを要求する。
「二重衛星ナビゲーション方法およびシステム（Dual  Satellite  Navigation  Method  and  System）」と題する米国特許第５，１２６，７４８号は、移動端末が、信号の送受の両方を行い、それによって位置の円形の線を確定する往復トリップ（round trip）タイミング測定を、移動端末が受信機能だけを具備するロラン方式およびＧＰＳシステムに必要とされるより少ない数の送信機サイトを使用して実行できるようにする無線定位の方法を開示する。その他のシステムにおいては、移動端末は、送信機だけを具備することがあり、残りのシステム要素は、方向検出またはさまざまな位置からの信号の複数の受信を実行し、その位置を決定する。この例が、撃墜された航空機の位置を突き止めるためのＳＡＲＳＡＴシステムである。このシステムにおいては、撃墜された飛行機は、国際遭難周波数１２１．５  ＭＨｚ（および２７３ＭＨｚ）で信号を伝送する。地球軌道旋回（orbiting）衛星は、その信号を地球端末に中継する。衛星が頭上を通過すると、ドップラーシフトの変化が検出でき、位置の線が決定できる。同じまたは類似した衛星による複数の頭上上空飛行で位置の線のセットを決定することができ、その交差が、撃墜された航空機の位置を決定する。
直接シーケンススペクトル拡散信号が、距離測定および位置定位のための有効な特性を有することは長く知られている。もっとも早期のスペクトル拡散防害対抗軍事通信システムのいくつかは、正確な距離測定機能を含んでいた。言うまでもなく、ＧＰＳは、直接シーケンススペクトル拡散波形の使用に基づいている。ＧＰＳでは、ユーザーの受信機は、時間差測定を、視野内の４つまたは５つ以上の衛星から受信されている信号で行うことによって、四次元空間−時間でのその位置を決定する。衛星は、大部分の場所での時間の大部分、正確な位置計算を可能にする適切なジオメトリをもって、十分な衛星が視野に入るように、傾斜した１２時間軌道に配置され、並べられる。ＧＰＳシステムは、ナビゲーション端末に、位置計算に必要とされる現在の衛星の天体暦情報を知らせる。
電子工業会（ＥＩＡ）と共同して電気通信産業界協会（Telecommunications  Industry  Association）（ＴＩＡ）は、「二重モード広帯域スペクトル拡散セルラシステム用移動局−基地局互換性規格（Mobile  Station-Base  Station  Compatibility  Standard  for  Dual-Mode  Wideband  Spread  Spectrum  Cellular  System）」と題し、ＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−９５−Ａ、１９９５年５月（これ以降「ＩＳ−９５規格」）と呼ばれる暫定規格を作成し、公表した。ＩＳ−９５規格は、ＧＰＳ衛星ダウンリンク信号を使用してセルラシステム内の全セル（cell）の伝送を同期し、ルビジウムクロックを更新する符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）セルラシステムを支援する。したがって、ＩＳ−９５  ＣＤＭＡシステムにおいては、タイミングは、ＧＰＳシステムから直接セルラシステムに転送される。
ＩＳ−９５  ＣＤＭＡシステムは、システム内の３つ（または４つ以上の）基地局が、移動局の信号のタイミング測定を行うことができるならば、三次元空間−時間（二次元ポジショニングを加えた時間）での移動局の位置を決定することができる。ただし、パワー（power）制御を使用する結果、システム内の３つ（または４つ以上）の基地局は、多くの場合、移動局の信号のタイミング測定を行うことができない可能性がある。この点で、各移動送信機パワーは、最良に配置される基地局と通信するために必要な最小パワーだけが使用されるように、非常に注意深く制御される。この特徴は、ＣＤＭＡによる高いシステム容量の達成にとって主要である。これがポジショニングに関して引き起こす問題とは、移動機（ｍｏｂｉｌｅ）が１つの基地局に近づいてくると、それが、もっとも近い基地局でちょうど適当なＥｂ／Ｎｏを達成できるようにその送信機パワーを削減するだろうという点である。この結果、近隣の基地局でのさらに低い、おそらくはるかに低い、Ｅｂ／Ｎｏが生じ、多くの場合、移動機の信号をこれらの位置で受信することを困難にする。
ＩＳ−９５  ＣＤＭＡシステムにおいては、処理利得は通常２１ｄＢである。これは単に最大データ速度（９６００  ｂｐｓ）に対するチップレート（chip  rate）（１．２２８８  ＭＨｚ）の割合である。２つの基地局の間の等距離の点では、両方の基地局に必要とされる送信機パワーはほぼ同じである。受信された移動信号の両方の基地局で結果的に生じるＳＮＲは、優れたタイミング測定を得るのに十分以上であるだろう。しかし、移動局が、別の基地局ではなくある基地局にさらに近い点に移動すると、送信機パワーは削減されるだろう。これによって、さらに離れた基地局では受信されるＥｂ／Ｎｏが引き下げられるだろう。測定ＳＮＲは、単一ビット時間より長い時間間隔で統合し、効果的に処理利得を高めることによって、上昇することができる。例えば、信号が１つの符号反復つまり３２７６８チップで統合されると、処理利得は４５ｄＢ（１０*log３２７８）になるため、ＳＮＲは、９６００ｂｐｓでのＳＮＲに比較して２４ｄＢ改善される。優れた時間追跡調査のために５ｄＢのＳＮＲが必要とされる場合、遠い基地局での信号は近い基地局より３０ｄＢ弱くなることがある。このＳＮＲまたはさらに優れたものは、第４パワー伝搬を仮定して、セル領域の約９０％で達成できる。したがって、システムの有効範囲領域の９０％内では、優れた基地局ジオメトリが正確なポジショニングを得るために使用できるのであれば、基地局は、通常、ポジショニングを支持する時間差測定を行うことができるだろう。（前記に指定された統合時間で）基地局間の時間差測定が使用できないセル領域の１０％は、最大セル半径の約３０％まで伸びる（out  to）セル領域の中心に対応する。したがって、４マイル（２マイルのセル半径）によって区切られる基地局の場合、前記帯域幅前提でポジショニングを実行することができない領域の半径は、約１０００メートルである。
ドップラー考慮のために利用される可能性がある統合の時間に関する制限があることが注記される必要がある。例えば、移動機が２つの基地局の間の回線上で６０ｍｐｈで移動している場合、差異のドップラーは約２×１０-7である。これは、８００ＭＨｚのセルラバンドでの約１７０Ｈｚに相当する。これは、３２７６８チップでの統合をやや困難にするのに十分なドップラーである。したがって、前記見積は最良のケースとして解釈される必要がある。
したがって、本発明の目的は、移動無線がもっとも近い基地局の近くに配置される場合に、移動無線の位置が決定される、移動無線ポジショニングシステムを提供することである。
本発明のこれらのおよびその他の目的と優位点は、以下の説明およびクレームからさらに完全に明らかになるか、あるいは本発明の実践によって学ばれることがある。
発明の概要
本発明は、複数の基地局を有するセルラ電話システム内で移動局の位置を決定するための方法に向けられている。信号は、移動局から低いパワーレベルで伝送される。それから、信号の強度は、一時的に、低いパワーレベルから高められたパワーレベルに強められ、信号は、この高められたパワーレベルで移動局から一時的に伝送される。信号が高められたパワーレベルで移動局から一時的に伝送されている間、その信号は少なくとも第１位置測定を行うために使用される。移動局の位置は、第１位置測定に従って決定される。
【図面の簡単な説明】
本発明の上記の利点および目的ならびに他の利点および目的を得る方法を理解できるように、簡単に説明された本発明を添付図面に図示されている本発明の特定の実施態様を参照してより特定的に説明する。これらの図面は本発明の典型的な実施態様を示すだけであり、したがってその範囲を制限するものとは考えるべきではなく、本発明および現在理解されているその最良のモードは、以下に添付図面を参照してさらに特定的にそして詳細に説明される。
図１および１Ａに、移動局が位置決めチャネルに切り替えられて、移動局からのパワー伝送が一時的に増大させて、移動局と隣の基地局との間でタイミングの測定を可能とする、本発明の一つの好ましい実施態様に従った移動無線位置決めシステムの動作を示す。
図２および２Ａに、移動局からのパワー伝送が一時的に増大させて、移動局と隣の基地局との間でタイミングの測定を可能とする、本発明の一つの好ましい実施態様に従った移動無線位置決めシステムの動作を示す。
図３に、「送信専用」のスレーブアンテナ（slave antenna）を有する基地局を用いて、移動無線位置を決定する、本発明の一つの好ましい実施態様に従った移動無線位置決めシステムの動作を示す。
図４に、「受信専用」スレーブアンテナを有する基地局を用いて、移動無線位置を決定する、本発明の一つの好ましい実施態様に従った移動無線位置決めシステムの動作を示す。
図５から７に、たった２つの基地局を用いて、移動局の位置を決定する、本発明の一つの好ましい実施態様に従った移動無線位置決めシステムの動作を示す。
図８に、回転送信用ビームアンテナを有する基地局を用いて、移動無線の位置を決定する、本発明の一つの好ましい実施態様に従った移動無線位置決めシステムを示す。
図９に、回転受信用ビームアンテナを有する基地局を用いて、移動無線の位置を決定する、本発明の一つの好ましい実施態様に従った移動無線位置決めシステムを示す。
図１０および１０Ａに、セルラシステム中のおのおののセルが位置決め専用であって音声通信には利用できないＲＦチャネルを有する、本発明の一つの好ましい実施態様に従った移動無線位置決めシステムの動作を示す。
図１１に、基地局送信機が事前決定された期間中に自身をオフし、これによって、移動局と隣の基地局との間でのタイミング測定を可能とする、本発明の一つの好ましい実施態様に従った移動無線位置決めシステムの動作を示す。
図１２に、移動局のパワーを１つのフレームに対して一時的に増大させて、移動局と隣の基地局との間でのタイミング測定を可能とする、本発明の一つの好ましい実施態様に従った移動無線位置決めシステムの動作を示す。
好ましい実施態様の説明
図１から１２に、セルラ電話システム中の移動無線の位置決めをする、本発明の好ましい実施態様に従ったシステムを示す。図１から１２に示す位置決めシステムはおのおのが、セルラ電話システム中の移動式ユニットと基地局との間の通信のためのスペクトラム拡散変調技法を用いたセルラ電話システムの一部として具体化されるのが好ましい。セルラ電話システム中での通信のためにこのようなスペクトラム拡散変調（またはＣＤＭＡ）技法を用いる移動無線ユニットおよび基地局を有する例示の電話システムが、「ＣＤＭＡセルラシステム中で信号波形を発生するシステムと方法」（System and Method for Generating Signal Waveforms in a DCMA Cellular System）という題名の米国特許第５，１０３，４５９号および「セルラ電話システム中の多様性受信機」（Diversity Receiver in a Cellular Telephone System）という題名の米国特許第５，１０９，３９０号に開示されている。米国特許第５，１０３，４５９号および第５，１０９，３９０号の内容のすべてを参照してここに組み込む。米国特許第５，１０３，４５９号および第５，１０９，３９０号に開示されるタイプの移動無線ユニットおよび基地局は以後それぞれＣＤＭＡ移動局とＣＤＭＡ基地局と呼ぶ。
ここで図１および１Ａを参照すると、ＣＤＭＡ移動局が位置決めチャネルに切り替えられて、ＣＤＭＡ移動局からのパワー伝送を一時的に増大させて、移動局と隣のＣＤＭＡ基地局との間でのタイミング測定を可能とする、本発明の一つの好ましい実施態様に従った移動無線位置決めシステム１００の動作が示されている。位置決めシステム１００は、ＣＤＭＡ移動局（または移動無線）がセルラシステム中の１つのまたは複数の基地局と通常のＲＦトラフィックチャネル（traffic channel）上で音声通信している場合に、ステップ１１０で最初に呼び出される。発明の背景の項で上述したように、移動局が通常のＲＦトラフィックチャネル上で動作しているときは、トラフィック容量を高く保つために、そのパワーレベルはできるかぎり最小レベルになるように制御され維持される。この低いパワーレベルは、移動局が最も近い基地局（または最初の基地局）と通常ＲＦトラフィックチャネル上で通信できるように十分低い値である。移動局が最も近い基地局とこのような通信状態にある場合、この最も近い基地局はその送信機と受信機を用いて、無線信号がその最も近い基地局から移動局に伝搬し、またその移動局からその最も近い基地局に帰ってくるに要する時間を表す往復トリップ時間を測定する。より具体的に言うと、基地局の送信機は、ＣＤＭＡ無線信号が基地局から伝送されると伝送クロック同期設定（または相対的な伝送時間）を与える伝送クロックを有する。その上、基地局の受信機は、移動局から受信されて戻ってきたＣＤＭＡ信号を復調し、また、このような信号が基地局委で受信されたときに関連する受信クロック同期設定（または相対的受信時間）を決定する手段を有する。ステップ１１０において、送信クロック同期設定と受信クロック同期設定との間の差を比較することによって、基地局は、無線信号が基地局から移動局に伝搬し次に移動局から基地局に戻るまで要する時間を表す往復トリップ時間を測定することができる。この往復トリップ時間測定値に信号伝搬速度（すなわち光速）を乗算することによって、移動局と最も近い基地局との間の相対的な距離を決定することができる。往復トリップ時間測定値によって移動局は、このような相対的距離に等しい半径を有し、最も近い基地局の回りにその中心を持つ円の上に置かれる。
次に、ステップ１２０において、システムは移動局と隣の基地局（または第２の基地局）との間のタイミングの測定を試みる。ステップ１２０において、この測定は、移動局が低パワーで通常ＲＦトラフィックチャネル上で動作中に試みられる。ステップ１２０で実行されるタイミング測定は、移動局と第２の基地局の間での往復トリップ信号伝搬時間測定であってもよい。その代わりに、ステップ１２０で試みられるタイミング測定は、移動局からの信号がそれぞれ第１と第２の基地局で受信される時間差に対応するようにしてもよい。このような到達時間差に信号伝搬速度（すなわち光速）を乗算することによって、第１と第２の基地局間での移動局の位置の双曲線か、移動局の位置のさらなる円のいずれかが決定される。次に、ステップ１３０においては、システムは、ステップ１１０と１２０で実行されたタイミング測定に基づいて移動局の位置を決定するように試みる。より具体的に言うと、システムは、ステップ１１０で決定された位置の円と、ステップ１２０で決定された円（または双曲線）との交点を発見しようと試みる。システムがこのような交点を２つ以上発見した場合、移動局の正確な位置は、複数の移動局の内の１つの移動局のセクターアンテナ（sector antenna）を用いて、セルラシステム中における移動局の真の位置を表す交点を選択することによって決定される。こうする代わりに、システムがこのような交点を２つ以上発見したら、第１と第２の基地局の内のいずれかと第３の基地局との間のさらなる到達時間差を測定して移動局の真の位置を決定してもよい。
例えば、第２の基地局が移動局の信号を適切に受信するに必要な最小パワー未満のパワーレベルで、移動無線局が動作したりしているために、システムがステップ１２０でタイミングをまったく測定できない場合、処理はステップ１４０に進み、ここで、移動無線局は通常ＲＦトラフィックチャネルから特殊ＲＦ位置決めチャネルに切り替えられる。この特殊ＲＦ位置決めチャネルは、音声通信をサポートする能力を有するが、ステップ１１０から１３０で使用される通常ＲＦトラフィックチャネルからは分離されている通常ＣＤＭＡチャネルのことである。これと同じＲＦチャネルを、ＣＤＭＡセルラシステム中のすべてのセルにわたるこの特殊ＲＦ位置決めチャネルのために用いるのが好ましい。この後で、ステップ１５０においては、移動局が位置決めチャネル上で動作中に、移動局からの伝送のパワーがその可能な最大パワーレベルにまで増大される。移動局からの伝送がこの増大したパワーレベルで進行中に、ステップ１６０では移動局と隣の基地局の間でタイミングが測定される。ステップ１６０で実行されるタイミング測定はステップ１２０でのタイミング測定と同じであるが、ステップ１６０では、増大したパワーレベルで移動ユニットから伝送された信号を用いてタイミングが測定されるという点が異なる。ステップ１７０と１８０においては、移動局からの伝送のパワーはその通常の低レベルに減少して、通常ＲＦトラフィックチャネルに切り替えられて戻される。移動局がその増大したパワーレベルで動作しているステップ１５０と１７０の間の期間は、ステップ１６０で実行されるタイミング測定が成功裏に完了されるに十分な値であることが望ましいが、この期間は、移動局から伝送される信号中の１音声フレームの期間と同じ短さであってもよい。
最後に、ステップ１９０において、システムはステップ１１０と１６０で実行されたタイミング測定に基づいて移動局の位置を決定する。より具体的に言うと、システムはステップ１１０で決定された位置の円と、ステップ１６０で決定された位置の円（または双曲線）との交点を１つ以上発見する。システムが２つ以上の交点を発見した場合、移動局の正確な位置は、複数の基地局の内の１つの基地局のセクターアンテナを用いてセルラシステム中の移動局の真の位置を表す交点を選択することによって決定される。図１と１Ａに示すプロセスは周期的に繰り返して、移動局がセルラシステム内を移動するにつれて移動局に関する現行の位置情報を維持するようにするのが好ましい。このプロセスは、例えば移動局によって伝送される信号内の１００音声フレームにつき１つの音声フレームに等しい時間間隔で、またはその代わりに１秒から３秒毎に繰り返すようにしてもよい。
ステップ１３０と１９０で実行される位置の計算は１つ以上の基地局内で実行してもよいしセルラシステムの切換センター内で実行してもよいことが当業者には理解されよう。
上記の実施態様では、移動局からの伝送のパワーは最初にステップ１５０でその可能な限りの最大パワーレベルに増大する。１つの代替実施態様では、移動局のパワーレベルは例えば２０ｄＢまで徐々に上昇し、ついには、第２の基地局が、ステップ１６０で必要とされるタイミング測定を成功裏に実行できるようになる。本発明の本好ましい実施態様では、ステップ１４０と１９０でマップ整合（map matching）テーブルを用いて、システムによる位置決定の精度を向上させている。システム１００によるタイミング測定は信号伝搬時間（または信号伝搬時間の差）に対応するのが好ましいので、位置決め精度は移動局と基地局との形状が不適切であったり、信号伝搬経路が曲がったりしていると劣化する。マップ整合テーブルは、移動局が公道を走行中の車両内にあると仮定し、このような道路上のさまざまな点における位置計算上の誤差の原因となる基地局の不適切な形状や曲がった伝搬経路を埋め合わせることによって形成される。このようなマップ整合テーブルを開発する好ましい方法の１つは、ある地域をその地域内のさまざまな道路に沿って移動局を駆動することによって調査することである。移動局が駆動されている間に、その地域内のさまざまな位置で上記のタイミング測定を実行する。その上、このようなおのおのの位置で、例えばＧＰＳを用いて移動局の実際の位置を決定し、この実際の位置を、その位置で実行されたタイミング測定の結果と関連してテーブル中にエントリとして記憶する。ステップ１１０，１２０および／または１６０で実行されたタイミング測定は、次に、テーブルに記憶されているタイミング測定結果と比較され、ステップ１１０，１２０および／または１６０で実行されたタイミング測定と最も緊密に整合するタイミング測定を有するエントリがテーブルから選択される。次に、移動局の位置は、このように選択されたエントリのおのおのに対してテーブル内に記憶されている実際の位置間で内挿させることによって決定される。
最後に、システム１００は上述したようにスペクトラム拡散すなわちＣＤＭＡセルラシステムの一部として具体化されたが、システム１００のステップは、例えば時間分割多重アクセス変調システムなどの他の変調システムと関連させて具体化し、これによって、このようなシステム内で動作する移動局の位置を決定するようにしてもよいことが当業者には理解されよう。
ここで図２と２Ａを参照すると、移動無線位置決めシステム２００の動作が示されているが、ここでは、本発明の一つの好ましい実施態様に従って、移動局からのパワー伝送を一時的に増大させて、移動局と隣の基地局の間でタイミングを測定できるようにしている。システム２００は実質的にはシステム１００とその機能は同じであるが、システム２００においては、第２の隣の基地局でのタイミング測定を可能とするために、移動局は、そのパワーレベルが増大する前に分離した位置決めチャネルに切り替えられたりしないという点が異なる。このようにして、ステップ２１０，２２０および２３０は実質的にステップ１１０，１２０および１３０にそれぞれ対応し、ステップ２４０，２５０、２６０および２７０は実質的にステップ１５０，１６０，１７０および１９０にそれぞれ対応する。システム２００はシステム１００に比較して不利な点を有するが、その理由は、システム２００においては、通常ＲＦトラフィックチャネル上で動作している他の移動局は、位置決めされている移動局がそのパワーレベルをステップ２４０と２６０の間で増加させるとフレームエラーが発生しかねないからである。しかしながら、ＣＤＭＡシステムは通常はこのような偶発的なフレームエラーに耐えることができる。
ここで図３を参照すると、ある移動無線位置決めシステム３００の動作が示されているが、ここでは、本発明の一つの好ましい実施態様に従って、「伝送専用」スレーブアンテナを有する基地局を用いて、移動無線の位置を決定している。システム３００においては、修正型ＣＤＭＡ基地局を通常型ＣＤＭＡの代わりに用いている。この修正型基地局においては、２つ以上（できれば３つ）の伝送専用のスレーブアンテナが、通常（またはマスター（master））の基地局アンテナに近接して（これの約数１００フィート以内に）置かれる。２セクター式ＣＤＭＡ基地局の場合、３つの伝送専用スレーブアンテナを用いるのが好ましいが、この場合、スレーブアンテナはおのおのがこの３つのセクターのそれぞれ別々のセクター内に置かれる。これらのスレーブアンテナはそのおのおのが、ＣＤＭＡ信号を伝送するための関連回路を有し、この関連回路は、マスター基地局アンテナからのＣＤＭＡ信号の伝送用の信号伝送回路と実質的に類似している。ステップ３０５，３１０，３１５および３２０において、第１，第２，第３および第４のそれぞれ別々のＣＤＭＡ信号（そのおのおのが分離した事前割当てウオルシュ符号を有している）はそれぞれ、基地局にある第１，第２および第３のスレーブアンテナならびにマスターアンテナから伝送される。第１，第２，第３および第４の信号は共通のＣＤＭＡトラフィックチャネル上で伝送される。第１，第２および第３の信号が別々のセクター内に置かれているスレーブアンテナから伝送される場合、第１，第２および第３の信号はまた、このような信号の伝送元であるセクターに対応した別々のｐｎ符号位相を有する。ステップ３２５，３３０，３３５および３４０において、ステップ３０５，３１０，３１５および３２０で伝送されたこれら４つの信号はそれぞれ移動局によって受信される。移動局は、別々のウオルシュ符号および別々のｐｎ符号位相を有する複数の信号を同時に復調して、このような信号のおのおのと関連したクロック同期設定（または相対的受信時間）を決定する手段を有する。ステップ３４５においては、マスターアンテナとスレーブアンテナから伝送された信号と関連したクロック同期設定同士間の差を比較することによって、移動局は、ステップ３０５，３１０，３１５および３２０で伝送された信号が移動局によって受信された相対的時間に対応する到達時間の差を計算することができる。最後に、ステップ３５０において、ステップ３０５，３１０，３１５および３２０で伝送された信号の到達時間の差を用いて、位置の少なくとも２つの双曲線を計算する。次にシステムは位置のこれらの双曲線同士の１つ以上の交点を識別する。システムがこのような交点を２つ以上発見した場合は、移動局の正確な位置は、基地局のセクターアンテナを用いて、セルラシステム内の移動局の真の位置を表す交点を選択することによって決定してもよい。
ステップ３５０でなされる位置計算は、移動局、基地局およびシステムの切換センターのいずれで実行してもよい。この計算を移動局内で実行する場合、基地局のマスターアンテナおよびスレーブアンテナの座標は、移動局が上記の位置の双曲線を決定できるようになる前に移動局に伝送しなければならない。そうする代わりに、計算を基地局内で実行する場合、移動ユニットによって測定された到達時間差は、位置計算が実行可能となる前に基地局に伝送する必要がある。システム３００のこの好ましい実施態様では、（上記の）マップ整合テーブルをステップ３５０で用いて、システムによる位置決定の精度を向上させる。
ここで図４を参照すると、ある移動無線位置決めシステム４００の動作が示されているが、ここでは、本発明の一つの好ましい実施態様に従って、「受信専用」スレーブアンテナを有する基地局を用いて、移動無線位置を決定する。システム４００では、修正型ＣＤＭＡ基地局を通常ＣＤＭＡ基地局の代わりに用いている。この修正型基地局においては、２つ以上の受信専用のスレーブアンテナが通常の（またはマスター）基地局アンテナに近接して（その数１００フィート以内に）置かれている。スレーブアンテナはおのおのが、ＣＤＭＡ信号を受信するための関連の回路を有しているが、この関連回路は、マスター基地局アンテナでＣＤＭＡ信号を受信するために用いられる信号受信回路に実質的に類似している。セクター化された基地局の場合、受信専用のスレーブアンテナをおのおののセクター内に置くのが好ましい。このようにして、３セクター式のＣＤＭＡ基地局の場合、３つの受信専用スレーブアンテナを、そのおのおのが３つのセクターのそれぞれ別々のセクター内に置かれるように使用するのが好ましい。以下に述べる位置決め機能を実行するほかにも、これらの受信専用スレーブアンテナはまた基地局でのダイバーシチアンテナとして用いることもできる。
ステップ４１０においては、移動局が通常ＲＦトラフィックチャネルを用いてＣＤＭＡ音声通信信号を伝送する。ステップ４２０，４３０および４４０においては、ステップ４１０で伝送された信号が、それぞれ第１および第２のスレーブアンテナならびにマスターアンテナによって基地局で受信される。これら２つのスレーブアンテナおよびマスターアンテナはおのおのが、移動局から伝送されたＣＤＭＡ信号を復調し、信号がこのようなアンテナのおのおのによって受信されたときに関連するクロック同期設定（または相対的受信時間）を決定する手段を有する。ステップ４５０においては、マスターアンテナおよびスレーブアンテナで受信された信号と関連するクロック同期設定の間の差を比較することによって、基地局は、ステップ４１０で伝送された信号が基地局でスレーブアンテナとマスターアンテナによって受信された相対的時間に対応する到達時間の差を計算することができる。最後に、ステップ４６０において、ステップ４２０，４３０および４４０で受信された信号の到達時間差を用いて、位置の２つの双曲線を計算する。次にシステムは、位置のこれらの双曲線同士の交点を１つ以上識別する。システムがこのような交点を２つ以上発見した場合、移動局の正確な位置は、基地局でセクターアンテナを用いてセルラシステム内の移動局の真の位置を表す交点を選択することによって決定し得る。
ステップ４６０における位置計算は基地局内とセルラシステムの切換センター内のどちらで実行してもよいことが当業者には理解されよう。システム４００のこの好ましい実施態様では、（上述の）マップ整合テーブルをステップ４５０と４６０で用いて、システムによって実行される位置決定の精度を向上させている。
システム４００の１つの代替実施態様では、スレーブアンテナはステップ４２０と４３０で信号を受信することができなかったが、この理由は、例えば移動無線局が、スレーブアンテナが移動局の信号を適切に受信するために必要とされる最小パワー未満のパワーレベルで動作中であり、次に、移動局からの伝送のパワーをより高いパワーレベルに一時的に増大させるからである。ある好ましい実施態様では、このより高いパワーレベルは、ＣＤＭＡ基地局内に搭載された閉ループパワー制御システムを用いて達成される。通常は、このパワー制御システムは、マスター基地局アンテナで受信された信号を用いて、移動局のパワーレベルを調節する。しかしながら、スレーブアンテナの内の１つ以上がステップ４２０および／または４３０で移動局を受信することができない場合、パワー制御システムはその入力を変更して、スレーブアンテナで受信された最も弱い信号を用いて、移動局のパワーレベルを調節するのが好ましい。この方法によって、移動局からの信号がすべてのスレーブアンテナで受信されるに十分なパワーレベルにまで増大されることが保証される。移動局からの伝送がこの増大されたパワーレベルで実行されている間に、ステップ４２０，４３０および４４０ではタイミング測定が実行される。その後で、移動局からの伝送のパワーは通常の低レベルに減少する。上述したように、移動局がその増大したパワーレベルで動作している期間は、ステップ４２０，４３０および４４０でのタイミング測定が成功裏に完了されるに十分な長さであることが好ましいが、この期間は移動局から伝送される信号中の１音声フレームの期間と同じ値であってもよい。
図３と４に示すプロセスは周期的に繰り返して、移動局がそのセルラシステム内で移動するに連れての現行位置の情報を維持するようにするのが好ましい。個々のプロセスを、例えば移動局から伝送される信号中の１００音声フレーム毎の１つに等しい時間間隔で、またはそのかわりに、１秒から３秒毎に繰り返してもよい。最後に、上述したシステム３００と４００は、スペクトラム拡散すなわちＣＤＭＡセルラシステムの一部として具体化されたが、これらのシステムのステップは、このようなシステム内で動作している移動局の位置を決定するために、例えば時間分割多重アクセス変調システムなどの他の変調システムと関連して具体化してもよいことが当業者には理解されよう。
ここで図５を参照すると、移動無線位置決めシステム５００の動作が示されているが、ここでは、本発明の一つの好ましい実施態様に従って、たった２つの基地局を用いて、移動局の位置を決定している。ステップ５１０と５２０では、第１のウオルシュ符号および第１のｐｎ符号オフセットを有する第１のＣＤＭＡ信号が第１のＣＤＭＡ基地局から伝送され、第２の（異なった）ウオルシュ符号および第２の（異なった）ｐｎ符号オフセットを有する第２のＣＤＭＡ信号が第２のＣＤＭＡ基地局から伝送される。第１と第２の信号は、移動局とそのそれぞれの地域内で通信するためには、第１と第２の基地局で用いられた通常のＲＦトラフィックチャネル上で伝送されるのが好ましい。ステップ５１５と５２０においては、ステップ５１０と５２０で伝送されたこれら２つの信号はそれぞれ移動局から受信される。移動局は、別々のウオルシュ符号および別々のｐｎ符号オフセットを有する複数の信号を同時に変調して、このような信号のおおのおのと関連するクロック同期設定（または相対的受信時間）を決定する手段を有する。ステップ５３０においては、第１と第２の基地局から伝送された信号と関連したクロック同期設定間の差を比較することによって、移動局は、ステップ５１０と５２０で２つの信号が移動局によって受信される相対的な時間に対応する到達時間差を計算することができる。この到達時間差によって、移動局は第１と第２の基地局間にある双曲線上に置かれる。次に、ステップ５３０において、第１の基地局は自分自身と移動局の間で往復トリップタイミング測定を実行する。図１を参照して上述したように、このような往復トリップ時間測定値は、無線信号が第１の局から移動局に伝搬して次にその移動局からその第１の局まで戻って来るに必要な時間を表す。この往復トリップ時間測定値に信号伝搬速度（すなわち光速）を乗算することによって、移動局と第１の基地局間の相対的な距離を決定することができる。このようにして、この往復トリップ時間測定値によって、移動局は、このような相対的距離に等しい半径を有し第１の基地局の回りにその中心を持つ円の上に置かれる。
次に、ステップ５５０において、システムは、ステップ５３０と５４０で実行された測定に基づいて決定された位置の双曲線と円の交点を１つ以上識別する。このような交点はおのおのが、移動局が置かれているかもしれない候補の位置を表す。システムがこのような交点を２つ以上発見した場合は、２つの基地局の内の一方のところにあるセクターアンテナ（またはその代わりにスレーブアンテナのセクターアンテナ）をステップ５６０で用いて、移動局が置かれている角度セクターを決定する。好ましい実施態様においては、セクターアンテナはその受信地域を３つの１２０度セクターに分割する。スレーブアンテナがステップ５６０で使用される場合、このようなセクター間の境界線はシステム内の他のスレーブアンテナを指し示すのが好ましい。最後に、ステップ５７０において、移動局の位置は、ステップ５６０で識別されたセクター内に置かれた候補位置を選択することによって決定される。図１から４を参照して上述したように、ステップ５５０と５７０で実行された位置計算は、移動局の中または基地局のいずれか１つの中のどちらで実行してもよい。
ここで図６を参照すると、移動無線位置決めシステム６００の動作が示されているが、ここでは、本発明の１代替の好ましい実施態様に従って、たった２つの基地局を用いて、移動局の位置を決定している。ステップ６１０においては、第１の基地局が自分自身と移動局の間で第１の往復トリップタイミング測定を実行している。上述したように、この第１の往復トリップ時間測定によって、移動局は、第１の基地局の回りに中心を持つ第１の円の上に置かれる。次に、ステップ６２０においては、第２の基地局が自分自身と移動局の間でさらなる往復トリップタイミング測定を実行する。この往復トリップ時間測定によって、移動局は、第２の基地局の回りに中心を持つ第２の円の上に置かれる。
次に、ステップ６３０において、システムは、ステップ６１０と６２０で実行された測定に基づいて決定された位置の第１と第２の円の交点を１つ以上識別する。このような交点はおのおのが、移動局が置かれているかもしれない候補の位置を表す。システムがこのような交点を２つ以上発見した場合、２つの基地局の内の一方の所にあるセクターアンテナ（またはその代わりにスレーブアンテナのセクターアンテナ）をステップ６４０で用いて、移動局が置かれている角度セクターを決定する。１好ましい実施態様では、セクターアンテナはその受信地域を３つの１２０度セクターに分割する。スレーブアンテナをステップ６４０で用いる場合、このようなセクター間の境界線はシステム内の他のスレーブアンテナを指し示すのが好ましい。最後に、ステップ６５０において、移動局の位置は、ステップ６４０で識別されたセクター内に置かれている候補位置を選択することによって決定される。図１から４を参照して上述したように、ステップ６３０と６５０で実行された位置計算は移動局の中または基地局の内の１つの中のどちらで実行してもよい。その上、マップ整合テーブルを用いて、ステップ６３０で識別された候補位置の精度を高めるようにしてもよい。
ここで図７を参照すると、移動無線位置決めシステム７００の動作が示されているが、ここでは、本発明のさらなる代替の好ましい実施態様に従って、たった２つの基地局を用いて、移動局の位置を決定している。システム７００はシステム６００と類似しているが、ただ、システム７００においては、第１と第２の基地局が、移動局の伝送パワーが低すぎて往復トリップタイミング測定を実施することが不可能な場合、移動局の伝送のパワーレベルが一時的に増大して、このようなタイミング測定を可能とする点が異なる。
さらに図７を参照すると、位置決めシステム７００は、ＣＤＭＡ移動局がセルラシステム内の１つ以上の基地局と低パワーレベルで通常ＲＦトラフィックチャネル上で音声通信中であるときにステップ７０５において、最初に呼び出される。この低パワーレベルは、移動局が最も近い基地局（または第１の基地局）と通常ＲＦトラフィックチャネル上で通信するに十分なレベルである。ステップ７１０において、移動局が第１の基地局とこのような通信状態にある場合、第１の基地局はその送信機および受信機を用いて、無線信号が第１の基地局から移動局まで伝搬して次にこの移動局からこの第１の基地局まで戻るに必要な時間を表す往復トリップ時間測定を実行しようと試みる。ステップ７２０においては、移動ユニットは今だその低パワーモードで伝送中である間に、隣の基地局（または第２の基地局）はその送信機と受信機を用いて、無線信号が第２の基地局から移動局に伝搬して、この移動局からこの第２の基地局まで戻るに必要な時間を表す往復トリップ時間測定を実行しようと試みる。システムがステップ７１０と７１５で往復トリップタイミング測定を成功裏に実行することが可能であれば、処理はステップ７４５，７５０および７５５に進行し、ここで、移動局の位置が、このような往復トリップタイミング測定に基づいて決定される。ステップ７４５，７５０および７５５では、上述のそれぞれステップ６３０，６４０および６５０におけると実質的に同じ方法で移動局の位置が決定される。
例えば、移動無線局が第２の基地局が移動局の信号を適切に受信するに必要な最小パワー未満のパワーレベルで動作しているために、システム７００がステップ７０５と７１０でタイミング測定を成功裏に実行できない場合、処理はステップ７２０に進行し、ここで、移動局からの伝送のパワーはその可能な限りの最大パワーレベルにまで増大する。移動局からの伝送がこの増大したパワーレベルで実行中に、ステップ７０５と７１０で最初に試みられたタイミング測定がステップ７３０と７３５で実行される。ステップ７３０と７３５で実行されるタイミング測定はステップ７０５と７１０で試みられる測定と同じであるが、ただ。ステップ７３０と７３５においては、タイミング測定が、移動ユニットから伝送された信号を用いてしかも増大したパワーレベルで実行される点が異なる。その後で、ステップ７４０において、移動局からの伝送のパワーはその通常の低レベルにまで減少し、移動局の位置は上述のステップ７４５，７５０および７５５に従って決定される。この好ましい実施態様においては、移動局がその増大したパワーレベルで動作するステップ７２０と７４０の間の時間間隔は、移動局から伝送される信号中の１つの音声フレームの期間に対応する。
図７に示すプロセスは周期的に繰り返し実行して、移動局のそのセルラシステム内を移動するに連れての現行位置の情報を維持するのが好ましい。このプロセスは、例えば、移動局によって伝送された信号中の１００音声フレームの内の１つに等しい時間間隔で、またはその代わりに１秒から３秒毎に繰り返してもよい。その上、上述のシステム５００，６００および７００はスペクトラム拡散すなわちＣＤＭＡセルラシステムの一部として具体化されたが、これらのシステムのステップは、例えば時間分割多重アクセス変調システムなどの他の変調システムと関連して具体化して、このようなシステム内で動作中の移動局の位置を決定してもよいことが当業者には理解されよう。
ここで図８を参照すると、本発明の好ましい実施態様に従って、移動局８２０の位置を決定するために回転伝送ビームアンテナを有するＣＤＭＡ基地局８１０を用いる移動無線位置決めシステム８００が示されている。システム８００においては、自分自身のウオルシュ符号を有する信号が基地局８１０の回転アンテナから伝送される。この回転アンテナは、セルラ電話システム内でセル８４０の回りを回転するビーム８３０を有する。このビームは、例えば２秒毎に１回回転する。このビームが基地局８１０と関連するさまざまなセクター上を回転すると、この回転アンテナから伝送される信号のｐｎ符号位相が変化して、そのビームが回転中のセクターを反射する。このようにして、３セクター式の基地局の場合、回転ビームの信号のｐｎ符号位相は、ビームがセル８４０の回りを１回転する毎に３回変化する。１つの代替実施態様では、回転ビームの信号のｐｎ符号位相とウオルシュ符号の双方が、ビームがセル８４０の回りを回転するに連れて変化する。ビーム８３０は、移動局８２０が既知の回転タイミングを有する。移動局は基地局８１０から移動局８２０へのこのタイミング情報伝送を受信する。回転ビーム信号は起動局８２０で受信され、回転ビーム信号の空白またはピークのいずれかが移動局８２０によって受信された受信時間に基づいて、移動局８２０の角度位置に対応した角度変位値（θ）が決定される。静止アンテナ（基地局８１０のところに置かれるのが好ましい）と移動局８２０の間での第１の往復トリップ信号伝搬時間が、基地局から伝送されたＣＤＭＡ音声情報信号を用いて測定される。移動局の位置は、角度変位値および第１の往復トリップ信号伝搬時間に従って決定される。より具体的に言うと、往復トリップ伝搬時間を上述のように用いて、移動局８２０を基地局８１０の回りに中心を持つ円の上に置き、角度変位値（θ）を用いて、移動局８２０が置かれているこの円に沿った点を識別する。この計算は基地局８１０またはセルラシステムの切換センターのいずれで実行してもよい。（上述したような）マップ整合テーブルもまた、システム８００による位置決定の精度を向上させる目的で使用されることができる。
ここで図９を参照すると、本発明の一つの好ましい実施態様に従って、移動局９２０の位置を決定するために回転ビームアンテナを有する基地局９００を用いる移動無線位置決めシステム９００が示されている。システム９００においては、ＣＤＭＡ音声情報信号は移動局９２０から伝送される。この音声情報信号は、信号受信用の回転ビーム９３０を有する第１のアンテナを持つ基地局９１０で受信される。ビーム９３０はある角度間隔でセル９４０の回りを回転する。音声情報信号のピークまたは空白のいずれかが第１のアンテナによって受信された受信時間に基づいて、移動局９２０の角度位置に対応した角度変位値（θ）が決定される。第２のアンテナ（基地局９１０のところにあるのが好ましい）と移動局９２０の間での往復トリップ信号伝搬時間が測定される。次に、移動局９２０の位置が、角度変位値（θ）および往復トリップ信号伝搬時間の測定値に従って決定される。より具体的に言うと、往復トリップ伝搬時間を用いて、移動局９２０を基地局９１０の回りに中心を持つ円の上に置き、角度変位値（θ）を用いて、移動局９２０が置かれているこの円に沿った点を識別する。この計算は、基地局９１０またはセルラシステムの切換センターのどちらで実行してもよい。（上述した）マップ整合テーブルも、システム９００による位置決定の精度を向上させるために用いられる。
さらに、システム８００と９００は上述したようにスペクトラム拡散すなわちＣＤＭＡセルラシステムの一部として具体化されたが、これらのシステムのステップは、このようなシステム内で動作している移動局の位置を決定するために、例えば時間分割多重アクセス変調システムなどの他の変調システムと関連して具体化してもよいことが当業者には理解されよう。
ここで図１０と１０Ａを参照すると、ある移動無線位置決めシステム１０００の動作が示されているが、ここでは、本発明の一つの好ましい実施態様に従って、位置決め専用であって音声通信用には利用できないＲＦチャネルをセルラシステム内のおのおののセルが有している。システム１０００は、セルおのおのが、ＣＤＭＡ基地局とＣＤＭＡ移動局の間での音声通信をサポートする能力を有する複数のＮ個（ここでＮは３以上の整数）のＲＦトラフィックチャネルを有するＣＤＭＡセルラシステムと関連して具体化することが好ましい。おのおののセル中では、Ｎ個のトラフィックチャネルの内の１つのチャネルが、セル内の移動局に電話音声情報信号を伝送する目的では通常は利用できない専用の位置決めチャネルと指定される。この指定された位置決めチャネルの結果、システム内のおのおののセルと関連するＣＤＭＡ基地局は、基地局とＣＤＭＡ移動局の間での音声通信をサポートする目的に利用可能な通常ＲＦトラフィックチャネルをＮ−１個と、このような音声通信サポート目的には利用不可能な専用位置決めチャネルであるＲＦチャネルを１個有する。本発明のこの好ましい実施態様においては、専用の位置決めチャネルは、隣のセルがその専用位置決めチャネルと指定された別のＲＦチャネルを有するようにシステム内のさまざまなセルに対して選択される。
さらに図１０と１０Ａを参照すると、システム１０００は、第１の基地局と関連する通常ＲＦトラフィックチャネルの内の１つのチャネル上にある近接した基地局（または第１の基地局）と移動局が通信しているときにステップ１００５で最初に呼び出される。移動局が第１の基地局とこのような通信状態にあるときに、第１の基地局は、無線信号が第１の基地局から移動局に伝搬して次にこの移動局から第１の基地局まで戻るに必要な時間を表す往復トリップ時間測定を実行する。このようにして、この往復トリップ時間測定によって、移動局は第１の基地局の回りに中心を持つ円の上に置かれる。
次に、ステップ１０１０において、システムは移動局と隣の基地局（または第２の基地局）の間でタイミング測定を実行しようと試みる。ステップ１０１０において、この測定は、移動局が第１の基地局と関連する通常ＲＦトラフィック上で動作中に試みられる。ステップ１０１０で実行されるタイミング測定は、移動局と第２の基地局の間での往復トリップ信号の伝搬時間測定であってもよい。その代わりに、ステップ１０１０で試みられるタイミング測定は、移動局からの信号がそれぞれ第１と第２の基地局で受信される時間の差に対応するようにしてもよい。システムがステップ１０１０でこのようなタイミング測定を成功裏に実行可能である場合、処理はステップ１０３５に進行し、ここで、システムは、ステップ１００５と１０１０で実行されたタイミング測定に基づいて移動局の位置を決定する。より具体的に言うと、システムはステップ１００５で決定された位置の円とステップ１０１０で決定された円（または双曲線）との交点を１つ以上識別する。システムがこのような交点を２つ以上発見した場合、移動局の正確な位置は、複数存在する基地局の内の１つの基地局のところにあるセクターアンテナを使用して、セルラシステム内の移動局の真の位置を表す交点を選択することによって決定する。
例えば、第２の基地局が移動局の信号を適切に受信するに必要とする最小パワー未満のパワーレベルで移動無線局が動作中であったりして、システム１０００がステップ１０１０でなんらタイミング測定が成功裏に実行できない場合、処理はステップ１０２０に進行し、ここで、移動無線局は通常ＲＦトラフィックチャネルから第１の基地局と関連する専用のＲＦ位置決めチャネルに切り替えられる。移動局がこの専用のＲＦ位置決めチャネル（channel）上で動作中は、移動局は隣の基地局からの伝送を明瞭に受信できる。ステップ１０２５において、移動局が専用位置決めチャネル上にあり、このような隣の基地局の信号を聞き取れる間に、移動局は、隣の基地局から伝送される信号の到達時間の差（またはこの代わりに、隣の基地局から伝送された信号と第１の基地局から伝送された信号との到達時間差）を測定する。上述したように、この到達時間差は、適当な基地局の座標と一緒に用いられて、移動局をこのような基地局間の双曲線の上に置く。ステップ１０３０において、移動局は通常ＲＦトラフィックチャネル上に切り替えて戻される。最後に、ステップ１０３５（上述の動作）において、システムは、ステップ１００５と１０２５で実行されたタイミング測定に基づいて移動局の位置を決定する。ステップ１０３５で実行される位置計算は、１つ又は複数の基地局の内またはセルラシステムの切換センターのどちらで実行してもよい。
ここで図１１を参照すると、ある移動無線位置決めシステム１１００の動作が示されているが、ここでは、本発明の一つの好ましい実施態様に従って、事前決定された期間中に基地局の送信機が自分自身をオフして、移動局と隣の基地局との間でのタイミング測定を可能としている。システム１１００はステップ１１１０から開始するが、このとき、第１のＣＤＭＡ基地局は、第１の基地局の有効範囲地域内のＣＤＭＡ移動局と通常の音声通信状態にある。次に、ステップ１１２０において、第１の基地局がその有効範囲地域内での移動局に対する伝送を継続している間に、位置決めされている最中の移動局は、三点測量法を用いて、すなわち第１の基地局と２つの他の隣の基地局との間の信号到達時間差を測定して自分自身の位置を突き止めようと試みる。このような位置決めは、位置決め最中の移動局が隣の基地局との必要なタイミング測定を実行できなければ不成功に終わる。このような位置決めが不成功である場合、処理はステップ１１３０に進行し、ここで、第１の基地局が１つのボコーダフレーム用の自分自身の送信機をオフする。第１の基地局の送信機が動作していない間に、位置決め最中の移動局は、少なくとも３つの隣の基地局から受信した信号の到達時間差をステップ１１４０で測定する。その上、ステップ１１６０において、第１の基地局の送信機が沈黙している間に、第１の基地局の有効範囲地域内の他の移動局が、ボコーダフレーム用の第１の基地局送信機からの伝送の一時的な中断によって引き起こされたあらゆる伝送エラーをマスクする。次に、ステップ１１５０において、システムは、ステップ１１４０で実行されたタイミング測定に基づいて、位置決め中の移動局の位置を決定する。より具体的に言うと、システムはステップ１１４０で実行されたタイミング測定によって定義された位置の双曲線の交点を１つ以上識別する。システムがこのような交点を２つ以上発見すると、移動局の正確な位置は、複数の基地局の内の１つの基地局のところにあるセクターアンテナを用いて、セルラシステム内での移動局の真の位置を表す交点を選択することによって決定される。ステップ１１５０で実行される位置計算は、位置決め中の移動局の中で実行しても基地局の中で実行してもよい。さらに、マップ整合テーブルを上述のように用いて、ステップ１１５０で実行される移動位置決定の精度を向上させてもよい。
図１１に示すプロセスは周期的に繰り返し実行して、移動局のそのセルラシステム内で移動するに連れての現行位置の情報を維持するようにするのが好ましい。このプロセスは、例えば、第１の基地局によって伝送される信号中の１００音声フレームの内の１つに等しい時間間隔で繰り返す、またはその代わりに１秒から３秒毎に繰り返してもよい。そのうえ、隣の基地局がステップ１１３０で伝送を中止する時間間隔は、隣接する基地局が同時に伝送を中止することがないように論理ゲートを組むのが好ましい。最後に、システム１１００は上述のようにスペクトラム拡散すなわちＣＤＭＡセルラシステムの一部として具体化するのが好ましいが、これらのシステムのステップは、このようなシステム内で動作中の移動局の位置を決定するために、例えば時間分割多重アクセス変調システムなどの他の変調システムと関連して具体化してもよいことが当業者には理解されよう。
ここで図１２を参照すると、移動無線位置決めシステム１２００の動作が示されているが、ここで、本発明の一つの好ましい実施態様に従って、フレームに対する移動局のパワーが一時的に増大して、移動局と隣の基地局の間でのタイミング測定を可能としている。システム１２００はステップ１２１０から開始するが、このとき、第１のＣＤＭＡ基地局は低パワーレベルで、第１の基地局の有効範囲地域内のＣＤＭＡ移動局と通常の音声通信状態にある。次に、ステップ１２２０において、第１の基地局がその有効範囲地域内での移動局に対する伝送を継続している間に、位置決め最中の移動局は三点測定法を用いて、すなわち、第１の基地局と他の２つの隣の基地局との間の信号到達時間差を測定することによって、自分自身を位置を突き止めようと試みる。ステップ１２２０は上記の図１１を参照して説明されたステップ１１２０実質的に同じである。このような位置決めが不成功に終わった場合、処理はステップ１２３０に進行し、ここで、位置決め最中のＣＤＭＡ移動局はその伝送パワーを単一フレームに対する最大レベルにまで増大させる。ステップ１２４０において、移動局の送信機が最大パワーレベルにある間に、少なくとも３つの隣の基地局が最大パワーで移動局から伝送された信号の到達時間差を測定する。そのうえ、ステップ１２６０において、移動局の送信機が最大パワーレベルにある間に、位置決め最中の移動局と同じセル内の低パワーレベルにある他の移動局が、位置決め最中の移動局における伝送パワーの一時的な増大によって引き起こされるあらゆるエラーもマスクする。次に、ステップ１２５０において、システムは、位置決め最中の移動局の位置をステップ１２４０で実行されたタイミング測定に基づいて決定する。より具体的に言うと、システムはステップ１２４０で実行されたタイミング測定によって定義された位置の双曲線の交点を１つ以上識別する。システムがこのような交点を２つ以上発見すると、移動局の正確な位置は、複数の基地局の内の１つの基地局のところにあるセクターアンテナを用いてセルラシステム内での移動局の真の位置を表す交点を選択することによって決定される。ステップ１２５０で実行される位置計算は、位置決め最中の移動局の中で実行しても基地局の中で実行してもよい。そのうえ、マップ整合テーブルを上述のように用いて、ステップ１２５０で実行される移動位置決定の精度を向上させてもよい。移動局の位置がステップ１２５０で決定されると、位置決め最中の移動局からの伝送が低パワーで回復（resume）される。
図１２に示すプロセスは周期的に繰り返して、移動局のそのセルラシステム内で移動するに連れての現行の位置情報を維持するようにしてもよい。このプロセスは、例えば、位置決め最中の移動局によって伝送される信号中の１００音声フレームの内の１つに等しい時間間隔で、またはその代わりに、１秒から３秒毎に繰り返してもよい。そのうえ、システム１２００は上述のようにスペクトラム拡張すなわちＣＤＭＡセルラシステムの一部として具体化するのが好ましいが、これらのシステムのステップは、このようなシステム内で動作中の移動局の位置を決定するために、例えば時間部活多重アクセス変調システムなどの他の変調システムと関連して具体化してもよいことが当業者には理解されよう。
さらに、本発明は好ましい実施態様を参照して説明したが、当業者には周知のさまざまな修正例が、複数の添付クレームに記載の本発明から逸脱することなく本明細書に提示の構造体およびプロセスステップに対して可能であることが理解されよう。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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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７Ａ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１０Ａ】
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【図１１】
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【図１２】
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