(57)【要約】  モバイル機器は、アジマス及び反射器での到来角（ＡＯＡ）の仰角だけではなく、位置反射器までの範囲を測定することによってモバイル機器の場所を正確に決定する。携帯電話はコード化されたレーダ信号を送信し、携帯電話の場所を決定するために反射を処理することができる。反射器は、反射器を識別し、携帯電話に送信／受信分離を提供する内部遅延を含んでよい。反射は一次反射及びさらに遅延する二次反射を含むことがある。携帯電話は、一次反射と二次反射との間の遅延に基づいて反射器の内部遅延を決定できる。範囲及びＡＯＡの情報は、場所を決定するために反射器の位置、向き、及び特性についての情報と結合できる。いくつかのシステムでは、モバイル機器は、１つの反射器だけからの反射を使用し、３次元空間でのモバイル機器の場所を決定できる。経済的に作り出すことができる反射器は、容易な設置のために動力をもたない薄型であることがある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置決めシステムであって、
１つ又は複数の位置反射器であって、前記位置反射器のそれぞれがレーダ信号を反射するように構成され、各反射レーダ信号が前記位置反射器の内部遅延分、遅延する一次反射を含む、１つ又は複数の位置反射器と、
前記１つ又は複数の位置反射器と関連付けられた反射器データを記憶するサーバと、
前記サーバから前記反射器データを受信するように、及びレーダ信号を送信し、前記送信レーダの反射を処理してモバイル機器の場所を決定するように構成された前記モバイル機器と
を備える位置決めシステム。
【請求項２】
各反射レーダ信号が、前記位置反射器の前記内部遅延の整数倍数分、前記一次反射から遅延する第２の反射をさらに含む、請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項３】
前記サーバによって記憶される前記反射器データが、
前記１つ又は複数の位置反射器の場所と、
前記１つ又は複数の位置反射器の向きと、
前記１つ又は複数の位置反射器の内部遅延と、
前記１つ又は複数の位置反射器の一次反射から二次反射への遅延と、
前記１つ又は複数の位置反射器の前記一次反射及び前記二次反射の電力レベルと、
前記１つ又は複数の位置反射器の周波数特性と
を含む、請求項２に記載の位置決めシステム。
【請求項４】
前記サーバが、前記モバイル機器によって送信される前記レーダ信号の放射電力、帯域幅、持続時間、及び中心周波数を制御するように構成される、請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項５】
前記１つ又は複数の位置反射器の内の少なくとも１つが、
アンテナと、
遅延素子と、
前記遅延素子に前記アンテナを結合するマッチングネットワークであって、前記アンテナのインピーダンスを前記遅延素子のインピーダンスに変換する前記マッチングネットワークと
を備える、請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項６】
前記マッチングネットワークが、前記アンテナの前記インピーダンスを前記遅延素子の前記インピーダンスに不適当に組み合わせ、それによって前記位置反射器からの二次反射を引き起こす、請求項５に記載の位置決めシステム。
【請求項７】
前記１つ又は複数の位置反射器の内の少なくとも１つが、
アンテナと、
遅延素子と、
前記アンテナへの結合のための第１の端子と、前記遅延素子の第１の端子に結合される第２の端子と、前記遅延素子の第２の端子に結合される第３の端子とを有する循環装置と、
前記循環装置に前記アンテナを結合するマッチングネットワークであって、前記アンテナのインピーダンスを前記遅延素子のインピーダンスに変換する前記マッチングネットワークと
を備える、請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項８】
前記マッチングネットワークが、前記アンテナの前記インピーダンスを前記遅延素子の前記インピーダンスに不適当に組み合わせ、それによって前記位置反射器から二次反射を引き起こす、請求項７に記載の位置決めシステム。
【請求項９】
前記１つ又は複数の位置反射器の内の少なくとも１つが、
アンテナのアレイと、
前記アンテナの前記アレイを順次結合する複数の伝送路と、
遅延素子と、
前記遅延素子に前記複数の伝送路の内の第１の伝送路を結合するマッチングネットワークであって、アンテナの前記アレイのインピーダンスを前記遅延素子のインピーダンスに変換する前記マッチングネットワークと
を備える、請求項１に記載の前記位置決めシステム。
【請求項１０】
前記マッチングネットワークが、アンテナの前記アレイの前記インピーダンスを前記遅延素子の前記インピーダンスに不適当に組み合わせ、それによって前記位置反射器から二次反射を引き起こす、請求項９に記載の位置決めシステム。
【請求項１１】
位置反射器からの反射を回折するために配置された拡散レンズをさらに備える、請求項９に記載の位置決めシステム。
【請求項１２】
前記１つ又は複数の位置反射器の内の少なくとも１つが、
無線周波数信号を生じさせるローカルオシレータと、
反射器素子のアレイであって、前記反射器素子のそれぞれが
アンテナと、
遅延素子と、
前記遅延素子の第１のポートに前記アンテナを結合するマッチングネットワークであって、前記アンテナのインピーダンスを前記遅延素子のインピーダンスに変換する前記マッチングネットワークと、
前記遅延素子の第２のポートに結合され、前記遅延素子からの信号を前記ローカルオシレータからの前記無線周波数信号と混合するように構成された反射器ミキサーと
を含んだ、反射器素子のアレイと、
を備える、請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項１３】
前記反射器ミキサーが、
第１の入力及び第２の入力から混合信号を生じさせるように構成されたミキサーであって、前記第２の入力が前記ローカルオシレータからの前記無線周波数信号に結合される、ミキサーと、
前記遅延素子の前記第２のポートに結合された第１の端末、前記ミキサーの前記第１の入力に結合された第２の端末、及び前記ミキサーからの前記混合信号に結合された第３の端末を有する循環装置と
を備える、請求項１２に記載の位置決めシステム。
【請求項１４】
前記無線周波数信号が前記反射器ミキサーで混合される前に、前記無線周波数信号を、前記位置反射器を特定するデータシーケンスで変調するように構成された位相調整器をさらに備える、請求項１２に記載の位置決めシステム。
【請求項１５】
前記マッチングネットワークが、前記アンテナの前記インピーダンスを前記遅延素子の前記インピーダンスに不適当に組み合わせ、それによって前記位置反射器から二次反射を引き起こす、請求項１２に記載の位置決めシステム。
【請求項１６】
前記遅延素子がデジタル遅延線を含む、請求項１２に記載の前記位置決めシステム。
【請求項１７】
前記１つ又は複数の位置反射器の内の少なくとも１つが、
第１の角度に敏感な第１の反射器配置反射レーダ信号と、
前記第１の角度に直交する第２の角度に敏感な第２の反射器配置反射レーダ信号と
を備える、請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項１８】
位置測位のための装置であって、
無線周波数フロントエンド結合の１つ又は複数のアンテナと、
前記無線周波数フロントエンドに結合され、
伝送のために前記無線周波数フロントエンドにレーダ信号を供給し、前記無線周波数フロントエンドから、１つ又は複数の位置反射器から反射される信号を受信する、及び
前記装置送信の場所を決定するために前記受信信号を処理し、前記処理することが一次反射から二次反射への遅延を決定することを含み、前記受信信号を処理する
ように構成されたプロセッサと
を備える、装置。
【請求項１９】
前記無線周波数フロントエンドが、
同相送信信号及び直角位相送信信号をデジタル形式からアナログ形式に変換するためのデジタル／アナログ変換器と、
前記アナログ同相送信信号及び前記アナログ直角位相送信信号を無線周波数に変換するためのアップコンバージョンミキサーと、
前記無線周波数の同相送信信号及び直角位相送信信号を結合して、送信信号を形成するためのアナログ加算器と、
前記１つ又は複数のアンテナに前記送信信号を供給するための増幅器及び送信バンドパスフィルタと
を含む送信チェーンと、
前記１つ又は複数のアンテナから受信信号を処理するための増幅器及び受信バンドパスフィルタと、
前記処理された受信信号を同相受信信号及び直角位相受信信号に変換するためのダウンコンバージョンミキサーと、
前記同相受信信号及び前記直角位相受信信号をアナログ形式からデジタル形式に変換するためのアナログ／デジタル変換器と
を含む受信チェーンと
を備える、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
伝送のために供給される前記レーダ信号が、ダイレクトシーケンススペクトル拡散（ＤＳＳＳ）変調で変調される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記プロセッサが、疑似雑音発生器、周波数シフト傾斜波発生器、及び直接デジタルシンセサイザ、及び送信サンプル回転子を使用し、前記レーダ信号を生成し、受信サンプル回転子及び相関器のバンクを使用し、前記受信信号を処理するようにさらに構成される、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記レーダ信号の中心周波数がシフトされ、前記プロセッサが、到来角情報をベースにした異なる中心周波数に対応する前記受信信号の処理を決定するようにさらに構成される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２３】
前記レーダ信号の中心周波数が２つの周波数間で掃引され、前記プロセッサが前記一次反射と前記二次反射の両方のためのサイクルスリップを数えるようにさらに構成される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２４】
前記プロセッサが、前記関連位置反射器の内部遅延を決定するために前記数えられたサイクルスリップを活用するようにさらに構成される、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記プロセッサが、前記関連位置反射器までの範囲を決定するために前記数えられたサイクルスリップを活用するようにさらに構成され、前記範囲が前記レーダ信号の波長の一部分まで決定される、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記プロセッサが、位置反射器の予想される内部遅延に基づいたオン持続時間、及び前記二次反射の前記遅延に基づいたオフ持続時間を有する前記レーダ信号を供給するようにさらに構成される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２７】
前記プロセッサが、前記関連反射器を識別するために前記一次反射から前記二次反射への前記遅延を活用するようにさらに構成される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２８】
前記プロセッサが、前記受信反射で位相変調されたデータシーケンスを復号し、前記関連反射器を識別するための前記復号データシーケンスを活用するようにさらに構成される、請求項１８に記載の装置。
【請求項２９】
電子機器の位置測位のための方法であって、
ダイレクトシーケンススペクトル拡散コード化信号を送信することであって、前記レーダ信号が２つの周波数の間で掃引された中心周波数を有する、ダイレクトシーケンススペクトル拡散コード化信号を送信することと、
複数の位置反射器からの反射を含むレーダ信号を受信することであって、前記反射のそれぞれが前記対応する位置反射器の内部遅延分、遅延する一次反射、及び前記対応する位置反射器の前記内部遅延分、さらに遅延する二次反射を含む、レーダ信号を受信することと、
前記反射の最大値を決定するために、前記受信レーダ信号で検出された情報を、前記送信レーダ信号を形成するために使用される対応する情報と相互に関連付けることと、
前記反射の前記決定された最大値を使用し、周波数情報及び前記反射についての遅延情報を検出することと、
前記遅延情報から前記位置反射器の前記内部遅延についての情報を決定することと、
前記決定された内部遅延情報を使用し、前記複数の位置反射器を識別することと、
前記検出された遅延情報及び前記決定された内部遅延情報を使用し、前記複数の位置反射器の内の少なくとも１つまでの範囲を決定することと、
前記周波数情報を使用し、前記複数の位置反射器の内の少なくとも１つから前記反射のための到来角を決定することと、
前記範囲及び前記到来角を使用し、前記電子機器の前記位置を決定することと
を含む、方法。
【請求項３０】
部屋の内部で前記複数の位置反射器を取り付けることと、
前記複数の位置反射器から反射を受信しながら、前記部屋の前記内部の複数のデジタル画像を撮影することと、
反射器測定を生じさせるために前記受信された反射を処理することと、
前記部屋の前記内部のモデルを構築するために、前記複数のデジタル画像及び前記反射器測定を結合することであって、前記モデルが反射器データを含み、前記反射器データが前記複数の位置反射器の場所を含む、前記複数のデジタル画像及び前記反射器測定を結合することと、
後続の位置測位で使用するためにサーバで前記反射器データを記憶することと
をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して位置決めの分野に関し、特に屋内位置測位に適切なシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
屋内位置標定は、今日のモバイル無線機器環境ではますます重要になっている。屋外位置選定サービスが、該技術が利用可能になってから普及するにはある程度の時間を要したのに対し、今日、屋内位置標定のためのアプリケーションは利用可能な技術的な解決策よりも先を進んでいる。多くの技術が屋外位置標定に使用されており、その中で最重要なのが、受信機がその位置を正確に計算できるようにするタイミング信号及び測距信号を送信する周回軌道衛星を使用するグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）である。ＧＰＳに加えて、セルラー基地局の三角測量及び三辺測量を含んだいくつかの他の技術が提案され、採用の程度が多様である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
残念なことに、屋外位置標定に利用される技術は屋内位置標定については十分に働かない。これは、ＧＰＳの場合と同様に、これらのシステムの信号が屋内では見失われてしまう、若しくは非常に弱いかのどちらかのため、又は信号が著しいマルチパスで到着して、屋内位置決めにとって信号を不正確にするためである。
【０００４】
いくつかの提案されているシステムは、無線携帯装置の屋内位置を決定する上で役立てるために利用可能な屋内Ｗｉ−Ｆｉ無線信号を使用することを試みる。残念なことに、Ｗｉ−Ｆｉ無線周波数（ＲＦ）環境は経時的に予測不可能に変化することがあり、理想的な条件下であっても、場所は数メートルの解像度までしか正確であり得ない。他の提案されているシステムは、無線機器の場所の範囲を限定するためにブルーツース無線プロトコルを使用する無線ビーコンを利用する。係るシステムは係るビーコンの内の１つに対する近接性を検出することに依存し、したがって屋内環境での対象のあらゆる点の近くに異なるビーコンを配備することを必要とする。ビーコンから数フィート離れただけで、位置の推定はＷｉ−Ｆｉ信号を使用する推定と同じく正確ではない。これらのシステムは、近似位置を確立し、次いで受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）を使用して場所の範囲をさらに限定するために、既知の及び公開されている物理場所と関連付けられた特定の事前に登録されたコードを用いて特定のルータ又はビーコンを検出することに依存する。係る方法は、該方法が広い屋内領域で達成できる極限解像度において制限されている。また、第１はすでに利用可能な低精度且つ多くの場合変化するＷｉ−Ｆｉ信号に依存するが、ビーコン方法は、店舗が広告宣伝を変更し、内部ディスプレイを改造するので一定の電源及び物理的な管理を必要とする多数の能動ビーコンを有するデパート等の屋内領域での電波妨害を必要とする。さらに、それらの方法は家庭の住宅環境において採用するには不正確すぎるか、又は面倒すぎるかのどちらかである。さらに、係る方法はＲＳＳＩ測定に依存するので、壁及び床の浸透により個人の場所は正確な部屋又は正確な階に範囲を限定できないため、壁及び床を通る信号浸透によりエンハンスドＥ９１１サービスだけではなく商用サービスにも主要な欠点が生じる。
【０００５】
屋内位置標定に対して他に提案されているシステムは、例えばＳａｈｉｎｏｇｌｕ、Ｇｅｚｉｃｉ、及びＧｕｖｅｎｅによる「Ｕｌｔｒａ−Ｗｉｄｅｂａｎｄ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、２００８年に記述されるように、超広帯域（ＵＷＢ）方法に基づいている。残念なことに、係るシステムは適切な動作のために、電源を投入された能動無線自動識別（ＲＦＩＤ）タグに依存し、嵩張る電池を含むことがある。なんらかの近傍の中で多数のユーザを連続的に追跡することにより、電池寿命は非実際的に短くなる。さらに、ＲＦＩＤタグは高価であることがある。
【０００６】
他の提案されているシステムは、屋内位置標定を決定するためにコード化されたＬＥＤ照明を使用する。係る方法は、場所を決定するためにモバイル機器のカメラがＬＥＤ照明設備からコード化された照明フリッカーを検出することに依存する。残念なことに、個人のモバイル機器がキャリーバッグ内に又はポケットの中にかなりの時間入れられていることがある。また、大部分の場合、新しいＬＥＤ電球を収容するために多数の照明設備の高価な交換が必要になる。さらに、係る技術の精度は、約数センチメートルの精度を要求する商業用途及び住宅用途のための十分な解像度で実際の場所を決定するよりむしろ、室内のある場所等の近似位置を提供できるに過ぎない。類似する制限は、赤外線ビーコン使用時に発生する。
【０００７】
他の提案されているシステムは超音波を使用する。係るシステムは、独自の電源を必要とする複数の無線／超音波ビーコン及び／又は受信機を有する屋内空間を据え付けることを必要とする。さらに、超音波送信及び受信トランスデューサは嵩張りすぎ、モバイル機器又は電池式ビーコンには大きすぎる電力を消費することがある。さらに超音波は人のキャリーバッグ内又はポケットの内側で大幅に弱められる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様では、１つ又は複数の位置反射器であって、位置反射器のそれぞれがレーダ信号を反射するように構成され、それぞれの反射レーダ信号が位置反射器の内部遅延分、遅延する一次反射を含む、１つ又は複数の位置反射器と、１つ又は複数の位置反射器と関連付けられた反射器データを記憶するサーバと、サーバから反射器データを受信し、レーダ信号を送信し、モバイル機器の場所を決定するために、送信されたレーダの反射を処理するように構成されたモバイル機器とを含む位置決めシステムが提供される。
【０００９】
別の態様では、電子機器の位置測位のための方法が提供される。方法は、ダイレクトシーケンススペクトル拡散コード化レーダ信号を送信することであって、レーダ信号が２つの周波数の間で掃引される中心周波数を有する、ダイレクトシーケンススペクトル拡散コード化レーダ信号を送信することと、複数の位置反射器からの反射を含むレーダ信号を受信することであって、反射のそれぞれが対応する位置反射器の内部遅延分、遅延する一次反射及び対応する位置反射器の内部遅延分、さらに遅延する二次反射を含むレーダ信号を受信することと、反射の最大値を決定するために、受信レーダ信号で検出された情報を送信レーダ信号を形成するために使用される対応する情報に相互に関連付けることと、決定された反射の最大値を使用し、周波数情報及び反射についての遅延情報を検出することと、遅延情報から位置反射器の内部遅延についての情報を決定することと、決定された内部遅延情報を使用し、複数の位置反射器を識別することと、検出された遅延情報及び決定された内部遅延情報を使用し、複数の位置反射器の内の少なくとも１つまでの範囲を決定することと、周波数情報を使用し、複数の位置反射器の内の少なくとも１つから反射のための到来角を決定することと、範囲及び到来角を使用し、電子機器の位置を決定することとを含む。
【００１０】
別の実施形態では、無線周波数フロントエンド結合の１つ又は複数のアンテナ、及び無線周波数フロントエンドに結合され、伝送のために無線周波数フロントエンドにレーダ信号を供給し、１つ又は複数の位置反射器から反射された信号を、無線周波数フロントエンドから受信し、受信された信号を処理して装置送信の場所を決定するように構成されたプロセッサであって、処理することが一次反射から二次反射への遅延を決定することを含んだプロセッサを含む、位置測位のための装置が提供される。
【００１１】
本発明の詳細は、その構造及び操作の両方に関して類似する参照番号が類似するパーツを指す、添付図面を検討することによって部分的に収集されてよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示実施形態に係る屋内位置決めシステムの機能ブロック図である。
【図２】本開示実施形態に係る例の位置測位を示す図である。
【図３】本開示実施形態に係る別の例の位置測位を示す図である。
【図４】本開示実施形態に係る位置反射器の機能ブロック図である。
【図５】本開示実施形態に係る別の位置反射器の機能ブロック図である。
【図６】本開示実施形態に係る別の位置反射器の機能ブロック図である。
【図７】本開示実施形態に係る別の位置反射器の機能ブロック図である。
【図８】本開示実施形態に係る別の位置反射器の機能ブロック図である。
【図９】本開示実施形態に係る位置反射器の等角図である。
【図１０】本開示実施形態に係る位置反射器の平面図である。
【図１１】本開示実施形態に係る別の位置反射器の平面図である。
【図１２】本開示実施形態に係る送信レーダチェーン及び受信レーダチェーンの機能ブロック図である。
【図１３】本開示実施形態に係る代替アンテナ装置を有する追加の送信レーダチェーン及び受信レーダチェーンの機能ブロック図である。
【図１４】本開示実施形態に係る別の代替アンテナ装置を有する追加の送信レーダチェーン及び受信レーダチェーンの機能ブロック図である。
【図１５】本開示実施形態に係る場所信号処理の機能ブロック図である。
【図１６】本開示実施形態に係る送信場所信号処理の機能ブロック図である。
【図１７】本開示実施形態に係る受信場所信号処理の機能ブロック図である。
【図１８】本開示実施形態に従って位置標定を決定するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
携帯無線モバイル機器が、レーダ反射器を使用し、例えばセンチメートルのレベルまで正確に該モバイル機器の屋内位置を決定できるシステム及び方法が開示される。内蔵固定ＲＦ遅延を有する周波数及び／又はコード化信号走査逆行又は逆反射受動レーダ反射器を使用できる。係る反射器は所与の屋内空間の天井、壁、又は床のどこかに置くことができ、モバイル機器が該反射器の場所及び向きを利用できる。
【００１４】
モバイル機器は、特別にコード化されたレーダ波形を使用し、反射器でのアジマス及び到来角（ＡＯＡ）仰角だけではなく、モバイル機器と所与の近傍の反射器との間の距離を測定することによってモバイル機器の場所を正確に決定できる。モバイル機器は、既知の場所及び向きの所与の反射器に対するその距離及び角度を決定できることによって、ただ1つの受動反射器を使用し、３次元空間内でのモバイル機器の場所を決定できる。複数の反射器から反射を検出することは、計算精度を高めることができる。さらに、搬送波位相範囲決定技法は、多様な屋内環境下で改善された精度を生じさせるために利用できる。最後に、反射器の受動性質及び薄型設計を考慮すると、反射器の設置は、例えば反射器を屋内空間の中の任意の平坦で遮るもののない表面に取り付ける、又は配線若しくは測量なしで天井タイルの上部に反射器を置くことによって商業的環境と居住環境の両方で簡略である。いったん設置されると、電池交換又は再較正等の保守は必要とされない。さらに、係る反射器は緩い公差を有する受動素子をほとんど含まず、したがって生産するのが非常に安価である。また、これらの反射器は通常平らで目立たず、例えば建物の乾式壁上に、乾式壁の後方に恒久的に設置、又は乾式壁の中に造り込むことができる。
【００１５】
本開示方法及びシステムと使用される反射器は、多様な形式及び機能を有する。いくつかの反射器は測距情報を提供する。他の反射器は、アジマス、仰角、又は両方等の角度情報を提供する。また、反射器は測距情報と角度情報の両方も提供してよい。反射器はレーダ反射器、位置反射器、場所反射器、又は類似した用語と呼ばれてもよい。さらに、反射器は、例えば複合反射器、遅延反射器、周波数走査反射器、周波数走査逆行反射器、未走査逆反射レーダ反射器、水平掃引反射器、垂直掃引反射器、線形反射器、受動反射器、又は扇形反射器等の特定の反射器の特徴を説明する形容詞を使用し、呼ばれてよい。
【００１６】
一実施形態では、モバイル機器は、壁又は天井に取り付けられたＲＦ反射器によって反射されるためにレーダ信号を送信する回路を含む。反射器は内部遅延を含むことがある。反射器は、周波数走査位相配列型アンテナ構造であってよい。周波数走査位相配列アンテナ構造は、励起の周波数に基づいて所与の方向で高い利得ローブを有するアンテナ構造である（例えば、「Ａｎｔｅｎｎａｓ」第２版、Ｊｏｈｎ  Ｋｒａｕｓ、１９８８年、第１１−１１項を参照すること）。励起の周波数が変更されるにつれ、アンテナのこの主要高利得ローブの指向角度も変化する。類似するアンテナ構造は、励起周波数を掃引することによって、構造が構造を出て集中放射角の方向を掃引させられるレーダ設置で使用されてきた。アンテナ構造の相互性質を考慮すると、放射が所与の周波数のために最大化される方向は、同じ周波数での最大受信感度の方向でもある。これらのタイプのアンテナ構造は、それらが通常位相配列アンテナマトリックスから作られていても１つの接続ポートしか有さない。素子の位相合わせは、アンテナ構造の単一のポートから構造の中の放射素子へ、ＲＦ電力分割／結合分岐トレースに位相合わせ遅延を挿入することによって達成される。位置反射器は部屋の天井の隅に設置できる。係る場合、必要とされる掃引角度は９０度未満であることがある。一実施形態では、これらの反射器は、著しい後方感度なしに部屋の方向でのみ非ゼロ利得を有するように作られる。これは、隣接の部屋又は床からの信号を反射する又は信号と対話する可能性を削減することがある。
【００１７】
別の実施形態では、反射器は、アジマスと仰角ＡＯＡの両方を生じさせるように設計される。単一線形位相配列は１つの角度に沿ってアークを掃引できる。反射器が２つの角度を生じさせることを可能にするために、複合反射器は、一方は垂直に掃引し、他方は水平に掃引する２つの配列された反射器を含んでよい。配列された反射器のそれぞれは励起の異なるサブバンドに対応する。携帯電話はサブバンドごとに周波数掃引を送信し、アジマス及び仰角ＡＯＡを別個に検出する。いくつかのアンテナは励起周波数の関数としてラスタスキャンを生じさせ、したがって１つの周波数掃引でアジマス及び仰角を生じさせることができる。
【００１８】
実施形態では、モバイル機器はたえず掃引する中心周波数を有するレーダ信号を送信する。なんらかの瞬間に、このレーダ信号の周波数は、モバイル機器の方向での最大アンテナ利得を生じさせる周波数に等しくなる。このとき、携帯電話は反射器から携帯電話に戻る最大反射信号電力を検出する。この周波数を注記し、携帯電話がこのアンテナ反射器の周波数の関数として放射の位置、向き、及び角度について、ネットワークからすでに有している情報を使用することによって、携帯電話は、携帯電話が常駐するアンテナ構造に対する角度を計算できる。さらに、信号の送信と後続の反射の検出との間の往復遅延を測定することによって、携帯電話は携帯電話の場所と反射器との間の距離も計算できる。反射器の場所及び向きについて知識を有し、この反射器までの距離及びＡＯＡを検出し、携帯電話は３Ｄ空間内でのその位置を計算できる。非常に高い精度を達成するために、搬送波位相測距技法を使用できる。
【００１９】
一実施形態では、携帯電話は、最高の反射電力を探す周波数の特定の幅を掃引するレーダ信号を送信する。最高の反射電力の周波数は携帯電話の方向で最大反射を生じさせる周波数である。このときに、携帯電話は多く移動していないので、携帯電話は後続の位置修正のために周波数掃引をこの中心周波数に近い周波数に制限してよい。これは検索時間を短縮し、送信電力を削減する。携帯電話で電力制御を使用し、つまり最小検出可能反射電力を有する反射を生じさせる信号を送信するために所与のレーダ信号のための放射電力を削減する又は増加することによって、携帯電話は電池寿命を増加し、他のすぐ近くの装置に対する干渉を削減できる。さらに、反射器に関係する所与の角度分、分けられる２台の携帯電話は、アンテナに対するそれらのＡＯＡが異なるのでそのレーダ信号に異なる周波数を使用するだろう。これは、１台の反射器が、励起子の方向に向かう反射器アンテナ逆行放射濃度に基づいて異なる周波数及びアンテナ利得セクタ化のために所与の領域の中で同時に且つ最小の相互干渉で複数のモバイル機器を処理できるのでシステムの容量を増加する。非常に近接して配列される携帯電話の場合、時分割多元接続技法、周波数分割多元接続技法、又は符号分割多元接続技法が、各装置が独自の信号を他の装置の信号と区別できるように使用できるだろう。
【００２０】
一実施形態では、反射器アンテナで受信される信号は、携帯電話に再放射される前に遅延する。遅延は、通常、１マイクロ秒の約数分の１から数マイクロ秒であるが、より大きい又はより小さいことがあるだろう。これは、バルク超音波（ＢＡＷ）デバイス、負荷付き遅延線、ＬＣ遅延線、表面弾性波（ＳＡＷ）デバイス、又は（例えば、ＰＡＬテレビ規格をサポートするために携帯ビデオカメラによって以前に使用されたものに類似する）他のＲＦ音響方法等のいくつかの受動ＲＦ構成要素によって達成できるだろう。さらに、信号は、グループ遅延を任意に長くできるだろう負の誘導率及び／又は透磁率を有する新規に開発されたメタ物質構造を使用することによって遅延できるだろう。
【００２１】
ＢＡＷフィルタを使用する実施形態の場合、アンテナフィードラインの入力はＢＡＷフィルタの一方の側に適合され、接続される。一方、フィルタの他方の側は接地に短絡される。ＢＡＷフィルタはレーダ送信信号のエネルギーのすべてを渡すために選択されてよい。アンテナで受信された信号は、不可避の不一致のために不可避の即時反射を有する。次いで、信号のバルクはＢＡＷフィルタに送り込まれる。ＢＡＷフィルタを通る１伝搬遅延時間後に、信号は接地への短絡によって完全に反射される。信号はアンテナ構造を駆動し、モバイル機器の方向で再放射する前に別の伝搬遅延時間を経験する。本実施形態では、携帯電話は所与の反射器のこの遅延を推測的に知り、携帯電話とこの反射器との間の真の物理的な距離を計算するために往復遅延計算から該遅延を差し引く。
【００２２】
レーダパルスを送信側携帯電話に反射して返す前にレーダパルスを遅延させることによって、いくつかの優位点が達成される。第１に、携帯電話から送信されたレーダ信号は、典型的な部屋の場合に拡散される約９０ｎｓの遅延からショッピングセンターの場合に拡散される２００ｎｓの遅延を有することがある。これは、信号が環境上の障害物からの寄生反射のために検出可能な電力で持続し続ける時間である（例えば、「ＯＦＤＭ  Ｆｏｒ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｒ．Ｖａｎ  Ｎｅｅ及びＲ．Ｐｒａｓａｄ、２０００年、第１．３項を参照すること）。最小反射器遅延よりも長い遅延の後に受信される信号は反射器からしか来ないので、この時間よりも長い時間分、各反射器で受信信号を遅延させることによって、例えば鏡又は電気的に大きい金属物体からの寄生環境反射に起因する偽の場所決定は排除される。ただし、導電物体から携帯電話までその道に沿って反射する反射器から反射信号を依然として得ることが可能である。このマルチパス寄生信号は反射器での遅延に起因する直接的な寄生反射よりもはるかに低い発生確率を有し、その影響は、反射器が見通し線反射の確率を最大限にする場所に置かれることを確認することによってさらに削減できる。また、大部分の場合、大きい寄生反射器は壁の上又は壁の近くに位置する。携帯電話は反射器での入射角も知っているため、及び係る反射器は部屋の表面に近いため、間違った計算位置は通常部屋の範囲に起因する非論理的な物理的場所につながり、相応して対処できる。
【００２３】
さらに、反射器に挿入される内部遅延は、同時に送信信号及び反射信号が携帯電話で重複しないようにすることを可能にしつつ、携帯電話が、光の速度を使用して物理的な空間でマッピングされるときに、携帯機器と反射器との間の通常の最大屋内距離よりもはるかに長いレーダ波を送信できるようにする。レーダ信号が長いほど、距離解像度も高くなり、送信機にとってより優れた、より低いピーク対平均率になる。また、重複なしは、携帯電話が、信号送信モード又は反射受信モードのどちらかに代替の非重複時間を割り当てることができることを意味する。ＲＸ側へのＴＸ信号漏れは、ＴＸ及びＲＸが同時に発生しないために回避されるので、代替の重複しない時間での操作の送信モード及び受信モードを予定することによって、受信機フロントエンド回路は大幅に簡略化される。
【００２４】
さらに、レーダ信号はダイレクトシーケンススペクトラム拡散（ＤＳＳＳ）位相変調を使用し、符号化されてよい。これらのシステムでは、内蔵反射器遅延が複数のチップ遅延分離を保証する場合に内部反射器遅延が送信信号とその反射の区別を容易にする。
【００２５】
所与の反射器の中の信号の遅延は既知であり、連続的に厳しく制御できる。これは、この遅延が、温度ドリフト又は構成部品のエージングのため、往復遅延、及びその以前に公開された遅延と実際の遅延との間のあらゆる食い違いを直接的に増加させ、モバイル機器と反射器との間の距離を計算する上で直接的な誤差を生じさせるためである。周期的な較正プロセスによってタイムリに実際の遅延を連続的に測定し、公開し直すことが可能であるが、本明細書に開示される代替実施形態は交互にこれに対応する。
【００２６】
一実施形態では、反射器は受信レーダ信号を遅延させるためにＢＡＷフィルタを使用する。すべての電力を反射する代わりに、反射器は、受信信号用にＢＡＷデバイスにアンテナ構造のインピーダンスを適合する方向性結合器を内部で使用する。ＢＡＷの他方の側での接地への短絡によって反射されたＢＡＷの中の信号は、ＢＡＷの入力ポートに向かって反射される。この方向では、残りの部分がＢＡＷの中に反射される間に、元の信号の一部分をアンテナ構造に結合し直し、携帯電話に放射され直すことを可能にする意図的な不一致が存在する。この方向を変えられた残りの部分の一部分は、ＢＡＷ及びサイクルの中の別の往復遅延が反復した後にアンテナに結合するのを許される。例えば、一実施形態では、不一致は元の信号の４／５つまり−１ｄＢがアンテナに結合し、５分の１循環して戻ることを可能にするだろう。第２の反射で、アンテナは元の信号の４／５×１／５＝４／２５、つまり元の信号の約−８ｄＢを再放射するだろう。次の反射は４／５×１／５×１／５＝４／１２５等となるだろう。ここでの重要な事実は、携帯電話が、自由大気往復遅延を加えたＢＡＷ遅延の２倍の後に信号の一部分を受信するものとする点である。携帯電話は、同じ自由空間往復遅延を加えたＢＡＷ遅延の正確に４倍で後に別の信号を受信するものとする。これらの２つの読取り値を考慮すると、携帯電話はＢＡＷ往復遅延を正確に測定し、第１の反射往復遅延の測定から該ＢＡＷ往復遅延を差し引き、したがって、携帯電話から反射器までの距離を正確に決定できる。これはその場で行われるので、携帯電話が温度及び構成部品のエージングに起因する、考えられる小さい遅延を調整できるため、反射器設置後に較正、適合、又は測定を繰り返す必要はない。ＢＡＷグループ遅延に課される製造公差は大幅に緩和され、公開される反射器遅延は近似しさえすればよい。設計トレードオフは、アンテナにどの部分を結合し直すのか、及びＢＡＷにどの部分を反射し直すのかを選ぶことを含む。アンテナに大きい部分を結合させることは、第１の反射のＳＮＲを増加させるが、後続の反射は弱すぎて検出できないだろう。対照的にＢＡＷに大きい部分を結合し直すことは第１の反射を弱め、構造は長期間残留エネルギーを再放射し続ける。例えば、１／４が選ばれる場合、アンテナからの第１の反射は元の受信電力から−１．２５ｄＢ下がるだろう。第２の反射は元の受信電力から約−７ｄＢ下がり、第３は−１３．２５ｄＢ下がるだろう等である。代わりに、１／１０が使用される場合、反射信号電力はそれぞれ−１ｄＢ、−１０．４５ｄＢ、及び−１９．９ｄＢとなるだろう。ＢＡＷの遅延は短期間に認め得るほど変化すると予想されないので、携帯電話が、第２の反射を一度のみ処理する必要があり、その後、携帯電話は第１の反射を処理しさえすればよいことに留意されたい。さらに、この反射器遅延決定を強い信頼度で実行したモバイル機器は、信頼度インジケータとともに他の携帯電話によって使用される公共のサーバにこの測定値をアップロードする。較正信頼度に応じて、他の携帯電話は測定自体を繰り返すよりむしろ最近公開されたこの値を使用することを選んでよい。明確にするために遅延素子挿入損失を無視したことに留意されたい。実際に、反射信号は遅延素子の中の往復伝搬ごとに遅延素子の２つの挿入損失を被るだろう。また、ＢＡＷフィルタが例として遅延に使用されることも仮定した。他の遅延素子も使用されてよい。
【００２７】
これまで、携帯電話が、所与の反射器からのその距離を、その反射器でのＡＯＡに加えてどのようにして決定できるのかを説明してきた。携帯電話がその位置を正しく決定するためには、近傍に複数の反射器がある場合、携帯電話はどの反射器から所与の信号反射が来ているのかを判断する必要がある。また、携帯電話は反射器ごとに周波数対ＡＯＡ到着特性、及び反射器の第１の反射のための部分反射電力比とともにその反射器の位置及び向きを知る必要もある。周波数対ＡＯＡ到着特性、近似埋込み遅延、及び第１の反射のための部分反射電力部分は、係る反射器の製造プロセスの間に設計によって、又は測定によってのどちらかで決定でき、一意の反射器タイプ番号は所与の反射器変形と関連付けられたそれぞれの別個の特性と関連付けることができるだろう。設置中、反射器ＩＤ番号、周波数特性番号、並びに設置された各反射器の物理的場所及び向きのエントリを含むルックアップテーブルが作成される。さらに、エントリは、存在する場合、各反射器が利用する近似内蔵遅延を示す表にも含まれる。この情報は、ローカルであるのかグローバルであるのかに関わりなくインターネットクラウドのなんらかのサーバに常駐させられ、なんらかの近傍の中で位置標定修正を実行することを許されるすべての装置によってアクセス可能にされる。反射器の場所及び向きは、屋内ランドマークに対して与えられる、又は標準的な地理測量及び位置決めデータに対して与えられるだろう。携帯電話は上述された断片的な反射方法から位置標定修正を決定できるので反射器遅延の正確な作表は厳密には必要とされないが、それにも関わらず作表は携帯電話が考えられる反射を傾聴している時間を削減するために提供できる。
【００２８】
また、携帯電話は所与の反射がどの反射器から来るのかも決定できる。多様な技法が反射器の識別に使用できる。一実施形態は、バルク超音波デバイス（ＢＡＷ）等の所与の遅延素子が反射器の中で示す（例えば、遅延及び／又はフィルタリング等の）特徴に基づいている。これらの内蔵反射器遅延は、最長の自由大気往復遅延よりはるかに大きく、したがって近接近の中の各反射器にその近傍系の内蔵遅延とは異なる内蔵遅延を示させることによって容易に区別できる。また、これらの遅延素子は、異なる周波数フィルタリング特性を有し、それによって正しい反射器‐反射割当てに役立つことがある。
【００２９】
別の実施形態は、反射器への反射の誤ったマッピングを除外するために携帯電話の既知の以前の場所又は近似位置を使用する。例えば、まばらに位置する反射器がほとんどない空間では、なんらかの機会に、携帯電話が１つの反射器だけから反射を受信することが可能である。係る反射を使用し、携帯電話は反射器からの距離及び反射器でのＡＯＡを決定できる。この情報を使用し、携帯電話は、階の上方及び階の下方及び隣接する室内に常駐する反射器を含んだ、拡大された近傍での反射器ごとのこの距離及びＡＯＡに基づいて考えられる携帯電話場所を計算する。以前の又は最新の位置修正からその位置についての近似データを有する、又は屋内位置決めに現在利用されている他の不正確な方法のいずれかを使用することによって、携帯電話は高い確率で誤った位置のすべてを迅速に除外し、したがって正しい位置を選び、正しい反射器を決定し、その瞬間に使用してそれが検出される正しい反射器を決定できる。本実施形態の改良点は、２〜３例を挙げると、壁の内側又は床の下方又は窓の外等の物理的に不可能な場所に基づいて誤った位置を捨てることを含む。計算された距離に加え、本明細書に説明されるシステムの実施形態も反射器でのＡＯＡを決定するという事実が誤った場所を検出すること、及び正しく識別された反射器と関連付けられた正しい場所を識別することの可能性を大幅に高めることに留意されたい。この情報は、補助情報として後続の修正に使用できる。カルマンフィルタリング技法は、さらに決定された位置を雑音が多い測定によりロバストにするために使用できるだろう。
【００３０】
反射がどの反射器から来ているのかを判断するための別の実施形態は、レーダ信号反射電力を使用することを含む。反射器の逆行性質、埋め込み遅延定量化のための上記に概略された断片的な電力反射の方法、及び見通し線の条件が正確な位置について一般的であるという事実を考慮すると、反射がその所与の反射器からくるのであれば所与の各反射器から戻っただろう予想電力レベルを多少の精度をもって計算することが可能になる。これは、反射が見通し線である又は壁、天井、若しくは床を通ってきている場合に追加の表示を示す。また、それは、反射が反射器とモバイル機器との間の別の物体から跳ね返っているかどうかも示すだろう。この情報のすべてが、携帯電話位置を正しく決定するために、検出された反射をそれぞれの反射器に正しく割り当てる上で役立つ。それは、前回の場所が計算された信頼度も決定する。さらに、内蔵反射器遅延の正確な測定を可能にするために使用された各反射器の断片的な反射係数分、各反射器を他から異ならせることによって同じ近傍で反射器を区別しようと試みることができる。後続の反射間の電力差を測定することによって、反射信号ごとにこの係数の推定値を決定し、次いで公の表の情報を使用し、該推定値を特定の反射器と関連付けることができる。
【００３１】
代替実施形態では、異なる周波数対主要ローブ掃引角度特性を有するために近傍で反射器を設計できる。例えば、実施形態では、１つの反射器は１ｍＨｚ周波数掃引あたり５°の主要ローブ掃引を有することがあるだろう。一方、別の反射器は周波数掃引のＭＨｚごとに７°の掃引を有することがある。いったん携帯電話が所与の反射の最大反射周波数を検出すると、携帯電話はこの周波数を掃引し、反射電力がどれほど速く減るのかを監視する。携帯電話は所与の反射のために反射器までの距離をすでに知っているため、携帯電話は、励起周波数が最適周波数から離れるにつれ、反射電力がどれほど速く減るのかを予測できる。反射のそれぞれにこの結果を比較し、公開された設置データから近傍での反射器の掃引特性を知ることによって、携帯電話は対応する反射器を訂正するために各反射信号を正しく割り当てることができ、したがってモバイル機器の物理的場所が正確に決定できる。反射器が異なる周波数掃引特性を有するというこの考えは、所与のバンドの中の異なる周波数サブバンドに各反射器を応答させる等の他の周波数特性まで拡張できるだろう。一実施形態では、第１の反射器は、ｆ０からｆ１の周波数スパンを使用し、空間全体で主要ローブの方向の完全掃引を行う。別の反射器は同じことを行うためにｆ１からｆ２を使用する。これは、どの反射がどの反射器に属するのかの明白な判断を可能にする。
【００３２】
公に公開されている反射器表のどの反射器から所与の反射が来るのかを決定しようとした上記実施形態のすべてが、携帯電話が１つの及び１つだけの反射器から反射を受け取ると仮定している。ただし、携帯電話が２つ以上の反射器から反射を受け取ることができる場合、どの反射がどの反射器から来たのかを判断することがより簡略になる。大部分の場合、反射の割当てを反射器に誤ってスワップすると、新しい計算位置は、集束のために反射器でのＡＯＡのために、測定されたのとは非常に異なる最大反射周波数を必要とし、このようにしてエラーを検出するだろう。次いで正しい反射器‐反射割当てで正しい位置を選ぶ。特に携帯電話が反射器から等距離にあり、同時に反射器から遠く離れているいくつかの場合、正しい反射‐反射器割当てを推測することはより厳しくなる。幸いなことに、係る割当ての下では、計算された位置、つまり正しい反射器‐反射割当て及び正しくない反射器‐反射割当てを有する位置は互いに近く、考えられる誤った割当てに起因する位置誤差は小さい。それにも関わらず、係る状況下では、及び２台の反射器から離れて、別の反射器が近傍となり、より正確な位置を与え、誤差を解決することが予想される。反射器位置決めに注意を払うことによって不良幾何学形状の係る発生を削減できる。また、水平掃引反射器を垂直掃引反射器と混合して、不良幾何学形状発生をさらに削減できる。
【００３３】
実施形態では、システムは上記に概略された技法及び方法のいくつか又はすべてを使用して、そのそれぞれの反射器に反射を正しく割り当て、このようにして携帯電話の位置の正しい計算を生じさせる。
【００３４】
本明細書に開示されるシステムは、利用可能な認可バンド又は無認可のバンドを含んだいくつかのＲＦバンドで動作できる。同じ指向性及びアンテナ構造利得応答を達成するために、周波数が高いほど、アンテナ構造は物理的により小さくなる必要がある。また、バンドが高いほど、位置のより高い空間解像度が提供される。他方、より高い周波数はより高価なＴｘ電子機器及びＲｘ電子機器、並びにモバイル機器でのより高い電力消費を生じさせる。搬送波位相測距技法と結合されるときのより高い周波数は、以下に説明される利用可能な信号対雑音比によって及び使用帯域幅によってのみ制限される非常に正確な位置決定につながる。
【００３５】
所与の瞬間にアプリケーション要件によって必要とされるように動的に変化する正確度を有する携帯電話の反射器までの距離の優れた推定値に達するための上述の反射器とともに携帯電話によって使用できるレーダ信号の構造がここで説明される。測距アプリケーションの中での正確度に対する理論的限界は、クラメールラオの下限（ＣＲＬＢ）によって示される（例えば、Ｍａｒｋ  Ａ．Ｒｉｃｈａｒｄｓ、２０１４年による「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｒａｄａｒ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」及びＬａｎｚｉｓｅｒａ及びＰｉｓｔｅｒ、２００９年によるＵＣ  Ｂｅｒｋｅｌｅｙ技術報告書「ＲＦ  Ｒａｎｇｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｌｏｃａｔｉｏｎ  Ａｗａｒｅｎｅｓｓ」を参照すること）。
【００３６】
測距アプリケーションの場合、ＣＲＬＢは以下の式によって示され、
【数１】
2017529528.tif 000003
上式では、σｒは範囲測定分散であり、Ｃは光の速度であり、Ｂは信号帯域幅であり、ＥＳ／Ｎｏは受信機での信号対雑音（ＳＮＲ）比の基準である。
方程式（１）は、屋内測距で使用されると予想される典型的な信号対雑音比のために以下に簡略化される。
【数２】
2017529528.tif 000004
【００３７】
式から、信号帯域幅（ＢＷ）を増加することによって、又は信号のために信号ＳＮＲを増加することによってのどちらかで又は両方で、σを削減し、したがって範囲精度及び解像度を増加できることが分かる。ＲＦ信号の場合、帯域幅を上げることはいくつかの方法で行うことができる。それらのすべては、ＲＦ信号がいくつかの異なる方法で変調されることを必要とする。早期連続波レーダ（ＣＷ）はレーダ信号に単一周波数トーンを使用した。通常、そのトーンは最大範囲を増加するためにオン及びオフに切り替えられた。さらに、波動がオンであった時間は、ＢＷを増加し、したがって範囲解像度を増加するために可能な限り短くされた。ＢＷを増加するこの非効率的な方法は、送信電力増幅器での非常に高いピーク対平均比を生じさせ、同じ近傍の中に複数のユーザを容易に可能にしない。
【００３８】
一実施形態では、携帯電話は、信号ＢＷを増加するために、パルスウィンドウ化を使用して又は使用せずに、周波数変調の方法、線形掃引及び非線径掃引の両方を使用する。同じＳＮＲを考慮すると、周波数変調は時間で１／ＢＷ及び距離で２c／ＢＷ分、範囲解像度を増加できる。線形周波数変調（ＬＦＭ）は、いくつかのレーダシステムで使用される技術である。本明細書に開示される反射器の場合、周波数を変更することが反射器での指向性の角度を変更することに留意されたい。このため、周波数掃引（ＢＷ）の範囲は本実施形態では、反射器の指向性がほとんど変化しないＢＷに制限される。したがって、本実施形態では、信号の中心周波数を変更すると、異なる反射器指向性角度が生じる。しかしながら、中心周波数の回りで周波数をＬＦＭの場合でのような、より小さいＢＷ分、変更することは、レトロディレクティビティがＬＦＭ掃引中に保全されることを保証するためにマイナーな指向性変化を生じさせる。ＬＦＭ周波数変調は、実施形態で使用される。しかし、ＬＦＭの代わりの多くの他の周波数変調が実施形態で使用される。ただし、ＬＦＭの代わりに、ステップ付きチャープ波形だけではなく、非線形周波数変調、ウィンドウ化された周波数変調、ゲート式ＬＦＭ、上方掃引及び下方掃引のＬＦＭを含んだ多くの他の周波数変調も使用できる（例えば、「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｒａｄａｒ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」を参照すること）。
【００３９】
一実施形態では、周波数変調を使用し、同一場所に配置されたモバイル機器は、そのレーダ信号を近傍の他のモバイル機器から区別するために反射器によって決定される異なる掃引速度、異なるゲートＯＮ／ＯＦＦ時間、及び異なる中心周波数を選ぶことができる。
【００４０】
実施形態では、位相変調信号が使用される。例の位相変調は、ＢＰＳＫタイプ又はＱＰＳＫタイプを含む。搬送波は、信号帯域幅（ＢＷ）を増加するためにダイレクトシーケンススペクトル拡散（ＤＳＳＳ）を使用し、変調される。ＤＳＳＳは本実施形態では、２つの目的を果たす。ＤＳＳＳはＢＷを増加し、したがってＣＲＬＢに従って範囲測定精度を改善する。また、ＤＳＳＳは多元接続機能も提供する。多元接続は、ショッピングセンター及びスポーツイベントの場合のように、同じ近傍の中で多数のモバイル機器をサポートする能力を指す。この多元接続は、異なる衛星信号を区別するために現在ＧＰＳで利用されている異なる疑似乱数シーケンス（ＰＲＮ）を使用することによって、又は同じ周波数の異なる携帯電話及びセルサイトを分離するために今日ＣＤＭＡ通信システムで使用されるように、同じＰＲＮを使用するが、予想される反射遅延よりも大きいＰＲＮオフセットによってユーザを分けることによって達成されるだろう（例えば、「ＣＤＭＡ  ＲＦ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」、Ｓａｍｕｅｌ  Ｃ．Ｙａｎｇ、１９９８年を参照すること）。
【００４１】
一実施形態では、疑似乱数（ＰＲＮ）シーケンスを使用する代わりに、携帯電話は真正乱数（ＴＲＮ）シーケンスを使用する。ＰＲＮシーケンスは、それらが実際には無作為ではなく、可能な限り多く真正ランダムシーケンスを模倣するシーケンスを生じさせるために設計された数学的関係に従って生成されるため、疑似乱数と呼ばれる。
【００４２】
真に無作為であるため、ＴＲＮは定義により無限サイクル長を有する。ＴＲＮは、増幅された熱雑音又はダイオード逆バイアスなだれ雑音等の自然に発生するランダム現象をデジタル化することによって携帯電話の中でその場で生成できる。係るＴＲＮは、他のＴＲＮとの理論的にゼロ相互相関を有し、したがってそれらを使用してコード化された信号は実際には、すべての他のリスナーに対し、又は１つ又は複数のチップ期間分、時間でシフトされたそれ自体の任意のコピーに対し、より高い熱雑音のように見える。反射器の受動性質及び線形性質を考慮して、Ｔｘ処理とＲｘ処理の両方とも同じ装置で実行されるので、ＴＲＮを使用することが可能である。Ｔｘ及びＲｘが同じ装置で発生すると、ＴＲＮ使用は、これらの値がＲｘでの反射を相互に関連付ける又は逆拡散するために使用されるまで、ＴＸ信号を生成するために使用される真正ランダムシーケンス値の一時コピーを保つことによって行われる。測距信号の送信者が受信者から物理的に分かれている他のすべての以前に提案された屋内解決策はリアルタイムでＴＲＮを使用できないだろう。これが、統合時間に対する任意の制限を取り除き、携帯電話が、携帯電話が所与の瞬間に所望する精度を達成するために携帯電話が必要とするあらゆる統合時間を選ぶことを可能にする。
【００４３】
ＲｘとＴｘの両方が同じ携帯電話に常駐し、同じローカルオシレータを使用しているため効果的な信号相互関連のために携帯電話クロックを外部ソースにより絶対時刻に同期する必要がないとしても、モバイルクロックは所望される範囲の精度を生じさせるために光の速度での飛行の反射時間を計時するほど十分に正確である必要がある。言い換えると、携帯電話クロックが絶対グローバル時間を保つことは重要ではないが、ローカル携帯電話クロックはＴｘからＲｘ反射までの時間を正確に測定する必要がある。クロックが正確な差分時間、Ｒｘ＿ｔｉｍｅ−Ｔｘ＿ｔｉｍｅを保つことを保証することは、ローカル携帯電話クロックが絶対時間を正確に保つことを保証するためよりもはるかに簡単な問題である。実施形態では、携帯電話は正確な基準から導出されることが既知の環境で利用可能な任意のＲＦ信号にローカルオシレータをロックすることによって正確な差分時間を保つようにさせられ、このソースはドップラーに起因するその明白な周波数をシフトしないように移動していない。屋内環境の場合、ユーザの移動は最も厳しい用途を除きユーザの移動によるドップラーを無視することを許容可能にするほど十分に遅い。非常に正確な周波数基準を有する外部静止基準ソースの例は、放送ラジオ若しくはテレビ信号又は非同期ネットワークを含んだ任意のセルラーネットワークを含む。事実上、ＣＤＭＡ及びＬＴＥ等のすべての近代的なセルラー携帯電話はすでにそれを行って、携帯電話とセルサイトとの間での適切な通信を可能にしている。このローカルオシレータのセルラーネットワーク信号へのロックは、いくつかの屋外位置標定実施態様においてもより長いＧＰＳ信号相互関連時間を可能にするために使用されている。いったんローカルオシレータが例えばセルサイトパイロット信号にロックされると、ローカルオシレータ期間はセルサイトで検出されたＧＰＳコンステレーションのローカルオシレータ期間に等しくなるように調整される。実際に、この動作は相対的に安価なローカルオシレータが「ストップウォッチ」の精度をＧＰＳ時間と同程度に正確に維持することを可能にし、このようにして非常に高精度の範囲測定を達成する。オシレータロックの後でさえ、モバイル機器の絶対時間は、未知の携帯電話による絶対時間からセルサイト伝搬遅延まで異なることがあることに留意されたい。幸いなことに、外部データによる絶対時間は、反射器の受動的な性質により必要とされない。この技術は、今日の屋内環境におけるユビキタスなセルラーカバレージのために屋内で機能する。外部基準にオシレータをロックすることは、非常に高い位置精度が所望されるときに実行されてよい。他の用途では、結晶ベースのローカル基準オシレータが十分な精度を有する。
【００４４】
ここでは、実施形態において、位相変調使用時の所与の反射器の中の内蔵遅延が単一のＰＲＮチップ期間又はＴＲＮチップ期間よりも大きい必要があることに留意することが重要である。これは、単一チップ期間中に典型的なチッピング速度で移動する距離が、遭遇される測定範囲よりもはるかに長いことが予想されるためである。例えば、１０ＭＨｚチッピング速度では、距離におけるチップ長は自由大気中で約３０メートルである。それは、すべて単一コードチップ内で信号が携帯電話ＴＸを出て、反射器まで移動し、携帯電話Ｒｘまで戻る可能性が高いことを意味する。つまり、携帯電話は、同じ携帯電話からのＴｘ信号とそのエコーＲｘ信号を区別するために、反射器内蔵遅延が１チップよりも大きいことを必要とする。さらに、あらゆる反射器は、近傍の多様な反射器からの反射を分離するために、１コードチップ期間の最小値分、例えば１００ＭＨｚチッピング速度の場合１００ｎｓ、あらゆる他の反射器とは異なる遅延を有する必要がある。これは、一実施形態で単純なＢＡＷフィルタにより容易に達成できる。また、反射器が部分的な反射を利用する実施態様では、反射器の遅延は、複数の断片的な電力反射が所与の反射器から徐々に弱まって、近い反射器からの二次反射がより長い内蔵遅延を有する遠い反射器のＰＲＮ遅延に一致するのを妨げることができるようにするために、複数の期間、互いから異なる必要がある。
【００４５】
本明細書に開示されるシステムは、屋内位置標定のための疑似衛星及びビーコンによって経験される近／遠問題に無反応である場合がある。これは異なる反射器からの時間反射の大部分が反射器周波数角度掃引特徴による異なる中心周波数で発生し、したがって周波数ベースに基づいて隔離できるためである。さらに、理論上無限のサイクルＴＲＮだけではなく長いＰＲＮも使用する能力が、係るコードのための低い相互相関値に起因する近い／遠い自身の反射信号のより優れた分離を可能にする。長いＰＲＮ及びＴＲＮは、同じローカルオシレータがオシレータ位相雑音の限度まで信号を拡散する及び逆拡散するために使用されるという事実によって実現可能にされる。さらに、非常に輻輳した条件下で、中心ネットワーク無線リンクマネージャは、許容できない相互干渉が発生しないことを保証するために携帯電話間で仲裁できる。このマネージャはインターネットクラウドのどこかに常駐できるだろう。これは、放射しているビーコン又は疑似衛星とは対照的に、反射器が受動的であり、したがって近傍の携帯電話から来る信号を放射するだけであるために可能である。無線リンクマネージャは、すべてにとっての所望される又は達成可能なレベルの精度での役に立つ位置標定決定を保証するために、管理可能な数の携帯電話の同時アクセスだけが近傍の反射器を使用できるようにする。携帯電話は１つの近い反射器を使用し、その場所を決定できるため、システムは他のシステムの近／遠問題には非常に無反応である場合がある。検出された追加の遠い反射器は精度を改善するが、役に立つ３Ｄ位置決定には必要とされない。したがって、万一携帯電話が同じ中心周波数にある２つの反射器から反射を受信し、一方の反射が他方よりもはるかに高い電力を有する場合には、おそらく一方の反射器を見ている携帯電話はその位置を有用に計算でき、短時間内に、小さい移動がアンテナ掃引中心周波数を変更し、携帯電話が他の反射器を検出し、したがって以前の位置決定を精緻化できるようにする。
【００４６】
実施形態では、他の反射器を隠す近い反射器に対する非常に強い反射を受信する携帯電話は、送信周波数を携帯電話の方向で最大反射を生じさせる最適から離調することによってこの近い反射器から反射電力を削減できる。これは、近い反射器から反射電力を著しく劣化させることがあり、携帯電話がはるかに低い反射電力を有する遠い反射器から信号を検出できるようにする。また、携帯電話は、近／遠現象に起因する必要とされるＲｘ動的範囲を削減するために、異なる反射器を励起する各中心周波数に対する別々の電力制御を実行できる。
【００４７】
民家の中等の単一のユーザ又は少ない数のまばらな場所を決定するユーザを有すると期待される場所では、レーダ信号の位相変調の主要な目的は、携帯電話と反射器との間でより細かい範囲解像度を生じさせるために信号帯域幅ＢＷを増加することだけである。係る状況下で、及び一実施形態では、携帯電話はベーカーコード又はシフトベーカーコードの積又は任意の数の他のコード等の相対的に短いＰＲＮコードを利用できる（例えば「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｒａｄａｒ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」の第４．１０項を参照すること）。ここでは、所望されるＢＷ増加はチップレートの結果であり、ＰＲＮシーケンス長ではない。したがって、これらのシーケンスが短い場合も、約１／ＢＷのチッピング速度分、依然としてＢＷ増加、したがって範囲解像度改善を達成できる。少ない数のユーザを考慮すると、隣接するユーザの確率は低いので、精度を高めるためのＳＮＲ改善は出力電力を増加することによって行うことができる。依然として、これらのまばらな環境の場合には、より長いコードがＳＮＲを改善するために使用できる。
【００４８】
実施形態では、多数のモバイル機器が互いの近接近内でその場所を決定しようと試みることを期待する場所では、より長いＰＲＮシーケンス又はＴＲＮシーケンスも使用される。より長いシーケンスを用いて、２つのシステムアーキテクチャはそれ自体を提示する。第１のアーキテクチャは、同じ携帯電話内での同時のＴＸ及びＲＸの発生を可能にしない（半二重）。第２のアーキテクチャは同時に同時のＴＸ及びＲｘを可能にする（全二重）。レーダシステムでは、半二重が従来好まれてきた。これは、レーダシステムでは、受信信号が送信信号の遅延したコピーであるためである。したがって、簡略なバンド分離を使用するＴｘとＲｘとの間の典型的なチャネル分離は実際的ではない可能性がある。したがって、今日までのレーダシステムの大半にとって、Ｔｘ活動及びＲｘ活動は、ＲｘがＲｘ経路の中に漏れて戻るＴｘ信号によって圧倒されないように時間インタリーブされる。
【００４９】
一実施形態では、モバイル機器は、送信レーダ信号の位相を変調する際に長いＰＲＮ又はＴＲＮシーケンスを使用し、Ｔｘ活動及びＲｘ活動を時間インタリーブする。ＰＲＮシーケンスの完全な利点を得るためには、少なくとも１つの完全ＰＲＮシーケンス長を送信する必要があり、その時間中、Ｒｘ側はマスキングを外される。Ｔｘ及びＲｘが重複しないためには、２つの代替策の内のどちらかが利用される。第１の代替策は、反射器内で利用される内蔵遅延を、ＰＲＮシーケンスの１完全長を収容するほど十分に長くすることである。言い換えると、ＰＲＮの完全長が送信される間、反射は送り返されず、その後Ｔｘはオフにされ、Ｒｘは反射を受信する直前に有効にされる。別の代替策は単一のＰＲＮシーケンス長の中でＴｘ活動及びＲｘ活動を時間インタリーブすることである。例えば、Ｔｘはオンにされ、ＰＲＮシーケンス長の一部分を送信し、次いでＴｘをオフにして、Ｒｘが反射のエコーを傾聴できるようにする。予想反射期間後、ＴｘはオンにされてＰＲＮシーケンスの別の部分を送信する。一方、Ｒｘは無効にされる等である。このインタリーブは、ＰＲＮ総シーケンス長が送信されるまで続行する。このインタリーブは、内蔵反射器遅延を大きくしないように保つ結果を有するが、同時に長いＰＲＮシーケンスの優位点を守る。両方の代替策で、シーケンスでの最初のチップの送信と最後のチップの受信の間の期間は理論上同じである。しかしながら、部分インタリーブの場合、ＴｘとＲｘ切替え間のなんらかの保護時間が、反射器の可変遅延に加えて考慮に入れられる必要がある。
【００５０】
別の実施形態では、ＴｘとＲｘの両方が同時に発生する（全二重）。レーダシステムでは、Ｒｘ経路をスプラッシュするＴｘ信号は、それが同じ携帯電話の中で構築されるため、きわめて正確に既知である。係る状況下では、能動雑音消去技法が、結合され、望ましくないＴｘスプラッシュを取り去るためにＲｘ信号経路で使用できる。例えば、循環装置、相互アンテナ偏波、及び能動雑音消去が使用されてよい。これは、有用な屋内位置標定に十分な動的範囲を与える。すべての反射器が１コードチップ遅延の最小値を有するという事実は、環境からの近い反射がＲｘ動作を逆拡散することによって減衰できるだろうことを意味する。また、長いＰＲＮコード又はＴＲＮコードの使用は、この隔離要件を緩和するためにより高い処理利得を可能にし、携帯電話と反射器との間の遅い相対運動に起因する無視できるほどの相対ドップラーシフトのための無視できるほどの相互相関によってさらに可能にされる。反射器の逆行特性のために、レーダ反射が典型的なレーダ用途においてよりもはるかに強力で、したがってより低い動的範囲が必要とされ、Ｔｘ／Ｒｘ隔離はあまり必要とされないことに留意されたい。
【００５１】
ＢＷを増加する及び／又は多様な多元接続走査を可能にすることの両方のために信号を変調する多様な実施形態に加えて、ＣＲＬＢ方程式に記載されるＳＮＲ比を増加することによって範囲解像度を改善することもできる。ＳＮＲの増加は２通りで行われる。一実施形態では、ＳＮＲは携帯電話からのレーダ信号に対する平均送信電力を増大させることによって増加する。これは、所与のバンドについてモバイル機器からの最大放射電力に対するＦＣＣ制限が達するまで、又は電池電力消費が極端に高くなるときに行うことができる。別の実施形態では、Ｒｘ相関時間が増加し、このようにしてＲｘの処理利得を高め、同等なＳＮＲを改善する。相関時間の増加には、周波数及び期間の精度のためにＴｘマスタクロックとＲｘマスタクロック間の厳しい同期が必要になる。幸いなことに、本明細書に開示されるシステムは受動反射器を使用し、したがってＴｘ信号とＲｘ信号の両方とも同じ携帯電話の中の同じクロックを使用する。係る状況下、相関時間は、ローカルクロックが通常は約数マイクロ秒の反射器内蔵遅延を含んだ反射往復遅延に要する時間にどれほど多くずれるのかによってのみ制限され、したがって相関時間は安価なオシレータの場合にも無限となるだろう。コヒーレント相関時間が長いほど、処理利得は高くなり、したがって達成されるＳＮＲも高くなる。この例は、受信信号が、熱雑音レベルに比して通常−２５ｄＢであるが、受信機が長い相関時間を使用する処理利得により信号を検出し、処理できるＧＰＳで起こることである。
【００５２】
ＧＰＳでは、発射されたＤＳＳＳ位相変調搬送波はフィルタにかけられず、したがってスペクトルは搬送波周波数の左側に及び右側に無限に伸長するＳＩＮＣ関数に近似する。海面位での受信信号電力は自然の熱雑音レベルより約２５ｄＢ低いので、ＧＰＳはこれを行うことができる。陸上通信の場合、電力レベルはより高く、帯域外発射はフィルタにかける必要がある。したがって、典型的な陸上ＤＳＳＳ伝送は送信ＢＷの中で平坦なスペクトル電力レベル、及びそのＢＷの外では非常に低い発射を有する。反射器の周波数掃引性質を考慮すると、反射信号が送信ＢＷの中で平坦ではないスペクトルを有すると予想するだろう。これは、反射器の利得が、周波数が、携帯電話の方向で最大反射を示す周波数から離れていくにつれて低下するためである。携帯電話が、送信信号の中心周波数がまさに携帯電話の方向での最大反射に必要とされる周波数であるＤＳＳＳを送信していると仮定する場合、反射信号のスペクトルは平坦になるのではなく、中心から両方の側に離れていくにつれて等しく電力が低下していくだろうと予想する。送信信号が携帯電話の方向での最適反射に必要とされる周波数よりもわずかに高い又は低い中心周波数を有したならば、次いでそのピーク電力はＢＷの中心から一方の側又は他方の側に偏位されるだろう。これは携帯電話に、携帯電話が、携帯電話の方向での所与の反射器の最大反射に必要とされる周波数、したがって調整された中心周波数の回りで対称的な反射スペクトル電力を追跡するために、どの方向でその中心周波数を調整する必要があるかの表示を提供し、このことは周波数を連続的に掃引する必要なく、ＡＯＡに表示を提供する。
【００５３】
一実施形態では、携帯電話は、携帯電話が多様なレベルの精度を達成するために活用する努力を増加する又は減少するほど十分に柔軟である。上述したように、精度の増加は信号ＢＷ、送信電力レベル、及びコヒーレントＲｘ相関時間のどちらか又はすべてを増加することを必要とする。ＢＷが増加すると、信号のいくらかが携帯電話の方向でより低い反射器アンテナ利得を経験し、信号のいくらかが携帯電話から離れて反射し、したがって近傍の他の形態電話に対する干渉が増加する結果となる。送信電力の増加は電池寿命を削減し、他に対する干渉も増加する。最後に、相関時間が増加すると、電池寿命は減少し、送信信号期間がより長くなり、より長い修復時間期間が要求されるため、他に対する背景雑音が増加する。したがって、高精度が必要とされないときはつねに、携帯電話が費やす努力を控えめにすることが役立つようになる。実施形態では、携帯電話は、その時点で必要とされる範囲精度を達成するために能動送信電力制御及び動的ＢＷ選択及び相関時間選択を実行する。
【００５４】
一実施形態では、携帯電話は相対移動場所更新のために搬送波位相測定を利用する。現在まで、符号位相方法に基づく位置決定だけを検討してきた。これが、細かさが上記に概略されたようにＢＷ及びＳＮＲに依存するＰＲＮチップ長の部分まで位置精度を制限する。ただし、搬送波位相方法は、搬送波中心周波数波長の端数の範囲内までの位置精度を達成できる。これは符号位相技法よりも数桁細かい解像度である。任意のコヒーレント受信機では、搬送波位相は既知であるが、振動の移動先であり、反射器からは未知である整数の波長である。これは搬送波整数不定性（Ｎ）と呼ばれる。Ｎが分かり、Ｒｘ及びＴｘでの搬送波の残留位相がすでに分かっている場合、搬送波波長絶対精度のほんのわずかな部分まで範囲を計算できる。好ましい条件下では、ユーザＢＷ及び利用可能なＳＮＲは、符号位相決定範囲の分散を１／２搬送波波長以下まで狭めるのに十分である。理論上、これは搬送波位相計算のためにＮを決定し、非常に正確な位置決めを可能にするのに十分である。実際には、信頼できるＮの決定には、符号位相位置分散を１／４搬送波波長未満に下げる必要がある。いったんＮが１つ又は複数の反射器について決定されると、受信信号の搬送波位相を連続的に追跡し、両方向での完全な位相ラップアラウンドのたびにＮをインクリメントする又はデクリメントすることによってＮを決定し、反射器ごとにＮの正確な知識を持ち続けるために費やされる努力を緩和できる。言い換えると、携帯電話は、おそらくチッピング速度を上げる、及び又はより高いＴｘ電力若しくはより長いＲｘ相関時間分ＳＮＲを増加させてＮを決定することによってＢＷを増加するために多大な努力を費やし、次いで非常に正確な位置決めを維持するために連続搬送波位相追跡に切り替え、携帯電話がＮを決定するために必要としたＢＷ及び又はＳＮＲを削減することにより緩和する。いつでも搬送波追跡が環境条件のために失われる場合、携帯電話は、再び場所決定及びＮ決定のために符号位相方法に対して再びより大きく依存するようになる。
【００５５】
搬送波位相測距技法を使用する実施形態では、携帯電話は、周波数掃引反射器の主要な利得ローブが励起周波数の関数として揺動するときに生じる搬送波位相シフトを補う。この影響を補わないと、搬送波位相測距技法の利点は実現し得ない。幸いなことに、携帯電話は励起周波数を知り、公開された反射器データから主要ローブの角度を認識し、したがって周波数掃引位相配列に特有であるこの位相シフトを補う。
【００５６】
環境が、許容できるＢＷ及び又はＳＮＲを考慮して符号位相方法からＮの信頼できる決定を可能にしない場合、全期間相変化、及び非常に正確な相対運動測定を可能にする以前の位置からの残留搬送波相変化を通して、相対的なＮインクリメント／デクリメントを追跡することによって携帯電話の相対移動を追跡できる。固定反射器付きの動かない携帯電話の場合、この方法は確かに絶対位置を決定するための追加情報を生じさせない。しかしながら、携帯電話が移動中で、複数の反射器から反射を受信している場合、しばらくしてから、追跡履歴を持ち続けながら、この搬送波位相Ｎ不定性を決定し、特に反射器及び携帯電話の間の幾何学形状が疑似衛星及びＧＰＳ衛星の信号を使用し、インテグリティビーコン着陸システムによって使用されるように感知できるほどに変化する場合に、高精度絶対追跡モードに遷移することが可能になる（例えば、１９９６年Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ及びＳｐｉｌｋｅｒによる「Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ：Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｖｏｌｕｍｅ  ＩＩ」、第１５章を参照。及び「ＧＰＳ  Ｐｓｅｕｄｏｌｉｔｅｓ：  Ｔｈｅｏｒｙ，  Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｈ．Ｓｔｅｗａｒｄ  Ｃｏｂｂ、博士号論文、スタンフォード大学、１９９７年に説明されるように）。この方法は、３つ以上の反射器が携帯電話に見える場合に機能する。
【００５７】
上記の実施形態では、携帯電話は正確な位置決めを維持するために搬送波位相を追跡する。これは、混雑した環境における多元接続の制限により可能ではない場合がある。係る場合、システムは非常に迅速にＮを決定できる技法を利用する。Ｎは最小の時間で決定できるため、それは、Ｎをいったん決定し、その後搬送波追跡を維持するよりもむしろあらゆる修復でＮを決定するのと同程度に効率的であるので、追跡は必要とされない。最小の時間及び移動で迅速にＮを決定してスポーツスタジアムのような混んだ環境でも搬送波位相範囲精度を可能にするためには、より高いチッピング速度及び複数の周波数を使用できる。
【００５８】
一実施形態では、その場でＮを決定し、搬送波位相測距を可能にするほど十分な情報を生じさせるためには、より高いチッピング速度とともに複数の周波数が使用される。この技術に精通していない人は、例えば、Ｓｔｏｎｅ、Ｊｏｎａｔｈａｎら「Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｉｎｔｅｇｅｒ  Ａｍｂｉｇｕｉｔｙ  Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｄｕａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｐｓｅｕｄｏｌｉｔｅｓ」、ＩＯＮの衛星部門の第１１回国際技術会議、１９９８年９月、９６１〜９６８ページ、及びＦｏｒｓｓｅｎ、Ｂ「Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ  ｗｉｄｅ‐ｌａｎｉｎｇ  ａｎｄ  ｔｏｎｅ‐ｒａｎｇｉｎｇ」、電子レター、１９９７年８月２８日、第３３巻、第１８号、１５２５〜１５２６ページを参照してよい。本明細書に開示されるシステムは、反射器に基づいているので、τを補正する必要はなく、したがって位置計算プロセスとは無関係に反射器ごとに搬送波位相の曖昧さを解決できる。さらに、一実施形態では、励起周波数は、固定周波数が可能にできる状況下でのＮのより優れた確率的決定を可能にするほどわずかにディザ処理されることがある。
【００５９】
多周波反射器は、異なるＲＦバンドに対応する複数の配列された掃引反射器から作られる。１つの反射器はｆ０からｆ１への掃引に対応するように設計される。一方、別の反射器はｆ２からｆ３のバンドに対応するように作られる。これらの反射器が同じ平面に沿って掃引するように作られる場合、２つのサブバンドは、任意の所与の励起周波数で主要利得の方向がある反射器から次の反射器で異なり、したがって２つの周波数が任意の反射器から携帯電話への角度に使用されることを保証するために部分的に重複している、つまりばらばらであるに過ぎない。これらの配列された反射器のアンテナポートは、ＲＦコンバイナ―スプリッタによって同じ遅延素子に接続され、したがって同一の内蔵遅延を有する。携帯電話はここで複数の周波数を使用し、この複数の反射器を励起でき、したがって１つの混合反射器及び短い測定時間を使用し、搬送波位相整数不定性Ｎを解決できる。これが、搬送波位相レベルの精度を可能にしながらも、輻輳環境でのシステム容量の増加につながる。
【００６０】
一実施形態では、システムは周波数掃引を使用し、搬送波整数不定性を解決する。反射器の内の１つから反射する送信レーダ信号は、同様に、内蔵反射器遅延に加えて往復自由大気遅延に等しい遅延を経験する。この遅延はいくつかの整数搬送波サイクル及び残留搬送波位相につながる。Ｔｘ位相をＲｘ位相に比較することによって、この残留位相を決定できる。励起周波数を変更するにつれ、残留位相だけではなくサイクルの整数も両方とも変化する。この変化を掃引励起周波数の関数として追跡する場合、反射信号の整数のサイクルを決定できるだろう。反射器の典型的な内蔵遅延、約数マイクロ秒、及び典型的な励起周波数、約ＧＨｚを考慮すると、予想される数の往復サイクルは数百又は数千のサイクルになるだろう。つまり、Ｔｘでの０．１％の周波数変化の場合、完全サイクル以上は追加される又は往復経路から差し引かれるかのどちらかである。携帯電話は非常に正確な中心周波数を生成できる。完全サイクル位相蓄積を数えることを含んだ、Ｒｘ搬送波位相の変化を追跡しながら周波数を掃引することによって、Ｎを示すＲｘ位相変化対Ｔｘ期間部分変化率の比率を決定できる。Ｎを決定すると、ここで内蔵反射器遅延を差し引いた後に高精度の範囲を計算できる。
【００６１】
携帯電話は各反射器により提供される角度により３Ｄ位置を決定するために１台の反射器だけを使用してよい。例えば、各反射器はアジマスと仰角の両方を出すために、配列された水平掃引反射器に加えて垂直掃引反射器を有することがある。これらの角度の精度は掃引感度及びＳＮＲに依存する。しかしながら、搬送波位相技法とともに複数の反射器が使用される場合、係るシステムの精度は基本的に制限されず、十分なＢＷ、ＳＮＲ、平均化が所与の環境で利用できる場合、いかなる精度も達成できる。
【００６２】
実施形態では、各反射器についての情報を含むこと、及び公平な多元接続を可能にするために近傍で利用可能な帯域幅を管理することにも加えて、公にアクセス可能なサーバは、各携帯電話がその場所を他の携帯電話によって公開される結果を使用することによってより少ない努力で正確に決定するのに役立てることができる位置標定支援情報を交換することもできる。この支援の例は、反射器内蔵遅延の測定値である。一実施形態では、各携帯電話はその場所を公開し、携帯電話が使用するものとする特定の遅延及びそれ自体のＰＲＮシーケンス式を公開することによって反射器として働くこともできる。携帯電話は次いで別の携帯電話のＰＲＮも知り、他のレーダＴｘ信号も検出し、携帯電話は次いで公開された量分それを遅延し、次いで他の携帯電話の同じＰＲＮシーケンスを使用し、コヒーレントにそれを再送するだろう。これが、この協力的な携帯電話を別の反射器として働かせ、真の受動周波数掃引反射器が提供できるだろう角度情報を伴わないが、追加の１個の測距情報を提供する。
【００６３】
図１は、本開示実施形態に係る屋内位置決めシステムの機能ブロック図である。システムは、場所が決定される携帯電話１８５を含む。携帯電話１８５は任意の電子機器（例えばスマートフォン）であってよい。システムはサーバ１９４も含む。携帯電話１８５は、ネットワーク１９２を介してサーバ１９４と通信する。ネットワーク１９２は、例えばセルラーネットワーク又はＷｉ−Ｆｉネットワークであってよい。システムは位置反射器１８１も含んでよい。携帯電話１８５はレーダ信号１８２を送信し、携帯電話１８５の位置を決定する際に使用するために位置反射器１８１からエコーを検知する。説明を容易にするために、図１のシステムは１つの位置反射器しか含まない。場所は複数の位置反射器を含むことがある。位置決めシステムは屋内仕様に特に適しているが、位置決めシステムはこのように制限されない。
【００６４】
携帯電話１８５は、レーダ信号を送信する前、その近似（大まかな）位置つまり近隣を決定してよい。例えば、携帯電話１８５は現在利用可能な位置決め方法を使用してよい、又はこの近隣決定に使用できる情報を環境から収集してよい。この粗い場所決定の一例は、どの建物又は建物の集合体に携帯電話１８５がいる可能性があるのかを判断するために使用できる前回既知の屋外ＧＰＳ場所を保存することである。代わりに又はさらに、携帯電話１８５は、既知の場所を有する利用可能なＷｉ−Ｆｉネットワークの検出によりその近似位置を狭めてよい。この近似位置は、数十メートル又は数百メートルの不確実性のある位置であるだろう。この近似位置を使用し、携帯電話１８５はサーバ１９４に接続する。サーバ１９４は、既知であり、かつ公開されているインターネットプロトコル（ＩＰ）アドレスを使用することで通信されてよい。携帯電話１８５からサーバ１９４への接続はインターネットを通してルートを決められてよい。サーバは専用分離サーバであることもあれば、容量が必要に応じてサーバファームから借りられる共用サーバであることもある。
【００６５】
サーバ１９４への接続を確立すると、携帯電話１８５はサーバ１９４に対してその近似位置又はサーバ１９４が携帯電話１８５の大まかな場所を近似できる任意の環境情報を送信する。サーバ１９４は、次いで携帯電話１８５に対して、携帯電話１８５の近似位置の中で検出可能であってよい反射器についての反射器データのリストを送信できる。
【００６６】
携帯電話１８５は次いでレーダ信号を送信し、反射器データのサーバ提供リスト上の反射器からの反射を傾聴する。以下にさらに説明されるように、携帯電話１８５は、反射器データのリストを使用し、検出された反射がどの反射器から来たのか、反射器までの範囲、反射器でのレーダ信号の到来角度（ＡＯＡ）、又は範囲とＡＯＡの両方を決定できる。反射器データ（例えば、反射器の場所、向き、並びに周波数特性及び遅延特性についての情報）を使用し、携帯電話１８５はその場所を正確に決定できる。
【００６７】
いったん初期の正確な位置が決定されると、携帯電話１８５は反射のその検索をすぐ近くの場所に位置する反射器から来ることがあるそれらの反射だけに制限してよい。これは、位置決定修復時間を改善してよく、携帯電話１８５はここで、例えば、仮説ごとにより長い相関時間等、より多くの努力を、すぐ近い場所にあるはるかに削減された数の反射器から複数の反射器を検出することに費やすことができるので精度を改善でき、したがって精度を改善できる。携帯電話はその場所を正確に決定したので、次いで各反射器と関連付けられた搬送波位相サイクル蓄積を追跡することによって、この最初の修正からのその差分位置変化を非常に正確に追跡できる。これは、携帯電話が連続追跡に起因してより多くの処理及びより多くの電力消費を使用することがあるので、最も骨の折れる用途のためにだけ行われてよい。
【００６８】
図２は、本開示実施形態に係る例の位置測位を示す。図２は、壁２００及び床を有する例の屋内部屋を示す。携帯電話２８５は、本明細書に開示されるように位置標定技術を備え、室内に存在する。図２の例では、位置反射器２８１は部屋の隅に取り付けられる。携帯電話２８５がその位置を決定することを望むとき、携帯電話は特別に符号化されたレーダ信号を発することができる。この信号は携帯電話２８５から全方向に放射されてよい。この信号のいくらかは経路２０３に沿って位置反射器２８１の方向で放射される。図２の例の位置反射器２８１は、入射信号の中心周波数の関数である、受信と送信の両方で最大利得の角度を有する周波数走査アンテナを含む。携帯電話２８５は、最大反射電力が検出されるまで周波数で放射信号を走査する。携帯電話は、例えばサーバ提供情報から位置反射器２８１の場所、向き、及び周波数走査特性をすでに知っている状態で、携帯電話は反射器までの見通し線ベクトルのＡＯＡ、したがって携帯電話２８５と経路２０３に沿った反射器位置との間のベクトルのアジマス及び仰角を決定できる。
【００６９】
さらに、携帯電話２８５は反射信号の往復遅延を測定し、携帯電話２８５と位置反射器２８１の間の範囲距離を計算する。２つの角度及び携帯電話２８５と、室内での場所及び向きが既知である位置反射器２８１の間の距離を決定し、携帯電話２８５は１つの反射器だけを検出することによって３Ｄ空間内のその場所を決定できる。
【００７０】
図３は、本開示実施形態に係る別の例の位置測位を示す。図３の空間は図２の空間に類似する。ただし、図３の空間は２つの位置反射器（第１の位置反射器３８１ａ及び第２の位置反射器３８１ｂ、集合的に位置反射器３８１）を含む。ここでは、位置反射器３８１のそれぞれは、より高い精度を生じる過剰決定位置を提供するために２つのＡＯＡ角度及び範囲を生じさせることができるだろう。代わりに、位置反射器３８１は１つの角度及び１つの範囲測定しか生じないより簡略なタイプの反射器であることもあるだろう。これは依然として２つの可視位置反射器だけを用いる過剰決定位置計算を提供する。携帯電話が３つ以上の位置反射器からの反射を検出できる場合、位置反射器はそれぞれ単一のＡＯＡ、それぞれ範囲測定値だけ、又は携帯電話がその場所を決定するための３つの測定の任意の最小の組合せだけを提供する必要がある。各反射器は依然としてより多くの精度又はロバストネスのために、例えば誤った場所決定の検出により２つのＡＯＡ及び１つの範囲を提供できる。
【００７１】
反射器タイプは、３つのカテゴリ、つまり単純な受動反射器、周波数走査受動反射器、及び能動逆行反射器を含む。そのタイプにも関わらず、すべての反射器は、信号を反射し返す前に受信レーダ信号を内部遅延分遅延させる。これらの意図的に含まれた遅延は通常０．５マイクロ秒と３マイクロ秒の間の範囲内にある。該遅延は４つの目的を果たす。第１の目的は、該遅延が、すべての周囲マルチパス信号及び大きな直面する鏡等の寄生反射品目からのエコーが消えるまで信号を遅延させることである。第２に、遅延はレーダ信号送信とレーダ信号受信の間の時間を増加させる。この時間の増加が、モバイル機器が、レーダ信号が送信されているときのアクティブＴＸと信号エコーが受信されると予想されるときのアクティブＲＸとの間で交互になることを実現可能にする。これは、ＲＸとＴＸの両方が同じ周波数にあるためにセルフジャミング問題を排除する。第３に、携帯電話回路網の好ましい実施形態は、ダイレクトシーケンススペクトル拡散変調（ＤＳＳＳ）を使用するレーダ信号を発射することである。ＤＳＳＳ受信機では、異なる反射器からのエコー及び環境は、それらが離れた複数のＤＳＳＳチップから到着する場合にだけ区別できる。これらの反射器で挿入された遅延がそれを保証する。最後に、これらの挿入された異なる遅延は、携帯電話が検出された反射をその考慮に入れられる反射器と対にするための識別マークとして働く。
【００７２】
反射器は、二重遅延反射（ＤＤＲ）と呼ばれる特性も有してよい。反射器がｄマイクロ秒の遅延素子を含む場合、反射器は最初に、それが受信する信号を、反射器が信号を受信後ｄマイクロ秒、送り返す。ＤＤＲにより、反射器は２つのエコーを生成する。第１のエコーはｄマイクロ秒遅延し、一次反射と呼ばれることがある。第２のエコーは電力で（例えば、一次反射に対して―１０ｄＢ）低く、２ｄマイクロ秒又は３ｄマイクロ秒遅延する。ＤＤＲは反射器遅延の較正要件を排除することを容易にできる。
【００７３】
図４は、本開示実施形態に係る位置反射器の機能ブロック図である。図４の位置反射器は簡略受動反射器と呼ばれることがある。図４の位置反射器は図１の位置反射器１８１、図２の位置反射器２８１、又は図３の位置反射器３８１を実装するために使用されてよい。図４の位置反射器はアンテナ４１０を含む。アンテナ４１０は、マッチングネットワーク４２０を通して遅延素子４２５の一方のポートにアンテナポート４１１を接続する。マッチングネットワーク４２０は、レジスタネットワーク、トランス、又は他の受動回路素子を含んでよい。いくつかの実施形態では、マッチングネットワークは、例えば適合されるインピーダンスが同じ又は類似しているときに削減されてよい、又は省略されてよい。遅延素子４２５の他方のポートは接地に接続する。アンテナ４１０によって受信されるＲＦ信号はマッチングネットワーク４２０を通して遅延素子４２５に送達される。信号は遅延素子４２５を通って１遅延移動し、該信号が遅延素子４２５を通って接地への短絡によって逆に反射され、次いでアンテナ４１０から再放射する反対のポートで出現する。遅延素子４２５の遅延が片道ｔマイクロ秒である場合、反射器は２ｔマイクロ秒のＲｘからＴｘへの遅延を有する。さらにマッチングネットワーク４２０のわずかなデチューニング（インピーダンス不一致）により、遅延素子４２５から戻ってくる遅延信号の部分は追加の往復のために遅延素子の中に戻り再注入される。このようにして、別の反射が時間４ｔマイクロ秒でアンテナによって放射される。この反射の電力レベルは（例えば、マッチングネットワークのデチューニングに応じて１０ｄＢ以上）初期（一次）反射よりも低い。
【００７４】
図５は、本開示実施形態に係る別の位置反射器の機能ブロック図である。図５の位置反射器は図４の位置反射器に類似し、類似する参照された素子は類似する機能を実行する。図５の位置反射器は、Ｒｘ経路及びＴｘ経路を分割する循環装置５２７を含む。Ｒｘ経路は遅延素子５２５の一方のポートに送られ、遅延素子５２５の他方のポートはＴｘ経路を送る。この反射器の場合、初期反射はｔマイクロ秒後に来て、第２のより弱い反射が２ｔマイクロ秒又は３ｔマイクロ秒後に来る。これらの反射器を２．４ＧＨｚ又は５．０ＧＨｚのバンドで操作すると、便利な構成要素調達が実現され得るが、係る反射器は他の周波数で機能してもよい。遅延素子は２．４ＧＨｚの場合ＳＡＷ又はＢＡＷ遅延線であってよく、５．０ＧＨｚ等のより高周波の場合、ＢＡＷ遅延線であってよい。
【００７５】
これらの簡略な受動反射器は電源を含まず、それによって便利な設置及びサービスを提供する。これらの反射器は再生利得段を有さない。したがって、遅延素子の挿入損失は、反射信号電力レベルに直接的に影響を及ぼす。ギガヘルツ走査周波数で、遅延素子の２０ｄＢ挿入損失が初期反射について発生することがある。
【００７６】
（例えば、図４及び図５に示されるような）簡略な反射器は測距情報だけを提供し、ＡＯＡ情報は提供しない。３Ｄ空間での携帯電話の位置を決定するためには、携帯電話は近傍内で複数の非平面反射器から反射を得ることがある。
【００７７】
図６は、本開示実施形態に係る別の位置反射器の機能ブロック図である。図６の位置反射器は周波数走査位相配列アンテナを含み、周波数走査位相配列反射器と呼ばれてよい。図６の位置反射器は、図１の位置反射器１８１、図２の位置反射器２８１、又は図３の位置反射器３８１を実装するために使用されてよい。
【００７８】
図６の位置反射器はアンテナ６１０ａ〜ｆのアレイを含む。アンテナは直線上に配置されてよい。アンテナの数及び反射器の線形範囲を増加させると、指向性利得が増加し、主要利得ローブの３ｄＢビーム幅が狭められる。アンテナは、アンテナポート６１１を通して反射器内の他の回路網に結合される。各アンテナは距離Ｄ分、隣接するアンテナから物理的に分離されてよい。分離は、反射器とともに使用される信号の中心周波数の波長の２分の１に相当してよい。
【００７９】
複数の伝送路６１２ａ〜ｆは、順次、アンテナのアレイを結合する。伝送路は遅延線と呼ばれることがある。アンテナポート６１１からの信号は、電力スプリッタ／コンバイナが第１のアンテナ６１０ａにエネルギーの一部分を与え、残りのエネルギーが第１の伝送路６１２ａを介して続行して他のアンテナに給電する第１のアンテナ６１０ａに送られる。後続のアンテナに給電する信号は、接続側の伝送路によって遅延する。各伝送パッチは電気長Ｌを有してよい。最後に、アンテナのすべてに給電した後、信号は終端６２２で終了する。終端６２２は、残留電力がアンテナに戻って反射するのを妨げるよう（又は削減するよう）ためにアンテナ及び伝送パッチのインピーダンスに一致するインピーダンスを有することがある。
【００８０】
反射器のアンテナ及び伝送路のこの構造は、周波数走査アレイと呼ばれることがある（例えば、「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｒａｄａｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」、Ｍ．Ｓｋｏｌｎｉｋ、ニューヨーク、マグロウヒル、第３版、２００１年、第９章を参照すること）。２本の隣接するアンテナ間の位相差φは２π  Ｌ／λに等しく、λは励起の波長である。したがって、
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であり、θ１はブロードサイド方向からの最大反射オフセットの角度である。最大反射の方向は、励起波長λがλ０、つまり最大ブロードサイド放射が発生する中心波長から逸脱するにつれ変化する。例えば、Ｌ／Ｄ＝２０の場合、励起周波数を±７％変えると、±４５°の掃引が生じる。９０°の走査に利用可能な十分な帯域幅のある実施形態では、この簡略な構造は本明細書に説明されるように屋内位置決めに使用され得る。他の実施形態では、走査のための周波数の利用可能スパンは中心周波数の±１％を超えないことがある。係る状況下では、２つの技法が使用され得る。一実施形態では、Ｌは利用可能なＢＷによる主要な利得ローブの９０°走査を可能にするためにはＬが必要に応じて大きくされる。伝送路は適切な長さの埋め込み伝送線路によって作られてよい。２４ＧＨｚ民間レーダバンド内等の高周波では、必須長さＬは管理可能である。ただし、５ＧＨｚバンド以下等のより低い周波数の場合、大きいＬ／Ｄは、物理的に大きいかなり長い伝送線路を必要とする。係る実施形態は、サイズを管理可能に保つために、例えば負荷伝送線路、強磁性導波管、ＢＡＷフィルタ、ＳＡＷフィルタ、分散型ＬＣ遅延線、ＣＲＬＨメタ物質遅延線構造、セラミック導波管、及び／又は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）遅延線を使用してよい。また、非常に高いＬ／Ｄ因数が所望される場合、これらの受動遅延線の中で損失を削減するために、能動利得構成要素が遅延経路に挿入できる。
【００８１】
代替実施形態では、９０°の走査はＮ個の隣接セクタの間で分けられる。各セクタは９０°／Ｎの走査能力を有してよい。各セクタは９０°／Ｎ角度の最小値を走査できる周波数走査反射器を含むことがある。すべての、配列されセクタ化された走査アンテナに同じ方向で、例えば右回りに走査させると、セクタ境界では、１つのアンテナセクタだけが最大利得となることが保証される。セクタ間で区別することは、例えば多様な方法論を使用して、本明細書に説明される反射器を区別してよい。
【００８２】
図６の位置反射器は、第１のポートがマッチングネットワーク６２０を介してアンテナポート６１１に結合された状態の遅延素子６２５を含む。遅延素子は図４の遅延素子４２５と同じ又は類似してよい（例えば、ＢＡＷフィルタ又はＳＡＷフィルタ等のＲＦ遅延受動素子）。遅延素子６２５の他のポートは接地に短絡される。ここでは、反射器に対する入射放射は、反射器から再放射する前に遅延素子６２５の中で往復遅延分遅延する。遅延は、近傍の中の他の寄生反射が、反射器から携帯電話に信号を戻して反射する前に徐々に弱まることを可能にする。これは、部屋のマルチパスの影響を大幅に削減し、携帯電話でのＳＮＲを改善できる。
【００８３】
一実施形態では、遅延素子６２５の遅延は任意の自由大気往復遅延よりも長く、近傍の反射器は異なる遅延を有し、例えばレーダ信号を符号化する際に線形周波数変調（ＬＦＭ）、非線形ＦＭ、又はウィンドウ化（ＬＦＭ）を使用するときに、携帯電話が異なる反射器から来る反射を区別できるようにする。
【００８４】
一実施形態では、携帯電話から放射される信号はダイレクトシーケンススペクトル拡散（ＤＳＳＳ）技法を使用し、変調される。これは、例えば所与のチップ速度で疑似乱数（ＰＲＮ）シーケンス又は真正ランダムシーケンス（ＴＲＮ）を利用するＢＰＳＫ又はＱＰＳＫ変調を使用することによって行われる。所与の反射器の遅延素子６２５の遅延が１ＰＲＮチップ期間より多く他の反射器と異なる場合、次いで携帯電話は異なる反射器から来る複数の反射を区別できる。
【００８５】
一実施形態では、マッチングネットワーク６２０は、アンテナ構造と遅延素子６２５との間に完全な一致を提供することからわずかに離調される。この結果、入射信号の部分は、遅延素子６２５を通る１往復遅延後に戻って再放射され、部分は遅延素子６２５に反射して戻される。この結果、入射レーダ信号に応えて、複数の反射が反射器によって再放射される。最も強力な反射は、ｔｒ１＝２ｔａｉｒ＋２ｔｄｅｌａｙの後に発生し、上式ではｔａｉｒは携帯電話から反射器までの自由大気飛行時間であり、ｔｄｅｌａｙは遅延素子６２５を通る片道遅延である。別のより弱い反射は、ｔｒ２＝２ｔａｉｒ＋４ｔｄｅｌａｙの後に発射される。これらの２つの方程式から、携帯電話はｔａｉｒ及びｔｄｅｌａｙを正確に計算することができ、したがって（例えば、温度又はエージングに起因する）遅延素子６２５の遅延ドリフトを補い、したがって反射器までの範囲を正確に決定する。
【００８６】
図７は、本開示実施形態に係る別の位置反射器の機能ブロック図である。図７の位置反射器は、図６の位置反射器に類似し、類似する素子は類似する機能を実行する。図７の位置反射器は拡散レンズ７１５を含む。経路７０３に沿ってアンテナ構造を離れる放射は、放射が回折される拡散レンズ７１５を通過し、経路７０４に沿って続行する。これは、所与の周波数掃引のためのアンテナ走査角度を増加する効果を有する。このアンテナ構造は、より高い（例えば、＞１０ＧＨｚ）周波数で特に実際的であってよい。このレンズは、例えば視準レンズに比較される逆の指向性を有する。
【００８７】
図６及び図７のアンテナ構造は一方向で走査を提供し、したがって１つのＡＯＡを提供できる。単一の反射器位置決定に２つのＡＯＡを提供するために、屋内位置決めシステムは互いに直交して配置され、取り付けられた反射器構造の２つのコピーを使用して２つの直交角度を提供できる。例えば、素子の不均一なアレイを有する反射器等、これらの反射器での多くの変形が可能である。別の反射器変形では、メタ物質に基づいた反射器アンテナを使用すること。この反射器の例は、メタ物質ＣＲＬＨ漏洩波受動逆行反射器に遅延素子を追加する（例えば、Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅ  Ｃａｌｏｚ及びＴａｔｓｕｏ  Ｉｔｏｈによる「Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌｉｎｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、２００５年、第６．４．１項を参照すること）。本明細書に説明される遅延素子は、アンテナ端子と、遅延を有する逆行反射器を作り出し、レーダ処理を簡略化する短絡との間に挿入される。係る反射器は有利なことに逆行受動であり、１つの漏洩放射素子を有し、したがって１つの遅延素子しか使用できない。ＣＲＬＨ（メタ物質）から作られていることが、より幅広い反射角度（例えば、ほぼ１８０度）を可能にすることによって標準的な材料の漏洩波アンテナ性能を改良できる。
【００８８】
図８は、本開示実施形態に係る別の位置反射器の機能ブロック図である。図８の位置反射器は、位相共役配列（ＰＣＡ）反射器と呼ばれてよい。係る反射器は、例えば電源が位置反射器で利用可能であってよい商業的な設備で特に適していることがある。大きい空間ごとにいくつかの反射器だけが使用されるので、電源の数は少ない。
【００８９】
図８の位置反射器は、反射器素子８１５ａ〜ｄのアレイを含む。各反射器素子はアンテナ８１０を含む。アンテナは、マッチングネットワーク８２０を介して遅延素子８２５の第１のポートにアンテナポート８１１で結合される。遅延素子８２５及びマッチングネットワーク８２０は、他の反射器について説明されるように実装されてよい。同様に、マッチングネットワーク８２０は、二重遅延反射を提供するために離調できる。遅延素子の第２のポートは、反射器ミキサー８２９に結合される。反射器ミキサー８２９は、ローカルオシレータ８４５からの信号で混合された入射信号である信号を反射する。図８に示されるように、反射器ミキサー８２９は循環装置及びミキサーを含んでよい。循環装置は、遅延素子８２５に結合された第１の端子、第１のミキサー入力に結合された第２の端子、及びミキサー出力に結合された第３の端子を有する。ミキサーはローカルオシレータに結合される第２の入力を有し、第１の入力及び第２の入力で信号を混合することによってミキサー出力を生じさせる。ミキサーは能動的であることもあれば、受動的であることもある。
【００９０】
ローカルオシレータ周波数が入射波の周波数の２倍である場合、ＰＣＡはソースに向かって入射波を逆行して反射し戻す。このレトロディレクティビティは、励起周波数がローカルオシレータ周波数の２分の１からより多く逸脱すると、削減できる。この周波数感度は、所与の反射器の逆行中心周波数の回りの送信周波数をディザ処理することによって携帯電話が反射器でのＡＯＡを見つけ出すための方法を提供するだけではなく、異なる中心周波数を有する反射器によってすぐ近くの反射器を区別するためにも使用できる。さらに、ＰＣＡのスペーシングは重要ではなく、したがって構造は支持壁、天井、又は床に密接に適合できる。
【００９１】
図８の反射器はデジタル位相調整器８４０を含む。位相調整器８４０は、データシーケンスによってローカルオシレータからの信号を変調し、０°又は１８０°どちらかの往復位相シフトを生じさせる。データシーケンスは低いデータレートの短い反復コードであってよい（例えば、携帯電話ＤＳＳＳ信号のチッピング速度よりも数桁低い）。データシーケンスのデータレートはチッピング速度よりもはるかに遅いため、携帯電話はその信号を検出し、同時に反射器から送信データを再構築できる。これらのデータビットはそれぞれの反射器を一意に識別できる。携帯電話は、例えば５０Ｈｚのデータストリームを回復するためにＧＰＳ受信機で使用される技法に類似した技法を使用してよい。位相調整器を使用してデータシーケンスの信号を送るこの技法は、例えば図４の反射器等、他の位置反射器に使用できる。
【００９２】
図８の反射器は範囲情報を提供できるが、携帯電話にＡＯＡ情報を提供しないことがある。しかしながら、係る反射器は携帯電話の信号を逆行して反射し、したがって例えばＲＦ空間ダイバーシティ及びより低い必須ＳＮＲのために、近傍の中で同時にサービスの提供を受けることができる携帯電話の数を増加する。これは、例えば、商店街、スポーツアリーナ等における多くのユーザがいる広い場所にとって特に重要である。
【００９３】
各ＰＣＡベースの反射器は１つの範囲測定を生じさせる。携帯電話は、これらのＰＣＡベースの反射器の内の４つ以上からの反射を検出することによって携帯電話の場所を正確に決定できる。正確な測距のために、異なる反射器素子８１５の遅延素子８２５は緊密に適合される必要がある。反射器は能動素子であるので、例えばＳＡＷデバイス又はＢＡＷデバイスの代わりにデジタル遅延線を使用できる。デジタル遅延線は信号をより低い周波数に変換するためのダウンコンバータ、アナログ／デジタル変換器、デジタル／アナログ変換器が後に続くデジタル遅延シフトレジスタ、及び信号をその元の周波数に返すためのアップコンバータを含むことがある。このようにして実現された遅延素子は完全に適合されている（又はほぼ適合されている）。代わりに、経路を１つの経路に結合し、１つのＳＡＷ遅延素子又はＢＡＷ遅延素子に送信できる。同じＳＡＷ又はＢＡＷを通過した後、信号は信号自体の別々の経路の中に再び分けられる。信号は、周波数分割ＲＦ技法又は符号分割ＲＦ技法を使用することによって、同じ遅延素子を通過する一方、混合しないようにされてよい。係る手法はただ１つの遅延素子を使用する。各経路は同じ物理的なＳＡＷデバイス又はＢＡＷデバイスによって遅延するため、遅延は適合される。
【００９４】
図８の反射器の変形では、信号のすべてはＣＤＭＡ技法を使用し、１つの遅延素子を通して多重化される。各整合回路８２０からの信号は、Ｔｘ経路からＲｘ経路を分離するために循環装置を通過する。各アンテナのＲｘ経路は次いで、各経路にとって一意であるＰＮシーケンスと混合される。ＰＮ混合後、経路のすべては結合され、同じ遅延素子を通される。結合された信号は遅延素子を出て、アンテナ当たり１つの経路に分割される。各経路は次いで再び、結合の前に使用されたが、共通遅延素子の既知の遅延分遅延したその対応するＰＮシーケンスと混合される。信号は混合高調波を取り除くためのバンドパスフィルタを通過する。次いで、各経路は（含まれるときは位相シフト後の）ローカルオシレータ（レーダ信号の中心周波数の２倍である）周波数と混合されて、その位相共役信号を生成する。この混合の後、信号は高調波及び高周波積成分を取り除くためにフィルタにかけられ、次いで経路循環装置のＴｘ側に渡される。すべての経路が同じ遅延素子を使用するため、上記を行う際、各受信信号は共役され、すべての他の経路と同じ遅延分遅延する。完全構造は次いで内蔵遅延を有する逆行反射器である。
【００９５】
別の実施形態では、反射器は上記に示され、それぞれが逆行であり、それぞれからの反射が複合反射器の中で他から区別可能である、説明されたタイプの４つ以上の反射器を含んだ複合反射器である。反射器はアジマスと仰角の両方の決定を実現するために単一の線形線路に沿わないように配置される。複合反射器の中の反射器のそれぞれの間の位相差はレイク受信機によって区別され、したがって複合反射器での２つのＡＯＡが決定できる。
【００９６】
複合反射器の中の近隣の反射器間の距離は１を超える波長であり、したがって正しいＡＯＡ決定のために整数波長の曖昧さを解決しなければならないので、３超の反射器が使用される。追加の反射器は、曖昧さを解決するほど十分な情報を生じさせるために等距離に置いてはならない。中心周波数デチューニング、反射電力、及び周波数ディザリングも、複合反射器の中の反射器間の整数不定性を解決するために使用できる。
【００９７】
図９は、本開示実施形態に係る位置反射器の等角図である、図９の位置反射器は、例えば図６、図７、及び図８の反射器を実装するために使用されてよい。反射器は、最上層及び最下層に加えて複数の導電銅層を有するプリント基板９１１を含む。最上層９１２は、いくつかの放射素子（アンテナ）９１０を含むようにパターン化される。これらの放射素子は、例えば所望される放射パターンに基づいて任意の幾何学形状となるだろう。放射素子は、明確な例を示すためだけに矩形として示される。最上層と最下層との間の層は分岐給電ネットワークを構築するために使用できる。最下層は受動回路網又は能動回路網を取り付けるためのトレースを有することがある。放射素子は水平に反復されるので、最大放射の方向は平面９０２と一致するベクトル９０３と合致する。この虚数平面は、放射素子９１０の水平分散に起因して水平線で反射器を交差する。しかしながら、放射素子９１０の形状に応じて、平面９０２は反射器の平面に垂直である必要はない。また、放射素子は同一である必要はない。また、放射素子間の位相合わせが、周波数による最大放射方向の非対称走査を生じさせるように行うことができるだろうことに留意されたい。例えば、ベクトル９０３は左よりも右により多く走査できるだろう。
【００９８】
図１０は、本開示実施形態に係る位置反射器の平面図である。図１０の反射器は、セクタ化反射器と呼ばれることがある。セクタ化反射器の場合、それぞれが異なる位相合わせバイアスを有する図９の複数の線形反射器が互いにとなりに積み重ねられて平坦なセクタ化された反射器を生じさせる。
【００９９】
図１１は、本開示実施形態に係る別の位置反射器の平面図である。図１１の反射器は２つのＡＯＡを生じさせることがある。反射器は２つの隣接する反射器を含む。それぞれが、例えば図９に示されるような単一の線形反射器又は図１０に示されるようなセクタ化反射器であるだろう。第１の反射器１１２０は、水平放射平面と配向され、第２の反射器１１２１は、放射平面が垂直になるように第１の反射器１１２０に対して回転される。
【０１００】
図１２は、本開示実施形態に係る送信レーダチェーン及び受信レーダチェーンの機能ブロック図である。送信チェーン１２０５及び受信チェーン１２５５は、例えば相補型金属酸化物半導体素子（ＣＭＯＳ）システムオンチップ集積回路を使用し、モバイル機器に実装されてよい。示されている送信チェーン及び受信チェーンは例示的であり、他の適切な構成も使用されてよい。
【０１０１】
送信チェーン１２０５は、Ｉ変調器及びＱ変調器を含む。送信チェーン１２０５の場合、同相（ＴＸ＿Ｉ）値及び直角位相（ＴＸ＿Ｑ）値のデジタルデータサンプルが、例えばデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）から供給される。Ｉサンプルストリーム及びＱサンプルストリームはＤＣ中心サンプリングデータ、つまり低ＩＦ中心サンプリングデータを伝搬できるだろう。データは、やはりアンチエイリアスフィルタを含むことがあるデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）１２３１、１２３２を使用し、アナログレベルに変換される。ＤＡＣのサンプリングクロックはコヒーレンスを維持するためにローカルオシレータ（ＬＯ）と同期されてよい。サンプルクロックはエイリアシングを回避するために送信信号の帯域幅の少なくとも２倍である。位相ロックループ（ＰＬＬ）１２２５を含んだローカルオシレータ（ＬＯ）は周波数基準１２４０に位相ロックされ、Ｉ  ＲＦミキサー及びＱ  ＲＦミキサー１２２１、１２２２を使用し、ベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号を搬送波周波数にアップコンバートするためにＩＱ信号を生成する。アップコンバートされたＩ信号及びＱ信号は、加算ネットワーク１２１５で総計され、フィルタにかけられる。結合された信号はついで可変利得増幅器１２１３を通過して、ベースバンドプロセッサ又はアプリケーションプロセッサ内にあってよい電力制御アルゴリズムによって制御されるように送信出力電力を調整する。信号は次いで、スプリアスの帯域外発射を取り除くためにバンド選択フィルタ１２１１を通過し、次いで送信アンテナ１２１０に渡される。
【０１０２】
受信チェーン１２２５の場合、帯域外信号を拒絶し、全体的な信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善するために、受信信号は最初に受信アンテナ１２６０からバンド選択フィルタ１２６１に送られる。信号は次いで可変利得及び可変ＩＰ３低雑音増幅器（ＬＮＡ）１２６３に送られる。信号はＬＮＡ１２６３を出て、パワースプリッタ―１２６５を使用し、分割される。分割信号は、ＲＦミキサー１２７１、１２７２を使用し、ベースバンド又は低ＩＦのＩ信号ストリーム及びＱ信号ストリームのどちらかにダウンコンバートされる。信号は次いで、結合されたフィルタ及びアナログ／デジタル変換器ブロック（ＡＤＣ）１２８１、１２８２によってフィルタにかけられ、サンプリングされる。ＡＤＣクロック及び受信ＰＬＬ  ＬＯジェネレータ１２７５からの受信ＬＯの両方は周波数基準１２４０と、及びしたがって送信チェーンとともに同期され、それによってコヒーレンスを維持する。ＡＤＣを出たデジタルサンプルは、同相サンプル（ＲＸ＿Ｉ）及び直角位相サンプル（ＲＸ＿Ｑ）として受信チェーンを出る。Ｉ受信デジタルデータストリーム及びＱ受信デジタルデータストリームは、追加処理のために携帯電話内の受信ＤＳＰに送信される。
【０１０３】
図１２の送信チェーン及び受信チェーンは分離したアンテナを使用する。本実施形態は、半二重に使用でき、全二重動作中になんらかのＴＸ−ＲＸ隔離を実現できる。
【０１０４】
図１３は、本開示実施形態に係る代替アンテナ構成を有する追加の送信レーダチェーン及び受信レーダチェーンの機能ブロック図である。図１３に示される実施形態は図１２の実施形態に類似しているが、送信チェーン及び受信チェーンは１本のアンテナを共有する。送信チェーン１３０７及び受信チェーン１３５５は送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１３０７を通して１本のアンテナ１３１０に接続される。Ｔ／Ｒスイッチ１３０７は、送信チェーン１３０５又は受信チェーン１３５５のどちらかにアンテナを交互に接続する。これは、レーダ信号の送信及び受信が半二重でなされる場合に使用される。半二重動作では、携帯電話は短時間にレーダ信号を送信し、次いで送信機をオフにし、反射を傾聴する。この構成の優位点は、携帯電話が反射を傾聴しているときに送信レーダ信号がオフにされ、したがってＴｘ／Ｒｘ漏れに影響されない点である。ただし、半二重は、複数の別個の遅延を有する複数の反射器が存在するときにＲｘ／Ｔｘスケジューリングを複雑化することがある。
【０１０５】
図１４は、本開示実施形態に係る別の代替アンテナ構成を有する追加の送信レーダチェーン及び受信レーダチェーンの機能ブロック図である。図１４の実施形態は図１３の実施形態に類似するが、代替アンテナ接続を使用する。図１４では、送信チェーンと受信チェーンの両方が全二重操作で同時に動作してよい。信号は循環装置１４０８を通してアンテナ１４１０に送られる。循環装置１４０８は、例えば約２０ｄＢのＲｘ−Ｔｘ分離を提供できる。追加の隔離は、Ｔｘ信号の減衰コピーを測定し、エコーキャンセルデジタル信号処理を使用し、Ｒｘ信号から該コピーを取り消すことによって行われてよい。最後に、追加の隔離は、１チップ期間よりも長い反射器の内蔵遅延に起因するＴｘ及びＲｘ  ＤＳＳＳ信号の間の複数のチップ遅延オフセットによって提供されてよい。
【０１０６】
図１４の構成を使用する携帯電話では、ＴｘとＲｘの両方ともが同時に動作できるとしても、Ｔｘ信号は、例えばＴｘ利得段及び電力増幅器をオフにすることによって周期的に静かにさせてよい。例えば、位置反射器が約３マイクロ秒を集中発生する遅延を有する場合、Ｔｘ信号は３マイクロ秒送信され、６マイクロ秒オフされる。送信中、受信機はオフにされる。Ｔｘがオフにされると、Ｒｘセクションはデータを受信し、処理する。６マイクロ秒が、ＤＤＲの一次反射及び二次反射を受信するために使用される。ＤＳＳＳ信号を使用すると、これは−４．８ｄＢの損失を生じさせることがあるが、それはセルフジャミングを排除するため、例えば設計を大幅に簡略化できる。
【０１０７】
図１５は、本開示実施形態に係る場所信号処理の機能ブロック図である。場所信号処理は、位置標定のために携帯電話によって実行されてよい。送信デジタルシグナルプロセッサ１５０７は同相（ＴＸ＿Ｉ）値及び直角位相（ＴＸ＿Ｑ）値を供給する。値は、例えば図１２の送信チェーン１２０５に供給されてよい。受信デジタルシグナルプロセッサ１５５７は同相（ＲＸ＿Ｉ）値及び直角位相（ＲＸ＿Ｑ）値を受信する。値は、例えば図１２の受信チェーン１２５５から受信されてよい。送信デジタルシグナルプロセッサ１５０７及び受信デジタルシグナルプロセッサ１５５７は物理的にばらばらであることもあれば、送信処理アルゴリズム及び受信処理アルゴリズムの両方を同時に実行する同じプロセッサであることもある。送信デジタルシグナルプロセッサ１５０７及び受信デジタルシグナルプロセッサ１５５７は、アプリケーションプロセッサ１５５９によって管理される。送信データストリーム及び受信データストリームを処理することに加えて、多様な組合せで、送信デジタル信号プロセッサ１５０７、受信デジタル信号プロセッサ１５５７、及びアプリケーションプロセッサ１５５９は、ＬＯ周波数選択、Ｔｘ出力電力制御、Ｒｘ入力低雑音増幅器（ＬＮＡ）利得及びＩＰ３制御、Ｔ／Ｒスイッチ制御、並びに他のＲＦチェーンの管理作業操作の中でも送信／受信スケジューリング等の送信チェーン及び受信チェーンの他の態様を制御する。処理のためのプログラマブルブロックを使用することは携帯電話に、所与の送信波形の範囲及びＡＯＡを検出するために、受信チェーンでの適切な相互処理とともに、適切な変調方法、帯域幅、及び送信レーダ信号のための中心周波数を選択する際にかなりの柔軟性を与える。
【０１０８】
図１６は、本開示実施形態に係る送信場所信号処理の機能ブロック図である。図１６のブロックは、例えば図１５の送信デジタルシグナルプロセッサ１５０７で使用されてよい。図１６の送信場所信号処理は、｛＋１、−１｝サンプルの疑似乱数シーケンスを生成する疑似雑音発生器１６０９を含む。送信疑似雑音発生器１６０９は、線形フィードバックシフトレジスタ（ＬＦＳＲ）を使用し、最大多項式によってシーケンスを生成してよい。送信回転子１６０４は送信Ｉサンプル及び送信Ｑサンプルを回転できる。実施形態は、ＩチャネルではＢＰＳＫ変調を有するサンプルを使用し、Ｑチャネルでは何も使用しないことがある。これらのＩサンプル及びＱサンプルは、Ｔｘチェーンの次の段に渡す前に送信回転子１６０４で回転される。送信回転子１６０４は送信信号の中心周波数をシフトするために使用される。回転子は、送信傾斜波発生器１６０８によって駆動される直接デジタルシンセサイザ（ＤＤＳ）１６０６からサンプル当たりの回転の角度インクリメントを受信する。送信傾斜波発生器１６０８は、ゼロ周波数オフセットからベースバンドでのサンプリング周波数の半分に等しいオフセットまで開始するようにプログラム可能であってよい。システムのメインプロセッサは、送信傾斜波発生器１６０８を使用し、送信傾斜波発生器１６０８に最後の周波数シフト及び周波数シフトの速度（Ｈｚ／秒）をロードするために、適切な多項式で送信疑似雑音発生器１６０９をプログラムできる。次いで、メインプロセッサは、送信疑似雑音発生器１６０９及び送信傾斜波発生器１６０８が動作を同調して開始する開始コマンドを発行できる。したがって、各瞬間シフト周波数はＰＮコードのＰＮ位相に厳しく合わせられる。
【０１０９】
送信場所信号処理は、Ｒｘ信号チェーン側で使用される受信疑似雑音発生器１６５９、受信傾斜波発生器１５５８、及び受信ＤＳＳ１６５６も含む。受信疑似雑音発生器１６５９は送信疑似雑音発生器１６０９と同じ多項式をロードされ、受信疑似雑音発生器１６５９は送信疑似雑音発生器１６０９と同じ瞬間に始動される。ただし、受信疑似雑音発生器１６５９は決定されたサンプル数分、Ｔｘ  ＰＮシーケンスに後れを取っている生成されたＲｘ  ＰＮシーケンスを生じさせる異なる初期条件をロードされる。同様に、受信傾斜波発生器１５５８は、送信傾斜波発生器１６０８と同じターゲット周波数シフト及びシフトの同じ速度でプログラミングされ、送信傾斜波発生器１６０８と同調して始動される。ただし、受信傾斜波発生器１５５８は、Ｒｘ側の傾斜波にＴｘ傾斜波に後れを取らせる異なる初期条件でプログラミングされる。受信傾斜波発生器１５５８は、受信回転係数を生成するために受信ＤＳＳ１６５６を駆動する。受信デジタルシグナルプロセッサ１５５７のＲｘ  ＰＮシーケンスと出力の両方がＲｘサンプルを処理する際に使用される。Ｔｘサンプルを基準にしたＲｘ  ＰＮと傾斜波サンプル間の遅延の理由は、反射レーダ信号の往復遅延を考慮するためである。一実施態様では、発生器は毎秒１，０００万チップ（１０ＭＣＰＳ）の速度で運転される。携帯電話が外部信号の改変なしに信号を生成及び検出し、したがって現状がＴｘからＲｘに首尾一貫している限り、現状に基づいて必要とされるものはなんでも使用できるので、携帯電話がこの速度を自在に変更できることに留意することが重要である。
【０１１０】
図１７は、本開示実施形態に係る受信場所信号処理の機能ブロック図である。図１７のブロックは、例えば図１５の受信デジタルシグナルプロセッサ１５５７で使用されてよい。受信場所信号処理は、サンプル回転子１７５４、Ｉ相関器及びＱ相関器のバンク１７６５、及びＦＩＦＯ１７６７を含む。Ｒｘ  ＲＦサンプルは、対応する送信信号を生成するために使用される値に従ってサンプル回転子１７５４によって最初に回転される。例えば、図１６の送信場所信号処理とともに使用されるとき、サンプル回転子１７５４は受信ＤＳＳ１６５６から回転値を受信してよい。
【０１１１】
回転されたサンプルは、次いでＲｘ  ＰＮシーケンスと相関するために相関器１７６５に送られる。相関器及びその対応する回転子は、送信デジタルシグナルプロセッサで生成された情報を使用して、複数の反射器エコーを探すことができる。図１６の送信場所信号処理とともに使用されると、Ｒｘ  ＰＮシーケンスは受信疑似雑音発生器１６５９によって供給されてよい。例の実施態様では、３２のＩ相関器及び３２のＱ相関器がある。相関器の対のそれぞれは、入信ＲｘサンプルをＲｘ  ＰＮシーケンスのシフトされたコピーと相互に関連付ける。各ＰＮシーケンスサイクル、つまり相関器の統合結果は、例えば直接メモリアクセス（ＤＭＡ）機構を使用し、ＦＩＦＯ１７６７を通してメインプロセッサにダンプされる。相関器合計の大きい値はその相関器によって使用されるＰＮオフセットでの反射器信号を示し、範囲測定値に一致する。また、同じＰＮ値及び回転子値を使用するＩ経路相関器とＱ経路相関器との間の相対振幅は、Ｑ／Ｉのアークタンジェントを計算することによってこのエコーの搬送波位相を生じさせる。より細かい時間解像度を得るために、ＲｘサンプルのサンプルレートはＰＮチッピング速度の倍数に保たれてよい。実施形態では、Ｔｘ  ＰＮチッピング速度よりも８倍高い、Ｒｘサンプルレートが使用される。１０ＭＣＰＳ  ＰＮ速度を使用する例の実施態様の場合、Ｒｘ  ＲＦ信号は８０ＭＳＰＳでサンプリングされ、処理される。
【０１１２】
周期的に、メインプロセッサは相関器１７６５の結果を得る。プロセッサは、これらの相関器合計の中でピーク（最大値）を探す。Ｉ２＋Ｑ２の顕著な値は、対応する往復時間スロットにエコーが存在することを示す。プロセッサは次いでこの顕著なエコーの搬送波位相を計算し、この搬送波位相が発生した周波数シフトを注記する。プロセッサはいくつかの相関器ダンプを処理した後に、それぞれについて観察された位相がエコーを識別したシフト周波数に対する搬送波位相の表を構築できる。
【０１１３】
所与の識別されたエコーの場合、以下の処理を実行できる。送信レーダ信号が中心周波数ｆ０で開始し、ｆ１まで掃引すると仮定すると、識別されたエコーの搬送波位相対シフト周波数の表から、処理はｆ０からｆ１の掃引中にエコーが経験した総位相シフトを測定できる。表のエントリは、連続完全サイクルシフトを数えることを含んだ総位相シフトを追跡するために最初の値及び最後の値だけの代わりに使用される。識別されたそれぞれの一次エコーはＤＤＲのために別の二次エコーを有するため、携帯電話と反射器の間の自由大気範囲を搬送波サイクルの一部分まで計算するのに十分な情報がある。ｆ０からｆ１の掃引中に、一次エコーが、ｃｙｃ＿ｓｌｉｐｐｒｉｍａｒｙが整数ではない場合があるｃｙｃ＿ｓｌｉｐｐｒｉｍａｒｙ搬送波サイクルスリップを経験すると仮定する。また、二次エコーはｃｙｃ＿ｓｌｉｐｓｅｃｏｎｄａｒｙ搬送波サイクルスリップを経験すると仮定する。このことから、ＴｘからＲｘまでの周波数ｆｎでの総往復搬送波サイクルは、自由大気往復のサイクル数ｃｙｃａｉｒ，ｎを加えた遅延素子のサイクル数ｃｙｃｄｅｌａｙ，ｎに等しい。二次反射の場合、往復サイクルの値は、遅延素子サイクルの２倍である２×ｃｙｃｄｅｌａｙ，ｎを加えた、自由大気でのサイクル数ｃｙｃａｉｒ，ｎに等しい。Ｌが反射器への自由大気往復ｃｙｃａｉｒ，ｎ＝Ｌ／λｎ＝ＬＦｎ／ｃである場合、λｎは中心周波数ｆｎでの搬送波波長であり、ｃは空気中の光の速度である。また、ｃｙｃｄｅｌａｙ，ｎ＝ｅｌｅｍｅｎｔ＿ｄｅｌａｙ×ｆｎである。実際には、ｃｙｃｄｅｌａｙ，ｎ又はｃｙｃａｉｒ，ｎはわからないが、所与のｆ０からｆ１の掃引中、携帯電話でのｃｙｃ＿ｓｌｉｐｐｒｉｍａｒｙ及びｃｙｃ＿ｓｌｉｐｓｅｃｏｎｄａｒｙを正確に測定できる。以下に留意する。
【数３】
2017529528.tif 000006
【数４】
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【数５】
2017529528.tif 000008
【数６】
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【０１１４】
上記方程式から、位置決めプロセスはＬ及び遅延素子の遅延を計算できる。反射器までの範囲Ｒ＝Ｌ／２及び反射器素子遅延は、エコーが生じた元の反射器を識別するために使用される。
【０１１５】
上記方法は範囲測定の遅延素子製造及び環境変動に対する依存を排除し、一定の反射器較正の必要性を排除するため、上記方法は有用である。また、搬送波位相レベルでの精度までエコーの遅延素子の遅延を決定することは、反射信号が検出された対応する反射器を識別するのに役立つ。２．４ＧＨｚで動作するシステムの場合、各搬送波サイクルは１２ｃｍに及ぶ。利用可能なＳＮＲに応じて、ナノ秒レベルでその異なる遅延素子の遅延を通して別個の反射器を区別するだけではなく、センチメートルレベルの範囲精度を得ることが可能になる。これが、同じ近傍での数百の別個の反射器の区別を可能にする。
【０１１６】
上記は、狭い周波数シフトが反射器の範囲及び遅延をどれほど狭く測定できるのかを概略する。この狭い周波数掃引を実行する前に、広い周波数掃引が行われてよい。この広い周波数掃引は周波数走査型反射器にとって最適な周波数を検出するように設計される。いったん最大反射周波数が検出されると、その点の回りの狭い周波数掃引が範囲及び遅延を測定するために実行される。これは、まばらな数の反射器を有する場所だけで行われてよく、したがってＡＯＡを生じさせる周波数掃引反射器の使用が貴重になる。３つ以上の反射器が検出可能である環境では、ＡＯＡは無視することができ、広い周波数掃引を必要としない。
【０１１７】
マルチユーザ環境をサポートし、紛らわしい反射を削減するために、能動的な電力制御を実施できる。能動電力制御は出力Ｔｘ電力を調整するために受信反射測定電力を連続的に使用する。この結果、最小ＲＦ電力が１台の携帯電話によって送信されてその位置を決定する。さらに、異なるまたは時間シフトされたＬＦＳＲ多項式を携帯電話ごとに使用することにより、各携帯電話がそれ自体によって発生したレーダ信号により引き起こされる反射だけを検出することが保証される。
【０１１８】
本明細書の大部分の説明は、携帯電話が静止して（又はほぼ静止して）おり、したがってドップラーに起因するＴｘからＲｘの周波数シフトの影響は無視できると仮定している。位置固定は１ミリ秒未満を要することがあるので、これは、屋内状況の大多数に当てはまる。非現実的な３０ｋｍ／時の屋内速度であっても、２．４ＧＨｚでのドップラーはミリ秒あたり２５度未満である。ただし、位置決めシステムは、ある期間に搬送波周波数（掃引していない）を固定しながら、サイクルスリップ速度からそれを測定することによってドップラーの影響を補正できる。
【０１１９】
設置プロセスの概要をここで提供する。設置中、（例えば、図１のサーバ１９４の）反射器データがアップロードされる。反射器データは、例えば、サーバのデータベースに追加する又はサーバのデータベースを改変する特権を与えられている設置者によってインターネットを介してアップロードされてよい。反射器データは、例えばブラウザを使用し、いくつかのインターネット接続コンピューティング装置のいずれかを使用し、アップロードされてよい。所与の領域に位置反射器を取り付けた後、サーバにアップロードされる反射器データは多様な方法で入手できる。情報は、あらゆる反射器の場所及び向きを決定するために、例えば、正確な建物の青写真及び測量設備から商業的環境で入手されてよい。また、所与の反射器に特有の情報は製造業者のデータシートからダウンロードできるだろう。このすべての情報は収集され、設置者によってサーバにアップロードできる。
【０１２０】
代わりに又はさらに、位置決め能力を有する携帯電話は、ローカル座標系に対するいくつかの以前に測量された点に位置する間に位置決定を行うために使用できる。十分なデータポイントが採取される場合、サーバは、その測定された対応する素子の遅延とともに、サーバがエコーを受信する各反射器の場所を決定できる。４つの非平面点だけで、すべての検出可能な反射器には幾何学的に十分である。
【０１２１】
携帯電話の場所及び反射器の幾何学形状を物理的な壁及び室内の物体に関連付けるには、次の方法論を使用できる。ソフトウェアパッケージは、部屋の数枚の写真から室内の物体を含んだ部屋の３Ｄモデルを作成できる。反射器の場所を突き止めるための測定点が写真のいくつかの中で識別されると、次いで部屋の３Ｄマップが反射器の座標系に対する固定関係を有し、したがって携帯電話の移動は部屋の３Ｄモデルの中で３Ｄでプロットできる。これは、アプリケーション開発者が本明細書に開示される位置システム及び方法に従って生成されたデータを使用するために大きな支援を提供できる。
【０１２２】
結合設置プロセスは以下の通り動作する。反射器設置後、位置決めを有し、デジタルカメラを装備した携帯電話が部屋の内部の数枚の写真を撮影させられる。スナップ写真が撮られるたびに、携帯電話は、携帯電話が検出するすべての反射器について範囲及び反射器遅延を測定する。いくつかの点の後、携帯電話は反射器の場所を、互い及び携帯電話を基準にして突き止めることができる。この情報は、部屋の３Ｄモデルが、撮影された写真によって決定される間に使用され、写真から部屋の３Ｄモデルは、同時に設置されている反射器の座標系をモデルの上部にオーバーレイしながら構築される。
【０１２３】
代わりに又はさらに、反射器データは、撮像によって、例えば住宅で得られてよい。モバイルアプリケーションソフトウェアが、携帯電話を直立して保持し、携帯電話のカメラを用いて部屋のすべての壁を走査することによって、３Ｄ部屋マップを作り出すために使用されてよい。反射器の場所を突き止めるために、反射器のそれぞれは逆反射光学テープで覆われた領域を有することがある。このテープはカメラフラッシュによって光を当てられる場合、カメラ内で非常に明るく見える。したがって、カメラによる部屋の走査中、携帯電話のフラッシュはオンに保たれる。反射器がフレーム内に進入するたびに、光学逆反射テープはカメラ内で非常に明るく見え、反射器として識別され、部屋の中でのその場所が注記される。このテープは、携帯電話が、それが取り囲んでいる反射器のどれであるのかを識別できるように、多様な色又は色の縞で作られることがある。携帯電話が簡略なバーコード走査から反射器ＲＦ特性及び光学テープの色のすべてを得ることができるように、反射器上のバーコードが推測的に走査されるだろう。部屋の幾何学形状、各反射器の場所及び向き並びに反射器の特性についてのこの情報を収集後、モバイルアプリケーションは、その部屋の中の携帯電話の場所を決定する必要がある他の携帯電話が利用できるようにこの情報をサーバにアップロードする。
【０１２４】
アップロード特権は発生の場所に基づいて与えられてよい。例えば、携帯電話が所与の部屋についてサーバに反射器情報をアップロードしようと試みる場合、サーバは、情報が部屋の近くに物理的に存在するルータから来る場合にだけこの情報を受け入れるだろう。セキュリティの追加のためにパスワードも供給されることがある。上述されたように、携帯電話の場所を決定することに成功する任意の携帯電話は、反射器が仮定することから、及びどの信頼度をもって、携帯電話が決定した場所をサーバに匿名でアップロードできる。サーバは、その常駐データベースの精度を継続的に改善し、改良するために場所を決定する携帯電話によって絶えずアップロードされているこの情報を使用する。携帯電話は、すぐ近くの反射器からのレーダ信号反射を検出し、処理することによって続けて携帯電話の場所を決定する。携帯電話は、上述されたようにサーバにアップロードされた、サーバから利用可能な情報を計算に使用する。携帯電話は、次に決定された位置を、携帯電話の実際の測量された位置と比較し、他の携帯電話による後続の位置決定の精度を改善するためにサーバ情報に対する補正をアップロードする。
【０１２５】
本明細書に説明される屋内位置決めは、物理的な場所を決定するためにレーダ反射信号の検出に依存する。レーダ反射を検出することは、ＣＷタイプ又はＬＦＭタイプのレーダ信号の場合、適合されたフィルタを使用することによって行うことができる。送信レーダ信号がＤＳＳＳ符号化される場合、レイク受信機が弱い反射を検出するために使用できる。両方の場合に、反射の位相は、ＣＷ若しくはＬＦＭの場合にパルス圧縮の後に、又はＰＲＮ逆拡散が実行された後のいずれかで、受信信号搬送波周波数位相を追跡する多様な技法によって決定される。整数搬送波不定性は、例えば、短期間のパルス化、又はコヒーレント復調を使用するＬＦＭ方法若しくはＤＳＳＳ方法による帯域幅の増加等、上述された技法に従って解決される。コヒーレント処理は、使用される共通の送受信周波数基準により容易にされる。
【０１２６】
本開示は、携帯電話が屋内環境の中で携帯電話の場所を決定することに焦点を当てているが、同じ又は類似する技法は、屋外環境の中で携帯電話の場所を決定するために使用できる。この種の屋外位置決めは、例えば狭い通り及び背の高い建物が、ＧＰＳ信号ブロック及びマルチパスに起因するＧＰＳをベースにした場所決定の可用性及び精度を削減する「ビルの谷間」で使用され得る。さらに、開示されている位置決めシステム及び方法は、複数のドローンの相対位置を決定することを含む、ドローンの場所を突き止めるために適応され得る。多様なドローンは、位置反射器、モバイル機器のために説明された位置決め、又は両方を含んでよい。係るシステムは衝突回避に使用され得る。
【０１２７】
開示されている位置決めは、モバイル機器内ですでに見つけられる回路網を使用し、モバイル機器によって実行できる。回路網は、その元の機能の実行と、新しい位置標定機能との間で共用できる。反射器と使用できるいくつかのレーダ信号変調、及び非常に正確な範囲測定を生じさせるために搬送波整数不定性を解決する方法が開示される。実施形態のモバイルアーキテクチャは、本明細書に説明される波形のすべてを生成し、処理することができ、必要に応じてその場でレーダ波変調及び特性を改変するために十分に柔軟である。最後に、どのようにしてシステムを設置できるのか、及び住宅環境だけではなく商業的環境でどのようにしてサーバ情報を改良できるのかが開示される。
【０１２８】
図１８は、本開示実施形態に従って位置標定を決定するためのフローチャートである。具体的な例を提供するために、プロセスは図１のシステムでモバイル機器１８５によって実行されるとして説明される。ただし、プロセスは任意の適切な装置を使用し、実行されてよい。さらに、多くのステップの追加の詳細は上述されている。
【０１２９】
携帯電話が携帯電話の位置を決定することを望むとき、ステップ１８０２で携帯電話は携帯電話の前回の場所を検索し、携帯電話の周囲について環境データを収集する。ステップ１８０３で、前回の場所及び環境データはサーバ１９４に送信される。ステップ１８０４で、携帯電話は、サーバから携帯電話の近傍の位置反射器の反射器データを受信する。携帯電話は、例えば許容帯域幅、ＲＦ電力、及び送信レーダ信号の時間スロット等、携帯電話がどのようにして位置決めを実行する必要があるのかに関する情報を受信してもよい。
【０１３０】
ステップ１８０５で、携帯電話は、携帯電話が携帯電話の位置決定を開始するために使用するレーダ特性を決定する。例えば、携帯電話はレーダ信号変調方式、帯域幅、出力電力、チッピング速度、及びタイミングを決定できる。これらの特性は所望される位置精度に基づいて決定されてよい。
【０１３１】
ステップ１８０６で、携帯電話は、例えば図１６を参照して説明されるように、送信及び受信ＬＦＳＲ発生器及び傾斜波発生器をロードし、初期化できる。ステップ１８０７で、携帯電話は送信及び受信ＬＦＳＲ発生器及び傾斜波発生器を始動し、生成したレーダ信号を放射する。ステップ１８０８で、携帯電話はステップ１８０７の伝送に応えて受信された信号を処理する。例えば、プロセスはエコーを検出し、中心周波数をシフト中にサイクルスリップも測定するために相関ピークを探してよい。携帯電話は、ステップ１８１０で、十分なピークが相関データで見つけられるかどうかを判断する。この判断は、所望される位置精度に、及びどのような以前の処理が実行されたのかに基づいてよい。十分なピークが見つけられる場合、プロセスはステップ１８１７に続行する。十分なピークが見つけられない場合、プロセスは、携帯電話がレーダ信号の中心周波数を変更するステップ１８１１に続き、次いでステップ１８０６に戻る。十分なピークが見つけられず、プロセスが一連の中心周波数でステップ１８０６〜１８１０を反復した場合、プロセスはステップ１８１２に続く。ステップ１８１２で、プロセスは送信電力を増し、次いでステップ１８０６に戻る。
【０１３２】
ステップ１８１７で、プロセスは、相関ピークを使用し、反射器までの範囲を計算する。プロセスは次いでその場所を計算できる。ステップ１８１８で、プロセスは、それが周波数掃引反射器を検出しているかどうかを判断する。この場合、プロセスは、プロセスがＡＯＡを決定することができ、さらにその場所を決定できるステップ１８１９に続く。それ以外の場合、プロセスはステップ１８２７に続く。
【０１３３】
ステップ１８２７で、携帯電話はその場所を決定した。携帯電話は決定した場所、及び検出された反射器遅延もサーバに送信でき、サーバは次いで反射器データのサーバのデータベースを更新できる。プロセスは次いで、位置更新が所望されるまでそれがとどまるステップ１８２９に続く。この事象では、プロセスはステップ１８０５に戻る。
【０１３４】
図１８のプロセスは、ステップを追加する、省略する、並べ替える、又は改変することによって修正されてよい。さらに、ステップは並行して実行されてよく、別のステップの後に発生するステップはすぐ後である必要はない。
【０１３５】
上述のシステム及び方法、並びに関連付けられた装置及びモジュールは多くの変動の影響を受けやすい。さらに、明確さ及び簡潔さのために、システム及び方法の多くの説明は簡略化されている。例えば、図は概して１つ又はいくつかの各種装置を示しているが、通信システムは各種装置の多くを有することがある。さらに、多様な実施形態の特徴は、上述された組合せとは異なる組合せで結合されてよい。
【０１３６】
本明細書に説明されるように、多様なシステム及び方法は、特定のパラメータ、機能、又は操作を最適化するために機能するとして説明される。用語最適化するのこの使用は、抽象的な理論的な意味又はグローバルな意味で最適化することを必ずしも意味しない。むしろ、システム及び方法は少なくとも多くの共通の場合に性能を改善することが期待されるアルゴリズムを使用して性能を改善するために機能してよい。例えば、システム及び方法は、特定の機能又は基準によって判定される性能を最適化するために機能してよい。最小化する又は最大化するといった類似する用語は同様に使用される。
【０１３７】
当業者は、本明細書に開示される実施形態と関連して説明される多様な例示的な論理的なブロック、モジュール、ユニット、及びアルゴリズムステップが、多くの場合電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、又は両方の組合せとして実装できることを理解する。ハードウェア及びソフトウェアのこの互換性を明確に説明するために、多様な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、及びステップがその機能性に関して概して上述されている。係る機能性がハードウェアとして実装されるのか、それともソフトウェアとして実装されるのかは、全体的なシステムに課される特定の制約に依存する。当業者は、特定のシステムごとにさまざまな方法で説明された機能性を実装できるが、係る実装の決定は、本発明の範囲からの逸脱を引き起こすとして解釈されるべきではない。さらに、ユニット、モジュール、ブロック、又はステップの中での機能のグループ化は説明を容易にするためである。特定の機能又はステップは、本発明から逸脱することなく、１つのユニット、モジュール、又はブロックから移動できる。
【０１３８】
本明細書に開示される実施形態との関連で説明される多様な例示的な論理的なブロック、ユニット、ステップ、及びモジュールは、汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は他のプログラマブル論理デバイス等のプロセッサ、離散ゲート若しくはトランジスタ論理、離散ハードウェア構成要素、又は本明細書に説明される機能を実行するように設計されるその任意の組合せを用いて実装又は実行できる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであることがあるが、代替策では、プロセッサは任意のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、又は状態機械であることがある。また、プロセッサは、例えばＤＳＰ及びマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連動する１つ又は複数のマイクロプロセッサの組合せ等のコンピューティング装置の組合せ、又は任意の他の係る構成として実装することもできる。さらに、命令を実行することに加えて、プロセッサはいくつかの機能を達成するために特殊目的ハードウェアを含んでよい。
【０１３９】
本明細書に開示される実施形態との関連で説明される、任意の方法又はアルゴリズムのステップ及び任意のブロック又はモジュールのプロセスは、ハードウェアで、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで、又は該２つの組合せで直接的に実施できる。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又は任意の他の形の記憶媒体に常駐できる。例示的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合できる。代替策では、記憶媒体はプロセッサに統合されることがある。プロセッサ及び記憶媒体はＡＳＩＣに常駐することがある。さらに、結合されるとして説明される装置、ブロック、又はモジュールは、仲介装置、ブロック、又はモジュールを介して結合されてよい。同様に、第１の装置及び第２の装置を結合する仲介装置があるとき、及び第１の装置がデータの最終的な宛先を知らないときにも、第１の装置は第２の装置にデータを送信している（又は第２の装置からデータを受信している）として説明されてよい。
【０１４０】
開示されている実施形態の上記説明は、当業者が本発明を成す又は使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態に対する多様な変更形態は当業者に容易に明らかになり、本明細書に説明される一般的な原則は本発明の精神又は範囲から逸脱することなく他の実施形態に適用可能である。したがって、本明細書に提示される説明及び図面は本発明の特定の態様及び実施形態を表現し、したがって本発明によって広く意図される主題の代表的な例であることが理解されるべきである。本発明の範囲が当業者に明らかである又は明らかになる可能性がある他の実施形態を完全に包含すること、及び本発明の範囲が相応して本明細書に提示される説明によって制限されないことがさらに理解されるべきである。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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