(57)【要約】      （修正有）【課題】移動体無線システム内の移動体無線端末の位置を決定の精度を改善する。【解決手段】新しい到着時間差ＴＤＯＡに基づく方法およびシステム。ステップ５１１において、３つの無線基地局において到着時間ＴＯＡ、到着方向ＤＯＡを測定する。ステップ５１５において、交換局は、ＭＳ−ＩＤと共にサービスノードに送信。ステップ５１７において、サービスノードは、ＤＯＡ情報により補足されたＴＯＡ情報を用い、三角測量アルゴリズムにより移動体無線端末の位置を計算する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体無線システムにおける移動体無線端末の地理的位置の決定方法であって、
該移動体無線システムが、ネットワーク制御装置と、少なくとも３つの無線基地局とを含み、該少なくとも３つの無線基地局の各々が、前記ネットワーク制御装置と通信する動作を行いうるアップリンクＴＯＡ測定ユニットと、
制御ユニットと、前記アップリンクＴＯＡ測定ユニットへタイミング基準信号を供給する動作を行いうる時間基準ユニットと、前記少なくとも３つの無線基地局の既知位置を記憶する動作を行いうるサービスノードとを含み、
前記方法が、
前記移動体無線システムにおいて前記移動体無線端末の前記位置の決定要求を受信するステップと、
前記移動体無線端末がアナログ信号を送信しつつあるか、または信号を送信していなければ、前記移動体無線端末に、トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示するステップと、
前記アップリンクＴＯＡ測定ユニットにおいて、前記トラヒックチャネル上の前記少なくとも３つの無線基地局におけるアップリンクＴＯＡを測定するステップと、
前記ネットワーク制御装置において、前記少なくとも３つの無線基地局からの前記アップリンクＴＯＡ測定値と、前記トラヒックチャネルに対する識別番号とを受信するステップと、
前記トラヒックチャネルに対する前記識別番号を、前記移動体無線端末の識別番号へ変換するステップと、
前記アップリンクＴＯＡ測定値と、前記移動体無線端末の識別番号とを、前記サービスノードへ伝達するステップと、
前記サービスノードにおいて、前記少なくとも３つの無線基地局の前記既知位置と、前記アップリンクＴＯＡ測定値とを用いて前記移動体無線端末の前記位置を計算するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ネットワーク制御装置が、前記移動体無線端末に、前記アップリンクＴＯＡ測定中における送信電力を増加させるよう指示するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記移動体無線端末を、更に遠いサービス基地局へ基地局間ハンドオフするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ＴＯＡ測定を行う遠い基地局において、前記トラヒックチャネルのＳ／Ｎ比が所定値より小さく、第２トラヒックチャネルが前記所定値よりも大きいＳ／Ｎ比を有するならば、前記移動体無線端末を前記第２トラヒックチャネルへ基地局内ハンドオフするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記アップリンクＴＯＡ測定ユニットがＭｏｄＲＸを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示するステップが、前記移動体無線端末への呼をセットアップするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記移動体無線端末の送信が途絶え、空きの状態であれば、前記トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示するステップが、前記移動体無線端末をアクティベートするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示するステップが、アナログ移動体無線端末へ情報を伝達するステップを含み、該情報により、前記アナログ移動体無線端末が、ディジタル情報を伴うアップリンクで応答するように指示する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示するステップが、パケット端末へ情報を伝達するステップを含み、該情報により、前記パケット端末がアップリンクで応答するように指示する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
位置決定測定を行う機器を含む移動体無線システムにおいて用いられる測定装置であって、
前記測定装置が、ネットワーク制御装置と時間基準ユニットと少なくとも１つの受信アンテナとに接続され、
前記時間基準ユニットに接続された、ＴＯＡを測定する第１手段と、
前記第１手段へ、測定を行うチャネルからのディジタルアップリンク情報を伝達し、既知の情報の関係を用いてＴＯＡ測定値を決定する、第２手段と、
少なくとも１つの復調器を含む、少なくとも１つの無線受信機と、
前記少なくとも１つの復調器に、特定のトラヒックチャネルにおける位置決定測定を可能にする周波数を結合させることができる受信周波数合成器と
を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項１１】
周波数ホッピングトラヒックチャネルにおいてＴＯＡ測定を可能にするために周波数ホッピングシーケンスを受信し、設定する手段をさらに含む、請求項１０に記載の測定装置。
【請求項１２】
無線基地局内へ統合された、請求項１０および請求項１１に記載の測定装置。
【請求項１３】
前記測定装置が、接続されている無線基地局に対して自立しており、離れた位置にある、請求項１０および請求項１１に記載の測定装置。
【請求項１４】
トラヒックチャネルにおいてＴＯＡを測定する少なくとも１つのＴＯＡ計を備えた第１無線基地局を更に含み、前記少なくとも１つのＴＯＡ計が、前記無線基地局のネットワーク制御装置と通信し且つ少なくとも第２無線基地局のＴＯＡ計と同期することができ、前記第１無線基地局の複数の送受信機が、前記少なくとも第２無線基地局の送受信機と同期していない、請求項１０に記載の測定装置。
【請求項１５】
移動体無線端末の位置を決定するネットワーク制御装置であって、
少なくとも３つの無線基地局に、指定されたトラヒックチャネルにおいてＴＯＡ測定を行うように指示する手段と、
チャネル番号を、前記移動体無線端末の識別番号へ変換する手段と、
前記移動体無線端末の前記位置の計算に用いるために、前記ＴＯＡ測定値と、
前記移動体無線端末の識別番号と、をサービスノードへ伝達する手段と、
を備えることを特徴とするネットワーク制御装置。
【請求項１６】
セルラ移動体無線ネットワークにおいて移動体端末位置情報の計算に用いられるサービスノードであって、
位置情報要求を受信する手段と、
移動体無線端末がアナログ信号を送信しているか、または信号を送信していなければ、前記移動体無線端末に、トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように要求する手段と、
前記移動体端末位置情報の前記計算に用いられる既知の無線基地局位置情報を記憶する手段と、
前記移動体端末に関連するＴＯＡ情報と、前記既知の無線基地局位置情報と、を用いて前記移動体端末位置情報を計算する手段と、
を備えることを特徴とするサービスノード。
【請求項１７】
移動体無線システム内に位置する移動体無線端末の地理的位置を決定しうる前記移動体無線システムであって、
ネットワーク制御装置と、
少なくとも３つの無線基地局であって、該少なくとも３つの無線基地局のそれぞれが、前記ネットワーク制御装置と通信する動作を行いうるアップリンクＴＯＡ測定装置と、該アップリンクＴＯＡ測定装置へタイミング信号を供給する動作を行いうる時間基準ユニットと、を含む前記少なくとも３つの無線基地局と、
前記少なくとも３つの無線基地局についての既知位置情報を記憶する動作を行いうるサービスノードであって、
前記移動体無線システムが、前記移動体無線端末の前記地理的位置の決定要求を受信し、前記移動体無線端末がアナログ信号を送信しているか、または信号を送信していなければ、前記移動体無線端末に、トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示し、
前記トラヒックチャネルにおけるアップリンクの少なくとも３つの無線基地局内の前記アップリンクＴＯＡ測定装置においてＴＯＡを測定し、
前記少なくとも３つの無線基地局から前記ネットワーク制御装置内の前記ＴＯＡ測定情報と前記トラヒックチャネルに関する識別番号とを受信し、前記トラヒックチャネルの識別番号を前記移動体無線端末の識別番号へ翻訳し、前記アップリンクＴＯＡ測定情報および識別を前記サービスノードへ伝達し、
前記サービスノードが、前記少なくとも３つの無線基地局の前記既知位置情報および前記アップリンクＴＯＡ測定情報を用いて前記移動体無線端末の前記地理的位置を計算することにより、前記移動体無線端末の前記地理的位置を決定する動作を行うことができることを特徴とする移動体無線システム。
【請求項１８】
前記トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示する動作が、前記移動体無線端末への呼のセットアップを含む、請求項１７に記載の移動体無線システム。
【請求項１９】
前記移動体無線端末の送信が途絶え、空きの状態であれば、前記トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示するステップが、前記移動体無線端末をアクティベートするステップを含む、請求項１７に記載の移動体無線システム。
【請求項２０】
前記トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示する動作が、アナログ移動体無線端末へ、該移動体無線端末にディジタル情報により前記アップリンクへ応答するよう指示する情報を伝達することを含む、請求項１７に記載の移動体無線システム。
【請求項２１】
前記トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示する動作が、パケット端末へ、該パケット端末に前記アップリンクへ応答するよう指示する情報を伝達することを含む、請求項１７に記載の移動体無線システム。
【請求項２２】
前記アップリンクＴＯＡ測定装置がＤＯＡ計を含む、請求項１７に記載の移動体無線システム。
【請求項２３】
移動体無線システムにおける第１移動体無線端末の地理的位置の決定方法であって、
前記移動体無線システムが、ネットワーク制御装置と、少なくとも３つの無線基地局とを含み、
前記少なくとも３つの無線基地局の各々が、前記ネットワーク制御装置と通信する動作を行いうるアップリンクＴＯＡ測定ユニットと、制御ユニットと、前記アップリンクＴＯＡ測定ユニットへタイミング基準信号を供給する動作を行いうる時間基準ユニットとを含み、
前記少なくとも３つの無線基地局の１つが、第２移動体無線端末と共に配置されかつ該第２移動体無線端末へ接続され、該第２移動体無線端末が無線インタフェースを経て前記ネットワーク制御装置に接続されており、前記少なくとも３つの無線基地局の各々がさらに、前記サービスノードは、前記少なくとも３つの無線基地局の少なくとも２つの既知位置を記憶することができ、
前記方法が、
前記移動体無線システムにおいて前記第１移動体無線端末の前記地理的位置の決定要求を受信するステップと、
前記第２移動体無線端末の位置を決定し、前記サービスノードへ報告するステップと、
前記第１移動体端末が送信していないか、またはアナログ信号のみを送信しているときに、前記第１移動体無線端末に、トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示するステップと、
前記アップリンクＴＯＡ測定ユニットの各々において、前記第１移動体無線端末により送信された前記ディジタル信号のアップリンクＴＯＡを測定するステップと、
前記ネットワーク制御装置において、前記少なくとも３つの無線基地局からの前記アップリンクＴＯＡ測定値と前記トラヒックチャネルに対するトラヒックチャネル番号とを受信するステップと、
前記トラヒックチャネル番号を、前記第１移動体無線端末の識別番号へ翻訳するステップと、
前記アップリンクＴＯＡ測定値と前記第１移動体無線端末の識別番号とを、前記サービスノードへ伝達するステップと、
前記サービスノードにおいて、前記少なくとも３つの無線基地局の前記既知位置と前記アップリンクＴＯＡ測定値とを用いて前記第１移動体無線端末の位置を計算するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２４】
前記ネットワーク制御装置が、前記第１移動体無線端末に、前記アップリンクＴＯＡ測定中における送信電力を増加させるよう指示するステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１移動体無線端末を、更に遠いサービス基地局へ基地局間ハンドオフするステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
ＴＯＡ測定を行う遠い基地局において、前記トラヒックチャネルのＳ／Ｎ比が所定値より小さく、第２トラヒックチャネルが前記所定値よりも大きいＳ／Ｎ比を有するならば、前記移動体無線端末を前記第２トラヒックチャネルへ基地局内ハンドオフするステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記アップリンクＴＯＡ測定ユニットがＭｏｄＲｘを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示するステップが、前記第１移動体無線端末への呼をセットアップするステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記移動体無線端末の送信が途絶え、空きの状態であれば、前記トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示するステップが、前記移動体無線端末をアクティベートするステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示するステップが、アナログ移動体無線端末へ、該移動体無線端末にディジタル情報により前記アップリンクへ応答するよう指示する情報を伝達することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示するステップが、第１パケット端末へ情報を伝達するステップを含み、該情報が、前記第１パケット端末に、アップリンクで応答するように指示する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
前記第２移動体無線端末の位置を決定し、前記サービスノードへ報告するステップが、ＧＰＳ位置情報を用いて前記第２移動体無線端末の位置を決定し、前記第２移動体無線端末の前記位置を前記サービスノードへ報告するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
前記第２移動体無線端末の位置を決定し、前記サービスノードへ報告するステップが、所定の位置情報を用いて前記第２移動体無線端末の位置を決定し、前記第２移動体無線端末の前記位置を前記サービスノードへ報告するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３４】
カスケード位置決定法を用いて、システム内に位置する第１移動体無線端末の地理的位置を決定できる移動体無線システムであって、
ネットワーク制御装置と、少なくとも４つの無線基地局と、サービスノードとを備え、
前記少なくとも４つの無線基地局の各々が、
前記ネットワーク制御装置と通信可能なアップリンクＴＯＡ測定装置と、前記アップリンクＴＯＡ測定装置へタイミング信号を供給可能な時間基準ユニットとを含み、前記少なくとも４つの無線基地局の少なくとも１つが第２移動体無線端末と共に配置されかつ該第２移動体無線端末へ接続され、前記第２移動体無線端末が、移動可能なインタフェースにより、前記少なくとも４つの無線基地局の１つと前記ネットワーク制御装置とに接続され、
前記サービスノードが、
前記少なくとも４つの無線基地局の少なくとも３つについての既知位置情報を記憶し、前記移動体無線システムが前記第１移動体無線端末の前記地理的位置の決定要求を受信することにより、前記第１移動体無線端末または前記第２移動体無線端末が送信していないときかあるいはアナログ信号のみを送信しているときに、前記第１および第２移動体無線端末にトラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示し、少なくとも４つの無線基地局内の前記アップリンクＴＯＡ測定装置において前記送信されたディジタル信号のＴＯＡを測定し、前記少なくとも４つの無線基地局から前記ネットワーク制御装置内の前記ＴＯＡ測定情報と前記トラヒックチャネルに対するトラヒックチャネル番号とを受信し、前記トラヒックチャネル番号を前記第１および第２移動体無線端末の識別番号へ翻訳し、前記アップリンクＴＯＡ測定情報および識別番号を前記サービスノードへ伝達し、該サービスノードにおいて前記少なくとも３つの無線基地局の前記既知位置情報および前記アップリンクＴＯＡ測定情報を用いて前記第１および第２移動体無線端末の地理的位置を計算することにより、前記第１移動体無線端末の前記地理的位置を決定する動作を行うことを特徴とする前記移動体無線システム。
【請求項３５】
前記トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示する動作が、前記第１および第２移動体無線端末への呼のセットアップを含む、請求項３４に記載の移動体無線システム。
【請求項３６】
前記移動体無線端末の送信が途絶え、空いた状態であれば、前記トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示する動作が、前記移動体無線端末をアクティベートする動作を含む、請求項３４に記載の移動体無線システム。
【請求項３７】
前記トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示する動作が、第１アナログ移動体無線端末へ、前記第１移動体無線端末にディジタル情報により前記アップリンクで応答するよう指示する情報を伝達することを含む、請求項３４に記載の移動体無線システム。
【請求項３８】
前記トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示する動作が、第１パケット端末へ、該第１パケット端末に前記アップリンクで応答するよう指示する情報を伝達することを含む、請求項３４に記載の移動体無線システム。
【請求項３９】
前記アップリンクＴＯＡ測定装置が、ＤＯＡ計を含む、請求項３４に記載の移動体無線システム。
【請求項４０】
第２移動体無線端末の位置の決定に用いられる移動ユニットであって、
第１移動体無線端末に接続された無線基地局と、
指定されたトラヒックチャネル上へ前記第２移動体無線端末により送信された信号の到着のアップリンク時刻を測定する命令を受信する手段と、
前記第１移動体無線端末の位置を決定し報告する手段と、
前記第２移動体無線端末により送信された前記信号の到着の前記アップリンク時刻を測定し且つ報告する手段と、
を備えることを特徴とする移動ユニット。
【請求項４１】
前記第１移動体無線端末の位置を決定し報告する手段が、ＧＰＳ受信機を含む、請求項４０に記載の移動ユニット。
【請求項４２】
前記第１移動体無線端末の位置を決定し報告する手段が、前記第１移動体無線端末の位置に関する知識を予め有し、前記第１移動体無線端末の位置を手動で報告する、請求項４０に記載の移動ユニット。
【請求項４３】
移動体無線システムにおける移動体無線端末の地理的位置の決定方法であって、
前記移動体無線システムが、ネットワーク制御装置と、少なくとも３つの無線基地局とを含み、
前記少なくとも３つの無線基地局の各々が、
前記ネットワーク制御装置と通信可能なアップリンクＴＯＡ測定ユニットと、制御ユニットと、
前記アップリンクＴＯＡ測定ユニットへ相対タイミング基準信号を供給可能な基準移動局と、
前記少なくとも３つの無線基地局と前記基準移動局との既知位置を記憶可能なサービスノードとを含み、
前記方法が、
前記移動体無線システムにおいて前記移動体無線端末の前記位置の決定要求を受信するステップと、
前記移動体無線端末がアナログ信号を送信しているか、あるいは信号を送信していなければ、前記移動体無線端末に、トラヒックチャネルのアップリンクへディジタル信号を送信するように指示するステップと、
前記少なくとも３つの無線基地局の前記アップリンクＴＯＡ測定ユニットにより、それぞれの相対タイミング基準信号を基準としてアップリンクＴＯＡを測定するステップと、
前記基準移動局と前記少なくとも３つの無線基地局の各々との間の既知距離に基づき、各測定されたアップリンクＴＯＡを補正するステップと、
前記少なくとも３つの無線基地局の前記アップリンクＴＯＡ測定ユニットでの、前記相対タイミング基準信号に関する、前記移動無線端末からのアップリンクＴＯＡ、および前記トラヒックチャネルに関する識別番号を受信するステップと、
前記トラヒックチャネルに関する識別番号を、前記移動体無線端末の識別番号へ翻訳するステップと、
前記アップリンクＴＯＡ測定値と前記移動体無線端末の識別番号とを前記サービスノードへ伝達するステップと、
前記サービスノードが、前記基準移動局の既知位置と前記少なくとも３つの無線基地局の前記既知位置と前記アップリンクＴＯＡ測定値とを用いて前記移動体無線端末の前記位置を計算するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項４４】
前記移動体無線端末および前記基準移動局が同様の周波数で動作する、請求項４３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には移動体無線通信の分野に関し、特に、移動体無線端末の地理的位置の決定に用いられる方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体無線位置決定は、最近強い関心を引いている新分野であり、将来のセルラ移動体無線システムにおける位置決定能力を含むことが現在望まれている。軍事上の応用から公知である到着時間差（ＴＤＯＡ）位置決定方法は、移動体無線端末の位置決定のために成功裏に用いられてきた。代表的なＴＤＯＡ位置決定システムは、到着時刻（ＴＯＡ）の測定が移動局（ＭＳ）における「ダウンリンク」で行われる端末ベースのもの、または、ネットワークがＴＯＡ測定を無線基地局（ＢＳ）における「アップリンク」で行うネットワークベースのもの、であり得る。これらのＴＯＡ測定値は、次にＴＤＯＡパラメータを計算し、かつＭＳの位置を推定するために用いられる。
【０００３】
セルラ移動体無線位置決定のために用いられてきた１つの位置決定システムは、トルーポジション（ＴｒｕｅＰｏｓｉｔｉｏｎ）により市販されている。このシステムは、ＩＳ−５４規格により動作する標準的なアナログ移動体無線端末の位置を決定するために用いられる。現在、これらの端末は、米国において用いられている移動体無線端末の大多数を構成する。トルーポジションシステムは、それ自身の受信する無線基地局を有し、セルラシステムとは無関係に動作せしめられ、同じ地域内のワイヤライン（「Ａ」周波数帯）オペレータおよび非ワイヤライン（「Ｂ」周波数帯）オペレータにサービスしうる。そのようにして、これらのオペレータは、同じトルーポジション位置決定システムを共用しうる。要求されたときは、トルーポジションシステムは、個々のセルラ移動体無線端末の位置情報を供給する。そうでないときは、位置決定システムは、通常セルラ移動体無線システムと通信しない。
【０００４】
前述のように、トルーポジションシステムにより用いられる位置決定のＴＤＯＡ方法は、公知の軍事上の応用に基づいている。本質的に、ＴＤＯＡ方法によれば、移動体無線端末により送信されたアップリンクメッセージの絶対的ＴＯＡは、少なくとも３つの固定無線ＢＳ内に登録される。この情報は、中央に位置するプロセッサにおいて処理され、このプロセッサは端末の位置を計算する。トルーポジションシステムにおけるアップリンクメッセージの登録は、主として（アナログ）アクセスチャネル（すなわち、ＩＳ−５４規格のもとでの「逆方向制御チャネル」）上のアップリンク制御メッセージへ指示される。明らかに、ＩＳ−５４規格のもとにおいては、これらの制御メッセージのあるもの（例えば、登録メッセージおよびページ応答メッセージ）は、非暗号化コードでの端末識別を含み、それは、トルーポジションシステムが、関係の端末に対し責任のあるセルラネットワークオペレータからの情報を得る必要なく、特定の端末の位置を決定することを可能にする。ＩＳ−５４規格は、（例えば、ＩＳ−１３６規格の場合におけるように）トラヒックチャネルにおける広い周波数帯上に分散したアクセスチャネルを用いるのではなく、わずかな、かなり狭い周波数帯に割当てられたアクセスチャネルの全てを用いることにより、位置決定タスクをさらに容易にする。
【０００５】
しかし、主としてアクセスチャネルを使用することは、位置決定が空きモードにある移動体無線端末に対しさらに容易に行われることを意味する。そのわけは、アクセスチャネルは、（例えば、登録のとき、またはページングの後に）空き端末によってのみ用いられるからである。もし移動端末の位置を、それが会話モードにある間に決定したければ、トルーポジションシステムは、音声チャネルトラッキングのためにわずかなトラヒックチャネルを利用するオプションを用いる。従って、例えば、もしハンドヘルド無線電話機により通話しているときの動作中に警官の位置を決定したければ、ネットワークは、その無線電話機を、トルーポジションシステムによりモニタされるトラヒックチャネルへ、ハンドオフまたは新規割当てすることを要求される。
【０００６】
スティルプ（Ｓｔｉｌｐ）他に対する米国特許第５，３２７，１４４号は、（明らかにトルーポジションシステムに関連する）ＴＤＯＡセルラ電話機位置システムを開示している。その特許によれば、移動体無線端末により逆方向（アナログ）制御チャネル上へ周期的に送信されるアップリンク信号（例えば、ＩＳ−５４プロトコルにより１５分毎に生じうるセルラ登録メッセージ）が、少なくとも３つの無線基地局により受信され、記録される。それぞれの信号のＴＯＡは、（アップリンクメッセージに含まれる）送信端末の識別番号と共に、それぞれの無線基地局において記録される。この情報はプロセッサへ転送され、このプロセッサは、３つのＴＯＡと、無線基地局の既知位置と、から得られるＴＤＯＡを用い、そのようにして識別された移動体無線端末の位置を計算する。
【０００７】
（明らかにトルーポジションシステムにも関連する）スティルプ他に対するＰＣＴ出願第ＷＯ９４／２７１６１号は、移動体送信機の位置を決定するためのＴＤＯＡシステムを開示している。移動体無線端末により、周期的にではなく応答的に送信されるアップリンク信号（例えば、セルラページ受理通知メッセージ）は、（そのアップリンクメッセージ内に含まれる）送信端末の識別番号と共に、複数のＢＳにより受信され、ＴＯＡをタイムスタンプされ、また記録される。この情報はプロセッサへ転送され、このプロセッサは、そのＴＯＡと、無線ＢＳの既知位置とを用い、そのようにして識別された移動体無線端末の位置を計算する。
【０００８】
上述の文書は、セルラ位置決定の分野におけるかなりの進歩を示しているが、なお解決されるべき多くの問題が残されている。例えば、上述のＴＤＯＡ方法は、一般にＩＳ−５４システムにおけるアナログ音声チャネルへは適用できない。そのわけは、音声チャネルの周波数は周波数計画に従って無線ＢＳへ分配されるからである。所定の音声チャネル（周波数）が、所定のアクセスチャネルの代わりに位置決定測定のために用いられることになると、ある無線ＢＳは、音声チャネルをこれら所定の周波数に割当てられなくなってしまう。そのわけは、ＢＳのコンバイナは、基地局の特定の周波数に同調されてしまい、その周波数は、所定の周波数に含まれていないかもしれないからである。従って、これらのＢＳと通信する端末の位置は、それらの端末が会話モードで動作しているときには、上述の方法によっては決定できない。
【０００９】
特に上述の位置決定方法を、あるトラヒックチャネル上の会話モードにある移動体無線端末に適用するときに発生するもう１つの問題は、その移動体無線端末の電力制御に関連する。もしその移動体端末がサービス無線基地局の近くにあれば、陸上システムは、その移動体無線端末へ電力制御命令を送信し、低いアップリンク送信電力を要求する。ＴＯＡを測定するように命令された無線基地局がかなり遠くにあって、移動体無線端末からの距離がある限度を超えていれば、その無線基地局が受信する信号は、ＴＯＡ測定を行い且つ端末識別を読取るのに十分な強さを持たない。
【００１０】
上述の移動体端末の位置決定方法に関するさらにもう１つの問題は、この方法がＩＳ−５４システムにおけるディジタル音声チャネルに適用できないこと、および、位置決定法を用いる前に、移動体端末が、複数の所定アナログ音声チャネルのうちの１つのチャネルへハンドオーバされる必要があることである。さらに、上述の位置決定方法は、（なかんずく）ＩＳ−１３６システムにおけるような純粋なディジタル規格のもとでは、適用が困難である。そのわけは、制御チャネルが、割当てられた周波数帯内のどの周波数のものでもあり得るため、位置決定要求の受信が完了する前に、全てのチャネル上の全トラヒックをあらかじめ記録しておくことができないからである。さらに、移動体通信用ディジタルグローバルシステム（ＧＳＭ）のような、あるセルラ移動体無線システムにおいては、トラヒックチャネルのために周波数ホッピングモードが用いられ、これが、上述の方法により移動体端末の位置を決定することを事実上不可能にする。
【００１１】
結論として、任意のアップリンクトラヒックチャネル、または制御チャネル上の、かつ任意の現在および将来の移動体通信規格による、任意のセルラ移動体無線端末の位置を決定する方法の要求がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が取り組む１つの問題は、通常のディジタルおよびアナログトラヒックチャネル（例えば、音声チャネル）に対しアップリンクＴＤＯＡ方法を適用するのであるが、トラヒックチャネル上において会話モードで動作している移動体端末が、自身の識別番号をアップリンクへ通常送信しないこと、およびトラヒックチャネルが周波数ホッピングモードで用いルことができること、を認識しつつ、任意のディジタルまたはアナログ移動体無線端末の地理的位置をどのようにして決定すべきか、ということである。
【００１３】
本発明が取り組むもう１つの問題は、指向性アンテナ（例えば、アンテナアレイ）が無線基地局用として利用可能であるときに、標準的なディジタルおよびアナログ移動体無線端末の地理的位置をどのようにして決定すべきか、すなわち、到来方向（ＤＯＡ）測定により、アップリンクＴＤＯＡ方法をどのようにして補足すべきか、ということである。
【００１４】
本発明が取り組むさらにもう１つの問題は、会話モードで動作している移動体無線端末の地理的位置を、搬送周波数のＴＤＭＡタイムスロットを用いどのようにして決定すべきか、ということである。その場合、それらのタイムスロット内のバーストは、非サービス無線ＢＳに到着するときに他のタイムスロット内のバーストとオーバラップする可能性がある。そのわけは、タイムアラインメント（ＴＡ）システムの機能が、サービス無線ＢＳにおいてのみそのようなオーバラップを避けるように設計されているからである。
【００１５】
本発明が取り組むさらにもう１つの問題は、移動体無線端末の改善された位置決定を必要とするある地域において、測定の精度をどのようにして改善するか、ということである。例えば、精度に関する要求は、位置決定を必要とする移動体端末の環境（田舎の屋外、都会の屋内、など）に依存して変化する可能性がある。
【００１６】
本発明が取り組むさらにもう１つの問題は、受信される無線エネルギーに関する限りにおいて、どのようにして無線基地局により遠隔の移動体無線局から送信されたアップリンク信号のＴＯＡを測定しうるようにするか、ということである。
【００１７】
従って、本発明の目的は、非周波数ホッピングトラヒックチャネルが存在し、かつ周波数ホッピングトラヒックチャネルが存在しうる移動体無線システムの、任意のアナログまたはディジタルトラヒックチャネルにおいて、直接会話モードで動作している移動体無線端末の位置を決定するアップリンクＴＤＯＡ方法および装置を提供することである。
【００１８】
本発明のもう１つの目的は、ＴＤＯＡ測定を補足するために方向測定がシステムの固定部分において行われる移動体無線システムの、任意のアナログまたはディジタルトラヒックチャネルにおいて、直接会話モードで動作している移動体無線端末の位置を決定するアップリンクＴＤＯＡ方法および装置を提供することである。
【００１９】
本発明のさらにもう１つの目的は、受信されるバーストのオーバラップが回避されうる移動体無線システムの、任意のアナログまたはディジタルトラヒックチャネルにおいて、直接会話モードで動作している移動体無線端末の位置を決定するアップリンクＴＤＯＡ方法および装置を提供することである。
【００２０】
本発明のさらにもう１つの目的は、必要に応じ局所的に改善された精度が得られる、移動体無線システムの任意のアナログまたはディジタルトラヒックチャネルにおいて、直接会話モードで動作している移動体無線端末の位置を決定するアップリンクＴＤＯＡ方法および装置を提供することである。
【００２１】
（遠隔の無線基地局が位置決定に参加する場合を含め）基地局が、信号のＴＯＡを決定するために十分な受信アップリンク信号エネルギーを供給される移動体無線システムの、任意のアナログまたはディジタルトラヒックチャネルにおいて、直接会話モードで動作している移動体無線端末の位置を決定するアップリンクＴＤＯＡ方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明によれば、以上の目的およびその他の目的は、位置決定機能を、移動体無線端末を扱う移動体無線システムの陸上ネットワーク内に統合することにより達せられる。特に、移動体端末の位置決定に必要なアップリンクＴＯＡ（およびオプションとしてのＤＯＡ）の測定は、要求があり次第、移動体無線システムの無線ＢＳにおいて、送受信機（ＴＸ−ＲＸ）の通常の機能が測定装置の機能により補足された改修受信機（ＭｏｄＲＸ）を用いて行われる。実施例においては、ＭｏｄＲＸにおいてＴＸ部分は用いられず、従って除外されうる。測定命令は、ネットワーク制御装置、例えば、移動体サービス交換局（ＭＳＣ）により、１つ以上のＢＳへ送られ、それらの命令により、測定に用いる無線チャネルが識別される。測定が行われるとネットワーク制御装置へ報告され、またそこから、（その特定の時刻における無線チャネルに関連する移動体端末の識別番号と共に）移動体無線端末の位置を計算するサービスノード（以下「ＳＮ」と言う）内のプロセッサへ報告される。
【００２３】
本発明の１つの実施例では、ＩＳ−１３６規格に従って動作するセルラ移動体無線システムにおけるＭｏｄＲＸモジュールは、（関連する周波数とタイムスロット固有の同期ワードとに対応する）トラヒックチャネルの識別用のチャネル番号を用いて、指定されたアップリンクトラヒックチャネル上のＴＯＡ信号の測定を行うようにＭＳＣにより命令される。この測定動作が完了すると、ＭｏｄＲＸは、このトラヒックチャネル番号（ＣＨＮ）と共にそのＴＯＡ測定値をネットワーク制御装置（ＭＳＣ）へ送り返す。ネットワーク制御装置は、ルックアップテーブルを用いて、トラヒックチャネル番号（ＣＨＮ）を、その時刻でこのトラヒックチャネル上で動作している移動体端末の識別番号（ＭＳ−ＩＤ）へ変換する。測定が命令されたときには、このセルラシステムにおいて既に用意されている呼セットアップの記録から、このＭＳ−ＩＤおよびＣＨＮの情報は前もってコピーされ、ルックアップテーブル内へ入力されている。ネットワーク制御装置により、この関連する移動体端末識別番号が供給されると、ＴＯＡ測定値は位置決定計算への入力として供給される。そして、この位置決定計算は、３つの異なる無線基地局において同じ端末について行われた少なくとも３つの同時測定を利用して、ネットワーク内のＳＮにおいて行われる。ＭｏｄＲＸは、自身が測定を行うトラヒックチャネル上のディジタル情報に同期させられ、ＴＯＡ測定は、正確な時間基準（例えば、衛星に基づく全地球測位システム、すなわちＧＰＳ、またはある他の公知の絶対時間基準により与えられる）に基づいて行われる。
【００２４】
第１実施例のもう１つのバージョンにおいては、ＧＰＳにより与えられる絶対時間基準を、少なくとも１つの基準移動局により与えられる相対時間基準で置換することにより、改善された精度および柔軟性が実現されうる。
【００２５】
本発明の第２実施例においては、上述の移動体端末位置の決定方法および装置が、ＤＯＡ測定を行うＭｏｄＲＸにより補足され、このＤＯＡ測定値は、上述のＴＯＡ測定値と同様にして報告される。ＤＯＡ測定値は、ＳＮにおける位置決定アルゴリズムへ入力パラメータとして供給される。もしＴＯＡおよびＤＯＡの測定値の双方が、位置決定アルゴリズムにおける使用のために得られるならば、（例えば、ＴＯＡ距離の円と、ＤＯＡを表示する線との交点を用いて）あいまいさのない位置決定結果を得るために、無線チャネルの測定値を報告する無線ＢＳは１つのみ必要となる。
【００２６】
本発明の第３実施例においては、位置決定測定のために遠隔のＢＳを用いなければならない環境において、ＭｏｄＲＸにおいて行われるＴＯＡ測定は、まずハンドオーバを行った後に行われる。その結果、同じ搬送波上で、測定を行うトラヒックチャネルのタイムスロットに隣接するタイムスロットは、他の移動体接続には使用されない。上述のように、これは、近くに代わりのＢＳが得られない場合に、位置決定のために遠隔のＢＳを使用することを可能にする。もし初めにハンドオーバを行わずに遠隔ＢＳを使用すると、干渉バーストのオーバラップが生じてしまうであろう。
【００２７】
本発明の第４実施例においては、ＴＯＡ測定を行うＭｏｄＲＸは、その無線ＢＳから遠くに位置しているが、依然としてその無線ＢＳに接続されている。この実施例によれば、局所的な位置決定の精度は、追加のコストが必要な場合でも、わずかな追加のコストで改善されうる。
【００２８】
第４実施例の１つのバージョンにおいては、固定接続（例えば、同軸ケーブル、ガラス繊維の光ケーブル、または導線）を経て近くの基地局に接続されたＭｏｄＲＸ装置により、改善された測定精度が実現される。今後「カスケード位置決定」と呼ばれる、この実施例の第２バージョンにおいては、移動体ＭｏｄＲＸ装置を自動車両（例えば、救急車、警察のパトロールカー、軍用車両、など）内に配置することにより、改善された測定精度が実現されうる。本発明の教示によれば、自動車両の位置の決定方法は、固定基地局において、自動車両内に置かれた移動局のためにＴＯＡ／ＤＯＡ測定を行うことにより実施されうる。この同じ移動局は、好ましくは、やはりその自動車両内に配置された（ＭｏｄＲＸ）基地局にハードライン接続されたものとする。この移動局は、その自動車両内に配置された基地局のＭｏｄＲＸにより行われたＴＯＡ／ＤＯＡ測定結果を、セルラ移動体無線システムへ報告する。そのＭｏｄＲＸはＧＰＳ受信機を備えることもでき、セルラシステムだけを用いた自動車両の位置の決定、あるいはより良い精度を所望する場合にはこのＧＰＳ受信機を用いた自動車両の位置の決定を可能にする。しかし、その測定結果の報告は、セルラシステムにより行われる。このほかの可能性として、自動車両を、既知の位置である所定の駐車場の１つに駐車させ、ユーザのマニュアルによる（既知の位置の）入力を受けてそれを報告することである。
【００２９】
本発明の第５実施例では、サービス無線基地局が、移動体無線端末（ＭＳ）の極めて近くにある。遠隔のＢＳ内のＭｏｄＲＸにより行われるＴＯＡの測定を命令する前に、移動体無線端末（ＭＳ）はその送信電力を強制的に増加させられる。この送信電力の増加は、ネットワーク制御装置が、測定期間中に高電力で送信するようＭＳにネットワーク制御装置が命令するか、あるいは結果的にＭＳからの送信電力が高くなる、遠くのサービスＢＳへＭＳをハンドオフすることにより実現することができる。
【００３０】
本発明の第６実施例では、ＴＯＡを測定する無線ＢＳのＭｏｄＲＸは、信号メッセージについて信頼性のある測定を行いうる十分な信号エネルギーを受信していない。しかし本発明で行うＴＯＡ測定において、トラヒックチャネル上の時間的に変化する情報の読取りは必要ないので、１以上の多くのメッセージを受信し、１つのメッセージより長い時間にわたり、時間的に変化しない一定の情報（例えば、同期ワード、ＣＤＭＡコードパタ−ン、など）を受信し蓄積することで、ＴＯＡ測定を行う信号のＳ／Ｎ比を改善する。
【００３１】
本発明の第７実施例においては、ＴＯＡを測定する無線ＢＳのＭｏｄＲＸは、信頼性のある測定を行うために必要な、干渉レベル以上の十分な信号エネルギーを受信していない。遠隔のＢＳ内のＭｏｄＲＸにＴＯＡ測定を行うように命令する前に、移動体無線端末（ＭＳ）は、同じサービスＢＳにおけるもう１つのトラヒックチャネルへハンドオフ（ＢＳ内ハンドオフ）されるが、ここではこの新しいトラヒックチャネルは、ＴＯＡ測定を行うこの遠隔のＢＳにおける干渉の影響が小さいように選択される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の１つの重要な技術的利点は、移動体無線端末が通信を行うか、アップリンクディジタル（またはディジタル化）情報を伝達し得る限り、この位置決定方法が、任意のアナログおよびディジタルシステム、回線交換およびパケット交換トラヒック、および制御チャネルへ適用可能である、ということである。そのわけは、ＭｏｄＲＸが、指定されたアップリンク無線チャネル上の前もってわかっているディジタル情報（例えば、同期ワード）を読み取れば良く、そのチャネル上の端末識別情報または他の時間的に変する情報を読み取る必要はないからである。
【００３３】
本発明のもう１つの重要な技術的利点は、いくつかの一般に普及している移動体通信システム（例えば、エリクソン（Ｅｒｉｃｓｓｏｎ）のＣＭＳ８８システム）が、ハンドオーバする前に「検査」に関連してアップリンク信号強度を測定する（すなわち、ターゲットＢＳにおけるアップリンク信号強度をチェックする）モジュールを有することである。そして本発明で用いる測定モジュールは、このような測定モジュールを変更することにより形成でき、これによって、位置決定に必要なプロシージャおよび信号プロトコルが、ハンドオーバ機能に既に用意されていることである。
【００３４】
本発明のさらにもう１つの重要な技術的利点は、本位置決定方法が、移動体端末が空きモードにあるときと同様に、呼中においても適用されうることである。この理由は、（上述のように）この通話中の移動体端末がディジタル情報をアップリンクへ送ることができ、また測定が行われている期間、時間的に変化する情報を読み取る必要がないからである。この総合的能力は、例えば、警察活動中などの、あるクリティカルな状況で重要となる。
【００３５】
本発明のさらにもう１つの重要な技術的利点は、測定モジュールＭｏｄＲＸを無線ＢＳから遠くに設置可能なことであり、それにより、多数の完全な無線ＢＳを必要とすることなく、多くの異なる位置に使用可能な測定モジュールを有することにより、位置決定測定の局所的精度を改善できることである。この技術的利点は、移動体測定モジュールＭｏｄＲＸが、救助活動，警察活動、または軍事活動に参画する自動車両内に置かれているときには、さらに顕著となる。そのわけは、測定の正確さが最も必要とされるときに、測定精度が局所的に改善されるからである。
【００３６】
本発明のもう１つの重要な技術的利点は、周波数ホッピングチャネルにおいて測定を行いうることである。そのわけは、ホッピングシーケンスについての情報が、移動体無線陸上ネットワークにおいて容易に使用しできるからである。
【００３７】
本発明のさらにもう１つの重要な技術的利点は、それが、ＭＳにおける送信電力を増加させることにより（セルラシステムにおける位置決定機能の統合により可能になる）、またはＴＯＡ測定を行うＢＳにおいて、受ける干渉が小さいトラヒックチャネルへのＢＳ内ハンドオフによりＭＳをハンドオフすることにより（これも、セルラシステムにおける位置決定機能の統合により可能になる）、受信機におけるエネルギーを１以上のメッセージにわたり積分することにより必要なときに無線ＢＳにおける受信信号エネルギーを増加できることである（メッセージの内容を読み取ることが問題とならないので可能になる）。
【００３８】
本発明のもう１つの重要な技術的利点は、移動局の位置決定において、ＧＰＳおよび国内無線送信機のような絶対時間基準の代わりに、少なくとも１つの基準移動局を用いるオプションである。ＧＰＳ、国内無線送信機の代わりに基準移動局を用いることの技術的利点は、基準移動局と、配置される移動体無線端末との間では、周波数が同じかまたは類似しており、一方、ＧＰＳ、国内無線送信機と移動局とに関する周波数は明らかに異なることから、さらに顕著となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例による、統合位置決定機能を有するセルラ移動体無線システムを示す概略ブロック図である。
【図２】図１に示されている改修受信機（ＭｏｄＲＸ）の詳細を示す概略ブロック図である。
【図３】本発明によるＴＯＡ測定の基礎をなすＩＳ−１３６規格に基づく、逆方向（アップリンク）タイムスロットのためのフォーマットを示す。
【図４】本発明によるＴＯＡ測定の基礎をなすＩＳ−５４規格に基づく、逆方向（アップリンク）音声チャネルメッセージストリームのためのフォーマットを示す。
【図５】本発明による、図１のシステムに関連して用いられうる位置決定方法を示すフローチャートである。
【図６】カスケード位置決定の新しい概念を実行するように変更された、図１の実施例の統合位置決定機能を有するセルラ移動体無線システムを示す概略ブロック図である。
【図７】ＧＰＳおよび時間基準ユニットの代わりに基準移動局を用いるように変更された、図１の実施例によるセルラ移動体無線システムを示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明の方法および装置について更に良く理解するために、添付図面と共に以下に詳細な説明を行う。
【００４１】
本発明の実施例およびその利点は、図１から図７までを参照することにより良く理解できるが、ここでは、図の同じ部品および対応する部品に対しては、同じ番号を用いている。
【００４２】
本発明は、移動体無線端末の位置決定のためのアップリンクＴＤＯＡ方法を実際的に提供する。この位置決定は、実施例において、ＩＳ−５４、ＩＳ−１３６、およびパシフィックディジタルセルラ（ＰＤＣ）規格に基づき動作する、エリクソンシステムにおけるハンドオフと共に適用される検査プロシージャのさらなる発展に基づくものである。ハンドオフ要求がＭＳＣへ送られると、ＭＳＣは、ターゲットセル内の特定の基地局に、検査を行うように命令する。エリクソンシステムにおいては、そのようなモジュールは、ＩＳ−１３６規格のもとでは位置および検査モジュール（ＬＶＭ）と呼ばれ、またＰＤＣ規格のもとでは検査受信機（ＶＲＸ）と呼ばれる。この機能の目的は、ターゲットセル内に移動体端末が存在するかを検査することである。検査モジュールは移動体端末の旧チャネルに同調し、旧チャネル上における移動体端末の存在を検査する。この検査の結果は、ＭＳＣへ送られる。
【００４３】
本発明によれば、ＢＳにより行われる位置決定アップリンク測定は、時間的（例えば、ＴＯＡ）測定と角測定とを含み得る。ＴＯＡ測定は、好ましい測定方法を構成する。しかし、角測定は、特にＢＳが、移動体端末からの信号のＤＯＡの推定を容易にできる適応アンテナ（アンテナアレイ）を備えているならば、ＴＯＡ測定を補足するために用いることができる。移動体端末の位置は、１つのＢＳにおいて行われるＴＯＡおよび／またはＤＯＡ測定から推定され得る。あるいは、移動体端末の位置を推定するために、複数のＢＳのＴＯＡおよびＤＯＡ測定を組み合わせることもできる。
【００４４】
図１は、本発明の実施例による、統合位置決定機能を有するセルラ移動体無線システム１００を示す概略ブロック図である。システム１００は、複数の無線ＢＳ（代表的な３つが、ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３として示されている）。これらの無線基地局は異なるサイトに位置しており、通信リンク１０１を経て有線ネットワークに接続されている。この有線ネットワークは、さらに公衆電話交換網すなわちＰＳＴＮ（明示的には示されていない）を経て、ＳＮ１０３に接続されている。接続１０４は、好ましくは中継接続を含む。ＭＳＣ１０２は、チャネル番号（ＣＨＮ）を移動体端末識別番号（ＭＳ−ＩＤ）に関連付けるためのルックアップテーブル１０９を含む。
【００４５】
ＳＮ１０３はプロセッサ１０３ａを含み、プロセッサ１０３ａはさらに、受信ユニット１０３ｂと、記憶ユニット１０３ｃと、送信ユニット１０３ｄと、第１および第２の計算ユニット（１０３ｅ、１０３ｆ）のそれぞれと、を含む。第１計算ユニット１０３ｅは、無線基地局によりアップリンク上で受信された信号のＴＤＯＡを計算し、その場合第１計算ユニット１０３ｅは、報告されたＴＯＡ測定値を用いる。第２計算ユニット１０３ｆは、移動体無線端末の位置を、ＴＤＯＡ情報と、（オプションとして）利用可能な報告されたＤＯＡ情報と、を用い移動体無線端末の位置を計算する。記憶ユニット１０３ｃは、無線基地局の既知の地理的位置を保持する。受信ユニット１０３ｂおよび送信ユニット１０３ｄは、（例えば、公知の短メッセージサービスのメッセージのような短いテキストメッセージを用いて）位置決定情報を要求／受信する顧客との双方向通信を提供する。
【００４６】
図１はまた、位置を決定されるべき移動体無線端末（ＭＳ）１０８をも示している。無線基地局ＢＳ１、ＢＳ２、およびＢＳ３は、それぞれのＢＳの２つのアンテナ１０６上に受信されるアップリンク無線接続１０５を経て、ＭＳ１０８のトラヒックチャネルを受信する。この２アンテナ機能は、無線トラヒックに対し、かつまた本発明により行われる位置決定測定に対し、空間ダイバーシチを提供する。それぞれの無線基地局（ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３）は、制御部１１０と、スプリッタ１１２を経て受信アンテナ１０６に、またコンバイナ１１３を経て送信アンテナ１０７に接続された複数のＴＸ・ＲＸ１１１と、を含む。さらに、それぞれの前記ＢＳは、好ましくは、例えば、宇宙ベースＧＰＳ１２０のような正確な時間基準からの信号を受信する、時間基準ユニット１１４を含む。その時間基準信号は、時間基準ユニット１１４から連続的にＭｏｄＲＸモジュール１３０へ供給される。
【００４７】
本発明のＢＳ（例えば、ＢＳ１）は、時間基準ユニット１１４と、制御部１１０と、を含み、制御部１１０は、ＢＳ内の、ＭｏｄＲＸのみでなく、もっと多くのユニットにサービスしうる。好ましくは、ＭｏｄＲＸ１３０はＢＳ内に配置されるが、そのようなＭｏｄＲＸはまた、ＢＳから遠くに配置された自立ユニットでもありえる。しかし、ＭｏｄＲＸは、ＢＳの制御部１１０および時間基準ユニット１１４には接続される。もしＭｏｄＲＸがＢＳ内に配置されれば、そのＭｏｄＲＸは、ＢＳの受信アンテナを共有できる。しかし、もしＭｏｄＲＸがＢＳから遠くに配置されれば、そのＭｏｄＲＸは、それ自身の受信アンテナ１０６を備えることができる。
【００４８】
図２は、図１に示されているＭｏｄＲＸ１３０の詳細を示す概略ブロック図である。実施例においては、ＭｏｄＲＸは、無線ＢＳにおいてＴＯＡ測定を行う。あるＢＳにおいて、ＭｏｄＲＸはＴＯＡ測定を補足する公知のＤＯＡ測定装置２０７も備えることができる。
【００４９】
ＭｏｄＲＸ１３０は、計量部２０１と無線受信部２０２とを含む。計量部２０１は、ＩＳ−５４およびＩＳ−１３６システムにおける使用のために３重化され（図２には、明示的に示さず）、フレームの３つの最高速タイムスロットを処理するようにされうる。逆に、無線受信部２０２は、３重化された計量部２０１により共用できる。もしＭｏｄＲＸ１３０が、周波数ホッピングシステム（例えば、ＧＳＭ）において用いられるバージョンを含めば、制御部１１０は、好ましくは、周波数ホッピングシーケンスを受信周波数合成器２１１へ入力し、受信周波数合成器２１１は、周波数ホッピングトラヒックチャネル上において位置決定を行うようにする。無線受信部２０２はまた、２つの受信アンテナ１０６と結合した受信機２１２と、ＲＦ復調器２１３と、ＩＦ復調器２１４と、を含む。ＧＳＭについての更なる詳細は、欧州電気通信標準化機構（ＥＴＳＩ）により標準化されたＧＳＭ技術仕様と、マイケル・ムーリ（Ｍｉｃｈｅｌ Ｍｏｕｌｙ）およびマリー・バーナデット・ポーテット（Ｍａｒｉｅ Ｂｅｒｎａｄｅｔｔｅ Ｐａｕｔｅｔ）著の「移動体通信のためのＧＳＭシステム（Ｔｈｅ ＧＳＭ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）」と題する書籍（国際標準書籍番号（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｂｏｏｋ Ｎｕｍｂｅｒ）２−９５０７１９０−０−７）と、に与えられている。
【００５０】
図２において、計量部２０１はＴＯＡ計２０３を含み、このＴＯＡ計２０３は時間基準ユニット１１４からの時間基準信号を受信し、またＴＯＡ測定をするために記号検出器２０４からアップリンク信号を受信する。記号検出器２０４は、等化器２０５（または、アナログチャネルの場合は相関器）から入力信号を受ける。同期ワードおよびＤＶＣＣ（ディジタル検査カラーコード）部２０６は、ＴＯＡ測定を行う無線チャネルを識別する番号を制御部１１０から受取る。例えば、ＩＳ−５４またはＩＳ−１３６システムにおいては、ＢＳのクラスタ内の各ＢＳは、特定のＤＶＣＣと、それに搬送周波数の特定のタイムスロットに同期させることを可能にする７つの異なる同期ワードと、を有する。制御部１１０はその情報をＭＳＣ（１０２）から受取り、この情報をＤＶＣＣ部２０６へ入力する。同期ワードおよびＤＶＣＣ部２０６は、このチャネル情報を等化器２０５へ送り、この等化器が（好ましくは公知の相関方法を用いて）タイムスロットを検出するようにする。オプションとして、もし関連する無線ＢＳが、（２つより多いアンテナ１０６に対応する）アレイアンテナシステムを含むならば、計量部２０１は、制御部１１０のみに接続されたＤＯＡ計２０７を備えることができる。ＤＯＡ計２０７は制御部１１０から、そのようなＢＳにおける公知のビーム形成機能から得られる方向情報を要求して受けとる。従って、ＤＯＡ計２０７は、位置測定のために指定されたチャネルに関して得られる情報をリレーするのみである。ＤＯＡ情報が得られるときは、それはＳＮ内の位置決定アルゴリズムにおいて利用され、位置決定精度を改善し、または、関係する３つより少ないＢＳにより位置決定が行われるようにすることができる。例えば、単一無線基地局からのＴＯＡおよびＤＯＡのみが得られるときは、ＤＯＡにより与えられる直線と、ＴＯＡ測定により与えられる円（その半径は、光速度に移動体端末からＢＳまでの信号の伝搬時間を乗じたものに等しい）との交点として、移動体端末の位置が決定できる。
【００５１】
図３は、本発明によるＴＯＡ測定を行う（ＩＳ−１３６規格のもとでの）リバース（アップリンク）タイムスロットに関するフォーマット３０１を示す図である。２８ビット同期ワードの異なる配置を示すために、フォワード（ダウンリンク）タイムスロットフォーマット３０２も示されている。アップリンクにおいては、受信相関器回路（明示的には示されていない）によりタイムスロットを検出するために用いられる同期ワードは、タイムスロットの始めまたは終りから離して配置される。この配置の理由は、搬送周波数上の連続するタイムスロットのアップリンクタイミングが、異なる移動体無線端末により、同じ搬送波上の異なるタイムスロットを用いて与えられるからである。従って、アップリンクタイムスロットは、それらが異なる移動体無線端末から無線基地局へ到着するとき、互いにオーバラップしうる危険がある。同期ワードを多少とも中央に配置すれば、そのようなオーバラップの機会は最小化される。この問題はダウンリンクにおいては存在しない。それにもかかわらず、そのようなオーバラップは、アップリンクにおいて起こり得るので、干渉を受けないように、少なくとも同期ワードを保護することが重要である。
【００５２】
図４は、ＩＳ−５４規格に基づく、本発明によるＴＯＡ測定を受ける、逆方向（アップリンク）音声チャネルメッセージストリームのためのフォーマット４０１を示す図である。絶対ＴＯＡは、メッセージ内の任意の合意された点（例えば、第１ワード同期４０２の終り）を基準とする。等化器２０５は時間ダイバーシチにより助けられ、メッセージ内のいくつかのワード同期を検査し、時間的な公称遅延４０３により補正することにより、メッセージ内の合意された点を見出すことができる。この機能は、例えば、メッセージ内の合意された点４０２がフェージングにより干渉されたときに役立つ。アナログ音声チャネルは、ディジタル時間基準を含まないので、移動体端末に、（例えば、ダウンリンク上の監査命令に応答して）音声チャネル上へアップリンクメッセージを送らせることが必要となる。
【００５３】
図５は、本発明による、図１に示されているシステム１００と共に用いられうる位置決定方法５００を示すフローチャートである。図１および図５を参照すると、ＳＮ１０３へ位置決定要求が来たとき（ステップ５０１）、ステップ５０３において、位置決定されるべき移動体端末１０８が会話モードにあるかどうかについての決定が、中継線１０４を経てＭＳＣ１０２へ、その移動体端末への呼をセットアップするよう要求することにより行われる。もし移動体端末１０８が空き状態にあれば、ステップ５０７において呼がセットアップされる。もしステップ５０３において、移動体端末がすでに会話モードにあれば、ステップ５０５において、その使用されているトラヒックチャネルがディジタルトラヒックチャネルであるかどうかについて決定が行われる。もしディジタルトラヒックチャネルでなければ（すなわち、そのトラヒックチャネルがアナログであれば）、ＭＳＣ１０２から移動体端末１０８へ監査メッセージが送られ、その移動体端末がアップリンク応答を（例えば、図４に示されているフォーマットに基づく）ディジタル形式で受けるように指示される。もしそうではなく、ステップ５０５において、もしトラヒックチャネルがディジタルであれば、監査メッセージは不必要となる。ステップ５０９において、ＭＳＣ１０２は、いずれの（例えば、３つの）ＢＳが位置決定プロセスに参加すべきかを決定し、接続１０１を経て、ＢＳ１、ＢＳ２、およびＢＳ３のような、少なくとも３つの指定された無線基地局におけるＴＯＡ測定を要求し、関係するトラヒックチャネル番号を指定する。３つのＢＳのそれぞれにおける制御部１１０は、ＭｏｄＲＸ１３０に、指定されたチャネル上での移動体無線端末の位置決定（ＴＯＡ測定）を行うように要求する。ステップ５１１において、３つのＢＳは、公知のＴＯＡ測定方法により測定を行い、得られた測定情報を、関連するチャネル番号（ＣＨＮ）と共にＭＳＣ１０２へ報告する。ステップ５１３において、ＭＳＣ１０２は、ＭＳＣ内のルックアップテーブル１０９を用い、そのＣＨＮを移動体無線端末の識別番号（ＭＳ−ＩＤ）へ変換する。ステップ５１５において、ＭＳＣは、無線基地局ＢＳ１、ＢＳ２、およびＢＳ３からの測定値を、ＭＳ−ＩＤと共に、ＳＮ１０３へ送る。ステップ５１７において、ＳＮ１０３は、三角測量アルゴリズムにより移動体端末１０８の位置を計算する。その結果得られた位置情報は、関係する移動体端末の位置を要求した位置決定システムの顧客へ伝達される。
【００５４】
図５のフローダイアグラムをわずかに変更した、本発明の異なる実施例では、ステップ５０９においてＴＯＡ測定を行う前に、ハンドオフのステップを含み、このハンドオフにより、遠隔のＢＳが位置決定に参加するとき、隣接するタイムスロットのオーバラップとＴＯＡ測定の干渉とを回避できる。
【００５５】
本発明の更にもう１つの実施例においては、図５のフローダイアグラムをわずかに変更し、無線基地局が該基地局に接続された複数の（例えば、いくつかの）ＭｏｄＲＸを有するときその無線基地局から１以上のＴＯＡ測定を命令するステップを含めることができるが、それらのＭｏｄＲＸは異なる遠隔位置に設置される。
【００５６】
本発明のさらにもう１つの実施例においては、図５のフローダイアグラムをわずかに変更し、ＭＳの無線カバレージ内に、ＤＯＡを決定できるＢＳが存在するとき、ステップ５０９において、図示されているように「３つのＢＳからのチャネル上においてＴＯＡを測定する」代わりに、「１以上のＢＳからのチャネル上においてＴＯＡおよびＤＯＡを測定する」方法を含むことができる。その場合、ステップ５１１からステップ５１７までもまた、ＤＯＡ測定の処理を含む。
【００５７】
本発明のさらにもう１つの実施例においては、図５のフローダイアグラムをわずかに変更し、ステップ５０９において、指示されたトラヒックチャネルが、あるＢＳにおいてＴＯＡ測定を行うためには余りにも弱いと決定されたならば、位置決定ステップ５０３ないし５０９を繰返すステップを含みうる。この場合には、ステップ５０３を繰返す前に、もっと遠いサービスＢＳへのＢＳ間ハンドオフを行うことにより、または、測定を行うＢＳにおいて受ける干渉が小さいトラヒックチャネルへＢＳ内ハンドオフを行うことにより、または、好ましくはＭＳに送信電力を増加させるように直接命令することにより、ＭＳの送信電力を増加させる（またはＳ／Ｎ比を改善する）ステップが追加される。
【００５８】
図６は、図１に示されている実施例による位置決定機能を有するセルラ移動可能無線システム６００を示す概略ブロック図であるが、「カスケード位置決定」の新概念を実行するように変更されている。図１および図６を参照すると、図１に示し、また図１に関連して上述した要素に加えて、システム６００は、少なくとも１つのＭＳ６０１を含む。ＭＳ６０１は、好ましくは、付属ユニット６０２を経てＢＳ１に有線接続される。ＭＳ（端末）６０１は、エアリンクインタフェース６０４を経て、無線基地局ＢＳ４（６０３）を経て、ＭＳＣ１０２と通信する。図６に示されている実施例においては、無線基地局ＢＳ４（６０３）およびエアリンクインタフェース６０４（移動可能接続）は、ＢＳ１とＭＳＣ１０２との間の、（図１に示されている）固定接続１０１を置換している。従って、図６に示されている代表的な移動体接続のような移動体接続（例えば、ＢＳ４およびエアリンクインタフェース６０４）の使用は、移動車両（例えば、救急車、警察のパトロールカー、軍用車両、など）内にＢＳ１（またはＢＳ２またはＢＳ３）を置くことを可能にし、１つまたはそれ以上のＢＳ（例えば、ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３、など）を重要な領域の比較的近く（例えば、ＭＳ１０８を携帯する遭難者の比較的近く）へ移動させることにより、位置決定の精度を動的に改善することができる。もし重要な領域内に固定ＢＳが１つしかなければ、自動車両の、またＭＳ１０８の位置を決定することが困難となりうる。図６に示されているように、本発明によれば、車両は、時間基準ユニット１１４内に、ＧＰＳから制御される「時間基準」に加えて「ＧＰＳ受信機」も含めることができる。従って、車両は、内部ＧＰＳ受信機の使用が有利である場合には、ＭＳ６０１を経てその位置を報告しうる。
【００５９】
動作上、図５に関連して以上に示され且つ説明された方法は、移動局６０１の位置、従ってＢＳ（例えば、ＢＳ１、ＢＳ２、またはＢＳ３）を運搬する自動車両の位置を決定し且つ報告するためにも用いることができる。好ましくは、図６に示されている実施例における信号干渉を最小にするために、移動可能な無線ＢＳ（例えば、ＢＳ１、ＢＳ２、またはＢＳ３）により行われるＴＯＡ／ＤＯＡ測定は、自動車両の位置を決定しつつある固定無線基地局ＢＳ４（６０３）のＴＯＡ／ＤＯＡ測定、または移動可能接続（エアリンクインタフェース６０４およびＢＳ４（６０３））を経て送信される結果報告と、オーバラップしないようにする。
【００６０】
図７は、図１に示されている実施例によるセルラ移動可能無線システム７００を示す概略ブロック図であるが、ＧＰＳ１２０および時間基準１１４（図１）の代わりに、少なくとも１つの基準移動局（ＭＳＲ）７０９を用いるように変更されている。図１および図７を参照すると、図１に示しまた図１に関連して上述した要素に加えて、システム７００は、無線基地局ＢＳ１、ＢＳ２、およびＢＳ３対し既知位置を有するＭＳＲ７０９を含む。基地局ＢＳ１、ＢＳ２、およびＢＳ３は、ＭＳＲ７０９から送信されるアップリンク無線接続７０５を受信する動作を行いうる。さらに詳述すると、ＭＳＲ７０９は、それぞれの基地局ＢＳ１、ＢＳ２、およびＢＳ３へ相対的時間基準すなわち「時間ブリップ（基点）」を送信し、この「時間ブリップ」は、例えば、特定のフレームの始めから設定できる。
【００６１】
相対的時間基準すなわち「時間ブリップ」の受信に応答して、基地局ＢＳ１、ＢＳ２、およびＢＳ３内のそれぞれのＭｏｄＲＸ１３０は、「時間ブリップ」の対応するＴＯＡを決定する。次に、それぞれのＴＯＡは、ＭＳＲ７０９と、それぞれの基地局ＢＳ１、ＢＳ２、またはＢＳ３と、の間の既知距離を考慮して補正される。
【００６２】
その後、それぞれのＭｏｄＲＸ１３０は、ＭＳ１０８に関連するＴＯＡを決定し、その場合、そのＴＯＡは、対応する「時間ブリップ」と比較して測定される。（例えば、ＭＳＲおよびＭＳの）測定されたＴＯＡは、次にサービスノード１０３へ送信され、サービスノード１０３は、公知の双曲線位置決定アルゴリズムを実行してＭＳ１０８の地理的位置を確認する。
【００６３】
さらに、ＭＳＲ７０９はまた、ＭＳＲ７０９の位置を知っている１つの基地局（例えば、ＢＳ２）内に置くことができる。そのような状況においては、ＭＳ１０８の位置を決定するために要求される必要なＴＯＡ測定の数を得るために、システム７００内に第２ＭＳＲ（図示せず）が必要となる。そのわけは、それぞれの基地局ＢＳ１、ＢＳ２、およびＢＳ３は、必要なＴＯＡを決定するために、ＭＳＲ７０９から少なくとも１つの「時間ブリップ」を受けなければならないからである。ＭＳ１０８の位置を決定しうるために必要なＴＯＡが測定されるように、第２ＭＳＲ（図示せず）を、他の基地局の１つ（例えば、ＢＳ１またはＢＳ３）に置くことができる。
【００６４】
本発明の方法および装置の実施例を、添付図面に示し且つ以上のように詳細に説明してきたが、本発明は、開示した実施例へ制限されるものではなく、特許請求の範囲に記載され且つ定められている本発明の精神から逸脱することなく、多くの再配置、変更、および置換が可能であることは言うまでもない。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成21年7月8日(2009.7.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動無線端末と、ネットワーク制御装置と、移動無線端末の位置を計算するサービスノードと、を含む移動体無線システムにおいて用いられる測定装置であって、
前記ネットワーク制御装置から、位置測定の対象となる移動無線端末のチャネル情報を取得する手段と、
前記移動無線端末から送信される信号を受信する手段と、
前記受信した信号から、前記位置測定の対象となる移動無線端末により送信されるアップリンク情報を抽出する手段と、
時間基準を供給する手段と、
前記時間基準に基づいて、前記抽出されたアップリンク情報に対応するＴＯＡ測定値を取得する手段と、
前記位置測定の対象となる移動無線端末のＤＯＡ測定値を取得する手段と、
前記チャネル情報とＴＯＡ測定値とＤＯＡ測定値とを前記サービスノードに送信する手段と、
を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記移動無線端末は、周波数ホッピングチャネルを用いて信号を送信しており、前記チャネル情報は前記位置測定の対象となる移動無線端末が使用する周波数ホッピングシーケンス情報であることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記測定装置は、無線基地局に統合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記測定装置は、該測定装置が接続されている無線基地局に対し独立し且つ離れた位置にあることを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項５】
移動無線端末と、無線基地局と、移動無線端末の位置を計算するサービスノードと、を含む移動体無線システムにおいて用いられるネットワーク制御装置であって、
所定のチャネル情報を少なくとも１つの無線基地局に通知し、前記所定のチャネルにより特定されるチャネルにおいてＴＯＡ測定を行うように指示する手段と、
前記チャネル情報に対応する移動体無線端末の識別情報へ変換する手段と、
前記識別情報とＴＯＡ測定値とＤＯＡ測定値とを前記サービスノードに送信する送信手段と、
を備えることを特徴とするネットワーク制御装置。
【請求項６】
移動無線端末とネットワーク制御装置と無線基地局とを含む移動体無線システムにおいて用いられる、移動無線端末の位置を計算するサービスノードであって、
無線基地局の位置情報を記憶する手段と、
位置情報要求を受け付ける手段と、
位置測定の対象となる移動体無線端末に、信号を送信するように要求する手段と、
少なくとも１つの無線基地局において測定された、前記位置測定の対象となる移動体端末から送信された信号に対するＴＯＡ測定値を取得する手段と、
前記記憶する手段に記憶された前記少なくとも１つの無線基地局の位置情報と、前記取得する手段により取得されたＴＯＡ測定値およびＤＯＡ測定値に基づいて、前記位置測定の対象となる移動体端末の位置情報を計算する手段と、
を含むことを特徴とするサービスノード。
【請求項７】
移動無線端末と、ネットワーク制御装置と、移動無線端末の位置を計算するサービスノードと、を含む移動体無線システムにおいて用いられる移動ユニットであって、
前記ネットワーク制御装置と無線通信する無線通信手段と、
前記無線通信手段に接続された基地局手段と、
移動体無線端末によりトラフィックチャネル上へ送信された信号に対するＴＯＡおよびＤＯＡの測定要求を受信する手段と、
前記無線通信手段の位置を決定し前記サービスノードに報告する手段と、
前記移動体無線端末により送信された信号のＴＯＡ測定値およびＤＯＡ測定値を導出し、前記トラフィックチャネルのチャネル情報と共に前記ＴＯＡ測定値および前記ＤＯＡ測定値を前記サービスノードに報告する手段と、
を含むことを特徴とする移動ユニット。
【請求項８】
前記無線通信手段の位置を決定し前記サービスノードに報告する手段は、ＧＰＳ受信機を含むことを特徴とする請求項７に記載の移動ユニット。
【請求項９】
前記無線通信手段の位置を決定し前記サービスノードに報告する手段は、前記無線通信手段の位置に関する所定の知識を有しており、該所定の知識に基づいて導出される位置情報を前記サービスノードに報告することを特徴とする請求項７に記載の移動ユニット。
【外国語明細書】
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