JP3828362B2 - 無線システムにおいて送信器間の幾何学的時間差を計算するための計算方法 - Google Patents
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Description
【技術分野】
本発明は、1組の送信器及び1組の受信器を備え、これら送信器により送信された信号の受信の瞬間と瞬間との間の時間差を測定し、そしてその送信信号の幾何学的時間差を計算する無線システムに使用される計算方法に係る。
【0002】
【背景技術】
既知の無線システムでは、送信器から受信器に到達する信号の受信の瞬間が、無線システムにおける加入者ターミナルの位置を決定する上で助けとなる。公知の方法では、送信器、例えば、ベースステーションにより送信された信号の受信の瞬間が互いに対して測定されていた。この測定された信号の時間差は、「観察時間差(OTD)」とも称される。
【0003】
一般に、送信器は、無線システムの下位レベルが無線システムの上位レベルから到来する同期信号により同期されるようにして同期される。ベースステーションが信号を同期して送信する場合には、これらベースステーションの距離を検査するだけで観察時間差が得られる。従って、2つの同期して機能する送信器の観察時間差は、いわゆる「幾何学的時間差(GTD)」により計算することができる。送信器の位置が固定でありそして前もって分かる場合には、無線システムにおける加入者ターミナルの実際の位置は、信号の伝播時間によって容易に計算することができる。しかしながら、実際には、送信器として機能するベースステーションは、互いに完全に同期せず、従って、加入者ターミナルの位置を決定するときにはエラーが生じる。
【0004】
既知の無線システムでは、無線送信器の実時間差、即ち2つの送信器の送信時間と送信時間との間の時間差は、送信器及び受信器の位置に基づいて計算されたGTDと、受信器により測定されたOTDとによって決定することができる。2つの信号間の幾何学的時間差は、両信号が進行する距離の差と、信号の伝播速度とによって決定される。既知の無線システムでは、加入者ターミナルの位置決めは、送信器により送信されそして受信器により受信された信号に基づいて行なわれる。受信器により受信された信号に基づき、送信器の相互同期に関する情報が得られる。実際に、既知の無線システムは種々の受信器を備え、従って、種々の送信器間の実時間差及び同期を容易に検出できるように、受信器により受信された信号に基づいて時間差情報を処理することは複雑である。
【0005】
【発明の開示】
従って、本発明の目的は、上記問題を解消できる方法、及びこの方法を実施する装置を提供することである。これは、冒頭で述べた形式の方法において、各受信器にサービスする送信器により送信された信号の送信の瞬間と該送信器の隣接送信器により送信された信号の送信の瞬間との間の実時間差を、各受信器によって受信されたそれら信号の受信の瞬間と瞬間との間の時間差及びそれら信号の幾何学的時間差により時間の関数として形成し、この幾何学的時間差は、受信の瞬間に基づいて時間差に加えられ、実時間差を直接的に加算して、各受信器のカバレージエリアにおける他の送信器間の実時間差を計算し、そして種々の受信器のカバレージエリアにおける送信器間の実時間差を、送信器間で既に計算されている時間差を使用することにより計算するという段階を含むことを特徴とする方法により達成される。
【0006】
又、本発明は、1組の送信器と、1組の受信器と、各受信器が信号を受信する間に送信器により送信された信号の各受信器における受信の瞬間と瞬間との間の時間差を測定して、送信器により送信された信号の幾何学的時間差を計算する測定手段とを備えた無線システムにも係る。
この無線システムは、更に、上記送信器のいずれかにより送信された信号の送信の瞬間と上記送信器の他のいずれかの送信器により送信された信号の送信の瞬間との間の実時間差を、各受信器により受信された信号の時間差及び幾何学的時間差によって時間の関数として形成する計算手段を備え、該計算手段は、受信の瞬間に基づいて時間差に幾何学的時間差を加え、更に、計算手段は、実時間差を直接的に加算し、これにより、受信器のカバレージエリア内にある他の送信器間の実時間差を計算し、そして計算手段は、種々の受信器のカバレージエリアにおける送信器の実時間差を、送信器間で既に計算された時間差を使用することにより計算することを特徴とする。
【0007】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に記載する。
本発明は、送信器の送信時間と送信時間との間の差を測定し、それに基づいて、種々の受信器へ信号を送信する送信器間の実時間差も決定することをベースとする。
本発明の方法及びシステムは、多数の効果を発揮する。本発明の方法においては、時間差の値に基づいてベクトルが形成され、従って、これらを容易に合成することができる。更に、この方法は、無線ネットワークにおける全ての送信器間の時間差の値を迅速に決定できるようにする計算アルゴリズムを使用する。又、この方法は、例えば、ソフトウェアにより容易に実施することができる。又、この方法により、送信器間の同期の相違を決定することができる。
【0008】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図1は、1組の送信器101−110及び1組の受信器201−204を含む本発明の無線システムを示す。この無線システムの受信器201は、カバレージエリア301を構成し、受信器202は、カバレージエリア302を構成し、受信器203は、カバレージエリア303を構成し、そして受信器204は、カバレージエリア304を構成する。各受信器は、それ自身のカバレージエリアから信号を受信することができる。図示されたように、カバレージエリアは、若干重畳している。これら受信器は、例えば、移動電話のような加入者ターミナルである。これら受信器は、既知の位置に配置されるのが好ましい。
【0009】
無線システムにおいて、送信器104は、カバレージエリア301及び302の重畳部分に配置される。送信器103は、カバレージエリア301及び304の重畳部分に配置される。送信器106は、カバレージエリア302及び303の重畳部分に配置される。送信器108、110は、カバレージエリア303及び304の重畳部分に配置される。図示された無線システムにおいて、各受信器は、少なくとも1つの送信器を別の受信器とで共有する。
図示された無線システムにおいて、受信器にサービスする送信器によって送信される信号は、連続線で示されている。破線は、受信器にサービスする送信器の隣接送信器の信号を示す。図1の送信器は、例えばベースステーションである。更に、受信器は、ベースステーション又は例えば個別の位置決めセンターに配置することができる。
【0010】
図1は、受信器201が送信器102によってサービスされることを示している。受信器201のカバレージエリアに位置する送信器101、103、104は、送信器102の隣接送信器である。受信器201、202のカバレージエリアの重畳部分に位置する送信器104は、受信器202にサービスする。受信器202のカバレージエリアに位置する送信器105、106は、送信器104の隣接送信器である。受信器203のカバレージエリアに位置する送信器107は、受信器203にサービスする。カバレージエリア303に位置する送信器106、108、110は、送信器107の隣接送信器である。受信器203、204のカバレージエリアの重畳部分に位置する送信器110は、受信器204にサービスする。カバレージエリア304に位置する送信器103、108、109は、受信器204にサービスする送信器110の隣接送信器である。図1に示す無線システムの受信器は、無線システムの他の受信器、又は種々の送信器間の実時間差を決定するように機能する特定のネットワーク要素にも連絡できる。
【0011】
無線システムの受信器は、受信器にサービスする送信器により送信された信号や、そのサービス送信器の隣接送信器によって送信された信号を受信する。図2は、送信器により送信された信号の受信の瞬間と瞬間との間の時間差を測定する測定手段10を備えた受信器を示す。例えば、図1に示す送信器101によって送信された信号が時間t1に受信器201に受信され、そして送信器102により送信された信号が時間t2に同じ受信器201に到達する場合には、OTDはt2−t1である。又、OTDは、隣接セルから到達する信号を到達時間を隣接するセルから到来する信号の到達時間から減算するようにして決定することもできる。
【0012】
測定手段10は、送信器により送信された信号の幾何学的時間差を計算することができる。又、幾何学的時間差は、受信器がそのOTD測定結果、その認識又は座標、及びOTD測定に対応する送信器の識別又は座標を送信するところの別のネットワーク要素において計算することもできる。このネットワーク要素は、例えば、RTD計算センターである。幾何学的時間差を計算するときには、測定手段10は、送信経路の長さを使用する。送信器101と受信器201との間の送信経路の長さがd1と測定されると仮定する。更に、送信器102と受信器201との間の送信経路の長さがd2と測定されると仮定する。上記状態においては、次の式を使用して、幾何学的時間差が計算される。
GTD=(d1−d2)/c
但し、cは、信号の伝播速度を表す。
【0013】
無線システムの受信器は、更に、送信信号の送信の瞬間と瞬間との間の実時間差RTDを形成する計算手段11も備えている。この計算手段11も、特殊なRTD計算センターに配置することができ、ここでは、幾何学的時間差が決定されそしてOTD測定結果が送信されている。送信器101が時間t3に信号を送信し、そして送信器102が時間t4に信号を送信すると仮定すれば、これら送信器の実時間差は、t3−t4に等しい。実際に、実時間差は、受信器により受信された信号の時間差測定値と、信号の幾何学的時間差とを使用することによって計算される。実時間差は、次の式により計算される。
RTD=OTD−GTD
【0014】
無線システムのアエリアに多数の送信器がある場合には、無線システムの全ての送信器を1つの受信器で測定することはできない。これは、多数の送信器がある場合に、従来より多数の測定受信器がなければならないことを意味する。多数の受信器がなければならないので、種々の受信器の測定結果を合成しなければならない。測定結果の合成は、各送信器の実時間差を、他の全ての送信器に比して決定できるようにする。計算手段11は、これが受信の瞬間に基づく時間差に幾何学的時間差を加えるようにして、実時間差を形成する。実際に、この加算は、例えば、幾何学的時間差が測定時間差から減算されるようにして行なわれる。幾何学的時間差を計算するのに必要な受信器の位置は、例えば、GPS(グローバル・ポジショニング・システム)方法によって決定することができる。
【0015】
更に、計算手段11は、送信器の送信の瞬間の実時間差の値を合成する。計算手段11は、更に、送信器の送信の瞬間の実時間差を、他の送信器の送信の瞬間に比して決定する。セルラー無線システムが、OTD値を測定するための測定手段10を有する加入者ターミナルを備えている場合には、それに対応するRTD値をこの情報と合成して、GTD値を決定することができる。GTD値は、加入者ターミナルの位置を決定するのに使用できる双曲線を決定する。
【0016】
計算手段11は、受信器にサービスする送信器の実時間差を受信器のカバレージエリアにおける他の送信器に対して決定する。異なる送信器により送信される信号の受信の瞬間と瞬間との間の差(OTD)を測定することは、サービス送信器とその隣接送信器との間の測定のみに必ずしも制限されない。例えば、2つの隣接送信器のOTD値を受信器において測定することもできる。更に、例えば、CDMAシステムにある2つのサービス送信器のOTD値を受信器において測定することもできる。しかしながら、ほとんどのケースでは、サービス送信器とその隣接送信器との間でOTD測定を実行するのが最も効果的である。計算手段11は、更に、直接的なOTD測定が行なわれないところの送信器間の実時間差を決定する。送信器が多数の受信器のカバレージエリアに位置する場合には、同じ送信器により送信される信号が、種々の受信器に位置する測定手段10によって測定される。
【0017】
図3は、RTD測定がグラフで表示される無線システムを示している。グラフの頂点は送信器を表し、そしてグラフの縁は、測定されたRTD値を表す。従って、上述したように、これらの縁は、例えば、送信器により送信された信号の受信の瞬間と瞬間との間の差の測定と、幾何学的時間差(GTD)とによって決定される実時間差(RTD)である。例えば、送信器101と102との間のRTD測定は、マーキングRTD(101、102)で示されている。この例では、送信器102は、受信器にサービスする送信器であり、そして送信器101は、送信器102の隣接送信器である。送信器102が送信器101の前に信号を送信する場合には、RTD(102、101)が0より大きい。上記の状態では、RTD(101、102)は、0より小さい。上記状態では、RTD(101、102)=−RTD(102、101)である。
【0018】
グラフの縁を加算することにより、種々の送信器間の送信実時間差を決定することができる。このような場合、縁の符号を考慮しなければならず、即ちRTD(x、y)=−RTD(y、x)である。例えば、図3において、送信器101、109間の実時間差は、適当なRTD値を互いに合成することにより検出される。次に、送信器101、109間の実時間差を計算する。
RTD(101、109)=−RTD(102、101)+RTD(2、3)
−RTD(10、3)+RTD(10、9)
各縁の長さ即ち重み係数を1と仮定すれば、送信器101、109間の経路長さは4に等しい。又、送信器101、109間の送信時間差は、長さが6の次の経路に沿って計算することができる。
RTD(101、109)=−RTD(102、101)+RTD(2、4)
+RTD(4、6)−RTD(7、6)
+RTD(7、10)+RTD(10、9)
【0019】
2つの送信器間に多数の経路がある場合には、計算手段11は、時間差を計算するための基礎として最短経路を選択する。というのは、このようにすれば、測定における潜在的な不正確さの影響が低減されるからである。送信器間の経路が同じ長さである場合には、種々の経路の平均値、又は例えば、最初に見つかった経路に基づいて時間差が計算される。
計算手段11は、送信器の送信の瞬間と瞬間との間の計算された実時間差をマトリクスに入れ、これは、時間差の処理を容易にする。その後に、計算手段11は、計算された時間差に基づき、直接的な時間差測定を受けなかった送信器の実時間差を決定することもできる。
【0020】
図4は、計算手段11が送信器の送信の瞬間と瞬間との間の実時間差を入れるところのテーブルをマトリクス形態で示している。この図において、マトリクスの行は、受信器にサービスする送信器に対応する。マトリクスの列は、そのサービス送信器の隣接送信器に対応する。計算手段11は、マトリクスの対角線方向を0で埋める。というのは、送信器のそれ自身に対する実時間差は常に0だからである。その後、計算手段11は、常にマトリクスの対角線の同じ側に時間差の値を入れる。図のマトリクスにおいて、時間差の値は、対角線の上に位置するマトリクスの部分に入れられる。
【0021】
計算手段11は、種々のサーチ方法を使用して、送信器の時間差値を決定することができる。これらサーチ方法は、例えば、ムーア又はディジクストラのアルゴリズムを使用し、これにより、種々の送信器間の最短経路を見つけることができ、これに基づいて送信器間の時間差が決定される。上記アルゴリズムは、例えば、参考としてここに取り上げる1993年、ジョン・ウィリー&ソンズ社の出版物「Erwin Kreyszig:Advanced Engineering Mathematics, chapter 22, Graphics and Combinatorial Optimization」第1112−1119ページに詳細に説明されている。
【0022】
以下、図4に示すテーブルにムーアのアルゴリズムを適用する。このアルゴリズムは、例えば、送信器101から無線ネットワークの他の全ての送信器への最短経路を定義できるようにする。これは、2つのベクトルを形成することから始まる。第1のベクトルは、送信器101から無線ネットワークの他の送信器への経路長さに関する情報を含む。第2のベクトルは、送信器101から他の送信器へのRTD値を含む。
【0023】
図5は、ムーアのアルゴリズムで形成された値が入れられるテーブルを示すもので、これらの値はベクトルを形成する。先ず、テーブルにおいて送信器101の下に0が入れられる。その後に、直接的に測定された全てのRTD値が図5のテーブルのRTD行に入れられる。これらのRTD値に対応する経路長さの値は値1を受ける。というのは、それらは、送信器101と他の送信器との間で直接測定された値だからである。図3は、送信器101から実行されるべき唯一の直接的な測定が送信器102へのものであることを示している。従って、図5に示すテーブルには、送信器102の下に経路長さとして1が入れられ、そしてRTD(101、102)=−RTD(102、101)がRTD値として与えられる。
【0024】
次いで、計算手段11は、送信器101の隣接送信器で、それらへの経路長さが1に等しい全ての隣接送信器を通して進む。この例では、送信器102だけがこの条件を満たす。ムーアのアルゴリズムは、処理がノード102まで達しているノード101を除いて、送信器102(ノード点)の全ての至近隣接ノードが位置決めされる。送信器102の至近隣接ノードは、ノード点103及び104である。送信器101から上記ノード点への最短経路は2である。従って、送信器103及び104の下のベクトルに経路長さとして2がマークされる。上記のようにRTD値を加算することにより対応RTD値が計算され、即ち
RTD(101、103)=−RTD(102、101)+RTD(102、103)、及び
RTD(101、104)=−RTD(102、101)+RTD(102、104)
となる。
【0025】
次いで、まだ訪れていない送信器103及び104の最至近隣接ノードが位置決めされ、そして上記と同じことが行なわれる。RTDテーブル及び図5の経路長さテーブルが埋められ、そして他の送信器に関する送信器101の実時間差が決定されるまで同じ手順が繰り返される。図4におけるマトリクスの空きスペースに欠落値を入れることができる。対応的に、全ての必要なRTD値が決定されるまで、他の送信器に対する各送信器の実時間差が求められる。
添付図面の例を参照して本発明を以上に説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、請求の範囲に記載した本発明の考え方の中で種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の無線システムを示す図である。
【図2】 無線システムに使用される受信器を示す図である。
【図3】 無線システムを示す図である。
【図4】 時間差の値をマトリクス形態で示すテーブルである。
【図5】 ベクトルを形成する値のテーブルである。
Claims (24)
- 1組の送信器(101-110)及び1組の受信器(201-204)を備え、これら送信器(101-110)により送信された信号の各受信器における受信の瞬間と瞬間との間の時間差を測定し、そして送信信号の幾何学的時間差を計算する無線システムに使用される計算方法において、
上記各受信器(201-204)にサービスする送信器により送信された信号の送信の瞬間と該送信器の隣接送信器により送信された信号の送信の瞬間との間の実時間差を、上記各受信器によって受信されたそれら信号の受信の瞬間と瞬間との間の時間差及びそれら信号の幾何学的時間差により、時間の関数として形成し、この幾何学的時間差は、受信の瞬間に基づいて時間差に加えられ、
上記実時間差を直接的に加算して、上記各受信器のカバレージエリアにおける他の送信器間の実時間差を計算し、そして
種々の受信器(201-204)のカバレージエリアにおける送信器間の実時間差を、送信器間で既に計算されている時間差を使用することにより計算する、という段階を含むことを特徴とする方法。 - 上記実時間差を、2つの隣接送信器により送信された信号の受信の瞬間と瞬間との間の時間差と、幾何学的時間差とによって形成する請求項1に記載の方法。
- 上記実時間差を、2つのサービス送信器により送信されたそれら信号の受信の瞬間と瞬間との間の時間差と、幾何学的時間差とによって形成する請求項1に記載の方法。
- 受信器(201-204)にサービスする送信器と、該送信器の隣接送信器とにより送信された信号の受信の瞬間の差を使用して、送信器の互いの同期を決定する請求項1に記載の方法。
- 2つの隣接送信器及び/又は2つのサービス送信器によって送信された信号の受信の瞬間の差を使用して、送信器の互いの同期を決定する請求項1に記載の方法。
- 送信器が多数の受信器のカバレージエリアに位置する場合には、同じ送信器により送信されて異なる受信器に到達する信号を測定する請求項1に記載の方法。
- 受信器(201-204)の各カバレージエリアに位置する送信器により送信された信号を測定し、そして各カバレージエリアから受信される信号に基づいて計算された実時間差を使用して、種々のカバレージエリアにおける送信器間の時間差を計算する請求項1に記載の方法。
- 送信器(101-110)と、それらの間の実時間差とに基づいてグラフを形成し、このグラフにおいて、送信器はノード点として表示され、そして直接測定される実時間差は線として表示され、これは、ある送信器から他の送信器への経路を求め、そして送信器間の実時間差を加算して、まだ見つかっていない実時間差を決定することにより行なわれる請求項1に記載の方法。
- 送信器間に多数の経路が存在する場合は、最短経路の実時間差を加算のために選択する請求項8に記載の方法。
- 送信器から到来する信号の到達時間の間の観察時間差を測定するときには、実時間差を使用して、無線システム内の加入者ターミナルを位置決めする請求項1に記載の方法。
- 1組の送信器(101-110)と、1組の受信器(201-204)と、各受信器が信号を受信する間に送信器により送信された信号の上記各受信器における受信の瞬間と瞬間との間の時間差を測定して、送信器により送信された信号の幾何学的時間差を計算する測定手段(10)とを備えた無線システムにおいて、
この無線システムは、更に、上記送信器のいずれかにより送信された信号の送信の瞬間と上記送信器の他のいずれかの送信器により送信された信号の送信の瞬間との間の実時間差を、上記各受信器により受信された上記信号の時間差及び幾何学的時間差によって時間の関数として形成する計算手段(11)を備え、該計算手段(11)は、上記受信の瞬間に基づいて時間差に幾何学的時間差を加え、
上記計算手段(11)は、上記実時間差を直接的に加算し、これにより、上記各受信器のカバレージエリア内にある他の送信器間の実時間差を計算し、そして
上記計算手段(11)は、種々の受信器のカバレージエリアにおける送信器の実時間差を、送信器間で既に計算された時間差を使用することにより計算することを特徴とする無線システム。 - 上記計算手段(11)は、上記実時間差を、2つの隣接送信器により送信された信号の受信の瞬間と瞬間との間の時間差と、幾何学的時間差とにより形成する請求項11に記載の無線システム。
- 上記計算手段(11)は、上記実時間差を、2つのサービス送信器により送信された信号の受信の瞬間と瞬間との間の時間差と、幾何学的時間差とによって形成する請求項11に記載の無線システム。
- 上記計算手段(11)は、2つの隣接送信器及び/又は2つのサービス送信器とにより送信された信号の受信の瞬間の差を使用して、送信器の互いの同期を決定する請求項11に記載の無線システム。
- 上記計算手段(11)は、各受信器にサービスする送信器より送信された信号の受信の瞬間と該送信器の隣接送信器により送信された信号の受信の瞬間との間の差を使用して、送信器(101-110)の互いの同期を決定する請求項11に記載の無線システム。
- 送信器が多数の受信器のカバレージエリアに位置する場合には、種々の測定手段(10)が同じ送信器の信号を測定する請求項11に記載の無線システム。
- 上記計算手段(11)は、受信器(201-204)にサービスする送信器の実時間差を、受信器のカバレージエリアにおける他の送信器に比して決定する請求項11に記載の無線システム。
- 上記計算手段(11)は、行が受信器にサービスする送信器に対応しそして列がそのサービス送信器の隣接送信器に対応するマトリクスを形成し、そして上記計算手段は、このマトリクスを使用して、送信器の送信の瞬間と瞬間との間の実時間差を計算する請求項11に記載の無線システム。
- 上記計算手段(11)は、送信器の送信の瞬間と瞬間との間の計算された実時間差をマトリクスに入れ、その後に、計算手段(11)は、測定手段(10)が送信器により送信された信号を直接測定することなく、その計算された時間差に基づき送信器に対する実時間差を決定する請求項11に記載の無線システム。
- 上記計算手段(11)は、送信器(101-110)と、それらの間の実時間差とに基づいてグラフを形成し、このグラフにおいて、送信器はノード点として表示され、そして直接測定される実時間差は線として表示され、その後、計算手段(11)は、ある送信器から他の送信器への経路を求め、そして計算手段(11)は、送信器間の実時間差を加算して、まだ見つかっていない実時間差を決定する請求項11に記載の無線システム。
- 送信器間に多数の別の経路が存在する場合には、計算手段(11)は、最短の経路を選択し、これに基づいて時間差が決定される請求項20に記載の無線システム。
- 受信器を位置決めするために、加入者ターミナルのような位置決めされるべき受信器により測定された信号の受信の瞬間と瞬間との間の時間差から対応する実時間差を減算するように、実時間差が使用される請求項11に記載の無線システム。
- 上記計算手段(11)は、別の送信器の時間差と比較されるところの送信器に行が対応し、そしてその別の送信器を列が表わすようなマトリクスを形成し、そして計算手段(11)は、このマトリクスを使用して、送信器の送信の瞬間と瞬間との間の実時間差を計算する請求項11に記載の無線システム。
- 上記受信器は、移動電話のような加入者ターミナルである請求項11に記載の無線システム。
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