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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Ermitteln der Position
eines Endgeräts
durch Verwenden von mobilen Kommunikationen gemäß dem Oberbegriffs des Patentanspruchs
1.
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Das
offengelegte japanische Patent (Kokai) Nr. Hei 7-181242 offenbart
ein System, bei dem das CDMA verwendet wird, in dem jede von Basisstationen
mit einem GPS synchronisiert wird, mittels eines Mobilfunkverfahrens
und eines Verfahrens zum Ermitteln der Position eines Endgeräts durch
Auswertung von Empfangszeiten eines Pilotsignals, das von jeder
der Basisstationen empfangen wird.
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Die
EP 0 893 930 betrifft ein
drahtloses Ortungsverfahren bei einem mobilen Kommunikationssystem,
in dem die ermittelten Ortsbestimmungssignale verwendet werden,
um Differentialpfadverzögerungsmesswerte
zu erzeugen, die weiter verarbeitet werden können, um eine Schätzung des
mobilen Orts zu erzeugen.
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Die
EP 0 776 105 beschreibt
eine CDMA-Demodulationsvorrichtung, die bezüglich der Interferenzverringerungswirkung
verbessert ist, auch wenn Signale von mehreren Kommunikationseinrichtungen gesendet
werden. Die CDMA-Demodulationsvorrichtung umfasst Interferenzverringerungseinrichtungen, die
die übertragenen
Daten demodulieren und die Interferenzsignale abschätzen.
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Die
WO 99/31919 betrifft ein Verfahren und ein System zur Verwendung
bei der Ermittlung der Position eines mobilen Endgeräts in einem
mobilen CDMA-Kommunikationssystem, wodurch ein vom gewöhnlichen
Spreizcode abweichender Code verwendet wird, wenn TOA-Messungen
durchgeführt wurden,
wobei eine Übertragung
der Information erlaubt ist, während
diese TOA-Messungen durchgeführt
wurden. Wenn TOA-Messungen durchgeführt werden sollen, weist die
betreuende Basisstation das mobile Endgerät an, den Spreizcode durch
Beenden der Verwendung des langen Kodes und Fortsetzen der Verwendung
des kurzen Kodes zu ändern.
Wenn TOA-Messungen durchgeführt
werden sollen, weist die betreuende Basisstation alternativ das
mobile Endgerät
an, den verwendeten langen Kode durch einen zweiten, vorgegebenen
kurzen Kode zu ersetzen, und setzt die Verwendung des ersten kurzen Kode
fort. Die TOA-Messungen werden dann in mindestens drei Basisstationen
durchgeführt
und die Position des mobilen Endgeräts wird von dieser TOA-Information
abgeleitet. Die betreuende Basisstation weist dann das mobile Endgerät an, den
normalen Betrieb durch die Verwendung des langen Codes wieder aufzunehmen.
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2 und 3 zeigen
das Verfahren, das im japanischen offengelegten Patent (Kokai) Nr.
Hei 7-181242 offenbart ist. 2 zeigt
ein Endgerät 24 zum
Empfangen von Bezugssignalen 25, 26 und 27, die
von Basisstationen 21, 22 und 23 übertragen
werden, die mit einem GPS-Satelliten 20 synchronisiert werden. 3 zeigt
ein Beispiel des Ergebnisses einer Korrelationsberechnung.
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Durch
Ausführen
einer Korrelationsberechnung eines bestimmten Codemusters bei einem empfangenen
Signal kann das Endgerät 24 Empfangszeiten
eines Bezugssignals ermitteln, das von jeder der Basisstationen übertragen
wird. In dem CDMA ist ein gemeinsames Pilotsignal, das von jeder der
Basisstationen übertragen
wird, ein Signal mit einem spezifischen Muster. Durch Ausführen einer Korrelationsberechnung
bei diesem Signal kann das Endgerät eine Empfangszeit ermitteln.
Jede der Basisstationen stellt durch Synchronisieren mit dem GPS
eine Bezugszeit ein und überträgt zu einem spezifischen Übertragungszeitpunkt
der eingestellten Systemzeit ein Pilotsignal. Der spezifische Übertragungszeitpunkt
wird eine Offsetzeit genannt, wobei die Information über einen
Synchronisierungskanal übertragen
wird und das Endgerät
die Information frei erhalten kann. Durch Berechnen einer Differenz
zwischen der gemessenen Empfangszeit und der bekannten Übertragungszeit
kann das Endgerät
die Verzögerungszeit
für die
Wellenausbreitung erfahren.
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3 zeigt
ein Beispiel des Korrelationsberechnungsergebnisses, das als ein
Verzögerungsprofil
bezeichnet wird, und zeigt einen ermittelten Verzögerungspfad.
Die waagerechte Achse entspricht der Verzögerungszeit, d. h., der durch
die Übertragungszeit
berichtigte Empfangszeit. Die Einheit entspricht einem Chip eines
Spreizcodes. Die senkrechte Achse entspricht einer Ausgangsgröße einer
Korellationseinrichtung. Die Teile 40 bis 43 von großen Korrelationswerten
bezeichnen das Empfangen eines Signals, d. h., das Vorhandensein
eines Pfads. Durch die Verwendung des Ergebnisses kann eine relative
Verzögerungszeit 44 einer
Funkwelle erhalten werden, die von der Basisstation zum Endgerät übertragen
wird. Der Grund, warum die Verzögerungszeit
als ein relativer Wert ausgedrückt
wird, besteht darin, dass das Endgerät die absolute Zeit nicht kennt.
Durch Multiplizieren der erhaltenen relativen Verzögerungszeit
mit der Lichtgeschwindigkeit kann eine relative Ausbreitungsabstandsdifferenz
erhalten werden. Wenn die Ausbreitungsabstandsdifferenz bezüglich mindestens
dreier Stationen erhalten werden kann, kann die Position des Endgeräts durch eine
hyperbolische Positionsbestimmungslösung geschätzt werden.
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Im
Zusammenhang mit 4 und 5 wird ein
Nah-Fern-Problem als ein anderes Problem bei der Verwendung der
mobilen Kommunikation zur Ermittlung einer Position beschrieben.
Bei der mobilen Kommunikation ändert
sich eine Empfangsleistung in Abhängigkeit von der Position der
Basisstation gegenüber
dem Endgerät
und ein erforderlicher dynamischer Bereich überschreitet 100 dB. Infolge
dessen weist ein Endgerät
normalerweise eine automatische Verstärkungssteuerungsfunktion (AGC)
auf und die Intensität
des Signals vor der A/D-Umwandlung wird entsprechend der Intensität eines
empfangenen Signals gesteuert. 4 zeigt
empfangene Signale in Frequenzbereichen für den Fall, dass Signale, die
von drei benachbarten Basisstationen von einem Endgerät empfangen
werden. Eine gesamte Empfangsleistung 64 in dem Band wird
durch Addieren der Signale 61, 62 und 63 von
den drei Basisstationen zu einem Rauschsignal 60 erhalten.
Das Signal 61 von der nächsten
Basisstation hat eine große Intensität, da der
Ausbreitungsabstand kurz ist, so dass das Signal unter allen empfangenen
Signalen dominant ist. 5 zeigt Empfangszustände von zwei
Basisstationen A und B. Eine Rauschleistung 71 tritt infolge
eines thermischen Rauschens auf und ist unabhängig von der Position des Endgeräts konstant.
Die AGC wird so eingestellt, dass sie an den gesamten Pegel 70 des
empfangenen Signals angepasst wird. Wenn zum Beispiel das Endgerät in der Nähe der Basisstation
A positioniert wird, wird das Signal 72 von der Basisstation
A zum dominanten Signal und die AGC arbeitet. Da ein Digitalisierungsrauschen 74 entsprechend
der AGC schwankt, ist sein Wert hoch, wenn sich das Endgerät rund um
die Basisstation A befindet. Außerdem
wird zu diesem Zeitpunkt der Pegel 74 eines Signals von
der Basisstation B auf Grund eines längeren Ausbreitungsabstands
verringert. Das Verhältnis
S/I (Verhältnis
Signal zum Rauschen) = (Signal von B/Signal von A + Rauschen) des
Signals von der Basisstation B wird sehr niedrig und es ist schwierig,
Signale von der Basisstation B zu empfangen. Im Fall der Ausführung einer
drahtlosen Ortung ist es jedoch erforderlich, das Signal von der
Basisstation B auch dann zu unterdrücken, wenn das Endgerät in der
Nähe der
Basisstation A positioniert ist.
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Es
wird ein anderes Problem beschrieben. In einem mobilen Kommunikationsendgerät wird aus Kostengründen ein
lokaler Oszillator verwendet, dessen Frequenzgenauigkeit nicht so
hoch ist. Durch die Synchronisierung mit der nächsten Basisstation wird die
Trägerfrequenzabweichung
verringert (AFC-Funktion). Das bedeutet jedoch, dass eine Frequenzdifferenz
zwischen dem Endgerät
und der Basisstation über
der Grenze der AFC-Funktion liegt. Selbst wenn kein Fading auftritt,
kann keine einwandfreie Synchronisierung realisiert werden. Infolge
dessen weist die Phase des empfangenen Signals eine langsame Drehbewegung
von wenig Hz auf. Die Phase eines empfangenen Signals dreht sich
sogar dann, wenn der Benutzer des Endgeräts sich in einem stationären Zustand
befindet oder sich langsam, ungefähr mit Schrittgeschwindigkeit,
bewegt. Es ist deswegen schwierig, eine kohärente Summation für eine lange
Zeit durchzuführen.
Da sich das S/I-Verhältnis
eines Signals von einer entfernten Basisstation äquivalent verschlechtert, ist
es erwünscht,
die Anzahl der kohärenten
Summationszeiten zu erhöhen.
Die Anzahl der Summationen kann jedoch infolge des folgenden Phänomens nicht
um mehr als um einen bestimmten Betrag erhöht werden. Wenn zum Beispiel
ein Endgerät
mit einer Trägerfrequenz
von 800 MHz und einer Frequenzstabilität nach der AFC 0,001 ppm betrachtet
wird, beträgt
die Phasendrehung 8 Hz. Wenn der zulässige Wert der Phasendrehung,
der für
die kohärente
Summation erforderlich ist, auf 36 Grad oder weniger eingestellt
wird, ist ersichtlich, dass die kohärente Summation in einer Zeit von
1/8 × 36/360
= 0,0125 s oder weniger durchgeführt
werden kann. Wenn die kohärente
Summation länger
durchgeführt
wird, rotiert der Signalvektor und es tritt das Phänomen auf,
dass sich das S/I-Verhältnis
verschlechtert.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Probleme werden durch ein drahtloses Ortungsverfahren und eine Vorrichtung
zum Schätzen
der Position eines Endgeräts
gemäß den Ansprüchen 1 und
7 gelöst.
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Wenn
Funkwellen, die von mindestens zwei Basisstationen übertragen
werden, von einem einzigen Endgerät empfangen werden, tritt zwischen
den Signalintensitäten
der Funkwellen eine große
Differenz auf, die durch eine Ausbreitungsabstandsdifferenz und
Fading verursacht wird. Wenn ein Signal von einer Basisstation mit
niedriger Signalintensität empfangen
wird, wirkt ein Signal von einer Basisstation mit hoher Signalintensität wie eine
Interferenzwelle. Durch Empfangen dieses Signals beim Unterdrücken der
Interferenzwelle kann der Einfluss der Interferenz von der Basisstation
mit hoher Signalintensität
fast eliminiert werden.
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Diese
und andere Aufgaben und viele daraus hervorgehende Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung der Erfindung unter
Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung im Zusammenhang mit
den beiliegenden Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
den Aufbau eines Endgeräts
einer ersten Ausführung
gemäß der Erfindung;
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2 ist
ein Diagramm zum Erläutern
eines bekannten Verfahrens.
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3 zeigt
das Ergebnis einer Korrelation bei einem vom Endgerät empfangenen
Signal.
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4 zeigt
ein Spektrum des empfangenen Signals, wenn sich ein Endgerät in der
Nähe einer bestimmten
Basisstation befindet.
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5 ist
ein Diagramm zum Erläutern,
wie sich das S/I-Verhältnis
verschlechtert, wenn sich ein Endgerät bei einem Beispiel von zwei
Basisstationen in der Nähe
einer Basisstation befindet.
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6 ist
ein Funktionsblockdiagramm zum Erzeugen einer Kopie bei einer dritten
Ausführung der
Erfindung.
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7 zeigt
einen Phasendrehungsbetrag eines Ergebnisses des Bündelns in
einer bestimmten Basisstation.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
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1 zeigt
ein Beispiel des Aufbaus eines mobilen Endgerätes
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Ein
mobiles Kommunikationsendgerät
weist einen Empfänger
und einen Sender auf, um einen üblichen
Kommunikationsbetrieb zu ermöglichen.
Bei der Ausführung
wird ein mobiles CDMA verwendet. Ein durch eine Antenne 1 empfangenes
Signal wird mittels einer RF-Einheit 2 in ein Basisbandsignal
umgewandelt. Das umgewandelte Signal wird durch einen A/D-Wandler 4 in
ein digitales Signal umgewandelt. Aus dem umgewandelten Signal werden
mittels Entspreizeinheiten 6 und 7 ein Pilotsignal
und ein Kommunikationskanalsignal gebildet. Durch eine Ausgangsgröße des Blocks 7 zum
Entspreizen des Pilotsignals werden eine durch einen Ausbreitungspfad
verursachte Phasendrehung und eine durch eine Trägerfrequenzdifferenz zwischen
der Basisstation und dem Endgerät
verursachte Phasendrehung ermittelt. Auf der Basis der Phasendrehungen
arbeitet die Funktion einer AFC 9. Durch Erhalten einer Konjugation
bezüglich
des Ergebnisses der Schätzung
des Ausbreitungspfads als einer Ausgangsgröße des Entspreizens des Pilotsignals
und durch Multiplizieren des Ergebnisses mit einem Ausgangssignal
des Blocks 6 zum Entspreizen des Kommunikationskanals wird
eine Demodulation durchgeführt.
In dem Demodulationsschaltkreis wird auch eine Demodulation der
Ausbreitungspfadcodierung durchgeführt. Das demodullierte Signal
wird durch ein Stimm-CODEC 13 in ein Stimmsignal umgewandelt, wobei
das Stimmsignal durch einen Lautsprecher 14 ausgegeben
wird. Andererseits wird durch das Stimm-CODEC 13 ein von
einem Mikrofon 15 empfangenes Stimmsignal in ein digitales
Signal umgewandelt. Das umgewandelte Signal wird einer Dekodierung
des Ausbreitungspfads und einer Modulation durch einen Modulator 10 unterworfen.
Das Ergebnis wird durch eine Spreizeinheit 11 gespreizt
und das gespreizte Signal wird durch einen D/A-Wandler 12 in ein analoges
Signal umgewandelt. Das analoge Signal wird durch die RF-Einheit
in eine Trägerfrequenz umgewandelt
und das resultierende Signal wird durch die Antenne 1 übertragen.
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Eine
erste Ausführung
wird im Zusammenhang mit 6 beschrieben. 6 zeigt
den Aufbau einer Interferenzverringerungsvorrichtung zur Interferenzbeseitigung.
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Das
durch die Antenne 1 empfangene Signal umfasst sowohl ein
erwünschtes
Signal (Signal, das reproduziert werden soll) als auch ein Interferenzsignal
(anderes Signal). Im CDMA-System sind die Signale in dem gleichen
Frequenzband zum gleichen Zeitpunkt enthalten. Ein Signalprozessor 17 speichert
ein durch den A/D-Wandler 4 umgewandeltes digitales Signal
in unveränderter
Form in einem Speicher 5 ab.
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Die
in 6 gezeigte Interferenzverringerungsvorrichtung
ist im Signalprozessor 17 eingebaut. Die Vorrichtung wird
entweder durch Hardware oder durch Software realisiert. Die Interferenzbeseitigungsvorrichtung
liest Daten im Speicher 5 als ein empfangenes Signal 100 und
erzeugt eine Kopie 122 eines Interferenzsignals. Die erzeugte
Kopie wird von den Daten im Speicher durch einen Subtraktionsschaltkreis 126 im
Signalprozessor 17 subtrahiert. Durch diesen Vorgang wird
der Einfluss einer nahe gelegenen Basisstation mit einer starken
Interferenz weitgehend reduziert. Durch Verwendung eines Verzögerungsprofils,
das nach der Erhöhung
des S/I-Verhältnisses
durch Verringern der Interferenz berechnet wird, wird die Position
des Endgeräts
geschätzt.
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Die
Daten im Speicher 5 umfassen drei Signalarten – ein Pilotsignal,
ein Funkrufsignal und ein Kommunikationssignal, die mittels unterschiedlicher Spreizcodes
gespreizt werden. Blöcke 101 bis 106 sind Blöcke zum
Entspreizen der Signale durch entsprechende Spreizcodes. Ein Block 107 sucht
einen Ausbreitungspfad aus dem Ergebnis des Entspreizens des Pilotsignals.
Jeder Block 108 bis 113 führt eine Demodulation des erhaltenen
Suchergebnisses durch. Als Ergebnis der Demodulation kann im Fall einer
BPSK-Kommunikation der übertragene
Code entsprechend einem positiven oder negativen I-Kanalcode bestimmt
werden. In diesem Fall kann in Erwägung gezogen werden, auch eine
Bitfehlerrate eines demodulierten Signals durch Demodulation des codierten
Ausbreitungspfads zu verbessern. Da jedoch ein Teil der Information
zum Geheimhalten der Information auch verschlüsselt wird, kann im Allgemeinen
ein Endgerät
ohne entschlüsselte
Information den codierten Ausbreitungspfad nicht demodulieren. Da
das S/I-Verhältnis
des Signals jedoch gut ist, kann der übertragene Code ohne Demodulation
des codierten Ausbreitungspfads fast genau gesucht werden. Das erhaltene
Ergebnis einer festen Entscheidung wird durch den gleichen Spreizcode
durch die Blöcke 114 bis 119 aufgespreizt.
Die Ergebnisse werden durch einen Block 120 zusammen addiert, wodurch
das von einer bestimmten Basisstation übertragene Signal reproduziert
wird. Ein Block 123 erzeugt aus der Ausbreitungspfadsuche
ein Verzögerungsprofil 124.
Das Verzögerungsprofil 124 wird durch
Entspreizen eines Pilotsignals bei gleichzeitigem Verschieben der
Phase einer Reihe von Spreizcoden erhalten, die durch das Aufspreizen
verwendet werden. In diesem Fall stellt das Verzögerungsprofil einen komplexen
Wert dar. Durch Multiplizieren des Übertragungssignals, das durch
die Addition im Block 120 erhalten wird, mit dem im Block 123 durch Verwendung
eines Phasendrehungsblocks 121 erhaltenen Verzögerungsprofils 124 wird
ein Kopiesignal 122 des empfangenen Signals erhalten. Zu
diesem Zeitpunkt wird das Verzögerungsprofil,
das sich auf die Basisstation bezieht, die das Kopiesignal erzeugt
hatte, bereits durch den Block 123 erzeugt. Der Block 126 bezeichnet
eine Interferenzverringerungsfunktion der Subtraktion des Kopiesignals 122 von
einem im Speicher 5 gespeicherten Signal. Das Signal, bei
dem die Interferenzwelle verringert wurde, wird wieder im Speicher 5 überschrieben.
Bezüglich
der Signale von anderen Basisstationen wird ähnlich das S/I-Verhältnis durch
Erzeugen eines Verzögerungsprofils
bei gleichzeitiger Verringerung der Interferenz vom stärkeren Signal
erhöht
und das Profil kann erzeugt werden. Nach dem Entfernen sämtlicher
Signale mit großer
Intensität
wird durch die Verwendung der Blöcke 101, 107 und 123 nur
das Verzögerungsprofil
erzeugt und es kann ein Verzögerungsprofil
erzeugt werden, das sich auf eine Basisstation mit niedriger Empfangsleistung
bezieht. Wenn Verzögerungsprofile
von mehreren Basisstationen erzeugt werden, bestimmt die CPU 16 auf
diese Art aus jedem der Verzögerungsprofile
einen Pfad und berechnet eine relative Verzögerungsdifferenz. Die CPU 16 berechnet
auch aus der berechneten relativen Verzögerungsdifferenz und einer
vorläufigen
bekannten Positionsinformation der Basisstation die Position des
Endgeräts.
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Durch
den obigen Vorgang können
Signale von mehreren Basisstationen mit einem hohen S/I-Verhältnis auch
beim Auftreten eines Nah-Fern-Problems
empfangen werden und es kann ein relativer Differenzabstand zu jeder
der Basisstationen gemessen werden. Deswegen kann die Position eines
Endgeräts
ermittelt werden und das Problem ist gelöst.
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Das
obige Verfahren ist ein Verfahren zum Unterdrücken einer Interferenzleistung
(I), um das S/I-Verhältnis
zu verbessern. Andererseits existiert ein Verfahren zur Verbesserung
einer Signalleistung (S). Abweichend von regulären Kommunikationen wird im
Fall der Ermittlung der Position des Endgeräts die Unmittelbarkeit nicht
gewünscht.
Es wird deswegen in Erwägung
gezogen, ein Verzögerungsprofil zu
erzeugen, das zur Ermittlung eines Pfads durch die Verwendung sämtlicher
im Speicher 5 gespeicherten Daten erforderlich ist.
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Bezüglich der
Verbesserung der Signalleistung (S) werden der Grund und die Messung
ausführlicher
beschrieben.
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Am
Endgerät
steuert eine AGC-Einheit 3 in 1 eine Verstärkung der
RF-Einheit entsprechend dem
Pegel eines empfangenen Signals, um einen breiten dynamischen Bereich
zu gewährleisten.
Die AGC 3 sammelt und mittelt zum Beispiel die Empfangsleistung,
um den Empfangspegel zu erhalten, und regelt den Pegel so, dass
der Wert konstant bleibt, wodurch die Verstärkung der RF-Einheit gesteuert
wird. In der AGC kann ein A/D-Wandler
die Bitbreite verringern.
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Bei
der Ermittlung einer Position sind mindestens drei Basisstationen
erforderlich. Um ein S/I-Verhältnis
eines gewünschten
Signals aus einem zweiten Basisband, das weiter entfernt als eine
erste Basisstation ist, zu verbessern, ist ein Verfahren zur Erhöhung der
Anzahl von kohärenten
Summationszeiten geeignet. Je höher
die Anzahl der kohärenten Summationszeiten
ist, desto besser kann die weiter entfernte Basisstation ermittelt
werden. Wenn die Anzahl der beobachteten Basisstationen steigt,
wird die Genauigkeit der Schätzung
der Position des Endgeräts
höher.
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Um
die kohärente
Summation durchzuführen sind
zwei Kompensationsvorgänge
erforderlich. Einer ist die Kompensation der Phasendrehung eines empfangenen
Signals, die durch eine Frequenzabweichung eines örtlichen
Oszillators zwischen einem Endgerät und einer Basisstation verursacht
wird. Der andere ist die Kompensation der Phasendrehung eines empfangenen
Signals, die durch das Fading verursacht wird, das infolge einer Änderung
der Position des Endgeräts
und der Umgebung auftritt.
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Die
Phasendrehung auf Grund der Asynchronisation zwischen dem Endgerät und der
Basisstation wird hauptsächlich
durch eine unzureichende Frequenzeinstellungsleistung des Endgeräts verursacht.
Da jede der Basisstationen mit einem GPS-Satelliten synchronisiert
ist, wird eine ausreichende Genauigkeit zwischen den Basisstationen und
dem Endgerät
gewährleistet
und eine Frequenzabweichung ist sehr klein. Infolge dessen kann
auch die Phasendrehung der anderen Basisstationen synchronisiert
werden, wenn eine Synchronisation mit einer der mehreren Basisstationen
durchgeführt
wird. Es ist sinnvoll, die Phasendrehung des Basisstationssignals
zu verwenden, das die beste Signalqualität aufweist, das heißt, des
Signals, das den Höchstwert
durch die Korrelation als Bezugswert der Synchronisation erreicht.
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Wenn
das Pilotsignal einer bestimmten Basisstation aufgespreizt wird,
wird der in 7 dargestellte Zustand erreicht.
Obwohl Rauschkomponenten noch vorhanden sind, kann die Anzahl von
mittleren Phasendrehungszeiten durch Approximation der Phasendrehung
durch eine lineare Gleichung geschätzt werden. Durch ein Verfahren
zur Drehungsberechnung, bei dem eine inverse Drehung bei der geschätzten Rotationsgeschwindigkeit
durchgeführt wird,
kann die Trägerfrequenzdifferenz
zwischen dem Endgerät
und der Basisstation, die in den empfangenen Daten enthalten ist,
fast eliminiert werden. Da die Phasen von kompensierten Daten synchron sind,
wird die kohärente
Summation durch ihr einfaches Addieren durchgeführt. Auf diese Art kann das S/I-Verhältnis des
empfangenen Signals verbessert werden.
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Um
die lineare Gleichung mit hoher Genauigkeit zu lösen ist es erforderlich, die
Gleichung unter Verwendung sämtlicher
Daten der kohärenten
Summation zu berechnen. Sobald ein Positionierungsvorgang gestartet
ist, speichert das Endgerät
die empfangenen Daten für
eine vorgegebene Zeitdauer (eine Kapazität des Speichers von ca. 5 MB
ist erforderlich, um Daten von (of) einer Sekunde zu sammeln, wenn
eine vierfache Überabtastung
in Betracht gezogen wird und wenn eine 8-Bit-Information von I und Q Signalen pro
Abtastung im mobilen CDMA-System mit einer Chiprate von 1,2288 MHz
vorhanden ist). Das Endgerät
kennt bereits die Empfangszeit eines Signals mit dem höchsten Pegel,
da das Endgerät ständig Basisstationen
in seiner Nähe
sucht, um Kommunikationen durchzuführen und kontinuierlich die
Basisstation mit dem höchsten
Signalpegel ausfindig macht. Deswegen führt das Endgerät den Aufspreizvorgang
mit der im Speicher 5 gespeicherten Information durch,
um entsprechend der Signalzeit von der bekannten Basisstation mit
dem höchsten
Signalpegel ein Pilotsignal zu extrahieren, um den Ausbreitungspfad
abzuschätzen.
In diesem Fall wird eine Aufspreizoperation mit einem relativ niedrigen Spreizverhältnis von
ca. 0,1 bis 10 ms durchgeführt, wodurch
mehrere Werte erhalten werden. 7 zeigt
die ermittelten Phasen in ca. 0,8 s nach der Durchführung des
Aufspreizens. Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, wird das Ergebnis
der Schätzung
des Ausbreitungspfads durch die Interferenzleitung und die Rauschleistung
stark beeinflusst. Die Interferenz- und Rauschkomponenten können jedoch durch
einen statistischen Prozess unter Verwendung der folgenden Tatsache
eliminiert werden. Die Interferenz- und Rauschkomponenten sind Signale
in einem breiten Frequenzband. Im Gegensatz ist ein Rotationsvektor
der Signalkomponente ein Signal mit niedriger Frequenz. Infolge
dessen kann der Rotationsbetrag abgeschätzt werden, wenn die Komponenten
mit niedrigen Frequenzen durch einen Mittelwertbildungsvorgang extrahiert
werden. Aus 7 ist ersichtlich, dass die
Frequenzabweichung zwischen der Basisstation und dem Endgerät durch Schätzung einer
linearen Gleichung des Rotationsbetrags weitgehend unterdrückt werden
können. Nach
dem Unterdrücken
der Frequenzabweichung zwischen der Basisstation und dem Endgerät durch Durchführung des
Aufspreizvorgangs während
der Empfangszeit eines Signals von jeder der Basisstationen kann
ein Verzögerungsprofil
eines Signals von jeder der Basisstationen berechnet werden.
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Obwohl
das Verfahren zum Speichern sämtlicher
Messdaten im Speicher bei den vorher gehenden Ausführungen
beschrieben wurde, wird von der Erfindung ein anderes, unten beschriebenes
Verfahren umfasst.
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Da
das Ergebnis der Schätzung
der Phasendrehung durch einen linearen Ausdruck angenähert wird,
wenn sich die Frequenzabweichung zwischen dem Endgerät und der
Basisstation mit der Zeit nicht viel ändert, kann der Phasendrehungsfehler
des Signals von der Basisstation zum Endgerät durch die Verwendung von
alten Werten geschätzt
werden. Da sich jedoch eine Phasendifferenz zwischen der Basisstation
und dem Endgerät
mit der Zeit ändert, muss
der letzte Wert verwendet werden. Da es ausreichend ist, lediglich
eine bestimmte Basisstation mit hoher Empfangsqualität zu messen,
erfordert ein Speicher zum Speichern des Ergebnisses des Aufspreizens,
das für
die Schätzung
der Phasendrehung notwendig ist, keine große Kapazität. Da die Übertragungszeit der nahe gelegenen
Basisstation aus der von der Basisstation übermittelten Information bereit bekannt
ist, kann das Verzögerungsprofil
durch Aufspreizen einer Spreizcodereihe während der Basisstationszeit
erzeugt werden. Durch Speichern aufgespreizter Signale im Speicher
kann die Speicherkapazität
stark reduziert werden. Durch Durchführung der kohärenten Summation
nach der Berichtigung der voraus berechneten Phasendrehung kann
das Ergebnis des Aufspreizens einen dem obigen Effekt äquivalenten
Effekt der kohärenten
Summation erreichen. Die Speicherkapazität kann somit stark reduziert
werden.
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Wenn
die Phasendrehung durch Fading verursacht wird, schwanken die Phasendrehungen
mehrerer Basisstationen unabhängig
voneinander. Die Phasendrehung wird bezüglich der zwei Basisstationen
geschätzt
und die Drehungswerte werden korreliert. Wenn die Korrelation zum
Beispiel mehr als 0,7 beträgt,
zeigt sich, dass die Phasendrehungswerte der Basisstationen fast
identisch sind und es wird angenommen, dass kein Fading auftritt.
Wenn im Gegenteil die Korrelation zum Beispiel weniger als 0,7 beträgt, zeigt
sich, dass die Phase der Länge
nicht berichtigt werden kann und es kann lediglich die kohärente Summation
in kürzerer
Zeit durchgeführt werden.
Die Anzahl der kohärenten
Summationszeiten kann deswegen durch die Korrelation als ein Schwellenwert
bestimmt werden.
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Mittels
der Verzögerungsprofile,
die durch das oben beschriebene Verfahren erhalten werden, wird
die Position des Endgeräts
durch die vorhin beschriebene Methode berechnet.
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Da
die Position lediglich mit dem Endgerät ermittelt werden kann und
bei der Ausführung
keine Zusatzeinrichtung, wie GPS, erforderlich ist, kann der Energieverbrauch
reduziert werden, der für
das Endgerät
zum Ermitteln der Position notwendig ist. Das Endgerät kann die
Information bezüglich
der Position der Basisstation durch das Verfahren zum Erhalten der
Information von einem Server, der an ein Netz angeschlossen ist,
und durch Übertragen
der Position einer sich in der Umgebung befindenden Basisstation über einen
Anzeigekanal kennen, der von der Basisstation übertragen wird. Durch das Halten
der bereits gespeicherten Basisstations-Positionsinformation im Speicher können die
Anzahl der Zugriffe auf den Server und die Anzahl der Empfangszeiten
der Anzeigeinformation reduziert werden. Infolge dessen wirkt sich
dies beim Reduzieren des Energieverbrauchs des Endgeräts aus.
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Obwohl
als ein Ausführungsbeispiel
ein CDMA-System beschrieben wurde, ist die Erfindung auf dieses
System nicht beschränkt.
Wenn die übertragene
Information bekannt ist, kann das Verfahren auf TDMA- und FDMA-Systeme
angewandt werden. Im Fall der TDMA- und FDMA-Systeme weichen die Übertragungszeiten
und Frequenzen von Signalen, die von den Basisstationen gesendet
werden, voneinander ab. Das Endgerät muss deshalb Information,
die durch Abtasten sämtlicher
Zeiten und Frequenzen erhalten wird und in den Signalen enthalten ist,
zur mobilen zentralen Positionssteuerungsvorrichtung übertragen.
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Bei
der vorher gehenden Ausführung
wurde das Verfahren zur Messung der Übertragungszeit des Endgeräts zur Ermittlung
einer Position und zur Schätzung
der Position des Endgeräts
beschrieben. Andererseits kann die Erfindung nicht nur bei einem Endgerät zur Ermittlung
der Position, sondern auch bei einer Vorrichtung zur Messung von
tx-Zeiten (Übertragungszeiten)
von Basisstationen angewandt werden. Die Vorrichtung zur Messung
von tx-Zeiten von Basisstationen wird zur Messung der Übertragungszeiten
der Basisstationen und zum Berichtigen eines Übertragungszeitfehlers zwischen
den Basisstationen verwendet, der bei der Ermittlung einer Position
vorhanden ist. Die Messvorrichtung ist an einen mobilen Schaltkreis
oder ein Netzwerk angeschlossen. Durch Suchen eines Übertragungszeitfehlers bei
einer Messvorrichtung über
den mobilen Schaltkreis und das Netzwerk kann das Endgerät zur Ermittlung
einer Position die genaue Position des Endgeräts ermitteln. Da der installierbare
Platz der Messvorrichtung jedoch auf Grund der Installationskosten begrenzt
ist, ist es erwünscht,
eine möglichst
weit entfernte Basisstation mit einer Vorrichtung zu ermitteln.
In einem solchen Fall tritt ähnlich
wie bei einem Endgerät
ein Nah-Fern-Problem auf. Es ist deswegen erforderlich, die Interferenz
zu verringern und die Anzahl der kohärenten Summationszeiten zu
erhöhen.
Wenn die Erfindung bei einer Vorrichtung zur Messung der tx-Zeiten
von Basisstationen angewandt wird, kann das Nah-Fern-Problem eliminiert werden
und es können
auch die Übertragungszeiten eines
Signals von einer entfernt gelegenen Basisstation gemessen werden.
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Wenn
die Position des Endgeräts
durch die Verwendung des mobilen Kommunikationssystems ermittelt
wird, können
gemäß der Erfindung
verschiedene Verfahren durch Speichern der empfangenen Information
im Speicher durchgeführt
werden, die zur Erhöhung
der Schätzungsgenauigkeit
erforderlich sind.