方位および位置決めシステム
本システムは、方位および位置が要求され得る第１ノード（ＣＳ１、ＣＳ２）のクラスタおよび、直接の見通し線を共有する前記第１ノードの相対的な方位および位置を決定するための計測ノードと呼ばれる少なくとも１つのノード（ＦＮ１、ＦＮ２、．．．）から成り、各ノードがそれらの送信側および受信側で受信波および送信波の様々な偏波を伴うＭＩＭＯプロセスに基づいて動作する無線局（１１、１２、１３．．．）を有する。無線局は、・受信無線局が４つの偏波ＭＩＭＯ行列を推定できるように、送信側での偏波モードの選択およびその選択された偏波モードでのパイロット時空ブロックコードの送信；・受信機側での偏波モードの選択および受信した時空信号をその送信された時空ブロックと照合することによる４つの偏波ＭＩＭＯチャネル行列の推定；・各クラスタ内の第１ノードの位置および方位の別々の推定；・マルチパス信号の寄与を同偏波ＭＩＭＯチャネル行列から除去するための４つの推定された偏波ＭＩＭＯチャネル行列の結合；・受信機側で衝突マルチパス信号を特性化する方位角および仰角ならびに送信機側で発信マルチパス信号を特性化する方位角および仰角を推定するための直交偏波チャネルでの推定されたＭＩＭＯチャネル行列の使用、を実行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して無線システムにおける位置決めに関し、より詳細には、見通し線（ＬＯＳ）を検出して、移動ノードの位置および方位の推定値を配信するために、時間、偏波および空間ダイバーシチを結合する空間フィルタリング機能を備えた、方位および位置決めシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
かかるシステムは、オブジェクトの位置および方位の信頼できる推定値を配信するために有用である。このシステムは、位置および方位探知の目的物であるオブジェクトが、位置決め無線局と直接の見通し線を共有しないマルチパス無線環境、または探知するオブジェクトと位置決め局との間に少なくとも１つの見通し線がある無線環境のいずれにおいても使用可能である。かかるシステムは、屋内および屋外環境において動作することができる。このシステムはまた、干渉軽減および容量改善のような、他の無線ネットワークサービスに有用な空間フィルタリングソリューションも提供する。
【０００３】
リモートオブジェクトの位置決めは、介在する中継ノードの相対的な位置および方位に関する中間パラメータを必要とする。この場合、中継ノードの相対的な位置だけでなく、それらの相対的な方位も完全に知ることが重要である。
【０００４】
上記の種類の方位探知装置は、アドホックネットワークに関連する特許文献ＥＰ １１６１７ ６０１から知られている。そのシステムは、本特許文献で開示の通り、これらのネットワークで必要な位置決め情報を提供することを目的とする。
【０００５】
別の適用は、一定領域に関して、温度、塩分．．．などのいくつかの水のパラメータ、および風の強度などの他の大気のパラメータを測定するために、視野内の海に浮かんでいる海洋ブイ群に関する。これらのブイの地理的方位は、軌道計画を考慮し、注意して検討されなければならない。
【０００６】
本発明の目的は、従来技術よりも優れた性能を有する装置を提供すること、および、特に、多数のアクセスポイントまたはアンカーポイント（ＧＰＳ衛星は三角測量を使用している）を必要とせずに、オブジェクトの方位を提供することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明によれば、上述したシステムは、少なくとも以下のタスクを実現するという点において優れている：
・対になっていない送信機‐受信機の円偏波モードに対応する直交偏波ＭＩＭＯ行列の推定によるマルチパス信号検出および非見通し線（ＮＬＯＳ）ＭＩＭＯチャネル推定。この推定プロセスは、たとえ送信機および受信機が相互に相対的に間違った方向に向けられていても、円偏波モードは、見通し線（ＬＯＳ）を経由して送信される際に変更できないため、自然のマルチパスフィルタリングを表す。
・送信機側と受信機側での偏波が同一であるリンク上で推定される同偏波（ｃｏ−ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）ＭＩＭＯ行列に寄与するマルチパスの除去によるＬＯＳサブチャネルフィルタリング。このフィルタリングプロセスは、ＮＬＯＳの場合のように自然には実現できないが、これは、そのフィルタリングがアルゴリズムによって実現されるからである。
・タイミング同期を利用して時間内に分離できないノード群の位置および方位の単独での推定。
・２つの対になっていない円偏波に対応する２つの直交偏波ＭＩＭＯ行列および対になっていない円偏波に対応する２つの同偏波ＭＩＭＯ行列の推定。
・一方ではタイムドメイン内での第１フィルタリングステップの実現を目的とし、他方では上記４つのＭＩＭＯ行列の推定を目的とする、偏波の時空ブロックコードを使用する時空偏波。
・推定された偏波ＭＩＭＯ行列を用いた、到来方向（ＤＯＡ）、到来波の傾斜角（ＴＡＯＮ）、放射方向（ＤＯＤ）および放射波の傾斜角（ＴＡＯＵＴ）の推定。
・ＭＵＳＩＣやＭＶＲなどの高分解能アルゴリズムの、それらの相対的な多重偏波依存空間スペクトルの結合による改善。
・位置決め無線局と位置および方向操作の対象であるオブジェクトとの間に利用可能な見通し線がない場合の位置および方向探知サブシステム。このサブシステムは、ＭＩＭＯまたは多重偏波操作のいずれも実施できない無線局に限定された技術に対しても有用である。経路損失ベースの位置決め方法において、非等方性アンテナの問題は、ノード間の距離の誤推定を引き起こすため、重大な問題を提示することにも注意すべきである。その理由は、最終的な経路損失は、送信アンテナ利得および受信アンテナ利得の両方に比例するという事実から生じる。利得は、アンテナの方位にも依存する。これは、単純な利得等化による異方性効果の是正を困難にする。提案されたサブシステムも、これら特定の問題の解決策となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の重要な態様は、低ビット誤り率を必要とする情報を送信するためにフィルタリングされた同偏波ＭＩＭＯ行列を使用し、品質要求の低い情報については直交偏波行列を使用する実現性である。
【０００９】
反射波の適合したフィルタリングは、偏波自体によって提供される自然のフィルタリングを改善するような方法で実行されることに留意しなければならない。
【００１０】
本発明は、例として、添付の図を参照して、説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１ａ】偏波ダイバーシチ機能を備えたＭＩＭＯシステムが適用可能な無線サブシステムを示す図である。
【図１ｂ】本発明による位置および方位推定ＭＩＭＯならびに偏波ベースのサブシステムに対応するブロック図を示す。
【図１ｃ】本発明に従って使用され得る無線フロントエンドの一例を示すブロック図である。
【図１ｄ】マルチパスチャネルの、ネットワーク内の移動ノード間の伝送波および方位間違いへの影響を示す図である。
【図１ｅ】ユーザークラスタリングおよび信号検出の原理を示す図である。
【図１ｆ】空間検出およびチャネルフィルタリングブロックを強調する反復の位置方位決めプロセスの高水準記述を示す図である。
【図１ｇ】チャネルフィルタリングのない到来角スペクトルを示す図である。
【図１ｈ】マルチパス成分のフィルタリング後の到来角スペクトルを示す図である。
【図１ｉ】最小分散検出アルゴリズムの主要な構成要素を示す図である。
【図１ｊ】ＭＵＳＩＣ検出アルゴリズムの主要な構成要素を示す図である。
【図１ｋ】対形成アルゴリズムの主要な構成要素を示す図である。
【図２】位置および方位探知操作の対象となる各オブジェクトで非等方性利得を有するシングルアンテナが使用される位置および方位探知サブシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１ａは、結合された空間ダイバーシチおよび偏波ダイバーシチが使用可能な位置および方位サブシステムの一例である。そのサブシステムは、多数のセンサークラスタＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３．．．および多数の固定ノードＦＮ１、ＦＮ２、ＦＮ３を含む。本発明の目的は、任意のクラスタまたは固定ノードから検討される全てのノードおよびクラスタの方位および位置を探知することである。この図１ａにおいて、それぞれ起点Ｐ（０）、Ｐ（１）、Ｐ（２）．．．を持つ照合システムｕ１（１）ｕ２（１）、ｕ３（１）、ｕ１（２）ｕ２（２）、ｕ３（２）、ｕ１（３）ｕ２（３）、ｕ３（３）は、クラスタＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３．．．に割り当てられる。これらの照合システムは、固定ノードＦＮ１、ＦＮ２、ＦＮ３、．．．の照合システムと相対的に移動可能である。
【００１３】
図１ｂは、言及したクラスタおよび固定ノードに組み込まれている無線受信機の細部を示す。その無線受信機は、位置サーバー（ＬＳ）２５を経由して位置および方位（ＬＯ）情報を共有する１組の方位無線局１１、１２、１３、１４を含む。全ての前述の局１１、１２、１３、１４は、同一の構造を持つことができる。図１ｂにおいてのみ、局１１がより詳細に示されている。この局の無線部分（ＰＲＳ）は、アナログ高周波変調およびフィルタリング用の無線フロントエンド（ＲＦＥ）２３ならびに電磁右旋円偏波（ＲＨＣＰ）または左旋円偏波（ＬＨＣＰ）２５をいつでも送受信可能な制御可能偏波無線構造（ＣＰＲＳ）から成る。ＰＲＳのベースバンド部分は、ＣＰＲＳ、ＭＩＭＯ偏波チャネル推定（ＰＣＥ）モジュール２７、および位置および方位探知機（ＬＯＦ）２８内部のいずれかのグループのアンテナの偏波状態（ＲＨＣＰまたはＬＨＣＰ）を選択可能な偏波コントローラ（ＰＣ）２６を備える。
【００１４】
図１ｃは、装置１１のより明確な構成である。その装置は、種々の偏波を受信可能なグループアンテナのバンクＡＧ１、．．．ＡＧｇを含む。各バンクは、３つの円偏波アンテナの１つまたは数個のグループから成る。例えば、バンクＡＧ１は、少なくとも３つのアンテナ素子３３、３４および３５を含む。各グループ内のアンテナ素子は、次の３つの軸に向けられている。これらの軸の方位を記述する単位基底ベクトルｘ、ｙ、およびｚは、次元１、２または３の基底を形成する。かかる基底の３つの次元およびこれら単位ベクトル間の完全な直交性は、実際に達成するのは難しいが、望ましい。後者の場合、送信機での、および受信機アンテナ配置での無線システムは、それぞれ左旋円偏波（ＬＨＣＰ）または右旋円偏波（ＲＨＣＰ）の放射または検索を可能にする、完全な偏波システムを使用すると言われる。
【００１５】
線状アンテナのアレー配置で使用する場合、同じグループ内で一定の素子間間隔ｄｅおよび一定のグループ間間隔ｄｇを保持しながら、所与の軸に沿った構成が定期的に繰り返される。構造により、間隔ｄｇが半波長の倍数である場合、異なるグループに属するアンテナ素子間に相互関係または結合はない。
【００１６】
送信機および受信機側のアンテナ配列は、無線構成の完全性およびＬＨＣＰとＲＨＣＰ信号との間の直交性が、構成されたビームフォーマ間の完全性および直交性を通じて保存される、偏波ＭＩＭＯシステムの形成を可能にする。
【００１７】
図１ｃは、全ての偏波モードの並列検出の実現に利用可能なハードウェア資源がない場合に、所与の時間に受信するための偏波を選択する偏波モード選択モジュール３７を示す。低雑音増幅器３８、局部発振器３９、アナログデジタル変換器４０およびベースバンド成形フィルタから成る無線フロントエンドの主要なＲＦ構成要素も示されている。
【００１８】
図１ｃは、無線フロントエンドと、パイロットシンボルの非コヒーレント検出、チャネル推定および位置‐方位探知４２を実現する主要なベースバンドモジュールとの間の相互接続も示す。
【００１９】
図１ｄは、マルチパス伝搬の一例のための略図表現を示す。その図では、いくつかのノードＰ（０）、Ｐ（１）、Ｐ（２）およびＰ（３）を示す。参照Ｐｔｈ１、Ｐｔｈ２、Ｐｔｈ３およびＰｔｈ４は、ノードＰ（０）とＰ（１）の間のいくつかの伝搬経路を示す。ノードＰ（０）とノードＰ（２）の間に直接リンクがないことに留意しなければならない。これらの各ノードに対して座標系が付加されて、評価される全ての方位および位置パラメータがこのローカル座標系に参照されるようにする。この図１ｄは、マルチパス無線チャネルおよび方位誤り（ｍｉｓ−ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）５３の略図表現を示す。その表現は、ＬＯＳは通常、全てのノード対に対しては存在しないこと、およびかかる状況では、別のノードに相対的なノードの方位は、アドホックモード５４を使用して計算し得ることを示す。任意のリンク
【化１】
の広帯域（ＷＢ）チャネル応答は、ノード
【化２】
が偏波状態ｑで受信し、ノード
【化３】
が偏波状態ｑで送信している場合に、リンク
【化４】
に対応するＭｒ（ｑ）×Ｍｒ（ｑ´）ＭＩＭＯチャネル行列によって表される。かかる行列は、次の式で与えられる：
【数１】
式中、
【数２】
である。
【００２０】
【数３】
（それぞれ、
【数４】
）は、受信機（それぞれ送信機）側でのステアリングベクトルである。上付き文字Ｈは、エルミート共役を意味する。
【００２１】
符号γｌ´，ｌは、傾斜角を示す。時間変数τｉ（ｌ´，ｌ）は、ノード
【化５】
と
【化６】
の間の同期遅延および波ｉの移動時間の両方を含む。Ｃｑ´，ｑ（ｌ´，ｌ，ｉ）は、経路ｉに沿った、送信偏波状態ｑ´および受信偏波状態ｑに対応するチャネル利得を示す複素数である。リンク
【化７】
のＬＯＳに沿って、チャネル利得は、特性、
Ｃｑ´，ｑ（ｌ´，ｌ，ｉ，τ´，τ）＝Ｐｌ´，ｌδｑ，ｑ´ （３）
を有し、ここで、
【化８】
は、２つのノード間の距離特性およびｋ＝（２π／λ）に応じた複合経路損失要因である。
【００２２】
ＬＯＳがリンク
【化９】
上に存在し、その結果、ノード
【化１０】
に相対的なノード
【化１１】
の方位が以下のウィグナー行列によって完全に記述されると考えられる：
【数５】
式中、α（ｌ，ｌ´）、β（ｌ，ｌ´）およびγ（ｌ，ｌ´）は、対応するオイラー角である。
【００２３】
送信機側および受信機側でのアンテナ配列は、無線構成の完全性およびＬＨＣＰとＲＨＣＰ信号との間の直交性が、構成されたビームフォーマ間の完全性および直交性を通じて保存される、偏波ＭＩＭＯシステムの形成を可能にする。所与の偏波状態（ＲＨＣＰまたはＬＨＣＰ）ｑについて、軸に沿ったアンテナのグループに対するステアリングベクトルは、
ａｇ（ｑ，Ω）＝Ｄｇ（ｄ，Ω）ｐｇ（ｑ，Ω） （５）
によって与えられ、式中、
【数６】
である。
【００２４】
ｐｇは、偏波依存ステアリングベクトルである。小規模のデュアル電磁ダイポールに対して、このステアリングベクトルは、最大で
【数７】
によって与えられる一定の複素スカラーダイポールまでである。
【００２５】
Ｄｇ（ｑ，Ω）のｑ指標は、アンテナのグループｇを一定の偏波状態ｑ専用にできることを記憶するためである。これは、アンテナ構造がサイズ制限のない基地局のものの場合にあり得る。指標ｑは、ＰＣの動作の下でグループスイッチが偏波状態ｑにされた後、同じアンテナグループがＲＨＣＰまたはＬＨＣＰアンテナのいずれかによって使用される場合、省略され得る。
【００２６】
アンテナの全セットのステアリングベクトルは、
【数８】
によって与えられる。
【００２７】
図１ｅは、同期段階でクラスタ化されている移動ノードに対する手順を示す。任意の受信機ｌ´によって見られるマルチユーザーＭＩＭＯネットワークは、ｌ＝１，．．Ｌによって指標付けされ、信号を時間シンボルｎＴにおいて送信する１組のノードから成る。これらのノードは、受信機の同期モジュールによって有限数のクラスタ５５に分けられる。各クラスタは、有限数の送信機を表し、同一のクラスタに属するノードによって送信される波の第１到着時間（ＴＯＡ）は、受信機側で同じ時間シンボル５６の間に収まる。所与のクラスタに属するＬノードに対して、偏波状態ｑ´が全てのクラスタノードによって送信される場合に、偏波状態ｑで受信されたＭＩＭＯ信号行列は、
【数９】
によって与えられる。
【００２８】
ここで、同一の時間シンボル内のＬユーザー間のＴＯＡ差によるサンプリング利得およびフィルタリング利得によるサンプリング利得は、チャネル係数利得の一部であると考えられる。この式において、Ｚｑ，ｑ´（ｎ）は、マルチパス干渉信号および熱雑音から生じる（Ｍｒ（ｑ）×Ｎ）雑音行列である。Ｃｑ，ｑ´は、特性：
【数１０】
を有する周期的位相外（ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｈａｓｅ）相関関数を持つ相補的コードセットから取得された可能性のあるパイロットブロックである。
【００２９】
式中、Δ（τ）は、行列Ｃｑ，ｑ´の任意の反復コードをτシンボルによって遅らせるシフト演算子であり、ＩＭｒはＭｒ（ｑ）×Ｍｒ（ｑ）恒等行列である。
【００３０】
情報放送専用のパイロットチャネルが、ＭＩＭＯチャネルパラメータの推定に必要である。多重アンテナ構造がいかに膨大かによって、次の２つの信号伝達方式が使用され得る：
・特定の時間間隔中に、各送信機が、４つの双モードチャネル行列Ｈｑ，ｑ´のうちの１つを推定することを目的としたトレーニング系列の送信を許可される単一モードの信号伝達方式。
・同じ時間間隔中に、受信機が２つの双モードチャネル行列を推定できるように、各送信機が２つのシンボルブロックを並行して送信する、双モードの信号伝達方式。
【００３１】
同一場所に配置された電気および磁気アンテナを備え、この種のアンテナ間で信号伝達方式を使用するＭＩＭＯシステムのパイロットチャネルは、そのパイロットチャネルによって送信された信号Ｃｐ，ｐ´によって記述でき、ここで、ｐ（それぞれ、ｐ´）は、受信機側（それぞれ、送信機側）で使用される偏波のタイプを特性化するために使用される指標である。１組のＮ個のアンテナの偏波状態を識別する表記法は：
【数１１】
に従って採用される。
【００３２】
式中、ｐｎは、アンテナｎが偏波状態０（電気的に偏波されているか、または右旋円偏波されている）および値ｐｎ＝１の場合、値０を取るアンテナ番号ｎの偏波状態であり、アンテナが偏波状態１（磁気的に偏波されているか、または左旋円偏波されている）の場合、値ｐｎ＝１である。
【００３３】
関心対象の場合は、同様に偏波されたアンテナの場合に一致する。かかる場合、全てのＮ個のアンテナが電気的に偏波されているか、または右旋円偏波されているとき、ｐ＝０であり、全てのアンテナが磁気的に偏波されているか、または左旋円偏波されているとき、ｐ＝２Ｎ−１である。関心対象のかかる場合のみが考慮される場合、ｐ＝０の代わりに簡単な表記法（ｌｉｇｈｔ ｎｏｔａｔｉｏｎ）ｐ＝ｑ＝−１、ｐ＝２Ｎ−１の代わりにｐ＝１が使用され得る。
【００３４】
電気的−磁気的偏波アンテナ間のＭＩＭＯチャネル応答の場合を、円偏波アンテナ間のＭＩＭＯチャネル応答の場合と区別するため、第１の場合におけるＭＩＭＯチャネル応答はＨ´で示され、第２の場合におけるＭＩＭＯチャネル応答はＨで示される。電気的−磁気的偏波アンテナが接続の両側で使用される場合、偏波状態ｐで受信された信号行列は、偏波状態ｐ´がすべてのクラスタノードで送信されるとき、この場合は、
【数１２】
によって与えられ、式中、Ｚｐ，ｐ´は、付加雑音である。
【００３５】
簡単な表記法の使用により、２種類の偏波のＭＩＭＯチャネル応答間の対応を、次のように確立できる：
Ｈ−１、−１（ｌ´，ｌ，ｉ）＝０．５（Ｈ´−１，−１（ｌ´，ｌ，ｉ）＋Ｈ´１，１（ｌ´，ｌ，ｉ））＋０．５ｊ（Ｈ´−１，１（ｌ´，ｌ，ｉ）＋Ｈ´１，−１（ｌ´，ｌ，ｉ））
Ｈ１、１（ｌ´，ｌ，ｉ）＝０．５（Ｈ´−１，−１（ｌ´，ｌ，ｉ）＋Ｈ´１，１（ｌ´，ｌ，ｉ））−０．５ｊ（Ｈ´−１，１（ｌ´，ｌ，ｉ）−Ｈ´１，−１（ｌ´，ｌ，ｉ））
Ｈ−１、１（ｌ´，ｌ，ｉ）＝０．５（−Ｈ´−１，−１（ｌ´，ｌ，ｉ）＋Ｈ´１，１（ｌ´，ｌ，ｉ））＋０．５ｊ（Ｈ´−１，１（ｌ´，ｌ，ｉ）＋Ｈ´１，−１（ｌ´，ｌ，ｉ））
Ｈ１、−１（ｌ´，ｌ，ｉ）＝０．５（−Ｈ´−１，−１（ｌ´，ｌ，ｉ）＋Ｈ´１，１（ｌ´，ｌ，ｉ））−０．５ｊ（Ｈ´−１，１（ｌ´，ｌ，ｉ）＋Ｈ´１，−１（ｌ´，ｌ，ｉ））
【００３６】
これらの変換は、円偏波されたＭＩＭＯチャネル行列を電気的−磁気的に偏波されたものから推定するのに使用できる。電気的−磁気的チャネル応答は、パイロットチャネルに沿って送信機側で簡便な時間偏波ダイバーシチを使用する異なる時間間隔で推定できる。
【００３７】
シンボルブロックの除去を目的とするチャネル推定モジュールが、位置探知プロセスの前に使用されて、シンボルが最尤検出器によって除去される。
【００３８】
結果として生じる前述の直交偏波チャネル行列は、相違する送信および受信された偏波状態（ｑ＝ｑ´）によって特性化される。それらは、
【数１３】
によって与えられる。
【００３９】
結果として生じる前述の同偏波ＭＩＭＯ行列は、同様の送信および受信された偏波状態（ｑ＝ｑ´）によって特性化される。同偏波ＭＩＭＯ行列は、
【数１４】
によって与えられる。
【００４０】
式中、Ｎｑ，ｑ´（ｎ）は、平均ゼロで、通常、共分散行列Ｒｎを持つ分布変数である。行列Ａ（ｑ，Ω）＝（ａ（ｑ，Ω１），．．．，ａ（ｑ，ΩＬ））は、視方向Ω＝（Ω１，．．．，ΩＬ）Ｔにおけるステアリング行列を示す。Ｐ（ｄ）は、ＬＯＳ波の複素チャネル利得を含む対角行列であり、Ｐ（ｓ）ｑ，ｑ´は、マルチパス波の複素チャネル利得を含む行列であり、
【数１５】
は、送信機側で傾斜対角行列を与える対角行列である。
【００４１】
チャネル相互関係（ｃｈａｎｎｅｌ ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ）が確認される場合、マルチパスに沿ったチャネル行列利得は、次のように書くことができる：
【数１６】
【００４２】
式中、Ｐ（ｓ）ｃｏｐ（それぞれ、Ｐ（ｓ）ｃｒ）は、送信機および受信機での偏波状態が同一の（それぞれ、異なる）場合、マルチパスの複素チャネル利得を含む行列であり、Гｃｏｐ（ｓ）Гｃｒ（ｓ）は、２つの対角行列である。かかる恒等式は、相互的チャネル（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ ｃｈａｎｎｅｌ）に沿った電力節約特性、すなわち、
【数１７】
および
【数１８】
を保証する。
【００４３】
図１ｆを参照すると、各クラスタに相対的なロバストな位置および方位探知機は、次のモジュールから成る：
・直交偏波モードにおいて、チャネル行列ランクに関して収集された情報に基づき最良の推定法を選択するアルゴリズムセレクタモジュール６７
・ならびに、ソフトウェアおよびハードウェアの利用可能資源などの内部システム情報。
【００４４】
従って、チャネル数値（ｃｈａｎｎｅｌ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ）資源が利用可能な場合は、ＭＬ推定法が選択され得る。この方法は、スケーリングされた尤度関数
【数１９】
の最大値の発見から成る。
【００４５】
式中、ｆはマルチパス波の数に等しいサイズを持ち、成分
【数２０】
を持つベクトルである。
【００４６】
Ｃは、
【数２１】
によって与えられる、Ｌ（ｓ）×Ｌ（ｓ）行列である。
【００４７】
チャネル係数対角行列Ｐ（ｓ）ｃｒのＭＬ推定は、
【数２２】
によって与えられる。
【００４８】
ＭＬ推定法は莫大な計算資源を必要とするため、代わりにＭＵＳＩＣおよびＭＶベースの方法が利用できる。ＭＵＳＩＣアルゴリズムを説明している開示は、以下で見られ：
‐Ｒ．Ｏ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，“Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ”，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ａｎｔｅｎｎａｓ Ｐｒｏｐａｇａｔ．，Ｖｏｌ．ＡＰ−３４，Ｎｏ．３，ｐｐ．２７６−２８０，Ｍａｒ．１９８６
そして、ＭＶアルゴリズムの説明については、以下で見られる：
‐Ｊ．Ｃａｐｏｎ，“Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ａｎａｌｙｓｉｓ，”Ｐｒｏｃｃｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ，Ｖｏｌ．５７，ｐｐ．１４０８−１４１８（１９６９）。
【００４９】
直交偏波モードでの平均チャネル行列が共にランク不足の場合、ＭＵＳＩＣアルゴリズムが選択され、他方、これらの行列が十分なランクの場合は、ＭＶＲアルゴリズムが選択される。Ｒｃｒは、２つの行列のランクの最大値として選択される、これらの行列の共通のランクを示す。
【００５０】
最後の選択方法手順に基づき、送信機および受信機側で方向パラメータの推定を実現するマルチパスＤＯＡ（到来方向）およびＤＯＤ（放射方向）推定モジュール６８。
【００５１】
推定されたＡＯＡ（到来角）およびＡＯＤ（放射角）を先験的情報として使用するマルチパス傾斜角およびチャネル利得推定モジュール６９は、相互関係チャネルがこれら経路のいずれかで確認されるときはいつでも、傾斜角と同様、各経路でチャネル利得を推定する。確かに、マルチパスのＤＯＡおよびＤＯＤは一般に、全ての偏波モードについて同一であるため、同偏波モードが、マルチパスのチャネル利得と共に、ＡＯＡ、ＡＯＤ傾斜角、およびＬＯＳのチャネル利得の推定に使用される。直交偏波モードで既に推定されたマルチパスの傾斜角、ＤＯＡ、ＤＯＤは、マルチパス成分をフィルタリングして、同偏波モードでの信号対妨害比を高めるための先験的情報として使用される。それらは、アルゴリズムのロバストバージョンで再推定する必要はない。このモジュールは、各推定されたＤＯＡの一組の角度に対して、ＤＯＤの一組の角度を見つけ、対になったＤＯＡ／ＤＯＤパラメータが送信機‐受信機リンクの両端で特定経路の方向特性を記述できるようになることを目的とする対形成機能も有する。
【００５２】
既知のＭＩＭＯ行列７１と共に、ＤＯＡ、ＤＯＤ推定値およびチャネル利得推定値を使用する、同偏波ＭＩＭＯ行列からマルチパスチャネル成分を除去する同偏波チャネルフィルタリングモジュール７０。
【００５３】
フィルタリングされた同偏波チャネル行列を使用する、ＬＯＳに沿ってＡＯＡおよびＡＯＤを推定することを目的としたＬＯＳ ＤＯＡおよびＤＯＤ推定モジュール７２。
【００５４】
マルチパスの既に推定されたＤＯＡおよびＤＯＤならびにＬＯＳを先験的情報として使用して、同偏波ＭＩＭＯチャネルで、ＬＯＳとマルチパスの両方のチャネル利得および傾斜角の推定値を配信する、ＬＯＳ−マルチパス傾斜角およびチャネル利得推定モジュール７３。このモジュールは、チャネル利得推定値を改善するため、任意のマルチパス波に関するチャネル相互関係情報も使用する。
【００５５】
異なる推定値から計算された行列を検査する収束判定モジュール７４。収束が実現されると、推定された傾斜角、ＤＯＡおよびＤＯＤは、方位位置探知機７５に送信される。方位は、ウィグナー回転行列（方程式４）を計算することにより決定される。位置決めは、到着時間と共に、対の方位角と仰角を使用することにより計算される。そうでない場合は、新しく推定されたパラメータを、同偏波チャネルフィルタリングモジュールで先験的情報として使用し、マルチパス成分を再フィルタリングし、方位パラメータのより良い推定値を獲得する。
【００５６】
ＳＮＲおよびチャネル条件に基づき、位置および方位に関する期待誤差を提供する期待誤差推定器モジュール７６。
【００５７】
高ランクＭＶＲベースのアルゴリズムは、ＬＯＳおよびマルチパスパラメータを推定するために、全ての偏波モードを一緒に使用する。かかるアルゴリズムは、マルチパス波の数が多いが、電力がＬＯＷ波よりもはるかに弱い場合に使用され得る。
【００５８】
図１ｇは、マルチパスフィルタリングがない場合に見られるＤＯＡスペクトルの一例を示す。スペクトルの対数スケーリングが、そのスペクトルの空間変動を明確に区別するために使用される。送信機のＬＯＳおよびＬＯＳ自身と同様に強い波を有するマルチパスチャネルに、２人のユーザーがいる。このアルゴリズムは、２人のユーザーのいずれも発見できない。
【００５９】
図１ｈは、３回のみ反復した後に見られるＤＯＡスペクトルを示す。２人のユーザーが、今度は明確に識別され、このアルゴリズムは、これら数回の反復の後、停止できる。
【００６０】
図１ｉは、ＭＶＲアルゴリズムに基づくスペクトル積（ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｐｒｏｄｕｃｔ）の略図を示す。
【００６１】
このアルゴリズムは、それぞれ特定の偏波ＭＩＭＯチャネルに対応する２つの行列の自己相関によりそれぞれ取得された２つの相関行列を利用する。従って、偏波モードが（ｑ１，ｑ´１）および（ｑ２，ｑ´２）の場合、相関行列は、受信相関行列
【数２３】
または送信相関行列
【数２４】
のいずれかである。送信相関行列は、送信機側でチャネルパラメータ、すなわち１組のＡＯＤ、および傾斜角を推定するために使用され、他方、受信相関行列は、１組のＡＯＡを推定するために使用される。
【００６２】
マルチパスＤＯＡ、ＤＯＤおよび傾斜角を推定するために、偏波モード（ｑ１，ｑ´１）＝（−１，１）および（ｑ２，ｑ´２）＝（＋１，−１）が使用される。同偏波モード（ｑ１，ｑ´１）＝（−１，−１）および（ｑ２，ｑ´２）＝（＋１，＋１）は、ＬＯＤ ＤＯＡ、ＤＯＤおよび傾斜角ならびにマルチパスチャネル利得の両方が同偏波モードで推定される場合に使用される。
【００６３】
相関行列は、「受信相関行列」または「送信相関行列」８７のいずれかである。「受信相関行列」の対は、それぞれ
【数２５】
および
【数２６】
によって与えられ、他方、「送信相関行列」の対は、
【数２７】
および
【数２８】
によって与えられる。
【００６４】
第２ステップでは、ＤＯＡに対する２つのＭＶＲスペクトル８８またはＤＯＤに対する２つのＭＶＲスペクトルのいずれかを提供するために、標準的なＭＶＲアルゴリズムが２つの偏波モードで適用される。所与の（ｑ１，ｑ´１）偏波モードでのＭＶＲスペクトルは、
【数２９】
によって与えられる。
【００６５】
ＭＶＲビームフォーマに対する制約は、
【数３０】
および
【数３１】
で表現される。それらは、実際の方向ＤＯＡまたはＤＯＤを向きながら、対象とする偏波モードでの最大電力、および直交偏波モードでのゼロ電力（ｎｕｌｌ ｐｏｗｅｒ）の両方、すなわち、
【数３２】
および
【数３３】
を表現する。ここで、ｇは視方向Ωでの最大利得である。
【００６６】
第３ステップでは、２つの偏波モード８９で、共通のＭＶＲスペクトルがＭＶＲスペクトルの積を使用して計算される。
【数３４】
【００６７】
スペクトル加算も同様に使用され得る。積の利点は、和と比較して、積によって提示されるより強度な半電力ビーム幅（ＨＰＢＷ）である。
【００６８】
ＤＯＡ（またはＤＯＤ）角度の組は、降順９０で格納されている共通のＭＶＲスペクトルの極大値に対応する第１Ｒｃｒ角度の組である。
【００６９】
図１ｊは、ＭＵＳＩＣベースのアルゴリズムを示す。このアルゴリズムは、それぞれ特定の偏波ＭＩＭＯチャネルに対応する２つの行列の自己相関によってそれぞれ取得された２つの相関行列を利用する。第１ステップにおいて、送信機側での信号空間と雑音が分離される（９１）。良く使われる表記法を使用すると、（ｑ１，ｑ１´）偏波モードでのチャネル行列のＳＶＤ分解は、次のように記述できる：
【数３５】
【００７０】
特に、送信機側での雑音空間がＤＯＤの推定に使用される一方、受信機側での雑音空間は、ＤＯＡの推定に使用される。これらの雑音は、それぞれ次の式で与えられる：
【数３６】
および
【数３７】
【００７１】
雑音空間９２成分の平均は、その後、次で取得される：
【数３８】
および
【数３９】
【００７２】
第２ステップでは、２つの送信ＭＵＳＩＣスペクトル９３
【数４０】
および
【数４１】
、
または２つの受信ＭＵＣＩＣスペクトル
【数４２】
を提供する標準のＭＵＳＩＣアルゴリズムが適用される。
【００７３】
第３ステップでは、共通のＭＵＳＩＣスペクトルが、２つの直交偏波モードでＭＵＳＩＣスペクトルの積を使用して、次のように計算される：
【数４３】
【００７４】
前記の場合のように、スペクトル加算も同様に使用され得る。本発明の一態様によれば、積の利点は、和に比べて、積によって提示されるより強度な半電力ビーム幅（ＨＰＢＷ）である。
【００７５】
ＤＯＤ（またはＤＯＡ）角度の組は、降順９４で格納されている共通のＭＵＳＩＣスペクトルの極大値に対応する第１Ｒｃｒ角度の組である。
【００７６】
図１ｋは、チャネル利得推定モジュールを構成する主要なブロックを示す。そのモジュールは、各マルチパスの利得の推定に使用される場合、チャネルの相互関係検査１０５から成る追加タスクを実現する。相互関係検査器は、直交偏波モードでの所与のＡＯＡとＡＯＤの組および平均チャネル行列に基づき、別々に推定されるチャネルの利得が相互的チャネルに対応するか否かを検査できる。チャネル相互関係検査器は、２つの対角行列
【数４４】
および
【数４５】
の第１推定を
【数４６】
によって与える。
【００７７】
その後、測定基準が、計算された対角行列間の距離を判断するために使用される。直接的な方法は、相対誤差を使用することである：
【数４７】
【００７８】
誤差が一定の小さい値より低い場合、そのチャネルは相互的であり、２つの対角行列
【数４８】
および
【数４９】
のより良い推定値は、傾斜行列Гｃｒ（ｍ）１０７および対角共通チャネル利得行列１０８ Ｐｃｒ（ｍ）を以下に従って別々に推定することにより提供され得る：
【数５０】
【数５１】
および
【数５２】
【００７９】
このモジュールを構成する他のブロックは、以下のとおり：
・ＡＯＤ対の組
【数５３】
の全ての可能な順列を生成する順列ブロック１０６。
・対形成決定モジュール１０９、そのタスクは、各ＡＯＡでＡＯＤを結合することである。確かに、到来角および放射角は、独自の方法で推定される。対形成は、送信機および受信機が見るように、物理的経路を再構成する。対形成操作は、所与の基準の最適化に基づく。かかる基準の例として、対数尤度の最大化または再構成されたチャネル行列と実際の雑音のあるものとの間の距離の最小化がある。
【００８０】
フィルタリングプロセスは、チャネル行列Ｈｑ，ｑ´をＬＯＳおよびＮＬＯＳ行列に分けるのを許可してきた。ＬＯＳに沿ったＡＯＡは、少なくとも１フレーム中は一定であり、ＮＬＯＳに沿ったＡＯＡはそれより安定していないと見なすことができるが、少なくとも１フレーム中はそれらを一定に保つことができる。他方、他のパラメータは、環境変化によって変化し、再推定を必要とする。これは、固定局側での方位位置検出アルゴリズムの簡易化手法を提供する。
【００８１】
図２は、位置および方位探知操作の対象である各ノード１１０（図２の回転ノード（ｒｏｔａｔｅｄ ｎｏｄｅ））で、絶対利得を持たないシングルアンテナが使用されるサブシステムの一例である。特に：
・このサブシステムは、三辺測量位置決め方法を改善するために、アンテナ角度電力利得特性を利用する。
・このサブシステムは、アンテナの方位推定を提供するために、アンテナ角度電力利得特性を利用する。
・このサブシステムは、方位パラメータを推定するために、方位パラメータグリッドの検索と共に、位置決め無線局１１１（マーク）の位置および方位が既知である、三辺測量ベースのアルゴリズムを実行する。検索中に、より良い解を保つために距離が使用される。さらに、勾配アルゴリズムやＥＭアルゴリズムなどの他の方法による方位と位置の結合推定が、特別なアルゴリズムとして考案され得る。
【００８２】
三辺測量ベースのアルゴリズムのためのツールおよび設定：
・他のＬノードから受信した電力：
【数５４】
・他のノードの位置：Ｍ＝｛Ｍｌ；ｌ＝１，．．Ｌ｝
・送信位置決め無線局１１０でのアンテナ角度電力利得特性１１２ Ｇｔｒ＝｛ｇｌ（Ω）；ｌ＝１，．．Ｌ｝、ここでΩは外向き波の方向であり、２Ｄ平面における極角または３Ｄ空間における球面角のいずれかによってパラメータ化できる。
・任意の回転ｇ０（Ω）の前の受信機ノード１１１のアンテナ角度電力利得特性１１３。
・回転が３Ｄ空間で保持されている場合のオイラー角の１組のＩ三重項または２Ｄ平面における回転のための単位円上の１組のＩ角度から成る方位グリッドГ＝｛Гｉ；ｉ＝１，．．，Ｉ｝。
・チャネル利得：ｈ＝｛ｈｌ；ｌ＝１，．．Ｌ｝。それらは一般に、以下のように表現できる：
ｏ
【数５５】
、
式中αおよびＣｌは、２つの正定数である。
・入力として１組のパラメータＨおよびＭを持ち、出力として位置座標Ｍ０を持つ、古典的な三辺測量アルゴリズム。Ｍ０＝Ｔｒｉｌ（Ｈ，Ｍ）
【００８３】
アルゴリズム：
初期設定：初期距離δ（ｏｌｄ）を高い値に確定し、収束距離δ（∞）を確定する
・グリッドГに関して検索を実行する
ｏ各Гｉに対して、以下の初期設定を実行する
■経路損失パラメータの任意の組Ｈ（ｎｅｗ）を選択する
■位置パラメータをＭ０（ｎｅｗ）＝Ｔｒｉｌ（Ｈ（ｎｅｗ），Ｍ）に初期化する
■Ｍ０（ｎｅｗ）およびＭからＬノードΩ（ｎｅｗ）＝｛Ωｌ（ｎｅｗ）；ｌ＝１，．．Ｌ｝への方向を計算する
■受信ノードでの指向性利得（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｇａｉｎ）の組を計算する：
【数５６】
■新しい電力を計算する：Ｐ（ｎｅｗ）＝｛Ｐｌ（ｎｅｗ）；ｌ＝１，．．Ｌ｝、式中Ｐｌ（ｎｅｗ）＝ｇ０（ｒｅｃ）（Ωｌ（ｎｅｗ），Гｌ）ｇｌ（ｔｒ）（Ωｌ（ｎｅｗ））ｈｌ（ｎｅｗ）
■計算された電力と受信された電力の間の平均距離を計算する：
【数５７】
■Ｅｎｄ＝０
■Ｅｎｄ＝０の間、繰り返す
・δｉ（ｏｌｄ）←δｉ（ｎｅｗ）およびｈ（ｏｌｄ）←ｈ（ｎｅｗ）
・新しい位置パラメータをＨ（ｏｌｄ）およびＭから計算する：Ｍ０（ｎｅｗ）＝Ｔｒｉｌ（Ｈ（ｏｌｄ），Ｍ）
・Ｍ０（ｎｅｗ）およびＭからＬノードΩ（ｎｅｗ）＝｛Ωｌ（ｎｅｗ）；ｌ＝１，．．Ｌ｝への方向を計算する
・受信ノードでの指向性利得の組を計算する：
【数５８】
・新しい電力を計算する：Ｐ（ｎｅｗ）＝｛Ｐｌ（ｎｅｗ）；ｌ＝１，．．Ｌ｝、式中Ｐｌ（ｎｅｗ）＝ｇ０（ｒｅｃ）（Ωｌ（ｎｅｗ），Гｌ）ｇｌ（ｔｒ）（Ωｌ（ｎｅｗ））ｈｌ（ｏｌｓ）
・きわめて重要：経路損失パラメータを強制的に
【数５９】
にする
・重要：送信ノードを、有限経路損失ｈｌ（ｎｅｗ）を持つノードに変換する
・新しい距離
【数６０】
を計算する
・｜δ（ｎｅｗ）−δ（ｏｌｄ）｜＜εの場合、Ｅｎｄ＝１
ｏグリッド上の指標として
【数６１】
を満足するものを選択する
方位をГｊおよび対応する位置パラメータとして推定する
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して無線システムにおける位置決めに関し、より詳細には、見通し線（ＬＯＳ）を検出して、移動ノードの位置および方位の推定値を配信するために、時間、偏波および空間ダイバーシチを結合する空間フィルタリング機能を備えた、方位および位置決めシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
かかるシステムは、オブジェクトの位置および方位の信頼できる推定値を配信するために有用である。このシステムは、位置および方位探知の目的物であるオブジェクトが、位置決め無線局と直接の見通し線を共有しないマルチパス無線環境、または探知するオブジェクトと位置決め局との間に少なくとも１つの見通し線がある無線環境のいずれにおいても使用可能である。かかるシステムは、屋内および屋外環境において動作することができる。このシステムはまた、干渉軽減および容量改善のような、他の無線ネットワークサービスに有用な空間フィルタリングソリューションも提供する。
【０００３】
リモートオブジェクトの位置決めは、介在する中継ノードの相対的な位置および方位に関する中間パラメータを必要とする。この場合、中継ノードの相対的な位置だけでなく、それらの相対的な方位も完全に知ることが重要である。
【０００４】
上記の種類の方位探知装置は、アドホックネットワークに関連する特許文献ＥＰ １１６１７ ６０１から知られている。そのシステムは、本特許文献で開示の通り、これらのネットワークで必要な位置決め情報を提供することを目的とする。
【０００５】
別の適用は、一定領域に関して、温度、塩分．．．などのいくつかの水のパラメータ、および風の強度などの他の大気のパラメータを測定するために、視野内の海に浮かんでいる海洋ブイ群に関する。これらのブイの地理的方位は、軌道計画を考慮し、注意して検討されなければならない。
【０００６】
本発明の目的は、従来技術よりも優れた性能を有する装置を提供すること、および、特に、多数のアクセスポイントまたはアンカーポイント（ＧＰＳ衛星は三角測量を使用している）を必要とせずに、オブジェクトの方位を提供することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明によれば、上述したシステムは、少なくとも以下のタスクを実現するという点において優れている：
・対になっていない送信機‐受信機の円偏波モードに対応する直交偏波ＭＩＭＯ行列の推定によるマルチパス信号検出および非見通し線（ＮＬＯＳ）ＭＩＭＯチャネル推定。この推定プロセスは、たとえ送信機および受信機が相互に相対的に間違った方向に向けられていても、円偏波モードは、見通し線（ＬＯＳ）を経由して送信される際に変更できないため、自然のマルチパスフィルタリングを表す。
・送信機側と受信機側での偏波が同一であるリンク上で推定される同偏波（ｃｏ−ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）ＭＩＭＯ行列に寄与するマルチパスの除去によるＬＯＳサブチャネルフィルタリング。このフィルタリングプロセスは、ＮＬＯＳの場合のように自然には実現できないが、これは、そのフィルタリングがアルゴリズムによって実現されるからである。
・タイミング同期を利用して時間内に分離できないノード群の位置および方位の単独での推定。
・２つの対になっていない円偏波に対応する２つの直交偏波ＭＩＭＯ行列および対になっていない円偏波に対応する２つの同偏波ＭＩＭＯ行列の推定。
・一方ではタイムドメイン内での第１フィルタリングステップの実現を目的とし、他方では上記４つのＭＩＭＯ行列の推定を目的とする、偏波の時空ブロックコードを使用する時空偏波。
・推定された偏波ＭＩＭＯ行列を用いた、到来方向（ＤＯＡ）、到来波の傾斜角（ＴＡＯＮ）、放射方向（ＤＯＤ）および放射波の傾斜角（ＴＡＯＵＴ）の推定。
・ＭＵＳＩＣやＭＶＲなどの高分解能アルゴリズムの、それらの相対的な多重偏波依存空間スペクトルの結合による改善。
・位置決め無線局と位置および方向操作の対象であるオブジェクトとの間に利用可能な見通し線がない場合の位置および方向探知サブシステム。このサブシステムは、ＭＩＭＯまたは多重偏波操作のいずれも実施できない無線局に限定された技術に対しても有用である。経路損失ベースの位置決め方法において、非等方性アンテナの問題は、ノード間の距離の誤推定を引き起こすため、重大な問題を提示することにも注意すべきである。その理由は、最終的な経路損失は、送信アンテナ利得および受信アンテナ利得の両方に比例するという事実から生じる。利得は、アンテナの方位にも依存する。これは、単純な利得等化による異方性効果の是正を困難にする。提案されたサブシステムも、これら特定の問題の解決策となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の重要な態様は、低ビット誤り率を必要とする情報を送信するためにフィルタリングされた同偏波ＭＩＭＯ行列を使用し、品質要求の低い情報については直交偏波行列を使用する実現性である。
【０００９】
反射波の適合したフィルタリングは、偏波自体によって提供される自然のフィルタリングを改善するような方法で実行されることに留意しなければならない。
【００１０】
本発明は、例として、添付の図を参照して、説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１ａ】偏波ダイバーシチ機能を備えたＭＩＭＯシステムが適用可能な無線サブシステムを示す図である。
【図１ｂ】本発明による位置および方位推定ＭＩＭＯならびに偏波ベースのサブシステムに対応するブロック図を示す。
【図１ｃ】本発明に従って使用され得る無線フロントエンドの一例を示すブロック図である。
【図１ｄ】マルチパスチャネルの、ネットワーク内の移動ノード間の伝送波および方位間違いへの影響を示す図である。
【図１ｅ】ユーザークラスタリングおよび信号検出の原理を示す図である。
【図１ｆ】空間検出およびチャネルフィルタリングブロックを強調する反復の位置方位決めプロセスの高水準記述を示す図である。
【図１ｇ】チャネルフィルタリングのない到来角スペクトルを示す図である。
【図１ｈ】マルチパス成分のフィルタリング後の到来角スペクトルを示す図である。
【図１ｉ】最小分散検出アルゴリズムの主要な構成要素を示す図である。
【図１ｊ】ＭＵＳＩＣ検出アルゴリズムの主要な構成要素を示す図である。
【図１ｋ】対形成アルゴリズムの主要な構成要素を示す図である。
【図２】位置および方位探知操作の対象となる各オブジェクトで非等方性利得を有するシングルアンテナが使用される位置および方位探知サブシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１ａは、結合された空間ダイバーシチおよび偏波ダイバーシチが使用可能な位置および方位サブシステムの一例である。そのサブシステムは、多数のセンサークラスタＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３．．．および多数の固定ノードＦＮ１、ＦＮ２、ＦＮ３を含む。本発明の目的は、任意のクラスタまたは固定ノードから検討される全てのノードおよびクラスタの方位および位置を探知することである。この図１ａにおいて、それぞれ起点Ｐ（０）、Ｐ（１）、Ｐ（２）．．．を持つ照合システムｕ１（１）ｕ２（１）、ｕ３（１）、ｕ１（２）ｕ２（２）、ｕ３（２）、ｕ１（３）ｕ２（３）、ｕ３（３）は、クラスタＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３．．．に割り当てられる。これらの照合システムは、固定ノードＦＮ１、ＦＮ２、ＦＮ３、．．．の照合システムと相対的に移動可能である。
【００１３】
図１ｂは、言及したクラスタおよび固定ノードに組み込まれている無線受信機の細部を示す。その無線受信機は、位置サーバー（ＬＳ）２５を経由して位置および方位（ＬＯ）情報を共有する１組の方位無線局１１、１２、１３、１４を含む。全ての前述の局１１、１２、１３、１４は、同一の構造を持つことができる。図１ｂにおいてのみ、局１１がより詳細に示されている。この局の無線部分（ＰＲＳ）は、アナログ高周波変調およびフィルタリング用の無線フロントエンド（ＲＦＥ）２３ならびに電磁右旋円偏波（ＲＨＣＰ）または左旋円偏波（ＬＨＣＰ）２５をいつでも送受信可能な制御可能偏波無線構造（ＣＰＲＳ）から成る。ＰＲＳのベースバンド部分は、ＣＰＲＳ、ＭＩＭＯ偏波チャネル推定（ＰＣＥ）モジュール２７、および位置および方位探知機（ＬＯＦ）２８内部のいずれかのグループのアンテナの偏波状態（ＲＨＣＰまたはＬＨＣＰ）を選択可能な偏波コントローラ（ＰＣ）２６を備える。
【００１４】
図１ｃは、装置１１のより明確な構成である。その装置は、種々の偏波を受信可能なグループアンテナのバンクＡＧ１、．．．ＡＧｇを含む。各バンクは、３つの円偏波アンテナの１つまたは数個のグループから成る。例えば、バンクＡＧ１は、少なくとも３つのアンテナ素子３３、３４および３５を含む。各グループ内のアンテナ素子は、次の３つの軸に向けられている。これらの軸の方位を記述する単位基底ベクトルｘ、ｙ、およびｚは、次元１、２または３の基底を形成する。かかる基底の３つの次元およびこれら単位ベクトル間の完全な直交性は、実際に達成するのは難しいが、望ましい。後者の場合、送信機での、および受信機アンテナ配置での無線システムは、それぞれ左旋円偏波（ＬＨＣＰ）または右旋円偏波（ＲＨＣＰ）の放射または検索を可能にする、完全な偏波システムを使用すると言われる。
【００１５】
線状アンテナのアレー配置で使用する場合、同じグループ内で一定の素子間間隔ｄｅおよび一定のグループ間間隔ｄｇを保持しながら、所与の軸に沿った構成が定期的に繰り返される。構造により、間隔ｄｇが半波長の倍数である場合、異なるグループに属するアンテナ素子間に相互関係または結合はない。
【００１６】
送信機および受信機側のアンテナ配列は、無線構成の完全性およびＬＨＣＰとＲＨＣＰ信号との間の直交性が、構成されたビームフォーマ間の完全性および直交性を通じて保存される、偏波ＭＩＭＯシステムの形成を可能にする。
【００１７】
図１ｃは、全ての偏波モードの並列検出の実現に利用可能なハードウェア資源がない場合に、所与の時間に受信するための偏波を選択する偏波モード選択モジュール３７を示す。低雑音増幅器３８、局部発振器３９、アナログデジタル変換器４０およびベースバンド成形フィルタから成る無線フロントエンドの主要なＲＦ構成要素も示されている。
【００１８】
図１ｃは、無線フロントエンドと、パイロットシンボルの非コヒーレント検出、チャネル推定および位置‐方位探知４２を実現する主要なベースバンドモジュールとの間の相互接続も示す。
【００１９】
図１ｄは、マルチパス伝搬の一例のための略図表現を示す。その図では、いくつかのノードＰ（０）、Ｐ（１）、Ｐ（２）およびＰ（３）を示す。参照Ｐｔｈ１、Ｐｔｈ２、Ｐｔｈ３およびＰｔｈ４は、ノードＰ（０）とＰ（１）の間のいくつかの伝搬経路を示す。ノードＰ（０）とノードＰ（２）の間に直接リンクがないことに留意しなければならない。これらの各ノードに対して座標系が付加されて、評価される全ての方位および位置パラメータがこのローカル座標系に参照されるようにする。この図１ｄは、マルチパス無線チャネルおよび方位誤り（ｍｉｓ−ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）５３の略図表現を示す。その表現は、ＬＯＳは通常、全てのノード対に対しては存在しないこと、およびかかる状況では、別のノードに相対的なノードの方位は、アドホックモード５４を使用して計算し得ることを示す。任意のリンク
【化１】
の広帯域（ＷＢ）チャネル応答は、ノード
【化２】
が偏波状態ｑで受信し、ノード
【化３】
が偏波状態ｑで送信している場合に、リンク
【化４】
に対応するＭｒ（ｑ）×Ｍｒ（ｑ´）ＭＩＭＯチャネル行列によって表される。かかる行列は、次の式で与えられる：
【数１】
式中、
【数２】
である。
【００２０】
【数３】
（それぞれ、
【数４】
）は、受信機（それぞれ送信機）側でのステアリングベクトルである。上付き文字Ｈは、エルミート共役を意味する。
【００２１】
符号γｌ´，ｌは、傾斜角を示す。時間変数τｉ（ｌ´，ｌ）は、ノード
【化５】
と
【化６】
の間の同期遅延および波ｉの移動時間の両方を含む。Ｃｑ´，ｑ（ｌ´，ｌ，ｉ）は、経路ｉに沿った、送信偏波状態ｑ´および受信偏波状態ｑに対応するチャネル利得を示す複素数である。リンク
【化７】
のＬＯＳに沿って、チャネル利得は、特性、
Ｃｑ´，ｑ（ｌ´，ｌ，ｉ，τ´，τ）＝Ｐｌ´，ｌδｑ，ｑ´ （３）
を有し、ここで、
【化８】
は、２つのノード間の距離特性およびｋ＝（２π／λ）に応じた複合経路損失要因である。
【００２２】
ＬＯＳがリンク
【化９】
上に存在し、その結果、ノード
【化１０】
に相対的なノード
【化１１】
の方位が以下のウィグナー行列によって完全に記述されると考えられる：
【数５】
式中、α（ｌ，ｌ´）、β（ｌ，ｌ´）およびγ（ｌ，ｌ´）は、対応するオイラー角である。
【００２３】
送信機側および受信機側でのアンテナ配列は、無線構成の完全性およびＬＨＣＰとＲＨＣＰ信号との間の直交性が、構成されたビームフォーマ間の完全性および直交性を通じて保存される、偏波ＭＩＭＯシステムの形成を可能にする。所与の偏波状態（ＲＨＣＰまたはＬＨＣＰ）ｑについて、軸に沿ったアンテナのグループに対するステアリングベクトルは、
ａｇ（ｑ，Ω）＝Ｄｇ（ｄ，Ω）ｐｇ（ｑ，Ω） （５）
によって与えられ、式中、
【数６】
である。
【００２４】
ｐｇは、偏波依存ステアリングベクトルである。小規模のデュアル電磁ダイポールに対して、このステアリングベクトルは、最大で
【数７】
によって与えられる一定の複素スカラーダイポールまでである。
【００２５】
Ｄｇ（ｑ，Ω）のｑ指標は、アンテナのグループｇを一定の偏波状態ｑ専用にできることを記憶するためである。これは、アンテナ構造がサイズ制限のない基地局のものの場合にあり得る。指標ｑは、ＰＣの動作の下でグループスイッチが偏波状態ｑにされた後、同じアンテナグループがＲＨＣＰまたはＬＨＣＰアンテナのいずれかによって使用される場合、省略され得る。
【００２６】
アンテナの全セットのステアリングベクトルは、
【数８】
によって与えられる。
【００２７】
図１ｅは、同期段階でクラスタ化されている移動ノードに対する手順を示す。任意の受信機ｌ´によって見られるマルチユーザーＭＩＭＯネットワークは、ｌ＝１，．．Ｌによって指標付けされ、信号を時間シンボルｎＴにおいて送信する１組のノードから成る。これらのノードは、受信機の同期モジュールによって有限数のクラスタ５５に分けられる。各クラスタは、有限数の送信機を表し、同一のクラスタに属するノードによって送信される波の第１到着時間（ＴＯＡ）は、受信機側で同じ時間シンボル５６の間に収まる。所与のクラスタに属するＬノードに対して、偏波状態ｑ´が全てのクラスタノードによって送信される場合に、偏波状態ｑで受信されたＭＩＭＯ信号行列は、
【数９】
によって与えられる。
【００２８】
ここで、同一の時間シンボル内のＬユーザー間のＴＯＡ差によるサンプリング利得およびフィルタリング利得によるサンプリング利得は、チャネル係数利得の一部であると考えられる。この式において、Ｚｑ，ｑ´（ｎ）は、マルチパス干渉信号および熱雑音から生じる（Ｍｒ（ｑ）×Ｎ）雑音行列である。Ｃｑ，ｑ´は、特性：
【数１０】
を有する周期的位相外（ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｈａｓｅ）相関関数を持つ相補的コードセットから取得された可能性のあるパイロットブロックである。
【００２９】
式中、Δ（τ）は、行列Ｃｑ，ｑ´の任意の反復コードをτシンボルによって遅らせるシフト演算子であり、ＩＭｒはＭｒ（ｑ）×Ｍｒ（ｑ）恒等行列である。
【００３０】
情報放送専用のパイロットチャネルが、ＭＩＭＯチャネルパラメータの推定に必要である。多重アンテナ構造がいかに膨大かによって、次の２つの信号伝達方式が使用され得る：
・特定の時間間隔中に、各送信機が、４つの双モードチャネル行列Ｈｑ，ｑ´のうちの１つを推定することを目的としたトレーニング系列の送信を許可される単一モードの信号伝達方式。
・同じ時間間隔中に、受信機が２つの双モードチャネル行列を推定できるように、各送信機が２つのシンボルブロックを並行して送信する、双モードの信号伝達方式。
【００３１】
同一場所に配置された電気および磁気アンテナを備え、この種のアンテナ間で信号伝達方式を使用するＭＩＭＯシステムのパイロットチャネルは、そのパイロットチャネルによって送信された信号Ｃｐ，ｐ´によって記述でき、ここで、ｐ（それぞれ、ｐ´）は、受信機側（それぞれ、送信機側）で使用される偏波のタイプを特性化するために使用される指標である。１組のＮ個のアンテナの偏波状態を識別する表記法は：
【数１１】
に従って採用される。
【００３２】
式中、ｐｎは、アンテナｎが偏波状態０（電気的に偏波されているか、または右旋円偏波されている）および値ｐｎ＝１の場合、値０を取るアンテナ番号ｎの偏波状態であり、アンテナが偏波状態１（磁気的に偏波されているか、または左旋円偏波されている）の場合、値ｐｎ＝１である。
【００３３】
関心対象の場合は、同様に偏波されたアンテナの場合に一致する。かかる場合、全てのＮ個のアンテナが電気的に偏波されているか、または右旋円偏波されているとき、ｐ＝０であり、全てのアンテナが磁気的に偏波されているか、または左旋円偏波されているとき、ｐ＝２Ｎ−１である。関心対象のかかる場合のみが考慮される場合、ｐ＝０の代わりに簡単な表記法（ｌｉｇｈｔ ｎｏｔａｔｉｏｎ）ｐ＝ｑ＝−１、ｐ＝２Ｎ−１の代わりにｐ＝１が使用され得る。
【００３４】
電気的−磁気的偏波アンテナ間のＭＩＭＯチャネル応答の場合を、円偏波アンテナ間のＭＩＭＯチャネル応答の場合と区別するため、第１の場合におけるＭＩＭＯチャネル応答はＨ´で示され、第２の場合におけるＭＩＭＯチャネル応答はＨで示される。電気的−磁気的偏波アンテナが接続の両側で使用される場合、偏波状態ｐで受信された信号行列は、偏波状態ｐ´がすべてのクラスタノードで送信されるとき、この場合は、
【数１２】
によって与えられ、式中、Ｚｐ，ｐ´は、付加雑音である。
【００３５】
簡単な表記法の使用により、２種類の偏波のＭＩＭＯチャネル応答間の対応を、次のように確立できる：
Ｈ−１、−１（ｌ´，ｌ，ｉ）＝０．５（Ｈ´−１，−１（ｌ´，ｌ，ｉ）＋Ｈ´１，１（ｌ´，ｌ，ｉ））＋０．５ｊ（Ｈ´−１，１（ｌ´，ｌ，ｉ）＋Ｈ´１，−１（ｌ´，ｌ，ｉ））
Ｈ１、１（ｌ´，ｌ，ｉ）＝０．５（Ｈ´−１，−１（ｌ´，ｌ，ｉ）＋Ｈ´１，１（ｌ´，ｌ，ｉ））−０．５ｊ（Ｈ´−１，１（ｌ´，ｌ，ｉ）−Ｈ´１，−１（ｌ´，ｌ，ｉ））
Ｈ−１、１（ｌ´，ｌ，ｉ）＝０．５（−Ｈ´−１，−１（ｌ´，ｌ，ｉ）＋Ｈ´１，１（ｌ´，ｌ，ｉ））＋０．５ｊ（Ｈ´−１，１（ｌ´，ｌ，ｉ）＋Ｈ´１，−１（ｌ´，ｌ，ｉ））
Ｈ１、−１（ｌ´，ｌ，ｉ）＝０．５（−Ｈ´−１，−１（ｌ´，ｌ，ｉ）＋Ｈ´１，１（ｌ´，ｌ，ｉ））−０．５ｊ（Ｈ´−１，１（ｌ´，ｌ，ｉ）＋Ｈ´１，−１（ｌ´，ｌ，ｉ））
【００３６】
これらの変換は、円偏波されたＭＩＭＯチャネル行列を電気的−磁気的に偏波されたものから推定するのに使用できる。電気的−磁気的チャネル応答は、パイロットチャネルに沿って送信機側で簡便な時間偏波ダイバーシチを使用する異なる時間間隔で推定できる。
【００３７】
シンボルブロックの除去を目的とするチャネル推定モジュールが、位置探知プロセスの前に使用されて、シンボルが最尤検出器によって除去される。
【００３８】
結果として生じる前述の直交偏波チャネル行列は、相違する送信および受信された偏波状態（ｑ＝ｑ´）によって特性化される。それらは、
【数１３】
によって与えられる。
【００３９】
結果として生じる前述の同偏波ＭＩＭＯ行列は、同様の送信および受信された偏波状態（ｑ＝ｑ´）によって特性化される。同偏波ＭＩＭＯ行列は、
【数１４】
によって与えられる。
【００４０】
式中、Ｎｑ，ｑ´（ｎ）は、平均ゼロで、通常、共分散行列Ｒｎを持つ分布変数である。行列Ａ（ｑ，Ω）＝（ａ（ｑ，Ω１），．．．，ａ（ｑ，ΩＬ））は、視方向Ω＝（Ω１，．．．，ΩＬ）Ｔにおけるステアリング行列を示す。Ｐ（ｄ）は、ＬＯＳ波の複素チャネル利得を含む対角行列であり、Ｐ（ｓ）ｑ，ｑ´は、マルチパス波の複素チャネル利得を含む行列であり、
【数１５】
は、送信機側で傾斜対角行列を与える対角行列である。
【００４１】
チャネル相互関係（ｃｈａｎｎｅｌ ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ）が確認される場合、マルチパスに沿ったチャネル行列利得は、次のように書くことができる：
【数１６】
【００４２】
式中、Ｐ（ｓ）ｃｏｐ（それぞれ、Ｐ（ｓ）ｃｒ）は、送信機および受信機での偏波状態が同一の（それぞれ、異なる）場合、マルチパスの複素チャネル利得を含む行列であり、Гｃｏｐ（ｓ）Гｃｒ（ｓ）は、２つの対角行列である。かかる恒等式は、相互的チャネル（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ ｃｈａｎｎｅｌ）に沿った電力節約特性、すなわち、
【数１７】
および
【数１８】
を保証する。
【００４３】
図１ｆを参照すると、各クラスタに相対的なロバストな位置および方位探知機は、次のモジュールから成る：
・直交偏波モードにおいて、チャネル行列ランクに関して収集された情報に基づき最良の推定法を選択するアルゴリズムセレクタモジュール６７
・ならびに、ソフトウェアおよびハードウェアの利用可能資源などの内部システム情報。
【００４４】
従って、チャネル数値（ｃｈａｎｎｅｌ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ）資源が利用可能な場合は、ＭＬ推定法が選択され得る。この方法は、スケーリングされた尤度関数
【数１９】
の最大値の発見から成る。
【００４５】
式中、ｆはマルチパス波の数に等しいサイズを持ち、成分
【数２０】
を持つベクトルである。
【００４６】
Ｃは、
【数２１】
によって与えられる、Ｌ（ｓ）×Ｌ（ｓ）行列である。
【００４７】
チャネル係数対角行列Ｐ（ｓ）ｃｒのＭＬ推定は、
【数２２】
によって与えられる。
【００４８】
ＭＬ推定法は莫大な計算資源を必要とするため、代わりにＭＵＳＩＣおよびＭＶベースの方法が利用できる。ＭＵＳＩＣアルゴリズムを説明している開示は、以下で見られ：
‐Ｒ．Ｏ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，“Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ”，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ａｎｔｅｎｎａｓ Ｐｒｏｐａｇａｔ．，Ｖｏｌ．ＡＰ−３４，Ｎｏ．３，ｐｐ．２７６−２８０，Ｍａｒ．１９８６
そして、ＭＶアルゴリズムの説明については、以下で見られる：
‐Ｊ．Ｃａｐｏｎ，“Ｈｉｇｈ−Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ａｎａｌｙｓｉｓ，”Ｐｒｏｃｃｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ，Ｖｏｌ．５７，ｐｐ．１４０８−１４１８（１９６９）。
【００４９】
直交偏波モードでの平均チャネル行列が共にランク不足の場合、ＭＵＳＩＣアルゴリズムが選択され、他方、これらの行列が十分なランクの場合は、ＭＶＲアルゴリズムが選択される。Ｒｃｒは、２つの行列のランクの最大値として選択される、これらの行列の共通のランクを示す。
【００５０】
最後の選択方法手順に基づき、送信機および受信機側で方向パラメータの推定を実現するマルチパスＤＯＡ（到来方向）およびＤＯＤ（放射方向）推定モジュール６８。
【００５１】
推定されたＡＯＡ（到来角）およびＡＯＤ（放射角）を先験的情報として使用するマルチパス傾斜角およびチャネル利得推定モジュール６９は、相互関係チャネルがこれら経路のいずれかで確認されるときはいつでも、傾斜角と同様、各経路でチャネル利得を推定する。確かに、マルチパスのＤＯＡおよびＤＯＤは一般に、全ての偏波モードについて同一であるため、同偏波モードが、マルチパスのチャネル利得と共に、ＡＯＡ、ＡＯＤ傾斜角、およびＬＯＳのチャネル利得の推定に使用される。直交偏波モードで既に推定されたマルチパスの傾斜角、ＤＯＡ、ＤＯＤは、マルチパス成分をフィルタリングして、同偏波モードでの信号対妨害比を高めるための先験的情報として使用される。それらは、アルゴリズムのロバストバージョンで再推定する必要はない。このモジュールは、各推定されたＤＯＡの一組の角度に対して、ＤＯＤの一組の角度を見つけ、対になったＤＯＡ／ＤＯＤパラメータが送信機‐受信機リンクの両端で特定経路の方向特性を記述できるようになることを目的とする対形成機能も有する。
【００５２】
既知のＭＩＭＯ行列７１と共に、ＤＯＡ、ＤＯＤ推定値およびチャネル利得推定値を使用する、同偏波ＭＩＭＯ行列からマルチパスチャネル成分を除去する同偏波チャネルフィルタリングモジュール７０。
【００５３】
フィルタリングされた同偏波チャネル行列を使用する、ＬＯＳに沿ってＡＯＡおよびＡＯＤを推定することを目的としたＬＯＳ ＤＯＡおよびＤＯＤ推定モジュール７２。
【００５４】
マルチパスの既に推定されたＤＯＡおよびＤＯＤならびにＬＯＳを先験的情報として使用して、同偏波ＭＩＭＯチャネルで、ＬＯＳとマルチパスの両方のチャネル利得および傾斜角の推定値を配信する、ＬＯＳ−マルチパス傾斜角およびチャネル利得推定モジュール７３。このモジュールは、チャネル利得推定値を改善するため、任意のマルチパス波に関するチャネル相互関係情報も使用する。
【００５５】
異なる推定値から計算された行列を検査する収束判定モジュール７４。収束が実現されると、推定された傾斜角、ＤＯＡおよびＤＯＤは、方位位置探知機７５に送信される。方位は、ウィグナー回転行列（方程式４）を計算することにより決定される。位置決めは、到着時間と共に、対の方位角と仰角を使用することにより計算される。そうでない場合は、新しく推定されたパラメータを、同偏波チャネルフィルタリングモジュールで先験的情報として使用し、マルチパス成分を再フィルタリングし、方位パラメータのより良い推定値を獲得する。
【００５６】
ＳＮＲおよびチャネル条件に基づき、位置および方位に関する期待誤差を提供する期待誤差推定器モジュール７６。
【００５７】
高ランクＭＶＲベースのアルゴリズムは、ＬＯＳおよびマルチパスパラメータを推定するために、全ての偏波モードを一緒に使用する。かかるアルゴリズムは、マルチパス波の数が多いが、電力がＬＯＷ波よりもはるかに弱い場合に使用され得る。
【００５８】
図１ｇは、マルチパスフィルタリングがない場合に見られるＤＯＡスペクトルの一例を示す。スペクトルの対数スケーリングが、そのスペクトルの空間変動を明確に区別するために使用される。送信機のＬＯＳおよびＬＯＳ自身と同様に強い波を有するマルチパスチャネルに、２人のユーザーがいる。このアルゴリズムは、２人のユーザーのいずれも発見できない。
【００５９】
図１ｈは、３回のみ反復した後に見られるＤＯＡスペクトルを示す。２人のユーザーが、今度は明確に識別され、このアルゴリズムは、これら数回の反復の後、停止できる。
【００６０】
図１ｉは、ＭＶＲアルゴリズムに基づくスペクトル積（ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｐｒｏｄｕｃｔ）の略図を示す。
【００６１】
このアルゴリズムは、それぞれ特定の偏波ＭＩＭＯチャネルに対応する２つの行列の自己相関によりそれぞれ取得された２つの相関行列を利用する。従って、偏波モードが（ｑ１，ｑ´１）および（ｑ２，ｑ´２）の場合、相関行列は、受信相関行列
【数２３】
または送信相関行列
【数２４】
のいずれかである。送信相関行列は、送信機側でチャネルパラメータ、すなわち１組のＡＯＤ、および傾斜角を推定するために使用され、他方、受信相関行列は、１組のＡＯＡを推定するために使用される。
【００６２】
マルチパスＤＯＡ、ＤＯＤおよび傾斜角を推定するために、偏波モード（ｑ１，ｑ´１）＝（−１，１）および（ｑ２，ｑ´２）＝（＋１，−１）が使用される。同偏波モード（ｑ１，ｑ´１）＝（−１，−１）および（ｑ２，ｑ´２）＝（＋１，＋１）は、ＬＯＤ ＤＯＡ、ＤＯＤおよび傾斜角ならびにマルチパスチャネル利得の両方が同偏波モードで推定される場合に使用される。
【００６３】
相関行列は、「受信相関行列」または「送信相関行列」８７のいずれかである。「受信相関行列」の対は、それぞれ
【数２５】
および
【数２６】
によって与えられ、他方、「送信相関行列」の対は、
【数２７】
および
【数２８】
によって与えられる。
【００６４】
第２ステップでは、ＤＯＡに対する２つのＭＶＲスペクトル８８またはＤＯＤに対する２つのＭＶＲスペクトルのいずれかを提供するために、標準的なＭＶＲアルゴリズムが２つの偏波モードで適用される。所与の（ｑ１，ｑ´１）偏波モードでのＭＶＲスペクトルは、
【数２９】
によって与えられる。
【００６５】
ＭＶＲビームフォーマに対する制約は、
【数３０】
および
【数３１】
で表現される。それらは、実際の方向ＤＯＡまたはＤＯＤを向きながら、対象とする偏波モードでの最大電力、および直交偏波モードでのゼロ電力（ｎｕｌｌ ｐｏｗｅｒ）の両方、すなわち、
【数３２】
および
【数３３】
を表現する。ここで、ｇは視方向Ωでの最大利得である。
【００６６】
第３ステップでは、２つの偏波モード８９で、共通のＭＶＲスペクトルがＭＶＲスペクトルの積を使用して計算される。
【数３４】
【００６７】
スペクトル加算も同様に使用され得る。積の利点は、和と比較して、積によって提示されるより強度な半電力ビーム幅（ＨＰＢＷ）である。
【００６８】
ＤＯＡ（またはＤＯＤ）角度の組は、降順９０で格納されている共通のＭＶＲスペクトルの極大値に対応する第１Ｒｃｒ角度の組である。
【００６９】
図１ｊは、ＭＵＳＩＣベースのアルゴリズムを示す。このアルゴリズムは、それぞれ特定の偏波ＭＩＭＯチャネルに対応する２つの行列の自己相関によってそれぞれ取得された２つの相関行列を利用する。第１ステップにおいて、送信機側での信号空間と雑音が分離される（９１）。良く使われる表記法を使用すると、（ｑ１，ｑ１´）偏波モードでのチャネル行列のＳＶＤ分解は、次のように記述できる：
【数３５】
【００７０】
特に、送信機側での雑音空間がＤＯＤの推定に使用される一方、受信機側での雑音空間は、ＤＯＡの推定に使用される。これらの雑音は、それぞれ次の式で与えられる：
【数３６】
および
【数３７】
【００７１】
雑音空間９２成分の平均は、その後、次で取得される：
【数３８】
および
【数３９】
【００７２】
第２ステップでは、２つの送信ＭＵＳＩＣスペクトル９３
【数４０】
および
【数４１】
、
または２つの受信ＭＵＣＩＣスペクトル
【数４２】
を提供する標準のＭＵＳＩＣアルゴリズムが適用される。
【００７３】
第３ステップでは、共通のＭＵＳＩＣスペクトルが、２つの直交偏波モードでＭＵＳＩＣスペクトルの積を使用して、次のように計算される：
【数４３】
【００７４】
前記の場合のように、スペクトル加算も同様に使用され得る。本発明の一態様によれば、積の利点は、和に比べて、積によって提示されるより強度な半電力ビーム幅（ＨＰＢＷ）である。
【００７５】
ＤＯＤ（またはＤＯＡ）角度の組は、降順９４で格納されている共通のＭＵＳＩＣスペクトルの極大値に対応する第１Ｒｃｒ角度の組である。
【００７６】
図１ｋは、チャネル利得推定モジュールを構成する主要なブロックを示す。そのモジュールは、各マルチパスの利得の推定に使用される場合、チャネルの相互関係検査１０５から成る追加タスクを実現する。相互関係検査器は、直交偏波モードでの所与のＡＯＡとＡＯＤの組および平均チャネル行列に基づき、別々に推定されるチャネルの利得が相互的チャネルに対応するか否かを検査できる。チャネル相互関係検査器は、２つの対角行列
【数４４】
および
【数４５】
の第１推定を
【数４６】
によって与える。
【００７７】
その後、測定基準が、計算された対角行列間の距離を判断するために使用される。直接的な方法は、相対誤差を使用することである：
【数４７】
【００７８】
誤差が一定の小さい値より低い場合、そのチャネルは相互的であり、２つの対角行列
【数４８】
および
【数４９】
のより良い推定値は、傾斜行列Гｃｒ（ｍ）１０７および対角共通チャネル利得行列１０８ Ｐｃｒ（ｍ）を以下に従って別々に推定することにより提供され得る：
【数５０】
【数５１】
および
【数５２】
【００７９】
このモジュールを構成する他のブロックは、以下のとおり：
・ＡＯＤ対の組
【数５３】
の全ての可能な順列を生成する順列ブロック１０６。
・対形成決定モジュール１０９、そのタスクは、各ＡＯＡでＡＯＤを結合することである。確かに、到来角および放射角は、独自の方法で推定される。対形成は、送信機および受信機が見るように、物理的経路を再構成する。対形成操作は、所与の基準の最適化に基づく。かかる基準の例として、対数尤度の最大化または再構成されたチャネル行列と実際の雑音のあるものとの間の距離の最小化がある。
【００８０】
フィルタリングプロセスは、チャネル行列Ｈｑ，ｑ´をＬＯＳおよびＮＬＯＳ行列に分けるのを許可してきた。ＬＯＳに沿ったＡＯＡは、少なくとも１フレーム中は一定であり、ＮＬＯＳに沿ったＡＯＡはそれより安定していないと見なすことができるが、少なくとも１フレーム中はそれらを一定に保つことができる。他方、他のパラメータは、環境変化によって変化し、再推定を必要とする。これは、固定局側での方位位置検出アルゴリズムの簡易化手法を提供する。
【００８１】
図２は、位置および方位探知操作の対象である各ノード１１０（図２の回転ノード（ｒｏｔａｔｅｄ ｎｏｄｅ））で、絶対利得を持たないシングルアンテナが使用されるサブシステムの一例である。特に：
・このサブシステムは、三辺測量位置決め方法を改善するために、アンテナ角度電力利得特性を利用する。
・このサブシステムは、アンテナの方位推定を提供するために、アンテナ角度電力利得特性を利用する。
・このサブシステムは、方位パラメータを推定するために、方位パラメータグリッドの検索と共に、位置決め無線局１１１（マーク）の位置および方位が既知である、三辺測量ベースのアルゴリズムを実行する。検索中に、より良い解を保つために距離が使用される。さらに、勾配アルゴリズムやＥＭアルゴリズムなどの他の方法による方位と位置の結合推定が、特別なアルゴリズムとして考案され得る。
【００８２】
三辺測量ベースのアルゴリズムのためのツールおよび設定：
・他のＬノードから受信した電力：
【数５４】
・他のノードの位置：Ｍ＝｛Ｍｌ；ｌ＝１，．．Ｌ｝
・送信位置決め無線局１１０でのアンテナ角度電力利得特性１１２ Ｇｔｒ＝｛ｇｌ（Ω）；ｌ＝１，．．Ｌ｝、ここでΩは外向き波の方向であり、２Ｄ平面における極角または３Ｄ空間における球面角のいずれかによってパラメータ化できる。
・任意の回転ｇ０（Ω）の前の受信機ノード１１１のアンテナ角度電力利得特性１１３。
・回転が３Ｄ空間で保持されている場合のオイラー角の１組のＩ三重項または２Ｄ平面における回転のための単位円上の１組のＩ角度から成る方位グリッドГ＝｛Гｉ；ｉ＝１，．．，Ｉ｝。
・チャネル利得：ｈ＝｛ｈｌ；ｌ＝１，．．Ｌ｝。それらは一般に、以下のように表現できる：
ｏ
【数５５】
、
式中αおよびＣｌは、２つの正定数である。
・入力として１組のパラメータＨおよびＭを持ち、出力として位置座標Ｍ０を持つ、古典的な三辺測量アルゴリズム。Ｍ０＝Ｔｒｉｌ（Ｈ，Ｍ）
【００８３】
アルゴリズム：
初期設定：初期距離δ（ｏｌｄ）を高い値に確定し、収束距離δ（∞）を確定する
・グリッドГに関して検索を実行する
ｏ各Гｉに対して、以下の初期設定を実行する
■経路損失パラメータの任意の組Ｈ（ｎｅｗ）を選択する
■位置パラメータをＭ０（ｎｅｗ）＝Ｔｒｉｌ（Ｈ（ｎｅｗ），Ｍ）に初期化する
■Ｍ０（ｎｅｗ）およびＭからＬノードΩ（ｎｅｗ）＝｛Ωｌ（ｎｅｗ）；ｌ＝１，．．Ｌ｝への方向を計算する
■受信ノードでの指向性利得（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｇａｉｎ）の組を計算する：
【数５６】
■新しい電力を計算する：Ｐ（ｎｅｗ）＝｛Ｐｌ（ｎｅｗ）；ｌ＝１，．．Ｌ｝、式中Ｐｌ（ｎｅｗ）＝ｇ０（ｒｅｃ）（Ωｌ（ｎｅｗ），Гｌ）ｇｌ（ｔｒ）（Ωｌ（ｎｅｗ））ｈｌ（ｎｅｗ）
■計算された電力と受信された電力の間の平均距離を計算する：
【数５７】
■Ｅｎｄ＝０
■Ｅｎｄ＝０の間、繰り返す
・δｉ（ｏｌｄ）←δｉ（ｎｅｗ）およびｈ（ｏｌｄ）←ｈ（ｎｅｗ）
・新しい位置パラメータをＨ（ｏｌｄ）およびＭから計算する：Ｍ０（ｎｅｗ）＝Ｔｒｉｌ（Ｈ（ｏｌｄ），Ｍ）
・Ｍ０（ｎｅｗ）およびＭからＬノードΩ（ｎｅｗ）＝｛Ωｌ（ｎｅｗ）；ｌ＝１，．．Ｌ｝への方向を計算する
・受信ノードでの指向性利得の組を計算する：
【数５８】
・新しい電力を計算する：Ｐ（ｎｅｗ）＝｛Ｐｌ（ｎｅｗ）；ｌ＝１，．．Ｌ｝、式中Ｐｌ（ｎｅｗ）＝ｇ０（ｒｅｃ）（Ωｌ（ｎｅｗ），Гｌ）ｇｌ（ｔｒ）（Ωｌ（ｎｅｗ））ｈｌ（ｏｌｓ）
・きわめて重要：経路損失パラメータを強制的に
【数５９】
にする
・重要：送信ノードを、有限経路損失ｈｌ（ｎｅｗ）を持つノードに変換する
・新しい距離
【数６０】
を計算する
・｜δ（ｎｅｗ）−δ（ｏｌｄ）｜＜εの場合、Ｅｎｄ＝１
ｏグリッド上の指標として
【数６１】
を満足するものを選択する
方位をГｊおよび対応する位置パラメータとして推定する
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接の見通し線（ＬＯＳ）を検出するため、および移動ノードの位置および方位推定値を配信するために、時間偏波ダイバーシチおよび空間ダイバーシチを結合する空間フィルタリング機能を備えた方位および位置決めシステムであって、
・直接の見通し線（ＬＯＳ）を共有する各ノードの相対的な方位および相対的な位置を決定する少なくとも１つの位置決め無線局であって、各電波経路が、前記ＬＯＳを含めて、到来方向（ＤＯＡ）および受信偏波と共に、放射方位（ＤＯＤ）、送信偏波によって特性化され、前記位置決め無線局およびノードが、
ｏ偏波選択切り替え機能を備えた複数アンテナシステムと、
ｏ方位および位置決め検出機能と共に空間フィルタリングを備えた無線送受信機と
を備える、少なくとも１つの位置決め無線局と、
・受信信号ベクトルについて第１フィルタリングステップを実行する時間フィルタリングモジュールであって、前記フィルタリングプロセスが、異なるベクトルの組への送信ノードの分類を可能にし、各ベクトルの組がほぼ同一の強度および同一の到着時間特性を有するベクトルの集合のサブセットである、時間フィルタリングモジュールと、
・前記送信機側および前記受信機側の両方で同様の円偏波モードが使用される場合に取得される１組の同偏波ＭＩＭＯ行列、および前記送信機側および前記受信機側の両方で異なる円偏波モードが使用される場合に取得される１組の直交偏波ＭＩＭＯチャネル行列からそれぞれ構成される、４次（ｑｕａｄｒｕｐｌｅ）ＭＩＭＯチャネル行列の推定値を提供するために各ベクトルの組について動作し、空間検出アルゴリズムへの入力である受信相関行列および送信相関行列を推定できる、ＭＩＭＯチャネル行列モジュール（７１）と、
・最良の検出方法を操作するために、前記マルチパスＤＯＡおよびＤＯＤ推定モジュール（６８）制御用の、前記直交偏波ＭＩＭＯ行列ランクについて動作するモジュール（６７）と、
・対になっていない送信機および受信機偏波に対応する４つの直接推定された相関行列、または前記以前に推定された直交偏波ＭＩＭＯ行列を使用して推定可能な４つの相関行列のいずれかについて動作するマルチパスＤＯＡおよびＤＯＤ推定モジュール（６８）であって、
２つの異なる対になっていない偏波モード（ＲＨＣＰ−ＬＨＣＰおよびＬＨＣＰ−ＲＨＣＰ）に対応する１組の受信相関行列が、到来角（ＡＯＡ）対のマルチパス方位角‐仰角の推定値を生じ、
２つの異なる対になっていない偏波モード（ＲＨＣＰ−ＬＨＣＰおよびＬＨＣＰ−ＲＨＣＰ）に対応する１対の送信相関行列が放射角（ＡＯＤ）対の前記マルチパス方位角‐仰角の推定値を生じ、
前記偏波モードで取得された２つの推定されたＡＯＡの組における信号電力が受信偏波−空間スペクトルを形成し、かつ、異なる偏波モードでそれぞれ取得された２つの推定されたＡＯＤの組における信号電力が送信偏波−空間スペクトルを形成し、
ＭＵＳＩＣもしくはＭＶＲアルゴリズム（または任意の同等のスキーム）のいずれかを実行する前記モジュールが、前記マルチパス受信信号の各２つの偏波−空間スペクトルを提供し、
２つの受信偏波−空間スペクトルの結合が共通の受信スペクトルを提供し、また、２つの送信偏波−空間スペクトルの前記結合が共通の送信スペクトルを提供し、前記結合がスペクトル間の加算、乗算、または任意の他の算術演算であり、乗算演算が特にスペクトルの質の向上に使用する、マルチパスＤＯＡおよびＤＯＤ推定モジュールと、
・以下を推定する手段を提供するための前記マルチパスＤＯＡおよびＤＯＤ推定モジュール（６８）ならびに前記ＭＩＭＯチャネル行列モジュール（７１）を使用し：
ｏ各推定されたＤＯＤパラメータに対する前記信号強度およびＴＡＯＵＴ
ｏ各推定されたＤＯＡパラメータに対する前記信号強度およびＴＡＯＮ
各推定されたＤＯＡパラメータに対して前記対応するＤＯＤパラメータを見つけることを目的とした対形成操作を実行して、対になったＤＯＡ／ＤＯＤパラメータが、前記送信機と受信機のリンクの両端で特定経路の前記方向特性を記述できるようにする、マルチパス傾斜角およびチャネル利得推定モジュール（６９）と、
・前記マルチパスチャネル成分を同偏波チャネル行列から除去し、以下の：
ｏ前記推定モジュール（６８）によって提供された前記ＤＯＡおよびＤＯＤ推定値
ｏ前記ＭＩＭＯチャネル行列モジュール（７１）によって提供された前記同偏波ＭＩＭＯ行列、
を入力として使用することにより、前記マルチパス由来の同偏波ＭＩＭＯ行列を再構成し、前記再構成された同偏波ＭＩＭＯ行列を用いてＤＯＡ／ＤＯＤ角度の各対に対する前記チャネル利得および傾斜角を再推定する、同偏波チャネルフィルタリングモジュール（７０）と、
・ＬＯＳ経路に対応する方位角‐仰角対をいくつかのＤＯＡおよびＤＯＤ組に配信するために、（７０）で提供される前記フィルタリングされた同偏波チャネル行列について動作し、かつ、（６７）によって既に選択された前記ＭＵＳＩＣまたは前記ＭＶＲアルゴリズムのいずれかを実行するＬＯＳ ＤＯＡおよびＤＯＤ推定モジュール（７２）であって、異なる偏波−空間スペクトルの同じ結合が前記推定モジュール（６８）におけるように適用される可能性を有する、ＬＯＳ ＤＯＡおよびＤＯＤ推定モジュールと、
・前記ＴＡＯＮおよびＴＡＯＵＴの各ＬＯＳに関する推定値を配信するため、ＬＯＳ ＤＯＡおよびＤＯＤ推定モジュール（７２）ならびに同偏波チャネルフィルタリングモジュール（７０）によって提供される情報を使用し、ＬＯＳ ＤＯＡ、ＤＯＤ、ＴＡＯＮ、ＴＡＯＵＴが前記受信機の照合システムで推定される、ＬＯＳ「マルチパス傾斜角およびチャネル」推定モジュールと、
・識別されたＬＯＳを有する各送信機の前記位置および前記方位を決定するためのＬＯＳマルチパス傾斜角およびチャネル推定モジュール（７３）によって提供された前記情報を使用し、前記同偏波チャネルフィルタリングモジュール（７０）、ＬＯＳ ＤＯＡおよびＤＯＤ推定モジュール（７２）、前記ＬＯＳマルチパス傾斜角およびチャネル推定モジュール（７３）および前記時間フィルタリングモジュールによって提供された前記情報を利用する、位置および方位探知機（７５）と、
を備える方位および位置決めシステム。
【請求項２】
前記送信機−受信機方位回転行列推定が、前記送信機および前記受信機が相互に相対的に方向を喪失した場合に、前記送信機の照合システムにおける前記対ＤＯＤおよびＴＡＯＵＴは一般に、たとえ前記送信機および前記受信機が同じＬＯＳを共有していても、前記受信機側の前記照合システムにおける前記対ＤＯＡおよびＴＡＯＮと異なるという事実を利用する、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項３】
前記受信機に相対的な前記送信機の前記方位が、前記ＤＯＡ、前記ＤＯＤ、前記ＴＡＯＵＴおよび前記ＴＡＯＮを結合することにより得られる、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項４】
送信アンテナが右旋（ＲＨ）円偏波で、前記受信機アンテナが左旋（ＬＨ）円偏波、およびその逆の場合、前記偏波の表記法が式：
【数６２】
によって与えられる定義に従うことを意味し、
その式では、１つのＡＯＤおよび１つのＡＯＡに対応する１つのランクＭＩＭＯチャネル行列が、前記受信波を記述するステアリングベクトルと、前記送信波を記述する前記ステアリングベクトルのエルミート共役（共役転置）の積で、前記ＡＯＡおよび前記ＡＯＤが伝搬波の方向を記述するベクトルのそれらであって、
前記送信機と前記受信機の両方の前記照合システムの基底ベクトルが同一の場合、前記ＡＯＡと前記ＡＯＤも同一であることを意味する、対になっていない偏波アンテナでの前記偏波‐空間スペクトルを用いて、前記ＮＬＯＳ（マルチパス）波の検出が実行される、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項５】
２つの受信偏波‐空間スペクトルの前記結合および２つの送信偏波‐空間スペクトルの前記結合が、スペクトル間の加算、乗算または任意の他の算術演算であり得、乗算演算が前記スペクトルの前記質の向上に特に使用される、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項６】
２つの偏波‐空間スペクトルの前記結合が、前記結合スペクトルの前記質の向上のための乗算演算を使用することによってなされ得る、請求項１および請求項５に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項７】
マルチパス傾斜角およびチャネル利得の推定が、前記マルチパスＤＯＡおよびＤＯＤならびに前記直交偏波ＭＩＭＯ行列の使用によって実現される、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項８】
前記マルチパス傾斜角およびチャネル利得推定モジュール（６９）が、ＤＯＤ推定パラメータを各ＤＯＡ推定パラメータに関連付けることを目的とした対形成を実行する、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項９】
同偏波チャネルフィルタリングが、以下の３ステップ：
・各リンクでの前記チャネル利得および傾斜角の推定が、入力として：
ｏ前記直交偏波ＭＩＭＯ行列を使用して推定される、各マルチパスリンクに関する前記ＤＯＡおよびＤＯＤパラメータと、
ｏ前記同偏波ＭＩＭＯ行列と
を使用して実現される、第１ステップと、
・前記同偏波ＭＩＭＯチャネル行列の前記マルチパス部分が、前記第１ステップで推定された前記パラメータを使用して再構成される、第２ステップと、
・前記同偏波ＭＩＭＯチャネル行列の前記マルチパス部分が、元の同偏波ＭＩＭＯ行列から減算される、第３ステップと、で実現される、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項１０】
ＬＯＳ ＤＯＡおよびＤＯＤ推定が前記フィルタリングされた同偏波ＭＩＭＯ行列を使用して実現される、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項１１】
ＬＯＳ傾斜角が、ＬＯＳ ＤＯＳおよびＤＯＤならびに前記フィルタリングされた同偏波ＭＩＭＯ行列を使用して推定される、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項１２】
前記位置および方位探知機（７５）が、ＬＯＳマルチパス傾斜角および識別されたＬＯＳを持つ各送信機の位置および方位を決定するためのチャネル推定モジュール（７３）によって提供される情報を使用する、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項１３】
以下のようなタスク：
‐低ビット誤り率を必要とする情報を送信するためのフィルタリングされた同偏波ＭＩＭＯチャネル行列の使用と、
‐良好な質を必要としない情報に対する直交偏波行列の使用、
に対する、請求項１〜１２のうちの１つに記載のシステムに包含される前記チャネルフィルタリングおよびＬＯＳ検出の使用。
【請求項１４】
各マルチパスの前記利得の推定に使用されるとき、前記チャネル相互関係（１０５）の検査から成る追加のタスクを実現するチャネル利得推定モジュール。
【請求項１５】
前記直交偏波モードでの前記所与のＡＯＡおよびＡＯＤの組ならびに前記平均チャネル行列に基づいて、別々に推定される前記チャネルの前記複素利得が相互的チャネルに対応するか否かを確認できる相互関係検査器（１０５）。
【請求項１６】
前記式（２９）によって与えられる前記計算された対角行列間の前記距離を評価するために前記相互関係検査器（１０５）で使用される前記行列。
【請求項１７】
次の
・ＡＯＤ対の前記組の全ての可能な順列を生成する順列ブロック（１０６）と、
・各ＡＯＡについてＡＯＤを結合することがタスクであり、前記対形成操作が所与の基準の最適化、特に、対数尤度関数の最大化または前記再構成されたチャネル行列と実際の雑音のあるチャネル行列との間の距離の最小化に基づく、対形成決定モジュール（１０９）である、前記チャネル取得モジュールを構成する残りのブロック。
【請求項１８】
前記アンテナ方位を探知するためのアンテナ角度電力利得特性の変動性の利用。
【請求項１９】
位置決め方法におけるアンテナ異方性の前記問題を解決するためのアンテナ角度電力利得特性の変動性の利用。
【請求項２０】
前記実施形態の前記説明に記述のとおりの前記角度ベースの位置および方位探知アルゴリズム。
【請求項１】
直接の見通し線（ＬＯＳ）を検出するため、および移動ノードの位置および方位推定値を配信するために、時間偏波ダイバーシチおよび空間ダイバーシチを結合する空間フィルタリング機能を備えた方位および位置決めシステムであって、
・直接の見通し線（ＬＯＳ）を共有する各ノードの相対的な方位および相対的な位置を決定する少なくとも１つの位置決め無線局であって、各電波経路が、前記ＬＯＳを含めて、到来方向（ＤＯＡ）および受信偏波と共に、放射方位（ＤＯＤ）、送信偏波によって特性化され、前記位置決め無線局およびノードが、
ｏ偏波選択切り替え機能を備えた複数アンテナシステムと、
ｏ方位および位置決め検出機能と共に空間フィルタリングを備えた無線送受信機と
を備える、少なくとも１つの位置決め無線局と、
・受信信号ベクトルについて第１フィルタリングステップを実行する時間フィルタリングモジュールであって、前記フィルタリングプロセスが、異なるベクトルの組への送信ノードの分類を可能にし、各ベクトルの組がほぼ同一の強度および同一の到着時間特性を有するベクトルの集合のサブセットである、時間フィルタリングモジュールと、
・前記送信機側および前記受信機側の両方で同様の円偏波モードが使用される場合に取得される１組の同偏波ＭＩＭＯ行列、および前記送信機側および前記受信機側の両方で異なる円偏波モードが使用される場合に取得される１組の直交偏波ＭＩＭＯチャネル行列からそれぞれ構成される、４次（ｑｕａｄｒｕｐｌｅ）ＭＩＭＯチャネル行列の推定値を提供するために各ベクトルの組について動作し、空間検出アルゴリズムへの入力である受信相関行列および送信相関行列を推定できる、ＭＩＭＯチャネル行列モジュール（７１）と、
・最良の検出方法を操作するために、前記マルチパスＤＯＡおよびＤＯＤ推定モジュール（６８）制御用の、前記直交偏波ＭＩＭＯ行列ランクについて動作するモジュール（６７）と、
・対になっていない送信機および受信機偏波に対応する４つの直接推定された相関行列、または前記以前に推定された直交偏波ＭＩＭＯ行列を使用して推定可能な４つの相関行列のいずれかについて動作するマルチパスＤＯＡおよびＤＯＤ推定モジュール（６８）であって、
２つの異なる対になっていない偏波モード（ＲＨＣＰ−ＬＨＣＰおよびＬＨＣＰ−ＲＨＣＰ）に対応する１組の受信相関行列が、到来角（ＡＯＡ）対のマルチパス方位角‐仰角の推定値を生じ、
２つの異なる対になっていない偏波モード（ＲＨＣＰ−ＬＨＣＰおよびＬＨＣＰ−ＲＨＣＰ）に対応する１対の送信相関行列が放射角（ＡＯＤ）対の前記マルチパス方位角‐仰角の推定値を生じ、
前記偏波モードで取得された２つの推定されたＡＯＡの組における信号電力が受信偏波−空間スペクトルを形成し、かつ、異なる偏波モードでそれぞれ取得された２つの推定されたＡＯＤの組における信号電力が送信偏波−空間スペクトルを形成し、
ＭＵＳＩＣもしくはＭＶＲアルゴリズム（または任意の同等のスキーム）のいずれかを実行する前記モジュールが、前記マルチパス受信信号の各２つの偏波−空間スペクトルを提供し、
２つの受信偏波−空間スペクトルの結合が共通の受信スペクトルを提供し、また、２つの送信偏波−空間スペクトルの前記結合が共通の送信スペクトルを提供し、前記結合がスペクトル間の加算、乗算、または任意の他の算術演算であり、乗算演算が特にスペクトルの質の向上に使用する、マルチパスＤＯＡおよびＤＯＤ推定モジュールと、
・以下を推定する手段を提供するための前記マルチパスＤＯＡおよびＤＯＤ推定モジュール（６８）ならびに前記ＭＩＭＯチャネル行列モジュール（７１）を使用し：
ｏ各推定されたＤＯＤパラメータに対する前記信号強度およびＴＡＯＵＴ
ｏ各推定されたＤＯＡパラメータに対する前記信号強度およびＴＡＯＮ
各推定されたＤＯＡパラメータに対して前記対応するＤＯＤパラメータを見つけることを目的とした対形成操作を実行して、対になったＤＯＡ／ＤＯＤパラメータが、前記送信機と受信機のリンクの両端で特定経路の前記方向特性を記述できるようにする、マルチパス傾斜角およびチャネル利得推定モジュール（６９）と、
・前記マルチパスチャネル成分を同偏波チャネル行列から除去し、以下の：
ｏ前記推定モジュール（６８）によって提供された前記ＤＯＡおよびＤＯＤ推定値
ｏ前記ＭＩＭＯチャネル行列モジュール（７１）によって提供された前記同偏波ＭＩＭＯ行列、
を入力として使用することにより、前記マルチパス由来の同偏波ＭＩＭＯ行列を再構成し、前記再構成された同偏波ＭＩＭＯ行列を用いてＤＯＡ／ＤＯＤ角度の各対に対する前記チャネル利得および傾斜角を再推定する、同偏波チャネルフィルタリングモジュール（７０）と、
・ＬＯＳ経路に対応する方位角‐仰角対をいくつかのＤＯＡおよびＤＯＤ組に配信するために、（７０）で提供される前記フィルタリングされた同偏波チャネル行列について動作し、かつ、（６７）によって既に選択された前記ＭＵＳＩＣまたは前記ＭＶＲアルゴリズムのいずれかを実行するＬＯＳ ＤＯＡおよびＤＯＤ推定モジュール（７２）であって、異なる偏波−空間スペクトルの同じ結合が前記推定モジュール（６８）におけるように適用される可能性を有する、ＬＯＳ ＤＯＡおよびＤＯＤ推定モジュールと、
・前記ＴＡＯＮおよびＴＡＯＵＴの各ＬＯＳに関する推定値を配信するため、ＬＯＳ ＤＯＡおよびＤＯＤ推定モジュール（７２）ならびに同偏波チャネルフィルタリングモジュール（７０）によって提供される情報を使用し、ＬＯＳ ＤＯＡ、ＤＯＤ、ＴＡＯＮ、ＴＡＯＵＴが前記受信機の照合システムで推定される、ＬＯＳ「マルチパス傾斜角およびチャネル」推定モジュールと、
・識別されたＬＯＳを有する各送信機の前記位置および前記方位を決定するためのＬＯＳマルチパス傾斜角およびチャネル推定モジュール（７３）によって提供された前記情報を使用し、前記同偏波チャネルフィルタリングモジュール（７０）、ＬＯＳ ＤＯＡおよびＤＯＤ推定モジュール（７２）、前記ＬＯＳマルチパス傾斜角およびチャネル推定モジュール（７３）および前記時間フィルタリングモジュールによって提供された前記情報を利用する、位置および方位探知機（７５）と、
を備える方位および位置決めシステム。
【請求項２】
前記送信機−受信機方位回転行列推定が、前記送信機および前記受信機が相互に相対的に方向を喪失した場合に、前記送信機の照合システムにおける前記対ＤＯＤおよびＴＡＯＵＴは一般に、たとえ前記送信機および前記受信機が同じＬＯＳを共有していても、前記受信機側の前記照合システムにおける前記対ＤＯＡおよびＴＡＯＮと異なるという事実を利用する、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項３】
前記受信機に相対的な前記送信機の前記方位が、前記ＤＯＡ、前記ＤＯＤ、前記ＴＡＯＵＴおよび前記ＴＡＯＮを結合することにより得られる、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項４】
送信アンテナが右旋（ＲＨ）円偏波で、前記受信機アンテナが左旋（ＬＨ）円偏波、およびその逆の場合、前記偏波の表記法が式：
【数６２】
によって与えられる定義に従うことを意味し、
その式では、１つのＡＯＤおよび１つのＡＯＡに対応する１つのランクＭＩＭＯチャネル行列が、前記受信波を記述するステアリングベクトルと、前記送信波を記述する前記ステアリングベクトルのエルミート共役（共役転置）の積で、前記ＡＯＡおよび前記ＡＯＤが伝搬波の方向を記述するベクトルのそれらであって、
前記送信機と前記受信機の両方の前記照合システムの基底ベクトルが同一の場合、前記ＡＯＡと前記ＡＯＤも同一であることを意味する、対になっていない偏波アンテナでの前記偏波‐空間スペクトルを用いて、前記ＮＬＯＳ（マルチパス）波の検出が実行される、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項５】
２つの受信偏波‐空間スペクトルの前記結合および２つの送信偏波‐空間スペクトルの前記結合が、スペクトル間の加算、乗算または任意の他の算術演算であり得、乗算演算が前記スペクトルの前記質の向上に特に使用される、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項６】
２つの偏波‐空間スペクトルの前記結合が、前記結合スペクトルの前記質の向上のための乗算演算を使用することによってなされ得る、請求項１および請求項５に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項７】
マルチパス傾斜角およびチャネル利得の推定が、前記マルチパスＤＯＡおよびＤＯＤならびに前記直交偏波ＭＩＭＯ行列の使用によって実現される、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項８】
前記マルチパス傾斜角およびチャネル利得推定モジュール（６９）が、ＤＯＤ推定パラメータを各ＤＯＡ推定パラメータに関連付けることを目的とした対形成を実行する、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項９】
同偏波チャネルフィルタリングが、以下の３ステップ：
・各リンクでの前記チャネル利得および傾斜角の推定が、入力として：
ｏ前記直交偏波ＭＩＭＯ行列を使用して推定される、各マルチパスリンクに関する前記ＤＯＡおよびＤＯＤパラメータと、
ｏ前記同偏波ＭＩＭＯ行列と
を使用して実現される、第１ステップと、
・前記同偏波ＭＩＭＯチャネル行列の前記マルチパス部分が、前記第１ステップで推定された前記パラメータを使用して再構成される、第２ステップと、
・前記同偏波ＭＩＭＯチャネル行列の前記マルチパス部分が、元の同偏波ＭＩＭＯ行列から減算される、第３ステップと、で実現される、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項１０】
ＬＯＳ ＤＯＡおよびＤＯＤ推定が前記フィルタリングされた同偏波ＭＩＭＯ行列を使用して実現される、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項１１】
ＬＯＳ傾斜角が、ＬＯＳ ＤＯＳおよびＤＯＤならびに前記フィルタリングされた同偏波ＭＩＭＯ行列を使用して推定される、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項１２】
前記位置および方位探知機（７５）が、ＬＯＳマルチパス傾斜角および識別されたＬＯＳを持つ各送信機の位置および方位を決定するためのチャネル推定モジュール（７３）によって提供される情報を使用する、請求項１に記載の方位および位置決めシステム。
【請求項１３】
以下のようなタスク：
‐低ビット誤り率を必要とする情報を送信するためのフィルタリングされた同偏波ＭＩＭＯチャネル行列の使用と、
‐良好な質を必要としない情報に対する直交偏波行列の使用、
に対する、請求項１〜１２のうちの１つに記載のシステムに包含される前記チャネルフィルタリングおよびＬＯＳ検出の使用。
【請求項１４】
各マルチパスの前記利得の推定に使用されるとき、前記チャネル相互関係（１０５）の検査から成る追加のタスクを実現するチャネル利得推定モジュール。
【請求項１５】
前記直交偏波モードでの前記所与のＡＯＡおよびＡＯＤの組ならびに前記平均チャネル行列に基づいて、別々に推定される前記チャネルの前記複素利得が相互的チャネルに対応するか否かを確認できる相互関係検査器（１０５）。
【請求項１６】
前記式（２９）によって与えられる前記計算された対角行列間の前記距離を評価するために前記相互関係検査器（１０５）で使用される前記行列。
【請求項１７】
次の
・ＡＯＤ対の前記組の全ての可能な順列を生成する順列ブロック（１０６）と、
・各ＡＯＡについてＡＯＤを結合することがタスクであり、前記対形成操作が所与の基準の最適化、特に、対数尤度関数の最大化または前記再構成されたチャネル行列と実際の雑音のあるチャネル行列との間の距離の最小化に基づく、対形成決定モジュール（１０９）である、前記チャネル取得モジュールを構成する残りのブロック。
【請求項１８】
前記アンテナ方位を探知するためのアンテナ角度電力利得特性の変動性の利用。
【請求項１９】
位置決め方法におけるアンテナ異方性の前記問題を解決するためのアンテナ角度電力利得特性の変動性の利用。
【請求項２０】
前記実施形態の前記説明に記述のとおりの前記角度ベースの位置および方位探知アルゴリズム。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【図１ｅ】
【図１ｆ】
【図１ｇ】
【図１ｈ】
【図１ｉ】
【図１ｊ】
【図１ｋ】
【図２】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【図１ｅ】
【図１ｆ】
【図１ｇ】
【図１ｈ】
【図１ｉ】
【図１ｊ】
【図１ｋ】
【図２】
【公表番号】特表２０１２−５２４８９８（Ｐ２０１２−５２４８９８Ａ）
【公表日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０６５８８（Ｐ２０１２−５０６５８８）
【出願日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００９／００５８２６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２２３７０
【国際公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（３０４０３５３５５）
【氏名又は名称原語表記】ＧＲＯＵＰＥ ＤＥＳ ＥＣＯＬＥＳ ＤＥＳ ＴＥＬＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ
【住所又は居所原語表記】４６，ｒｕｅ Ｂａｒｒａｕｌｔ，Ｆ−７５６３４ Ｐａｒｉｓ Ｃｅｄｅｘ １３，Ｆｒａｎｃｅ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００９／００５８２６
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２２３７０
【国際公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【出願人】（３０４０３５３５５）
【氏名又は名称原語表記】ＧＲＯＵＰＥ ＤＥＳ ＥＣＯＬＥＳ ＤＥＳ ＴＥＬＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ
【住所又は居所原語表記】４６，ｒｕｅ Ｂａｒｒａｕｌｔ，Ｆ−７５６３４ Ｐａｒｉｓ Ｃｅｄｅｘ １３，Ｆｒａｎｃｅ
【Ｆターム（参考）】
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