CN1249885A - 场强分布生成装置 - Google Patents

Abstract

场强分布生成装置以基地台为中心在其周边定义任意大小的网格。接着,根据电子地图的数据,将各网格判别为视距内的网格、非视距内的网格及电波达不到的网格。再对视距内的网格求各网格的电场强度,生成基地台周边的场强分布。因此能提供可方便地确定以基地台为中心且符合现实的电波传播图的场强分布生成装置。

Description

场强分布生成装置

技术领域

本发明涉及求以电波发生源为中心的电场强度的场强分布生成装置及用它进行移动体的定位的移动体通信系统，尤其涉及用电子地图生成场强分布并用此进行移动体定位的移动体通信系统。

背景技术

本发明有兴趣的移动体位置检测方法例如在日本发明专利公告1994年第93650号公报已有揭示。根据该公报，在基地台与移动体之间用电波进行通信的移动体通信方式中，移动体分别接收来自多个基地台的电波，利用预先求好的来自各基地台的接收电场电平的等电场曲线，求出与各接收电平对应的移动体可能所在的范围，再根据各范围的重叠测出移动体的所在位置。

然而，这样的采用等电场曲线的位置检测方法是一种在实际进行移动体的位置检测时，不考虑移动体周围建筑物及地形造成电波屏蔽及反射等的宏观检测方法，所以存在的问题是，也许适用于高速移动的车辆等的位置检测，但不适用于低速移动的人及物等的位置检测。

因此，考虑采用PHS等小区域制的无线通信网络的定位系统。在这样的定位系统中，为了进行高精度的位置检测，考虑采用电波的辐射图。图10示出了这样的小区域制无线网络。

在图10中，固定或可移动的中心台91与移动中的移动台7进行通话时，从中心台91所连接的交换局2经中继线3及另一交换局4和另一中继线5，与进入基地台6的大致100m半径的蜂窝区8内的移动台7进行通话。另外，中继线3、5与中央控制局51连接。

PHS的系统有PHS的数据库，一旦中心台91与移动台7通话，移动台7位于基地台6的蜂窝区8内一事即存入设于中央控制局5的基地台数据库38。或者也不等移动台7与基地台6通话，在进入该蜂窝区8内部的瞬间就同样存入数据库。因为基地台6的位置是预先知道的，所以通过利用该位置信息，就知道移动台7存在于以该基地台6为中心的大致半径为100m的圆内。因此，就能确定移动台7的所在场所。

因为PHS的数据库掌握并保持着确定某一时刻在该蜂窝区8内有移动台7的基地台6的信息，所以，单纯从技术方面讲，中心台91能接到数据库提供的该信息。

另一方面，中心台91设有在显示器上显示地图信息的系统，众所周知，在今日，在显示器上显示地图信息的系统例如在车辆的导航系统例子中所见到的那样，作为CD-ROM是很容易得到的。

在中心台91的显示器屏幕的地图上，显示出从PHS的数据库接收到的、在该蜂窝区8内有移动台7的基地台6的位置信息。基地台6用标记等作显示，以该标记为中心显示半径100m的圆。此时意味着移动台存在于该圆内。

图11示出中心台91的构成例子。参照图11，本发明的中心台91包括个人电子计算机或工作站12、与个人电子计算机或工作站12连接的显示器61及键盘11。个人电子计算机或工作站12上连接着中心用调制解调器13，通过中心台用调制解调器13与图10所示的电话交换局2连接。

在中心台91，在个人电子计算机或工作站12显示器的屏幕上映出的地图10中，显示标记9和以该标记为中心的半径约100m的圆(但有时也可能不是圆)，该标记9表示在该蜂窝区8内部有移动台7的基地台6。此时，表示作为对象的移动台7位于该圆内。当然，并不能显示移动台7本身。

图12为示出中心台91具体构成的方框图。参照图12，中心台91包括控制构成中心台91的整个装置的CPU60、与CPU60连接并在地图上显示移动台7位置的显示器61、存储规定中心台91的运作的程序等的ROM62、RAM63及作为与外围设备的接口的I/O接口64。

通过I/O接口64，连接着显示地图数据用的CD-ROM驱动装置65、连接到PHS系统用的交换局2用的自动呼叫装置66及根据需要在自动呼叫装置66进行呼叫并在获得移动台7所在基地台6的数据之后立即切断线路的线路切断单元68。线路切断单元68经中心台用调制解调器13如以上所述那样与电话交换局2连接。

除了从中心台91用键盘11直接指定移动台7之外，来自询问移动台7的位置信息的用户71的线路也经I/O接口64被输入，并用同样与I/O接口64连接的用户数据库69，检查输入的用户是否规定的正规用户。

接着参照图10、11及12，发出寻找移动台7的位置信息用的信号并接收位置信息用的顺序如下。首先，在中心台91，操作键盘11，控制个人电子计算机或工作站12，对作为对象的移动台7的PHS电话号码进行自动拨号。于是，如图10所示，通过交换局2等并经在该蜂窝区8内有移动台7的基地台6，与移动台7接通电话线。一旦中心台91与移动台7之间的电话线接通，该基地台6的代码编号即被识别并存储在PHS的数据库内。因为该识别、存储是在瞬间进行的，所以，中心台91与移动台7的线路可以立即切断。该基地台6的位置信息用基地台6的代码或基地台6的纬度及经度表示，从PHS的数据库立即传送给位于中心台91的调制解调器13，并传送给个人电子计算机或工作站12。

个人电子计算机或工作站12从其内部安装的CD-ROM驱动器65预先送出地图信息，并作为地图10映出在显示器61的屏幕上。如果在该地图10上叠加基地台6的代码或用纬度、经度表示的位置信息，则如图11所示，可以用标记9表示基地台6。

如前所述，只要移动台进入基地台6的蜂窝区8内，即被识别并存储在数据库，并且该信息被提供给中心台1，因此能判别移动台7存在于以基地台6为中心的大致100m半径的圆内。

然而在如上所述的系统中，进行定位时，实际上蜂窝区8由于基地台周围的状况而并不一定是圆形的。当PHS的拥有者位于大楼等会屏蔽电波传播的位置时，必须考虑该大楼等的配置及轮廓，考虑适应如图13A-图13C所示各种情况的电波传播图。在此所谓电波传播图，是表示考虑了基地台周围状况时从基地台发出的电波强度在一定值以上区域的图形。在电波传播图的编制中考虑作为基地台周围状况之一例的建筑物时，传统的做法是，必须根据该基地台与周围建筑物的位置关系，由人自己从图13A-图13C所示的传播图中进行选择，并根据该图计算传播图。因此，存在电波传播图的运算费时间的问题。

本发明是为了解决如上所述问题而作出的，目的在于，提供一种能方便地确定电波传播图的场强分布生成装置及使用它的移动体通信系统。

发明的公开

本发明的场强分布生成装置包括：以电波发生源为中心将其周围划分为所希望大小网格的划分手段；根据含有电波发生源周边区域的电子地图将网格判别为规定种类的判别手段；根据所述判别手段的判别结果及电波发生源的电场强度求网格的电场强度的手段；根据求出的电场强度生成电波发生源周边区域的场强分布的手段。

因为以电波发生源为中心将其周围划分为所希望大小网格，根据电子地图将划分后的各网格判别为规定的种类，并根据判别结果及来自电波发生源的电场强度来求出各网格的电场强度，再根据该电场强度生成电波发生源周边区域的场强分布，所以，考虑了电波发生源的实际所处地形来生成其周边区域的场强分布，故能方便地确定电波发生源周边区域的电波的传播图。

根据本发明的另一状况，移动体通信系统通过第1通信台在移动的第2通信台与第3通信台之间进行通信。第1通信台以规定的强度发出规定频率的电波。移动体通信系统具有生成第1通信台发出的电波在第1通信台周边区域的场强分布的手段。生成场强分布的手段包括：以第1通信台为中心将其周围划分成所希望大小的网格的划分手段；根据含有第1通信台周边区域的电子地图将网格判别为规定种类的手段；根据判别手段的判别结果及第1通信台与网格的距离求出各网格的电场强度的手段；根据求出的电场强度生成第1通信台周边区域的场强分布的手段。第2通信台在与第1通信台相互通信时，将指明第1通信台的信息及其电场强度与第3通信台联系，第3通信台根据所联系的第1通信台的指明信息及其电场强度和场强分布，进行第2通信台的定位。

在通过第1通信台在移动的第2通信台与第3通信台之间进行通信的移动体通信系统中，第1通信台发出的电波在规定的每一网格中生成第1通信台周边区域的场强分布，第2通信台与第3通信台相互通信时，第2通信台联系第1通信台的电场强度，并根据该电场强度和场强分布，在第3通信台进行第2通信台的定位。因此；能提供可在短时间内方便地进行第2通信台的定位的移动体通信系统。

附图的简单说明

图1A所示为本发明的定位系统的中心台构成的方框图，图1B为示出基地台场强分布数据库的数据内容的图。

图2为示出以基地台为中心的场强分布的生成顺序的流程图。

图3为示出以基地台为中心的网格的概念图。

图4为示出视距和非视距网格的模式图。

图5为示出考虑了建筑物的高度方向的网格的判定方法的图。

图6为示出基地台的场强分布的图。

图7为示出当电场强度为20分贝时的电波传播图的图。

图8为示出电场强度和距离的实测值数据的图。

图9为示出电场强度和距离的实测值数据的图。

图10为示出移动用终端机的位置显示系统整体构成的方框图。

图11为示出中心台构成的方框图。

图12为示出中心台构成的方框图。

图13A-图13C为示出建筑物与电波传播图之关系的图。

图14为示出用场强分布来定位的具体例子的图。

图15为示出用场强分布来定位的例子的图。

图16为示出用场强分布来定位的例子的图。

图17为示出用场强分布来定位的例子的图。

图18A及图18B为示出进行直接波判定用的延迟轮廓线的测定例子的图。

实施发明的最佳形态

以下参照附图说明本发明的实施形态。图1A所示为使用本发明的定位系统的中心台1的方框图。相对现有的图12，设有电子地图81a与基地台场强分布数据库81b成一体的场强分布数据库81，这一点与传统的中心台91不相同。图1B示出基地台场强分布数据库的数据内容。如图1B所示，基地台场强分布数据库包括各基地台的ID、表示其位置的纬度信息及后面将说明的该基地台周边区域每一网格的场强分布数据。除此之外的部分与传统的相同，相同部分标上相同符号，省略说明。

移动用终端机检测多个基地台的识别信息ID和电场强度，并将该信息送往中心台1。中心台1根据多个基地台的识别信息和电场强度并用预先求出的各基地台的场强分布，求出对各电场强度的移动用终端机可能所在的区域，再根据各区域的重叠测出移动用终端机所在的位置。

(1)基地台周边区域场强分布的生成

接着对中心台1如何求出基地台6周边区域的场强分布进行说明。

图2所示为求基地台6周边区域的场强分布时的流程图。图3-图6为说明求场强分布的步骤的图。参照图2-图6，对基地台6的场强分布的求出方法进行说明。

首先，如图3所示，将以基地台为中心的任意大小的网格定义为生成电波传播图所需的区域。在此，该网格成为以后生成场强分布时的单位。网格的大小及定义网格的区域的大小在精度及数据量的允许范围定义。

参照图3，以基地台6为中心，在其周围形成网格101。接着参照电子地图81a，在形成有网格101的区域，将作为具体的电波障碍物的建筑物的外形形成为建筑物多边形111(在图2中9步骤S11，以下省略步骤二字)。

接着，对所划分的每一网格，当该网格的中心点位于电子地图81a上的建筑物多边形111内时，作为无电波传播的网格，当网格的中心点位于建筑物多边形111之外时，求连接基地台6的中心点至网格中心点的线段与建筑物多边形111的交点(S12-S15)。无交点时作为电波传播良好的网格A，有交点时作为电波传播差的网格B，在建筑物多边形111内时作为无电波传播的网格C。图4示出这些网格的具体例子。但是，即使在与建筑物多边形111有交点的情况下，当建筑物的高度比从基地台6至网格中心点的高度变化还低时，作为电波传播良好的网格。此时建筑物的高度使用电子地图81a上的建筑物的楼层信息等来求出。

图5示出此时的例子。参照图5，例如基地台6位于建筑物112之上时，表示基地台6与网格中心点115连线高度变化的直线116与建筑物117不相交时，作为电波传播良好的网格。

接着根据基地台的中心点与各网格的中心点的距离，用电场强度与电波传播距离的关系式求各网格的电场强度(S16)。在此，电场强度与电波传播距离的关系式根据实测值生成电波传播的优劣级别及设于电话间、电线杆、大楼顶上等的基地台6的类别。此外，求各网格的电场强度时，要考虑因网格周围建筑物的状况引起的反射波及波导间效应。

根据求出的各网格的电场强度生成基地台的场强分布(S17)。图6示出该基地台的场强分布之一例。在图中，网格内的粗体字表示电波传播良好的网格，斜体字表示电波传播差劣的网格。对所有的基地台都同样求场强分布。若输入基地台6的ID，则据此可生成可检索的数据库。

接着对用该数据库进行定位的方法进行说明。

从场强分布数据库81b检索所指定的基地台6，将任意的电场强度以上的网格的集合作为任意的电场强度的电波传播图。图7示出该例子。图中划有斜线部分为电波传播图。在此示出电场强度为20dB时的电波传播图。将电场强度设定为所希望的值，就能获得所希望强度的电波传播图。

接着对在S16中求出的各网格的电场强度的求出方法进行说明。图8及图9分别为示出电波传播良好时(图8)和差劣时(图9)离各基地台6的距离及接收电场强度的实测结果的曲线。这为例如基地台为电话间时的曲线。根据该曲线，求电场强度与电波的最大传播距离的关系式，例如获得下式。

传播距离N(m)＝-(电场强度(dB)-82)/0.056……(电波传播好时)

传播距离N(m)＝-(电场强度(dB)-82)/0.112……(电波传播差时)

根据该式子，求出电波传播好时和差时每一网格的电场强度。

这样，求任意的电场强度的电波传播图时，即使不是每次求与电子地图的建筑物数据的交点，根据登录在数据库81b中的包括基地台6强度的电波传播图及任意的电场强度，也能求出任意的电场强度的电波传播图。

此外，因为不是每次求与电子地图的建筑物数据的交点，所以能缩短求任意的电场强度的电波传播图的运算时间。

这样，因为在数据库81b中登录着以基地台6为中心的任意位置的电场强度，所以，不必每次测定都求与电子地图的建筑物数据的交点。因此，能缩短求任意的电场强度的电波传播图的运算时间。

接着对本发明所用电波进行说明。与基地台的通信所使用的电波最好不是反射波等而是直接波。在此对该直接波的判别方法进行说明。

图18A和图18B是横轴取为到达各接收点的电波延迟时间、纵轴取标出各电波功率的表示电波延迟轮廓线的图。图18A为能接收直接波时的情况，而图18B为不能接收直接波时的情况。参照图18A、图18B，延迟时间最小的电波是从发射点起以最短距离到达的电波，比此延迟时间长的电波是因地形地物而经过反射、衍射等后到达接收点的电波。因为随着移动，到反射、衍射点的距离发生变化，所以该延迟轮廓线也随着移动而变化。实际上在电波直接到达的视距内接收到直接波时，可认为根据该延迟轮廓线，延迟时间最小的电波为直接波。但实际上，也会有直接波隐藏在大楼等建筑物等的死区中不来到的情况。此时，利用延迟扩展特性来判别是否能接收直接波。延迟扩展是通过统一规定(归一化)图18B所示的斜线部分面积来表示延迟时间的宽度的。通过该延迟扩展特性中的延迟时间宽度，当宽度小时可判别为能接收直接波，而宽度大时可判别为不能接收直接波。

另外，如图18A、图18B那样的波形，是通过用横向滤波器或RAKE接收所用的滤波器将到来的电波分量(直接波、反射波等)进行分离而获得的。

在上述实施形态中，求一个基地台处的场强分布并据此进行移动用终端机的定位，但并不限于此，若使用从多个基地台求出的场强分布，则其定位可以更正确。此时，因为各网格的位置根据基地台ID的纬度经度信息指定，故若在各网格分别比较各基地台的场强分布，就能知道移动用终端机的位置。

参照图14-图17说明此时的例子。图14-图16为示出以各基地台6A-6C为依据的电场强度在规定值以上的网格的图。根据来自该3个基地台的数据，求其重叠部分，就能如图17所示，正确掌握移动用终端机的位置。

另外在上述实施形态中，通过中心台1与移动台7通话，中心台1接收控制局51提供的基地台6的信息。但并不限于此，也可以在中心台1设置基地台的数据库，从移动台7接收周边基地台6的信息。并且也可以据此在中心台1进行基地台的指定。此时，中心台1的数据库具有指明基地台的ID和位置信息。

产业上的利用可能性

如上所述，本发明的场强分布生成装置因为能方便地确定以基地台为中心的符合现实的电波传播图，所以适用于使用电波的定位装置等。

Claims (15)

1.一种场强分布生成装置，其特征在于包括：

以电波发生源为中心将其周围划分为所希望大小的网格的手段；

根据含有所述电波发生源周边区域的电子地图将所述网格判别为规定种类的手段；

根据所述判别手段的判别结果及所述电波发生源与所述网格的距离求每一所述网格的电场强度的手段；

根据所述求出的电场强度生成所述电波发生源周边区域的场强分布的手段。

2.根据权利要求1所述的场强分布生成装置，其特征在于，所述判别手段判别的网格种类包括从所述电波发生源看去视野良好的第1区域和视野差的第2区域。

3.根据权利要求2所述的场强分布生成装置，其特征在于，所述求每一网格的电场强度的手段是根据离开所述电波发生源的距离及该距离处的接收电场强度的实测值来求的。

4.根据权利要求2所述的场强分布生成装置，其特征在于，

所述求每一网格的电场强度的手段中，所述第1区域用

传播距离N(m)＝-(电场强度(dB)-82)/0.056求出，第2区域用

传播距离N(m)＝-(电场强度(dB)-82)/0.112求出。

5.根据权利要求2所述的场强分布生成装置，其特征在于，所述第2区域包括电波不到达的第3区域。

6.根据权利要求1所述的场强分布生成装置，其特征在于，划分成所述网格的手段根据所述场强分布的精度决定所述所希望的大小。

7.根据权利要求1所述的场强分布生成装置，其特征在于，求所述电场强度的手段考虑了所述网格周围建筑物引起的来自所述电波发生源的电波的反射来求出。

8.根据权利要求1所述的场强分布生成装置，其特征在于，包括存储所述生成的场强分布的手段。

9.根据权利要求1所述的场强分布生成装置，其特征在于，所述电波发生源设有多个，所述生成场强分布的手段对所述多个电波发生源生成所述场强分布。

10.根据权利要求9所述的场强分布生成装置，其特征在于，还含有存储所述生成的多个场强分布的手段。

11.根据权利要求10所述的场强分布生成装置，其特征在于，所述存储手段将所述生成的多个场强分布存储为数据库。

12.根据权利要求1所述的场强分布生成装置，其特征在于，所述电波发生源为通信系统的基地台。

13.根据权利要求12所述的场强分布生成装置，其特征在于，所述通信系统包括以所述基地台为基础进行相互通信的移动通信系统。

14.一种通过第1通信台在移动的第2通信台与第3通信台之间进行通信的移动通信系统，其特征在于，

第1通信台以规定的强度发出规定频率的电波，

移动体通信系统具有生成第1通信台发出的电波在第1通信台周边区域的场强分布的手段，

所述生成场强分布的手段包括：

以所述第1通信台为中心将其周围划分成所希望大小的网格的手段；

根据含有所述第1通信台周边区域的电子地图将所述网格判别为规定种类的手段；

根据所述判别手段的判别结果及所述第1通信台与所述网格的距离求出所述各网格的电场强度的手段；

根据所述求出的电场强度生成所述第1通信台周边区域的场强分布的手段，

所述第2通信台在与所述第1通信台相互通信时，将指明所述第1通信台的信息及其电场强度与所述第3通信台联系，

所述第3通信台根据所述联系的第1通信台的指明信息及其电场强度和所述场强分布，进行所述第2通信台的定位。

15.根据权利要求14所述的移动体通信系统，其特征在于，

所述移动体通信系统含有多个所述第1通信台，

所述第2通信台通过所述多个第1通信台进行通信，

所述场强分布生成手段生成所述多个第1通信台周边区域的电场强度，

所述第2通信台在与所述多个第1通信台相互通信时，将指明所述多个第1通信台的信息及其电场强度与所述第3通信台联系，

所述第3通信台根据所述已联系的指明多个第1通信台的信息及其电场强度和所述场强分布，进行所述第2通信台的定位。

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