CN1773308B

CN1773308B - 无线位置检测及其服务器、基站及终端

Info

Publication number: CN1773308B
Application number: CN2005101194221A
Authority: CN
Inventors: 雅乐隆基; 荻野敦; 山崎良太; 泷川久美子
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2005-11-11
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2025-11-11
Also published as: US20060105779A1; CN101166368A; CN1773308A; JP4747559B2; JP2006140752A; US7890118B2

Abstract

本发明提供无线位置检测及其服务器、基站及终端。在利用支持多个通信速率的无线LAN的位置检测系统中，可以减少所需要的基站的台数，削减系统构建成本。其解决方法为在无线站中判定发送时的发送信号，在是通常的用户数据时，将发送参数设定为可以得到无线通信的高通信吞吐量的最优发送参数来发送上述信号，而在是位置检测用信号时，则将发送参数设定为到达距离最长的发送参数来发送上述信号。作为到达距离最长的发送参数，使用低通信速率和长前导符长。

Description

无线位置检测及其服务器、基站及终端

技术领域

本发明涉及在利用无线LAN的无线通信系统中通过无线方式检测终端位置的系统。

背景技术

已经提出了在无线系统中测定终端的位置的技术。比如，提出了一种计算由设置在已知位置的基站接收从终端发送的信号的时间差，通过将接收时间差乘以光速而计算出从终端到各基站的信号的传播距离之差来检测终端的位置的方法(参照专利文献1：日本专利特开2004-101254号公报)。

发明内容

作为IEEE 802.11a/b/g等的标准的无线LAN，由于便宜、设置容易且不需要许可等理由而得到广泛的普及。另外，正在研究利用这些无线LAN的位置测定系统。作为利用无线LAN的位置检测系统的示例有专利文献1。与作为位置检测系统普及的GPS相比，利用无线LAN的位置检测系统的特征为：由于无线频带与GPS相比频带更宽，可以得到比GPS更高的检测精度以及在GPS的电波不能达到的室内也可以进行位置检测。

图2为利用无线LAN的位置检测系统的构成的一个例子。由基站1、基站2、基站3及服务器、终端构成。基站1～3(204a～c)及服务器连接于有线网络。终端通过无线方式与基站连接。

图11示出现有的无线LAN位置检测系统的流程。终端经可以连接的，通常是该终端附近的，基站204a向服务器提出本机的位置检测请求。服务器，对转送了上述请求的基站204a及其周围的基站204b～204c指示对用于位置检测的无线信道进行监视。收到上述监视指示的各基站，分别向服务器发送响应。其后，服务器经转送上述请求的基站204a，向终端请求在上述无线信道上发送第二无线分组。此时，基站204a，就在上述无线信道上发送无线分组。另外，在图中只示出两个周围基站204b～204c，但为了利用三角测量原理确定终端的位置，优选是利用大于等于三个的周围基站。在此，确保了与终端连接的基站和以外的两个基站共3个基站，但也可以将与终端连接的基站以外的三个基站(大于等于)作为测定接收定时的基站。在能够用于接收定时测定的基站少于等于两个时，必须采用某种近似来确定终端的位置。

将此作为第一无线分组，基站204a测定其发送时间。接着，该终端在该无线信道上发送第二无线分组。收到上述监视指示的基站，分别测定上述分组的接收时间。各基站，将测定各无线分组的接收定时或发送定时的结果传送给服务器。服务器，根据设置于已知位置的基站接收从终端发送的信号的接收定时的时间差计算终端的位置。服务器，将计算的位置传送给终端。

下面对终端的位置计算方法进行说明。首先，利用式1分别求出对于基站204a的基站204b、204c的时钟误差Eb 0_bi(i＝1，2)。接着，在式2所示的联立方程式(i＝1，2)中代入求得的上述时钟误差，通过对终端的位置(Xm，Ym)求解而求出位置。其中，Tp1_b0、Rp2_b0是由基站204a所测定的第一无线分组的发送时间和第二无线分组的接收定时。Rp1_b1、Rp2_b1是由基站204b所测定的第一、第二无线分组的接收定时。Rp1_b2、Rp2_b2是由基站204c所测定的第一、第二无线分组的接收定时。(X0，Y0)、(X1，Y1)、(X2，Y2)分别是基站204a、基站204b、基站204c的位置。c是光速。

E_{b0_bi}＝R_{p1_Tp1}-T_{p1_b0}-c¹{(X_i-x₀)²-(Y_i-X₀)²-(Y_i-Y₀)²}^1/2

(式1)

{(X_m-X_i)²-(Y_m-Y_i)²}^1/2-{(X_m-X₀)²-(Y_m-Y₀)²}^1/2

＝c(R_{p2_bi}-E_{b0_bi}-R_{p2_b0})

(式2)

一般在普及的无线LAN系统中，终端及与其连接目标基站，依照距离及传播环境，选择通信频带最高那样的最佳的发送参数。作为发送参数有通信速率及前导符长。比如，在IEEE 802.11b的无线LAN标准中，可以选择的通信速率为1M～11Mbps，前导符长有两种长度。通信速率越高，并且前导符长越短，通信吞吐量越高。不过，具有可到达距离短的特征。

这样，通信速率及前导符长等发送参数，与分组的到达范围有密切关系，但在现有的位置检测系统中，对发送参数没有进行研究而选择与终端及其附近的基站204a之间的传输路径状况相应的发送参数。因此，就产生后述的问题。

下面利用图3说明将现有的无线LAN系统应用于具有到达范围不同的多个通信速率的系统的场合的问题。比如，如图3所示，设终端203在基站204a附近。此处，301a示出基站发送的最高速通信速率的无线信号的到达范围。另外，302a示出终端发送的最高速通信速率的无线信号的到达范围。在位置检测中利用的基站204b和基站204c，在高速通信速率的通信的到达范围302a和302b的圈外。

根据使用无线LAN的位置检测系统的位置测定原理上的要求，必须有接收基站204a及终端203各信号的多个基站。然而，按照通常的通信协议，由于基站204a及终端203互相间是在最高速的通信速率的圈内，所以选择高速通信速率。于是，由于为位置检测用设置的基站204b及基站204c位于这些高速通信速率的通信的电波到达圈外，接收位置检测所必需的信号失败，不能进行位置检测。

因此，即使是终端在基站附近，为了检测位置，在以电波的到达范围最窄、最高速通信速率为基准时，必须在该圈内设置多个基站。

上述说明是注目于通信速率进行说明的，但关于前导符长及发送功率的关系也一样。就是说，从终端向附近的基站204a以最优前导符长和发送功率进行发送的信号，有时周围的基站不能以足够高的质量进行接收的情况。

这样，过去存在缺乏控制位置检测用的分组的通信速率等的发送参数的结构，在使用支持多个通信速率的无线LAN的位置检测系统中基站的台数很多的问题。于是，在本发明中，本发明系有鉴于上述问题而完成的发明，其目的在于减少所需要的基站的台数，削减系统构建成本。

在图3中，301b示出基站发送的最低速通信速率的无线信号的到达范围。另外，302b示出终端发送的最低速通信速率的无线信号的到达范围。在位置检测中利用的基站204b和基站204c，在高速通信速率的通信的到达范围302a和301a的圈外，但可以设置在最低速通信速率的无线信号的到达范围301b及302b的到达范围内的位置。所以，在基站204a和终端以最低速通信速率进行通信时，因为图3的基站204b及基站204c在301b和302b的圈内，可以成功地接受信号。

本发明的特征在于，在基站发送时对信号进行识别，当是通常的用户数据的情况下，考虑无线通信系统的到达范围，以最优通信速率或开销最小的短前导符长的参数进行发送。

另外，在1EEE 802.11的无线LAN中，接收单路传播分组的站进行送回ACK分组的分组交换。此时，发送ACK分组一侧接收的单路传播分组以同样的通信速率送回。本发明的特征在于，对测定用分组1及测定用分组2，使用与单路传播分组和与上述单路传播分组相对应的ACK，将单路传播分组以低通信速率或长前导符长的参数进行发送。

根据本发明，通过使用低通信速率或长前导符长发送位置检测用的信号，可以实现比通常的数据通信更宽的通信区域。因此，可以减少在利用了支持高速通信速率的无线LAN的位置检测系统中必需的基站台数及削减系统构建的成本。无线信号的距离和衰减量的关系，存在在自由空间中是和距离的平方的倒数成正比地衰减的所谓的平方法则。在室内环境中，由于反射物等周围的环境的影响，用平方法则这样的严密公式来表示是困难的，但存在从经验得到的与距离的三次方的倒数成正比地衰减的所谓的三次方法则。

假设使用三次方法则时，在最低速率和最高速率的最低接收灵敏度之差为9分贝时，在室内环境中到达距离的比值为2。在此场合，通过利用本发明，可以将位置检测用的基站间隔增加一倍，每单位面积的基站数目可削减到1/4。

附图说明

图1为示出本发明的实施例1的系统流程图。

图2为示出利用无线LAN的位置检测系统的一个例子的图。

图3为说明具有多个通信速率的无线LAN位置检测系统的基站间隔的图。

图4为示出本发明的图1的基站的构成例的图。

图5为示出本发明的图4的无线LAN收发单元的发送时的流程图。

图6为示出本发明的图1的终端的构成例的图。

图7为示出本发明的实施例2的系统流程图。

图8为示出图7的终端的构成例的图。

图9为说明发送无线LAN的ACK的流程图。

图10为说明在本发明中使用的测定用分组的结构图。

图11为示出现有的系统流程图。

附图标记说明

201有线网络；202服务器；203终端；204基站；301基站的电波到达范围；302终端的电波到达范围；400外部I/F单元；401MUX单元；402无线LAN收发单元；403高频单元；404天线；405位置检测控制单元；406测定用分组生成单元；407收发时间测定单元；501位置测定用分组判定单元；502数据通信用参数设定；503物理层发送处理；504位置测定用参数设定；600用户接口；601CPU。

具体实施方式

[实施例1]

下面根据附图对本发明的一实施方式进行说明。整个位置检测系统的构成，与图2所示的现有的系统相同。在图1中示出本发明的无线LAN位置检测系统。终端经可以连接的，通常是该终端附近的，基站204a向服务器202提出本机的位置检测请求。服务器202，向转送上述请求的基站204a及其周围的基站204b～204c指示对用于位置检测的无线信道进行监视。收到上述监视指示的各基站，分别向服务器202返回对监视指示的响应。

其后，服务器202向转送上述请求的基站204a请求发送测定分组1。基站204a生成测定用无线分组1。基站204a在设定位置测定用分组的参数之后，将生成的测定用无线分组1进行发送。作为位置测定用的参数的设定，优选是将到达范围设定为较长。具体言之，在IEEE 802.11的情况下，使通信速率最低，并且将前导符长设定为较长。一般，在IEEE 802.11等的无线LAN中，发送功率是固定的，但在可以对其进行动态控制的情况下，也可以使发送功率成为最大。

在发送测定用分组1时，基站204a，测定该测定用分组的发送定时。测定用分组1，经该无线信道，到达终端及周围的基站。接收到测定用分组1的周围基站204b～204c，测定该测定用分组1的接收定时。

终端，在接收到测定用分组1之后，对其响应而生成测定用分组2，并且在进行发送参数设定之后，发送到无线信道。终端一侧的发送参数的设定，与基站一侧相同，优选是将到达范围设定为较长。

接收到上述监视指示的基站，分别测定上述测定用分组2的接收时间，并将测定各无线分组的接收时间或发送时间的结果传送到服务器。服务器，根据发送时间进行位置计算，并将结果传送到终端。

关于由收发的时间差计算位置的方法的详情，因为在本发明的本质的范畴之外，其说明省略，关于其详情在本申请的申请人先前的申请的专利文献1(日本专利特开2004-101254号公报)中有记载。另外，至于其以外的计算方法，只要是基站或终端发送的信号由多个无线台(用于位置测定的通信和通常的通信两者的台站)接收并用于位置测定的系统，也可以采用其他方法。

图4示出本发明的基站构成一例。外部IF单元400，是处理与连接基站和服务器的外部网络的通信接口的电路块。MUX单元401是将来自外部IF单元的信号分配到无线LAN收发单元402或位置检测控制单元405，或者进行相反作用的电路块。无线LAN收发单元402，是进行无线LAN的MAC层及物理层的信号处理的电路块。高频单元403是变换基带信号与高频波的无线信号的电路块。

从外部网络一侧向终端发送通常的用户数据时，基站内部的数据流为从外部IF单元400、MUX单元401、无线LAN收发单元402、高频单元403至天线404。

位置检测控制单元405，是管理与服务器的通信及与基站内部的位置检测相关联的电路块的控制的电路块。在有来自服务器的位置测定用分组的发送请求时，位置检测控制单元405，分别向测定用分组生成单元406指示分组的生成指示和向收发时间测定单元407指示进行发送定时测定。

测定用分组生成单元406，生成测定用的分组，并将该分组发送到无线LAN收发单元402。发送的分组，由无线LAN收发单元402进行调制，并由高频单元403升高到无线频率从天线404发出。收发时间测定单元407，输入无线LAN收发单元402和高频单元403之间的信号，测定收发定时。

各电路块的处理，既可以利用硬件，也可以利用软件，或两者混合的三种方式中的任何一种来实现。

图5说明本发明的无线LAN收发单元402的发送流程。输入到无线LAN收发单元402的分组，在条件转移501判定是否是位置测定用分组。在是通常的用户数据，即不是位置测定用分组时，进行数据通信用参数设定502。在数据通信用参数设定中，相应于通信目标的终端的电波环境设定可以得到最优通信吞吐量的通信速率及前导符长。另外，在基站具有发送功率控制功能的场合，设定系统要求的发送功率。

另一方面，在位置测定用分组时，与通信吞吐量相比，无线信号的到达距离更重要。就是说，在位置测定用参数设定504中，设定使到达距离长的参数。具体言之，是以最低的通信速率和长的前导符长的参数进行发送。另外，在基站具有发送功率控制功能的场合，设定最大的发送功率。

图6示出本发明的终端的构成例。终端的构成包括用户接口600、CPU601、无线LAN收发单元402、高频单元403、天线404及测定用分组生成单元406。对具有与基站构成的电路块同样作用的电路块赋予相同的符号。用户接口600与输入装置及输出位置信息服务的显示装置等相当。

CPU601，对整个终端进行控制。在通常的数据通信时，数据的路径为从CPU601、无线LAN收发单元402、高频单元403至天线404。在接收到位置检测测定分组时，CPU601指示位置检测控制单元405生成位置测定用分组。生成的位置测定用分组，经无线LAN收发单元402、高频单元403及天线404发送。此时，在无线LAN收发单元中，按照在图5中说明的发送流程进行。各电路块的处理，既可以利用硬件，也可以利用软件，或两者混合三种方式中的任何一种来实现。

另外，测定用分组生成单元406以软件实现，也可以作为在CPU601上工作的软件之一。关于无线LAN收发单元也一样。

用作测定用分组的分组，可以使用多路传播分组及广播分组的信号。特别是，在测定用分组1是多路传播分组及广播分组的信号时，可以一起检测对其响应而发送测定用分组2的多个终端的位置。

[实施例2]

下面根据附图对本发明的实施方式2进行说明。图7示出本发明的无线LAN位置检测系统的流程。因为服务器向基站204a发送测定用分组1为止的流程与实施例1相同，其说明省略。

基站204a生成测定用分组1。此时，基站204a生成的测定用分组，是发送到终端203地址的单路传播分组。

基站204a，在设定位置测定用分组的参数之后，发送生成的测定用分组1。作为位置测定用的参数的设定，优选是将到达范围设定为较长。具体言之，在IEEE 802.11的情况下，使通信速率最低，将前导符长设定为较长。一般，在IEEE 802.11等的无线LAN中，发送功率是固定的，但在可以对其进行动态控制的情况下，也可以使发送功率成为最大。

在发送测定用分组1之际，基站204a，测定该测定用分组的发送定时。测定用分组1，经该无线信道，到达终端及周围的基站。接收到测定用分组1的周围基站204b～204c，测定该测定用分组1的接收定时。

在802.11等无线LAN标准中，为了提供数据传送的可靠性，作为确认响应使用ACK分组。

终端在接收到测定用分组1之后，生成对于测定用分组1的ACK分组，并且在进行了发送参数设定之后，返回到基站204a。上述ACK分组，与实施例1的测定用分组2相当。

接收到上述监视指示的基站，分别测定上述测定用分组2的接收时间。各基站将测定各无线分组的接收时间或发送时间的结果传送到服务器。

图8示出实施例2的终端的构成例。对于进行与图6同样处理的电路块赋予相同的符号。在实施例2中，由于使用在无线LAN中具有的ACK分组作为测定用分组2，所以不需要图6中的测定用分组生成单元。

图9说明发送接收到单路传播分组的站的，无线LAN收发单元的ACK的流程。物理层接收处理901，对接收到的分组进行物理层的解调。上述物理层接收处理901，将由于分组冲突而不能正常接收的分组废弃，只将正常分组发送到上层。在可以正常接收分组时，利用条件转移902判定上述接收分组是否是单路传播分组。假如上述接收分组不是单路传播分组时，流程就结束。即，此时不发送ACK。假如上述接收分组是单路传播分组时，就由ACK分组生成903生成给上述接收分组的发送源的ACK分组。

接着，进行ACK分组的发送参数的设定904。此处，将ACK分组的通信速率设定为与接收分组的通信速率相同或更低。另外，对前导符长也进行设定以便以与接收分组相同的长度进行发送。在设定上述发送参数之后，ACK分组由物理层发送处理905进行发送。在进行遵照IEEE 802.11的终端位置检测的情况下，由于ACK分组的流程变成上述这样的流程，所以在上述终端一侧不需要特别的电路及功能。

另外，在上述说明中说明的是单路传播和ACK分组交换，不过也可以利用同样的分组交换作为位置测定用分组。比如，也可以使用RTS(请求发送)和CTS(清除发送)的分组交换。

下面利用图10对在实施例1及实施例2中使用的位置测定用的分组信号的结构进行说明。遵照IEEE 802.11的分组，由包含前导符及控制信息的头部、地址信息、通信数据以及包含检错符号(帧检验序列)的正文部构成。前导符用于对分组进行接收的通信装置进行同步处理，可依照传输路径状况等选择前导符长。在本发明中，使用比和终端附近的基站进行通信所必需的前导符长更长的长前导符长。或者，设定正文部的调制方式使通信速率低于与终端附近的基站进行通信所必需的通信速率。在头部中，包含表示正文部的调制方式的控制信息，接收装置使用头部的控制信息进行正文部的解调。

在上述中，是以使用分组的接收定时进行位置检测的系统作为前提进行说明的，但也可以使用除此之外的系统，比如，也可以是使用来自终端的信号的接收功率的系统。因为在这种系统中，为了确认所接收到的信号确实是位置测定用的信号，可正确地接受分组是必要的。通信系统，也并不限定于无线LAN的IEEE 802.11，也可以是可以根据传输路径的状况控制通信路由、前导符长、发送功率等确定信号传输范围的发送参数的其他通信系统。另外，即使是使通信速率变得最低，使前导符长变得最长以外的场合，只要是特意选择符合附近的基站发送参数以外的参数，通过设定使到达范围变长，就包含在本发明的范畴内。比如，通信速率也不一定是最低值。

如上所述，在本发明中，在应用支持多个通信路由的高速无线LAN的位置检测系统中，可以减少需要设置的基站的台数，减少系统构建成本。利用无线LAN的位置检测系统，由于可以对GPS的电波不能达到的室内环境并以更高的精度进行位置检测，可以认为适用于物流仓库等的物品管理的用途等。

Claims

1.一种无线位置检测系统，其特征在于包括：

多个无线基站和无线终端，

任意一个上述无线基站在发送位置检测用的第一信号的情况下，设定到达距离变长的第一发送参数，在发送位置检测用以外的信号的情况下，设定与电波环境对应的第二发送参数，

上述无线终端在依照接收上述第一信号发送位置检测用的第二信号的情况下，设定到达距离变长的第三发送参数，在发送位置检测用以外的信号的情况下，设定与电波环境对应的第四发送参数。

2.如权利要求1所述的无线位置检测系统，其特征在于：

在发送上述位置检测用的第一信号或者第二信号的情况下，设定使到达距离变长的发送参数。

3.如权利要求1所述的无线位置检测系统，其特征在于：

设定最低通信速率以作为发送位置检测用的信号的第一发送参数或者第三发送参数。

4.如权利要求1所述的无线位置检测系统，其特征在于：

设定最长前导符长度以作为发送位置检测用的信号的第一发送参数或者第三发送参数。

5.如权利要求1所述的无线位置检测系统，其特征在于：

设定最大发送功率以作为发送位置检测用的信号的第一发送参数或者第三发送参数。

6.如权利要求1所述的无线位置检测系统，其特征在于：

设定成为该无线基站和该无线终端之间的通信中的最佳通信的吞吐量的发送参数以作为发送位置检测用以外的信号的第二发送参数或者第四发送参数。

7.如权利要求1所述的无线位置检测系统，其特征在于：

上述位置检测用以外的信号是用户数据。

8.一种进行无线终端的位置检测的无线位置检测系统中的无线基站，其特征在于包括：

位置检测信号生成单元，生成位置检测用的信号；

发送单元，设定上述位置检测用的信号及位置检测用以外的信号的发送参数；以及

天线，向上述无线终端发送信号，

上述发送单元在发送位置检测用的信号的情况下，设定到达距离变长的发送参数，在发送位置检测用以外的信号的情况下，设定与电波环境对应的发送参数。

9.一种进行无线终端的位置检测的无线位置检测系统中的无线终端，其特征在于包括：

发送信号产生单元；

发送单元，设定由上述发送信号产生单元产生的信号中的位置检测用的信号及位置检测用以外的信号的发送参数；以及

天线，向无线基站发送信号，

上述发送单元在依照来自上述无线基站的位置检测用的信号发送位置检测用的信号的情况下，设定到达距离变长的发送参数，在发送位置检测用以外的信号的情况下，设定与电波环境对应的发送参数。