JP2001083229A

JP2001083229A - 無線通信端末の位置特定方法

Info

Publication number: JP2001083229A
Application number: JP25821199A
Authority: JP
Inventors: Seiji Ishikawa; 石川　　誠司
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1999-09-13
Filing date: 1999-09-13
Publication date: 2001-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】無線通信端末を有する移動局の位置を、基地局
方式およびＧＰＳ方式を併用して、広いエリア内におい
て様々な状況下においても移動局の位置を正確に特定で
き、基地局の分布密度を低くできる無線通信端末の位置
特定方法を提供する。【解決手段】ＧＰＳ受信機を持たない移動局の位置を特
定するか、ＧＰＳ方式では位置が求められない移動局の
位置を特定する場合には、基地局方式によって移動局の
位置を特定し、基地局方式によっては移動局の位置を求
めることができない場合には、ＧＰＳ方式によって移動
局の位置を特定し、基地局方式によって移動局の位置を
求めることができ、かつＧＰＳ方式によっても位置が求
まる場合には、ＧＰＳ方式により得られる位置推定誤差
の範囲内の代表点により基地局方式で移動局の位置を特
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、それぞれに無線通信端
末が付帯された複数の移動局と、これらの移動局との間
で交信を行う、それぞれ位置が既知の複数の基地局と、
複数の移動局と複数の基地局との間で行われる交信を制
御する通信制御局とを含む無線通信方式において、個々
の移動局の位置を、基地局との交信によって特定する方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】無線通信端末の位置、特にＰＨＳと呼ば
れる携帯電話の通信位置を特定する技術が利用される用
途が今後多く開発されると思われるが、無線通信端末の
位置を特定する方式としては、従来より基地局方式が提
案されていたが、最近ではＧＰＳ衛星およびＧＰＳ受信
機を用いるＧＰＳ方式が提案されている。それぞれの方
式には一長一短があるが、特に基地局方式では、位置特
定に必要な基地局の設備投資規模、位置特定の精度など
において問題がある。

【０００３】基地局方式で無線通信端末の位置を特定す
る方法として、例えば特開平７−１５４８４８号公報に
記載されているように、移動局である無線通信端末から
送信されてくる電波を、設置位置が既知の基地局で受信
し、この受信した電波の強度から移動局から基地局まで
の距離を測定し、この測定した距離から移動局の位置を
特定するものが開示されている。

【０００４】

【発明が解決すべき課題】しかしながら、受信した電波
の強度から距離を測定する方法は、無線通信端末の位置
を特定できるほど十分な精度が得られず、せいぜいどの
基地局に一番近いのかを知ることができる程度である。
したがって、この場合には、１つの基地局の通信可能ゾ
ーン単位での位置の特定となるが、十分に狭いゾーン内
に特定できなければ位置情報としての価値が低くなって
しまう。したがって、所望の位置特定の精度を得るため
には、高密度の基地局分布が要求されるという問題があ
る。

【０００５】一方、無線通信端末を付帯した移動局と基
地局との間の距離を測定するのに伝搬遅延時間を利用す
る方法が、例えば特開平１−２０６２７９号公報、同３
−２３５０７７号公報、同５−６０８５３号公報などに
開示されている。この方法では、或る移動局から送信さ
れる信号を、位置が既知であると共に測定用時刻が実質
的に同期している３局以上の基地局で受信し、受信した
時刻の差から移動局と各基地局との間の距離を測定し、
これらの距離から平面上の１点を移動局の位置として特
定するものである。

【０００６】ここで、平面上の１点を特定する方法とし
ては、双曲線航法が一般的である。すなわち、２つの基
地局で測定された距離の差が一定となる曲線が、2個の
基地局を焦点とする双曲線になることを利用する方法で
ある。１局を共通とし、３局で２組の双曲線を求め、そ
の交点が移動局の位置であると判定している。この場合
には、ロランダイアグラムという位置を求めるための図
表を利用できるが、基地局が図表に対応するように配置
されていない場合には、この方法を採用することはでき
ない。また、この方法では、距離測定の誤差を考慮する
ことが難しいという問題もある。

【０００７】さらに、解析的に連立３元２次方程式を解
く方法もあるが、計算が著しく複雑となる。テーラー展
開によって連立３元１次方程式に近似して計算を簡略化
することも考えられるが、このような近似ができるの
は、移動局と基地局との間の距離が、移動局の位置更新
が必要な移動距離に比較して非常に大きい場合に限られ
るという問題がある。

【０００８】一方、ＧＰＳ方式では、上空のＧＰＳ衛星
からの電波を受信できなれば位置が求められないので、
建造物や地下街やトンネル内では位置を求めることがで
きないという不便さがある。また、高層ビルが立ち並ぶ
都心地でも位置を求めることが困難な場合がある。

【０００９】本発明の目的は、上述した基地局方式およ
びＧＰＳ方式を併用することによってきわめて広いエリ
アにおいてかつ様々な状況下においても移動局の位置を
正確に特定することができる無線通信端末の位置特定方
法を提供しようとするものである。

【００１０】本発明の他の目的は、基地局方式によって
移動局の位置を特定するに際し、基地局分布密度を実現
可能な程度に低くし、計算を著しく簡略化しても所望の
位置特定精度を得ることができ、カバーエリアの端など
で基地局分布密度が低くなっても移動局の位置を特定す
ることができ、しかもＧＰＳ方式で得られる位置情報を
基地局方式でも利用−して基地局方式の演算処理を簡略
化することができる無線通信端末の位置特定方法を提供
しようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による無線通信端
末の位置特定方法は、それぞれに無線通信端末が付帯さ
れた複数の移動局と、これらの移動局との間で交信を行
う、それぞれ位置が既知の複数の基地局と、複数の無線
通信端末と複数の基地局との間で行われる交信を制御す
る通信制御局とを含み、前記複数の移動局の少なくとも
一部がＧＰＳ受信機を有する無線通信方式における個々
の移動局の位置を特定するに当たり、（ａ）ＧＰＳ受信
機を持たない移動局の位置を特定するか、ＧＰＳ方式で
は位置が求められない移動局の位置を特定する場合に
は、基地局方式によって当該移動局の位置を特定し、
（ｂ）基地局方式によっては移動局の位置を求めること
ができない場合には、ＧＰＳ方式によって当該移動局の
位置を特定し、（ｃ）基地局方式によって移動局の位置
を求めることができ、かつＧＰＳ方式によっても位置が
求まる場合には、ＧＰＳ方式により得られる情報と、基
地局方式により得られる情報とを利用する混在方式によ
って当該移動局の位置を特定する、ことを特徴とするも
のである。

【００１２】本発明による無線通信端末の位置特定方法
の好適な実施例においては、（ａ）ＧＰＳ受信機を持た
ない移動局の位置を特定するか、ＧＰＳ受信機によって
は位置を求められない移動局の位置を特定する場合に
は、或る移動局の無線通信端末から発射される電波を、
基準時刻に実質的に同期した３局以上の基地局で受信し
た時刻をそれぞれ測定し、これらの受信した時刻と、前
記移動局で発射された時刻との差に光速を乗じた量が前
記移動局と前記３局以上の基地局との間の距離に等しい
とする方程式を、前記３局以上の基地局による同時通信
可能領域内の複数の代表点に対して、未知数である前記
電波発射時刻を前記３局以上の基地局に対してそれぞれ
求めるように変形し、この変形した式から求められる３
つ以上の電波発射時刻から得られる２つの電波発射時刻
の全ての組み合わせにおける電波発射時刻の差の符号を
考慮しない和が、前記複数の代表点の中で最小となる代
表点の位置を、前記移動局の位置として求める基地局方
式を採用し、（ｃ）の前記３局以上の基地局において電
波発射時刻が求められ、かつＧＰＳ受信機により位置が
求まる場合には、上記基地局方式における前記代表点
を、ＧＰＳ受信機による位置の推定誤差範囲内から選択
する混在方式を採用する。

【００１３】このように、３局以上の基地局において電
波発射時刻が求められ、かつＧＰＳ受信機により位置が
求まる場合に、基地局方式における前記代表点を、ＧＰ
Ｓ受信機による位置の推定誤差範囲内から選択する混在
方式を採用することにより、基地局方式における計算量
を大幅に少なくでき、しかも位置精度を改善することが
できる。

【００１４】このような本発明による無線通信端末の位
置特定方法においては、前記移動局の無線通信端末から
電波が発射される時刻と、この電波を３局以上の基地局
で受信する時刻との差から、通信遅延時間を測定する処
理を、前記通信制御局または無線通信端末で行うことが
できる。例えば、移動局で行う場合には、それぞれの基
地局で測定された受信時刻データを基地局または通信制
御局から受け取り、このデータと移動局に記憶されてい
る電波の発射時刻データとを用いて通信遅延時間を測定
することができる。

【００１５】また、前記移動局の無線通信端末から発射
される電波の受信時刻から移動局の位置の特定を行う処
理は、前記通信制御局による情報の中継により、前記移
動局または基地局で行うことができる。例えば、移動局
で行う場合には、各基地局で測定した電波受信時刻デー
タを通信制御局で集計し、これを移動局へ伝送すること
により、移動局において自分の位置の特定を行うことが
できる。このような処理は、各基地局で行なわせること
もできる。

【００１６】さらに、本発明においては、前記移動局の
無線通信端末から電波が発射される時刻と、この電波を
３局以上の基地局で受信する時刻との差から、通信遅延
時間を測定する処理と、これらの基地局での電波受信時
刻から移動局の位置の特定を行う処理とを、前記移動
局、基地局および通信制御局の間で分散させることが好
適である。このように構成すると、これらの処理を基地
局または通信制御局で行う場合に比べて、基地局および
通信制御局での演算処理の負担が軽くなるので、システ
ム全体として見た場合のバランスが改善される。また、
前記通信制御局の機能を、前記基地局で代行させること
もできる。

【００１７】本発明においては、前記電波発射時刻の差
の符号を考慮しない和を、同時通話可能領域内において
所望の位置特定精度を満足するように選ばれた全ての代
表点に対して求め、それらの中で最小となる和を与える
代表点の位置を移動局の位置として求めることができ
る。この場合でも、移動局および基地局での基準時間の
誤差を考慮した完全な解析解を求める場合に比べれる
と、計算は簡略化され、計算量もきわめて少なくなる。
しかし、後述する実施例のように、前記電波発射時刻の
差の二乗和が、前記複数の代表点の中で最小となる代表
点の位置を移動局の位置として求める処理を、複数の代
表点が含まれる位置計算エリアの大きさを徐々に小さく
しながら所望の位置精度が得られるまで繰り返すことに
より計算量をさらに少なくすることができる。この場
合、前記位置計算エリアを正方形とし、その一辺の長さ
を毎回０．７５倍だけ縮小させるようにすれば、位置特
定の正確さをさらに改善することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による無線通信端
末の位置特定方法を実施した無線通信システムの全体の
構成を示す線図である。送受信機能を有する無線通信端
末１ａおよびＧＰＳ受信機１ｂを付帯した移動局１の周
りには複数の基地局２が配置されている。無線通信端末
１ａおよびＧＰＳ受信機１ｂはそれぞれ別個のアンテナ
を有するものであっても、兼用アンテナを有するもので
あっても良い。これら基地局２の位置は既知であり、し
かも各基地局２は、移動局１から発射される特定の電波
を受信する時刻を測定する機能を有している。本発明で
は、これら複数の基地局２での電波受信時刻を比較して
移動局１の位置を特定するものであるから、電波受信時
刻の測定を行うに当たっては、基準時間に同期した時刻
同期装置が必要である。ただし、これらの基地局３間で
の基準時刻に差があっても、その差が既知であり、しか
も補正範囲のものであれば差し支えない。すなわち、本
発明においては、複数の基地局３は基準時刻に実質的に
同期されたものであれば良い。

【００１９】図１に示すように、複数の基地局２は、通
信制御局３に接続されている。本例では、この通信制御
局３は、基地局２での通信を制御する機能の他に、移動
局１の位置を特定するための演算処理を行う機能を有し
ている。本発明においては、このような移動局１の位置
を特定するための演算機能を、基地局２に持たせること
もできる。この場合には、通信制御局３の機能を基地局
２が代行することになる。

【００２０】本発明による移動局の位置特定方法におい
ては、（ａ）ＧＰＳ受信機を持たない移動局の位置を特
定するか、ＧＰＳ受信機は持っているが、例えば建物
内、地下街、トンネル内のようにＧＰＳ電波を受信する
ことができない状況にあってＧＰＳ方式では位置が求め
られない移動局の位置を特定する場合と、（ｂ）例え
ば、当該移動局の周囲に３局以上の基地局が存在してい
ないので基地局方式によっては移動局の位置を求めるこ
とができない場合と、（ｃ）基地局方式によって移動局
の位置を求めることができ、しかもＧＰＳ方式によって
も位置が求まる場合と、の３つの場合が考えられる。
（ａ）の場合には、基地局方式によって当該移動局の位
置を特定し、（ｂ）の場合には、ＧＰＳ方式によって当
該移動局の位置を特定し、（ｃ）の場合には、ＧＰＳ方
式で得られる情報を利用して基地局方式で当該移動局の
位置を求める混在方式によって当該移動局の位置を特定
する。

【００２１】次に、本発明による移動局の位置特定方法
における基地局方式について説明する。今、移動局１に
おいて時刻ＴＭにおいて特定の電波が発射され、この電
波が３局以上の基地局２において、時刻Ｔｉ（ｉは基地
局の番号）において受信されたとする。ここで、各基地
局ｉから移動局１までの距離Ｒｉは、光速をＣとする
と、Ｒｉ＝Ｃ（Ｔｉ−ＴＭ） ―――（１）で与えられる。また、基地局ｉの既知の位置を、（ｘ
ｉ，ｙｉ）とすると、位置が未知の移動局１の位置
（ｘ，ｙ）は、（ｘ−ｘｉ）^２＋（ｙ−ｙｉ）^２＝Ｒｉ^２ ―――（２）として表すことができる。

【００２２】上述した式（１）および（２）より、（ｘ−ｘｉ）^２＋（ｙ−ｙｉ）^２＝Ｃ^２（Ｔｉ−ＴＭ）^２ ―――（３）が得られる。現実には、移動局１側の時刻と、基地局２
側の時刻とは同期していないので、実際に測定される電
波受信時刻ＴＭには、同期ずれが含まれており、この同
期ずれは未知数である。そこで、移動局１において測定
されるべき電波発射時刻ＴＭそのものを未知数として取
り扱えば良いことになる。ただし、複数の基地局２間の
時刻同期は、例えば周知の時刻同期装置を用いて確立さ
れているものとする。

【００２３】上述した式（３）の両辺の平方根をとり、
全ての未知数を左辺にまとめると、以下の式（４）が得
られる。［（ｘ−ｘｉ）^２＋（ｙ−ｙｉ）^２］^１／２＋ＣＴＭ＝ＣＴｉ ―――（４）両辺をＣで割ると、次の式（５）が得られる。［（ｘ−ｘｉ）^２＋（ｙ−ｙｉ）^２］^１／２／Ｃ＋ＴＭ＝Ｔｉ ―――（５）この式（５）において、未知数は、ｘ，ｙ，ＴＭの３つ
なので、最低３つの基地局３において電波受信時刻Ｔｉ
を測定することにより、移動局１の位置（ｘ，ｙ）を特
定することができる。

【００２４】ＧＰＳにおいては、基地局の役割をする衛
星までの距離が２万ｋｍ以上と非常に長いため、テーラ
ー展開により１次式に変換し、収束演算によって位置を
求めることができるが、例えば携帯電話の場合には、位
置更新を行う必要がある時間内に移動局が移動する範囲
は基地局までの距離と比較して無視することができない
ため、テーラー展開せずにそのまま連立３元２次方程式
を解く必要がある。ここで、基地局２間の時刻同期精度
が１００ｎｓ程度であることを考慮すると、距離に換算
した測定精度は３０ｍ程度となる。つまり、基地局２に
よるカバーエリアを１０〜２０ｍ程度のメッシュに区切
り、位置の代表点としてどの格子点に最も近いかを求め
る不連続な位置の特定で十分であるといえる。

【００２５】上述した式（５）における未知数ＴＭは、
全ての基地局２に対する方程式の中で当然同じ値となる
べきである。すなわち、ＴＭｉ＝ＴＭ（ｉは基地局の番号） ―――（６）ただし、ＴＭｉ＝Ｔｉ−［（ｘ−ｘｉ）^２＋（ｙ−ｙｉ）^２］^１／２／Ｃ――（７）この式（６）が成立するのは、電波受信時刻の測定誤差
が全くない場合なので、どの格子点が特定された位置と
して適当かどうかは、各基地局に対する未知数ＴＭｉの
食い違いが最小になる場合として判断できる。すなわ
ち、本発明においては、それぞれの基地局に対して求め
られる電波発射時刻から得られる2つの電波発射時刻の
全ての組み合わせにおける電波発射時刻の差の符号を考
慮しない和が、前記複数の代表点の中で最小となる代表
点の位置を、前記移動局の位置として求める。本例で
は、各基地局に対する未知数ＴＭｉの食い違い量Ｄは、
次式（８）で表すように２つの電波発射時刻の差の二乗
和として求めるが、例えばこれらの差の絶対値の和とし
て求めることもできる。Ｄ＝((（ｄｉｊ）^２，ｉ(ｊ ―――（８）ただし、ｄｉｊ＝ＴＭｉ−ＴＭｊ

【００２６】このように、通信エリア内の全ての格子点
について、式（８）のＤの値を計算し、その最小値を与
える格子点を移動局１の位置として特定することによ
り、上述した式（５）に示すように誤差の発生を考慮し
た完全な解析解を求める場合よりは計算量は相当少なく
なる。このように、基地局のカバーエリア内の全ての格
子点についてＤの値を計算し、Ｄが最小となる格子点を
求める場合、例えば１０００ｍ四方のカバーエリアを１
０ｍごとの格子点で区切ると、１００００格子点に対し
てＤの値を計算すれば良いことになる。

【００２７】上述した計算量をさらに少なくすることが
できる本発明の好適な実施例についてさらに説明する。
すなわち、移動局１の位置（ｘ，ｙ）に対する変化の唯
一の極小値が、求める最小値に一致する性質を利用する
ことによって、遥かに少ない格子点でＤの値を計算する
だけで、Ｄの最小値を与える格子点を求めることがで
き、この格子点を移動局１の位置として特定することが
できる。

【００２８】図２は、本発明による好適実施例における
順次の操作を示すフローチャートであり、図３〜５は、
これらの操作を説明するための線図である。以下の説明
では、基地局のカバーエリアを説明の便宜上正方形とし
ているが、４点以外の代表点を用いることもできる。先
ず、ステップＳ１において、基地局カバーエリアの形状
から位置計算エリアの初期値を設定する。ここでは、基
地局カバーエリアおよび位置計算エリアを正方形とす
る。したがって、位置計算エリアの一辺の長さＬと原点
（正方形の左下隅）の座標（０、０）を設定する。次の
ステップＳ２においては、図３に示すように、このよう
にして設定した位置計算エリアＡ１内に複数の代表点、
図３に示す例では４点（ｉ），（ｉｉ），（ｉｉｉ），
（ｉｖ）を決定する。この代表点の位置は、正方形の４
隅から一辺の長さの１／４だけ内側に入った点とする。
したがって、代表点（ｉ）の座標は（０．２５Ｌ、０．
２５Ｌ）となる。

【００２９】次に、ステップＳ３においては、上述した
ようにして決めた４つの代表点の各々について、上述し
た式（８）に基づいてＤの値をそれぞれ計算し、さらに
ステップＳ４において、このようにして計算した４つの
Ｄの値の内の最小値を与える代表点を決定する。続い
て、ステップＳ５において、現在の位置計算エリアの一
辺の長さＬと、要求されている位置特定精度とを比較す
る。ここで、「Ｙｅｓ」と判定される場合には、さらに
ステップＳ７へ進み、上述したように最小のＤを与える
代表点を移動局の位置として特定する。

【００３０】一方、ステップＳ５における判定が、「Ｎ
ｏ」の場合には、ステップＳ６へ進む。このステップＳ
６では、Ｄの最小値を与える代表点に基づいて、新たな
位置計算エリアを設定する。図４は、この新たな位置計
算エリアＡ２の設定の様子を示すものである。すなわ
ち、必要に応じて原点を更新し、最初の位置計算エリア
Ａ１の一辺の長さを０．７５倍に縮小した長さ０．７５
Ｌを一辺とする位置計算エリアＡ２に更新する。例え
ば、Ｄの最小値を与える代表点が図３に示す点（ｉ）の
場合には、図４の左端に示すように、原点は移動してい
ないが、一辺の長さが０．７５Ｌに縮小された新たな位
置計算エリアＡ２が設定される。また、Ｄの最小値を与
える代表点が図３に示す点（ｉｉ）の場合には、原点は
右側に０．２５Ｌだけ移動し、一辺の長さが０．７５Ｌ
に縮小された新たな位置計算エリアＡ２が設定され、Ｄ
の最小値を与える代表点が点（ｉｉｉ）の場合には、原
点は０．２５Ｌだけ上方に移動し、一辺の長さが０．７
５Ｌに縮小された新たな位置計算エリアＡ２が設定さ
れ、Ｄの最小値を与える代表点が点（ｉｖ）の場合に
は、図４の右端に示すように、原点は０．２５Ｌだけ右
方および上方へ移動し、一辺の長さが０．７５Ｌに縮小
された新たな位置計算エリアＡ２が設定される。

【００３１】ステップＳ６において、上述したように位
置計算エリアＡ２を更新したら、次にステップＳ２へ戻
り、この位置計算エリア内に４つの代表点を決定する。
例えば、最初の位置計算エリアＡ１でＤの最小値を与え
る代表点が図２に示す点（ｉ）の場合に更新された位置
計算エリアＡ２の中に設定される左下の代表点の座標
は、（０．７５Ｌ／４，０．７５Ｌ／４）となる。続い
て、ステップＳ３において、このようにして決定された
４つの代表点に対してそれぞれＤの値を計算し、さら
に、ステップＳ４において最小のＤを与える代表点を決
定する。ここで、ステップＳ５において、新たに更新さ
れた位置計算エリアＡ２の一辺の長さ０．７５Ｌが、所
望の位置精度よりも小さいか否かを判定する。

【００３２】このようにして、位置計算エリアを徐々に
小さくしながら、最小のＤを与える代表点を決定する操
作を所望の位置精度が得られるまで繰り返すことによっ
て、最終的にステップＳ７において、移動局の位置を特
定することができる。本例では、上述したように、位置
計算エリアの一辺の長さを０．７５倍に縮小しながら最
小のＤを与える代表点を決定する処理を繰り返している
が、以下にその理由を説明する。

【００３３】図５はＤの変化を代表点（ｉ）から代表点
（ｉｉ）まで間で示すものである。基地局カバーエリア
内には、極小値＝最小値となる点が一カ所しかないた
め、代表点（ｉ）におけるＤの値が、代表点（ｉｉ）に
おけるＤの値よりも小さい場合、原点から見て代表点
（ｉｉ）よりも遠方に、基地局カバーエリア内における
Ｄの最小値が存在することはないが、代表点（ｉ）と代
表点（ｉｉ）との間で、代表点（ｉｉ）の近傍に存在す
る可能性はある。代表点（ｉｉｉ）および代表点（ｉ
ｖ）についても同様であるから、代表点（ｉ）が４点の
中で最小のＤを与えたとしても、図４に示すように、残
りの３点を境界上に含む形で位置計算エリアを縮小する
方法が、Ｄの最小値を含んだままで位置計算エリアを縮
小する安全な方法であることが判る。

【００３４】上述したように、位置計算エリア内の４点
に対してＤを計算するたびに、正方形である位置計算エ
リアの一辺の長さが０．７５倍に縮小されるので、１０
００ｍ四方の基地局サービスエリアの場合、１０ｍの格
子点に相当する精度で位置を特定するのに、高々２０回
の繰り返し、つまり８０点に対してＤを計算するだけで
済む。１００００点に対するＤの計算と最小値検索が必
要な単純な方法に比べて、１００分の１以下の代表点に
対する処理を行うだけで済うという利点がある。

【００３５】上述したように、本発明の無線通信端末の
位置特定方法で使用する基地局方式においては、各基地
局には電波受信時刻を測定するための時刻同期装置が設
けられているが、この装置としては原子時計のような高
精度の時刻標準装置、ＧＰＳ受信機のように外部の高精
度時刻標準を利用できる装置、基地局間通信により予め
測定しておいた通信遅延時間を利用して同期していない
時刻を補正する装置などが考えられる。

【００３６】次に基地局の配置に関する制限事項につい
て説明する。本発明による基地局方式では、３局以上の
基地局において、電波受信時刻を測定することが要件で
あるが、これら３つの基地局が一直線状に並んでいる場
合には、この並んだ直線上における移動局の位置を特定
することはできない。この場合、移動局における電波発
射時刻ＴＭのそのものを特定しないと移動局の位置を特
定することはできない。もちろん、基地局の並んだ直線
から外れたところにある基地局を位置特定に利用する基
地局として追加すれば問題はない。したがって、基地局
の配置としては、基地局カバーエリアの周囲を囲むよう
に配置するのが良い。また、移動局が、位置の特定に利
用する３局以上の基地局を結んで作られる多角形の外側
で、基地局から離れるほど、受信時刻測定誤差の、位置
特定精度への影響が大きくなるので、３局以上の、通信
可能領域が重なる基地局カバーエリアの確保が容易で
も、お互いに近接して基地局を配置することは避けるべ
きである。また、基地局をこのように配置できない場合
であっても、本発明ではＧＰＳ方式によって移動局の位
置を特定することができるので、基地局の配置に対する
条件が著しく緩和されることになる。

【００３７】上述したように、本発明による無線通信端
末の位置特定方法においては、基地局方式によって移動
局の位置を特定できないときに、ＧＰＳ方式によって当
該移動局の位置を特定するが、このＧＰＳ方式による位
置の測定は周知のものであるので、ここでは説明しな
い。また、基地局方式およびＧＰＳ方式の両方で位置を
特定できる場合には、ＧＰＳ方式から得られる位置情報
を利用して基地局方式で移動局の位置を特定するように
している。ＧＰＳ受信機から得られる情報の中には、位
置の測定に使用するＧＰＳ衛星の配置に伴う位置決めの
精度の度合いを表す指標として、例えばＤＯＰ（Diluti
on of Precision）が含まれている。本発明の実施例で
は、このＤＯＰ情報などのＧＰＳの位置決め精度の度合
いを表す指標を利用し、上述した基地局方式によって位
置を特定する際の４つの代表点を、このＧＰＳ位置決め
精度の度合いを表す指標によって表される測定位置の推
定誤差範囲内に設定することによって、基地局方式での
計算量を飛躍的に少なくすることができる。なお、上述
したＤＯＰ以外に、移動体の運動状態、測位解の振る舞
いなどから実験的、経験的に得られる情報を、ＧＰＳ位
置決め精度の度合いを表す指標として用いることもでき
る。

【００３８】図６は、上述したように、基地局方式およ
びＧＰＳ方式の双方で移動局の位置を特定できる場合
に、ＧＰＳ方式から得られる位置情報を利用して基地局
方式で移動局の位置を特定するようにした場合の動作を
示すフローチャートである。ステップＳ１１において、
３局以上の基地局において、電波受信時刻を測定するこ
とができるか否か、換言すれば基地局方式によって当該
移動局の位置を特定することができるか否かを判断す
る。ここで、「Ｎｏ」と判断される場合には、ステップ
Ｓ１２において、ＧＳＰ方式によって当該移動局の位置
が特定できるか否かを判断する。ここで、「Ｎｏ」と判
断される場合には、ステップＳ１３において、１局以上
の基地局で電波受信時刻が測定できたか否かを判断し、
「Ｎｏ」の場合には、ステップＳ１４において、当該移
動局の位置を特定できないと判断して終了する。一方、
ステップＳ１３において、「Ｙｅｓ」と判断される場合
には、ステップＳ１５において、通信可能な基地局の通
信エリアの中心に当該移動局は位置していると判断す
る。ここで、２つの基地局が通信可能であると判断され
る場合には、それらの通信エリアの重なり部分の中心を
当該移動局の位置として特定する。

【００３９】一方、ステップＳ１１において、「Ｙｅ
ｓ」と判断される場合には、ステップＳ１７において、
ＧＰＳ方式による位置の特定が可能か否かを判断する。
ここで、「Ｎｏ」と判断される場合には、ステップＳ１
８で上述した基地局方式の処理フローを示す図２のステ
ップＳ１と同様に、位置計算エリアの初期値を基地局カ
バーエリアに設定し、図２のステップＳ２以降のステッ
プを含むステップＳ１９によって当該移動局の位置を特
定する。また、ステップＳ１７において、ＧＰＳ方式に
よる位置の特定が可能であると判断される場合には、ス
テップＳ２０で位置計算エリアの初期値として、ＧＰＳ
方式により得られる位置推定誤差の範囲を設定し、この
範囲内にある４つの代表点を指定し、ステップＳ１９に
おいて、この位置推定誤差範囲内の４つの代表点につい
て計算を行なって当該移動局の位置を特定する。

【００４０】本発明は上述した実施例にのみ限定される
ものではなく、幾多の変更や変形が可能である。例え
ば、上述した実施例においては、基地局方式によって移
動局の位置を求めることができ、かつＧＰＳ方式によっ
ても位置が求まる場合には、基地局方式における代表点
を、ＧＰＳ方式により得られる位置の推定誤差範囲内の
選定する混在方式を採用したが、例えば基地局方式によ
って求めた位置の精度をＧＰＳ方式により求まる位置に
よって確認するような混在方式を採用することもでき
る。

【００４１】

【発明の効果】上述したように、本発明による無線通信
端末の位置特定方法によれば、ＧＰＳ受信機を持たない
移動局の位置を特定するか、ＧＰＳ方式では位置が求め
られない移動局の位置を特定する場合には、基地局方式
によって移動局の位置を特定し、基地局方式によっては
移動局の位置を求めることができない場合には、ＧＰＳ
方式によって移動局の位置を特定し、基地局方式によっ
て移動局の位置を求めることができ、かつＧＰＳ方式に
よっても位置が求まる場合には、ＧＰＳ方式により得ら
れる情報と、基地局方式により得られる情報とを利用し
て当該移動局の位置を求める混在方式によって当該移動
局の位置を特定するようにしたので、基地局の分布密度
を低くしてもきわめて広いエリアにおいてかつ様々な状
況下においても移動局の位置を正確に特定することがで
きる無線通信端末の位置特定方法を提供することができ
る。

【００４２】また、基地局方式において、位置を特定す
べき移動局の時刻と、基地局における時刻とは同期して
いないという事実に基づいて、各基地局で測定される電
波受信時刻から求まる電波発車時刻を未知数とし、各基
地局に対する未知数の差の符号を考慮しない和、例えば
二乗和や差の絶対値の和が最小となる代表点を求めて、
これを移動局の位置として特定するものとした実施例で
は、時刻の誤差を考慮した完全な解析解を求める場合に
比べて計算量は著しく少なくなると共に手順も単純なも
のとなる利点がある。

【００４３】また、基地局方式において、位置計算エリ
アを徐々に小さくしながら各基地局に対する未知数の差
の二乗和Ｄが最小となる代表点を求める操作を、所望の
位置精度が得られるまで繰り返す場合には、移動局の位
置の特定を効率よく、より一層少ない計算量で実行でき
る利点がある。

【００４４】さらに、基地局方式によって移動局の位置
を求めることができ、かつＧＰＳ方式によっても位置が
求まる場合に採用される混在方式において、基地局方式
における代表点を、ＧＰＳ方式により得られる位置推定
誤差の範囲内の点を選択することによって基地局方式で
の計算量を著しく少なくすることができると共に、位置
特性の精度を向上することができる。さらに、基地局設
置密度は、３局以上の基地局のカバーエリアが重複する
範囲で低くすることができ、基地局設置費用を軽減する
ことができる。

【００４５】さらに、基地局方式において、距離測定に
誤差があっても、必ず基地局カバーエリア内に移動局の
位置が求められるので、安定した位置の特定が可能とな
る利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による無線通信端末の位置特定方法を
適用した無線電話システムの全体の構成を示す線図であ
る。

【図２】本発明による方法において、基地局方式によ
って移動局の位置を特定するときの順次の操作を示すフ
ローチャートである。

【図３】同じくその動作を説明するための線図であ
る。

【図４】同じくその動作を説明するための線図であ
る。

【図５】同じくその動作に説明するための線図である。

【図６】本発明による方法において、基地局方式およ
びＧＰＳ方式を用いて移動局の位置を特定するときの順
次の操作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１移動局、１ａ送受信装置、１ｂＧＰＳ受信
機、２基地局、３通信制御局、Ａ１，Ａ２位置
計算エリア、（ｉ），（ii），（iii），（iv）代
表点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれに無線通信端末が付帯された複数
の移動局と、これらの移動局との間で交信を行う、それ
ぞれ位置が既知の複数の基地局と、複数の無線通信端末
と複数の基地局との間で行われる交信を制御する通信制
御局とを含み、前記複数の移動局の少なくとも一部がＧ
ＰＳ受信機を有する無線通信方式における個々の移動局
の位置を特定するに当たり、（ａ）ＧＰＳ受信機を持た
ない移動局の位置を特定するか、ＧＰＳ方式では位置が
求められない移動局の位置を特定する場合には、基地局
方式によって当該移動局の位置を特定し、（ｂ）基地局
方式によっては移動局の位置を求めることができない場
合には、ＧＰＳ方式によって当該移動局の位置を特定
し、（ｃ）基地局方式によって移動局の位置を求めるこ
とができ、かつＧＰＳ方式によっても位置が求まる場合
には、ＧＰＳ方式により得られる情報と、基地局方式で
得られる情報を利用する混在方式によって当該移動局の
位置を特定する、ことを特徴とする無線通信端末の位置
特性方法。
【請求項２】（ａ）ＧＰＳ受信機を持たない移動局の位
置を特定するか、ＧＰＳ受信機によっては位置を求めら
れない移動局の位置を特定する場合には、或る移動局の
無線通信端末から発射される電波を、基準時刻に実質的
に同期した３局以上の基地局で受信した時刻をそれぞれ
測定し、これらの受信した時刻と、前記移動局で発射さ
れた時刻との差に光速を乗じた量が前記移動局と前記３
局以上の基地局との間の距離に等しいとする方程式を、
前記３局以上の基地局による同時通信可能領域内の複数
の代表点に対して、未知数である前記電波発射時刻を前
記３局以上の基地局に対してそれぞれ求めるように変形
し、この変形した式から求められる３つ以上の電波発射
時刻から得られる２つの電波発射時刻の全ての組み合わ
せにおける電波発射時刻の差の符号を考慮しない和が、
前記複数の代表点の中で最小となる代表点の位置を、前
記移動局の位置として求める基地局方式を採用し、
（ｃ）の前記３局以上の基地局において電波発射時刻が
求められ、かつＧＰＳ受信機により位置が求まる場合に
は、上記基地局方式における前記代表点を、ＧＰＳ受信機に
よる位置の推定誤差範囲内から選択する混在方式を採用
する、ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信端末
の位置特定方法。
【請求項３】前記移動局の無線通信端末から電波が発射
される時刻と、この電波を３局以上の基地局で受信する
時刻との差から、通信遅延時間を測定する処理を、前記
通信制御局または無線通信端末で行うことを特徴とする
請求項２に記載の無線通信端末の位置特定方法。
【請求項４】前記基地局方式および混在方式において、
移動局の無線通信端末から発射される電波の受信時刻か
ら移動局の位置の特定を行う処理を、前記通信制御局に
よる情報の中継により、前記移動局または基地局で行う
ことを特徴とする請求項２または３に記載の無線通信端
末の位置特定方法。
【請求項５】前記基地局方式および混在方式において、
移動局の無線通信端末から電波が発射される時刻と、こ
の電波を３局以上の基地局で受信する時刻との差から通
信遅延時間を測定する処理と、これらの基地局での受信
時刻から移動局の位置の特定を行う処理とを、前記移動
局、基地局および通信制御局の間で分散させることを特
徴とする請求項２に記載の無線通信端末の位置特定方
法。
【請求項６】前記通信制御局の機能を、前記基地局で代
行させることを特徴とする請求項２乃至５の何れかに記
載の無線通信端末の位置特定方法。
【請求項７】前記電波発射時刻の差の符号を考慮しない
和を、同時通話可能領域内において所望の位置特定精度
を満足するように選ばれた全ての代表点に対して求め、
それらの中で最小となる和を与える代表点の位置を移動
局の位置として求めることを特徴とする請求項２乃至６
の何れかに記載の無線通信端末の位置特定方法。
【請求項８】前記電波発射時刻の差の符号を考慮しない
和が、前記複数の代表点の中で最小となる代表点の位置
を移動局の位置として求める処理を、複数の代表点が含
まれる位置計算エリアの大きさを徐々に小さくしながら
所望の位置精度が得られるまで繰り返すことを特徴とす
る請求項２乃至６の何れかに記載の無線通信端末の位置
特定方法。
【請求項９】前記位置計算エリアを正方形とし、その一
辺の長さを毎回０．７５倍だけ縮小させることを特徴と
する請求項８に記載の無線通信端末の位置特定方法。