JP2003329757A - 無線位置測定方法および装置 - Google Patents

無線位置測定方法および装置

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JP2003329757A
JP2003329757A JP2002136440A JP2002136440A JP2003329757A JP 2003329757 A JP2003329757 A JP 2003329757A JP 2002136440 A JP2002136440 A JP 2002136440A JP 2002136440 A JP2002136440 A JP 2002136440A JP 2003329757 A JP2003329757 A JP 2003329757A
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base station
terminal
distance measurement
radio wave
measurement results
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Mikio Kuwabara
幹夫 桑原
Kenzaburo Fujishima
堅三郎 藤嶋
Nobukazu Doi
信数 土居
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Abstract

(57)【要約】 【課題】測距結果から誤差が大きいと考えられる基地局
を選択した場合に、選択により基地局数が規定値を下回
り、位置計算ができなくなることがある。 【解決手段】基地局選択を行う前に、そこまでに生き残
った基地局をスタックに格納し110、基地局選択を行
う。基地局選択の結果、生き残り基地局数が規定値未満
であれば、先にスタックした基地局をリバイバル112す
る。 【効果】測距結果から誤差が大きいと考えられる基地局
を選択した場合にも、選択により基地局数が規定値を下
回り、位置計算ができなくなる場合を防止し、ユーザが
位置を参照することができないことを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、無線電波発信源か
ら送信された信号を受信し、端末の位置を測定する無線
位置測定装置の位置計算方法に関する。特にセルラ基地
局の信号を使用して端末の位置を特定するシステムの位
置計算方法について記載している。
【0002】
【従来の技術】図2を用いて従来技術の説明を行う。図
2は、従来技術からなる位置計算方法の流れを示す。測
位を開始すると、まず端末は測距を開始する(ステップ
201)。このステップでは、無線電波が送信している
特定パタンの信号を受信し、相関器を通してその受信タ
イミングを抽出する。例えばIS-95で記載されているCDM
A通信システムでは、基地局はGPSによって同期が取ら
れ、正確な時間においてパイロット信号を送信してい
る。この信号を端末側で受信して、パイロット信号特有
のPN系列によって相関を取ることで端末側での受信タイ
ミングが判明する。少なくとも3つの基地局から受信タ
イミングを測定できれば、端末のX,Yの座標と時間の3
つの未知数を解くための方程式3つを作成することがで
き、端末の位置を求めることができる。次のステップ2
02について説明する。ステップ201では、電波発信
源である基地局からの信号を無条件で測定している。し
かしながら実際の伝搬環境では、構造物による電波の遮
断やマルチパスの影響によって、測距結果には誤差が含
まれる。この影響を緩和するため、いくつかの条件によ
って誤差の大きい測距結果を除外して位置を計算した方
が、測定精度の向上が期待できる。このため、ステップ
202の基地局選択では、得られた測距結果を条件判定
にかけて、結果が思わしくないと推定される測距結果を
除外している。たとえば、条件1(図中番号204)で
は、受信タイミングを計る際に遅延プロファイルを作成
するが、その出力の大きさから受信信号の受信レベルが
判定できる。この受信レベルが所要のSNRに満たない測
距結果は除外している。また条件2(図中番号205)
では、生き残った基地局の測距結果を使って端末の仮位
置を計算し、その仮位置から同一方向にある基地局の測
距誤差を比較して、遅延量の大きな基地局の信号は除外
している。続くステップ203の位置計算では、最小二
乗法に基づいて端末位置を計算する。計算方法はGPSに
代表される方法と全く同じであるが、IS-95を用いた例
であれば、たとえば特開平7−181242においてそ
の方法が開示されている。具体的な計算方法は、例え
ば、社団法人日本測量協会出版「GPS測量の基礎」土屋
淳著に示されている。
【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
条件付けから結果を判定し、思わしくない測距結果を除
外していた。しかし、2次元の位置計算には、少なくと
も3つの電波発信源からの情報を使わなくては位置計算
を実施できないため、上記の条件付けを行うと端末の位
置が計算できなくなるケースが発生する。端末のユーザ
にとって、位置が全く計算できない場合と、位置計算結
果が悪くても計算が実施できる場合とを使い勝手の点か
ら比較すると、悪いながらも位置計算が実施できる後者
の解がよい。従来の技術では、このソリューションを提
供することができなかった。また、その際にユーザに対
して精度がよくないことを通知する手段がなかった。
【0003】
【課題を解決するための手段】上記課題は、第1の解決
手段、すなわち、複数の電波発信装置から送信される電
波を受信し、その受信タイミングから端末の位置測定を
行う無線端末位置測定方法で、各電波発信装置から送信
される信号の受信タイミングの推定精度を判定するステ
ップ1と、推定精度の悪い測定結果を捨てるステップ2
と、生き残った有効な測距結果のみを用いて端末の位置
を計算するステップ3からなる無線位置測定方法におい
て、該ステップ2で、捨てた後の測距結果の数が一定値
以下になる場合に、該ステップ2を免責し、捨てた該当
測定結果を復活させるステップ4が具備されることを特
長とした無線位置測定方法によって解決される。また、
上記課題は、音声通知手段あるいは画像通知手段を持つ
無線位置測定端末であって、第1の解決手段の無線位置
測定方法を採用し、上記ステップ4が動作した際に、上
記の音声通知手段、あるいは画像通知手段によって、ユ
ーザに推定精度が悪いことを通知することを特長とする
ことを特長する無線位置測定装置によって解決される。
また、上記課題は、第1の解決手段の無線位置測定方法
において、該ステップ1の判定方法は、測距結果を導く
際に必要となる相関演算結果が、規定された信号レベル
に達しているかで判断するステップ5により実現されて
いることを特長とする無線位置測定方法によって解決さ
れる。
【0004】また、上記課題は、第1の解決手段の無線
位置測定方法において、該ステップ1の判定方法は、同
一基地局の異なるセクタの内、測距結果が最も早いもの
を選択して残りのセクタを全て捨てるステップ6により
実現されていることを特長とする無線位置測定方法によ
って解決される。
【0005】また、上記課題は、第1の解決手段の無線
位置測定方法において、端末の仮の位置を計算するステ
ップ7と、その仮の端末位置からみて同一方向にある複
数の電波発信装置を選択するステップ8と、上記ステッ
プ8において選択された複数の電波発信装置に関する測
距結果から該電波発信装置と端末仮位置との距離差を差
し引いて得られる測定誤差値の差を計算し、これが一定
値以上の値を持つ場合に誤差値の値が大きい方を除外対
象と判断するステップ9により実現されていることを特
長とする無線位置測定方法によって解決される。また、
上記課題は、第1の解決手段の無線位置測定方法におい
て、該ステップ1の判定方法は、端末の位置計算を行う
場合に、位置計算結果の尤度を劣化させる測距結果を捨
てるステップ10によって実現されていることを特長と
する無線位置測定方法によって解決される。
【0006】
【発明の実施の形態】図1を用いて、本発明からなる第
1の実施例を説明する。図1は、本発明からなる第1の
実施例の構成を示す図である。本発明においても、位置
測定の流れは従来技術と全く同じである。すなわち、ま
ず、測距(101)を行い、次に測位に使用する基地局
の選択(102)を行う。最後に選択された基地局の測
距結果を使って位置計算(103)を行う。本発明の第
1のポイントである基地局選択(102)について説明
する。基地局選択では、従来例と同様に、例として2つ
の条件を挙げて本発明を説明する。条件1(105)
は、ステップ101において作成した遅延プロファイル
の大きさから受信信号の受信レベルを判定し、品質の低
い測定結果を除外する。まず、判定前に観測された基地
局をスタックにプッシュする(107)。次に判定に移
る。ここでは、受信レベルが所要のSNRに満たない測距
結果は除外される(108)。その後、上記条件108
の判定において生き残った基地局の数をチェックし、こ
れが、規定値未満であるかを判定する。規定値は例えば
3でよい。3局からの信号が観測できれば、端末の位置
を推定することができる。もし、生き残り基地局数が規
定値を下回った場合には、先にスタックしてあった基地
局をスタックから引き出し、基地局数を元の数に戻す。
これにより条件1は免責され、基地局数が規定値未満と
なることはなくなる。この過程を以下ではリバイバルと
呼ぶことにする。この際に、リバイバルしたことを示す
フラグを立てておく。このフラグは、ある基地局制約条
件を実施した結果、基地局数が規定値以下となったが、
リバイバルにより復活したことを示す。次の条件2(1
06)は、同一方向にある基地局を比較し、その測距遅
延が大きさを判定している。この条件においても、先程
と同様に、ここまでで生き残った基地局をスタックにプ
ッシュする(110)。次に判定に移る。判定(11
1)では、まず、ここまでで生き残った基地局を使って
仮の端末位置を推定する。仮位置推定は、ここまでで生
き残っている基地局を利用して、最小二乗法により求め
る。計算方法は従来技術で説明した方法でよい。計算し
た仮位置には、誤差が含まれるが、基地局の距離がkm
オーダーであることに比べて、ここでの誤差は高々数1
00m以下であり、仮の位置から各基地局の方位を判定
するに足りる精度が得られる。この仮位置から、生き残
った基地局に関して、方位を比較する。例えば、基地局
Aと基地局Bの方位を求め、その差が30度以内であった
ならば、この両者の測距結果は相関を持つはずであると
考える。測距結果から基地局Aと仮位置間の距離を差し
引くことで測距誤差を算出する。更に比較対象である基
地局AとBについての測距誤差の差を計算する。この値
は相対誤差を示している。仮位置から見た方位の差が3
0度以内の基地局について、測距誤差の差が閾値以上と
なった場合に、測距誤差が大きい方を除外する。これ
は、伝搬距離測定では、マルチパスの影響から遅延は発
生するため、遅延誤差の小さい方、すなわち早い方が、
直接波を検出している可能性が高いからである。以上の
条件判定から観測された基地局を選別するが、この条件
のために、基地局数が規定値以下になってしまうと、位
置計算が不可能になる。そのため、次のステップ112
では、生き残り基地局の数をチェックし、これが、規定
値未満であるかを判定する。規定値は例えば3でよい。
3局からの信号が観測できれば、端末の位置を推定する
ことができる。もし、生き残り基地局数が規定値を下回
った場合には、先にスタックしてあった基地局をスタッ
クから引き出し、基地局数を元の数に戻す。これにより
条件1は免責され、基地局数が規定値未満となることは
なくなる。また、この際に、リバイバルしたことを示す
フラグを立てておく。このフラグは、基地局制約条件を
実施した結果、基地局数が規定値以下となったが、リバ
イバルによって復活したことを示す。上記102におい
て、基地局の選択を行った後に、本実施例では、位置計
算を行う。位置計算は、従来技術で説明されている方法
と同じでよく、ここでは、詳細な説明は省略する。位置
計算を終えた後に、もし、リバイバルが発生して位置計
算を行ったならば、ユーザに対して精度が不十分である
ことを通知する。これは、先に設定したリバイバルフラ
グをチェックすることで実施可能である。リバイバルフ
ラグが立っていれば、リバイバルが実施されたことを示
しているから、音声、あるいは画面表示によってユーザ
に精度が不十分であることを通知する。第1実施例によ
り、位置の推定精度は悪いながらも、端末の位置を算出
することができる。よって課題は解決される。上記で
は、ユーザに通知することを例に挙げて本発明を説明し
ているが、ユーザに知らせない場合も本発明に含まれる
ことは明白である。また、上記では条件としてS/Nの評
価と同一方向の基地局で判定する例で本発明を説明した
が、これに限るものではない。例えば、基地局選択の方
法として、同一基地局の複数あるセクタの内、最も測距
結果が早いものを選択する方法に関しても本発明が適用
できる。また、位置計算には最小二乗法を適用するが、
この際に計算するコスト関数(尤度)を用いて基地局選
択を行う方法もある。例えば、特定の基地局の測距結果
を一旦仮に除外し、位置計算を行う。これを複数の基地
局に関して繰り返し、この際に得られるコスト関数(尤
度)を比較する。コスト関数が小さくなるのが(尤度が
高くなるのが)、正しい除外を行った証明であり、コス
ト関数が小さくなったときに仮に除外した基地局を正式
に除外する方法が考えられるが、これに関しても本発明
は有効である。図3を用いて、本発明からなる第2の実
施例を説明する。図3は、本発明からなる第2の実施例
の端末の構成を示す構成図である。図はCDMA方式を採用
するシステムの基地局信号を利用する端末の構成例であ
る。アンテナ301で受信された基地局からの信号は、
RF部302においてダウンコンバートされて、ベースバ
ンド信号に変換される。端末は、その信号がどの基地局
からの信号であるかを識別するため、制御チャネル用の
逆拡散器304で信号の逆拡散を行い、制御チャネル用
の検出器305を使って信号を再生する。制御チャネル
には、基地局を識別するIDが格納されており、このIDか
らどの基地局観測できているかを推定する。IDが推定
されれば、近辺にどのような基地局が存在するか、メモ
リー308内のリストを調査することで判明する。各基
地局は特定のパタンのパイロット信号を送信している
が、これに相関器306を動作させてその特定パタンと
の相関をとり、遅延プロファイルを作成する。作成され
た遅延プロファイルはメモリー308に記録される、CP
U307は全体の制御を行い、第1の実施例の流れを実
施する。このとき、CPU307の代わりに、複数または
単一の専用のLSIを用いても良い。もし、ステップ1
04において、リバイバルフラグが検出されたら、CPU
307は、液晶画面309に特定の画像を表示してユー
ザにリバイバルが発生したことを通知する。あるいはス
ピーカ310から特定の警告音を出してユーザにリバイ
バルが発生したことを通知する。本発明により、ユーザ
はリバイバルが発生したことを容易に知ることができ
る。したがって課題は解決される。
【0007】
【発明の効果】本発明によれば、測距結果から誤差が大
きいと考えられる基地局を選択した場合にも、選択によ
り基地局数が規定値を下回り、位置計算ができなくなる
場合を防止し、ユーザが位置を参照することができない
ことを防止できる。また、その際ユーザに音声あるいは
液晶画面でリバイバルが発生したことを通知するので、
ユーザは誤差が大きいことを明示的に知ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明からなる第1の実施例の流れ図。
【図2】従来技術の流れ図。
【図3】本発明からなる第2の実施例の構成図。
【符号の説明】
101...測距、102...基地局選択、10
3...位置計算、104...通知、105...条
件1、106...条件2、107...基地局スタッ
ク(条件1)、108...基地局選択(条件1)、1
09...リバイバル(条件1)、110...基地局
スタック(条件2)、111...基地局選択(条件
2)、112...リバイバル(条件2)、20
1...測距、202...基地局選択、203...
位置計算、204...基地局選択(条件1)、20
5...基地局選択(条件2)、301...アンテ
ナ、302...RF部、303...BB部、30
4...制御ch用逆拡散部、305...制御ch検
出器、306...パイロットch用相関器、30
7...CPU、308...メモリー、309...液
晶画面、310...スピーカ。
フロントページの続き (72)発明者 土居 信数 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 5J062 AA01 BB05 CC12 CC16 FF01 5K067 AA35 BB04 DD52 DD54 EE02 EE10 EE24 FF16 HH21 HH22 HH23 JJ52 JJ54

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の電波発信装置から送信される電波を
    受信し、その受信タイミングから端末の位置測定を行う
    無線端末位置測定方法で、各電波発信装置から送信され
    る信号の受信タイミングの推定精度を判定するステップ
    1と、推定精度の悪い測定結果を捨てるステップ2と、
    生き残った有効な測距結果のみを用いて端末の位置を計
    算するステップ3を有する無線位置測定方法において、
    上記ステップ2で、捨てた後の測距結果の数が一定値以
    下になる場合に、該ステップ2を免責し、捨てた該当測
    定結果を復活させるステップ4が具備されることを特長
    とした無線位置測定方法。
  2. 【請求項2】複数の電波発信装置から送信される電波を
    受信し、その受信タイミングから端末の位置測定を行う
    無線端末位置測定装置であって、 信号処理部と、音声通知手段および画像通知手段の少な
    くとも一つを有し、 上記信号処理部は、各電波発信装置から送信される信号
    の受信タイミングの推定精度を判定するステップ1と、
    推定精度の悪い測定結果を捨てるステップ2と、生き残
    った有効な測距結果のみを用いて端末の位置を計算する
    ステップ3と、上記ステップ2で、捨てた後の測距結果
    の数が一定値以下になる場合に、該ステップ2を免責
    し、捨てた該当測定結果を復活させるステップ4を実行
    する機能を具備し、上記音声通知手段および画像通知手
    段の少なくとも一つは、、上記ステップ4が動作した際
    に、ユーザに推定精度が悪いことを通知することを特長
    とする無線位置測定装置。
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