JP2003339070A - 位置検出システムおよび携帯端末およびサーバ - Google Patents

位置検出システムおよび携帯端末およびサーバ

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JP2003339070A JP2002146384A JP2002146384A JP2003339070A JP 2003339070 A JP2003339070 A JP 2003339070A JP 2002146384 A JP2002146384 A JP 2002146384A JP 2002146384 A JP2002146384 A JP 2002146384A JP 2003339070 A JP2003339070 A JP 2003339070A
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直己 辻
Yoshiaki Umehara
義章 梅原
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Yoshitaka Imakado
義隆 今門
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＧＰＳ信号受信機能をもつ携帯電話機におい
て、サーバとの通信をほとんど行わずに連続した位置検
出を行うことで、ユーザが料金を気にせずに、連続して
位置情報を得ることができるようにし、かつ、２回目以
降の位置検出の時間を、大幅に短縮できるようにするこ
と。 【解決手段】 携帯端末は、初回の位置検出ではサーバ
との通信を行い、サーバからＧＰＳアシスト情報と基地
局位置情報とを取得すると共に、取得したＧＰＳアシス
ト情報を用いて受信したＧＰＳ信号の受信結果をサーバ
に報告して、サーバで演算された携帯端末の位置情報を
取得し、２回目以降の位置検出ではサーバとの通信およ
びＧＰＳ信号の受信を行わず、周辺基地局との電波伝搬
時間の測定結果と、前回の携帯端末の位置情報と、基地
局位置情報とを用いて、携帯端末自身で位置検出演算を
行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＤＭＡ（Code D
ivision Multiple Access）方式の携帯電話機などの携
帯端末の位置検出技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】無線通信を利用した移動局の位置を測定
する第１の方法として、位置が特定されている複数の基
地局からの距離を測定し、計算する方法が提案されてい
る。この距離を測定する方法としては、一方から送信さ
れた電波を受信した側で電界強度を測定し、その強さか
ら測定する手法と、一方から送信された電波を受信する
までの伝播時間を測定する手法とが代表的である。携帯
電話機などでは、送信および受信を実行する上で受信側
で一定の電界の強さを確保する目的から、電界の強さを
測定することが必要なため、前者は採用し易い手法であ
る。しかし、精度は高いとは言えない。後者は、基地局
と移動局ともに高い時間計測精度が必要であり、最近の
技術向上により、高い精度での距離測定が可能になって
きた。この後者の１例は、特公平７−１８１２４２号公
報に開示されている。しかしながら、ビル等の電波の伝
播に対する障害物の少ない郊外では基地局の配置は疎で
あり、同時に受信できる基地局の数は３局以下である。
一方、基地局の配置が密である都市部においては同時に
６局程度受信できる可能性があるが、ビル等の障害物の
ために反射波の影響が大きい。これらの障害のために、
基地局のみを使った測位は精度が不充分であり、高精度
の測位方式が望まれていた。
【０００３】また、移動局の位置を特定する測位精度の
高い第２の方法として、複数の人工衛星からの信号を移
動局で受信して、測定時点の衛星の位置を衛星からの情
報を元に計算するとともに、各衛星からの距離を測定し
て位置を計算する方法が、提案されている。この方法
は、地平面からある角度以上の位置にあるＧＰＳ（Glob
al Positioning System）衛星を使うことによって、高
い精度を確保できる。この第２の方法は、ＧＰＳ方式の
カーナビゲーションシステムに広く利用されている。Ｇ
ＰＳ方式の測位システムは、地上のシステムは基本的に
は不要であり、精度も良いために、携帯機器（携帯端
末）への応用も拡大しつつある。しかしながら、ＧＰＳ
方式では初期設定に長い時間がかかるため、頻繁に回路
の電源を切断する省電力重視の携帯電話機に適用するの
は困難であった。
【０００４】この課題を解決する方式として、ＧＰＳ衛
星の情報を基地局から提供することにより、初期設定を
短時間に実行できる技術が開発された。この技術の１例
は、特表平１１−５１３７８７号公報に開示されてい
る。この公報の開示技術では、ＧＰＳ衛星信号を捕捉す
るためのＧＰＳアシスト情報を、サーバから端末装置に
供給し、端末装置は捕捉したＧＰＳ情報をサーバに報告
し、これにより、サーバは端末装置から得た情報に基づ
いて、位置検出の演算処理を実行するようになってい
る。
【０００５】前記ＧＰＳ方式の位置検出システムは、複
数の人工衛星（ＧＰＳ衛星）を地球の周囲に配置し、地
上の受信機でＧＰＳ衛星からの信号を受け、各ＧＰＳ衛
星からの信号の電波伝播時間で各ＧＰＳ衛星からの距離
を測定し、幾何学的な計算で地上の受信機の位置を検出
するものである。前記特表平１１−５１３７８７号公報
に開示された従来技術では、サーバは常時ＧＰＳ衛星を
観測し、ＧＰＳ衛星から受けた信号の同期タイミングに
同期させて、端末装置に対してＧＰＳアシスト情報を送
信する。ＧＰＳアシスト情報は、端末装置が受信可能な
ＧＰＳ衛星の数、各ＧＰＳ衛星の信号を受信するための
同期タイミングの範囲を含んでいる。一方、ＧＰＳ受信
機能を内蔵した端末装置では、ＧＰＳアシスト情報を使
ってＧＰＳ衛星が送信した信号をサーチし、捕捉したＧ
ＰＳ情報をサーバに報告し、サーバから位置検出演算結
果を受け取ることによって、位置を取得している。
【０００６】前記した特表平１１−５１３７８７号公報
の位置検出システムを用いて現在運用されている位置検
出サービスでは、ユーザが位置検出を要求すると、端末
装置は、周囲に存在するＣＤＭＡ基地局から受信した信
号について、それぞれの電波伝播時間の測定（イニシャ
ルパイロットフェーズ測定）を行い、この測定結果をサ
ーバに報告して、サーバは、報告された測定結果とサー
バが持っている基地局データベースを用いて、端末装置
のおおまかな位置を検出する演算を行い、このおおまか
な位置で捕捉できるであろうＧＰＳ衛星に関するＧＰＳ
アシスト情報を、端末装置に対して送信する。そして、
端末装置では、受信したＧＰＳアシスト情報を元にＧＰ
Ｓ衛星の捕捉を試み、捕捉できたＧＰＳ衛星の信号の電
波伝播時間（スードレンジ測定）および周囲にあるＣＤ
ＭＡ基地局から受信した信号の電波伝播時間を測定（セ
カンドパイロットフェーズ測定）した結果を、サーバに
報告する。これにより、サーバは、報告された上記２つ
の測定結果を元に、端末装置の位置を検出する演算を行
い、この演算結果を端末装置に送信することで、ユーザ
に位置情報を提供するようになっている。また、位置特
定の計算に必要な数のＧＰＳ衛星（４個以上）を捕捉す
ることが出来ない場合には、ＣＤＭＡ基地局をＧＰＳ衛
星と同様に使用し、位置検出演算を行うことで位置検出
を可能にしている。
【０００７】なお、従来のＧＰＳ測位可能な携帯電話機
は、共通回路部をＧＰＳと携帯電話で切り換えて使用し
ており、測位時には通話ができなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したＧ
ＰＳ測位を行う従来の位置検出システムでは、端末装置
では位置検出の演算を行わず、端末装置から前記スード
レンジ測定および前記セカンドパイロットフェーズ測定
の結果を受け取ったサーバ側で、端末装置の位置検出の
演算を行っているため、１回の位置検出を行う毎にサー
バと通信する必要があり、その間の通信料金がかかって
しまうことになるので、連続して自己の移動経路を知り
たいユーザにとって、使い易いシステムとは言いがたい
もとのなっていた。また、サーバに位置検出の要求を行
ってから、その都度、端末装置がＧＰＳアシスト情報を
受け取って、これに基づきＧＰＳ信号を受信してスード
レンジ測定結果を行い、このスードレンジ測定結果やセ
カンドパイロットフェーズ測定結果を受け取ったサーバ
側が位置検出の演算を行って、地図情報と共に位置情報
を端末装置に送信するようにしているので、端末装置が
位置検出の要求を行ってから位置情報を得るまでに、ど
うしても時間がかかり、サーバの位置演算のアルゴリズ
ムやデータ伝送速度の如何にもよるが、端末装置を操作
してから位置情報を得るまでに２０秒程度かかることも
稀ではなかった。なお、端末装置に位置検出演算を行う
手段を備えたとしても、上述した位置検出システムで
は、端末装置は位置検出演算を行うために必要十分な情
報を得ることが出来ないので、位置を検出することがで
きなかった。
【０００９】本発明の目的は、サーバとの通信をほとん
ど行わずに連続した位置検出を行うことで、ユーザが料
金を気にせずに、連続して位置情報を得ることができる
ようにし、かつ、２回目以降の位置検出の時間を、大幅
に短縮できるようにすることにある。また、通話中にも
連続して位置情報を得ることができるようにすることに
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明による代表的な１つの発明では、ＧＰＳ
衛星からのＧＰＳ信号を受信すると共に、ネットワーク
を通じて接続された基地局を介して携帯端末と通信を行
い、携帯端末の位置を検出するための演算を行うサーバ
と、携帯端末のための基地局と、ＧＰＳ信号を受信可能
な携帯端末とを、備えた位置検出システムにおいて、携
帯端末は、初回の位置検出ではサーバとの通信を行い、
サーバからＧＰＳアシスト情報と基地局位置情報とを取
得すると共に、取得したＧＰＳアシスト情報を用いて受
信したＧＰＳ信号の受信結果をサーバに報告して、サー
バで演算された携帯端末の位置情報を取得し、携帯端末
は、２回目以降の位置検出ではサーバとの通信およびＧ
ＰＳ信号の受信を行わず、周辺基地局との電波伝搬時間
の測定結果（今回のパイロットフェーズ測定結果と前回
のパイロットフェーズ測定結果）と、前回の携帯端末の
位置情報と、基地局位置情報とを用いて、携帯端末自身
で位置検出演算を行う、ように構成される。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を用いて説明する。
【００１２】ここで、以下の実施形態においては、ＧＰ
Ｓ衛星は捕捉可能なものが常に最小限４個存在し、ま
た、ＣＤＭＡ基地局については、通信可能なものが基本
的には最小限４局存在しているものとするが、４局未満
の場合もあり得るとする。サーバは、ＧＰＳ衛星からの
ＧＰＳ信号を常時受信し、交換機を介してＣＤＭＡ基地
局からＧＰＳ信号の同期タイミングに同期して、ＧＰＳ
アシスト情報およびＣＤＭＡ基地局の基地局情報を送信
する。ＣＤＭＡ基地局情報には、基地局の緯度、経度、
高度、BaseＩＤ、ＮＩＤ、送信しているパイロット信号
のＰＮオフセット値が含まれている。BaseＩＤは基地局
のＩＤ、ＮＩＤは該基地局が属するネットワークのＩＤ
である。また、あるシステムＩＤ（ＳＩＤ）のネットワ
ークには、それぞれのネットワークＩＤ（ＮＩＤ）を持
つネットワークが含まれ、それぞれのネットワークにＣ
ＤＭＡ基地局が含まれている。
【００１３】また、以下の実施形態において、ＧＰＳ受
信機能を内蔵したＣＤＭＡ方式の携帯端末は、ＧＰＳ受
信機能を内蔵したＣＤＭＡ方式の無線電話機（以下、携
帯電話機と称す）であるとし、この携帯電話機は、ＣＤ
ＭＡ基地局情報などを記憶するための記憶手段と、位置
検出演算を行うための演算手段等々を備えている。な
お、本発明でいうＣＤＭＡ（Code Division Multiple A
ccess）とは、ｃｄｍａＯｎｅ、ｃｄｍａ２０００、Ｗ
（Wideband）−ＣＤＭＡなどの第２．５世代、第３世代
携帯電話に採用されている符号分割多重接続方式が含ま
れるものである。
【００１４】＜第１実施形態＞まず、本発明の第１実施
形態を、図１〜図３、図６、図７を用いて説明する。本
実施形態および後述する第２実施形態は、ＧＰＳ衛星の
使用する高精度の時計システムの信号を受けて、それを
時間基準として使用するＣＤＭＡ方式を想定している。
【００１５】図２は、本実施形態の携帯電話機１２の構
成を示すブロック図である。ＧＰＳ受信機能を内蔵した
携帯電話機１２は、共通に用いる構成要素として、記憶
手段２０５、情報出力手段２１１、情報入力手段２１
４、発振手段２１５、制御手段２１６、切り換えスイッ
チ２１８を備え、ＧＰＳ信号処理用の構成要素として、
ＧＰＳ用アンテナ２０１、ＧＰＳ信号受信手段２０２、
ＧＰＳ信号同期手段２０３、時間差検出手段２０４を備
え、携帯電話としての構成要素として、携帯電話用アン
テナ２０６、送受信分配手段２０７、携帯電話信号受信
手段２０８、携帯電話信号第１同期手段２０９、情報検
出手段２１０、携帯電話信号送信手段２１２、携帯電話
信号変調手段２１３、携帯電話信号第２同期手段２１７
を備えている。
【００１６】情報出力手段２１１は、液晶ディスプレ
イ、スピーカおよび着信報知用バイブレータなどを含
む。また、情報入力手段２１４は、キースイッチ、マイ
クロフォンおよび小形ビデオカメラなどを含む。
【００１７】制御手段２１６と他の構成要素との接続関
係は、図示が煩雑化する都合上、図２中には示していな
いが、制御手段２１６は、アンテナ２０１および２０６
以外の略全ての手段と接続されて、各手段からの信号を
受け、受信した信号などを用いて各手段の動作を制御す
るようになっている。発振手段２１５は、各手段が必要
とするそれぞれの周波数の周期信号を、各手段に供給す
る。
【００１８】ＧＰＳ信号受信手段２０２および携帯電話
信号受信手段２０８には、発振手段２１５からそれぞれ
のヘテロダイン検波用の周期信号が供給され、制御手段
２１６の制御に基いて、ＧＰＳ信号受信時には、ＧＰＳ
信号受信手段２０２がＧＰＳ信号を、また、携帯電話信
号受信時には、携帯電話信号受信手段２０８が携帯電話
信号を、それぞれ出力する。
【００１９】携帯電話信号第１同期手段２０９は、携帯
電話信号受信手段２０８からの信号を受け、受信可能な
基地局の中から選択された１つの基地局のパイロット信
号と同期をとって、以後、通信終了時までその同期を維
持する。パイロット信号は、各基地局（ＣＤＭＡ基地
局）から送信されており、携帯電話機１０２が基地局と
交信するときに最初に探す信号であり、基地局の高精度
の時間基準に基いた信号である。携帯電話信号第２同期
手段２１７は、携帯電話信号第１同期手段２０９と同じ
機能を持っており、２つの基地局の境界部を携帯電話機
１２が越す際に、２つの基地局と同時に交信をするため
に用いられる。
【００２０】位置検出の全体的な動作について、図６を
用いて説明する。図６では、代表して１個のＧＰＳ衛星
１１と２つのＣＤＭＡ基地局１５を図示している。な
お、図６において、１３はサーバ（ＧＰＳサーバ）、１
４は交換機である。
【００２１】携帯電話機１２は、測位の開始指令を受け
ると、基準ＧＰＳ受信機であるサーバ１３と通信経路を
確立し、測位開始を要求するとともに、携帯電話機１２
の周囲に存在する基地局１５からの電波のうち、携帯電
話機１２が受信可能な電波に関して電波伝播時間測定
（イニシャルパイロットフェーズ測定）を行い、測定結
果をサーバ１３に報告する。このパイロットフェーズ測
定結果は、交信している基地局（ServingＢＳ）の情報
（BaseＩＤ、ＳＩＤ、ＮＩＤ、ＰＮ、Ｅｃ／Ｉｏ）、受
信可能な周辺基地局の情報（ＰＮ、Ｅｃ／Ｉｏ）を含ん
でいる。ここで、ＰＮは、基地局共通の擬似ランダム符
号であり、各基地局からそれぞれ固有の時間ずれを持っ
て送信されている。また、Ｅｃ／Ｉｏは、各基地局から
送信された信号を携帯電話機が受信した際の電波の強さ
を、エネルギの比率で表現したものである。
【００２２】ＧＰＳ衛星１１からのＧＰＳ信号２１を常
時受信する基準ＧＰＳ受信機たるサーバ１３は、上記の
イニシャルパイロットフェーズ測定結果をもとに、携帯
電話機１２が存在している概略位置を算出し、携帯電話
機１２が受信可能なＧＰＳ衛星１１の信号に関するＧＰ
Ｓアシスト情報２２を、交換機１４、基地局１５を介し
て、携帯電話機１２に向けて送信する。ＧＰＳアシスト
情報２２は、受信可能な複数のＧＰＳ衛星１１の信号に
関する、携帯電話機１２が同期をとるためのタイミング
情報を含んでいる。
【００２３】携帯電話機１２は、受信した上記のＧＰＳ
アシスト情報２２を用いて、個々のＧＰＳ信号２１に対
して同期をとり、このＧＰＳ信号２１に関して電波伝播
時間測定（スードレンジ測定）を行うと共に、周辺の基
地局１５からの電波に関して電波伝播時間測定（セカン
ドパイロットフェーズ測定）を行い、このスードレンジ
測定とパイロットフェーズ測定の結果を、基地局１５、
交換機１４を介して、サーバ１３に報告する。
【００２４】サーバ１３は、携帯電話機１２とＧＰＳ衛
星１１との間の伝搬時間を求めることで、携帯電話機１
２とＧＰＳ衛星１１の距離を求めることができ、この算
出した距離を用いて位置検出演算を行うことで、携帯電
話機１２の位置を検出する。前記セカンドパイロットフ
ェーズ測定は、ＧＰＳ信号２１が必要な数だけ測定でき
ない場合に、周辺の基地局１５との距離を代替として用
いる場合を想定して、予備として行なっている。
【００２５】以上が、従来技術による位置検出システム
を用いた位置検出手順の基本的考え方である。
【００２６】これに対して本実施形態では、上記の基本
的考え方に加え、携帯電話機１２が送信したイニシャル
パイロットフェーズ測定結果のServingＢＳのＮＩＤと
同じＮＩＤを持つ基地局に関する基地局情報を、サーバ
１３が送信するＧＰＳアシスト情報２２に追加するもの
である。
【００２７】ここで、パイロットフェーズ測定につい
て、図７を用いて説明する。以下の説明では紙面の都合
上、基地局数を３（基地局１５１、１５２、１５３）と
して説明しているが、４つ以上あるのが一般的である。
【００２８】ＣＤＭＡ方式の携帯電話システムでは、各
基地局の基準時間は一致しており、各基地局は、同じＰ
Ｎ符号を同じ速度で繰り返し送信している。しかし、基
地局１５１、１５２、１５３が送信するＰＮ符号は、基
準時間Ｔ０に対して、それぞれ時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３だ
け遅れている。各基地局は、ＰＮ符号と共に近隣基地局
の時間ずれ量（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）も送信するので、携
帯電話機１２では、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の情報を得ること
が出来る。携帯電話機１２は、受信したＰＮ符号と同期
をとるために、基地局が送信しているものと同じＰＮ符
号を、受信したＰＮ符号と重なるまでタイミングをずら
しながら出力し、タイミングが重なった状態を保つよう
に制御することにより、基地局との同期を保っている。
【００２９】いま、図７において、携帯電話機１２は基
地局１５１と同期がとれていると仮定する。これを基準
基地局と呼ぶ。通常、これは上記したServingＢＳと一
致する。このとき、基地局１５１と携帯電話機１２の間
の電波伝播時間は、ΔＴ１である（ΔＴ１は未知数）。
基地局１５１と同期がとれた携帯電話機１２は、受信し
た近隣基地局の時間ずれ量をもとに、（Ｔ２−Ｔ１）だ
けタイミングをずらしてＰＮ符号を出力し、さらに、基
地局１５２からのＰＮ符号と重なるまで少しずつタイミ
ングをずらしながらＰＮ符号を出力し、基地局１５２か
らの信号を検出する。信号の検出とは、２つのＰＮ符号
が重なり合ったときに生じる大きなエネルギーを観測し
た状態をいう。このとき、基地局１５２と携帯電話機１
２の間の電波伝播時間は（ΔＴ１＋ΔＴ２）である（Δ
Ｔ２の値を表す測定結果のパラメータをPILOT_PN_PHASE
と呼ぶ）。同様にして、基地局１５３と携帯電話機１２
の間の電波伝播時間を求めると、電波伝播時間は（ΔＴ
１＋ΔＴ３）である（PILOT_PN_PHASEの値からΔＴ３の
値は分かる）。このようにして、受信可能な基地局から
の電波に対する電波伝播時間を測定することが、パイロ
ットフェーズ測定である。
【００３０】以上を、図３でタイミングチャートとして
示す。図３の細線の信号波形３１１、３２１、３３１
は、各基地局で送信した信号であり、太線３１２、３２
２、３３２は、携帯電話機１２で受信した信号を表す。
基地局１５１からのパイロット信号（測定「１」）を基
準として、この基準パイロット信号の基準タイミングと
同じタイミングとなるはずの、基地局１５２の対応信号
３２１および基地局１５３の対応信号３３１が予め定め
られている。
【００３１】基地局１５１からの測定されたパイロット
信号（測定「１」）を基準として、基地局１５２の測定
結果３２２および基地局１５３の測定結果３３２を測定
して、時間差ΔＴ２およびΔＴ３を、携帯電話機１２の
時間差検出手段２０４で測定する。その方法としては、
基地局１５２の場合、測定「１」と測定「２」の対応す
べき信号パターンの早い方でカウントを開始し、残りの
一方の信号パターンでカウントを停止する方法などが考
えられる。距離測定の精度として３ｍを考えると、必要
な時間計測精度は３ｍ／光速から１０ｎｓｅｃである。
このためには１００ＭＨｚのクロックが必要であるが、
近年のマイクロプロセッサのクロック周波数と同レベル
であり、特に問題にはならない。本来から言えば、複数
の基地局を同時に測定するのが望ましいが、携帯電話機
１２の移動速度が極端に高くなければ、複数の基地局の
パイロット信号の時間差測定を、順次切り換えて行なっ
てもよい。仮に、携帯電話機１２の移動速度をｖｍ毎秒
とし、５つの基地局について測定する場合、測距するこ
とによる測定誤差を３ｍ以内に抑えようとすると、全て
の基地局についての測定を３／ｖ秒以内に行なう必要が
ある。１００ｋｍ毎時で走行する場合には、５基地局を
０．１秒以内に行なえば良く、これは可能である。
【００３２】この結果を用いて位置検出演算を行うため
には、携帯電話機の位置（緯度、経度、高度）が未知数
であることに加え、最初に同期した基地局（前記説明で
は基地局１５１）から携帯電話機までの電波伝播時間
（前記説明ではΔＴ１）が未知数であるので、３次元の
位置検出演算のためには４つの基地局が必要になる。以
上は、基地局と使って測位する場合でも、あるいはＧＰ
Ｓ衛星を使って測位する場合でも、原理的には同じであ
る。
【００３３】本実施形態の位置測定の方法を、図１のフ
ローチャートを用いて説明する。この方法は現状の携帯
電話信号同期手段で可能な方法であり、第１の基地局の
パイロット信号を基準として、他の基地局を順次切り換
えて、各基地局と携帯電話機１２との間の距離を測定す
る。
【００３４】まず、第１の場合について、図１のフロー
チャートを用いて説明する。初回の位置検出は、ＧＰＳ
を利用した前記の基本的な位置検出手順に従って行う
（ステップ１０１）。このとき、サーバ１３から送信さ
れてくるＧＰＳアシスト情報に追加されている前記した
基地局情報と、携帯電話機１２自身が測定したセカンド
パイロットフェーズ測定結果と、サーバ１３から送信さ
れてくる位置検出結果とを、携帯電話機１２が持ってい
る記憶手段２０５に記録する。また、本発明では、携帯
電話機１２がサーバ１３に対して測位要求を行った際に
は、サーバ１３から、ＧＰＳアシスト情報、基地局情報
の他に、測位要求した携帯電話機１２が存在している周
辺区域の地図情報（地図のイメージデータ、縮尺デー
タ、地図上の緯度／経度／高度データ）が、携帯電話機
１２に対して送信されるようになっており、この地図情
報も記憶手段２０５に格納されるようになっている。こ
の地図情報がカバーするエリアの大きさは任意である
が、記憶手段２０５の記憶容量が大きければ、十分な大
きさのエリアの地図情報が記憶可能である。なお、基地
局情報に関しては、記憶手段２０５には、携帯電話機が
通信可能な周辺の多数局（例えば１０局程度）の基地局
情報が全て記憶可能となっているものとする。
【００３５】ユーザによる２回目の位置検出の要求を受
けると、携帯電話機はイニシャルパイロットフェーズ測
定を行う（ステップ１０２）。そして、このイニシャル
パイロットフェーズ測定結果と、記憶手段２０５に記憶
してある初回のセカンドパイロットフェーズ測定結果と
を比較し、基地局が前回と同じＮＩＤであれば（ステッ
プ１０３でＹＥＳであれば）、捕捉した基地局の数をチ
ェックし、捕捉した基地局が４つ以上であれば（ステッ
プ１０５でＹＥＳであれば）、前回と同じ基地局がある
かどうかをチェックし、前回と同じ基地局があれば（ス
テップ１０７でＹＥＳであれば）、前回と同じ基地局が
４つ以上あるかどうかをチェックし、同じ基地局が４つ
以上あれば（ステップ１０９でＹＥＳであれば）、上記
２つの測定結果においてそれぞれのPILOT_PN_PHASE値の
差分、すなわち電波伝播時間の変化量を求める。
【００３６】これにより、前回測定時と比べて基地局に
対して近づいた（遠ざかった）距離がわかる。したがっ
て、複数（４個以上）の前記距離を求め、前記した基地
局情報に含まれる基地局位置情報（緯度、経度、高度）
を用い計算を行うことで、現在の位置を検出することが
できる。このとき、２回目のイニシャルパイロットフェ
ーズ測定結果と位置検出結果とを記憶手段２０５に記憶
する。
【００３７】Ｎ回目の位置検出の要求を受けると、携帯
電話機はイニシャルパイロットフェーズ測定を行う。そ
して、このイニシャルパイロットフェーズ測定結果と、
Ｎ−１回目のイニシャルパイロットフェーズ測定結果と
を比較し、２回目の位置検出と同様にして、Ｎ回目の位
置を検出し、今回のイニシャルパイロットフェーズ測定
結果と位置検出結果とを、記憶装置２０５に記憶する。
【００３８】なお、２回目以降の位置検出を行った際に
は、最初にサーバと通信して得た地図情報を用いて、情
報出力手段２１１の液晶ディスプレイに、地図と合わせ
て現在の位置を表示する。過去の位置表示に対して、地
図を固定して現在位置を示すマークを移動させるか、現
在位置を示すマークを固定して地図をスクロールさせる
かは、任意である。
【００３９】次に、第２の場合を、図１のフローチャー
トを用いて説明する。これは、前回のパイロットフェー
ズ測定結果と今回のパイロットフェーズ測定結果とを比
較して、同じ基地局が存在しない場合の例である。
【００４０】初回の位置検出は、上記した第１の場合と
同様に行う。２回目（あるいはＮ回目）の位置検出の要
求を受けると、携帯電話機はイニシャルパイロットフェ
ーズ測定を実行する（ステップ１０２）。そして、この
イニシャルパイロットフェーズ測定結果と、記憶手段２
０５に記憶してある初回のセカンドパイロットフェーズ
測定結果（あるいはＮ−１回目のイニシャルパイロット
フェーズ測定結果）とを比較し、基地局が前回と同じＮ
ＩＤであれば（ステップ１０３でＹＥＳであれば）、捕
捉した基地局の数をチェックし、捕捉した基地局が４つ
以上であれば（ステップ１０５でＹＥＳであれば）、前
回と同じ基地局があるかどうかをチェックし、同じ基地
局がなければ（ステップ１０７でＮＯであれば）、今回
新たに測定された各基地局について、イニシャルパイロ
ットフェーズ測定結果（PILOT_PN_PHASE）の値をもと
に、新たな基地局と携帯電話機との間の距離を求める
（ステップ１０８）。そして、基地局と携帯電話機との
間の距離を複数（４つ以上）求め、前記した基地局位置
情報を用いて演算を行うことで、携帯電話機の位置を検
出すると共に、今回のパイロットフェーズ測定結果と位
置検出結果とを、記憶装置２０５に記憶する。なお、２
回目以降の位置検出を行った際の位置表示に関しては、
第１の場合と同様である。
【００４１】次に、第３の場合を、図１のフローチャー
トを用いて説明する。これは、前回のパイロットフェー
ズ測定結果と今回のパイロットフェーズ測定結果とを比
較した結果、前回と同じ基地局が１〜３個であった場合
の例である。
【００４２】初回の位置検出は、前記第１の場合と同様
に行う。２回目（あるいはＮ回目）の位置検出の要求を
受けると、携帯電話機はイニシャルパイロットフェーズ
測定を実行する（ステップ１０２）。そして、このパイ
ロットフェーズ測定結果と、記憶手段に記憶してある初
回のセカンドパイロットフェーズ測定結果（あるいはＮ
−１回目のイニシャルパイロットフェーズ測定結果）と
を比較し、基地局が前回と同じＮＩＤであれば（ステッ
プ１０３でＹＥＳであれば）、捕捉した基地局の数をチ
ェックし、捕捉した基地局が４つ以上であれば（ステッ
プ１０５でＹＥＳであれば）、前回と同じ基地局がある
かどうかをチェックし、前回と同じ基地局があれば（ス
テップ１０７でＹＥＳであれば）、前回と同じ基地局が
４つ以上あるかどうかをチェックし、３つ以下であれば
（ステップ１０９でＮＯであれば）、前回のパイロット
フェーズ測定と同じ基地局からの電波を受信しているも
のについては、前記した第１の場合の方法で基地局から
の距離を求め、同じ基地局が存在しないものに関して
は、前記した第２の場合の方法で基地局からの距離を求
める。そして、かような第１、第２の場合の方法によっ
て、基地局と携帯電話機との間の距離を複数（４つ以
上）求め、前記した基地局位置情報を用いて演算を行う
ことで、携帯電話機の位置を検出すると共に、今回のパ
イロットフェーズ測定結果と位置検出結果とを、記憶装
置２０５に記憶する。なお、２回目以降の位置検出を行
った際の位置表示に関しては、第１の場合と同様であ
る。
【００４３】このように、上述した第１、第２、第３の
場合の演算を繰り返し行うことで、２回目以降の位置検
出に関しては、ＧＰＳ信号を受信せず、かつ、サーバと
の通信を行わずして、ユーザに地図と合わせて位置情報
を提供することができる。したがって、２回目以降の位
置検出においては、サーバとのデータ通信時間がなく、
また、ＧＰＳアシスト情報を得てからのＧＰＳ信号の受
信の手間もないので、位置算出のための計算アルゴリズ
ムの如何にもよるが、現在の位置情報を得て表示するま
での時間を、従来の１／４〜１／２程度に、大幅に短縮
することが期待できる。また、２回目以降の位置検出で
は、サーバとの通信による通信料金の発生もないので、
ユーザは料金を気にすることなく、連続して位置情報を
得ることができる。さらにまた、２回目以降の位置検出
における各基地局毎の前記イニシャルパイロットフェー
ズ測定は、ごく短い時間しか要しないので、通話動作と
イニシャルパイロットフェーズ測定とを時分割で行うよ
うにしても、通話には実用上の障害となる虞がほとんど
ないので、通話中にも連続して位置情報を得ることがで
きる。
【００４４】なお、上述した第１、第２、第３の場合に
おいて、前回の位置検出結果と今回の位置検出結果とが
Ｎメートル以上離れているときには、位置検出演算誤差
が大きい（たとえば、５秒間隔で位置検出をしていて、
５００ｍも離れていたら明らかにおかしいと分かる）と
考え、この条件（Ｎｍ以上離れている）を満たす場合に
は、ＧＰＳ衛星を使った位置検出を行うことにしてもよ
い。さらに、基地局と携帯電話機との距離を５つ以上求
めることが可能であれば、複数の位置検出演算を実行
し、演算結果を平均化したものを位置検出結果とするよ
うにしてもよい。さらにまた、基地局と携帯電話機との
距離を５つ以上求めることが可能であれば、複数の位置
検出演算を実行し、信頼度の低い前記した時間測定結果
を除いて、位置の計算を行うことも有効である。時間測
定結果の信頼度を推定する根拠としては、前記したＥｃ
／Ｉｏとか、前回の結果からの差に、異常がないかなど
が考えられる。
【００４５】次に、第４、第５の場合を、図１のフロー
チャートを用いて説明する。第４の場合は、ユーザが異
なるＮＩＤのエリアに移動した場合の例であり、第５の
場合は、捕捉した基地局が３つ以下の場合の例である。
【００４６】２回目（あるいはＮ回目）の位置検出の要
求を受けて、携帯電話機がイニシャルパイロットフェー
ズ測定を実行し（ステップ１０２）、イニシャルパイロ
ットフェーズ測定結果に含まれるServingＢＳのＮＩＤ
と記憶手段に記憶してある基地局情報のＮＩＤとが異な
っている場合には（ステップ１０３でＮＯの場合に
は）、基地局位置情報の更新（ステップ１０４）が必要
になる。このため、ステップ１０３でＮＯ判定された場
合には、携帯電話機１２はサーバと通信経路を確立し、
先に述べたようにサーバに測位開始を要求すると共に、
イニシャルパイロットフェーズ測定による測定結果をサ
ーバに送信する。これによって、携帯電話機は、サーバ
からＧＰＳアシスト情報と共に基地局情報を受信し、記
憶手段の基地局情報を更新する。つまり、この第４の場
合には、測位をＧＰＳ測位からやり直す。
【００４７】また、同様に捕捉した基地局が３つ以下で
あった（ステップ１０５でＮＯであった）の第５の場合
にも、上記第４の場合と同様に、ＧＰＳ測位からやり直
す。なお、第４、第５の場合において、記憶手段２０５
の記憶容量に余裕があれば、これまでの基地局位置情報
等を記憶しておくようにしても良い。第４、第５の場合
において、次回以降は、前記した第１〜第３の場合と同
様である。第４、第５の場合では、初回の位置検出以外
にも、サーバとの通信が必要になるが、従来と比べれば
その頻度は少なくて済む。
【００４８】＜第２実施形態＞続いて、本発明の第２実
施形態を、図４、図５を用いて説明する。本実施形態
は、基地局が３つしか見付からない場合でも、基地局の
みで測位できるようにした適用例である。
【００４９】図５は、本実施形態の携帯電話機の構成を
示すブロック図であり、同図において、図２に示した前
記第１実施形態と均等な構成要素には、同一符号を付し
てある。図５において、２２１は携帯電話信号自走同期
手段、２２２は第２時間差検出手段である。
【００５０】本実施形態の基本的な処理フローを、図４
を用いて説明する。なお、図４においては、携帯電話機
１２を移動機と表記している。
【００５１】まず、測位要求によって、最初にＧＰＳ測
位を行なう（ステップ４０１〜ステップ４０５）。これ
は、前記第１実施形態と同様である。サーバから送信さ
れた携帯電話機１２の位置の計算結果と、既にサーバか
ら送られている基準基地局の位置情報から、携帯電話機
１２は、基準基地局と携帯電話機のＧＰＳ測位時点の距
離を計算し、この距離を光速で除して、基準基地局と携
帯電話機との間の電波伝播時間である図３のΔＴ１を算
出する。基準基地局「１」のパイロット信号と同期して
いる携帯電話機１２のＰＮ符号のタイミングずらし量Δ
Ｔｐと、上記電波伝播時間とから、基準基地局と携帯電
話機１２との基準時間のずれΔＴｐ１を、ΔＴｐ１＝Δ
Ｔｐ−ΔＴ１として算出する（ステップ４０６）。
【００５２】次に、ユーザによる測位要求があると（ス
テップ４０７でＹＥＳとなると）、図５に示した携帯電
話信号第２同期手段２１７を用いて、測定すべき基地局
のパイロット信号と同期をとり、時間差検出手段２０４
によって基準基地局のパイロット信号との時間差を測定
する（ステップ４０８）。この時間差は、図３の基地局
「２」を例にとれば、図３のΔＴ２に相当する。ところ
で、基地局「１」と携帯電話機１２の距離は時々刻々変
っており、ΔＴ１も一定でない。そこで、パイロット信
号と同じ一定の周波数の信号を発生させるため、携帯電
話信号自走同期手段２２１から携帯電話機内の基準タイ
ミングを発生させており、携帯電話信号第１同期手段２
０９から出力される基準基地局のパイロット信号の同期
タイミングと、上記した携帯電話信号自走同期手段２２
１で発生させた基準タイミングとの位相差から、ΔＴ１
の変動δΔＴ１を、第２時間差検出手段２２２で常時検
出する。また、基地局「２」との電波伝播時間の変動
は、ＧＰＳ測位時のΔＴ２をΔＴ２０とすると、ΔＴ２
−ΔＴ２０＋δΔＴ１によって算出できる。基地局
「３」については、基地局「２」と同様である（ステッ
プ４０９）。このような電波伝播時間の変動に光速を乗
じることによって、ＧＰＳ測位時点からの各基地局と携
帯電話機１２との間の距離の変化量を算出することがで
きる。この変化量を、ＧＰＳ測位時の各基地局と携帯電
話機１２との距離に加えることによって、その時点の各
基地局と携帯電話機１２との距離が算出できる（ステッ
プ４１０）。このようにして、３つの基地局との距離が
算出できるので位置検出演算によって、その時点の携帯
電話機１２の位置が算出が出来る（ステップ４１１）。
【００５３】ここで、２回目以降の位置検出を行った際
の位置表示に関しては、第１実施形態の前記した第１〜
第３場合と同様であり、初回のＧＰＳ測位の際にサーバ
から取得した地図情報を用いて、地図上に現在位置を表
示させる。
【００５４】なお、ＧＰＳ衛星を使った高精度の位置測
定ができた後は、携帯電話機と各基地局の距離は既知で
あるから、逆に、各基地局から携帯電話機までの電波の
伝播距離と、実際の距離を対比することができる。も
し、実際の距離に比べ電波の伝播距離が大きくずれてい
た場合、その基地局から携帯電話機に届いた電波は途中
で反射等をしていると判断できる。そのため、その基地
局からの伝播距離の変化を直接距離の変化に換算せず、
幾つかのケースを想定して計算し、例えば２回の測定に
対して最も適合するケースを採用することなどによっ
て、位置の測定精度を高めることができる。また、受信
した基地局の数が４局以上の場合、上記のような実際の
距離と伝播距離の差の大きい基地局のデータを計算に使
用しないとか、重みを小さくするなどにより、位置の測
定精度を高めることができる。
【００５５】本実施形態において、前記第１実施形態に
おける第２の場合に相当する場合には、各基地局の３次
元の位置情報を携帯電話機で受信することが出来れば、
携帯電話機のタイミングのずれは最初の測定の際に検出
されているので、新規に受信した基地局からの電波の伝
播時間も測定できる。その結果、全ての局からの距離を
知ることが出来、最初の場合と同様に、３局受信可能で
あれば、位置の測定が可能である。
【００５６】また、本実施形態において、前記第１実施
形態における第３の場合に相当する場合にも、上記の場
合と同様に、３局受信できれば位置測定可能である。
【００５７】かような本実施形態においても、前記第１
実施形態と同様に、２回目以降の位置検出においては、
サーバとのデータ通信時間がなく、また、ＧＰＳアシス
ト情報を得てからのＧＰＳ信号の受信の手間もないの
で、現在の位置情報を得て表示するまでの時間を、従来
に比べて大幅に短縮することが期待できる。また、２回
目以降の位置検出では、サーバとの通信による通信料金
の発生もないので、ユーザは料金を気にすることなく、
連続して位置情報を得ることができる。さらにまた、２
回目以降の位置検出における各基地局毎の前記イニシャ
ルパイロットフェーズ測定は、ごく短い時間しか要しな
いので、通話動作とイニシャルパイロットフェーズ測定
とを時分割で行うようにしても、通話には実用上の障害
となる虞がほとんどないので、通話中にも連続して位置
情報を得ることができる。つまり、従来のＧＰＳ測位可
能な携帯電話機は、共通回路部をＧＰＳと携帯電話で切
り換えて使用しているため、測位時には電話できないと
いう問題があったが、本発明によれば、初回のＧＰＳ測
位後は、基地局との交信のみであるため、携帯電話機の
処理能力を向上させるのみで、無線通話中も一定時間間
隔で連続して測位することが可能となる。
【００５８】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、サーバと
の通信をほとんど行わずに、ユーザが通信料金を気にせ
ずに、連続して位置情報を得ることができ、かつ、２回
目以降の位置検出の時間を大幅に短縮できる上、通話中
にも位置情報を得ることも可能とできるので、ユーザに
とって大いに利便性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る携帯電話機におけ
る測位動作の処理フローを示すフローチャートである。
【図２】本発明の第１実施形態に係る携帯電話機の構成
を示すブロック図である。
【図３】同期信号の時間ずれ測定を説明するためのタイ
ミングチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る携帯電話機におけ
る測位動作の処理フローを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態に係る携帯電話機の構成
を示すブロック図である。
【図６】ＧＰＳ衛星を用いた携帯電話機の測位システム
の概略構成を示す説明図である。
【図７】基地局と携帯電話機の同期時間ずれを示す説明
図である。
【符号の説明】
１１ ＧＰＳ衛星 １２ 携帯電話機 １３ サーバ １４ 交換機 １５ 基地局（ＣＤＭＡ基地局） ２１ ＧＰＳ信号 ２２ ＧＰＳアシスト情報 １５１、１５２、１５３ 基地局 ２０１ ＧＰＳ用アンテナ ２０２ ＧＰＳ信号受信手段 ２０３ ＧＰＳ信号同期手段 ２０４ 時間差検出手段 ２０５ 記憶手段 ２０６ 携帯電話用アンテナ ２０７ 送受信分配手段 ２０８ 携帯電話信号受信手段 ２０９ 携帯電話信号第１同期手段 ２１０ 情報検出手段 ２１１ 情報出力手段 ２１２ 携帯電話信号送信手段 ２１３ 携帯電話信号変調手段 ２１４ 情報入力手段 ２１５ 発振手段 ２１６ 制御手段 ２１７ 携帯電話信号第２同期手段 ２１８ 切り換えスイッチ ２２１ 携帯電話信号自走同期手段 ２２２ 第２時間差検出手段 ３１１ 基地局「１」の送信信号 ３１２ 基地局「１」の送信信号を携帯電話機で受信し
た信号 ３２１ 基地局「２」の送信信号 ３２２ 基地局「２」の送信信号を携帯電話機で受信し
た信号 ３３１ 基地局「３」の送信信号 ３３２ 基地局「３」の送信信号を携帯電話機で受信し
た信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中原 章晴 茨城県ひたちなか市稲田1410番地 株式会 社日立製作所モバイル端末事業部内 (72)発明者 今門 義隆 茨城県ひたちなか市稲田1410番地 株式会 社日立製作所モバイル端末事業部内 Ｆターム(参考） 5J062 AA08 BB05 CC07 DD12 EE04 FF01 5K067 BB04 CC10 DD20 EE02 EE07 EE10 FF02 FF03 HH22 HH23 JJ52 JJ56

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＧＰＳ（Global Positioning System）
    衛星からのＧＰＳ信号を受信すると共に、ネットワーク
    を通じて接続された基地局を介して携帯端末と通信を行
    い、携帯端末の位置を検出するための演算を行うサーバ
    と、 携帯端末のための基地局と、 ＧＰＳ信号を受信可能な携帯端末とを、 備えた位置検出システムであって、 携帯端末は、初回の位置検出ではサーバとの通信を行
    い、サーバからＧＰＳアシスト情報と基地局位置情報と
    を取得すると共に、取得したＧＰＳアシスト情報を用い
    て受信したＧＰＳ信号の受信結果をサーバに報告して、
    サーバで演算された携帯端末の位置情報を取得し、 携帯端末は、２回目以降の位置検出ではサーバとの通信
    およびＧＰＳ信号の受信を行わず、周辺基地局との電波
    伝搬時間の測定結果と、前回の携帯端末の位置情報と、
    基地局位置情報とを用いて、携帯端末自身で位置検出演
    算を行うことを特徴とした位置検出システム。
  2. 【請求項２】 請求項１記載において、 携帯端末は、初回の位置検出におけるサーバとの通信
    で、周辺の地図情報を取得することを特徴とした位置検
    出システム。
  3. 【請求項３】 ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号の受信手段
    と、 基地局との通信手段と、 電波伝播時間測定手段と、 初回の位置検出において携帯端末からのＧＰＳ信号の受
    信結果を用いて携帯端末の位置を演算するサーバと通信
    して取得した、基地局位置情報並びに携帯端末の位置情
    報を格納する記憶手段と、 ２回目以降の位置検出において、電波伝播時間測定手段
    によって測定した周辺基地局との電波伝搬時間の測定結
    果と、前回の携帯端末の位置情報と、基地局位置情報と
    を用いて、携帯端末の位置を演算する位置演算手段を、 備えたことを特徴とした携帯端末。
  4. 【請求項４】 請求項３記載において、 初回の位置検出におけるサーバとの通信で取得した周辺
    の地図情報を用いて、２回目以降の位置検出において自
    身で求めた現在位置を地図上に表示することを特徴とし
    た携帯端末。
  5. 【請求項５】 ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号の受信手段
    と、 基地局を介して携帯端末と通信を行う通信手段と、 携帯端末が受信したＧＰＳ信号の受信結果に応じて、携
    帯端末の位置を演算する位置演算手段と、 携帯端末からの要求に応じて、基地局位置情報と、携帯
    端末の位置情報とを携帯端末に送信する手段とを、備え
    たことを特徴としたサーバ。
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