JP2004184078A - 位置検知装置 - Google Patents
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Abstract
【目的】この発明は、小セルを構成するデジタル方式移動無線システムにより複数の発信手段を設置し、携帯可能な端末が当該発信手段からの信号の位相差を測定することで位置検知を行う装置に関するものである。
【構成】端末装置は無線受信機１、位相検出部３、および表示部６から構成される。自己相関器１２ａはＰＲＮコードの進み部（Ｎ＋１）を、自己相関器１６ａは中心部（Ｎ）を、自己相関器２０ａは遅れ部（Ｎ−１）を各々検出し、狭帯域の帯域通過フイルタ１３ａ、１７ａ、２１ａを通じて自己相関係数の高い信号のみが選択され、２乗検波器１４ａ、１８ａ、２２ａにより検波される。同期検出時には全ての自己相関器の逆拡散コードを同期フレームに設定し、自己相関器１６ａがしきい値を越えるとき同期を検出し、（Ｎ＋１）と（Ｎ−１）の出力の差を計算し数値制御発振器２５の制御を行うことで同期を保持する。同期フレーム以外では時間スロット毎に逆拡散コードを切り替え（Ｎ−１）ー（Ｎ＋１）を計算して、各発信手段毎の位相差を検出する。
【選択図】 図３
【構成】端末装置は無線受信機１、位相検出部３、および表示部６から構成される。自己相関器１２ａはＰＲＮコードの進み部（Ｎ＋１）を、自己相関器１６ａは中心部（Ｎ）を、自己相関器２０ａは遅れ部（Ｎ−１）を各々検出し、狭帯域の帯域通過フイルタ１３ａ、１７ａ、２１ａを通じて自己相関係数の高い信号のみが選択され、２乗検波器１４ａ、１８ａ、２２ａにより検波される。同期検出時には全ての自己相関器の逆拡散コードを同期フレームに設定し、自己相関器１６ａがしきい値を越えるとき同期を検出し、（Ｎ＋１）と（Ｎ−１）の出力の差を計算し数値制御発振器２５の制御を行うことで同期を保持する。同期フレーム以外では時間スロット毎に逆拡散コードを切り替え（Ｎ−１）ー（Ｎ＋１）を計算して、各発信手段毎の位相差を検出する。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、マイクロセルあるいはピコセルを構成するデジタル方式の移動無線システムの基準となる無線局あるいは中継局あるいは分散アンテナあるいは発信手段において、
当該基準となる無線局あるいは中継局あるいは分散アンテナあるいは発信手段が少なくとも個別の識別符号あるいは位置情報あるいはこれらの両方を発信する場合に、当該複数の信号間の重複を避けるため時分割あるいは周波数ホッピングにより発信し、
携帯可能な端末あるいは端末装置が位相差を検知する手段としてノンコーヒーレント遅延ロックループを用いて当該複数の発信手段からの受信される信号の位相差の組み合わせデータを多数回測定し、
当該多数回の測定データから位相差の真の値を推定することにより位置検知精度の向上を図る位置検知装置に関するものである。また、位置の検知に必要なデータベースを地図情報とともに準備することで利用者の利便性を向上させるものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、例えば、特許出願第２００１−２２３６９１号による位置検知の方法である。
図１０において、１０１は独立に設けられた基準となる制御手段、１０２ａは発信手段あるいは中継局＃１、１０２ｂは発信手段あるいは中継局＃２、１０３ｃは発信手段あるいは中継局＃３、１０３は携帯可能な端末、１０４ａは基準となる制御手段１０１と発信手段＃１のケーブル区間、１０４ｂは基準となる制御手段１０１と発信手段＃２とのケーブル区間、１０４ｃは基準となる制御手段１０１と発信手段＃３とのケーブル区間で、
１０５ａは発信手段＃１と携帯可能な端末１０３との間の無線区間、１０５ｂは発信手段＃２と携帯可能な端末１０３との間の無線区間、１０５ｃは発信手段＃３と携帯可能な端末１０３との間の無線区間である。
当該携帯可能な端末１０３は、当該複数の信号に同期させる手段としてノンコーヒーレント遅延ロックループを採用することにより、マルチパスの影響による位置検知誤差を軽減することができる。
基準となる制御手段１０１からは、複数の発信手段あるいは中継手段１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに向けて各々個別の識別符号あるいは位置情報あるいはＰＲＮコードを含んだデータあるいは高周波信号が生成されており、ケーブル１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃにより伝送されて、各発信手段あるいは中継局＃１、＃２、および＃３から無線信号として放射されており、当該携帯可能な端末１０３の位置検知は、当該複数の発信手段から送信される当該信号の位相差を計測することで行われる。
ケーブル１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃにはデータあるいは高周波信号の他に電源を重畳して伝送することも可能である。また、基準となる制御手段１０１は、他の基地局あるいは発信局あるいは中継局と共存することも可能である。
また、発信手段あるいは中継局１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは間欠的に信号を発信しており、同時に信号を発信しないように制御する事によって、遠近問題を軽減することができる。
また、各発信手段あるいは中継局１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに共通のＰＲＮコードトと個別のＰＲＮコードを発信し、当該共通のＰＲＮコードに周辺の複数の発信手段あるいは中継局固有のＰＲＮコードの情報を組み込むことで携帯可能な端末１０３の立ち上がりを早くすることができる。
従来の発明は以上のように構成されるが、試作機を用いて実験を繰り返した結果、ＰＲＮコードとしてＧＰＳに用いられているＣ／Ａコードを用いサービスエリア内に複数信号を重畳して発信される場合には、符号間の相互相関係数が低いためにお互いに妨害を受け、プロセスゲインが極端に低下することが判明した。
また、特徴であるノンコーヒレント遅延ロックループのデスクリセンターの位置が不明確であり、同期確立の度に同期位置が変動しその度に補正を行う必要があり実用性の面で問題があった。
また、当該発信手段に接続されたアンテナの位置によっては周辺の人あるいは物によって遮られ当該携帯可能な端末あるいは端末装置に電波が到達せず位置検知の精度が維持できないことがあった。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる位置検知装置は、これらの欠点を除去するためになされたものであり、当該複数の発信手段から発信される信号が円偏波により下方に比較的に広い指向性を有するアンテナから放射され、当該複数の発信手段に対して固有の時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせが割り当てられ、同一エリア内で当該複数の発信手段から発信される信号が重複することによる符号間干渉を避け、信号の受信が確実となり、携帯可能な端末あるいは端末装置に採用されたノンコーヒーレント遅延ロックループを用いた位相差検出手段がデスクリセンターのズレを補償する手段とバラツキの大きい多数回の測定データから当該複数の信号間の位相差の真の値を推定する手段を有することにより位置検知精度を向上でき、また、位置検知に必要なデータヘ゛ースが準備され地図情報とともにダウンロードされることで利用者の利便性を向上できる。
また、当該発信手段から発信される信号が、ＧＰＳで用いられる信号と等価あるいは互換性のあるものを用いることで携帯可能な端末あるいは端末装置のための受信機をＧＰＳの受信機と共用化できる。
【０００４】
【作用】
この発明において、
請求項の第１項では、発信手段から発信される信号を、同一キャリアで発信する場合には当該信号を時間スロットに分割し、あるいは複数のキャリアを用いて発信する場合には周波数スロットあるいは時間スロットあるいはこれらの組み合わせにおいて発信し、携帯可能な端末あるいは端末装置において当該時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせにおいて当該信号を受信し、当該発信手段から発信される信号間の位相差あるいは時間差を検出することで重複による信号間の干渉を避けることができる。
請求項の第２項では、発信手段が位置情報あるいはＰＲＢコードを含んだ無線信号を発信し、複数のアンテナあるいはアンテナ手段を接続された携帯可能な端末あるいは端末装置により位置の検知を行う。
請求項の第３項では、当該発信手段から発信される信号の時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせを基準となる制御局あるいは無線局から発信される同期信号あるいは商用電源の周波数に同期させる。
請求項の第４項では、当該発信手段から発信される信号の時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせにおいて、全てのあるいはグループ毎の発信手段に共通の同期フレーム２フレーム以上を割り当てる。
請求項の第５項では、当該発信手段から発信される信号の時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせにおいて、当該発信手段から発信される拡散信号の位相差を測定する目的で、個別の発信手段に対して２フレーム以上を割り当てる。
請求項の第６項では、当該発信手段からの信号を時間スロットあるいは周波数スロットに応じあるいはこれらの組み合わせにより固定的に割り当て、当該携帯可能な端末あるいは端末装置により周波数を固定しあるいはホッピングさせながら位置検知を行う。
請求項の第７項では、当該信号の伝送速度を時間スロットあるいは周波数スロットに応じあるいはこれらより低速あるいは高速で変化させ、当該携帯端末において位置の検知の目的に適する伝送速度を選択できる。
請求項の第８項では、当該信号に比較的に短い周期の符号系列を用いて同期の引き込みあるいは確立を行い、比較的に長い周期の符号系列を用いて位相差あるいは距離あるいは位置等の測定を行う。
請求項の第９項では、当該信号を発信するアンテナあるいはアンテナの指向性を時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらより高速のクロックに応じて切り替える。
請求項の第１０項では、当該信号を発信する時間スロットあるいは周波数スロットがあらかじめ決めておくか、周辺の発信手段から発信される信号を測定してダイナミックに割り当てる。
請求項の第１１項では、当該携帯可能な端末あるいは端末装置がアナログ方式の遅延ロックループあるいはデジタル方式の同期回路を用いて電圧制御発振器あるいは数値制御発振器あるいはクロック発振器を制御することにより、同期検出手段のズレあるいは不均一性を補償する手段と多数回の測定データから当該複数の信号間の位相差の真の値を推定する手段を有する。
請求項の第１２項では、当該位置検知手段が単独で設けられるときは時分割あるいは周波数ホッピングにより当該複数発信手段からの信号に順次同期させて位相差を計測し、複数個設ける時は位相差を計測する手段のズレを補正する手段を有する。
請求項の第１３項では、搬送波周波数にあわせて局発周波数を制御することによりノンコーヒーレント遅延ロックループの特性を阻害することなく受信帯域幅を制限することができる。
請求項の第１４項では、当該位相差を計測する手段が、電圧制御発振器の場合は各時間スロットあるいは周波数スロット毎の制御電圧の差から位相差を計測し、数値制御発振器の場合は各時間スロットあるいは周波数スロット毎の制御数字の差から位相差を計測し、あるいは基準発振器からの高周波信号を所定期間カウントすることにより行う。
請求項の第１５項では、当該発振器が数値制御あるいは電圧制御の方式であり、周波数あるいは位相あるいは単位時間あたりのビット数あるいはこれらの組み合わせにより制御する。
請求項の第１６項では、当該発信手段あるいは端末装置あるいはこれらの両方に円偏波の指向性アンテナが接続される。
請求項の第１７項では、当該発信手段から発信される信号がエリア毎に繰り返し割り当てられる場合、当該時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせにより当該信号相互間の干渉が最小となるように割り当てを行う。
請求項の第１８項では、当該位相差を検出する手段が、当該時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせに応じて当該復調符号あるいは逆拡散符号を制御し、当該時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせに応じて同期検出出力をデジタル信号に変換し、位相差の計測を行う。
請求項の第１９項では、当該デジタル信号に変換する手段が８ビット以上の分解能を有する。
請求項の第２０項では、当該中心(N)の相関器と任意のビットの進みあるいは遅れの相関器を設け、これらの出力の差をとることで位相差を計算する。
請求項の第２１項では、当該位相差検出手段の非直線性あるいは不均一性を補正する手段として、自己相関器の出力を検出するためのログアンプあるいは２乗検波器の出力電圧対して補正する手段を有し、あるいは場所毎に予め定めた補正係数あるいは補正値を用いる。
請求項の第２２項では、当該発信手段が下方に指向性を有するアンテナに接続され、位置検知に必要なデータベスが準備される。
請求項の第２３項では、当該データベースが地図あるいは類似なものとともに準備される。
請求項の第２４項では、当該発信手段が制御ケーブルを通して直列に接続され、上位の発信手段から下位の発信手段に対して、時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせを指示する。
請求項の第２５項では、当該発信手段あるいはアンテナ手段の任意の組み合わせを結ぶ直線と当該組み合わせにより発信される信号間の位相差を測定することにより角度を計算し、当該直線と角度の組み合わせから携帯可能な端末の位置を検知する。
請求項の第２６項では、基準となる制御手段あるいは単一の発信手段の間は粗く同期をとって時間スロットあるいは周波数スロット間の重なりを防止し、同一組内での同期を精密にとることにより位置の検知精度を向上させる。
請求項の第２７項では、当該発信手段あるいはアンテナ手段から発信される信号間の同期を監視し制御する。
請求項の第２８項では、当該発信手段あるいはアンテナ手段から発信される信号を直接あるいは周波数を変換しあるいは光信号に変換して空間に放射し、離れた位置で直接あるいは元の信号に再変換してアンテナ手段を用いて空間に放射する。
請求項の第２９項では、当該携帯可能な端末あるいは端末装置に指向性アンテナが接続され、携帯者が指向性を回転させることで方向を検知できる。
【０００５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図１に従って説明する。図１において、５１〜５３はエリア＃１から＃３、６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、および６３は時間スロット、７１はガードビット、７２はヘッダー、７３はＰＲＮコード、１０１は基準となる制御手段、１０２ａ〜１０２ｃは発信手段、１０４ａ〜１０４ｃは接続ケーブルである。
位置検知システムにおいて、あるサービスエリアをカバーするためには複数の発信手段を用いて識別符号あるいは位置情報を含んだ信号を重畳させて発信する必要がある。ＧＰＳでは、少なくとも３種類のC/Aコードが同時に人工衛星から発信されている状態で２次元の位置の検知が可能となる。ＧＰＳの場合には信号の強度が似通っているため、信号間の相互相関による妨害を受けることは少ないが、マイクロセルあるいはピコセル等の移動通信の環境では、マルチパスによる定在波の影響で信号間の強度の差が大きく、いわゆる弱肉強食の環境にある。
一般に、ＰＲＮコード間の相互相関係数には限界があり、複数の信号が重畳されている環境では、定在波などの影響で受信電界が変動すると弱い信号は他の強い信号に抑圧されて受信できなくなる。
このような問題を解決するため、図１のエリア＃１からエリア＃３までの信号送信のタイミングを時分割に制御する。例えば、エリア＃１は６１ａ、６１ｂのタイミングで発信し、これに重畳される他のエリアには６２ａ、６２ｂ、６３のタイミングを割当てることにより時間的な重畳を避けることができる。
図(B)では３スロットについて記載されているが、４、６あるいは８スロットあるいは任意の数でも同様の効果が得られる。
各時間スロットでは、ＰＲＮコードを切り替えて発信される。また、ＰＲＮコードを拡散符合とする場合にはデータを重畳させて伝送することも可能である。
発信手段と携帯可能な端末との間の同期を確立しあるいは維持するために、比較的に短い周期の循環符号系列を用いて全ての発信手段に共通のプリアンブル符号を当該信号に挿入し携帯可能な端末において当該プルアンブル符号を待ち受けることで同期の引き込みあるいは同期の確立を早め、あるいは比較的に長い周期の循環符号系列を用いて全ての発信手段あるいはグループ単位の発信手段に共通の同期フレームを設け携帯可能な端末において当該同期フレームを待ち受けることにより同期を確立しあるいは同期の維持を行うことができる。
なお、当該同期フレームあるいはデータフレームの長さは拡散コード番号単位で２フレーム以上とすることも可能である。ここで、２フレーム以上を割り当てるのは、１フレームのみでは自己相関器の出力が十分に立ち上がらないためである。
なお、この場合の複数発信手段の個々の搬送周波数は異なった周波数を割り当ててもよく、オフセット効果により同期を阻害することはない。
一方、当該発信手段と携帯可能な端末との間の伝送遅延時間差あるいは位相差を測定する目的で、個別の発信手段に対して比較的に長い周期の拡散コードを番号単位で２フレーム以上を割り当てることも可能である。ここで、長い周期の拡散コードを用いるのはそれだけ位相差の測定精度が向上するためである。 実験の結果では、同期フレーム２フレームの後に４台の発信手段からの信号２×４フレーム程度の割合が適当であることが判明している。
ここで、周期３１ビットの拡散コード３３フレームをプリアンブルに用い、周期１０２３ビットの拡散コードを同期フレームあるいはデータフレームに用いるとデータの長さが同一となり、伝送速度とのマッチングが良くなるメリットがある。
また、時分割の代わりに周波数分割により重畳を避けることができる。すなわち、重畳されるエリアに向けて発信される複数発信手段からの信号をあらかじめ周波数セグメント毎に割り当てを行い、当該携帯可能な端末あるいは端末装置において周波数セグメントを切り変えながら受信を行うことにより、上記の重畳を避けるように制御する。この場合でも、同期フレームだけは同一の拡散コード番号を用いて全ての発信手段にあるいはグループ単位の発信手段にあるいは個別の発信手段を循環して発信させることにより同期がはずれにくい安定なシステムが実現できる。
また、時分割と周波数ホッピングを組み合わせることにより当該重畳を回避することができる。この場合でも、プリアンブルあるいは同期フレームだけは同一の拡散コード番号を用いて重畳することにより同期がはずれにくい安定なシステムが実現できる。
また、当該複数の発信手段から発信される信号の伝送速度を時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらより高速のクロックに応じて変化させ、当該移動端末において要求される位置検知精度に最適な伝送速度を選択して受信することもできる。
また、当該複数の発信手段から発信される信号をアンテナあるいはアンテナの指向性を時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらより高速のクロックに応じて切り替えて発信することでマルチパスの影響を軽減することができる。特に、当該信号の伝送速度を上回る高速のクロックを使用することで効果を高めることができる。
また、基準点を定めてこれを基点として、制御信号の代わりに、商用電源の周波数（５０Hzあるいは６０Hz）を用いて当該時間スロットあるいは周波数スロットを同期させ、基準点からの遅延時間を織り込んで位置の検知を行うことも可能である。
また、当該発信手段に接続されたアンテナが天井に取り付けられ、下方に向かって円偏波による指向性を有することで、当該端末装置の携行者の頭あるいは肩あるいは胸などに取り付けた円偏波による指向性アンテナとの結合が頭などで遮断されることがなく、周辺の物体からの反射によるマルチパスの影響を抑圧することが可能となる利点を有する。
また、当該接続ケーブルは、ＬＡＮケーブルなどのメタルケーブルあるいは同軸ケーブルあるいは光ケーブルあるいはこれらの組み合わせを用いることができる。
【０００６】
図２は本発明の他の実施例を示す図である。図２において、１は携帯可能な端末の受信機、２はＮ分岐器、３ａ〜３ｎは位相差検出部、４は基準発振器、５は制御部、６は操作表示部、１１ａ〜１１ｎは３分岐器、１２ａ〜１２ｎは自己相関器（Ｎ＋１）、１３ａ〜１３ｎは帯域通過フルタ、１４ａ〜１４ｎは２乗検波器、１５ａ〜１５ｎはデスクリ、１６ａ〜１６ｎは自己相関器（Ｎ−１）、１７ａ〜１７ｎは帯域通過フルタ、１８ａ〜１８ｎは検波器、１９ａ〜１２ｎは低域通過フイルタ、
２０ａ〜２０ｎは自己相関器（Ｎ）、２１ａ〜２１ｎは帯域通過フルタ、２２ａ〜２２ｎは検波器、２３ａ〜２３ｎは同期検出手段、２４ａ〜２４ｎは同期保持手段、２５ａ〜２５ｎは電圧制御あるいは数値制御クロック発生器、２６ａ〜２６ｎはＰＲＮコード（Ｎ−１）出力端子、２７ａ〜２７ｎはＰＲＮコード（Ｎ）出力端子、２８ａ〜２８ｎはＰＲＮコード（Ｎ＋１）出力端子、２９ａ〜２９ｎは高速カウンター、３０はＰＲＮコード発生器、
４１ａ〜４１ｎは受信機１のＩＦ信号を接続するための端子、４２ａ〜４２ｎは基準発振器の出力を接続するための端子、４３ａ〜４３ｎは制御部を接続するための端子である。
受信機１は、複数の発信手段から時分割で発信される無線信号を受信し、ＩＦ信号に変換した後Ｎ分岐器２で分岐して位相検出部３ａ〜３ｎに受信信号を出力する。以下、同様な回路であるので位相検出部３ａについて説明する。
当該受信信号は３分岐器１１ａで分岐された後、自己相関器１２ａ、１６ａ、２０ａに接続される。自己相関器１２ａはＰＲＮコードの進み部（Ｎ＋１）を検出するためのものであり、自己相関器１６ａはＰＲＮコードの中心部（Ｎ）を検出するためのものであり、自己相関器２０ａはＰＲＮコードの遅れ部（Ｎ−１）を検出するためのものである。
自己相関器１２ａ、１６ａ、２０ａの出力は各々狭帯域の帯域通過フイルタ１３ａ、１７ａ、２１ａにより自己相関係数の高い信号のみを通過し、２乗検波器１４ａ、１８ａ、２２ａにより検波される。検波器１４ａと１８ａの出力はデスクリ１５ａによりお互いに逆極性で接続され、低域通過フイルタ１９ａおよび同期保持手段２４ａを通って電圧あるいは数値制御クロック発生器２５ａに接続される。
一方、自己相関器（Ｎ）２０ａの出力は狭帯域の帯域通過フイルタ２１ａを通過後２乗検波器２２ａにより検波され、同期検出手段２３ａにより同期状態が検出されると、同期保持手段２４ａにより同期が保持される。
ＰＲＮコード発生器２６ａ、２７ａ、２８ａはクロック発生器２５ａに同期してそれぞれ（Ｎ−１）、（Ｎ）、（Ｎ＋１）のコードを発生し、自己相関器１２ａ、１６ａ、２０ａにそれぞれＰＲＮコードを供給する。
位相検出部３ａ〜３ｎが同期したＰＲＮコードに位相差は基準発振器４からの高周波信号を用いて高速カウンタ２５ａ〜２５ｎによりカウントされ、制御部５により比較され、位置が検知される。
ここで、基準発振器４は受信機１の局発信号発振器と共用することができる。
また、位相検出部３ａ〜３ｎはワイヤードロジックで構成する場合について述べたが、マイクロプロセッサーあるいはデジタルシグナルプロセッサーなどを活用してプログラムで構成することも可能である。
帯域通過フイルタ２１ａ〜２１ｎの帯域幅はプロセス利得を決定する重要なものであり、当該発信手段の周波数精度と受信機１の局発信号は周波数精度で決まるが、帯域幅をより狭くするためには、受信機１の第２局発信号の周波数を当該発信手段の搬送周波数に合わせるためのＡＦＣ回路を追加する必要がある。
また、当該位相差検出手段が当該携帯可能な端末あるいは端末装置への受信入力電界あるいはマルチパスの影響により当該発信手段からの伝送位相差を検出するときにズレあるいは不均一性を生じる場合がある。この対策として、受信入力電界の変動によりズレあるいは不均一性を生じないように制御しあるいは補正する手段を有し、あるいは場所毎に補正する値あるいは補正する係数を定めることができる。
また、当該ズレあるいは不均一性を制御あるいは補正する手段として、受信入力電界の変動に対してはＡＧＣ回路を設けるか、自己相関器（Ｎ＋１）と（Ｎ−１）から伝送位相差を求める場合に受信入力電界の影響を受けないように制御する等の方法がある。
また、（Ｎ＋１）と（Ｎ−１）の自己相関器から当該発信手段からの伝送位相差を求める場合に、関数（Ｐ1（Ｎ＋１）−Ｐ2（Ｎ−１））/（Ｐ3（Ｎ＋１）＋Ｐ4（Ｎ−１））あるいは（Ｐ5（Ｎ＋１）−Ｐ6（Ｎ−１））/Ｐ7（Ｎ）を用いて受信入力電界の影響を受けないように制御する方法が有効である。ここで、Ｐ（Ｎ＋１）とは自己相関器（Ｎ＋１）の検波出力、以下同様を示す。
また、アナログ遅延ロックループの代わりにデジタル遅延ロックループを用い、高安定のクロック発信器によりクロックの周波数を発信手段の信号の伝送速度に限りなく近づけ、パルスの付加を除去によって位相を合わせることによって、上記の補正を行うことなく位置の検知精度を飛躍的に改善することができる。
【０００７】
図３は本発明の他の実施砺を示す図である。図３において、１は携帯可能な端末あるいは端末装置の受信機、３は位相差検出部、４は基準発振器、５は制御部、６は操作表示部、１１は３分岐器、１２ａ〜１２ｃは自己相関器（Ｎ＋１）（N-1)および(N)、１３ａ〜１３ｃは帯域通過フルタ、１４ａ〜１４ｃは２乗検波器、１９ａ〜１９ｃは低域通過フイルタ、３１ａ〜３１ｃはA/D変換器、
２５は電圧制御発振器あるいは数値制御発信器、２６はＰＲＮコード（Ｎ−１）出力端子、２７はＰＲＮコード（Ｎ）出力端子、２８はＰＲＮコード（Ｎ＋１）出力端子、３０はＰＲＮ発生器、
４１は受信機１のＩＦ信号を接続するための端子、４４は操作表示部を接続するための端子である。
受信機１は、複数の発信手段から時分割で発信される無線信号を受信し、ＩＦ信号に変換した後接続端子４１により位相検出部３に受信信号を出力する。
当該受信信号は３分岐器１１で分岐された後、自己相関器（Ｎ＋１）１２ａ、（Ｎ−１）１２ｂ、（Ｎ）１２ｃに接続される。自己相関器１２ａはＰＲＮコードの進み部（Ｎ＋１）を検出するためのものであり、自己相関器１２ｂはＰＲＮコードの遅れ部（Ｎ−１）を検出するためのものであり、自己相関器１２ｃは中心部（Ｎ）を検出するためのものである。
自己相関器１２ａ、１２ｂ、１２ｃの出力は各々狭帯域の帯域通過フイルタ１３ａ、１３ｂ、１３ｃにより自己相関係数の高い信号のみを通過し、２乗検波器１４ａ、１４ｂ、１４ｃにより検波される。検波器１４ａ〜１４ｃの出力は低域通過フイルタ１９ａ〜１９ｃにより平滑され、Ａ／Ｄコンバータ３１ａ〜３１ｃによりデジタル信号に変換されて制御部５に接続される。
制御部５においてＡ／Ｄコンバータ１３ａと１３ｂの出力は引き算されて１３ａが大きいときは電圧制御発振器あるいは数値制御発振器２５の発振周波数を高くするかクロックの位相を進めることによってＰＲＮコード発生器３０の位相を進ませ、当該受信信号とＰＲＮコード発生器３０と同期状態とし、以後これを保持する。あるいは数値制御発振器２５にビットを追加してＰＲＮコード発生器３０の位相を進ませることにより受信信号に同期させるように制御するができる。
当該受信信号が複数の発信手段から時分割で発信されている場合には時間スロットごとに異なるＰＲＮコードが受信され、しかも、時間スロット毎に同期のタイミングが異なるので、時間スロット毎に同期を取り直すか、複数の時間スロットに渡って平均して同期をとる方法か、あるいはこれらと同等な方法により同期をとり同期を維持する。
一方、自己相関器（Ｎ）１２ｃの出力はＡ／Ｄコンバータ３１ｃによりデジタル信号に変換され制御部５に接続され、上記の同期状態を検出するのに使われる。
各時間スロット毎に受信される異なるＰＲＮコード間の位相差は、時間スロット毎に同期をとる場合には時間スロット毎の制御発振器の制御電圧の差あるいは制御数値の差によって検出され、時間スロット全体で平均して同期をとる場合には各時間スロット毎の進み信号と送れ信号の差によって検出される。
ここで、Ａ／Ｄカウンタは１４ビット以上のものを用いることで各時間スロット毎の進み信号と送れ信号の差を１/１０００以上の精度で読み取ることができるので、ＰＲＮコードの１ビットの長さを１μｓとすると位相差を１ｎｓ以下の精度で検出することができる。
また、基準発振器４は受信機１の局発信号発振器と共用することができる。また、位相差検出部３はワイヤードロジックで構成する場合について述べたが、マイクロプロセッサーあるいはデジタルシグナルプロセッサーなどを活用してマイクロプログラムで構成することも可能である。
また、帯域通過フイルタ１３ａ〜１３ｃの帯域幅はプロセス利得を決定する重要なものであり、発信手段の周波数精度と受信機１の局発信号の周波数精度できまるが、帯域幅をより狭くするためには、受信機１の第２局発信号の周波数を当該発信手段の周波数に合わせるためのＡＦＣ回路を追加することができる。
また、上記の説明では複数の発信手段から時分割で発信される場合について説明したが、複数発信手段からは異なる周波数スロットあるいは周波数スロットと時間スロットの組み合わせで発信し、当該受信機１の局発信号をホッピングさせながら当該信号を受信することによっても同様な効果が得られる。
また、アナログ遅延ロックループの代わりにデジタル遅延ロックループを用い、高安定のクロック発振器によりクロックの周波数を当該発信手段の信号の伝送速度に限りなく近づけ、パルスの付加を除去によって位相を合わせることによって、上記の補正を行うことなく位置の検知精度を飛躍的に改善することができる。
また、当該携帯可能な端末にアンテナ切替器を介して複数のアンテナを接続し、異なるアンテナから受信される信号を切り替えて位相差を測定し、統計的な処理を行うことによって位置検知精度を向上させることができる。
【０００８】
図４は図２に示す位相差検出部３ａ〜３ｎに用いる高速カウンタの動作を示す。図４の（ａ）において、高速カウンタに入力される基準発振器からの高周波信号を、t0秒毎に１ビットをカウントすると、Ta秒間にａ(bit)をカウントする。次に、図４の（ｎ）において、高速カウンタに入力される基準発振器からの高周波信号が、t0秒毎に１ビットをカウントすると、Tn秒間にn(bit)をカウントする。
CH(a)とＣＨ(ｎ)との位相差は時間差（Ｔｎ−Ｔａ）と等価になり、ビット差（Ａ−Ｎ）で計測される。 t0は基準発振器の周波数をｆとすると、t0＝1/fにより求められる。
発信手段から発信される信号の伝送速度に限りなく近い基準発振器の周波数で同期している場合には、時間スロット毎の同期ズレはほとんど無視できるので高精度の位置検知が可能となる。
【０００９】
図５は図３に示す位相差検出部３の動作を示す。図５の（Ａ）は、例えば、発信手段から発信される信号の伝送速度に限りなく近いクロック周波数で同期しているものとしたとき、時間スロット毎に進み部と遅れ部の電圧の差分を示している。時間スロット８１ａにおいては進み部の電圧がΔＶ１だけ大きくなっており当該ΔＶ１より時間スロット８１ａで発信している発信手段からの信号の位相差が計測できる。同様に、時間スロット８２ａ、８３ａについても同様に位相差が検出できるので各時間スロット間の相対的な位相差を計算して当該携帯端末あるいは端末装置の位置の検知ができる。
ここで、１４ビットのＡ／Ｄコンバータを用いるとΔＶ１は１/１０００の単位まで計測が可能であり、ＰＲＮコードのビット長さを１μｓとすると１ｎｓの精度で位相差を検出することができる。 図５の（Ｂ）は、例えば、時間スロットごとに同期をとる場合に相当し、数値制御発振器２５の制御数値の差Δｎから位相差を計測することができる。
上記の説明では時間スロットについて述べたが、周波数スロットは位相差検出部３においては時間スロットの領域となるので同様な方法により位相差が計測できる。また、同期を確立し維持する方法には無数の組み合わせが考えられるが、基本的には、共通の位相差検出部を用いて時分割で位相差を計測するため回路のバラツキが除外できるメリットが大きい。
発信手段から発信される信号の伝送速度に限りなく近い基準発振器の周波数で同期している場合には、時間スロット毎の同期ズレはほとんど無視できるので高精度の位置検知が可能となる。
なお、図２における高速カウンタは実現が難しいことから、Ａ／ＤコンバータとＤ／Ａコンバータを用いる方式の方が有利である。
【００１０】
図６は、位相差の計測データを度数分布で示している。t0の幅に入る度数を棒グラフに表したものであり、例えば、計測データが正規分布に従うとすれば、t0の幅は分散σの1/2から1/3に設定できる。位置検知精度は、多数回の計測データを平均することで推定することができ、計測データの精度は計測データの数の平方根に逆比例して向上する。
従って、位相差を計測する際の精度はt0の幅に相当する精度でよく、例えば、10nsの精度で計測し４００回の計測データを平均化すれば、９５％の確かさで、1nsの精度で位相差を推定できることになり、３０ｃｍの精度で位置を検知することができることになる。
【００１１】
図７は、デスクリセンターのズレを補正する手順を記載したフローチャートである。図７において、（１）〜（３）は位相検出部が共通に１台準備され、複数の発信手段からの信号を時分割で受信する場合に相当する。ノンコーヒーレント遅延ロックループのセンターのズレは各々の信号に対して共通であることから、位置検知の精度には影響を与えない。
ここで、（１）では時間スロット毎に位相差を計測し、（２）では時間スロット毎に遅れ部と進み部の差を計測し、（３）では時間スロット毎の数値制御の値を比較する。
（４）では、複数の位相検出部を共通の信号に同期するように設定したとき、各検出部のデータの差は、各検出部のノンコーヒレント遅延ロックループのデスクリセンターのズレに相当するのでこの値を記憶しておき以後の位置検知にも活用する。
（５）では、携帯端末が自分の居り場所を正確に把握されているときに位置検知を行うことにより、ノンコヒーレント遅延ロックループのセンターのズレを補正する。
（１）〜（３）では、当該複数の信号が時分割あるいは周波数分割で発信され携帯端末において同一の位相差同期検出部により受信できるので同期のズレにより生ずる位相差計測の誤差を軽減できるメリットがある。
【００１２】
図８は、複数の発信手段をグループ毎に直列に接続する場合の構成図である。
図８において、１０１は独立に設けられた基準となる制御手段、１０２ａ１、１０２ａ２は発信手段あるいは中継局＃１１、＃１２、１０２ｂ１、１０２ｂ２は発信手段あるいは中継局＃２１、＃２２、１０２ｃ１、１０２ｃ２は発信手段あるいは中継局＃３１、＃３２、１０３は携帯可能な端末、１０４ａは基準となる制御手段１０１と発信手段＃１のケーブル区間、１０４ｂは基準となる制御手段１０１と発信手段＃２とのケーブル区間、１０４ｃは基準となる制御手段１０１と発信手段＃３とのケーブル区間、１０６ａは発信手段＃１１と発信手段＃１２とのケーブル区間、１０６ｂは発信手段＃２１と発信手段＃２２とのケーブル区間、１０６ｃは発信手段＃３１と発信手段＃３２とのケーブル区間で、
１０５ａは発信手段＃１２と携帯可能な端末１０３との間の無線区間、１０５ｂは発信手段＃２２と携帯可能な端末１０３との間の無線区間、１０５ｃは発信手段＃３２と携帯可能な端末１０３との間の無線区間である。
当該携帯可能な端末１０３は、当該複数の信号に同期させる手段としてノンコーヒーレント遅延ロックループを採用し、半値幅が９０°以上の円偏波広指向性アンテナを接続することにより、マルチパスの影響による位置検知誤差を軽減することができる。
基準となる制御手段１０１からは、複数の発信手段あるいは中継手段１０２ａ１、１０２ｂ１、１０２ｃ１に向けて各々個別の識別符号あるいは位置情報あるいはＰＲＮコードを含んだデータあるいは高周波信号が生成されており、ケーブル１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃにより伝送されて、各発信手段あるいは中継局＃１１、＃２１、および＃３１から無線信号として放射されており、更に、ケーブル１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃにより伝送されて、各発信手段あるいは中継局＃１２、＃２２、および＃３２から無線信号として放射されており、当該携帯可能な端末１０３の位置検知は、当該複数の発信手段から送信される当該信号の位相差を計測することで行われる。
当該複数の発信手段あるいは中継手段１０２ａ２、１０２ｂ２、１０２ｃ２は、基準となる制御手段１０１あるいは前段の複数の発信手段あるいは中継手段１０２ａ１、１０２ｂ１、１０２ｃ１からの指示により、周辺に存在する他の発信手段あるいは中継手段とは重複しない時間スロットあるいは拡散コードを用いて信号を発信する。上位から受ける指示の方法には、上位に割り当てられた時間スロットの次のスロットを割り当てる等固定的に決定する方法と、受信手段を設けて周辺からの信号を検知しダイナミックに決定する方法が考えられる。
また、ケーブル１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃにはデータあるいは高周波信号の他に電源を重畳して伝送することも可能である。
また、基準となる制御手段１０１は、他の基地局あるいは発信手段あるいは中継手段と共存することも可能である。
また、各発信手段あるいは中継手段は間欠的に信号を発信しており、同時に信号を発信しないように制御する事によって、遠近問題を軽減することができる。
また、各発信手段あるいは中継手段はこれらに共通のＰＲＮコードトと個別のＰＲＮコードを発信し、当該共通のＰＲＮコードに周辺の複数の発信手段あるいは中継手段に固有のＰＲＮコードの情報を組み込むことで携帯可能な端末の立ち上がりを早くすることができる。
【００１３】
図９は、本発明の他の実施例を示す概念図である。
図９において、１０３は携帯可能な端末、１１０は商用電源装置、１１１ａ、１１１ｂは単一の発信手段、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃはアンテナ手段、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃは同軸ケーブル、１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃはアンテナ手段１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ間の間隔、１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃはアンテナ手段１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃと携帯可能な端末１０３との間の無線区間、１１６は補助線である。
単一の発信手段１１１ａは周辺の他の単一発信手段１１１ｂと同様に基準となる無線局からの信号あるいは商用電源装置１１０からの交流電圧等に粗く同期して識別符号あるいは位置情報を含んだ時分割あるいは周波数分割により信号を発信しており、周辺の単一発信手段のとは当該信号を発信するタイミングが重なることは無くしている。
当該発信手段１１１ａには当該信号を分配あるいは切替えるための切替手段を含んでおり、当該切替手段の出力は同軸ケーブル１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃを介してアンテナ手段１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃに接続されている。当該アンテナ手段１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃの間の間隔１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃは既知とし、例えば間隔は３０ｃｍ〜３ｍ程度に選定されている。
携帯可能な端末１０３において各アンテナ手段１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃから発信される信号を受信しそれぞれの間の位相差を測定することにより、三角法あるいはその他の数学的な手法により当該携帯可能な端末１０３の位置を検知する。
ここで、当該アンテナ手段１１２ａと１１２ｂ間の間隔１１４ａをＤｍとし、位相差の測定結果から距離差を計算した結果をｄｍとし、無線区間１１５ａと１１５ｂがほぼ平行であると仮定する。補助線１１６を考えて無線区間１１５ａとの交点までの距離ｄｍが位相差として測定され、ーＤｍ＜ｄｍ＜＋Ｄｍとなる。当該携帯可能な端末１０３から見た各アンテナ手段１１２ａと１１２ｂ間の間隔１１４ａとの方位角βは、Cosβ＝ｄｍ/Dｍにより概算できるので、各々の方位角の交点から携帯可能な端末１０３の位置が特定できる。
実験の結果では、信号の伝送速度が１．０２３ＭｂｐｓのＰＲＮコードを用い、アンテナ手段間の間隔をそれぞれ３ｍとした場合の位置検知精度は±３０ｃｍ程度であったが、信号の伝送速度を１０．２３Ｍｂｐｓに高めることにより±３ｃｍの精度で位置の検知が可能となる。
なお、アンテナ手段の数を増やしあるいは位相差の計算ポイントを増やすことによって位相差したがって方向の計算数を増やし複数の計算結果を平均することで位置の検知精度を高めることができる。
また、単一発信手段を複数個設け相互に同期させることで、上記の計算の組み合わせを増やすことが可能となり、位置検知の精度を向上できる。
また、当該複数の発信手段あるいはアンテナ手段の間隔を大きくすることで位置検知の精度を高くするなど、位置検知精度の要求に応じて間隔を調節することができる。この場合の間隔等の情報は、絶対位置の情報等とともに局情報などの形で端末装置にダウンロードされる。
また、当該切替手段として、電子スイッチを用いるものと高周波信号を増幅する増幅器の電源電圧を切り替えて同時には何れか一つのアンテナ手段にのみ当該信号を伝送し発信させることができる。
また、当該複数の発信手段あるいはアンテナ手段を設置する場合、水平方向あるいは上下方向あるいはこれらの組み合わせ設置し、あるいは一体構造の装置として設置することができる。
また、当該複数の発信手段あるいは複数のアンテナ手段から発信される信号間の同期状態あるいは位相差を監視し、当該複数の発信手段あるいは複数のアンテナ手段から発信される信号間の同期を修正し、あるいは当該情報を該当する携帯可能な端末に報知するための固定設備あるいは可搬形の測定器を準備することにより位置検知の精度を向上できる。
また、当該複数の同軸ケーブルあるいはアンテナ手段の内から任意のものを選び、当該同軸ケーブルあるいはアンテナ手段を通じて発信される信号を直接あるいは周波数あるいは周波数と信号の両方を変換しあるいは電気信号を光信号に変換して空間に放射し、離れた位置で再度直接あるいは周波数あるいは周波数と信号の両方を変換して元の周波数あるいは周波数と信号に変換しあるいは光信号を電気信号に変換して元の信号に再変換し、当該変換した元の信号をアンテナ手段を通じて空間に放射するように中継手段を構成することによってアンテナ間の間隔を延長することも可能である。
【００１４】
以上の説明では、ノンコーヒーレント遅延ロックループについて述べたが、コーヒーレント遅延ロックループについても同様な効果が期待できる。
また、基準発振器に高安定度の水晶発振器を用い、パルスの付加と除去を行うことで位相制御を行うデジタル遅延ロックループを用いることで位置の検知精度を向上させることが可能となる。
また、上記の説明では機能ブロックにより実現する場合について説明したが、ＤＳＰあるいはＣＰＵあるいはＦＰＧＡあるいはマイクロプログラムで動作する回路を用いてプログラムにより実現することも可能である。
また、当該複数の信号が、ＧＰＳのコードと同一かあるいは類似かあるいは互換性を持たせることで、携帯可能な端末あるいは端末装置にＧＰＳ受信機の機能を持たせることができる。
また、弱肉強食によるプロセスゲインの低下を避けるため、当該複数の信号間の相互相関係数が小さいものを採用することで、隣接するエリアとの間で信号が重畳されても相互間の干渉あるいは妨害が少なくプロセスゲインの低下を防止することができる。
また、当該複数の発信手段が発信する時間スロットあるいは周波数スロットをあらかじめ決めておくか、あるいは周辺の状況を見てダイナミックに決めることもできる。
また、当該複数の発信手段に接続されるアンテナが天井等の高い位置に取り付けられ下方に向けて円偏波の広い指向性を有し、当該複数の発信手段に接続されるアンテナから発信される信号の絶対遅延時間あるいは相対遅延時間あるいは基準点からの遅延時間などをデータベースとして準備することで位置検知の精度を向上できる。
また、当該複数の発信手段の管理番号あるいは設置位置あるいは時間スロットあるいは周波数スロットあるいは基準点からの遅延時間等位置の検知に必要な情報をデータベース化し地図情報とともに準備することで利用者の利便性を向上できる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成されているため。複数の発信手段を時分割あるいは周波数分割された特定のスロットで発信させ、相互に重畳されないようにすることによって、端末装置において当該信号を安定に受信できるように構成することで、精度の良い位置検知システムを実現するものである。
また、アナログ遅延ロックループあるいはデジタル遅延ロックループの特性を改善し、時間スロットあるいは周波数スロット間の同期のズレを測定することによって、位置検知精度の向上を実現することが可能となる。
また、発信手段あるいは携帯可能な端末あるいはこれらの両方に円偏波による広指向性アンテナを接続することにより、近距離での位置検知におけるマルチパスの影響を軽減することができる。
また、携帯可能な端末に複数のアンテナを接続し切り替えて受信し統計的な処理を行うことによって、位置検知精度を向上させることができる。 また、位相差の計測には、スロット毎に相関器（Ｎ＋１）と（Ｎ−１）の出力の差を検出することで行うが、その際の検出出力に要求される位相差の測定精度を満足しなくても、多数回の測定データを平均することで精度を向上できる。
また、複数の発信手段をグループ毎に接続することにより、広い範囲のサービスでリアが経済的に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概念図である。
【図２】本発明の位相差検出部の一実施例を示す構成図である。
【図３】本発明の位相差検出部の他の実施例を示す構成図である。
【図４】本発明の高速カウンタの動作原理を示す概念図である。
【図５】本発明の位相差検出部の動作原理を示す概念図である。
【図６】本発明の位相検出部において計測データから位相差の計測精度を向上させるための説明図である。
【図７】本発明の位相差検出部の誤差を補正するためのフロー図である。
【図８】本発明の他の実施例を示す概念図である。
【図９】本発明の他の実施例を示す概念図である。
【図１０】従来の実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 受信機
２ Ｎ分岐器
３、３ａ〜３ｎ 位相検出部
４ 基準発振器
５ 制御部
６ 操作表示部
１１、１１ａ〜１１ｎ ３分岐器
１２ａ〜１２ｎ 自己相関器
１３ａ〜１３ｎ 帯域通過フイルタ
１４ａ〜１４ｎ 検波器
１５ａ〜１５ｎ デスクリ
１６ａ〜１６ｎ 自己相関器
１７ａ〜１７ｎ 帯域通過フイルタ
１８ａ〜１８ｎ 検波器
１９ａ〜１９ｎ 低域通過フイルタ
２０ａ〜２０ｎ 自己相関器
２１ａ〜２１ｎ 帯域通過フイルタ
２２ａ〜２２ｎ 検波器
２３ａ〜２３ｎ 同期検出
２４ａ〜２４ｎ 同期保持
２５、２５ａ〜２５ｎ 電圧制御発振器あるいは数値制御発振器
２６、２６ａ〜２６ｎ ＰＲＮコード（Ｎ−１）発生器
２７、２７ａ〜２７ｎ ＰＲＮコード（Ｎ）発生器
２８、２８ａ〜２８ｎ ＰＲＮコード（Ｎ＋１）発生器
２９ａ〜２９ｎ 高速カウンタ
３０ ＰＲＮコード発生器
３１ａ〜３１ｃ Ａ／Ｄコンバータ
４１ａ〜４１ｎ ＩＦ信号接続端子
４２ａ〜４２ｎ 基準発振器接続端子
４３ａ〜４３ｎ 逝去部接続端子
５１〜５３ エリア＃１から＃３
６１ａ〜６３ 時間スロット
７１ ガードビット
７２ ヘッダー
７３ ＰＲＮコード
１０１ 基準となる制御手段
１０２ａ１、１０２ａ２ 発信手段＃１１、＃１２
１０２ｂ１、１０２ｂ２ 発信手段＃２１、＃２２
１０２ｃ１、１０２ｃ２ 発信手段＃３１、＃３２
１０３ 携帯可能な端末
１０４ａ 有線接続区間
１０４ｂ 有線接続区間
１０４ｃ 有線接続区間
１０５ａ 無線接続区間
１０５ｂ 無線接続区間
１０５ｃ 無線接続区間
１０６ａ 有線接続区間
１０６ｂ 有線接続区間
１０６ｃ 有線接続区間
１１０ 商用電源装置
１１１ａ、１１１ｂ 単一の発信手段
１１２ａ アンテナ手段＃１
１１２ｂ アンテナ手段＃２
１１２ｃ アンテナ手段＃３
１１３ａ 同軸ケーブル＃１
１１３ｂ 同軸ケーブル＃２
１１３ｃ 同軸ケーブル＃３
１１４ａ アンテナ手段＃１と＃２の間隔
１１４ｂ アンテナ手段＃２と＃３の間隔
１１４ｃ アンテナ手段＃３と＃１の間隔
１１５ａ アンテナ手段＃１と携帯可能な端末との間の無線区間
１１５ｂ アンテナ手段＃２と携帯可能な端末との間の無線区間
１１５ｃ アンテナ手段＃３と携帯可能な端末との間の無線区間
１１６ 補助線
【産業上の利用分野】
この発明は、マイクロセルあるいはピコセルを構成するデジタル方式の移動無線システムの基準となる無線局あるいは中継局あるいは分散アンテナあるいは発信手段において、
当該基準となる無線局あるいは中継局あるいは分散アンテナあるいは発信手段が少なくとも個別の識別符号あるいは位置情報あるいはこれらの両方を発信する場合に、当該複数の信号間の重複を避けるため時分割あるいは周波数ホッピングにより発信し、
携帯可能な端末あるいは端末装置が位相差を検知する手段としてノンコーヒーレント遅延ロックループを用いて当該複数の発信手段からの受信される信号の位相差の組み合わせデータを多数回測定し、
当該多数回の測定データから位相差の真の値を推定することにより位置検知精度の向上を図る位置検知装置に関するものである。また、位置の検知に必要なデータベースを地図情報とともに準備することで利用者の利便性を向上させるものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、例えば、特許出願第２００１−２２３６９１号による位置検知の方法である。
図１０において、１０１は独立に設けられた基準となる制御手段、１０２ａは発信手段あるいは中継局＃１、１０２ｂは発信手段あるいは中継局＃２、１０３ｃは発信手段あるいは中継局＃３、１０３は携帯可能な端末、１０４ａは基準となる制御手段１０１と発信手段＃１のケーブル区間、１０４ｂは基準となる制御手段１０１と発信手段＃２とのケーブル区間、１０４ｃは基準となる制御手段１０１と発信手段＃３とのケーブル区間で、
１０５ａは発信手段＃１と携帯可能な端末１０３との間の無線区間、１０５ｂは発信手段＃２と携帯可能な端末１０３との間の無線区間、１０５ｃは発信手段＃３と携帯可能な端末１０３との間の無線区間である。
当該携帯可能な端末１０３は、当該複数の信号に同期させる手段としてノンコーヒーレント遅延ロックループを採用することにより、マルチパスの影響による位置検知誤差を軽減することができる。
基準となる制御手段１０１からは、複数の発信手段あるいは中継手段１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに向けて各々個別の識別符号あるいは位置情報あるいはＰＲＮコードを含んだデータあるいは高周波信号が生成されており、ケーブル１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃにより伝送されて、各発信手段あるいは中継局＃１、＃２、および＃３から無線信号として放射されており、当該携帯可能な端末１０３の位置検知は、当該複数の発信手段から送信される当該信号の位相差を計測することで行われる。
ケーブル１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃにはデータあるいは高周波信号の他に電源を重畳して伝送することも可能である。また、基準となる制御手段１０１は、他の基地局あるいは発信局あるいは中継局と共存することも可能である。
また、発信手段あるいは中継局１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃは間欠的に信号を発信しており、同時に信号を発信しないように制御する事によって、遠近問題を軽減することができる。
また、各発信手段あるいは中継局１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに共通のＰＲＮコードトと個別のＰＲＮコードを発信し、当該共通のＰＲＮコードに周辺の複数の発信手段あるいは中継局固有のＰＲＮコードの情報を組み込むことで携帯可能な端末１０３の立ち上がりを早くすることができる。
従来の発明は以上のように構成されるが、試作機を用いて実験を繰り返した結果、ＰＲＮコードとしてＧＰＳに用いられているＣ／Ａコードを用いサービスエリア内に複数信号を重畳して発信される場合には、符号間の相互相関係数が低いためにお互いに妨害を受け、プロセスゲインが極端に低下することが判明した。
また、特徴であるノンコーヒレント遅延ロックループのデスクリセンターの位置が不明確であり、同期確立の度に同期位置が変動しその度に補正を行う必要があり実用性の面で問題があった。
また、当該発信手段に接続されたアンテナの位置によっては周辺の人あるいは物によって遮られ当該携帯可能な端末あるいは端末装置に電波が到達せず位置検知の精度が維持できないことがあった。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる位置検知装置は、これらの欠点を除去するためになされたものであり、当該複数の発信手段から発信される信号が円偏波により下方に比較的に広い指向性を有するアンテナから放射され、当該複数の発信手段に対して固有の時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせが割り当てられ、同一エリア内で当該複数の発信手段から発信される信号が重複することによる符号間干渉を避け、信号の受信が確実となり、携帯可能な端末あるいは端末装置に採用されたノンコーヒーレント遅延ロックループを用いた位相差検出手段がデスクリセンターのズレを補償する手段とバラツキの大きい多数回の測定データから当該複数の信号間の位相差の真の値を推定する手段を有することにより位置検知精度を向上でき、また、位置検知に必要なデータヘ゛ースが準備され地図情報とともにダウンロードされることで利用者の利便性を向上できる。
また、当該発信手段から発信される信号が、ＧＰＳで用いられる信号と等価あるいは互換性のあるものを用いることで携帯可能な端末あるいは端末装置のための受信機をＧＰＳの受信機と共用化できる。
【０００４】
【作用】
この発明において、
請求項の第１項では、発信手段から発信される信号を、同一キャリアで発信する場合には当該信号を時間スロットに分割し、あるいは複数のキャリアを用いて発信する場合には周波数スロットあるいは時間スロットあるいはこれらの組み合わせにおいて発信し、携帯可能な端末あるいは端末装置において当該時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせにおいて当該信号を受信し、当該発信手段から発信される信号間の位相差あるいは時間差を検出することで重複による信号間の干渉を避けることができる。
請求項の第２項では、発信手段が位置情報あるいはＰＲＢコードを含んだ無線信号を発信し、複数のアンテナあるいはアンテナ手段を接続された携帯可能な端末あるいは端末装置により位置の検知を行う。
請求項の第３項では、当該発信手段から発信される信号の時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせを基準となる制御局あるいは無線局から発信される同期信号あるいは商用電源の周波数に同期させる。
請求項の第４項では、当該発信手段から発信される信号の時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせにおいて、全てのあるいはグループ毎の発信手段に共通の同期フレーム２フレーム以上を割り当てる。
請求項の第５項では、当該発信手段から発信される信号の時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせにおいて、当該発信手段から発信される拡散信号の位相差を測定する目的で、個別の発信手段に対して２フレーム以上を割り当てる。
請求項の第６項では、当該発信手段からの信号を時間スロットあるいは周波数スロットに応じあるいはこれらの組み合わせにより固定的に割り当て、当該携帯可能な端末あるいは端末装置により周波数を固定しあるいはホッピングさせながら位置検知を行う。
請求項の第７項では、当該信号の伝送速度を時間スロットあるいは周波数スロットに応じあるいはこれらより低速あるいは高速で変化させ、当該携帯端末において位置の検知の目的に適する伝送速度を選択できる。
請求項の第８項では、当該信号に比較的に短い周期の符号系列を用いて同期の引き込みあるいは確立を行い、比較的に長い周期の符号系列を用いて位相差あるいは距離あるいは位置等の測定を行う。
請求項の第９項では、当該信号を発信するアンテナあるいはアンテナの指向性を時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらより高速のクロックに応じて切り替える。
請求項の第１０項では、当該信号を発信する時間スロットあるいは周波数スロットがあらかじめ決めておくか、周辺の発信手段から発信される信号を測定してダイナミックに割り当てる。
請求項の第１１項では、当該携帯可能な端末あるいは端末装置がアナログ方式の遅延ロックループあるいはデジタル方式の同期回路を用いて電圧制御発振器あるいは数値制御発振器あるいはクロック発振器を制御することにより、同期検出手段のズレあるいは不均一性を補償する手段と多数回の測定データから当該複数の信号間の位相差の真の値を推定する手段を有する。
請求項の第１２項では、当該位置検知手段が単独で設けられるときは時分割あるいは周波数ホッピングにより当該複数発信手段からの信号に順次同期させて位相差を計測し、複数個設ける時は位相差を計測する手段のズレを補正する手段を有する。
請求項の第１３項では、搬送波周波数にあわせて局発周波数を制御することによりノンコーヒーレント遅延ロックループの特性を阻害することなく受信帯域幅を制限することができる。
請求項の第１４項では、当該位相差を計測する手段が、電圧制御発振器の場合は各時間スロットあるいは周波数スロット毎の制御電圧の差から位相差を計測し、数値制御発振器の場合は各時間スロットあるいは周波数スロット毎の制御数字の差から位相差を計測し、あるいは基準発振器からの高周波信号を所定期間カウントすることにより行う。
請求項の第１５項では、当該発振器が数値制御あるいは電圧制御の方式であり、周波数あるいは位相あるいは単位時間あたりのビット数あるいはこれらの組み合わせにより制御する。
請求項の第１６項では、当該発信手段あるいは端末装置あるいはこれらの両方に円偏波の指向性アンテナが接続される。
請求項の第１７項では、当該発信手段から発信される信号がエリア毎に繰り返し割り当てられる場合、当該時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせにより当該信号相互間の干渉が最小となるように割り当てを行う。
請求項の第１８項では、当該位相差を検出する手段が、当該時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせに応じて当該復調符号あるいは逆拡散符号を制御し、当該時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせに応じて同期検出出力をデジタル信号に変換し、位相差の計測を行う。
請求項の第１９項では、当該デジタル信号に変換する手段が８ビット以上の分解能を有する。
請求項の第２０項では、当該中心(N)の相関器と任意のビットの進みあるいは遅れの相関器を設け、これらの出力の差をとることで位相差を計算する。
請求項の第２１項では、当該位相差検出手段の非直線性あるいは不均一性を補正する手段として、自己相関器の出力を検出するためのログアンプあるいは２乗検波器の出力電圧対して補正する手段を有し、あるいは場所毎に予め定めた補正係数あるいは補正値を用いる。
請求項の第２２項では、当該発信手段が下方に指向性を有するアンテナに接続され、位置検知に必要なデータベスが準備される。
請求項の第２３項では、当該データベースが地図あるいは類似なものとともに準備される。
請求項の第２４項では、当該発信手段が制御ケーブルを通して直列に接続され、上位の発信手段から下位の発信手段に対して、時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせを指示する。
請求項の第２５項では、当該発信手段あるいはアンテナ手段の任意の組み合わせを結ぶ直線と当該組み合わせにより発信される信号間の位相差を測定することにより角度を計算し、当該直線と角度の組み合わせから携帯可能な端末の位置を検知する。
請求項の第２６項では、基準となる制御手段あるいは単一の発信手段の間は粗く同期をとって時間スロットあるいは周波数スロット間の重なりを防止し、同一組内での同期を精密にとることにより位置の検知精度を向上させる。
請求項の第２７項では、当該発信手段あるいはアンテナ手段から発信される信号間の同期を監視し制御する。
請求項の第２８項では、当該発信手段あるいはアンテナ手段から発信される信号を直接あるいは周波数を変換しあるいは光信号に変換して空間に放射し、離れた位置で直接あるいは元の信号に再変換してアンテナ手段を用いて空間に放射する。
請求項の第２９項では、当該携帯可能な端末あるいは端末装置に指向性アンテナが接続され、携帯者が指向性を回転させることで方向を検知できる。
【０００５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図１に従って説明する。図１において、５１〜５３はエリア＃１から＃３、６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、および６３は時間スロット、７１はガードビット、７２はヘッダー、７３はＰＲＮコード、１０１は基準となる制御手段、１０２ａ〜１０２ｃは発信手段、１０４ａ〜１０４ｃは接続ケーブルである。
位置検知システムにおいて、あるサービスエリアをカバーするためには複数の発信手段を用いて識別符号あるいは位置情報を含んだ信号を重畳させて発信する必要がある。ＧＰＳでは、少なくとも３種類のC/Aコードが同時に人工衛星から発信されている状態で２次元の位置の検知が可能となる。ＧＰＳの場合には信号の強度が似通っているため、信号間の相互相関による妨害を受けることは少ないが、マイクロセルあるいはピコセル等の移動通信の環境では、マルチパスによる定在波の影響で信号間の強度の差が大きく、いわゆる弱肉強食の環境にある。
一般に、ＰＲＮコード間の相互相関係数には限界があり、複数の信号が重畳されている環境では、定在波などの影響で受信電界が変動すると弱い信号は他の強い信号に抑圧されて受信できなくなる。
このような問題を解決するため、図１のエリア＃１からエリア＃３までの信号送信のタイミングを時分割に制御する。例えば、エリア＃１は６１ａ、６１ｂのタイミングで発信し、これに重畳される他のエリアには６２ａ、６２ｂ、６３のタイミングを割当てることにより時間的な重畳を避けることができる。
図(B)では３スロットについて記載されているが、４、６あるいは８スロットあるいは任意の数でも同様の効果が得られる。
各時間スロットでは、ＰＲＮコードを切り替えて発信される。また、ＰＲＮコードを拡散符合とする場合にはデータを重畳させて伝送することも可能である。
発信手段と携帯可能な端末との間の同期を確立しあるいは維持するために、比較的に短い周期の循環符号系列を用いて全ての発信手段に共通のプリアンブル符号を当該信号に挿入し携帯可能な端末において当該プルアンブル符号を待ち受けることで同期の引き込みあるいは同期の確立を早め、あるいは比較的に長い周期の循環符号系列を用いて全ての発信手段あるいはグループ単位の発信手段に共通の同期フレームを設け携帯可能な端末において当該同期フレームを待ち受けることにより同期を確立しあるいは同期の維持を行うことができる。
なお、当該同期フレームあるいはデータフレームの長さは拡散コード番号単位で２フレーム以上とすることも可能である。ここで、２フレーム以上を割り当てるのは、１フレームのみでは自己相関器の出力が十分に立ち上がらないためである。
なお、この場合の複数発信手段の個々の搬送周波数は異なった周波数を割り当ててもよく、オフセット効果により同期を阻害することはない。
一方、当該発信手段と携帯可能な端末との間の伝送遅延時間差あるいは位相差を測定する目的で、個別の発信手段に対して比較的に長い周期の拡散コードを番号単位で２フレーム以上を割り当てることも可能である。ここで、長い周期の拡散コードを用いるのはそれだけ位相差の測定精度が向上するためである。 実験の結果では、同期フレーム２フレームの後に４台の発信手段からの信号２×４フレーム程度の割合が適当であることが判明している。
ここで、周期３１ビットの拡散コード３３フレームをプリアンブルに用い、周期１０２３ビットの拡散コードを同期フレームあるいはデータフレームに用いるとデータの長さが同一となり、伝送速度とのマッチングが良くなるメリットがある。
また、時分割の代わりに周波数分割により重畳を避けることができる。すなわち、重畳されるエリアに向けて発信される複数発信手段からの信号をあらかじめ周波数セグメント毎に割り当てを行い、当該携帯可能な端末あるいは端末装置において周波数セグメントを切り変えながら受信を行うことにより、上記の重畳を避けるように制御する。この場合でも、同期フレームだけは同一の拡散コード番号を用いて全ての発信手段にあるいはグループ単位の発信手段にあるいは個別の発信手段を循環して発信させることにより同期がはずれにくい安定なシステムが実現できる。
また、時分割と周波数ホッピングを組み合わせることにより当該重畳を回避することができる。この場合でも、プリアンブルあるいは同期フレームだけは同一の拡散コード番号を用いて重畳することにより同期がはずれにくい安定なシステムが実現できる。
また、当該複数の発信手段から発信される信号の伝送速度を時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらより高速のクロックに応じて変化させ、当該移動端末において要求される位置検知精度に最適な伝送速度を選択して受信することもできる。
また、当該複数の発信手段から発信される信号をアンテナあるいはアンテナの指向性を時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらより高速のクロックに応じて切り替えて発信することでマルチパスの影響を軽減することができる。特に、当該信号の伝送速度を上回る高速のクロックを使用することで効果を高めることができる。
また、基準点を定めてこれを基点として、制御信号の代わりに、商用電源の周波数（５０Hzあるいは６０Hz）を用いて当該時間スロットあるいは周波数スロットを同期させ、基準点からの遅延時間を織り込んで位置の検知を行うことも可能である。
また、当該発信手段に接続されたアンテナが天井に取り付けられ、下方に向かって円偏波による指向性を有することで、当該端末装置の携行者の頭あるいは肩あるいは胸などに取り付けた円偏波による指向性アンテナとの結合が頭などで遮断されることがなく、周辺の物体からの反射によるマルチパスの影響を抑圧することが可能となる利点を有する。
また、当該接続ケーブルは、ＬＡＮケーブルなどのメタルケーブルあるいは同軸ケーブルあるいは光ケーブルあるいはこれらの組み合わせを用いることができる。
【０００６】
図２は本発明の他の実施例を示す図である。図２において、１は携帯可能な端末の受信機、２はＮ分岐器、３ａ〜３ｎは位相差検出部、４は基準発振器、５は制御部、６は操作表示部、１１ａ〜１１ｎは３分岐器、１２ａ〜１２ｎは自己相関器（Ｎ＋１）、１３ａ〜１３ｎは帯域通過フルタ、１４ａ〜１４ｎは２乗検波器、１５ａ〜１５ｎはデスクリ、１６ａ〜１６ｎは自己相関器（Ｎ−１）、１７ａ〜１７ｎは帯域通過フルタ、１８ａ〜１８ｎは検波器、１９ａ〜１２ｎは低域通過フイルタ、
２０ａ〜２０ｎは自己相関器（Ｎ）、２１ａ〜２１ｎは帯域通過フルタ、２２ａ〜２２ｎは検波器、２３ａ〜２３ｎは同期検出手段、２４ａ〜２４ｎは同期保持手段、２５ａ〜２５ｎは電圧制御あるいは数値制御クロック発生器、２６ａ〜２６ｎはＰＲＮコード（Ｎ−１）出力端子、２７ａ〜２７ｎはＰＲＮコード（Ｎ）出力端子、２８ａ〜２８ｎはＰＲＮコード（Ｎ＋１）出力端子、２９ａ〜２９ｎは高速カウンター、３０はＰＲＮコード発生器、
４１ａ〜４１ｎは受信機１のＩＦ信号を接続するための端子、４２ａ〜４２ｎは基準発振器の出力を接続するための端子、４３ａ〜４３ｎは制御部を接続するための端子である。
受信機１は、複数の発信手段から時分割で発信される無線信号を受信し、ＩＦ信号に変換した後Ｎ分岐器２で分岐して位相検出部３ａ〜３ｎに受信信号を出力する。以下、同様な回路であるので位相検出部３ａについて説明する。
当該受信信号は３分岐器１１ａで分岐された後、自己相関器１２ａ、１６ａ、２０ａに接続される。自己相関器１２ａはＰＲＮコードの進み部（Ｎ＋１）を検出するためのものであり、自己相関器１６ａはＰＲＮコードの中心部（Ｎ）を検出するためのものであり、自己相関器２０ａはＰＲＮコードの遅れ部（Ｎ−１）を検出するためのものである。
自己相関器１２ａ、１６ａ、２０ａの出力は各々狭帯域の帯域通過フイルタ１３ａ、１７ａ、２１ａにより自己相関係数の高い信号のみを通過し、２乗検波器１４ａ、１８ａ、２２ａにより検波される。検波器１４ａと１８ａの出力はデスクリ１５ａによりお互いに逆極性で接続され、低域通過フイルタ１９ａおよび同期保持手段２４ａを通って電圧あるいは数値制御クロック発生器２５ａに接続される。
一方、自己相関器（Ｎ）２０ａの出力は狭帯域の帯域通過フイルタ２１ａを通過後２乗検波器２２ａにより検波され、同期検出手段２３ａにより同期状態が検出されると、同期保持手段２４ａにより同期が保持される。
ＰＲＮコード発生器２６ａ、２７ａ、２８ａはクロック発生器２５ａに同期してそれぞれ（Ｎ−１）、（Ｎ）、（Ｎ＋１）のコードを発生し、自己相関器１２ａ、１６ａ、２０ａにそれぞれＰＲＮコードを供給する。
位相検出部３ａ〜３ｎが同期したＰＲＮコードに位相差は基準発振器４からの高周波信号を用いて高速カウンタ２５ａ〜２５ｎによりカウントされ、制御部５により比較され、位置が検知される。
ここで、基準発振器４は受信機１の局発信号発振器と共用することができる。
また、位相検出部３ａ〜３ｎはワイヤードロジックで構成する場合について述べたが、マイクロプロセッサーあるいはデジタルシグナルプロセッサーなどを活用してプログラムで構成することも可能である。
帯域通過フイルタ２１ａ〜２１ｎの帯域幅はプロセス利得を決定する重要なものであり、当該発信手段の周波数精度と受信機１の局発信号は周波数精度で決まるが、帯域幅をより狭くするためには、受信機１の第２局発信号の周波数を当該発信手段の搬送周波数に合わせるためのＡＦＣ回路を追加する必要がある。
また、当該位相差検出手段が当該携帯可能な端末あるいは端末装置への受信入力電界あるいはマルチパスの影響により当該発信手段からの伝送位相差を検出するときにズレあるいは不均一性を生じる場合がある。この対策として、受信入力電界の変動によりズレあるいは不均一性を生じないように制御しあるいは補正する手段を有し、あるいは場所毎に補正する値あるいは補正する係数を定めることができる。
また、当該ズレあるいは不均一性を制御あるいは補正する手段として、受信入力電界の変動に対してはＡＧＣ回路を設けるか、自己相関器（Ｎ＋１）と（Ｎ−１）から伝送位相差を求める場合に受信入力電界の影響を受けないように制御する等の方法がある。
また、（Ｎ＋１）と（Ｎ−１）の自己相関器から当該発信手段からの伝送位相差を求める場合に、関数（Ｐ1（Ｎ＋１）−Ｐ2（Ｎ−１））/（Ｐ3（Ｎ＋１）＋Ｐ4（Ｎ−１））あるいは（Ｐ5（Ｎ＋１）−Ｐ6（Ｎ−１））/Ｐ7（Ｎ）を用いて受信入力電界の影響を受けないように制御する方法が有効である。ここで、Ｐ（Ｎ＋１）とは自己相関器（Ｎ＋１）の検波出力、以下同様を示す。
また、アナログ遅延ロックループの代わりにデジタル遅延ロックループを用い、高安定のクロック発信器によりクロックの周波数を発信手段の信号の伝送速度に限りなく近づけ、パルスの付加を除去によって位相を合わせることによって、上記の補正を行うことなく位置の検知精度を飛躍的に改善することができる。
【０００７】
図３は本発明の他の実施砺を示す図である。図３において、１は携帯可能な端末あるいは端末装置の受信機、３は位相差検出部、４は基準発振器、５は制御部、６は操作表示部、１１は３分岐器、１２ａ〜１２ｃは自己相関器（Ｎ＋１）（N-1)および(N)、１３ａ〜１３ｃは帯域通過フルタ、１４ａ〜１４ｃは２乗検波器、１９ａ〜１９ｃは低域通過フイルタ、３１ａ〜３１ｃはA/D変換器、
２５は電圧制御発振器あるいは数値制御発信器、２６はＰＲＮコード（Ｎ−１）出力端子、２７はＰＲＮコード（Ｎ）出力端子、２８はＰＲＮコード（Ｎ＋１）出力端子、３０はＰＲＮ発生器、
４１は受信機１のＩＦ信号を接続するための端子、４４は操作表示部を接続するための端子である。
受信機１は、複数の発信手段から時分割で発信される無線信号を受信し、ＩＦ信号に変換した後接続端子４１により位相検出部３に受信信号を出力する。
当該受信信号は３分岐器１１で分岐された後、自己相関器（Ｎ＋１）１２ａ、（Ｎ−１）１２ｂ、（Ｎ）１２ｃに接続される。自己相関器１２ａはＰＲＮコードの進み部（Ｎ＋１）を検出するためのものであり、自己相関器１２ｂはＰＲＮコードの遅れ部（Ｎ−１）を検出するためのものであり、自己相関器１２ｃは中心部（Ｎ）を検出するためのものである。
自己相関器１２ａ、１２ｂ、１２ｃの出力は各々狭帯域の帯域通過フイルタ１３ａ、１３ｂ、１３ｃにより自己相関係数の高い信号のみを通過し、２乗検波器１４ａ、１４ｂ、１４ｃにより検波される。検波器１４ａ〜１４ｃの出力は低域通過フイルタ１９ａ〜１９ｃにより平滑され、Ａ／Ｄコンバータ３１ａ〜３１ｃによりデジタル信号に変換されて制御部５に接続される。
制御部５においてＡ／Ｄコンバータ１３ａと１３ｂの出力は引き算されて１３ａが大きいときは電圧制御発振器あるいは数値制御発振器２５の発振周波数を高くするかクロックの位相を進めることによってＰＲＮコード発生器３０の位相を進ませ、当該受信信号とＰＲＮコード発生器３０と同期状態とし、以後これを保持する。あるいは数値制御発振器２５にビットを追加してＰＲＮコード発生器３０の位相を進ませることにより受信信号に同期させるように制御するができる。
当該受信信号が複数の発信手段から時分割で発信されている場合には時間スロットごとに異なるＰＲＮコードが受信され、しかも、時間スロット毎に同期のタイミングが異なるので、時間スロット毎に同期を取り直すか、複数の時間スロットに渡って平均して同期をとる方法か、あるいはこれらと同等な方法により同期をとり同期を維持する。
一方、自己相関器（Ｎ）１２ｃの出力はＡ／Ｄコンバータ３１ｃによりデジタル信号に変換され制御部５に接続され、上記の同期状態を検出するのに使われる。
各時間スロット毎に受信される異なるＰＲＮコード間の位相差は、時間スロット毎に同期をとる場合には時間スロット毎の制御発振器の制御電圧の差あるいは制御数値の差によって検出され、時間スロット全体で平均して同期をとる場合には各時間スロット毎の進み信号と送れ信号の差によって検出される。
ここで、Ａ／Ｄカウンタは１４ビット以上のものを用いることで各時間スロット毎の進み信号と送れ信号の差を１/１０００以上の精度で読み取ることができるので、ＰＲＮコードの１ビットの長さを１μｓとすると位相差を１ｎｓ以下の精度で検出することができる。
また、基準発振器４は受信機１の局発信号発振器と共用することができる。また、位相差検出部３はワイヤードロジックで構成する場合について述べたが、マイクロプロセッサーあるいはデジタルシグナルプロセッサーなどを活用してマイクロプログラムで構成することも可能である。
また、帯域通過フイルタ１３ａ〜１３ｃの帯域幅はプロセス利得を決定する重要なものであり、発信手段の周波数精度と受信機１の局発信号の周波数精度できまるが、帯域幅をより狭くするためには、受信機１の第２局発信号の周波数を当該発信手段の周波数に合わせるためのＡＦＣ回路を追加することができる。
また、上記の説明では複数の発信手段から時分割で発信される場合について説明したが、複数発信手段からは異なる周波数スロットあるいは周波数スロットと時間スロットの組み合わせで発信し、当該受信機１の局発信号をホッピングさせながら当該信号を受信することによっても同様な効果が得られる。
また、アナログ遅延ロックループの代わりにデジタル遅延ロックループを用い、高安定のクロック発振器によりクロックの周波数を当該発信手段の信号の伝送速度に限りなく近づけ、パルスの付加を除去によって位相を合わせることによって、上記の補正を行うことなく位置の検知精度を飛躍的に改善することができる。
また、当該携帯可能な端末にアンテナ切替器を介して複数のアンテナを接続し、異なるアンテナから受信される信号を切り替えて位相差を測定し、統計的な処理を行うことによって位置検知精度を向上させることができる。
【０００８】
図４は図２に示す位相差検出部３ａ〜３ｎに用いる高速カウンタの動作を示す。図４の（ａ）において、高速カウンタに入力される基準発振器からの高周波信号を、t0秒毎に１ビットをカウントすると、Ta秒間にａ(bit)をカウントする。次に、図４の（ｎ）において、高速カウンタに入力される基準発振器からの高周波信号が、t0秒毎に１ビットをカウントすると、Tn秒間にn(bit)をカウントする。
CH(a)とＣＨ(ｎ)との位相差は時間差（Ｔｎ−Ｔａ）と等価になり、ビット差（Ａ−Ｎ）で計測される。 t0は基準発振器の周波数をｆとすると、t0＝1/fにより求められる。
発信手段から発信される信号の伝送速度に限りなく近い基準発振器の周波数で同期している場合には、時間スロット毎の同期ズレはほとんど無視できるので高精度の位置検知が可能となる。
【０００９】
図５は図３に示す位相差検出部３の動作を示す。図５の（Ａ）は、例えば、発信手段から発信される信号の伝送速度に限りなく近いクロック周波数で同期しているものとしたとき、時間スロット毎に進み部と遅れ部の電圧の差分を示している。時間スロット８１ａにおいては進み部の電圧がΔＶ１だけ大きくなっており当該ΔＶ１より時間スロット８１ａで発信している発信手段からの信号の位相差が計測できる。同様に、時間スロット８２ａ、８３ａについても同様に位相差が検出できるので各時間スロット間の相対的な位相差を計算して当該携帯端末あるいは端末装置の位置の検知ができる。
ここで、１４ビットのＡ／Ｄコンバータを用いるとΔＶ１は１/１０００の単位まで計測が可能であり、ＰＲＮコードのビット長さを１μｓとすると１ｎｓの精度で位相差を検出することができる。 図５の（Ｂ）は、例えば、時間スロットごとに同期をとる場合に相当し、数値制御発振器２５の制御数値の差Δｎから位相差を計測することができる。
上記の説明では時間スロットについて述べたが、周波数スロットは位相差検出部３においては時間スロットの領域となるので同様な方法により位相差が計測できる。また、同期を確立し維持する方法には無数の組み合わせが考えられるが、基本的には、共通の位相差検出部を用いて時分割で位相差を計測するため回路のバラツキが除外できるメリットが大きい。
発信手段から発信される信号の伝送速度に限りなく近い基準発振器の周波数で同期している場合には、時間スロット毎の同期ズレはほとんど無視できるので高精度の位置検知が可能となる。
なお、図２における高速カウンタは実現が難しいことから、Ａ／ＤコンバータとＤ／Ａコンバータを用いる方式の方が有利である。
【００１０】
図６は、位相差の計測データを度数分布で示している。t0の幅に入る度数を棒グラフに表したものであり、例えば、計測データが正規分布に従うとすれば、t0の幅は分散σの1/2から1/3に設定できる。位置検知精度は、多数回の計測データを平均することで推定することができ、計測データの精度は計測データの数の平方根に逆比例して向上する。
従って、位相差を計測する際の精度はt0の幅に相当する精度でよく、例えば、10nsの精度で計測し４００回の計測データを平均化すれば、９５％の確かさで、1nsの精度で位相差を推定できることになり、３０ｃｍの精度で位置を検知することができることになる。
【００１１】
図７は、デスクリセンターのズレを補正する手順を記載したフローチャートである。図７において、（１）〜（３）は位相検出部が共通に１台準備され、複数の発信手段からの信号を時分割で受信する場合に相当する。ノンコーヒーレント遅延ロックループのセンターのズレは各々の信号に対して共通であることから、位置検知の精度には影響を与えない。
ここで、（１）では時間スロット毎に位相差を計測し、（２）では時間スロット毎に遅れ部と進み部の差を計測し、（３）では時間スロット毎の数値制御の値を比較する。
（４）では、複数の位相検出部を共通の信号に同期するように設定したとき、各検出部のデータの差は、各検出部のノンコーヒレント遅延ロックループのデスクリセンターのズレに相当するのでこの値を記憶しておき以後の位置検知にも活用する。
（５）では、携帯端末が自分の居り場所を正確に把握されているときに位置検知を行うことにより、ノンコヒーレント遅延ロックループのセンターのズレを補正する。
（１）〜（３）では、当該複数の信号が時分割あるいは周波数分割で発信され携帯端末において同一の位相差同期検出部により受信できるので同期のズレにより生ずる位相差計測の誤差を軽減できるメリットがある。
【００１２】
図８は、複数の発信手段をグループ毎に直列に接続する場合の構成図である。
図８において、１０１は独立に設けられた基準となる制御手段、１０２ａ１、１０２ａ２は発信手段あるいは中継局＃１１、＃１２、１０２ｂ１、１０２ｂ２は発信手段あるいは中継局＃２１、＃２２、１０２ｃ１、１０２ｃ２は発信手段あるいは中継局＃３１、＃３２、１０３は携帯可能な端末、１０４ａは基準となる制御手段１０１と発信手段＃１のケーブル区間、１０４ｂは基準となる制御手段１０１と発信手段＃２とのケーブル区間、１０４ｃは基準となる制御手段１０１と発信手段＃３とのケーブル区間、１０６ａは発信手段＃１１と発信手段＃１２とのケーブル区間、１０６ｂは発信手段＃２１と発信手段＃２２とのケーブル区間、１０６ｃは発信手段＃３１と発信手段＃３２とのケーブル区間で、
１０５ａは発信手段＃１２と携帯可能な端末１０３との間の無線区間、１０５ｂは発信手段＃２２と携帯可能な端末１０３との間の無線区間、１０５ｃは発信手段＃３２と携帯可能な端末１０３との間の無線区間である。
当該携帯可能な端末１０３は、当該複数の信号に同期させる手段としてノンコーヒーレント遅延ロックループを採用し、半値幅が９０°以上の円偏波広指向性アンテナを接続することにより、マルチパスの影響による位置検知誤差を軽減することができる。
基準となる制御手段１０１からは、複数の発信手段あるいは中継手段１０２ａ１、１０２ｂ１、１０２ｃ１に向けて各々個別の識別符号あるいは位置情報あるいはＰＲＮコードを含んだデータあるいは高周波信号が生成されており、ケーブル１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃにより伝送されて、各発信手段あるいは中継局＃１１、＃２１、および＃３１から無線信号として放射されており、更に、ケーブル１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃにより伝送されて、各発信手段あるいは中継局＃１２、＃２２、および＃３２から無線信号として放射されており、当該携帯可能な端末１０３の位置検知は、当該複数の発信手段から送信される当該信号の位相差を計測することで行われる。
当該複数の発信手段あるいは中継手段１０２ａ２、１０２ｂ２、１０２ｃ２は、基準となる制御手段１０１あるいは前段の複数の発信手段あるいは中継手段１０２ａ１、１０２ｂ１、１０２ｃ１からの指示により、周辺に存在する他の発信手段あるいは中継手段とは重複しない時間スロットあるいは拡散コードを用いて信号を発信する。上位から受ける指示の方法には、上位に割り当てられた時間スロットの次のスロットを割り当てる等固定的に決定する方法と、受信手段を設けて周辺からの信号を検知しダイナミックに決定する方法が考えられる。
また、ケーブル１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃにはデータあるいは高周波信号の他に電源を重畳して伝送することも可能である。
また、基準となる制御手段１０１は、他の基地局あるいは発信手段あるいは中継手段と共存することも可能である。
また、各発信手段あるいは中継手段は間欠的に信号を発信しており、同時に信号を発信しないように制御する事によって、遠近問題を軽減することができる。
また、各発信手段あるいは中継手段はこれらに共通のＰＲＮコードトと個別のＰＲＮコードを発信し、当該共通のＰＲＮコードに周辺の複数の発信手段あるいは中継手段に固有のＰＲＮコードの情報を組み込むことで携帯可能な端末の立ち上がりを早くすることができる。
【００１３】
図９は、本発明の他の実施例を示す概念図である。
図９において、１０３は携帯可能な端末、１１０は商用電源装置、１１１ａ、１１１ｂは単一の発信手段、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃはアンテナ手段、１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃは同軸ケーブル、１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃはアンテナ手段１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ間の間隔、１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃはアンテナ手段１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃと携帯可能な端末１０３との間の無線区間、１１６は補助線である。
単一の発信手段１１１ａは周辺の他の単一発信手段１１１ｂと同様に基準となる無線局からの信号あるいは商用電源装置１１０からの交流電圧等に粗く同期して識別符号あるいは位置情報を含んだ時分割あるいは周波数分割により信号を発信しており、周辺の単一発信手段のとは当該信号を発信するタイミングが重なることは無くしている。
当該発信手段１１１ａには当該信号を分配あるいは切替えるための切替手段を含んでおり、当該切替手段の出力は同軸ケーブル１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃを介してアンテナ手段１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃに接続されている。当該アンテナ手段１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃの間の間隔１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃは既知とし、例えば間隔は３０ｃｍ〜３ｍ程度に選定されている。
携帯可能な端末１０３において各アンテナ手段１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃから発信される信号を受信しそれぞれの間の位相差を測定することにより、三角法あるいはその他の数学的な手法により当該携帯可能な端末１０３の位置を検知する。
ここで、当該アンテナ手段１１２ａと１１２ｂ間の間隔１１４ａをＤｍとし、位相差の測定結果から距離差を計算した結果をｄｍとし、無線区間１１５ａと１１５ｂがほぼ平行であると仮定する。補助線１１６を考えて無線区間１１５ａとの交点までの距離ｄｍが位相差として測定され、ーＤｍ＜ｄｍ＜＋Ｄｍとなる。当該携帯可能な端末１０３から見た各アンテナ手段１１２ａと１１２ｂ間の間隔１１４ａとの方位角βは、Cosβ＝ｄｍ/Dｍにより概算できるので、各々の方位角の交点から携帯可能な端末１０３の位置が特定できる。
実験の結果では、信号の伝送速度が１．０２３ＭｂｐｓのＰＲＮコードを用い、アンテナ手段間の間隔をそれぞれ３ｍとした場合の位置検知精度は±３０ｃｍ程度であったが、信号の伝送速度を１０．２３Ｍｂｐｓに高めることにより±３ｃｍの精度で位置の検知が可能となる。
なお、アンテナ手段の数を増やしあるいは位相差の計算ポイントを増やすことによって位相差したがって方向の計算数を増やし複数の計算結果を平均することで位置の検知精度を高めることができる。
また、単一発信手段を複数個設け相互に同期させることで、上記の計算の組み合わせを増やすことが可能となり、位置検知の精度を向上できる。
また、当該複数の発信手段あるいはアンテナ手段の間隔を大きくすることで位置検知の精度を高くするなど、位置検知精度の要求に応じて間隔を調節することができる。この場合の間隔等の情報は、絶対位置の情報等とともに局情報などの形で端末装置にダウンロードされる。
また、当該切替手段として、電子スイッチを用いるものと高周波信号を増幅する増幅器の電源電圧を切り替えて同時には何れか一つのアンテナ手段にのみ当該信号を伝送し発信させることができる。
また、当該複数の発信手段あるいはアンテナ手段を設置する場合、水平方向あるいは上下方向あるいはこれらの組み合わせ設置し、あるいは一体構造の装置として設置することができる。
また、当該複数の発信手段あるいは複数のアンテナ手段から発信される信号間の同期状態あるいは位相差を監視し、当該複数の発信手段あるいは複数のアンテナ手段から発信される信号間の同期を修正し、あるいは当該情報を該当する携帯可能な端末に報知するための固定設備あるいは可搬形の測定器を準備することにより位置検知の精度を向上できる。
また、当該複数の同軸ケーブルあるいはアンテナ手段の内から任意のものを選び、当該同軸ケーブルあるいはアンテナ手段を通じて発信される信号を直接あるいは周波数あるいは周波数と信号の両方を変換しあるいは電気信号を光信号に変換して空間に放射し、離れた位置で再度直接あるいは周波数あるいは周波数と信号の両方を変換して元の周波数あるいは周波数と信号に変換しあるいは光信号を電気信号に変換して元の信号に再変換し、当該変換した元の信号をアンテナ手段を通じて空間に放射するように中継手段を構成することによってアンテナ間の間隔を延長することも可能である。
【００１４】
以上の説明では、ノンコーヒーレント遅延ロックループについて述べたが、コーヒーレント遅延ロックループについても同様な効果が期待できる。
また、基準発振器に高安定度の水晶発振器を用い、パルスの付加と除去を行うことで位相制御を行うデジタル遅延ロックループを用いることで位置の検知精度を向上させることが可能となる。
また、上記の説明では機能ブロックにより実現する場合について説明したが、ＤＳＰあるいはＣＰＵあるいはＦＰＧＡあるいはマイクロプログラムで動作する回路を用いてプログラムにより実現することも可能である。
また、当該複数の信号が、ＧＰＳのコードと同一かあるいは類似かあるいは互換性を持たせることで、携帯可能な端末あるいは端末装置にＧＰＳ受信機の機能を持たせることができる。
また、弱肉強食によるプロセスゲインの低下を避けるため、当該複数の信号間の相互相関係数が小さいものを採用することで、隣接するエリアとの間で信号が重畳されても相互間の干渉あるいは妨害が少なくプロセスゲインの低下を防止することができる。
また、当該複数の発信手段が発信する時間スロットあるいは周波数スロットをあらかじめ決めておくか、あるいは周辺の状況を見てダイナミックに決めることもできる。
また、当該複数の発信手段に接続されるアンテナが天井等の高い位置に取り付けられ下方に向けて円偏波の広い指向性を有し、当該複数の発信手段に接続されるアンテナから発信される信号の絶対遅延時間あるいは相対遅延時間あるいは基準点からの遅延時間などをデータベースとして準備することで位置検知の精度を向上できる。
また、当該複数の発信手段の管理番号あるいは設置位置あるいは時間スロットあるいは周波数スロットあるいは基準点からの遅延時間等位置の検知に必要な情報をデータベース化し地図情報とともに準備することで利用者の利便性を向上できる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成されているため。複数の発信手段を時分割あるいは周波数分割された特定のスロットで発信させ、相互に重畳されないようにすることによって、端末装置において当該信号を安定に受信できるように構成することで、精度の良い位置検知システムを実現するものである。
また、アナログ遅延ロックループあるいはデジタル遅延ロックループの特性を改善し、時間スロットあるいは周波数スロット間の同期のズレを測定することによって、位置検知精度の向上を実現することが可能となる。
また、発信手段あるいは携帯可能な端末あるいはこれらの両方に円偏波による広指向性アンテナを接続することにより、近距離での位置検知におけるマルチパスの影響を軽減することができる。
また、携帯可能な端末に複数のアンテナを接続し切り替えて受信し統計的な処理を行うことによって、位置検知精度を向上させることができる。 また、位相差の計測には、スロット毎に相関器（Ｎ＋１）と（Ｎ−１）の出力の差を検出することで行うが、その際の検出出力に要求される位相差の測定精度を満足しなくても、多数回の測定データを平均することで精度を向上できる。
また、複数の発信手段をグループ毎に接続することにより、広い範囲のサービスでリアが経済的に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概念図である。
【図２】本発明の位相差検出部の一実施例を示す構成図である。
【図３】本発明の位相差検出部の他の実施例を示す構成図である。
【図４】本発明の高速カウンタの動作原理を示す概念図である。
【図５】本発明の位相差検出部の動作原理を示す概念図である。
【図６】本発明の位相検出部において計測データから位相差の計測精度を向上させるための説明図である。
【図７】本発明の位相差検出部の誤差を補正するためのフロー図である。
【図８】本発明の他の実施例を示す概念図である。
【図９】本発明の他の実施例を示す概念図である。
【図１０】従来の実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 受信機
２ Ｎ分岐器
３、３ａ〜３ｎ 位相検出部
４ 基準発振器
５ 制御部
６ 操作表示部
１１、１１ａ〜１１ｎ ３分岐器
１２ａ〜１２ｎ 自己相関器
１３ａ〜１３ｎ 帯域通過フイルタ
１４ａ〜１４ｎ 検波器
１５ａ〜１５ｎ デスクリ
１６ａ〜１６ｎ 自己相関器
１７ａ〜１７ｎ 帯域通過フイルタ
１８ａ〜１８ｎ 検波器
１９ａ〜１９ｎ 低域通過フイルタ
２０ａ〜２０ｎ 自己相関器
２１ａ〜２１ｎ 帯域通過フイルタ
２２ａ〜２２ｎ 検波器
２３ａ〜２３ｎ 同期検出
２４ａ〜２４ｎ 同期保持
２５、２５ａ〜２５ｎ 電圧制御発振器あるいは数値制御発振器
２６、２６ａ〜２６ｎ ＰＲＮコード（Ｎ−１）発生器
２７、２７ａ〜２７ｎ ＰＲＮコード（Ｎ）発生器
２８、２８ａ〜２８ｎ ＰＲＮコード（Ｎ＋１）発生器
２９ａ〜２９ｎ 高速カウンタ
３０ ＰＲＮコード発生器
３１ａ〜３１ｃ Ａ／Ｄコンバータ
４１ａ〜４１ｎ ＩＦ信号接続端子
４２ａ〜４２ｎ 基準発振器接続端子
４３ａ〜４３ｎ 逝去部接続端子
５１〜５３ エリア＃１から＃３
６１ａ〜６３ 時間スロット
７１ ガードビット
７２ ヘッダー
７３ ＰＲＮコード
１０１ 基準となる制御手段
１０２ａ１、１０２ａ２ 発信手段＃１１、＃１２
１０２ｂ１、１０２ｂ２ 発信手段＃２１、＃２２
１０２ｃ１、１０２ｃ２ 発信手段＃３１、＃３２
１０３ 携帯可能な端末
１０４ａ 有線接続区間
１０４ｂ 有線接続区間
１０４ｃ 有線接続区間
１０５ａ 無線接続区間
１０５ｂ 無線接続区間
１０５ｃ 無線接続区間
１０６ａ 有線接続区間
１０６ｂ 有線接続区間
１０６ｃ 有線接続区間
１１０ 商用電源装置
１１１ａ、１１１ｂ 単一の発信手段
１１２ａ アンテナ手段＃１
１１２ｂ アンテナ手段＃２
１１２ｃ アンテナ手段＃３
１１３ａ 同軸ケーブル＃１
１１３ｂ 同軸ケーブル＃２
１１３ｃ 同軸ケーブル＃３
１１４ａ アンテナ手段＃１と＃２の間隔
１１４ｂ アンテナ手段＃２と＃３の間隔
１１４ｃ アンテナ手段＃３と＃１の間隔
１１５ａ アンテナ手段＃１と携帯可能な端末との間の無線区間
１１５ｂ アンテナ手段＃２と携帯可能な端末との間の無線区間
１１５ｃ アンテナ手段＃３と携帯可能な端末との間の無線区間
１１６ 補助線
Claims (29)
- マイクロセルあるいはピコセルを構成するデジタル移動無線システムにおいて、
少なくとも識別符号あるいは位置情報あるいはＰＲＮコードあるいはこれらの一部あるいは全部を組合わせた信号を発信する基地局あるいは基準となる無線局あるいは中継局あるいは分散アンテナあるいはサインポストあるいはタグあるいは類似の無線局あるいはこれらの一部あるいは全部の組み合わせあるいはこれらに接続された複数のアンテナ手段からなる複数の発信手段と、
位置の検知を受けあるいは位置の検知を行う携帯可能な端末あるいは当該携帯可能な端末に直接あるいはコネクタを介しあるいは無線により接続される端末装置から構成され、
当該複数の発信手段が広帯域変調あるいはスペクトラム拡散された高周波信号あるいは無線信号あるいは光信号により当該信号を発信し、当該複数の発信手段からの信号が同一のサービスエリアあるいは近接するサービスエリアに重複して発信される場合において、
当該複数の発信手段から発信された信号が当該携帯可能な端末あるいは端末装置において重複して受信されることを避ける目的で、当該複数の発信手段が、同一キャリアで当該信号を発信する場合には当該信号を時間スロットに分割し、あるいは複数のキャリアを用いて発信する場合には周波数スロットあるいは時間スロットあるいはこれらの組み合わせにおいて発信し、
当該携帯可能な端末あるいは端末装置において当該時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせにおいて当該信号を受信し、当該複数の発信手段から発信される信号間の位相差あるいは時間差を検出することによって位置の検知を行うことを特徴とする位置検知装置 - マイクロセルあるいはピコセルを構成するデジタル移動無線システムにおいて、
少なくとも識別符号あるいは位置情報あるいはＰＲＮコードあるいはこれらの一部あるいは全部を組合わせた信号を発信する基地局あるいは基準となる無線局あるいは中継局あるいは分散アンテナあるいはサインポストあるいはタグあるいは類似の無線局あるいはこれらの一部あるいは全部の組み合わせからなる発信手段と、
間隔をおいて設置された複数のアンテナあるいはアンテナ手段を接続してなる位置の検知を受けあるいは位置の検知を行う携帯可能な端末から構成され、
当該発信手段が広帯域変調あるいはスペクトラム拡散された高周波信号あるいは無線信号あるいは光信号により当該信号を発信する場合において、当該発信手段から発信された信号が当該携帯可能な端末あるいは端末装置において当該複数のアンテナあるいはアンテナ手段により重複して受信されることを避ける目的で、当該複数のアンテナあるいはアンテナ手段を時間スロットにより切り替えて受信手段に接続し、
当該受信手段において当該時間スロットで切り替えて受信される当該発信手段から発信される当該信号間の位相差あるいは時間差を検出することによって位置の検知を行うことを特徴とする位置検知装置 - 当該発信手段に割り当てられる時間スロットあるいは周波数スロットあるいは当該発信手段から発信される拡散信号のコード番号あるいはこれらの組み合わせが、基準となる制御装置から発信される制御信号あるいは基準となる無線局から発信される周期信号あるいは電源設備から供給される周期信号あるいはこれらの組み合わせに同期して制御され、当該発信手段毎に発信する信号のパラメーターあるいはタイミングを調整しあるいは制御しあるいは管理することを特徴とする請求項第１項から第２項に記載の位置検知装置
- 当該発信手段に割り当てられる時間スロットあるいは周波数スロットあるいは当該発信手段から発信される拡散信号のコード番号あるいはこれらの組み合わせが、当該発信手段と携帯可能な端末との間の同期を確立し維持することを目的に全ての発信手段あるいはグループ毎の発信手段あるいは定位あるいは無定位的に循環して指定されるグループあるいは個別の発信手段に共通な同期フレームを含み、当該同期フレームに対してＰＲＮコード単位で１フレームあるいは２フレーム以上を割り当てることを特徴とする請求項第１項から第３項に記載の位置検知装置
- 当該発信手段に割り当てられる時間スロットあるいは周波数スロットあるいは当該発信手段から発信される拡散信号のコード番号あるいはこれらの組み合わせが、当該発信手段から当該携帯可能な端末装置まで伝送される間の位相差を測定することを目的に全ての発信手段あるいはグループ毎の発信手段あるいは定位あるいは無定位的に循環して指定されるグループあるいは個別の発信手段に割り当てられるデータフレームを含み、当該データフレームに対してＰＲＮコード単位で１フレームあるいは２フレーム以上を割り当てることを特徴とする請求項第１項から第４項に記載の位置検知装置
- 当該発信手段から発信される同期を確立し維持するためのプリアンブルあるいは同期フレームあるいはこれらの組み合わせと位置計測のためのデータフレームあるいはその何れかにおいて、当該発信手段毎に固定的に割り当てられあるいは比較的に低周期であるいはランダムに割り当てが変化する周波数スロットあるいは時間スロットあるいはこれらの組み合わせで信号が発信され、当該携帯可能な端末あるいは端末装置において当該発信手段の間を周波数スロットあるいは時間スロットあるいはこれらの組み合わせに応じて受信周波数をホッピングさせあるいは時間スロットを選択し、あるいはこれらの組み合わせにより当該信号を受信することを特徴とする請求項第１項および第５項に記載の位置検知装置
- 当該発信手段から発信される当該信号の伝送速度あるいはビットレートが当該時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせの変化に応じてあるいは当該変化よりも低速あるいは同一あるいは高速で変化し、当該携帯可能な端末あるいは端末装置において要求される位置検知精度に応じて当該伝送速度あるいはビットレートを選択して利用することを特徴とする請求項第１項から第６項に記載の位置検知装置
- 当該発信手段から発信される当該信号が比較的に短い周期の符号系列と比較的に長い周期の符号系列から構成され、当該短い周期の符号系列により同期の引き込みあるいは同期の確立あるいはデータの伝送あるいはこれらの一部あるいは全部を行い、当該長い周期の符号系列により同期の維持あるいは位相差の測定あるいは距離の測定あるいは位置の検知あるいはデータの伝送あるいはこれらの一部あるいは全部を行うことを特徴とする請求項第１項から第７項に記載の位置検知装置
- 当該発信手段から当該信号を発信するためのアンテナ手段あるいはアンテナ手段の指向性が当該時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせに応じて選択されあるいは切り替えられることを特徴とする請求項第１項から第８項に記載の位置検知装置
- 当該発信手段から当該時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせにより当該信号を発信する場合、当該発信手段毎に占有する時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせをあらかじめ決めておくかあるいは基準となる制御手段あるいは周辺の発信手段から発信される信号を検知して決定し、あるいは調整可能な遅延手段を用いて信号を発信するタイミングを調整しあるいは制御することを特徴とする第１項から第９項に記載の位置検知装置
- 当該携帯可能な端末あるいは端末装置が、当該発信手段から発信される当該信号を受信し、広帯域復調あるいはスペクトルム逆拡散により当該信号を復調し、アナログ方式の遅延ロックループあるいはデジタル方式の同期検出手段を用いて電圧制御発振器あるいは数値制御発振器あるいは位相制御クロック発振器あるいはビットを追加あるいは削除することによりクロックを再生する手段を制御することにより当該発信手段から発信された当該信号に同期させ、当該信号間の位相差を検出し、多数回の計測データから当該複数の信号間の位相差の真の値を推定することにより、位置検知精度を向上させることを特徴とする請求項第１項から第１０項に記載の位置検知装置
- 当該位相差を検知する手段が単独で設けられる時は時分割あるいは周波数ホッピングあるいはこれらの組み合わせにより当該発信手段から発信される当該信号に順次同期させあるいは同期信号を検出しあるいは当該信号の受信タイミングを検出することにより当該発信手段から発信される当該信号間の位相差を計測し、当該位相差を計測する手段が複数個設けられるときは当該発信手段から発信される当該信号間の位相差を検知する手段のズレを補正するよう制御することを特徴とする請求項第１項から第１１項に記載の位置検知装置
- 当該端末装置が、ノンコーヒーレント遅延ロックループの特性を阻害することなく、当該発信手段の搬送波周波数にあわせて局発周波数を制御する手段を有することを特徴とする請求項第１項から第１２項に記載の位置検知装置
- 当該位相差を計測する手段が当該時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせ毎に同期を取り直すかあるいは当該時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせ全体として同期を維持させるための同期制御手段を有し、当該同期をとりあるいは同期を維持するための同期制御手段が電圧制御発振器を用いる場合には当該時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせ毎に変化する同期制御電圧の差を検出し、当該同期をとりあるいは同期を維持するために数値制御発振器を使用する場合には同期制御数値の差を検出し、あるいは共通に設けられた基準発振器からの高周波信号の周波数を所定期間カウントすることにより行う当該複数の発信手段から発信される信号の位相差を検出することを特徴とする請求項第１項から第１３項に記載の位置検知装置
- 当該クロック発振器あるいはクロック再生手段が当該複数の発信手段から発信される信号の伝送速度に対して±０．１ｐｐｍ〜±１ｐｐｍ程度の精度を有する高安定のクロック発振器を有し、あるいは当該発信手段から発信される当該信号あるいは搬送波から同期信号あるいはクロック信号を抽出しあるいは再生することにより当該クロック発振器の周波数安定度を当該規定内に保持するための手段を有し、当該発信手段から同期フレームを受信中は遅延ロックループあるいは等価な手段により当該クロック信号あるいは同期信号に対してパルスを追加しあるいは削除することによって当該発信手段から発信される信号と当該クロック発振器あるいはクロック再生手段との位相差を最少にするように制御し、時間スロット間あるいは周波数スロット間の位相差を測定する期間中は当該制御を停止し当該クロック発振器の周波数あるいはクロック再生手段のクロック周波数および位相を一定に保つことを特徴とする請求項第１項から第１４項に記載の位置検知装置
- 当該発振手段あるいは端末装置あるいはこれらの両方に、半値幅が６０°〜１８０°の円偏波指向性アンテナが接続され、当該発信手段および端末装置に接続された当該指向性アンテナが当該サービスエリア内で上下あるいは前後あるいは左右あるいは斜め方向に相対する関係に配置されることを特徴とする請求項第１項から第１５項に記載の位置検知装置
- 当該発信手段から発信される信号がエリア毎に繰り返し割り当てられる場合、当該時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせにより当該信号相互間の干渉が最小となるように割り当てを行い、あるいは割り当てられた当該信号の相互相関係数が最小となるように割り当てを行い、エリア内あるいはエリア間で当該信号が重畳される場合でも相互間の干渉あるいは妨害が最小となるよう割り当てを行うことを特徴とする請求項第１項から第１６項に記載の位置検知装置
- 当該位相差を検出する手段が、当該時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせに応じて当該信号の同期符号あるいは識別符号あるいは逆拡散符号を切り替えあるいは当該符号の位相を制御して同期を確立し同期の維持を行う手段を有し、当該時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせに応じて同期状態を検出するための自己相関器の出力をデジタル信号に変換する手段と、進み状態を検出するための自己相関器の出力をデジタル信号に変換する手段と、遅れ状態を検出するための自己相関器の出力をデジタル信号に変換する手段を有し、当該デジタル信号を用いて遅延ロックループあるいは同期を確立し維持するための手段を構成し、同期を確立し維持するために電圧制御発振器あるいは数値制御発振器あるいはクロック発振器を制御することを特徴とする請求項第１項から第１７項に記載の位置検知装置
- 当該自己相関器の出力をデジタル信号に変換する手段あるいは当該自己相関器のデジタル出力が８ビット相当以上の分解能を有し、位相差の検知精度の要求に応じてビット数を選択することを特徴とする請求項第１項から第１８項に記載の位置検知装置
- 当該発信手段が時分割あるいは周波数分割あるいはこれらの組み合わせで信号を発信する場合、当該携帯可能な端末あるいは端末装置で生成する中心となる（Ｎ）の相関器から、２分の１ビットの進み（Ｎ＋1/2）の相関器と２分の１ビットの遅れ(N-1/2)の相関器、あるいは任意ビットの進み（Ｎ＋n）の相関器と任意ビットの遅れ(N-n)の相関器あるいはこれらの組み合わせを設け、当該(N+1/2)相関器と(N-1/2)相関器の差分あるいは当該(N+n)相関器と(N-n)相関器との差分あるいはこれらの組み合わせあるいは中心の（N)相関器との比較あるいは補正を行うことにより、中心の（N)相関器からの進みあるいは遅れを精密に計算することを特徴とする請求項第１項から第１９項に記載の位置検知装置
- 当該位相差検出手段の非直線性あるいは不均一性を補正する手段として、当該携帯可能な端末あるいは端末装置の自己相関器の出力を検出するためのログアンプあるいは２乗検波器の出力電圧に対して当該発信手段から発信される拡散信号の伝送遅延時間の計測結果あるいは当該複数の発信手段から発信される拡散信号間の位相差の計測結果を補正する手段を有し、あるいは当該携帯可能な端末あるいは端末装置が使用される場所の特性あるいは環境に応じて補正する係数あるいは補正する値を予め用意しあるいは算出する手順を定め、当該発信手段から発信される信号の伝送遅延時間の計測結果あるいは当該複数の発信手段から発信される信号間の位相差の計測結果を補正することを特徴とする請求項第１項から第２０項に記載の位置検知装置
- 当該発信手段が天井あるいは街路灯あるいは電柱あるいは当該携帯可能な端末あるいは端末装置の携行者より高い位置に比較的に密に設置され下方あるいは真下に対して指向性を有するアンテナに接続され、少なくとも、当該発信手段の管理番号あるいは設置場所あるいは割り当てられた時間スロットあるいは周波数スロットあるいは当該複数の発信手段から発信される信号の絶対遅延時間あるいは基準点からの遅延時間あるいは当該複数の発信手段相互間の遅延時間差あるいはこれらの一部あるいは全部の組み合わせをデータベースとして準備することを特徴とする請求項第１項から第２１項に記載の位置検知装置
- 当該発信手段に係わるデータベースが特定エリア単位で地図上あるいは構内見取り図あるいは道案内図あるいは類似なものとともに準備され、予め当該携帯可能な端末あるいは端末装置の記憶装置に記憶されあるいは通信回線を通じてダウンロードされることを特徴とする請求項第１項から第２２項に記載の位置検知装置
- 当該発信手段を信号ケーブルあるいは制御ケーブルあるいはこれらの組み合わせを通して直列に接続し、基準となる制御手段あるいは基準となる発信手段からの制御信号あるいは同期信号に基づいて、あるいは上位の発信手段から下位の発信手段に向けての制御信号あるいは同期信号に基づいて、当該複数の発信手段が上位から指示されあるいは予め割り当てられた時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせに応じて信号を発信することを特徴とする請求項第１項から第２３項に記載の位置検知装置
- 当該基準となる制御手段に直接あるいは分配手段あるいは切替手段を介して接続された発信手段あるいは基準となる単一の発信手段に直接あるいは分配手段あるいは切替手段を介して接続された複数のアンテナ手段あるいはこれらの組み合わせを水平方向あるいは垂直方向あるいはこれらの組み合わせの方向に比較的に狭い間隔を隔てて設置し、当該発信手段あるいはアンテナ手段から発信される信号を時間スロットあるいは周波数スロットあるいはこれらの組み合わせに応じて相互に重複しないように当該分配手段あるいは切り替え手段を制御し、
当該携帯可能な端末において当該発信手段あるいはアンテナ手段から発信される当該信号の内から任意の組み合わせ間の位相差を測定することにより当該複数の組み合わせの発信手段あるいはアンテナ手段を結ぶ直線の中間点からの角度を計算し、当該直線の中間点と角度の複数の組み合わせから三角法あるいは類似の数学的な手法により当該携帯可能な端末の位置の算出を行うことを特徴とする請求項第１項から第２４項に記載の位置検知装置 - 当該基準となる制御手段あるいは基準となる発信手段が比較的に広い範囲に分散して設置される場合、当該制御手段あるいは発信手段が基準となる無線局から発信される当該信号あるいは商用電源に同期させることにより基準となる制御手段あるいは発信手段の間では比較的に粗い同期を維持し、当該基準となる制御手段あるいは基準となる発信手段に接続された発信手段あるいはアンテナ手段の間では共通の基準信号に同期させあるいは共通の基準信号を用いることにより比較的に高精度で同期をとることを特徴とする請求項第１項から請求項第２５項に記載の位置検知装置
- 当該発信手段あるいは複数のアンテナ手段から発信される当該信号間の同期状態あるいは位相差を監視するための監視手段と当該監視手段からの情報を基に当該発信手段あるいはアンテナ手段から発信される当該信号間の同期を修正しあるいは位相差を補正するための制御手段あるいは当該情報を該当する携帯可能な端末に報知する手段を有し、固定的に設置されあるいは可搬形の測定器して準備されることを特徴とする請求項第１項から請求項第２６項に記載の位置検知装置
- 当該同軸ケーブルあるいはアンテナ手段あるいは当該制御手段あるいは当該発信手段の複数の出力端子の内から任意のものを選び、当該メタルケーブルあるいは同軸ケーブルあるいはアンテナ手段を通じて発信されるベースバンド信号あるいは高周波信号を直接あるいは周波数あるいは周波数と信号の両方を変換しあるいは電気信号を光信号に変換しあるいは無線周波数に変換して空間に放射し、離れた位置で直接あるいは再度周波数あるいは周波数と信号の両方を変換して元の周波数あるいは周波数と信号に再変換しあるいは光信号を電気信号に変換しあるいは無線周波数を復調して元の信号に再変換し、当該直接あるいは再変換した元の信号あるいは当該元の信号を無線周波数に変換してアンテナ手段を通じて空間に放射するように構成する中継手段を有し、当該中継手段により生じる遅延時間を用いて当該中継手段の遅延時間を補正しあるいは当該携帯可能な端末で検知した位相差を補正しあるいは当該中継手段あるいは当該中継手段に接続されたアンテナ手段の位置情報を補正することを特徴とする請求項第１項から請求項第２７項に記載の位置検知装置
- 当該携帯可能な端末あるいは端末装置に接続されるアンテナあるいはアンテナ手段が指向性アンテナである場合には当該携帯可能な端末あるいは端末装置を携帯するものが当該指向性アンテナの指向性を当該携帯者の周辺に回転させることにより、あるいは複数のアンテナあるいはアンテナ手段が情報を組み合わせて指向性を制御できる場合には当該指向性を制御することにより当該携帯者の向かっている方角を検知することを特徴とする請求項第１項から請求項第２８項に記載の位置検知装置
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