JP2004221704A - Wireless system, server, and mobile station - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線通信システムにおける位置検出技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
複数の基地局と移動局間の距離差を測定し、その測定結果と基地局位置とを用いて移動局位置を求めるシステムが開示されている。複数の基地局と移動局間の距離差を求めるために伝搬遅延時間差を測るので、基地局間の時間合わせが必要になる。例えば、特許文献1には複数の基地局からの信号から予め各基地局毎に決められた送信時間の差分を減算して信号の伝搬遅延時間差を得るシステムが開示されている。この例では基地局が同期しており、基地局毎に決められたタイミングで信号を送信するものである。
【0003】
また、特許文献2には、複数基地局(BTS)からの信号を移動局と既知位置の固定局との両局で同時に受信、比較し、両局で受信される各信号間の遅延を決定するシステムが開示されている。この例では基地局間が非同期であり、既知位置に設置された固定局での各基地局からの信号受信時間を用いて、各基地局から移動局への送信信号の時間差を補正するものである。
【0004】
また、同出願人が先に出願した特願2002−260772では次に説明する基地局間の同期補正が開示されている。この例は各基地局が無線信号の送信時刻または受信時刻を計測して基地局間相互の時計のずれを検出し、該ずれを用いて各基地局の時刻を補正する、または、位置計算の際に時計のずれを考慮に入れ、計算上、基地局間が同期しているのと等価の状態を作るものである。図1において、基地局3,4間の同期補正をする場合の従来例を説明する。基地局3から送信信号5を基地局4に送る。基地局3は信号5の送信時刻t1を計測、記録し、基地局4は信号5の受信時刻t2を計測、記録する。基地局i、jはそれぞれ7,6によって、それぞれ時刻t1、t2と基地局i、jの識別子とをサーバー1へ伝送する。基地局i,j間の距離Lもしくは基地局i、jのアンテナ位置の座標が予め測定され、サーバー1に登録されているものとする。サーバー1は、基地局iに対する基地局jの時刻のずれOを数1により求める。さらに時刻のずれOを基地局iと基地局j間の同期補正に用いる。但し、Tは基地局間の信号伝搬時間、cは信号伝搬の速さである。
【0005】
【数1】
【特許文献1】特開平7−181242号公報
【特許文献2】特表平11−513482号公報
【発明が解決しようとする課題】
計測時間誤差や計測から送受信までの回路配線、処理遅延等により送信信号5の計測・記録時刻t1、t2と実際の送受信時刻とに差が生じる。図2に、図1の系内の信号送受信図を示す。時刻t1に、δt、時刻t2にδrの誤差が生じるとする。数1で表される時刻のずれOは数2の通り誤差(δr−δt)を持つこととなる。ここで誤差(δr−δt )は信号を送受信する基地局の組合せに依らず一定であるとする。一般に誤差が信号を送受信する基地局の組合せに依る場合には、誤差を(δri−δtj )と記述する。ここでδriとは信号を受信する基地局iで記録された信号受信時刻と真の受信時刻との差であり、δtjとは信号を送信する基地局jで記録された信号送信時刻と真の送信時刻との差であるとする。
【0006】
【数2】
基地局(位置測定専用の信号送受信機器も含む)間で信号送受信時間を計測・記録し、該基地局間の時刻のずれを補正するシステムにおいて、計測時刻と実際の送受信時刻の差分を較正し、同期精度を上げることが本発明の課題である。
【0007】
【課題を解決するための手段】
機器間で信号送受信時間を計測し、該機器間の時刻のずれを補正するシステムにおいて、計測時刻と実際の送受信時刻との差分を補正する。予め基地局間の通信の送受信時刻を測定する。サーバーもしくは移動局において該送受信時刻と基地局間距離で決まる信号伝搬時間とから信号送受信の処理遅延等による時刻のずれの誤差の算出を行い記録する。基地局間の時刻のずれの測定結果に対して前記記録した誤差値を用いて補正を行う。
【0008】
【発明の実施の形態】
図3に本発明のシステム構成図の一例を示す。それぞれの基地局は有線(15、16、17)でLAN2に接続されている。Ti (i=2, 3, 23)は信号伝搬時間である。Tiは既知である基地局間距離Li (i=2, 3, 23)と信号伝搬の速さcから既知である。基地局間距離Liは、例えばサーバーが保持する基地局アンテナ座標から既知である。
【0009】
図8に基地局の構成図の一例を示す。基地局95は9、10、11のいずれであっても良い。LAN I/F部87はLAN2に対するインタフェースである。 時間測定部92でメモリー88に記録された受信情報と既知の情報との相関を相関器89で計算する。既知の信号とは例えば、無線パケット先頭のプリアンブルや同期ワードであって良い。CPU86が相関器89の出力が最大となる時刻をメモリ84に記録する。CPU86は相関器89出力を補間した結果が最大となる時刻をメモリ84に記録しても良い。基地局間相互の送受信タイミングをそろえる為に外部から各基地局に共通のクロックを供給しても良い。このため基地局95は外部クロックの入力端子91を備えても良い。
RF部80はDAC82からのベースバンド信号を無線周波数にアップコンバートしてアンテナに出力する。またRF部80はアンテナの受信信号をベースバンドにダウンコンバートしてADC81に出力する。ADC81はアナログ信号を入力してデジタル信号に変換して出力する。DAC82はデジタル信号を入力してアナログ信号に変換し出力する。ベースバンド部83はADC81からの入力信号に復調やデスクランブルやCRC(Cyclic Redundancy Check code)等の各種復号化の信号処理を行う。CPU86は復号された情報をメモリ84に書き込む。またCPU86は送信する信号をメモリから読み出し、ベースバンド部83に入力する。ベースバンド部83は無線送信する情報の符号化、変調を行いDAC82に出力する。
【0010】
基地局相互の時刻のずれの誤差が送受信する基地局の組に依らず一定として該時刻のずれの誤差を測定および記録し、該誤差を用いて基地局間相互の時刻のずれを補正する例を説明する。各基地局が移動局からの到来信号の受信時刻を測定し測位に用いる場合で、基地局間で双方向に送信される信号を用いて基地局相互の時刻のずれの誤差を測定する場合の例を示す。本実施例によると、後述の、誤差が送受信する基地局の組合せに依存する場合と比較して、より簡単に誤差補正ができる。また処理は複雑になるが、後述の他の例に示す通り、誤差が送受信する基地局の組合せに依存する場合でも誤差補正が可能である。
【0011】
以下に複数基地局間の信号送受信時間の測定から該送受信時間の誤差(δr−δt )を求める原理を説明する。基地局1から信号を送信し送受信時間を記録する場合の、基地局間の信号の送受信図を図4に示す。時刻t1に基地局1が信号を送信し、時刻t2に基地局2が信号を受信する。また時刻t3に基地局3が信号を受信する。t1、t2、t3は記録された時間である。記録された送信時間と実際の送信時間との間の差をδtとする。また、記録された受信時間と実際の受信時間との間の差をδrとする。このとき、基地局1を基準とした基地局i (i=2, 3)の時刻のずれをOiとすると数3、数4の関係がある。
【0012】
【数3】
【数4】
基地局3から信号を送信し送受信時間を記録する場合の、基地局間の信号の送受信図を図5に示す。時刻t4に基地局3が信号を送信し、時刻t5に基地局2が信号を受信する。また時刻t6に基地局1が信号を受信する。t1、t2、t3は記録された時間である。記録された送信時間と実際の送信時間との間の差をδtとし、記録された受信時間と実際の受信時間との間の差をδrとする。このとき、基地局1を基準とした基地局i (i=2, 3)の時刻のずれをOiとすると数5、数6の関係がある。
【0013】
【数5】
【数6】
以下に、前記関係式を変形して時間の誤差(δr−δt )を計算する例を示す。まず数3から数4を辺々減じて数7が得られる。
【0014】
【数7】
さらに数5、数7より送信時間と受信時間の誤差の差分が数8で表される。右辺は測定により求まる量である。t2、t3、t4、t5は基地局で送受信時間を計測して得られる。T2、T3,、T 23はそれぞれ基地局1と基地局2、基地局1と基地局3、基地局2と基地局3のアンテナ間距離を測定、もしくは基地局座標から計算し、信号伝搬の早さで割って求められる。
【0015】
【数8】
以下に基地局相互の時刻のずれの誤差が送受信する基地局の組に依って異なる場合に該時刻のずれの誤差を測定および記録し、該誤差を用いて基地局間相互の時刻のずれを補正する実施例を説明する。本実施例によれば、時刻のずれの誤差が基地局に依存しないとする前述の方法に比べ、より精度良く誤差測定及び位置測定を行うことができる。
【0016】
基地局1から信号を送信し送受信時間を記録する場合の、基地局間の信号の送受信図を図10に示す。時刻t1に基地局1が信号を送信し、時刻t2に基地局2が信号を受信する。また時刻t3に基地局3が信号を受信する。t1、t2、t3は記録された時間である。基地局1において記録された送信時間と実際の送信時間との間の差をδt1とする。また、基地局iで記録された受信時間と実際の受信時間との間の差をδriとする。このとき、基地局1を基準とした基地局i (i=2, 3)の時刻のずれをOiとすると数9、数10の関係がある。
【0017】
【数9】
【数10】
基地局3から信号を送信し送受信時間を記録する場合の、基地局間の信号の送受信図を図11に示す。時刻t4に基地局3が信号を送信し、時刻t5に基地局2が信号23を受信する。また時刻t6に基地局1が信号24を受信する。t4、t5、t6は記録された時間である。基地局3において記録された送信時間と実際の送信時間との間の差をδt3とする。また、基地局iで記録された受信時間と実際の受信時間との間の差をδriとする。このとき、基地局1を基準とした基地局i (i=2, 3)の時刻のずれをOiとすると数11、数12の関係がある。
【0018】
【数11】
【数12】
基地局2から信号を送信し送受信時間を記録する場合の、基地局間の信号の送受信図を図12に示す。時刻t7に基地局2が信号を送信し、時刻t8に基地局3が信号101を受信する。また時刻t9に基地局1が信号102を受信する。
t7、t8、t9は記録された時間である。基地局2において記録された送信時間と実際の送信時間との間の差をδt2とする。また、基地局iで記録された受信時間と実際の受信時間との間の差をδriとする。このとき、基地局1を基準とした基地局i (i=2, 3)の時刻のずれをOiとすると数13、数14の関係がある。
【0019】
【数13】
【数14】
図9の構成により基地局を共通のクロックで動作させて測定した場合、基地局1を基準とした基地局i (i=2, 3)の時刻のずれOiはゼロである。数9、数10、数11、数12、数13、数14よりそれぞれ以下の関係が求まる。ここで、誤差値Δjiとは、送信基地局i、受信基地局jの組合せについて測定された誤差(δrj−δti )である。
【0020】
【数15】
【数16】
【数17】
【数18】
【数19】
【数20】
サーバーは数15、数16、数17、数18、数19、数20を計算し、記録する。サーバーは、時間のずれ測定時に数15、数16、数17、数18、数19、数20の値をそれぞれ数9、数10、数11、数12、数13、数14に代入し、Δjiを補正する。
【0021】
サーバーは送信基地局i、受信基地局jの組合せに対して誤差値Δjiを記録する。記録フォーマット例を図14に示す。121は送信基地局を特定する識別子である。122は通信チャンネルを特定する識別子である。123は送信基地局のアンテナ座標である。124は基地局間の時刻のずれである。例えば、前記基地局1を基準とする基地局i (i=2, 3)の時刻のずれOiを格納する。一般に124は特定の基地局を基準とする必要は無く、基地局間の相対的な時刻のずれの情報であれば良い。125は送受信処理遅延等に依る時間時刻のずれの誤差である。
送信基地局と受信基地局の組合せに対して決まる値である。例えば、送信基地局識別子iで特定される基地局および受信基地局識別子jで特定される基地局に対してΔjiを格納する。
【0022】
サーバーが送受信時間および基地局座標から誤差(δr−δt )を計算し記録する。図6に、誤差(δr−δt )を計測・記録し位置計算で補正に用いる場合の信号の送受信の例を示す。サーバーが時刻誤差測定要求46、47、48を基地局1,2,3に送る。各基地局は他局からの信号の受信待機をする。基地局1は時刻t1に信号21,22を送信し、それぞれ基地局2,3が、それぞれ時刻t2、t3に受信する。基地局1、2,3はそれぞれ時刻t1、t2、t3を計測、記録する。ここで計測、記録された時刻は図4に示すように誤差を含む。基地局3は時刻t4に信号23,24を送信し、それぞれ基地局2,1が、それぞれ時刻t5、t6に受信する。基地局3、2,1はそれぞれ時刻t4、t5、t6を計測、記録する。計測、記録された時刻は図5に示すように誤差を含む。信号21、22、23、24は、例えばサーバーからの制御信号によって基地局が送信しても良く、また例えば各基地局が時刻誤差測定要求受信時刻から一定時間経過したことによって送信しても良い。基地局1,2、3は、記録した時刻をそれぞれ信号25、26、27によってサーバーに伝送する。
【0023】
図13に信号25、26、27のフォーマット例を示す。110は時間測定を行った基地局の識別子である。111は、信号25、26、27に含まれる測定回数を表す。112は送受を表すフラグである。113は測定した送信時刻もしくは受信時刻である。信号25、26、27は送受フラグと測定時刻の組を測定順に115で指定される測定回数分格納する。例えば、信号25は、110に基地局1の識別子を格納する。111に測定回数2を格納する。112に送信フラグを格納し、113に送信時刻t1を格納する。114に受信フラグを格納し、115に受信時刻t6を格納する。サーバーは測定回数毎に送受フラグ112と基地局識別子111を解析することにより、送信基地局および受信基地局を特定する。
【0024】
サーバーは数8によって誤差(δr−δt )を計算し記録する。サーバーはチャンネル監視要求41,42,43を、それぞれ基地局1,2,3に送信する。
サーバーは移動局18に送信要求44を送信する。移動局18は測位のため信号28、29、30を送信する。基地局1,2,3は、それぞれ信号28、29、30を受信し、それぞれ受信時刻t8、t9、t10を記録する。基地局1は時刻のずれを測定するため、時刻t11に信号31,32を送信する。基地局2、基地局3はそれぞれ時刻t12に信号31を、t13に信号32を受信し時刻を記録する。時刻t11、t12、t13は図2及び数2で表したのと同様に誤差(δr−δt )を含む。基地局1,2、3は、記録した時刻をそれぞれ信号34、35、36によってサーバーに伝送する。サーバは信号21,22,23,24の送受信時刻を用いて時刻のずれを求めても良い。
【0025】
数3、数4に、前記記録された誤差(δr−δt )を代入し、それぞれ時刻のずれO2、O3を求めることが出来る。時刻のずれが時間の経過によらず一定の場合、本方法により信号31、32を送受信すること無く時刻のずれを求めることが出来る。
【0026】
一方、時刻のずれが時間の経過と供に変化する場合には、時刻のずれを測定した時点での基地局間の時刻のずれの関係が測位の時点では最早成り立たなくなる。そこで測位に用いる信号28,29,30の送信時刻に近い時刻に、時刻のずれを測定することが望ましい。この場合には信号28,29,30の直後に送信される信号31,32を用いて時刻のずれを求める。サーバーは次のように誤差(δr−δt )の補正を行う。信号31,32の送受信時間、t11、t12、t13と、基地局1と基地局i (i=2, 3)間の伝搬時間Tiと、基地局1を基準とする基地局i (i=2, 3)の時刻のずれOiとの間には数21、数22の関係がある。
【0027】
【数21】
【数22】
サーバーは数21、数22の(δr−δt )に数8より求めて記録した値を代入しOiの補正を行う。さらにサーバーは補正したOiを記録し、位置計算に用いる。サーバーは補正した時刻のずれOiを用いて次のように位置計算を行う。
【0028】
基地局i ( i =1,2,3 ) のアンテナ位置座標を(xi, yi)、移動局位置を( xm,ym )とする。基地局のアンテナ位置座標は既知でサーバーが保持しているものとする。基地局間距離と、基地局が記録した信号受信時刻と、基地局間の時間のずれとの間に以下の関係がある。
【0029】
【数23】
【数24】
サーバーは、数23、数24を(xm, ym )について解き、移動局の位置座標を計算する。サーバーは信号37で位置計算結果を移動局18に送信する。
【0030】
図7にサーバーが保持する情報のフォーマットの例を示す。71は基地局を特定する識別子である。72は通信チャンネルを特定する識別子である。73はアンテナ座標である。74は基地局間の時刻のずれである。例えば、前記基地局1を基準とする基地局i (i=2, 3)の時刻のずれOiを格納する。一般に74は特定の基地局を基準とする必要は無く、基地局間の相対的な時刻のずれの情報であれば良い。75は送受信処理遅延等に依る時間時刻のずれの誤差である。例えば、75には前記(δr−δt )を格納する。
【0031】
基地局間で相互に送信される信号を用いて各基地局相互の時刻のずれの誤差を測定し、移動局で受信した各基地局からの信号の受信時刻を測位に用いる実施例を以下に示す。
【0032】
図15に、誤差(δr−δt )を計測・記録し位置計算で補正に用いる場合の信号の送受信の他の例を示す。本例は各基地局からの送信信号を移動局18が受信し、移動局の受信時間を測位に用いる例である。システムの構成は図3に示すものと同様である。サーバーが時刻誤差測定要求46、47、48を基地局1,2,3に送る。各基地局は他局からの信号の受信待機をする。基地局1は時刻t1に信号21,22を送信し、それぞれ基地局2,3が、それぞれ時刻t2、t3に受信する。基地局1、2,3はそれぞれ時刻t1、t2、t3を計測、記録する。ここで計測、記録された時刻は図4に示すように誤差を含む。基地局3は時刻t4に信号23,24を送信し、それぞれ基地局2,1が、それぞれ時刻t5、t6に受信する。基地局3、2,1はそれぞれ時刻t4、t5、t6を計測、記録する。計測、記録された時刻は図5に示すように誤差を含む。信号21、22、23、24は、例えばサーバーからの制御信号によって基地局が送信しても良く、また例えば各基地局が時刻誤差測定要求受信時刻から一定時間経過したことによって送信しても良い。基地局1,2、3は、記録した時刻をそれぞれ信号25、26、27によってサーバーに伝送する。
【0033】
サーバーは数8によって誤差(δr−δt )を計算し記録する。サーバーは、測位に用いる信号の送信要求150,151,152、およびチャンネル監視要求153を、それぞれ基地局1,2,3、移動局18に送信する。基地局1,2,3は、それぞれ信号130、131、132を送信し、それぞれ送信時刻t16、t18、t20を測定する。移動局18は測位のため信号130、131、132を受信し、それぞれ受信時刻t17、t19、t21を測定する。基地局1,2,3と移動局18は測定した送受信時刻をそれぞれ信号154、155、156、157でサーバーに伝送する。サーバは信号21,22,23,24の送受信時刻を用いて時刻のずれを求めても良い。数3、数4に、前記記録された誤差(δr−δt )を代入し、それぞれ時刻のずれO2、O3を求めることが出来る。時刻のずれが時間の経過によらず一定の場合、本方法により信号31、32を送受信すること無く時刻のずれを求めることが出来る。
【0034】
一方、時刻のずれが時間の経過と供に変化する場合には、時刻のずれを測定した時点での基地局間の時刻のずれの関係が測位の時点では最早成り立たなくなる。そこで測位に用いる信号130,131,132の送信時刻に近い時刻に、時刻のずれを測定することが望ましい。この場合には信号130,131,132の後に送信される信号31,32を用いて時刻のずれを求める。時刻のずれを測定した時刻と測位の時刻を近くすることによって、時刻のずれをより正しく求めることが出来る。
【0035】
基地局1は時刻のずれを測定するため、時刻t11に信号31,32を送信する。基地局2、基地局3はそれぞれ時刻t12に信号31を、t13に信号32を受信し時刻を記録する。時刻t11、t12、t13は図2及び数2で表したのと同様に誤差(δr−δt )を含む。基地局1,2、3は、記録した時刻をそれぞれ信号38、39、40によってサーバーに伝送する。
【0036】
サーバーは誤差(δr−δt )の補正を行う。t11、t12、t13と、基地局1と基地局i (i=2, 3)間の伝搬時間Tiと、基地局1を基準とする基地局i (i=2, 3)の時刻のずれOiとの間には数21、数22の関係がある。
【0037】
サーバーは数21、数22の(δr−δt )に数8より求めて記録した値を代入しOiの補正を行う。さらにサーバーは補正したOiを記録し、位置計算に用いる。サーバーは補正した時刻のずれOiを用いて次のように位置計算を行う。
【0038】
基地局i ( i =1,2,3 ) のアンテナ位置座標を(xi, yi)、移動局位置を( xm,ym )とする。基地局のアンテナ位置座標は既知でサーバーが保持しているものとする。基地局間距離と、基地局が記録した信号受信時刻と、基地局間の時間のずれとの間に以下の関係がある。
【0039】
【数25】
【数26】
サーバーは、数25、数26を(xm, ym )について解き、移動局の位置座標を計算する。サーバーは信号50で位置計算結果を移動局18に送信する。
【0040】
上記例は、サーバーが計測時間を集めて基地局間の時間のずれを補正するが、移動局が計測時間を集めて時間のずれの補正を行っても良い。この場合、移動局18が図14のフォーマットの情報を保持する。またこの場合、図15において、フローは例えば以下の通り変更される。信号25、26、27はサーバーではなく、移動局18に送信される。移動局18で前記例と同様に時刻のずれを計算し記録する。測位のための測定時刻を含む信号34,35,36は移動局18に送信される、信号37は不要である。基地局間の時刻のずれ算出のための測定時刻を含む信号38、39、40が移動局18に送信される。移動局18が誤差補正および位置計算を行う。サーバーからの位置計算結果の通知のための信号50は不要である。また、フェ−ジング等無線環境による時間測定の精度劣化の影響を防ぐ為に、基地局間時刻のずれの誤差の測定を有線で行っても良い。例えば(δr−δt )およびΔjiの測定は、図3、図9の構成において基地局アンテナを信号線に換えて基地局間を結線し、有線で行っても良い。このとき前記例のTi(i=2, 3, 23)は、それぞれ基地局1と基地局2間、基地局1と基地局3間、基地局2と基地局3間の信号線の信号伝搬時間とすれば、前記例と同様に誤差測定が可能である。
【0041】
各基地局相互の時刻のずれの誤差を測定および記録し、記録された該誤差を用いて前記検出された基地局間相互の時刻のずれを補正する他の例を説明する。各基地局が移動局からの到来信号の受信時刻を測定し測位に用いる場合で、各基地局に共通のクロックを供給し基地局間で一方向に送信される信号を用いて各基地局相互の時刻のずれの誤差を測定する場合の例を以下に示す。
【0042】
基地局1,2,3が外部から共通のクロック99を、外部クロックの入力端子91から入力する場合のシステム構成を図9に示す。信号線96、97、98の長さを揃え、99から各基地局までの信号伝搬時間を一定とする。
【0043】
基地局1,2,3で共通のクロックのため、数3、数4、数5、数6、数21、数22においてOiがゼロとなる。数3より、誤差(δr−δt )は数27で表される。送信時刻t1と、受信時刻t2と、基地局1,2間距離より求めた信号伝播時間T2との測定により誤差(δr−δt )が求められる。図3の構成で基地局間が非同期で運用するシステムでも、実際に運用するシステム構築前に図9の構成として基地局間時刻のずれの誤差測定および記録を行っても良い。時刻のずれの誤差は基地局位置に依存しない為、図9と図3とで基地局位置が異なっていても良い。また、図9は3基地局からなるシステムの例であるが、一般に2基地局以上なら良い。例えば基地局iと基地局jの2局に共通のクロックを供給し誤差(δr−δt )の測定を行っても良い。数27は基地局1と基地局2との2基地局のみを共通のクロックとしても成り立つ。この場合も、前記と同様にサーバーへ情報を伝達し、サーバーで数27より(δr−δt )を計算し図7のフォーマットで記録できる。図3の構成において運用時の誤差(δr−δt )の補正方法は前記例と同様である。
【0044】
【数27】
【発明の効果】
本発明のシステムは、各基地局が無線信号の送信時刻および受信時刻を計測して基地局間相互の時刻のずれを検出し、前記各基地局相互の時刻のずれを用いて移動局の位置を検出する。さらに本発明のシステムは各基地局が信号の送信時刻および受信時刻を計測して基地局間相互の時刻のずれの誤差を測定および記録する。本発明のサーバーもしくは移動局は、該送受信時刻と基地局間距離で決まる信号伝搬時間とから信号送受信の処理遅延等による時刻のずれの誤差の算出を行い記録する。記録された該誤差を用いて前記検出された基地局間相互の時刻のずれを補正する。本発明のシステムは基地局間の時刻のずれの測定結果に対して前記記録した誤差値を用いて補正を行うので、基地局間の時刻のずれを精度良く測定出来る。
【0045】
本発明のシステムは、各基地局相互の時刻のずれを用いて移動局の位置を検出する、また、計測時刻と実際の送受信時刻との差分を補正するので、基地局間の同期精度を上げることが出来る。結果として位置検出の精度を上げることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】同期補正系構成の一例の図。
【図2】系内の信号送受信の一例の図。
【図3】本発明によるシステム構成の一例の図。
【図4】本発明による基地局間信号送受信の一例の図。
【図5】本発明による基地局間信号送受信の一例の図。
【図6】本発明による測位フローの一例の図。
【図7】本発明によるデータフォーマットの一例の図。
【図8】基地局構成の一例の図。
【図9】本発明によるシステム構成の一例の図。
【図10】本発明による基地局間信号送受信の一例の図。
【図11】本発明による基地局間信号送受信の一例の図。
【図12】本発明による基地局間信号送受信の一例の図。
【図13】本発明による信号フォーマットの一例の図。
【図14】本発明によるデータフォーマットの一例の図。
【図15】本発明による測位フローの一例の図。
【符号の説明】
1:サーバ、2:LAN、3、4、9、10、11:基地局、5:送信信号、6:受信時刻情報、7:送信時刻情報、18:移動局、21、22、23、24、25、26、27、34、35、36:信号、37:位置計算結果、41、42、43:チャンネル監視要求、44:送信要求、46、47、48:時刻誤差測定要求
71:基地局識別子、72:チャンネル識別子、73、アンテナ座標、74:時刻のずれ、75:時刻のずれの誤差
80:RF部、81:ADC、82:DAC、83:ベースバンド部、84、88:メモリ、86:CPU、87:LAN I/F部、89:相関器、90、99:クロック、91:外部クロックの入力端子、92:時間測定部
110:基地局識別子、111:測定回数、112:送受フラグ、113:送受時刻、
121:送信基地局識別子、122:チャンネル識別子、123:送信基地局アンテナ座標、124:時刻のずれ、125:時刻のずれの誤差
150、151、152:測位信号送信要求、153:チャンネル監視要求、154、155、156、157:送受信時刻信号。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a position detection technique in a wireless communication system.
[0002]
[Prior art]
A system is disclosed in which a distance difference between a plurality of base stations and a mobile station is measured, and a mobile station position is obtained by using the measurement results and the base station position. Since a propagation delay time difference is measured in order to obtain a distance difference between a plurality of base stations and a mobile station, time alignment between the base stations is required. For example,
[0003]
[0004]
Japanese Patent Application No. 2002-260772, filed earlier by the same applicant, discloses a synchronization correction between base stations described below. In this example, each base station measures a transmission time or a reception time of a radio signal to detect a time lag between the base stations, and corrects the time of each base station using the lag, or performs position calculation. At this time, taking into account the clock skew, a state equivalent to synchronization between base stations is created in calculation. FIG. 1 shows a conventional example in which the synchronization between the
[0005]
(Equation 1)
[Patent Document 1] JP-A-7-181242
[Patent Document 2] Japanese Patent Publication No. 11-513482
[Problems to be solved by the invention]
Due to a measurement time error, circuit wiring from measurement to transmission and reception, processing delay, and the like, a difference occurs between the measurement and recording times t1 and t2 of the transmission signal 5 and the actual transmission and reception times. FIG. 2 shows a signal transmission / reception diagram in the system of FIG. It is assumed that an error of δt occurs at time t1 and an error of δr occurs at time t2. The time lag O represented by
[0006]
(Equation 2)
In a system for measuring and recording signal transmission / reception time between base stations (including signal transmission / reception devices dedicated to position measurement) and correcting a time lag between the base stations, a difference between the measured time and the actual transmission / reception time is calibrated. It is an object of the present invention to improve synchronization accuracy.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In a system for measuring a signal transmission / reception time between devices and correcting a time difference between the devices, a difference between a measured time and an actual transmission / reception time is corrected. The transmission / reception time of communication between base stations is measured in advance. The server or mobile station calculates and records a time deviation error due to a signal transmission / reception processing delay or the like from the transmission / reception time and the signal propagation time determined by the distance between base stations. The measurement result of the time lag between the base stations is corrected using the recorded error value.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 3 shows an example of a system configuration diagram of the present invention. Each base station is connected to LAN2 by wire (15, 16, 17). T i (I = 2, 3, 23) is the signal propagation time. T i Is a known distance L between base stations. i (I = 2, 3, 23) and the signal propagation speed c. Base station distance L i Is known from the base station antenna coordinates held by the server, for example.
[0009]
FIG. 8 shows an example of a configuration diagram of a base station. The
The RF unit 80 up-converts the baseband signal from the
[0010]
An example of measuring and recording an error of a time difference between base stations, regardless of a set of transmitting and receiving base stations, and measuring and recording the error of the time difference, and correcting the time difference between the base stations using the error. Will be described. When each base station measures the reception time of the incoming signal from the mobile station and uses it for positioning, and when measuring the error of the time difference between the base stations using the signal transmitted bidirectionally between the base stations. Here is an example. According to the present embodiment, error correction can be performed more easily as compared with a case where an error depends on a combination of transmitting and receiving base stations, which will be described later. Further, although the processing becomes complicated, as shown in another example described later, error correction can be performed even when the error depends on a combination of transmitting and receiving base stations.
[0011]
Hereinafter, the principle of obtaining the error (δr−δt) of the transmission / reception time from the measurement of the signal transmission / reception time between a plurality of base stations will be described. FIG. 4 shows a signal transmission / reception diagram between base stations when a signal is transmitted from the
[0012]
[Equation 3]
(Equation 4)
FIG. 5 shows a signal transmission / reception diagram between base stations when a signal is transmitted from the
[0013]
(Equation 5)
(Equation 6)
Hereinafter, an example of calculating the time error (δr−δt) by modifying the relational expression will be described. First, Equation 7 is obtained by subtracting
[0014]
(Equation 7)
Further, from Expressions 5 and 7, the difference between the error between the transmission time and the reception time is expressed by Expression 8. The right side is an amount obtained by measurement. t2, t3, t4, and t5 are obtained by measuring the transmission / reception time at the base station. T 2 , T 3, , T 23 Is obtained by measuring the distance between the antennas of the
[0015]
(Equation 8)
If the time difference error between the base stations is different depending on the set of transmitting and receiving base stations, the time difference error is measured and recorded, and the time difference between the base stations is calculated using the error. An embodiment for correction will be described. According to the present embodiment, the error measurement and the position measurement can be performed more accurately than the above-described method in which the error of the time difference does not depend on the base station.
[0016]
FIG. 10 shows a signal transmission / reception diagram between base stations when a signal is transmitted from the
[0017]
(Equation 9)
(Equation 10)
FIG. 11 shows a signal transmission / reception diagram between base stations when a signal is transmitted from the
[0018]
[Equation 11]
(Equation 12)
FIG. 12 shows a signal transmission / reception diagram between base stations when a signal is transmitted from the
t7, t8, and t9 are the recorded times. The difference between the recorded transmission time at
[0019]
(Equation 13)
[Equation 14]
When the measurement is performed by operating the base station with a common clock by the configuration of FIG. i Is zero. The following relationships can be obtained from
[0020]
(Equation 15)
(Equation 16)
[Equation 17]
(Equation 18)
[Equation 19]
(Equation 20)
The server calculates and
[0021]
The server determines the error value Δ for the combination of the transmitting base station i and the receiving base station j. ji Record FIG. 14 shows an example of the recording format.
This value is determined for a combination of the transmitting base station and the receiving base station. For example, for the base station specified by the transmitting base station identifier i and the base station specified by the receiving base station identifier j, Δ ji Is stored.
[0022]
The server calculates and records the error (δr−δt) from the transmission / reception time and the base station coordinates. FIG. 6 shows an example of signal transmission / reception when an error (δr−δt) is measured and recorded and used for correction in position calculation. The server sends the time error measurement requests 46, 47, 48 to the
[0023]
FIG. 13 shows a format example of the signals 25, 26, and 27. 110 is an identifier of the base station that performed the time measurement. 111 represents the number of measurements included in the signals 25, 26, and 27. A
[0024]
The server calculates and records the error (δr-δt) according to equation (8). The server sends channel monitoring requests 41, 42, 43 to
The server sends a transmission request 44 to the
[0025]
The recorded error (δr−δt) is substituted into
[0026]
On the other hand, when the time lag changes with the passage of time, the relationship of the time lag between the base stations at the time when the time lag is measured is no longer established at the time of positioning. Therefore, it is desirable to measure the time lag at a time close to the transmission time of the
[0027]
(Equation 21)
(Equation 22)
The server substitutes the value obtained from Equation 8 and recorded in (δr-δt) of
[0028]
Assume that the antenna position coordinates of the base station i (i = 1, 2, 3) are (xi, yy) and the mobile station position is (xm, ym). It is assumed that the antenna position coordinates of the base station are known and are held by the server. The following relationship exists between the distance between base stations, the signal reception time recorded by the base station, and the time lag between base stations.
[0029]
[Equation 23]
(Equation 24)
The server solves
[0030]
FIG. 7 shows an example of the format of information held by the server. 71 is an identifier for identifying the base station. 72 is an identifier for specifying a communication channel. 73 is an antenna coordinate. 74 is a time lag between base stations. For example, the time lag O of the base station i (i = 2, 3) with respect to the
[0031]
An example in which the error of the time difference between each base station is measured using signals mutually transmitted between the base stations and the reception time of the signal from each base station received by the mobile station is used for positioning is described below. Show.
[0032]
FIG. 15 shows another example of signal transmission / reception when the error (δr−δt) is measured and recorded and used for correction in position calculation. In this example, a
[0033]
The server calculates and records the error (δr-δt) according to equation (8). The server transmits a transmission request 150, 151, 152 and a channel monitoring request 153 of a signal used for positioning to the
[0034]
On the other hand, when the time lag changes with the passage of time, the relationship of the time lag between the base stations at the time when the time lag is measured is no longer established at the time of positioning. Therefore, it is desirable to measure the time lag at a time close to the transmission time of the signals 130, 131, 132 used for positioning. In this case, the time lag is determined using the signals 31, 32 transmitted after the signals 130, 131, 132. By making the time at which the time difference is measured close to the time of the positioning, the time difference can be obtained more correctly.
[0035]
The
[0036]
The server corrects the error (δr−δt). propagation times T11, t12, and t13 between the
[0037]
The server substitutes the value obtained from Equation 8 and recorded in (δr-δt) of
[0038]
Assume that the antenna position coordinates of the base station i (i = 1, 2, 3) are (xi, yy) and the mobile station position is (xm, ym). It is assumed that the antenna position coordinates of the base station are known and are held by the server. The following relationship exists between the distance between base stations, the signal reception time recorded by the base station, and the time lag between base stations.
[0039]
(Equation 25)
(Equation 26)
The server solves the equations (25) and (26) for (xm, ym) and calculates the position coordinates of the mobile station. The server transmits the position calculation result to the
[0040]
In the above example, the server collects the measurement time and corrects the time lag between the base stations. However, the mobile station may collect the measurement time and correct the time lag. In this case, the
[0041]
Another example of measuring and recording a time difference error between the base stations, and correcting the detected time difference between the base stations using the recorded error will be described. When each base station measures the reception time of an incoming signal from a mobile station and uses it for positioning, it supplies a common clock to each base station and uses signals transmitted in one direction between base stations to allow each base station to communicate with each other. An example of the case of measuring the error of the time lag is shown below.
[0042]
FIG. 9 shows a system configuration in which the
[0043]
Since the clocks are common to the
[0044]
[Equation 27]
【The invention's effect】
In the system of the present invention, each base station measures a transmission time and a reception time of a radio signal to detect a time difference between the base stations, and uses the time difference between the base stations to determine a position of the mobile station. Is detected. Further, in the system of the present invention, each base station measures a transmission time and a reception time of a signal, and measures and records an error of a time difference between the base stations. The server or the mobile station of the present invention calculates and records a time deviation error due to a signal transmission / reception processing delay or the like from the transmission / reception time and the signal propagation time determined by the distance between base stations. Using the recorded error, the detected time lag between the base stations is corrected. The system of the present invention corrects the measurement result of the time lag between the base stations using the recorded error value, so that the time lag between the base stations can be accurately measured.
[0045]
The system of the present invention detects the position of the mobile station using the time lag between the respective base stations, and corrects the difference between the measured time and the actual transmission / reception time, thereby increasing the synchronization accuracy between the base stations. I can do it. As a result, the accuracy of position detection can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram of an example of a configuration of a synchronization correction system.
FIG. 2 is a diagram showing an example of signal transmission / reception in a system.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a system configuration according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an example of signal transmission and reception between base stations according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an example of signal transmission / reception between base stations according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a positioning flow according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an example of a data format according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram of an example of a base station configuration.
FIG. 9 is a diagram showing an example of a system configuration according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing an example of signal transmission / reception between base stations according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing an example of signal transmission and reception between base stations according to the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing an example of signal transmission and reception between base stations according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing an example of a signal format according to the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing an example of a data format according to the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing an example of a positioning flow according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1: server, 2: LAN, 3, 4, 9, 10, 11: base station, 5: transmission signal, 6: reception time information, 7: transmission time information, 18: mobile station, 21, 22, 23, 24 , 25, 26, 27, 34, 35, 36: signal, 37: position calculation result, 41, 42, 43: channel monitoring request, 44: transmission request, 46, 47, 48: time error measurement request
71: base station identifier, 72: channel identifier, 73, antenna coordinates, 74: time deviation, 75: time deviation error
80: RF unit, 81: ADC, 82: DAC, 83: baseband unit, 84, 88: memory, 86: CPU, 87: LAN I / F unit, 89: correlator, 90, 99: clock, 91: External clock input terminal, 92: time measurement unit
110: base station identifier, 111: number of measurements, 112: transmission / reception flag, 113: transmission / reception time,
121: transmitting base station identifier, 122: channel identifier, 123: transmitting base station antenna coordinates, 124: time deviation, 125: time deviation error
150, 151, 152: positioning signal transmission request, 153: channel monitoring request, 154, 155, 156, 157: transmission / reception time signal.
Claims (9)
前記第1の無線信号の該送信時刻と該受信時刻の差分と各基地局間距離とを用いて基地局間相互の時刻のずれの誤差を算出し、前記誤差を記録し、該誤差を用いて前記検出された基地局間相互の時刻のずれを補正して前記移動局の位置を検出することを特徴とする無線システム。A plurality of base stations having different times, measuring a transmission time or a reception time of a first radio signal transmitted between the base stations, detecting a time difference between the base stations, A wireless system that detects a position of the mobile station using a reception time of a second wireless signal transmitted between a station and a mobile station and a time difference between the respective base stations,
Using the difference between the transmission time and the reception time of the first radio signal and the distance between the base stations, calculate the error of the time difference between the base stations, record the error, and use the error. A mobile station that detects the position of the mobile station by correcting the detected time lag between the base stations.
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