JP2006138732A - Radio position detecting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線電波発信源から送信された信号を受信し、その受信タイミングから端末の位置を測定する無線位置測定装置の位置検出方法に関する。特に無線LANシステムにおいて端末の位置を特定するシステムの位置検出方法について記載している。 The present invention relates to a position detection method for a wireless position measuring apparatus that receives a signal transmitted from a wireless radio wave source and measures the position of a terminal from the reception timing. In particular, a system position detection method for specifying the position of a terminal in a wireless LAN system is described.
無線システムにおいて、例えば、GPSなどに代表される、端末の位置を測定する技術が提案されている。一方、安価で設置が容易、しかも免許が不要であるなどの理由により、普及している無線システムとしてIEEE 802.11a/b/g無線LANがある。それらの無線LANのみで、GPS衛星を利用せずに、位置を検出するシステムが考えられている。その位置検出方法は、例えば、特開2004−101254号公報(特許文献1)に記述されているように、端末から送信される信号を、既知の位置に設置された基地局で受信した時間差を計算し、受信時間差に光速を乗算することによって、端末から各基地局までの信号の伝播距離の差を算出し、端末の位置を検出する方法がある。 In wireless systems, for example, techniques for measuring the position of a terminal, such as GPS, have been proposed. On the other hand, IEEE 802.11a / b / g wireless LAN is a popular wireless system because it is inexpensive, easy to install, and requires no license. A system that detects the position of these wireless LANs without using GPS satellites has been considered. For example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-101254 (Patent Document 1), the position detection method uses a time difference when a signal transmitted from a terminal is received by a base station installed at a known position. There is a method of calculating the difference in signal propagation distance from the terminal to each base station by calculating and multiplying the reception time difference by the speed of light and detecting the position of the terminal.
従来の無線LANによる位置検出のフローを図2を用いて説明する。位置検出を開始した後、基地局選択201により位置検出のため無線信号を受信する基地局を選択する。基地局選択201の内部のフローでは、例えば、処理206に従って、端末が接続している基地局から所定の距離r以内の基地局を選択する。次に、基地局占有102により、選択した基地局を占有する。これは、端末は複数利用できる無線チャネルのうち、ある1つの無線チャネル上で通信しており、端末の信号を受信する基地局は、端末と同じ無線チャネルに切り替える必要があるためである。選択された基地局が占有済みの場合には、占有が解除されるまで待つ。無線チャネル設定103により、選択された基地局と端末は同一の無線チャネルに設定される。信号タイミング測定104により、端末の信号および同期信号をそれぞれ受信し、信号処理を行いそれぞれの信号の受信タイミングを得る。ここで、同期信号とは、座標が既知である無線局から発信された信号である。位置計算105処理は、受信タイミングから端末位置の計算をおこなう。
A flow of position detection by a conventional wireless LAN will be described with reference to FIG. After starting position detection,
基地局占有102及び無線チャネル設定103、信号タイミング測定104について、図6を用いて更に説明する。端末は、接続可能な、通常は該端末の最寄の、基地局1を介して、サーバに自機の位置検出を要求する。サーバは、基地局占有102及び無線チャネル設定103のために、基地局選択201で選択された基地局に対して位置検出に用いる無線チャネルの監視を指示する。上記監視を指示された各基地局は、それぞれ、サーバに応答を返す。
その後、信号タイミング測定104を行う。サーバは、上記要求を転送した基地局1を介して、端末に対し、上記無線チャネル上に第二の無線パケットを送信することを要求する。その際、基地局1は、上記、無線チャネル上に無線パケットを送信することになる。なお、図面では周辺基地局2、3の2局のみを図示したが、三辺測量の原理により端末の位置を特定するためには、3局以上の周辺基地局を利用するのが望ましい。ここでは、端末と接続される基地局とそれ以外の2局で3局分を確保しているが、端末と接続される基地局以外の3局(以上)を受信タイミングを測定する基地局として用いてもよい。受信タイミング測定に用いることができる基地局が2局以下の場合は、何らかの近似を用いて端末の位置を特定することが必要になる。
Thereafter,
基地局1は上記の第一のパケットの送信時間を測定する。続いて、該端末は、該無線チャネル上に第二の無線パケットを送信する。上記監視を指示された基地局は、それぞれ、上記パケットの受信タイミングを測定する。各基地局は各無線パケットの受信タイミングあるいは送信タイミングを測定した結果をサーバに伝達する。サーバは、端末から送信される信号を、既知の位置に設置された基地局で受信したタイミングの時間差をもとに端末の位置を計算する。サーバは、計算された位置を端末へ伝達する。
The
端末の位置算出方法について説明する。まず、数1により、それぞれ基地局1に対する基地局2、3のクロックの誤差Eb0_bi(i=1,2)を求める。次に、数2に示す連立方程式(i=1,2)に上記の求めたクロックの誤差を代入し、端末の位置(Xm, Ym)について解くことにより、位置を求める。ここで、Tp1_b0、Rp2_b0は、基地局1で測定された第一の無線パケットの送信時間、第二の無線パケットの受信タイミングである。Rp1_b1、Rp2_b1は、基地局2で測定された第一、第二の無線パケット受信タイミングである。Rp1_b2、Rp2_b2は、基地局3で測定された第一、第二の無線パケット受信タイミングである。(X0,Y0)、(X1,Y1)、(X2,Y2)は、それぞれ基地局1、2、3の位置である。cは光速である。
A terminal position calculation method will be described. First, the error Eb0_bi (i = 1, 2) of the clocks of the
更に具体的な位置の計算方法は、特開2004−101254号公報(特許文献1)においてその方法が開示されている。 A more specific position calculation method is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-101254 (Patent Document 1).
従来の技術においては、選択される基地局は、端末が接続している基地局の近隣の基地局であった。実環境においては、単純に近隣の基地局が選択された場合、端末が接続された基地局からは、壁や柱などの障害物の陰となる基地局も含まれる場合がある。基地局から発信した同期信号は、上記の陰となった基地局へ、直線的には到達せずに、床や壁などで反射した後に到達する。反射波は直接波に比べて経路長が長いため、本来の同期のタイミングから遅延した、誤ったタイミングで同期してしまう。複数の基地局で測定した受信タイミングを用いて端末の位置を計算する場合に、測定に用いた基地局に同期が不完全な基地局が含まれることにより検出精度が劣化してしまうという問題があった。 In the prior art, the selected base station is a base station in the vicinity of the base station to which the terminal is connected. In a real environment, when a neighboring base station is simply selected, a base station that is behind an obstacle such as a wall or a pillar may be included from the base station to which the terminal is connected. The synchronization signal transmitted from the base station does not reach the shaded base station linearly, but arrives after being reflected by a floor or a wall. Since the reflected wave has a longer path length than the direct wave, the reflected wave is synchronized at an incorrect timing delayed from the original synchronization timing. When calculating the position of a terminal using reception timings measured at a plurality of base stations, there is a problem that the detection accuracy deteriorates because the base station used for measurement includes a base station that is incompletely synchronized. there were.
無線LAN基地局はGPS衛星やセルラー基地局に比べれば、安価であり、設置も容易であるため、比較的密集して配置される場合もある。2次元の位置計算の場合、受信する基地局数は最低3局以上が必要である。3次元の位置計算の場合は、受信する基地局数は4局以上が必要である。前述したように、無線LANでは複数の無線チャネルがあるが、信号を受信する期間、無線チャネルを合わせる必要があるため、基地局を占有する必要がある。このとき余分な基地局を選択すると占有待ちの時間が増加する。基地局に関する受信タイミングを得るための信号処理は、PN符号との相関演算などの演算量の多い処理である。基地局数に比例して、これらの演算に費やされる時間が増加する。このように、必要以上に多い基地局数では、ユーザに位置情報を提供するまでに時間がかかるという問題があった。
ここで本特許は、上記問題点に鑑みてなされたもので、遮蔽物などの影響を排除し位置検出精度を向上し、また基地局の占有を効率良くすることで測位処理能力を向上することを目的とする。
Wireless LAN base stations are cheaper and easier to install than GPS satellites and cellular base stations, so they may be located relatively densely. For two-dimensional position calculation, the number of base stations to be received must be at least three. In the case of three-dimensional position calculation, the number of base stations to be received must be four or more. As described above, there are a plurality of wireless channels in a wireless LAN, but it is necessary to occupy a base station because it is necessary to match the wireless channels during a signal reception period. At this time, if an extra base station is selected, the waiting time increases. The signal processing for obtaining the reception timing related to the base station is processing with a large amount of calculation such as correlation calculation with the PN code. The time spent for these calculations increases in proportion to the number of base stations. Thus, when the number of base stations is larger than necessary, there is a problem that it takes time to provide location information to the user.
Here, this patent was made in view of the above-mentioned problems, and improves the positioning processing capability by eliminating the influence of shielding objects and improving the position detection accuracy and efficiently occupying the base station. With the goal.
同期信号を発信する基地局と、その基地局が発信した直接波が到達する基地局とを対応づける基地局情報テーブルと、端末の過去の位置履歴と取得時刻を保持する端末情報テーブルとを持ち、位置検出時に基地局情報テーブルを参照することによって同期信号の直接波が到達できる基地局を選択した後、端末情報テーブルによって不用な基地局を削減する。このように最適な基地局を選択することで、遮蔽物などの影響による測位誤差の増加を防ぎ、測位精度を向上し、また基地局の占有を効率良くすることで検出時間を短縮化することができる。 It has a base station information table that associates a base station that transmits a synchronization signal with a base station that a direct wave transmitted from the base station reaches, and a terminal information table that holds the past location history and acquisition time of the terminal. After selecting a base station to which the direct wave of the synchronization signal can reach by referring to the base station information table at the time of position detection, unnecessary base stations are reduced by the terminal information table. By selecting the optimal base station in this way, it is possible to prevent an increase in positioning error due to the influence of shielding objects, improve positioning accuracy, and shorten the detection time by making the base station occupied efficiently. Can do.
以上の説明から明らかなように、本発明の位置検出方法によれば、複数の基地局で測定した受信タイミングを用いて端末の位置検出をする場合に、測定に用いる基地局に同期が不完全な基地局が含まれることによる位置検出精度の劣化を防ぐことができる。また、余分な基地局を選択することによって生じる待ち時間と計算時間を削減することができる。 As is apparent from the above description, according to the position detection method of the present invention, when the position of a terminal is detected using reception timings measured at a plurality of base stations, synchronization is incomplete with the base station used for measurement. It is possible to prevent deterioration in position detection accuracy due to the inclusion of various base stations. In addition, the waiting time and calculation time caused by selecting an extra base station can be reduced.
本発明による実施例を、図1を用いて説明する。図1のフローにおいて、従来の技術の説明で用いた図2と同じ処理は同じ符号で示す。位置検出を開始した後、基地局選択101により位置検出のため無線信号を受信する基地局を選択する。基地局選択101の内部のフローでは、例えば、処理107に従って、端末が接続している基地局から直接波が到達する基地局を選択する。直接波が到達する基地局は、後述する基地局情報テーブルより参照される。次に、処理108により、後述する端末情報テーブルから参照される端末の位置検出の履歴から、不要な基地局を削除する。このとき不要と判断される基地局は、端末の過去の位置と所定の距離以上離れている基地局である。この所定の距離は、例えば、端末の無線信号の到達距離と、端末の前回測位した時刻と現在時間との差にシステムの端末の平均移動速度をかけた距離と、その位置検出システム固有の誤差マージンと、を加えた値としてもよい。ただし、過去の位置検出時刻を現在時刻と比較し、所定の時間が経過してしまった場合には、削除を無効とし、処理108をスキップする。端末の初回の位置検出時も、同様である。また、削除後の基地局数が所定の局数を下回った場合にも、削除を無効とし、処理108をスキップする。所定の局数は、前述した位置検出に必要な最低基地局数以上の局数で、システムが要求される精度および検出時間を加味された値が設定される。
An embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In the flow of FIG. 1, the same processes as those of FIG. After starting position detection,
基地局占有102により、選択した基地局を占有する。選択された基地局が占有済みの場合には、占有が解除されるまで待つ。無線チャネル設定103により、選択された基地局と端末は同一の無線チャネルに設定される。信号タイミング測定104により、端末の信号および同期信号をそれぞれ受信し、信号処理を行いそれぞれの受信信号のタイミングを得る。位置計算105処理は、受信タイミングから端末位置の計算をおこなう。履歴更新106の処理は、後述する端末情報テーブル内の端末位置と、取得時刻と、の更新をおこなう。
図4に基地局情報テーブルの例を示す。テーブルは、行が、ある1つの基地局の情報に対応する。1つの基地局の情報は、基地局識別番号、設置座標、直接波到達基地局識別番号、および占有フラグの4つのフィールドで構成されている。直接波到達基地局とは、基地局識別番号で表される基地局が送信した信号を直接波として受信できる基地局である。基地局識別番号は、基地局を一意に指定できる番号であり、図4の例では、通し番号を用いたが、基地局のMACアドレスもしくはIPアドレスなどを利用してもよい。直接波到達基地局は、可変長フィールドであり、複数の基地局識別番号を記録することができる。直接波到達基地局は、設置時に建物や反射物など周囲の環境の状況から目視などで決定できる。周囲の環境が変化した場合には、テーブルを修正する必要があるが、一般には、電波を遮蔽もしくは反射するのは金属であり、屋内環境の場合には柱や棚などであるため、ほとんど環境は変化しない。占有フラグは、その基地局が位置検出に使用されていることを示すフラグであり、例えば、0は使用可能な状態、1は占有されている状態としてもよい。 FIG. 4 shows an example of the base station information table. In the table, a row corresponds to information of one base station. Information of one base station is composed of four fields: a base station identification number, installation coordinates, a direct wave arrival base station identification number, and an occupation flag. A direct wave reaching base station is a base station that can receive a signal transmitted by a base station represented by a base station identification number as a direct wave. The base station identification number is a number that can uniquely designate the base station. In the example of FIG. 4, the serial number is used, but the MAC address or IP address of the base station may be used. The direct wave arrival base station is a variable length field, and can record a plurality of base station identification numbers. The direct wave arrival base station can be visually determined from the surrounding environment such as a building or a reflection object at the time of installation. When the surrounding environment changes, it is necessary to modify the table, but in general, it is metal that shields or reflects radio waves, and in the indoor environment, it is a pillar or a shelf. Does not change. The occupation flag is a flag indicating that the base station is used for position detection. For example, 0 may be an available state, and 1 may be an occupied state.
図4の基地局情報テーブルは、基地局設置時や、基地局の設定変更時などに作成・更新する。ある基地局のアンテナ位置から他の基地局のアンテナ位置が目視できるかどうかをオペレータが確認して、目視できる場合に基地局情報テーブルに記入する方法が考えられる。また、各基地局間での信号送信から受信までにかかる伝搬時間を測定し、送信基地局の位置と受信基地局の位置から求めらる直線距離に基づいてその信号が直接波として受信されたかどうかを判断することにより、基地局情報テーブルを作成してもよい。 The base station information table in FIG. 4 is created / updated when the base station is installed or when the base station setting is changed. A method is conceivable in which an operator confirms whether the antenna position of another base station can be visually recognized from the antenna position of a certain base station, and when the operator can visually confirm the antenna position, the information is entered in the base station information table. Also, the propagation time from signal transmission to reception between each base station was measured, and whether the signal was received as a direct wave based on the linear distance obtained from the position of the transmitting base station and the position of the receiving base station The base station information table may be created by determining whether or not.
図5に端末情報テーブルの例を示す。テーブルは、行が、ある1つの端末の情報に対応する。1つの端末の情報は、端末識別番号、接続先基地局識別番号、位置履歴、位置取得時刻履歴、使用無線チャネルの5つのフィールドから構成されている。端末識別番号は、端末を一意に指定できる番号であり、図5の例では、通し番号を用いたが、端末のMACアドレスもしくはIPアドレスなどを利用してもよい。位置履歴は、端末の過去の位置検出で得られた座標を保存するフィールドである。端末が一度も位置を取得していない場合を判定するために、位置履歴を、例えば-99999などして、その旨を判断しても良い。位置取得時刻履歴は、位置取得時刻を保存するフィールドである。図5の例では、時:分:秒.100分の1秒というフォーマットを利用したが、処理108で用いる所定の時刻よりも十分長い時間で巡回するカウンターなどを用いても良い。使用無線チャネルは、端末が使用している無線チャネルを保持するフィールドである。
FIG. 5 shows an example of the terminal information table. In the table, a line corresponds to information of one terminal. The information of one terminal is composed of five fields: a terminal identification number, a connection destination base station identification number, a position history, a position acquisition time history, and a used radio channel. The terminal identification number is a number that can uniquely specify the terminal. In the example of FIG. 5, the serial number is used, but the MAC address or IP address of the terminal may be used. The position history is a field for storing coordinates obtained by detecting the past position of the terminal. In order to determine the case where the terminal has never acquired the position, the position history may be determined using, for example, -99999. The position acquisition time history is a field for storing the position acquisition time. In the example of FIG. 5, the format of hour: minute: second.1 / 100 second is used, but a counter that circulates in a sufficiently longer time than the predetermined time used in the
図3は、無線LANを利用した位置検出システムの構成の一例である。基地局1(304a)、基地局2(304b)、基地局3(304c)およびサーバ300、端末306によって構成されている。基地局1〜3およびサーバは、有線ネットーワーク303に接続されている。端末は無線305により基地局を介して有線ネットワークと接続されている。サーバ300は、基地局情報テーブルおよび端末情報テーブルを保持するデータベース(DB)301とネットワーク302により接続している。サーバ300は、位置検出開始時にDB(301)から前記2つのテーブルを読み出し、基地局選択を行う。また、位置計算後には、端末情報テーブルを更新する。なお、本説明では、説明しやすいようにサーバ300とDB301は別の構成としたが、DBがサーバ内部に含まれる構成としてもよい。
FIG. 3 is an example of a configuration of a position detection system using a wireless LAN. A base station 1 (304a), a base station 2 (304b), a base station 3 (304c), a
なお、上記ではパケットの受信タイミングを用いて位置検出を行うシステムを前提として説明したが、そのほかのシステム、例えば端末からの信号の受信電力を用いるようなシステムであってもよい。このようなシステムにおいても、反射波は送信位置から受信位置までの直線距離と反射を含む伝搬による信号の減衰量とが比例しないために反射波では十分な精度が得られない場合があり、直接波を利用して測位を行う方がより高い精度を期待できるからである。 The above description is based on the premise of a system that performs position detection using the reception timing of a packet. However, other systems such as a system that uses received power of a signal from a terminal may be used. Even in such a system, since the reflected wave is not proportional to the linear distance from the transmitting position to the receiving position and the signal attenuation due to propagation including reflection, the reflected wave may not provide sufficient accuracy. This is because higher accuracy can be expected when positioning is performed using waves.
以上のように本発明では、無線LANを応用した位置検出システムにおいて、位置検出精度の向上および検出時間の短縮化をはかることができる。無線LANによる位置検出システムは、GPSの電波が届かない屋内環境で使用でき、GPSよりも高精度で位置を検出できるため、物流倉庫などの物品管理の用途などに適用することが考えられる。 As described above, according to the present invention, it is possible to improve position detection accuracy and shorten detection time in a position detection system using a wireless LAN. A position detection system using a wireless LAN can be used in an indoor environment where GPS radio waves do not reach, and can detect a position with higher accuracy than GPS. Therefore, it can be applied to goods management applications such as distribution warehouses.
101 基地局選択処理、102 基地局占有処理、103 無線チャネル設定、104 信号タイミング測定、105 位置計算、106 履歴更新、107 端末接続先基地局の直接波到達基地局選択処理、108 端末位置履歴による基地局絞込み、201 従来の基地局選択処理例、206 端末接続先基地局の半径r以内基地局選択処理、300 サーバ、301 データベース(DB)、302 ネットワーク、303 有線ネットワーク、304 基地局、305 無線ネットワーク、306 端末。 101 Base station selection processing, 102 Base station occupation processing, 103 Radio channel setting, 104 Signal timing measurement, 105 Location calculation, 106 History update, 107 Direct wave arrival base station selection processing of terminal connection destination base station, 108 Based on terminal location history Base station selection, 201 Conventional base station selection processing example, 206 Base station selection processing within radius r of terminal connection destination base station, 300 server, 301 database (DB), 302 network, 303 wired network, 304 base station, 305 wireless Network, 306 terminals.
Claims (4)
端末から発信される第二の無線信号とを、
複数の無線局で受信し、それぞれの受信タイミングを測定し、
前記端末の位置検出計算を行う無線位置検出方法において、
上記信号の受信に先立ち、上記複数の無線局の選択処理で、
第一の無線信号の直接波を受信可能な無線局を選択する処理と、
過去の端末の位置履歴に基づき上記無線局を絞り込む処理とが、
具備されることを特徴とした無線位置検出方法。 A first radio signal transmitted from a radio station with known coordinates;
A second wireless signal transmitted from the terminal,
Receive at multiple radio stations, measure the reception timing of each,
In the wireless position detection method for performing the position detection calculation of the terminal,
Prior to the reception of the signal, in the selection process of the plurality of radio stations,
A process of selecting a radio station capable of receiving a direct wave of the first radio signal;
The process of narrowing down the wireless station based on the past location history of the terminal,
A wireless position detection method comprising:
過去の端末の位置履歴に基づき無線局を絞り込む処理で、
過去に位置を取得した時刻が所定の時間を経過していた場合、
および過去に位置を取得していない場合、
および絞込みによって無線局数が所定の台数以下になった場合、
前記絞込み処理を無効とし、処理をスキップすることを
特徴とした無線位置検出方法。 The wireless position detection method according to claim 1,
In the process of narrowing down wireless stations based on the past location history of the terminal,
If the time when the location was acquired in the past has passed a predetermined time,
And if you have not acquired a location in the past,
If the number of radio stations falls below the specified number due to narrowing down,
A wireless position detection method characterized by invalidating the narrowing-down process and skipping the process.
過去の端末の位置履歴に基づき基地局を絞り込む処理で、
端末の過去位置から所定の距離よりも離れた基地局を排除することを、
特徴とした無線位置検出方法。 In the radio | wireless position detection method of Claim 1 and Claim 2,
In the process of narrowing down the base station based on the past location history of the terminal,
To eliminate base stations that are more than a predetermined distance away from the terminal ’s past location,
A wireless position detection method characterized.
過去の端末の位置履歴に基づき基地局を絞り込む処理で用いる所定の距離を、
端末が発信する第二の無線信号の到達距離と、
過去に位置を取得した時からの経過時間に端末の平均移動速度を乗じて求めた距離と、
誤差マージンと、を加えた値とすることを
特徴とした無線位置検出方法。 The wireless position detection method according to claim 3.
The predetermined distance used in the process of narrowing down the base station based on the past location history of the terminal,
The reach of the second radio signal transmitted by the terminal,
The distance obtained by multiplying the elapsed time since the position was acquired in the past by the average moving speed of the terminal,
A wireless position detection method characterized in that an error margin is added.
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RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
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