JP2007135228A - 測位システム、測位サーバ、無線基地局及びそれに用いる端末位置推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信システムにおいて端末に付加装置を追加せずに、端末位置に応じた情報サービスを容易かつ精度よく提供する際に、端末の位置を精度よく推定可能な端末位置推定方法を提供する。
【解決手段】測位サーバ１は端末４の位置を測定するために、位置測定プローブメッセージを端末４に送信する。複数の無線基地局３−１〜３−３は端末４からその応答として同報される応答メッセージを受信し、受信レベル、遅延分散を推定し、その結果を測位サーバ１に送信する。測位サーバ１は電波伝搬推定部とその推定結果を記憶するデータベースとを持ち、無線基地局３−１〜３−３の測定結果とデータベースにおける電波伝搬の推定結果とを照合することで、端末４の位置を推定する。
【選択図】図３

Description

本発明は測位システム、測位サーバ、無線基地局及びそれに用いる端末位置推定方法に関し、特に無線通信システムを利用する端末の位置を容易かつ高精度に検出する方法に関する。

近年、携帯電話に代表されるように、場所にとらわれない無線通信システムを利用して、ユーザが存在する位置に則したサービスが提供されるようになってきており、一般に、このサービスは位置情報サービスと呼ばれている。

位置情報サービスの例を図９及び図１０を用いて説明する。図９は従来のシステム構成例を示すブロック図である。図９において、２１は測位サーバ、２００はインタネット、２２はコンテンツサーバ、２３−１〜２３−３は無線基地局、Ｃ１〜Ｃ３は無線基地局２３−１〜２３−３が担当するセル、２４は端末をそれぞれ示している。

端末２４はセルＣ−２に存在し、基地局２３−２を介してインタネット２００上の測位サーバ２１やコンテンツサーバ２２との通信を行っている。端末２４のユーザが、例えば付近にあるレストラン等といった端末２４の存在位置に則した情報（位置関連情報）を入手する場合を考える。

この場合には、例えば、図１０に示すような手順を適用することができる。端末２４は、まず、測位サーバ２１に対して位置検出要求メッセージ（図１０のＤ１）を送信する。測位サーバ２１はこのメッセージを受信すると、端末２４の位置を測位し、端末２４の位置を含む位置情報応答メッセージ（図１０のＤ２）を端末２４に送信する。

端末２４の位置としては、例えば端末２４が接続している基地局の位置、端末２４が存在する緯度経度等がある。端末２４はコンテンツサーバ２２に対して、測位サーバ２１から得られた位置を含む位置情報関連情報要求メッセージ（図１０のＤ３）を送信する。コンテンツサーバ２２はこの要求メッセージに基づいて、要求された情報（図１０のＤ４）を端末２４に提供する。

端末２４の位置として、端末２４が接続している無線基地局２３−１〜２３−３の位置を用いる場合、比較的に容易に実現することができるが、端末２４の位置の精度として無線基地局２３−１〜２３−３単位の分解能しか得られない。

端末２４の位置の精度を上げるための一つの方法としては、ＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）に代表される測位専用システムを用いることが知られている。この方法では、端末位置の緯度・経度といった詳細情報を得ることができる。しかしながら、測位専用システムを用いるための設備が必要になる。

また、特許文献１（特開平１１−２７５６３２号公報）には、ＧＰＳのようなシステムを用いずに、位置の分解能をあげる方法が示されている。この方法では、端末が複数の無線基地局から送信された電波の電界強度を測定し、その測定結果を電界強度データベース、無線基地局データベースを有する測位サーバに送信し、測位サーバが上述したデータベースの値と測定結果とを照合し、無線基地局単位よりも細かい分解能で端末の位置を出力している。

特開平１１−２７５６３２号公報

上述した従来の端末位置推定方法では、端末の受信電界強度測定精度にも依存するが、図１１に示すように、受信電界強度が等しい値として推定される領域が点ではなく、面となる場合が多い。図１１において、４１は無線基地局、４０−１，４０−２は受信電界強度が等しいと判断される領域をそれぞれ示している。

例えば、領域４０−２が無線基地局４１から送信された電波の受信電界強度＝Ｘと測定される領域とすれば、無線基地局４１からの電波の受信電界強度がＸと測定される端末は領域４０−２内に含まれることを判断することができる。

この端末が複数の無線基地局から送信される電波の受信電界強度を測定し、各無線基地局で端末が存在すると判断される存在領域の積をとることによって、端末位置をより高い分解能で推定することができる。しかしながら、無線基地局数が少ない場合には、端末位置の推定分解能が粗くなってしまうという問題がある。

また、端末が複数の無線基地局からの電波の電界強度を測定するため、端末が無線基地局からの電波の電界強度の測定装置を１つしかもたない場合、測定時間を要する可能性があり、測定中に端末の移動が生じる可能性もある。この測定時間は端末が複数の測定装置を持つことで解消することができるが、端末が複数の測定装置を持つことで、端末の大きさ、コスト、消費電力にインパクトを与える可能性がある。

そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、無線通信システムにおいて端末に付加装置を追加せずに、端末位置に応じた情報サービスを容易かつ精度よく提供する際に、端末の位置を精度よく推定することができる測位システム、測位サーバ、無線基地局及びそれに用いる端末位置推定方法を提供することにある。

本発明による測位システムは、端末に無線リンクで接続可能な複数の無線基地局と、前記端末の位置を推定する測位サーバとがネットワークで接続され、予め設定された複数の領域からなるサービスエリア内における前記端末の位置を推定する測位システムであって、前記端末から送信された信号を受信信号として受信する受信機能と、前記受信機能で受信した受信信号から前記端末と前記無線基地局との間の電波伝搬環境を測定する測定機能と、前記測定機能による測定結果を前記測位サーバに送信する機能とを前記複数の無線基地局各々に備え、前記サービスエリアの複数の領域各々における電波伝搬環境の推定結果を記憶する記憶機能と、前記記憶機能に記憶された前記推定結果と前記複数の無線基地局各々からの前記測定結果とを照合して前記端末の位置を推定する推定機能とを前記測位サーバに備えている。

本発明による測位サーバは、端末に無線リンクで接続可能な複数の無線基地局にネットワークで接続され、予め設定された複数の領域からなるサービスエリア内における前記端末の位置を推定する測位サーバであって、前記サービスエリアの複数の領域各々における電波伝搬環境の推定結果を記憶する記憶機能と、前記記憶機能に記憶された前記推定結果と前記複数の無線基地局各々からの前記測定結果とを照合して前記端末の位置を推定する推定機能とを備えている。

本発明による無線基地局は、端末に無線リンクで接続可能な複数の無線基地局と、前記端末の位置を推定する測位サーバとがネットワークで接続され、予め設定された複数の領域からなるサービスエリア内における前記端末の位置を推定する測位システムを構成する無線基地局であって、前記端末との通信を行う送受信部から構成される第１の無線系と、前記測位サーバから得られる情報に基づいて前記位置を検出する端末から送信された信号を受信する受信部から構成される第２の無線系とを備えている。

本発明による端末位置推定方法は、端末に無線リンクで接続可能な複数の無線基地局と、前記端末の位置を推定する測位サーバとがネットワークで接続され、予め設定された複数の領域からなるサービスエリア内における前記端末の位置を推定する端末位置推定方法であって、前記端末からの要求に応じて前記端末から受信した受信信号を基に前記端末と前記無線基地局との間の電波伝搬環境を測定してその測定結果を前記測位サーバに送信するステップと前記複数の無線基地局各々に備え、前記サービスエリアの複数の領域各々における電波伝搬環境の推定結果を記憶する記憶機能の前記推定結果と前記複数の無線基地局各々からの前記測定結果とを照合して前記端末の位置を推定するステップとを前記測位サーバに備えている。

すなわち、本発明の端末位置推定方法は、端末と無線リンクで接続可能な複数の無線基地局と測位サーバとがネットワークで接続され、無線基地局が通信サービスを提供する複数の領域からなるサービスエリア内における端末の位置を推定する方法において、複数の無線基地局各々が、端末から送信された信号を受信信号として受信する機能と、受信信号から該端末と該無線基地局との間の電波伝搬環境を測定結果として推定する機能と、測定結果を測位サーバに送信する機能とを有し、測位サーバが、サービスエリアの複数の領域における電波伝搬を推定する機能と、サービスエリアの複数の領域における電波伝搬環境推定結果を記憶する機能と、複数の無線基地局からの測定結果と電波伝搬環境推定結果とを照合し、端末の位置を推定する機能とを有している。

本発明の端末位置推定方法では、電波伝搬環境推定結果が、複数の無線基地局から送信された電波のサービスエリア内の複数の領域における受信信号レベルとインパルス応答とからなる。

本発明の端末位置推定方法では、電波伝搬環境推定結果が、複数の無線基地局から送信された電波のサービスエリア内の複数の領域における受信信号レベルと遅延分散とからなる。

本発明の測位サーバは、端末と無線リンクで接続可能な複数の無線基地局とネットワークで接続され、端末の位置を推定する位置検出サーバにおいて、複数の無線基地局が無線通信サービスを提供する複数の領域からなるサービスエリアに対し、複数の無線基地局から送信される電波の伝搬環境を推定する電波伝搬推定部と、電波伝搬推定部の推定結果を記憶するデータベースと、端末から送信された信号に基づいて複数の無線基地局各々で測定された電波伝搬推定結果を入力し、電波伝搬推定部との照合をとって端末の位置を推定する位置推定部とを有している。

本発明の無線基地局は、端末と無線リンクで接続可能な複数の無線基地局と測位サーバとがネットワークで接続され、無線基地局が通信サービスを提供する複数の領域からなるサービスエリア内における端末の位置を検出するシステムを構成する無線基地局において、該無線基地局と接続している端末との通信を行う送受信部から構成される無線系と、測位サーバから得られる情報に基づいて位置を検出する端末から送信された信号を受信することができるように設定可能な受信部から構成される無線系とを有している。

無線回線で接続される送受信点間の無線伝搬環境は、線形フィルタでモデル化することが可能であり、その振幅特性と位相特性（遅延特性）とを求めることで完全に記述することができる。

特許文献１で用いている受信電界強度は、送信電力と受信点までの減衰を示す振幅特性とで与えられ、位相特性の情報は利用されていない。本発明は振幅特性を位相特性と併用することで、端末の存在する位置をより高精度で検出することが可能になる。つまり、受信電界強度がほぼ等しい受信点間を識別するためには、位相特性（遅延特性）がその有力な情報となる。

また、電波伝搬特性は送受信点間を入れ替えても同一なものであるから、端末が複数の無線基地局から送信された電波に基づいて無線伝搬環境を測定する結果と、複数の無線基地局が端末から送信された電波に基づいて無線伝搬環境を測定する結果とは等しい。したがって、複数の無線基地局が端末から送信された電波に基づいて無線伝搬環境を測定し、その結果に基づいて端末の位置を推定する方が、推定時間を短縮することが可能となり、端末移動の影響も抑圧することが可能となる。

以上説明したように本発明は、端末に無線リンクで接続可能な複数の無線基地局と、端末の位置を推定する測位サーバとがネットワークで接続され、予め設定された複数の領域からなるサービスエリア内における端末の位置を推定する測位システムにおいて、複数の無線基地局各々が、端末から受信した受信信号からその端末と無線基地局との間の電波伝搬環境を測定し、この測定結果を測位サーバに送信し、測位サーバが、サービスエリアの複数の領域各々における電波伝搬環境の推定結果を記憶し、その記憶された推定結果と複数の無線基地局各々からの測定結果とを照合して端末の位置を推定することによって、無線通信システムにおいて端末に付加装置を追加せずに、端末位置に応じた情報サービスを容易かつ精度よく提供する際に、端末の位置を精度よく推定することができるという効果が得られる。

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例による測位システムの構成を示すブロック図である。図１において、Ａはサービスエリア、１は測位サーバ、２はコンテンツサーバ、３−１〜３−３は無線基地局、４は端末、１００はインタネットをそれぞれ示している。

測位サーバ１と、コンテンツサーバ２と、無線基地局３−１〜３−３とはそれぞれインタネット１００に直接接続されており、相互に通信を行うことができる。また、端末４は無線基地局３−１〜３−３を介してコンテンツサーバ２に蓄積される情報を入手することができる。

サービスエリアＡは無線基地局３−１〜３−３によって無線通信可能な範囲であり、端末４はサービスエリアＡ内でのみ通信を行うものとする。また、サービスエリアＡは端末４の位置を推定する分解能に応じて細かい領域に分割される。この分割された領域を位置推定単位エリアとする。

図２は図１のサービスエリアＡの分割例を示す図である。図２において、サービスエリアＡは正方格子状に分割されている。この分割例では位置推定単位エリアがほぼ同型となるが、異なる形状の位置推定単位エリアに分割することも可能である。

また、図２に示す分割例では２次元の平面を分割しているが、高さ方向を考慮し、位置推定単位エリアを３次元の空間として定義することもできる。本実施例ではサービスエリアＡを図２に示すような正方格子状に分割し、横方向、縦方向に番号をつけ、（横方向の番号、縦方向の番号）という形式で各位置推定単位エリアを識別するものとする。

ここで、位置推定単位エリアの大きさはサービスエリアＡ全体に対してどの程度の精度で端末４の位置を推定するかによって定まり、端末４の位置を高精度で推定する場合には各位置推定単位エリアの大きさを小さくし、粗い推定でかまわない場合には各位置推定単位エリアの大きさを大きくする。

一方、基地局３−１〜３−３（図２中ではアンテナで表示）は上記の位置推定単位エリアに関係なく、サービスエリアＡ全体をカバーできるように配置されている。基地局３−１〜３−３の配置にあたっては、建物の構造や什器の配置等によって制限されるが、基地局３−１〜３−３は位置推定単位エリアとは無関係に配置され、それぞれのセルａ〜ｄ内にある端末４と無線リンクで接続される。

これに対し、基地局３−１〜３−３がすでに配置されている場合には、それらの基地局３−１〜３−３によってカバー可能なようにサービスエリアＡを設定し、そのサービスエリアＡを各位置推定単位エリアに分割することも可能である。

図３は本発明の一実施例による測位システムの動作を示すシーケンスチャートである。これら図１〜図３を参照して図１に示すシステム構成において端末４がその位置に関連した情報をコンテンツサーバ２から入手する手順について説明する。

端末４のユーザがその位置に関連した情報が必要になると、端末４を操作し、端末識別子（以下、端末ＩＤとする）を含む位置関連情報要求メッセージＢ１をコンテンツサーバ２へ送信する。コンテンツサーバ２は端末ＩＤを含む位置要求メッセージＢ２を測位サーバ１に送信し、端末ＩＤで識別される端末４の位置を要求する。

測位サーバ１はこのメッセージを受信すると、無線基地局３−１〜３−３に対して、端末ＩＤを含む測定要求メッセージＢ３〜Ｂ５を送信する。このメッセージを受信した無線基地局３−１〜３−３は、端末ＩＤで識別される端末４からの信号を受信することができるように、例えば、周波数の調整等の準備を行う。さらに、測位サーバ１は端末４に対して位置情報プローブメッセージＢ６を送信する。

端末４は位置情報プローブメッセージを受信すると、位置情報応答メッセージＢ７を同報メッセージとして送信する。無線基地局３−１〜３−３は端末４から送信された位置情報応答メッセージを受信する課程で、受信信号レベル及び通信路インパルスレスポンスを推定し、測定結果メッセージＢ８〜Ｂ１０として端末ＩＤとともに、測位サーバ１へ送信する。

測位サーバ１は無線基地局３−１〜３−３からの測定結果を基に位置推定単位エリア処理Ｂ１１を行い、端末４が存在すると推定される位置推定単位エリアと端末ＩＤとを含む位置応答メッセージＢ１２を位置要求メッセージの応答として、コンテンツサーバ２に送信する。コンテンツサーバ２は端末４の存在する位置として、位置応答メッセージに含まれる位置推定単位エリアを得ると、位置関連情報要求メッセージの応答として、位置に応じた情報Ｂ１３を端末４へ送信する。

尚、位置関連情報要求メッセージＢ１、位置情報プローブメッセージＢ６、情報提供メッセージＢ１３は端末４が接続している無線基地局３−１〜３−３を介して転送されるが、情報の流れを明確化するために、図３では無線基地局３−１〜３−３による中継を省いている。

図４は図１の測位サーバ１の構成例を示すブロック図である。図４において、１１は入力端子を、１２はメッセージ制御部を、１３は位置推定単位エリア情報データベースを、１４は電波伝搬推定部を、１５は推定結果データベースを、１６は位置推定単位エリア推定部を、１７は送信キューを、１８は出力端子をそれぞれ示している。

入力端子１１からは測位サーバ１に対する制御メッセージが入力される。制御メッセージはインタネット１００を介して入力されるメッセージや図示せぬキーボードのように測位サーバ１に直接接続される装置から入力されるものもある。

制御メッセージとしては、例えば位置要求メッセージ、測定結果メッセージ、データベース更新メッセージ等がある。位置要求メッセージは端末ＩＤを含み端末ＩＤで識別される端末４の位置の測位要求であり、測定結果メッセージは端末ＩＤと無線基地局３−１〜３−３で測定した端末位置を推定するために必要な該端末４の送信周波数等の情報であり、データベース更新メッセージは新たな無線基地局を設置した際の位置やサービスエリア内の建物、什器等の構造物情報からなる位置推定単位エリア情報の変化等、推定結果データベース１５を更新するためのメッセージである。

入力端子１１を介して入力されるメッセージに応じて、測位サーバ１の動作を制御する。つまり、メッセージ制御部１２は位置要求メッセージの入力制御、測定結果メッセージの入力制御、位置推定単位エリア情報データベース１３の更新制御、推定結果データベース１５の更新制御を行う。

位置要求メッセージの入力制御は端末ＩＤを含む測定要求メッセージを作成し、送信キュー１７及び出力端子１８を介して無線基地局３−１〜３−３に送信する制御である。測定結果メッセージの入力制御はメッセージに含まれる測定結果を位置推定単位エリア推定部１６に転送し、端末ＩＤで識別される端末４の位置を推定し、推定結果を送信キュー１７及び出力端子１８を介して位置要求メッセージの送信元に向けて送信する制御である。

位置推定単位エリア情報データベース１３の更新制御は新規に設置された無線基地局の位置、サービスエリアＡ内の構造物の変化等の位置推定単位エリア情報の変化が生じた時に位置推定単位エリア情報データベース１３を更新する制御である。推定結果データベース１５の更新制御は位置推定単位エリア情報データベース１３が更新された時にその情報を基に電波伝搬推定部１４にて推定される電波伝搬状況で推定結果データベース１５を更新する制御である。

電波伝搬推定部１４はあるアルゴリズムにしたがって、位置推定単位エリア情報データベース１３に蓄積された建物や什器といった伝搬環境を構成する構造物の情報や無線基地局３−１〜３−３の位置、あるいは新規に設置された無線基地局の位置とその新規に設置された無線基地局によるサービスエリアＡ内の構造物の変化等を基に、仮想的な面構成や空間構成において得られる受信信号レベル及び遅延分散等のパラメータを推定し、それら推定したパラメータを推定結果データベース１５に出力する。

ここで、電波伝搬推定部１４で用いられるアルゴリズムとしては、例えば、Ｊｏｈｎ Ｗ．ＭｃＫｏｗｎ ａｎｄ Ｒ． Ｌｅｅ Ｈａｍｉｌｔｉｏｎ，Ｋｒ．，“Ｒａｙ Ｔｒａｃｉｎｇ ａｓ ａ Ｄｅｓｉｇｎ Ｔｏｏｌ ｆｏｒＲａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ”（ＩＥＥＥ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｍａｇａｚｉｎｅ，ｐｐ．２７−３０，Ｎｏｖ．１９９１）に示されるレイトレーシング法がある。

レイトレーシング法では送信点から送信される電波を複数本の光線（レイ）に近似し、各レイの伝搬に対する反射や回折等を考慮して送信点からある受信地点までの伝搬損失、到達する遅延波の遅延時間を予測することができる。よって、電波伝搬推定部１４はレイトレーシング法を用いて各無線基地局から送信された電波に対する建物や什器といった伝搬環境を構成する構造物の影響を考慮することで、図２に示すサービスエリアＡ内の各位置推定単位エリアにおける伝搬環境を示すパラメータである受信信号レベル及び遅延分散等を推定し、推定結果データベース１５に出力する。

推定結果データベース１５は図２に示すサービスエリアＡ内の各位置推定単位エリアにおける受信信号レベル及び遅延分散等の上記の電波伝搬推定部１４で推定された推定結果を記憶している。

尚、本実施例では建物や什器といった伝搬環境を構成する構造物の情報や無線基地局３−１〜３−３の位置等からなる位置推定単位エリア情報を位置推定単位エリア情報データベース１３に蓄積しているが、上記の位置推定単位エリア情報をメッセージ制御部１２に入力されるメッセージ内に記述し、メッセージ制御部１２から電波伝搬推定部１４に直接入力するようにしてもよく、この場合には位置推定単位エリア情報データベース１３が不要となる。

図５は図４の推定結果データベース１５における記憶内容を示す図である。図５において、推定結果データベース１５は図２に示すサービスエリアＡ内の各位置推定単位エリアを縦方向、横方向で示す表を管理し、各無線基地局から送信された電波の受信信号レベルや遅延分散等の推定結果を記憶する。尚、この表では無線基地局＃１〜＃３の３つの無線基地局の場合の例を示しているが、記憶する無線基地局数を増やすことも可能である。

図５において、（縦＝２、横＝２）で識別される位置推定単位エリアには基地局＃１〜＃３の推定結果、つまり基地局＃１（受信レベル−５０ｄＢｍ，遅延分散１０マイクロ秒）、基地局＃２（受信レベル−６０ｄＢｍ，遅延分散１５マイクロ秒）、基地局＃３（受信レベル−７０ｄＢｍ，遅延分散２５マイクロ秒）が記憶されている。

位置推定単位エリア推定部１６では各無線基地局３−１〜３−３から送信されてきた測定結果メッセージに含まれる測定結果が入力されると、これら測定結果と上記の推定結果データベース１５の表で管理される推定結果とを比較して端末４の位置を推定する。

図６は図４の位置推定単位エリア推定部１６の動作例を示すフローチャートであり、図７は図４の位置推定単位エリア推定部１６で用いる処理テーブルの構成例を示す図である。これら図１〜図７を参照して位置推定単位エリア推定部１６による端末４の位置の推定動作について説明する。

まず、位置推定単位エリア推定部１６は考慮する無線基地局数をＮ＿ＡＰという変数に代入するとともに、端末４が存在すると判断する条件（存在条件）を設定する（初期設定ステップ）（図６ステップＳ１）。ここで、存在条件とは端末４がどの位置推定単位エリアに存在するかを推定するための条件であり、例えば推定結果データベース１５に記憶されているデータと測定結果との差が用いられる。

具体的に説明すると、ある位置推定単位エリア（ｉ，ｊ）に端末４が存在する条件として、位置推定単位エリア（ｉ，ｊ）における図５中の受信レベルと測定結果の受信レベルとの差の絶対値が３ｄＢ以内、かつ位置推定単位エリア（ｉ，ｊ）における図５中の遅延分散と測定結果の遅延分散との差の絶対値が２０マイクロ秒以内というように設定される。

続いて、位置推定単位エリア推定部１６はＮ＿ＡＰから１を減じ、評価する無線基地局を設定し（無線基地局更新ステップ）（図６ステップＳ２）、設定された無線基地局に対する各位置推定単位エリアに対する存在条件を評価する準備を行う（１無線基地局測定結果抽出ステップ）（図６ステップＳ３）。

その後に、位置推定単位エリア推定部１６は存在条件を評価して、端末４が存在しうる位置推定単位エリアを抽出する（１無線基地局候補エリア導出ステップ）（図６ステップＳ４）。

位置推定単位エリア推定部１６はＮ＿ＡＰが「０」より大きければ、評価していない無線基地局が存在するため、無線基地局更新ステップ（図６ステップＳ２）に戻り、Ｎ＿ＡＰが「０」であれば、全ての無線基地局を評価したことになるため、次のステップに進む（無線基地局評価完了判断ステップ）（図６ステップＳ５）。

位置推定単位エリア推定部１６は無線基地局評価完了判断ステップ（図６ステップＳ５）において、次のステップに進む直前に、図７に示すような表を構成する。この表は、無線基地局数が３の場合を示しているが、無線基地局数が他の数の場合にも拡張することができる。

図７に示す表においては、縦、横で各位置推定単位エリアを規定している。各無線基地局＃１〜＃３から電波を送信した場合、位置推定単位エリア推定部１５は各位置推定単位エリアにおける受信信号レベル、遅延分散を推定結果データベース１５に記憶される図５に示す表から抽出し、各無線基地局＃１〜＃３での測定結果との差を求める（１無線基地局測定結果抽出ステップ）（図６ステップＳ３）。

また、位置推定単位エリア推定部１６は得られた結果に基づき、各無線基地局＃１〜＃３から見て、各位置推定単位エリアに存在するか否かを存在条件に基づいて評価し、存在判定行に、存在しうる場合に“１”、存在しない場合に“０”を入れる（１無線基地局候補エリア導出ステップ）（図６ステップＳ４）。さらに、位置推定単位エリア推定部１６はこの表において、例えば端末４がある無線基地局＃３から遠方にあり、電波が届かない場合に測定不能という意味で“９９９”を代入している。

図７において、（縦＝１、横＝１）で識別される位置推定単位エリアには「基地局＃１」（存在判定“１”，受信レベル差“２ｄＢ”，遅延分散差“１０マイクロ秒”）、「基地局＃２」（存在判定“０”，受信レベル差“−２０ｄＢ”，遅延分散差“５０マイクロ秒”）、「基地局＃３」（存在判定“０”，受信レベル差“−１ｄＢ”，遅延分散差“１００マイクロ秒”）が入っている。

（縦＝１、横＝２）で識別される位置推定単位エリアには「基地局＃１」（存在判定“１”，受信レベル差“−２ｄＢ”，遅延分散差“−１０マイクロ秒”）、「基地局＃２」（存在判定“１”，受信レベル差“３ｄＢ”，遅延分散差“−２０マイクロ秒”）、「基地局＃３」（存在判定“０”，受信レベル差“−３０ｄＢ”，遅延分散差“−２マイクロ秒”）が入っている。

（縦＝２、横＝１）で識別される位置推定単位エリアには「基地局＃１」（存在判定“０”，受信レベル差“２０ｄＢ”，遅延分散差“５マイクロ秒”）、「基地局＃２」（存在判定“０”，受信レベル差“−３０ｄＢ”，遅延分散差“−２マイクロ秒”）、「基地局＃３」（存在判定“９９９”，受信レベル差“９９９”，遅延分散差“９９９”）が入っている。

（縦＝２、横＝２）で識別される位置推定単位エリアには「基地局＃１」（存在判定“１”，受信レベル差“２ｄＢ”，遅延分散差“１０マイクロ秒”）、「基地局＃２」（存在判定“１”，受信レベル差“−２ｄＢ”，遅延分散差“−１０マイクロ秒”）、「基地局＃３」（存在判定“１”，受信レベル差“３ｄＢ”，遅延分散差“−２０マイクロ秒”）が入っている。

位置推定単位エリア推定部１６は図７に示す表の存在判定欄が全ての無線基地局＃１〜＃３に対して、存在しうると判定（図４では“１”が代入されている）された位置推定単位エリアを検出する［図４の場合には（縦＝２、横＝２）で識別される位置推定単位エリア］（位置推定単位エリア検索ステップ）（図６ステップＳ６）。

さらに、位置推定単位エリア推定部１６は検出された位置推定単位エリア数を考慮し、存在条件の変更を行うか否かを判断する（位置推定完了判断ステップ）（図６ステップＳ７）。存在条件の変更は、例えば存在しうる位置推定単位エリアが多数検出された場合に存在条件を厳しくする方向で変更、存在しうる位置推定単位エリアが検出されない場合に存在条件を緩める方向で変更とすることで実現する。端末が存在すると推定される位置推定単位エリアが必要十分であれば、このフローを修了し、端末が存在する位置推定単位エリアを出力する。

位置推定単位エリア推定部１６は存在条件の変更を行うと判断されると、上記のような存在条件の変更を行い（存在判定条件更新ステップ）（図６ステップＳ８）、１無線基地局候補エリア導出ステップ（図６ステップＳ４）に戻る。

図８は図１の無線基地局３−１〜３−３の構成例を示すブロック図である。図８において、３１は入出力端子を、３２はメッセージ制御部を、３３は主信号用無線部を、３３１は送受信制御部を、３３３は主信号用受信部を、３３４は送信部を、３３２はスイッチを、３３５は送受信アンテナを、３４は位置測定用無線部を、３４１は位置推定受信部を、３４２は受信アンテナをそれぞれ示している。尚、図８においては無線基地局３−１〜３−３を無線基地局３としている。

入出力端子３１はインタネット１００に接続され、測位サーバ１、コンテンツサーバ２との間でパケットをやり取りする。メッセージ制御部３２は無線通信系−有線通信系（インタネット１００）を中継するためのフォーマット変換、入力端子３１からのメッセージを分析し、主信号用無線部３３、位置測定用無線部３４を適切に起動するものである。また、送受信制御部３３１は送信部３３４の制御、無線通信系の再送制御を行うものである。さらに、無線系としては位置測定用無線部３４と主信号用無線部３３との２系統を持つ。

位置測定用無線部３４は位置推定受信部３４１と受信アンテナ３４２とから構成され、メッセージ制御部３２からの設定に基づいて端末４から送信される位置情報応答メッセージを受信し、測定結果として伝搬環境を示すパラメータである受信信号レベル及び遅延分散等を推定してメッセージ制御部３２へ出力する。

一方、主信号用無線部３３は送受信制御部３３１と、送信部３３４と、主信号系受信部３３３と、スイッチ３３２と、送受信アンテナ３３５とから構成され、この無線基地局３に接続している端末４とインタネット１００との間のユーザデータを中心としたパケットを中継するものである。

接続している端末４宛てのパケットが入出力端子３１から入力されると、メッセージ制御部３２は送受信制御部３３１へ転送する。送受信制御部３３１は送信部３３４、スイッチ３３２に送信パケットがあることを通知して送信準備を行った後、このパケットを送信部３３４、スイッチ３３２、送受信アンテナ３３５を介して送信する。スイッチ３３２は、通常、主信号用受信部３３３と送受信アンテナ３３５とを接続している。

一方、端末４から送信されたパケットは送受信アンテナ３３５、スイッチ３３２、主信号用受信部３３３を介して、送受信制御部３３１で受信される。さらに、このパケットはメッセージ制御部３２、入出力端子３１を介してインタネット１００に転送される。

図３に示すシーケンスを用いてこの無線基地局３の動作について説明する。端末４から送信される位置関連情報要求メッセージＢ１は、端末４が接続されている無線基地局３のみが受信する。このメッセージは送受信アンテナ３３５、スイッチ３３２、主信号用受信部３３３を介して送受信制御部３３１に供給される。

送受信制御部３３１では伝送誤りに対する再送制御を行い、正しく受信されたパケットをメッセージ制御部３２へ転送する。メッセージ制御部３２は無線通信フォーマットをインタネット１００で用いられるフォーマットへ変換し、コンテンツサーバ２に向けて入出力端子３１を介して送信する。

測位サーバ１から送信される測定要求メッセージＢ３〜Ｂ５は、入出力端子３１を介してメッセージ制御部３２で受信される。メッセージ制御部３２はこのメッセージを分析し、位置測定用無線部３４に対して、端末ＩＤで識別される端末（この例では端末４）から送信される位置情報応答メッセージＢ７を受信することができるように周波数の設定を行う。

測位サーバ１から端末４に向けて送信される位置情報プローブメッセージＢ６は端末４が接続している無線基地局３のみに転送され、入力端子３１、メッセージ制御部３２、送受信制御部３３１、送信部３３４、スイッチ３３２、送受信アンテナ３３５を介して端末４へ転送される。

端末４から同報メッセージとして送信される位置情報応答メッセージＢ７は、位置推定受信部３４１で受信される。位置推定受信部３４１では位置を推定するための伝搬パラメータを抽出し、メッセージ制御部３２へ転送する。メッセージ制御部３２は入力された値を測定結果メッセージＢ８〜Ｂ１０として測位サーバ１へ転送する。

コンテンツサーバ２から送信される情報提供メッセージＢ１３は端末４が接続される無線基地局３のみに転送され、位置情報プローブメッセージＢ６の時と同様の経路を通って端末４へ転送される。

位置推定受信部３４１は端末４から送信される位置情報応答メッセージＢ７を用いて、受信信号レベルや通信路インパルスレスポンスから得られる遅延分散等の伝搬パラメータを推定する。この推定には、例えば無線パケットに付加されるプリアンブル信号を用いることができる。プリアンブル信号では送信されたデータを正しく復調するために、受信信号レベルの測定やマルチパスフェージングによる歪を等化する等化器の設定のために通信路インパルスレスポンス推定を行うものである。これらの結果に基づいて、位置を推定するための伝搬パラメータを抽出する。

このように、ＧＰＳのような外部装置を用いずに、端末４から送信された信号によって測定される電波伝搬環境に基づき、精度よく端末４の位置を推定し、端末４の位置に則した情報サービスを提供することができる。

また、位置を推定する測位サーバ１は電波伝搬推定部１４を有しており、電波伝搬推定部１４が構造物の変化等に応じて推定結果を推定結果データベース１５に記憶するので、無線基地局の新規追加、構造物の変化等に迅速に対応することができる。

さらに、無線基地局３が位置検出用の無線系（位置測定用無線部３４）を有することで、接続している端末４の通信に影響を及ぼすことなく、端末４の位置を精度よく推定することができる。

本発明の一実施例による測位システムの構成を示すブロック図である。 図１のサービスエリアの分割例を示す図である。 本発明の一実施例による測位システムの動作を示すシーケンスチャートである。 図１の測位サーバの構成例を示すブロック図である。 図４のデータベースにおける記憶内容を示す図である。 図４の位置推定単位エリア推定部の動作例を示すフローチャートである。 図４の位置推定単位エリア推定部で用いる処理テーブルの構成例を示す図である。 図１の無線基地局の構成例を示すブロック図である。 従来例のシステム構成例を示すブロック図である。 従来例の動作例を示すシーケンスチャートである。 受信レベルの違いに基づいた位置推定による同一位置と推定されるエリアの例を示す図である。

符号の説明

１ 測位サーバ
２ コンテンツサーバ
３，３−１〜３−３ 無線基地局
４ 端末
１１，３１ 入力端子
１２，３２ メッセージ制御部
１３ 位置推定単位エリア情報データベース
１４ 電波伝搬推定部、
１５ 推定結果データベース
１６ 位置推定単位エリア推定部
１７ 送信キュー
１８ 出力端子
３３ 主信号用無線部
３４ 位置測定用無線部
１００ インタネット
３３１ 送受信制御部
３３２ スイッチ
３３３ 主信号受信部
３３４ 送信部
３３５ 送受信アンテナ
３４１ 位置推定受信部
３４２ 受信アンテナ
Ａ サービスエリア

Claims (11)

1. 端末に無線リンクで接続可能な複数の無線基地局と、前記端末の位置を推定する測位サーバとがネットワークで接続され、予め設定された複数の領域からなるサービスエリア内における前記端末の位置を推定する測位システムであって、
   前記端末からの位置情報応答を受信する位置測定受信機能を有し、該位置情報応答に対応した該端末の位置の測定結果を前記測位サーバに出力する位置測定用無線部と、当該無線基地局に接続している端末との信号の中継を行う主信号用無線部と、を有し、前記位置測定用無線部と前記主信号用無線部とがそれぞれ異なる系統の無線系で接続される無線基地局と、
   前記サービスエリアの複数の領域各々における電波伝搬環境の推定結果を記憶する記憶機能と、前記記憶機能に記憶された前記推定結果と前記測定結果とを照合して前記端末の位置を推定する推定機能とを有する前記測位サーバと、
   からなることを特徴とする測位システム。
2. 前記電波伝搬環境の推定結果は、前記複数の無線基地局各々から送信された電波の前記サービスエリア内における受信信号レベル及びインパルス応答からなることを特徴とする請求項１記載の測位システム。
3. 前記電波伝搬環境の推定結果は、前記複数の無線基地局各々から送信された電波の前記サービスエリア内における受信信号レベル及び遅延分散からなることを特徴とする請求項１記載の測位システム。
4. 前記測位サーバは、少なくとも前記複数の無線基地局各々の位置と前記複数の領域各々の構造物の配置とを基に前記サービスエリアの複数の領域各々における電波伝搬環境を推定する推定機能を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか記載の測位システム。
5. 端末に無線リンクで接続可能な複数の無線基地局と、前記端末の位置を推定する測位サーバとがネットワークで接続され、予め設定された複数の領域からなるサービスエリア内における前記端末の位置を推定する端末位置推定方法であって、
   前記無線局は、
   当該無線基地局に接続している端末との信号の中継を行う主信号用無線とは異なる無線系を用いて、前記端末からの位置情報応答を受信する位置測定受信ステップと、該位置情報応答に対応した該端末の位置の測定結果を前記測位サーバに出力する位置測定用無線通信ステップと、を実行し、
   前記測位サーバは、
   前記サービスエリアの複数の領域各々における電波伝搬環境の推定結果を記憶する記憶ステップと、前記記憶ステップにより記憶された前記推定結果と前記測定結果とを照合して前記端末の位置を推定する推定ステップと、を実行することで前記端末の位置を推定することを特徴とする端末位置推定方法。
6. 前記電波伝搬環境の推定結果は、前記複数の無線基地局各々から送信された電波の前記サービスエリア内における受信信号レベル及びインパルス応答からなることを特徴とする請求項５記載の端末位置推定方法。
7. 前記電波伝搬環境の推定結果は、前記複数の無線基地局各々から送信された電波の前記サービスエリア内における受信信号レベル及び遅延分散からなることを特徴とする請求項５記載の端末位置推定方法。
8. 前記測位サーバが、少なくとも前記複数の無線基地局各々の位置と前記複数の領域各々の構造物の配置とを基に前記サービスエリアの複数の領域各々における電波伝搬環境を推定するようにしたことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか記載の端末位置推定方法。
9. 前記推定ステップは、前記サービスエリアの複数の領域各々毎に前記複数の無線基地局各々の前記測定結果との照合結果を基に前記端末が前記複数の領域のいずれに存在するかを推定するようにしたことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか記載の端末位置推定方法。
10. 初期時に設定された存在条件を前記端末が前記複数の領域のいずれに存在するかを推定するようにしたことを特徴とする請求項９記載の端末位置推定方法。
11. 前記存在条件として、前記記憶機能に記憶された前記推定結果と前記複数の無線基地局各々からの前記測定結果との差を用いるようにしたことを特徴とする請求項１０記載の端末位置推定方法。

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