JP2007147350A - 無線通信測位システム - Google Patents

Abstract

【課題】送信機能のみを有する複数のノードを管理する無線通信測位システムにおいて、測位用基地局やノード管理を行なうサーバなどのシステムがデータ通信または測位を行なう対象ノードを分別管理するとともに、状況に応じてノードのデータ受信または位置検出を切り替えることを可能とし、システムの駆動効率を高める。
【解決手段】本発明は、送信装置からの伝送信号を受信し、送信装置の位置を検出する無線通信測位システムであって、少なくとも１つ以上の送信装置と、少なくとも１つ以上の受信装置で構成される１つ以上の基地局と、上記基地局からのデータを用いてデータ処理、データ格納、および位置計算を行なうサーバとを備え、上記送信装置は、上記伝送信号の所定の箇所にデータ通信もしくは位置検出を要求する情報信号を有し、上記基地局およびサーバは、上記伝送信号内の上記要求情報信号に応じてデータ通信および位置検出を行なうことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、インパルスを用いた無線通信機能を持つ端末ノードと、データ通信およびノードの位置検出を行うのに適した無線通信測位システムに関する。

センシング機能を持った小型端末装置が生活空間等の周辺のいたるところに設置されてセンシング装置が無線通信によりネットワークを構成することで、現実世界からの取得情報をインターネット等の情報ネットワークに取り込み情報活用を可能とする、ワイヤレス・センサ・ネットワーク（以下「センサネット」と略称する）システムが注目を集めている。このセンサネットとは、センサ、マイコン、無線通信機、電源を備えた無数の小型なノード（端末）が、センサを利用して人や物や環境などの状況を計測し、自律的にネットワークを構成するという概念である。流通、自動車、農業など様々な分野への適用が検討されている。

センサネット実現のためには、ノードを対象物に設置し、長時間かつ継続的に状態を検知する必要がある。そのため、ノードには小型かつ低消費電力であることが要求される。また、多数のノードを分散配置するため、多数ノードの管理が重要技術となる。

従って、センサネット向け無線としても、やはり低電力な通信技術が求められている。超広帯域ウルトラワイドバンド（Ultra Wide Band）（以下「ＵＷＢ」と略称する）通信機は低消費電力で小型となる可能性を持ち、センサネット向け通信機として期待されている。ＵＷＢ無線通信とは、帯域幅が500MHz以上、または中心周波数に対する帯域幅の比率が20%以上あるような電波を用いる方式と定義されている。ＵＷＢ通信はデータを極めて広い周波数帯に拡散して送受信を行なうものであり、単位周波数帯域当たりの信号エネルギーは極めて小さい。従って、他の通信システムに干渉を与えることなく通信が可能となり、周波数帯域の共有が可能になる。

ＵＷＢ通信の一例として、ガウシアンモノパルスをパルス位置変調ＰＰＭ（Pulse Position Modulation）方式で変調するＵＷＢ−ＩＲ（Ultra Wide Band - Impulse Radio）通信システムが非特許文献１に開示されている。また、ＵＷＢ通信方式の他の例として、モノパルス信号を位相変調ＰＳＫ（Phase Shift Keying）方式で変調するＵＷＢ−ＩＲ通信システムが、非特許文献２に開示されている。これらのようなパルス信号との同期を実現する方法として、例えば、テンプレート・パルスの発生タイミングを所定の間隔でシフトさせ相関を取る方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ＵＷＢ通信の特徴として、送信装置を簡単に構成することが可能であり、そのため送信時の消費電力を低電力化しやすいことが挙げられる。低電力なＵＷＢ送信装置として、回路構成をほとんどデジタル回路で作成した例が非特許文献３に開示されている。

ＵＷＢではパルス信号を用いることが可能なため、高精度な位置測定が可能な技術としても知られている。例えば、特許文献２には、二つの無線機間でのパケット送信およびその応答手続きを利用して測距・測位をする測距・測位システムが開示されている。特許文献３には、受信パルス波形とテンプレート波形の相関をとって同期を獲得する際のタイミング調整量に基づいて送受信機間の距離の変化を検出する受信機を具備する位置検出システムが開示されている。

また、ノードの位置測定システムとして、ノードからの信号を複数の基地局で受信し、その到達時間差ＴＤＯＡ（Time Difference of Arrival）を利用してノードの位置を算出する技術が知られている。例えば、特許文献４には、複数の基地局が、ノードからの測位信号と基準局からの基準信号の受信時間差を測定し、その受信時間差を元にＴＤＯＡを利用して測位する方法が開示されている。
特開２００４−２４１９２７号公報 特開２００４−２５８００９号公報 特開２００４−２５４０７６号公報 特開２００５−１４０６１７号公報 モエ・ゼット・ウィン（Moe Z. Win）他著、「インパルスラジオ：その動作（Impulse Radio: How It Works）」、米国文献アイ・イー・イー・イー・コミュニケーションズ・レターズ（IEEE Communications Letters）第２巻第２号、ｐｐ．３６−３８（１９９８年２月） 藤原（R. Fujiwara）他著、「rapid signal acquisition for low-rate carrier-based ultra-wideband impulse radio」、米国アイ・イー・イー・イー・インターナショナル・シンポジウム・オン・サーキッツ・アンド・システムズ（IEEE International Symposium on Circuits and Systems）、ｐｐ．４４９７−４５００（２００５年５月） 乗松崇泰、他、「３ｎＷ／ｂｐｓ超低電力ＵＷＢ無線システム（５）：送信用パルス発生器の開発」、電子情報通信学会、ソサイエティ大会、Ａ−５．ワイドバンドシステム、Ａ−５−１４（２００５年９月）

ＵＷＢ無線通信の特徴のひとつとして、送信装置を簡単かつ低電力に構成しやすいという点が挙げられる。センサネット向けノードに用いる場合、小型かつ低電力という特徴を活かす使い方として、ノードではＵＷＢの送信装置のみを搭載し、ノード情報を受け取る基地局では受信装置のみを搭載するシステムが考えられる。

センサネットでは、ＵＷＢ送信ノードのような小型、低消費電力な端末ノードが多数用いられることになり、ノード管理のためには位置検出機能の重要性が高い。多数ノードの使い方として、あるノードはデータ通信を行なえばよく、別のノードでは位置管理が必要になる場合がある。また、同一のノードにおいても、一度設置されると位置を変えないような場合は、測位を一度行なえばよいが、その後移動するのであれば、移動のたびに測位を行なう必要が生じる。

ところが、ＵＷＢ無線の特徴を活かすために、ノードを送信機能だけと限定した場合は、基地局からノードへの情報伝達ができない。そのため、ノードは常に決められた手順でのデータ送信を行なうことになる。データ取得や測位を行なう基地局インフラ側では、いつ、あるいはどのノードに対して位置検出をすべきかという判断が困難となる。また、常に測位ができるようにシステムの状態を整えておくためには、常時３台以上の基地局を動作させておく必要がある。一方で、データ通信には１台の基地局が動いていればよく、データ通信のみを行なっている時に測位用の基地局を何台も動作させておくことは、システムレベルで電力を無駄に消費することになる。

本発明の目的は、送信機能のみを有する複数のノードを管理する無線通信測位システムにおいて、測位用基地局やノード管理を行なうサーバなどのシステムがデータ通信または測位を行なう対象ノードを分別管理するとともに、状況に応じてノードのデータ受信または位置検出を切り替えることを可能とし、システムの駆動効率を高めることである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。

本発明は、送信装置からの伝送信号を受信し、送信装置の位置を検出する無線通信測位システムであって、
少なくとも１つ以上の送信装置と、少なくとも１つ以上の受信装置で構成される１つ以上の基地局と、上記基地局からのデータを用いてデータ処理、データ格納、および位置計算を行なうサーバとを備え、上記送信装置は、上記伝送信号の所定の箇所にデータ通信もしくは位置検出を要求する情報信号を有し、
上記基地局および上記サーバは、上記伝送信号内の上記要求情報信号に応じてデータ通信および位置検出を行なうことを特徴とする。

本発明によると、複数の送信ノードを管理する無線通信測位システムが、データ通信すべきノードと測位すべきノードとの分別管理を可能にするとともに、状況に応じてノードに対してデータ通信と測位を切り替えるなどにより、システムの駆動効率を高めることができる。

本発明に係る無線通信測位システムの実施例を、以下添付図面を用いて詳細に説明する。

本発明の第１の実施例に係る無線通信測位システムに関して、図１ないし図４で説明する。まず、実施例１の無線通信測位システムの構成および動作の概要について、図１で説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る無線通信測位システムの構成である。無線通信測位システムは、少なくとも一つの端末であるノード（ＮＯＤ）１１０（１１０ａ、１１０ｂ、…）と、複数個の基地局（ＡＰ）１２０（１２０ａ、１２０ｂ、…）と、サーバ（ＳＲＶ）１５０とインターネット（ＩＮＴ）１７０から構成される。なお、参照符号の添え字ａ、ｂ、ｃは、同じ構成要素であることを示し、添え字を省略する場合は、その同一構成要素を指すものとする。

ノード（ＮＯＤ）１１０は、デジタル回路（ＤＩＧ）１１１とパワーアンプ（ＰＡ）１１２とアンテナ（ＡＮＴ）１１３ａで構成される。また、センサ（ＳＮＳ）１１４、マイコン（ＭＣＵ）１１５、電池（ＢＡＴ）１１６、タイマ（ＴＩＭ）１１７などを有してもよい。

従来の無線通信用送信ノードの場合は、この構成の限りではないが、ＵＷＢに代表されるインパルス通信の場合はほとんどの機能をデジタル回路化することが可能であり、他には出力信号を増幅するためのパワーアンプ（ＰＡ）１１２とアンテナ（ＡＮＴ）１１３ａがあれば動作可能となる。デジタル回路（ＤＩＧ）１１１では、送信すべきデジタルデータ信号を作り、パワーアンプ（ＰＡ）１１２に伝える。ノード（ＮＯＤ）１１０はこの他に上述した、センサ（ＳＮＳ）１１４、マイコン（ＭＣＵ）１１５、電池（ＢＡＴ）１１６、タイマ（ＴＩＭ）１１７などの機能を搭載することもあり、これによって、センサネットのノードとして利用できる。

ノード（ＮＯＤ）１１０から送信される無線データ信号１４１の内容を示すパケット構成は、無線パケット１５０のようになる。

無線通信に用いられるパケット１５０は、プリアンブル（ＰＲＡ）１５１、フレーム開始部（ＳＦＤ）１５２、ヘッダ（ＨＤＲ）１５３、データ（ＤＡＴ）１５４、フッタ（ＦＴＲ）２１５で構成される。また、ヘッダ（ＨＤＲ）１５３の中には、ノード（ＮＯＤ）１１０について、データ通信を行なうべきか位置検出（測位）を行なうべきかといった要求情報を示す、測位ビット（ＬＯＣ）１５６が含まれている。なお、文章に応じて、位置検出、位置測定、測位、といった表現を用いるが、これらは同じ意味を示すものとする。

無線パケット（ＦＬＭ）１５０の構成図左から右方向が、データのビット数、データの流れ、無線データ信号の流れ、あるいは時間の流れに相当する。プリアンブル（ＰＲＡ）１５１は、受信装置である基地局（ＡＰ）１２０が無線データ信号１４１の到着を認識し、例えば同期受信を行なう場合に、無線データ信号１４１との同期をとるために必要な信号で、あるデータ列の繰り返し信号となることが多い。フレーム開始部（ＳＦＤ）１５２は、受信装置がプリアンブル（ＰＲＡ）１５１を認識して同期を行なった後、フレーム開始部（ＳＦＤ）１５２から後にくる信号がデータとして意味のある信号になっていることを知らせる、データ開始フラグの働きをする。ヘッダ（ＨＤＲ）１５３は、このパケットの無線通信システムにおける位置づけを示すデータを持っている。例えば、データのシーケンス番号、何かしらの識別用ＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｔｙ）番号、通信シーケンス種類、等、様々な用途の信号を含んでいる。この中には、ノード（ＮＯＤ）１１０について、データ通信を行なうべきか位置検出（測位）を行なうべきかといった要求情報を示す、測位ビット（ＬＯＣ）１５６が含まれている。データ（ＤＡＴ）１５４は、このパケットでノード（ＮＯＤ）１１０が基地局（ＡＰ）１２０に伝える主要な情報を示す。センサネットでは、センシング情報が主要なデータとなる。フッタ（ＦＴＲ）１５５は、ヘッダ（ＨＤＲ）１５３と類似の役割を持つが、多くはパケット内容のチェック用途に用いられる。パケット内容が正しく伝えられたかどうかを、フッタ（ＦＴＲ）１５５の情報を検査することで判断する。パリティチェック信号などが一つの例である。ここで、測位ビット（ＬＯＣ）１５６が含まれる場所は、ヘッダ（ＨＤＲ）１５３に限らず、無線パケット（ＦＬＭ）１５０の中であれば、データ（ＤＡＴ）１５４あるいはフッタ（ＦＴＲ）１５５等に存在してもよい。

無線パケット（ＦＬＭ）１５０、無線データ信号１４１は、ノード（ＮＯＤ）１１０から送信されて基地局（ＡＰ）１２０に受信されるまでの、空中に放出される無線信号を前提としているが、ノード（ＮＯＤ）１１０内で生成する情報データ列や、基地局（ＡＰ）１２０内で受信して復調する情報データ列も、データの並びや流れは同じものとなるので、データ情報という意味では区別がなく、同一のものとして扱う。実際にデジタルデータとして用いる１，０の並び方や、データを拡散、符号化、変調などを行なって無線電波となる電界強度や位相差の現れ方は、ノード（ＮＯＤ）１１０、無線パケット（ＦＬＭ）１５０、無線データ信号１４１、基地局（ＡＰ）１２０の各状態で異なることが多い。また、ノード（ＮＯＤ）１１０と基地局（ＡＰ）１２０の間の通信は無線を前提としているが、その限りではない。

基地局（ＡＰ）１２０は、受信装置として図の構成を持つ。基地局（ＡＰ）１２０は、アンテナ（ＡＮＴ）１１３ｂ、受信部（ＲＥＣ）１２１、アナログデジタル変換部（以下「Ａ／Ｄ変換部」と略称する）（ＡＤＣ）１２２、ベースバンド部（ＢＢ）１２３、カウンタ部（ＣＮＴ）１２４、メモリ部（ＭＥＭ）１２５から構成される。ノード（ＮＯＤ）１１０と同様に、センサ（ＳＮＳ）１１４、マイコン（ＭＣＵ）１１５、電池（ＢＡＴ）１１６、タイマ（ＴＩＭ）１１７を有してもよい。また、基地局（ＡＰ）１２０はインターネット（ＩＮＴ）１７０と接続する例が多く、そのための接続端子として、イーサ接続部（ＥＴＨ）１１８を有することもある。

アンテナ（ＡＮＴ）１１３ｂで受信された無線データ信号１４１は、まず受信部（ＲＥＣ）でアナログ的に処理される。受信部（ＲＥＣ）は、具体的にはローノイズアンプ、ミキサ、フィルタ、可変ゲインアンプなどで構成されることが多い。ローノイズアンプから２つの位相差成分であるＩ信号とＱ信号にわけて無線通信性能を向上する方法も採用されることがある。受信部（ＲＥＣ）から出力される受信部出力信号１３１はＡ／Ｄ変換部（ＡＤＣ）１２２に供給される。Ａ／Ｄ変換部（ＡＤＣ）１２２の出力であるＡ／Ｄ変換信号１３２はベースバンド部（ＢＢ）１２３に与えられ、ここでデジタル信号処理が行なわれる。基地局（ＡＰ）１２０がノード（ＮＯＤ）１１０からのデータを受信し、データ通信を行なう場合は、このベースバンド部（ＢＢ）１２３でデジタル処理された信号を利用する。必要に応じて、イーサ接続部（ＥＴＨ）１１８を経由して情報をインターネット（ＩＮＴ）１７０に伝える。

ノード（ＮＯＤ）１１０の位置検出を行なう場合、基地局（ＡＰ）１２０では、カウンタ部（ＣＮＴ）１２４およびメモリ部（ＭＥＭ）１２５も用いられる。位置検出には、ノードから送信された無線データ信号１４１を受信するタイミング情報を用いる。このタイミングの測定を、カウンタ部（ＣＮＴ）１２４で行なう。ある決められた時間に、ベースバンド部（ＢＢ）１２３がカウンタ制御信号１３３を供給し、カウンタ部（ＣＮＴ）１２４が時間計測を開始する。基地局（ＡＰ）１２０が無線データ信号１４１を受信すると、カウンタ制御信号１３３によりカウンタ部（ＣＮＴ）１２４は時間計測を停止し、計測結果をカウンタデータ信号１３４としてメモリ部（ＭＥＭ）１２５に伝え、記憶する。こ計測結果は、必要に応じてメモリデータ信号１３５としてベースバンド部（ＢＢ）１２３などに与えられ、位置検出を行なうためのデータとしてインターネット（ＩＮＴ）１７０などを経由してサーバ（ＳＲＶ）１６０へ与えられる。

位置検出のためには、図１に示されているように、例えば３台の基地局（ＡＰ）１２０を用いる。これにより、三辺測量の手法で位置を計算で求めることができる。測位精度を高めるためには、３台以上の基地局を用いても良い。精度を低めてもかまわなければ、３台以下とすることも可能である。また、１台の基地局との間で距離を検出することも可能である。これらの使用方法の中で、ノード（ＮＯＤ）１１０は送信機能のみを有するような、低電力センサネット向けの活用方法としては、基地局（ＡＰ）１２０の受信機能を３台用いて三辺測量で測位を行なうことが、最も適した活用方法と言える。

サーバ（ＳＲＶ）１６０は、インターネット（ＩＮＴ）１７０と接続されることが多く、ノード（ＮＯＤ）１１０からの通信データを取得保存し、基地局（ＡＰ）１２０からの情報でノード（ＮＯＤ）１１０の位置検出を行い、さまざまな表示を行なう。

データ通信時には、ノード（ＮＯＤ）１１０からの情報が少なくとも一つ以上の基地局（ＡＰ）１２０からインターネット（ＩＮＴ）１７０を通じてサーバ（ＳＲＶ）１６０へ送られる。この時、同じノード（ＮＯＤ）１１０からのデータが異なる複数の基地局（ＡＰ）１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃからサーバ（ＳＲＶ）１６０に届くことがあるが、その場合は、パケットＦＬＭ（１５０）に含まれる情報のうち、ヘッダ（ＨＤＲ）１５３やデータ（ＤＡＴ）１５４に含まれるタイムスタンプ（時刻情報）やデータのシーケンス番号といった情報をもとに、同じデータであるとサーバ（ＳＲＶ）１６０が判断し、データの重複を避ける。

ノード（ＮＯＤ）１１０の位置検出を行なう場合、複数の基地局（ＡＰ）１２０が計測したカウンタデータ信号１３４やメモリデータ信号１３５などを基にした時間誤差情報を、インターネット（ＩＮＴ）１７０を経由してサーバ（ＳＲＶ）１６０が受け取り、サーバ（ＳＲＶ）１６０はこれらの情報をもとに、ノード（ＮＯＤ）１１０の位置を計算して必要に応じて位置を画面表示などする。

次に、実施例１のシステムの具体的な構成、動作原理、作用及び効果について、図２ないし図４で説明する。

図２は、第１の実施例の無線通信測位システムにおいて、ノード（ＮＯＤ）１１０が送信する無線データ信号１４１における、無線パケット（ＦＬＭ）１５０内の測位ビット（ＬＯＣ）１５６の使用例である。例えば、測位ビット（ＬＯＣ）１５６が２ビットで構成されるとすると、（０，０）、（０，１）、（１，０）、（１，１）の４種類の要求情報を含ませることが可能となる。基地局（ＡＰ）１２０やサーバ（ＳＲＶ）１６０を含む測位用の無線通信測位システムに対して、システム動作モードとして４モードを構成できる。例えば、測位ビット（ＬＯＣ）１５６が（０，０）の場合はデータ通信だけを行なう通信モード、（０，１）の場合には位置検出だけを行なう測位モード、（１，０）の場合はデータ通信と位置検出の両方を行なう通信測位モード、（１，１）の場合にはサーバ（ＳＲＶ）１６０がデータ通信や位置検出を自律的に判断して行なうサーバ管理モード、という指定が可能となる。

図３は、第１の実施例の無線通信システムにおいて、ノード（ＮＯＤ）１１０のアンテナ（ＡＮＴ）１１３ａから空中に放出され、基地局（ＡＰ）１２０のアンテナ（ＡＮＴ）１１３ｂで受信されるまでの間に、空間を伝搬する無線データ信号１４１の無線電波波形である。波形３１１および３１２において、横軸は時間を、縦軸は電圧もしくは電力を示す。

ＵＷＢで用いられるインパルス波形は、３１１のようなパルス信号が定期的に放出されることが基本である。インパルスの強さ、３１１では縦軸の高さに相当する、電力値の大きさに情報を持たせる方式は、振幅変調（ＡＳＫ、Amplitude Shift Keying）と呼ばれる。最も単純なＡＳＫ方式は、パルスが存在するかしないかをデータの１と０に割り当てる方式で、オンオフ変調（ＯＯＫ、On-off Keying）と言われる。３１１の波形のように、パルスの向きで１、０情報を判断する場合、パルスの位相が変調されているので、位相変調（ＰＳＫ、Phase Shift Keying）という。このほか、パルスの位置にデータ情報を持たせるパルス位置変調（ＰＰＭ、Pulse Position Modulation）などの変調方式がある。本実施例は、インパルス波形を用いるＵＷＢ通信に適用できるものであり、変調方式には無関係であるが、以下説明のため、位相変調（ＰＳＫ）を代表例として用いる。

空間に伝搬するインパルスの波形は、３１１が理想的であるが、実際の通信システムでは、送受信装置を簡易化する目的で、３１２波形のようにキャリア信号を載せることがある。３１２は、３１１のインパルスに、インパルス幅よりも周期の短い高周波の正弦波をかけあわせた波形となっている。３１２の波形を受信する場合、受信装置ではキャリア周波数と同じ周波数の信号を受信信号にかけ合わせることで、３１１のインパルス波形を取り出す。

ＵＷＢインパルス波形を用いた無線システムでは、インパルスに情報を持たせることでデータ通信を行なう。また、同時に、このインパルスそのものをレーダと同様に利用して、高精度な位置検出や距離測定が可能となる。３１１の波形が示すインパルスの幅が時間幅に相当するが、これを受信装置が捕らえる性能が、位置検出や距離測定の測定精度と関係している。３１１あるいは３１２のインパルス列を用いたデータ信号を、図１の無線パケット（ＦＬＭ）１５０のように意味を持たせて空中に放出する。データ通信んは、この無線パケット（ＦＬＭ）１５０をすべて用いるが、位置検出や距離測定にあたっては、このうちの例えばフレーム開始部（ＳＦＤ）１５２のパルス１個または複数個を用いればよい。ＵＷＢのようなインパルス通信では、このようにデータ通信を行いながら同時に精度高く、距離測定や位置検出が行なえることが特徴となっている。

図４を用いて、無線通信測位システムが、無線パケット（ＦＬＭ）４１０を用いて位置検出をする方式の一例を説明する。

測位システムにおいて、複数の基地局（ＡＰ）１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃの設置位置はあらかじめ測定されていて、固定されている。ノード（ＮＯＤ）１１０から送信された、通信情報をインパルス列に含ませた構造を持つ無線パケット（ＦＬＭ）４１０ａは、基地局（ＡＰ）１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃにそれぞれ異なる時間で到達し、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄのような時間で受信される。図４の横軸は、時間を表す。それぞれの到達時間は、無線パケット（ＦＬＭ）の例えば先等のインパルスを捕らえた時間とする。これら到達時間情報は、インターネット（ＩＮＴ）１７０などを通じてサーバ（ＳＲＶ）１６０に伝えられる。サーバでは、各到達時間から時間差を計算する。例えば、基地局（ＡＰ）１２０ａと１２０ｂへの到達時間差Ｔａ−ｂ、１２０ｂと１２０ｃへの到達時間差Ｔｂ−ｃを計測する。これらの時間差の値と、あらかじめ決まっている基地局の位置情報から、測定されたノード（ＮＯＤ）１１０の位置が計算により求められる。

この位置計算において、基地局（ＡＰ）１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃがそれぞれに備えている内部クロックの時間精度は、位置検出の精度に直接影響するため、誤差を小さくする必要がある。そのための方法の一つとして、インターネット（ＩＮＴ）１７０を経由して時刻情報を各基地局に伝えるという手段もあるが、有線でのインターネット（ＩＮＴ）伝達には時間がかかるため、あまり効果的ではない。そのため、無線を用いたビーコン信号やパイロット信号の時間情報を含める手法が適している。基地局のうちの一台、あるいはサーバなど、どれか一つの装置を時間基準と決めて、その装置からの時間信号を用いて各基地局が時間を補正することで、クロック精度を高めることが可能となる。別途、基準局を用意して、基準局信号により基地局間の同期を行いクロック精度を高めてもよい。また、例えば距離測定を行なう場合には、ノード（ＮＯＤ）１１０の内部クロック時刻とも時間あわせ（同期）をする必要がある。そのような場合には、ノードの定期的な通信信号をクロック基準としてもよい。

以上の説明に基づき、無線通信測位システムにおいて基地局（ＡＰ）１２０またはサーバ（ＳＲＶ）１６０は、ノード（ＮＯＤ）１１０からの無線データ信号１４１のパケット（ＦＬＭ）１５０内容に応じて、データ通信を行なう、または位置検出を行なう、といった動作モードの判断を行なう。基地局（ＡＰ）１２０は、データ通信のみを行い測位を行なわないような場合は、カウンタ部（ＣＮＴ）１２４やメモリ部（ＭＥＭ）１２５の動作を停止して低電力化を行なうことができる。あるいは、サーバ（ＳＲＶ）１６０において、データ通信だけを行なう場合に、測位用の情報は用いないように情報の取捨選択を行なうことで、基地局（ＡＰ）１２０の動作には影響を与えずにサーバ（ＳＲＶ）１６０の処理だけで区別をするような簡単なシステム構成にすることもできる。

以上述べたとおり、本実施例に係る無線通信測位システムでは、複数のノードが存在して、各々独立にデータ通信を必要とするノードや位置検出を必要とするノードが存在する場合に、基地局もしくはサーバにおいて、要求に応じてデータ通信と位置検出を区別して行なうことが可能で、無線通信測位システムを効率的に駆動する事ができるようになる。

本発明の第２の実施例として、サーバが状況に応じてデータ通信や測位を判断する方法について、図５で説明する。

第１の実施例では、送信端末であるノード（ＮＯＤ）１０１が送信するデータの中に、データ通信や測位を決める情報を組み込んでいる。図２の例では、測位ビット（ＬＯＣ）１５６の状態が（１，１）の時には、システムとしてはサーバ管理モードになる例を示している。この例に限らず、サーバ側でモードを判断する場合は、送信データに情報を組み込む必要はない。ノード（ＮＯＤ）１０１は、定期的、あるいは適当なランダム間隔で、情報を送信するだけでよい。

図５は、サーバ（ＳＲＶ）１６０が環境の状態に応じて、ノード（ＮＯＤ）１０１の送信データをデータ通信に用いるか、測位に用いるかを判断する動作アルゴリズムである。

サーバの動作開始（５１０ａ）後、測位および受信用の基地局（ここでは３台とする）に対して、データを受信するための通信待機状態になるよう指令する（５１０ｂ）。そのまま待機状態を維持（５１０ｃ）し、ノードからの送信データが送られてきて、基地局が受信すると、サーバはノードを登録する（５１０ｄ）。次に、サーバは登録したノードの位置を測定するために、３台の基地局に測位待機状態になるよう指令する（５１０ｅ）。登録されたノードから次のデータ送信が来ると、その信号を利用してノードの位置検出し、位置を登録する（５１０ｆ）。その後、システムをデータ通信状態にするために、サーバは１台の基地局に通信待機状態への指令をし（５１０ｇ）、他の２台の基地局は動作を停止するためにスリープ状態へと指令する（５１０ｈ）。この時、基地局毎に、ノードからの信号の電波強度を測ったり、数回の受信による受信成功確率を計算しておき、受信状態が最もよい基地局を１台、通信待機用に選択する。あるいは、測位結果から、ノードに一番近い基地局を通信待機用に選択ということも可能である。この結果、データ通信に最も環境の良い基地局が選ばれて、ノードの送信データを受信することになる。その後、ノードからのデータが定期的に受信され、サーバではデータを更新していく（５１０ｉ）。データを受信するに当り、電波状況が変化することがある。これは、周囲の環境における電波利用状況がかわることもある。また、ノードが位置を変化させることもある。このように電波環境が変化した場合（５１０ｊ）には、再度３台の基地局を測位待機状態に復帰させ（５１０ｅ）、位置検出から動作を繰り返す。ちなみに、もしも異なるノードから新規にデータ送信された場合（５１０ｋ）は、再度、新規ノードの登録（５１０ｄ）を行い、そのノードに関して位置検出からの動作を繰り返す。

以上のようなアルゴリズムで、サーバが基地局を管理することにより、ノードや電波環境に応じて、データ通信や測位といったモードを変化させ、効率的な無線通信測位システムを構築する。特に、データ通信時には、不要な基地局を動作停止することで、システム全体の消費電力を削減する事ができる。

図６は、第２の実施例における、システム全体の通信シーケンスである。ノード（ＮＯＤ）１１０、基地局（ＡＰ）１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、およびサーバ（ＳＲＶ）１６０、それぞれの間での通信動作を時系列で示している。

あらかじめ、サーバから３台の基地局に対して、通信待機指令（５１０ｂ）を伝え、基地局は通信待機（６１０ａ）状態となる。その後、ノードから定期通信（６１０ｂ）が基地局３台に伝えられる。基地局は３台とも、サーバに対して定期通信データを転送（６１０ｃ）する。サーバでは、それら３データが同一のノードからの情報であることを、データ中のタイムスタンプやシーケンス番号などにより判断し、ノードデータをサーバ中に登録（５１０ｄ）する。その後、サーバは測位待機指令（５１０ｅ）を基地局３台に伝え、基地局は測位待機（６１０ｄ）状態になる。ノードから、次の定期通信（６１０ｅ）が基地局３台に届くと、基地局からサーバに対して、測位計算を行なうためのデータを伝送（６１０ｆ）する。サーバは、基地局からの情報により、ノードの位置を検出して位置を登録（５１０ｆ）する。その後、基地局からのノード信号受信電波強度やノード信号受信成功確率といった情報をもとに、データ受信状況が最も高い基地局を１台選び、通信待機指令（５１０ｇ）を出す。該当する基地局は、通信待機状態（６１０ｇ）になる。他の２台の基地局に対しては、サーバがスリープ指令（５１０ｈ）を送り、基地局２台はスリープ（６１０ｈ）状態になる。これ以降は、ノードからの定期通信（６１０ｉ）に対して、１台の基地局だけが受信を行い、そのデータをサーバへ転送（６１０ｊ）する。サーバへは、１台の基地局からのみデータが届き、そのデータをノードデータとして登録、更新（５１０ｉ）する。

以上の実施例において、端末は送信機能に、基地局は受信機能に限定して記したが、お互いに送受信機能を有していても、本実施例は適用できる。そのため、送受信機能を限定するものではない。

本発明の第１の実施例に係る無線通信測位システムの構成図である。 第１の実施例の無線通信測位システムにおける測位ビットとシステム動作モードの関係を示す図である。 第１の実施例の無線通信測位システムにおける空間伝搬無線波形を示す図である。 第１の実施例の無線通信測位システムにおける測位時の無線パケットの時間推移を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る無線通信測位システムにおけるサーバの動作フローチャートである。 第２の実施例の無線通信測位システムにおける、無線シーケンスを示す図である。

符号の説明

１１０ ・・・ ノード（ＮＯＤ）
１１１ ・・・ デジタル回路（ＤＩＧ）
１１２ ・・・ パワーアンプ（ＰＡ）
１１３ ・・・ アンテナ（ＡＮＴ）
１１４ ・・・ センサ（ＳＮＳ）
１１５ ・・・ マイコン（ＭＣＵ）
１１６ ・・・ 電池（ＢＡＴ）
１１７ ・・・ タイマ（ＴＩＭ）
１１８ ・・・ イーサ接続部（ＥＴＨ）
１２０ ・・・ 基地局（ＡＰ）
１２１ ・・・ 受信部（ＲＥＣ）
１２２ ・・・ Ａ／Ｄ変換部（ＡＤＣ）
１２３ ・・・ ベースバンド部（ＢＢ）
１２４ ・・・ カウンタ部（ＣＮＴ）
１２５ ・・・ メモリ部（ＭＥＭ）
１３１ ・・・ 受信部出力信号
１３２ ・・・ Ａ／Ｄ変換信号
１３３ ・・・ カウンタ制御信号
１３４ ・・・ カウンタデータ信号
１３５ ・・・ メモリデータ信号
１４１ ・・・ 無線データ信号
１５０ ・・・ 無線パケット（ＦＬＭ）
１５１ ・・・ プリアンブル（ＰＲＡ）
１５２ ・・・ フレーム開始部（ＳＦＤ）
１５３ ・・・ ヘッダ（ＨＤＲ）
１５４ ・・・ データ（ＤＡＴ）
１５５ ・・・ フッタ（ＦＴＲ）
１５６ ・・・ 測位ビット（ＬＯＣ）
１６０ ・・・ サーバ（ＳＲＶ）
１７０ ・・・ インターネット（ＩＮＴ）
３１１ ・・・ インパルス波形
３１２ ・・・ キャリア付インパルス波形
４１０ ・・・ 無線パケット（ＦＬＭ）
５１０ ・・・ シーケンス動作内容
６１０ ・・・ シーケンス動作内容

Claims (9)

1. 送信装置からの伝送信号を受信し、送信装置の位置を検出する無線通信測位システムであって、
   少なくとも１つ以上の送信装置と、
   少なくとも１つ以上の受信装置で構成される１つ以上の基地局と、
   上記基地局からのデータを用いてデータ処理、データ格納、および位置計算を行なうサーバとを備え、
   上記送信装置は、上記伝送信号の所定の箇所にデータ通信もしくは位置検出を要求する情報信号を有し、
   上記基地局および上記サーバは、上記伝送信号内の上記要求情報信号に応じてデータ通信および位置検出を行なうことを特徴とする、無線通信測位システム。
2. 請求項１において、
   上記伝送信号が、インパルス信号であることを特徴とする、無線通信測位システム。
3. 請求項１において、
   少なくとも１つの送信装置を端末として備え、
   上記送信装置はクロック部を有し、
   上記送信装置は上記クロック部で計測される一定時間毎に上記伝送信号を送信することを特徴とする、無線通信測位システム。
4. 請求項１において、
   上記基地局および上記サーバが複数の動作モードを有し、
   上記伝送信号内の上記要求情報信号に対応して、上記基地局および上記サーバの動作モードを選択することを特徴とする、無線通信測位システム。
5. 請求項１ないし４に記載の無線通信測位システムにおいて、
   基準局を有し、
   上記基準局は基準信号を送信し、
   上記基地局もしくは上記サーバは上記基準信号を用いて、内部クロックの時間誤差を補償もしくは計測して位置検出を行うことを特徴とする、無線通信測位システム。
6. 送信装置からの伝送信号を受信し、送信装置の位置を検出する無線通信測位システムであって、
   少なくとも１つ以上の送信装置と、
   少なくとも１つ以上の受信装置で構成される１つ以上の基地局と、
   上記基地局からのデータを用いてデータ処理、データ格納、および位置計算を行なうサーバとを備え、
   上記サーバは上記基地局を制御し、上記送信装置からの上記伝送信号を、周囲の環境に応じてデータ通信または位置検出に用いることを自律的に選択することを特徴とする、無線通信測位システム。
7. 請求項６において、
   上記送信装置からの上記伝送信号をデータ通信に用いる場合に、
   上記サーバは上記複数の基地局の中で、上記送信装置に近い基地局を選択的に受信装置として動作させ、他の基地局を動作停止状態にすることを特徴とする、無線通信測位システム。
8. 請求項６において、
   上記サーバは、上記基地局が受信する、上記伝送信号の受信成功確率もしくは上記伝送信号の受信電力値を利用して、周囲の環境を判断し、データ通信または位置検出を行なうことを自律的に選択することを特徴とする、無線通信測位システム。
9. 請求項６において、
   上記サーバは、上記基地局が受信する上記伝送信号の受信電力値が低くなると、上記送信装置の位置検出を行なう測位モードに変わることを特徴とする、無線通信測位システム。

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