JP2007271451A - 特定小電力無線方式を利用した位置特定システム - Google Patents

Abstract

【課題】屋内または屋外におけるアンテナと受信装置との組み合わせで敷設形式を工夫することによって、トランシーバの位置特定を可能にする。
【解決手段】２以上の受信装置とＬＣＸ等のライン状アンテナとを組み合わせて、空間内に送受信エリアを自由に設定して、特定小電力無線方式のトランシーバの位置認識を可能にする。特に、ライン状アンテナと受信装置との間に減衰器や合成器を介装することで、エリアの自由な形状設定が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、漏洩型同軸ケーブルを利用した小電力無線方式による位置特定技術に関する。

最近は、携帯電話が普及し、一人一台の時代と言われ、いつでもどこでも、情報交換ができるように思われている。

しかしながら、病院や、電子機器を装備している工場では、携帯電話の使用が禁止されている。病院に整備されている検査装置や、手術装置には、精密な電子機器が装備されていて、携帯電話から発信される電波により、誤作動が生じて、医療行為に支障をきたすからである。電子機器を装備している工場でも、同様に、携帯電話から発信される電波によって、電子機器が誤作動を起こして、製品の製造に支障をきたすからである。

このような誤作動の発生は、携帯電話だけから起こっているのでなく、電子・電気製品の発生するノイズにより至る所に生じており、また、これら発生されたノイズによって、他の電子・電気製品も機能障害を受けるという事態が生じている。このような現象は、一般に、ＥＭＣ（電磁環境適合性）と言われ、現代は、いかにしてこのＥＭＣによる電磁波環境障害を回避するかが大きな社会問題になっているのである。

このような、携帯電話の使用を禁止している病院や、工場において、医師や、看護士、あるいは、従業員と情報通信するには、電子機器に影響を与えないような微弱で、かつ、これら医師や、看護士、あるいは、従業員から、周囲に存在している電子機器までは到達できそうにないような電波到達距離の極めて短い電波で通信する必要がある。

電波法では、空中線電力が０．０１ワット以下の特定小電力無線方式が認められていて、トランシーバを利用することできる。このトランシーバは、電波が弱く、電子機器への影響はほとんどないと言われており利用されてはいるが、できるだけ互いに離れていても通信可能とするように設計されているため、遮蔽物があると受信が困難になったり、受信範囲が広すぎて、意図しない位置にあるトランシ−バまでが通信可能になるため、どのトランシ−バが受信したのかその位置を特定する精度が悪くなっていた。

このため、非常時や夜間では、確認したいトランシーバ所有者の位置を特定することが困難となり、とくに、非常時での使用は、実用に耐え得なかった。

アンテナを工夫することも考えられるが、ホイップアンテナ等の単一型アンテナでは、その構造の単純さとアンテナの水平指向性が３６０度にわたって均一に受信することができる特性をもつことでこの種のトランシーバ等の無線通信に広く用いられているが、全ての方向からの電波を受信してしまい位置特定には不適である。

一方、一定方向の指向性を持つアンテナとして古くから用いられている八木−宇田アンテナではアンテナからの距離が離れるにつれて、受信する範囲が広くなり、あたかも扇状のような水平指向特性を有する。さらに鋭い水平指向特性を求めていくと、パラボラアンテナやホーンアンテナがあるが、アンテナが大型となり、実用的ではない。
特開２００５−２７１３４号公報

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、無線局の免許が不要なトランシーバを使用するが、遮蔽物による困難な受信や、意図しない位置にある受信等を回避して、平常時、非常時、昼間、夜間等の区別なく、いつでも所定エリア内におけるトランシーバ所有者の位置を直ちに、かつ、的確に特定することができるようにすることを技術的課題とする。

前記課題を解決するために、本発明では、以下の手段を採用した。

本発明の請求項１は、少なくとも２以上の受信装置と、前記２以上の受信装置にそれぞれ接続されて空間の２次元方向または３次元方向に敷設された系統別のライン状アンテナと、前記空間内に位置するトランシーバとの通信が前記いずれか１系統または２系統以上のライン状アンテナを介した受信装置からの送受信情報により前記トランシーバの位置を特定する情報処理装置とからなる特定小電力無線方式を利用した位置特定システムとしたものである。

ここで２次元方向とは、屋外や屋内の平面方向の意味であり、この平面をライン状ケーブルの敷設位置と受信装置との組み合わせによって送受信可能なエリアを自由に生成・設定することができる。

たとえば、１つの受信装置でのみあるトランシーバとの送受信が可能であった場合にはその受信装置に接続されたライン状ケーブルの送受信可能エリアにトランシーバを所持した作業員や警備員がいることを情報処理装置が認識できる。

また、複数の受信装置から送受信が可能であった場合にはそれぞれのライン状ケーブルの送受信可能エリアが重なった位置にトランシーバを所持した作業員や警備員がいることを情報処理装置が認識できる。

このように本発明では、１本以上のライン状ケーブルを受信アンテナとすることで、このケーブルを敷設した箇所が全て送受信アンテナとして機能することになるため、空間内において、容易に送受信エリア（位置特定エリア）を設定することができる。

本発明の請求項２は、前記ライン状アンテナと受信装置との間に前記トランシーバとの送受信範囲を制限する減衰手段が介装されていることを特徴とする請求項１記載の特定小電力無線方式を利用した位置特定システムである。

このように、ライン状アンテナに対して減衰手段（たとえばアッテネーター（ＡＴＴ））を介装することで、ライン状アンテナの送受信範囲を制限（コントロール）することができる。つまり、ライン状アンテナの受信レベルを減衰手段によって意図的に制約することによって、エリアを細分化してより精度の高い位置認識が可能となる。

本発明の請求項３は、複数のライン状アンテナが一つの受信装置に接続されており、複数のライン状アンテナと受信装置との間には、複数のライン状アンテナで構成される一つの送受信範囲からのトランシーバの送受信情報を合成する合成手段が介装されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の特定小電力無線方式を利用した位置特定システムである。

このように、複数のライン状アンテナを合成手段（合成器）を介して受信装置に接続することで、ライン状アンテナの敷設形状次第で自由なエリア設定が可能となる。たとえば
ライン状アンテナを三角形状や、四角形状に敷設してこれらのライン状アンテナの受信可能エリアを合成すれば三角形状や四角形状のエリアを設定することができる。

本発明の請求項４は、以上の請求項１〜３で述べたライン状アンテナを漏洩型同軸ケーブルで構成したものである。

ここで、漏洩型同軸ケーブルは、ＬＣＸ（Leaky Coaxial Cable）とよばれ、直径５cm
程度の同軸ケーブルの外部導体にジグザグ状のスロット（細長い穴）が開設されており、これによって電波を発射、また受信するアンテナとして用いられるものであり、通常はトンネル等の長尺構造の空間に用いられるものであるが、従来はもっぱらアンテナとして高い信号レベルを維持するための接続技術しか検討されていなかった。

本発明者は、この漏洩型同軸ケーブルをライン状アンテナとして自由に敷設してトランシーバとの送受信エリアを設定し（請求項１）、必要に応じて減衰手段を介装させてエリアをさらに細かく設定できるようにし（請求項２）、さらに複数のアンテナを合成することで自由な空間形状で送受信エリアを設定（請求項３）できるようにしたものである。

本発明の請求項５は、前記に加えて、扇状の範囲で送受信可能特性を有する指向性アンテナをさらに有し、前記漏洩型同軸ケーブルが接続された受信装置からの送受信状態情報と、前記指向性アンテナの送受信情報とから前記トランシーバの位置を特定する請求項１〜４のいずれかに記載の特定小電力無線方式を利用した位置特定システムである。

この請求項５のシステムでは、扇状の範囲で送受信可能特性を有する指向性アンテナ（たとえば八木−宇田アンテナ）とを組み合わせることによって、グラウンドや校庭等の広い空間においてもトランシーバの位置認識が可能を可能にしたものである。

本発明によれば、特定小電力無線方式による通信において、屋内または屋外において、ライン状アンテナと受信装置との組み合わせによる敷設形式を工夫することによって、自由な送受信エリアを設定することができるため、トランシーバの位置の特定が高精度で可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。

図１は、本発明の位置特定システムの装置構成を示したブロック図である。

トランシーバは、特定省電力無線電話装置であり、出力０．０１ワット、４００MHz帯
の免許申請不要のトランシーバである。

受信部は、漏洩型同軸ケーブルと、減衰器（ＡＴＴ）と、合成器と受信装置とで構成されている。

漏洩型同軸ケーブルは、図示を省略するが、直径５cm程度の同軸ケーブルの外部導体にジグザグ状のスロット（細長い穴）をあけ、これによって電波を発射、また受信することができる構造となっている。

減衰器（ＡＴＴ）は、漏洩同軸ケーブルの出力（受信レベル）を制御させるためのものである。

このように、漏洩同軸ケーブル毎に減衰器を接続することによって、漏洩同軸ケーブルの送受信エリアを意図的に制御して、送受信エリアを狭くすることができる。

さらに、本実施形態では、漏洩同軸ケーブルに接続された減衰器は合成器を介して受信装置に接続されている。合成器は複数の漏洩同軸ケーブルの送受信エリアを合成することができる。すなわち、漏洩同軸ケーブルを並列に並べて敷設した場合には、送受信エリアを平面的に広くすることができる。また、漏洩同軸ケーブルを四角形状や三角形状に敷設した場合には、四角形状や三角形状の送受信エリアを自由に設定することが可能となる。さらに各漏洩同軸ケーブルを終端させた減衰器の減衰量を個別に制御することによって、自由なエリア形状を演出することができる。

実際の漏洩同軸ケーブルの減衰量と送受信距離との関係を実験例で示したものが図３である。例えば、２５ｍの送受信距離を有する漏洩型同軸ケーブルに４０ｄＢの減衰器を接続した場合、送受信距離を１ｍまで狭めることができる。つまり、減衰させて送受信範囲を狭めることにより、ライン状アンテナに極めて近いトランシーバしか送受信できなくして、遠くに位置するトランシーバには送受信させないようにし、その結果、トランシーバ所有者の位置をより精度よく確認することができるのである。

図２は、情報処理装置のハードウエア構成を示している。

本実施形態で用いられるハードウエアは、汎用のパーソナルコンピュータ等の情報処理装置であって、中央処理装置（ＣＰＵ）を中心に、バス（ＢＵＳ）で接続されたメインメモリ（ＭＭ）、大規模記憶装置としてのハードディスク装置（ＨＤ）、入力デバイスとしてのキーボード（ＫＢＤ）、補助入力デバイスとしてのマウス（図示を省略）、出力装置としてのディスプレイ装置（ＤＩＳＰ）、プリンタ装置（図示を省略）等で構成されている。

また、バス（ＢＵＳ）は、入出力装置（Ｉ／Ｏ）を介して図１で説明した受信部（受信装置）と接続可能となっている。

ハードディスク装置（ＨＤ）には、オペレーティングシステム（ＯＳ）とともに各種の処理プログラムが登録されている。これらの処理プログラムとしては、具体的に、トランシーバの発信部位置特定・管理プログラムであり、入出力装置（Ｉ／Ｏ）を介して受信した受信装置からの受信情報に基づいて、いずれの受信装置がトランシーバとの交信が可能であったかを分析し、当該トランシーバの位置を特定するアルゴリズムに基づいた実行プログラムが登録されている。

また、各種テーブルには、位置特定・管理プログラムのための受信装置のＩＤ等を登録するテーブル等が設定されている。また、ハードディスク装置（ＨＤ）内には、特定・管理記録を登録するデータベースを登録するようにしてもよい。

本実施形態のトランシーバの位置特定機能は、中央処理装置（ＣＰＵ）が、前記位置特定・管理プログラムを各種テーブルを参照しながら、バス（ＢＵＳ）およびメインメモリ（ＭＭ）を介して読み込み実行処理することによって実現されている。

図４は、本発明の位置特定システムを２次元空間に特化して示したものである。

同図において、空間（たとえば一つの部屋）は、９個のエリア（ＡＲ１〜ＡＲ９）に分割されており、同図中の左上（ＡＲ１）、右上（ＡＲ３）、左下（ＡＲ７）、右下（ＡＲ９）のそれぞれのエリアには受信装置１ａ〜１ｄが配置されている。この受信装置１ａ〜
１ｄには、漏洩型同軸ケーブル１ａＡｎｔ〜１ｄＡｎｔがアンテナとして導出されている。

そして、各受信装置１ａ〜１ｄは、情報処理装置３に接続されており、各受信装置の受信状態を情報処理装置３で分析・判定するようになっている。

漏洩型同軸ケーブル１ａＡｎｔは、同空間内の左上４ブロック分（ＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ４、ＡＲ５）のエリアに位置するトランシーバからの送受信が可能となっている。

また、漏洩型同軸ケーブル１ｂＡｎｔは、同空間内の右上４ブロック分（ＡＲ２、ＡＲ３、ＡＲ５、ＡＲ６）のエリアに位置するトランシーバからの送受信が可能となっている。

また、漏洩型同軸ケーブル１ｃＡｎｔは、同空間内の左下４ブロック分（ＡＲ４、ＡＲ５、ＡＲ７、ＡＲ８）のエリアに位置するトランシーバからの送受信が可能となっている。

さらに、漏洩型同軸ケーブル１ｄＡｎｔは、同空間内の右上４ブロック分（ＡＲ５、ＡＲ６、ＡＲ８、ＡＲ９）のエリアに位置するトランシーバからの送受信が可能となっている。

したがって、同図において、ＡＲ１に位置するトランシーバ２ａからの発信信号は、受信装置１ａのみで受信されるため、受信装置１ａのみからの受信情報が情報処理装置３に伝送されて、ＡＲ１のエリアにトランシーバ２ａが位置していることを情報処理装置３が識別できる。

また、ＡＲ８に位置するトランシーバ２ｂからの発信信号は、受信装置１ｃと受信装置１ｄとで受信されるため、受信装置１ｃと受信装置１ｄからの受信情報が情報処理装置３に伝送されて、ＡＲ８のエリアにトランシーバ２ｂが位置していることを情報処理装置３が識別できる。

さらに、ＡＲ９に位置するトランシーバ２ｃからの発信信号は、受信装置１ｄのみで受信されるため、受信装置１ｄのみからの受信情報が情報処理装置３に伝送されて、ＡＲ９のエリアにトランシーバ２ｃが位置していることを情報処理装置３が識別できる。

図５は、各階毎に受信装置を配置し、その受信装置に終端させた漏洩型同軸ケーブルを各階の天井近傍に敷設することによって、各階のトランシーバの位置を特定するようにしたものである。

また、図６は、受信装置４１ａ〜４３ａに終端され所定間隔毎にＸ方向に並行配置されたＸ方向同軸ケーブル群と、受信装置４１ｂ〜４３ｂに終端されＹ方向に並行配置されたＹ方向同軸ケーブル群を格子状に敷設して、どの受信装置がトランシーバと交信可能であったかを識別することで当該トランシーバの位置認識を行うものである。

たとえば、エリアＡＲ４１にあるトランシーバは、Ｘ方向の漏洩型同軸ケーブルに終端された受信装置４２ａと、Ｙ方向の漏洩型同軸ケーブルに終端された受信装置４２ｂの双方で受信されることになる。

情報処理装置３の中央処理装置（ＣＰＵ）は、ハードディスク装置（ＨＤ）から位置特定・管理プログラムを読み出して、テーブルに設定された受信装置毎の真理値表に基づい
て受信装置４２ａと受信装置４２ｂとの組み合わせからエリアＡＲ４１を特定することになる。

図７は、広範囲な屋外（グラウンド、駐車場、校庭等）における位置特定を漏洩型同軸ケーブルと、八木アンテナとを組み合わせて行う場合を示したものである。

当該四角形状のグラウンドには、その周辺に漏洩型同軸ケーブル（ＬＣＸ−Ａ〜Ｄ）が敷設されている。

そして、同図において左下の角部には、扇状の範囲で送受信可能特性を有する指向性アンテナとしての八木アンテナ（Ｙａｇｉ−ＡＮＴ１〜３）が、右下の角部には、八木アンテナ（Ｙａｇｉ−ＡＮＴ４）が、それぞれ垂直偏波モードで配置されている。

また、漏洩型同軸ケーブル（ＬＣＸ−Ａ〜Ｄ）は図示しない受信装置に終端され、八木アンテナ（Ｙａｇｉ−ＡＮＴ１〜３）もそれぞれ受信装置に接続され、さらに情報処理装置３（この図では図示せず）に接続されている。

漏洩型同軸ケーブル（ＬＣＸ−Ａ〜Ｄ）については、それぞれの途中部分で受信装置を配置して検出領域を分割して検出区間を区切ることによって、八木アンテナの指向性を極端に絞らなくても位置認識が可能となる。

たとえば、同図中トランシーバ６１ａが発信した場合、漏洩型同軸ケーブル（ＬＣＸ−Ｂ）と八木アンテナ（Ｙａｇｉ ＡＮＴ１）で受信される。これらの各アンテナの受信状態を情報処理装置３を中央処理装置（ＣＰＵ）が位置特定・管理プログラムに基づいて、処理テーブルの真理値表を参照してトランシーバ６１ａの位置を特定する。

また、図中のトランシーバ６１ｂの場合、八木アンテナ（Ｙａｇｉ ＡＮＴ１〜３）によってのみ受信されるからトランシーバ６１ｂの位置が特定される。

さらに、図中のトランシーバ６１ｃの場合、八木アンテナ（Ｙａｇｉ ＡＮＴ２および４）でのみ受信されるため、トランシーバ６１ｃの位置が特定される。

このように、漏洩型同軸ケーブルによるアンテナ機能のみでなく、扇状の範囲で指向特性を有している八木アンテナと組み合わせることによって、広範な範囲内でのトランシーバの位置特定が可能となる。

本発明は、屋外（グラウンド、駐車場）や屋内（屋内、ビル、工場）および地下（洞道、地下街）において、特定小電力無線装置での交信時の位置特定に利用できる。

本発明の実施形態である位置特定システムの全体構成を示す装置ブロック図 情報処理装置のハードウエア構成を示すブロック図 漏洩同軸ケーブルからの距離と減衰器による減衰量との関係を示す図表 位置特定システムを２次元空間に特化して示した説明図 建物内の各階に漏洩型同軸ケーブルを敷設した状態を示す説明図 ＸＹ方向に格子状に漏洩型同軸ケーブルを敷設した状態を示す説明図 屋外（グラウンドや駐車場）において扇状の範囲で送受信可能特性を有する指向性アンテナと組み合わせた場合の説明図

符号の説明

１ａ〜１ｄ 受信装置
１ａＡｎｔ〜１ｄＡｎｔ 漏洩型同軸ケーブル
２ａ〜２ｃ トランシーバ
３ 情報処理装置
４１ａ〜４３ａ 受信装置（Ｘ方向）
４１ｂ〜４３ｂ 受信装置（Ｙ方向）
６１ａ〜６１ｃ トランシーバ
ＡＲ１〜ＡＲ９ エリア
ＡＲ４１〜ＡＲ４３ エリア
ＣＰＵ 中央処理装置
ＢＵＳ バス
ＨＤ ハードディスク装置
ＭＭ メモリ
ＤＩＳＰ ディスプレイ装置
ＫＢＤ キーボード
ＬＣＸ−Ａ〜Ｄ 漏洩型同軸ケーブル
Ｉ／Ｏ 入出力装置
Ｙａｇｉ ＡＮＴ１〜４ 八木アンテナ

Claims (5)

1. 少なくとも２以上の受信装置と、
   前記２以上の受信装置にそれぞれ接続されて空間の２次元方向または３次元方向に敷設された系統別のライン状アンテナと、
   前記空間内に位置するトランシーバとの通信が前記いずれか１系統または２系統以上のライン状アンテナを介した受信装置からの送受信情報により前記トランシーバの位置を特定する情報処理装置と
   からなる特定小電力無線方式を利用した位置特定システム。
2. 前記ライン状アンテナと受信装置との間に前記トランシーバとの送受信範囲を制限する減衰手段が介装されていることを特徴とする請求項１記載の特定小電力無線方式を利用した位置特定システム。
3. 複数のライン状アンテナが一つの受信装置に接続されており、複数のライン状アンテナと受信装置との間には、複数のライン状アンテナで構成される一つの送受信範囲からのトランシーバの送受信情報を合成する合成手段が介装されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の特定小電力無線方式を利用した位置特定システム。
4. 前記ライン状アンテナは漏洩型同軸ケーブルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の特定小電力無線方式を利用した位置特定システム。
5. 前記に加えて、扇状の範囲で送受信可能特性を有する指向性アンテナをさらに有し、前記漏洩型同軸ケーブルが接続された受信装置からの送受信状態情報と、前記指向性アンテナの送受信情報とから前記トランシーバの位置を特定する請求項１〜４のいずれかに記載の特定小電力無線方式を利用した位置特定システム。

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