JP2007538265A - 距離比率を用いた移動通信端末機の位置決め方法及びシステム - Google Patents

Abstract

距離比率を用いた移動通信端末機の位置決め方法およびシステムを提供する。移動通信端末機の位置決め方法は、複数の基地局より基地局識別信号を受信する段階と、前記受信された基地局識別信号から前記複数の基地局と移動通信端末機との間の距離間の比率を計算する段階と、前記距離間の比率から第１変数及び第２変数を生成する段階と、前記第１変数及び前記第２変数から前記移動通信端末機の位置を決める段階と、を備える。

Description

本発明は、移動通信網において移動通信端末機の位置を決める方法及びシステムに関し、より詳細には、セルラー（ｃｅｌｌｕｌａｒ）移動通信基地局より受信された信号から計算される基地局間の距離比率を用いて、移動通信端末機の位置を決める方法及びシステムに関する。

現在、移動通信端末機の位置を基盤とするサービスが多様に開発されている。すなわち、移動通信端末機を所持したユーザに現在位置と関連した便利な情報が容易かつ速くサービスされることができる。例えば、交通流れを知らせてくれる交通情報、事故や災難に対処するための周辺地域情報、レジャーのための観光地情報などがサービスされることができる。その他にも、地域特産品や記念品ショッピング、現場チケット発行などのためのモバイルコマース（ｍｏｂｉｌｅ ｃｏｍｍｅｒｃｅ）や物流管制（貨物及び車両追跡）サービス等も移動通信端末機の位置を基盤としてなされることができる。

図１のように、移動通信網内で移動中の端末機は、複数の基地局（ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３）と固有識別情報を受け渡ししながら通信する。複数の基地局（ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３）との関係で移動通信端末機の位置Ｘ（ｘ、ｙ、ｚ）を決めるために多様な技術が開発されてきた。

例えば、端末機基盤側位技術（Ｈａｎｄｓｅｔ−ｂａｓｅｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）として、Ｑｕａｌｃｏｍｍ／ＳｎａｐＴｒａｃｋ社のＡ−ＧＰＳ技術（ｇｐｓＯｎｅ）、米国Ｓｕｒｆ社のＡ−ＧＰＳ技術、イギリスＣＰＳ（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）社のＥ−ＯＴＤ等の技術がある。しかしながら、このような端末機基盤側位技術は、端末機に新しいＨ／Ｗ（Ｈａｒｄｗａｒｅ）及びＳ／Ｗ（Ｓｏｆｔｗａｒｅ）の追加を必要とするため、端末機の製造原価に影響を与え、端末機の側位を助けるための新たなネットワーク要素であるＰＤＥ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ Ｅｎｔｉｔｙ）も必要とする高価のソリューションである。また、既存端末機だけでなく、新しいＨ／Ｗを搭載していないあらゆる新規端末機は支援できず、専用端末機のみ支援するという決定的な短所を有する。Ｅ−ＯＴＤ技術の場合には、ＧＳＭ（Ｇｒｏｕｐ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｍｏｂｉｌｅ）規格に基盤した技術であるので、携帯インターネットに適用が不可能であり、これを携帯インターネットに適用させるためには完全に新しい技術の開発が必要だという問題点もある。

また、他の例として、無線網基盤側位技術（Ｎｅｔｗｏｒｋ―ｂａｓｅｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）が挙げられ、複数の基地局より受信された信号の時間差または位相差を用いるＴｒｕｅｐｏｓｉｔｉｏｎ社のＵ―ＴＤＯＡ、Ｑｕａｌｃｏｍｍ／ＳｎａｐＴｒａｃｋ社のＡＦＬＴ技術（ｇｐｓＯｎｅ）などがある。これは、無線ネットワークデータを用いて側位する方式であって、Ｈ／Ｗの追加無しに端末機の変更を最小化しながら無線ネットワークにＨ／ＷおよびＳ／Ｗを追加する方式であり、場合によってはＰＤＥが必要な場合もある。この方式では、あらゆるアクセスネットワーク要素に側位のためのＨ／Ｗの追加を必要とするので、ネットワーク事業者にとって非常に大きな初期投資を要する技術である。また、構築後にも無線ネットワークの変更及び進化に応じて持続的な投資及び維持補修が必要だという問題点がある。

また、移動通信端末機の位置Ｘ（ｘ、ｙ、ｚ）を決めるために、複数の基地局（ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３）からのＲＳＳ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ：受信される信号の強さ）を距離で換算する三角測量法が開発されてきた。しかしながら、ＲＳＳが周辺環境の影響に非常に敏感且つ不安定なので、このような三角測量法は非常に不正確であり、このため移動通信網で使用するのに適合していないという問題点がある。

その他にも、位置別に複数の基地局より受信される信号値をデータベース化し、これを測定された信号値と比較することで、移動通信端末機の現在位置を決めようとするデータベースパターンマッチング技術がある。しかしながら、このようなデータベースパターンマッチング技術では、非常に多くの位置における信号値に対してデータベース化しなければならないだけでなく、基地局の位置、方向、周辺建物の位置などが変わるたびにこれを反映してデータベースをアップデートしなければならないので、データベースの構築、維持及び管理に莫大な費用が所要されるという問題点がある。

このように、性能向上のための側位技術の具現は、殆どハードウェアー的なソリューションであり、上述したようにハードウェアー的な接近方法は莫大な費用が要求されるため、国内外移動通信事業者は商用化した製品を採択することが難しい実情にある。また、従来の技術は、良くない周辺環境、例えば室内や陰影地域では正確度が劣るという短所があり、これを克服するためのソリューションは莫大な追加費用およびシステム変更を要求する。

この反面、ソフトウェアを基盤として移動通信端末機の位置を決めようとする試みがあるが、未だ単純な数学的アルゴリズムで接近する程度に過ぎず、移動通信網の実際的な様々な特性を複合的に考慮しない不正確な方法であるため、商用化されていない。また、全世界の移動通信ネットワーク環境によって、側位技術の性能をアップグレードしなければならないという問題点を効果的に解決することができない。

本発明は、前記問題点を解決するためのもので、本発明の目的は、移動通信網で複数の基地局より受信された信号が不安定であっても移動通信端末機の位置が正確に決められるように、複数の基地局から移動通信端末機までの距離間の比率から移動通信端末機の位置を決める方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、前記移動通信端末機の位置決め方法を実現するシステムを提供することにある。

前記目的を達成するために本発明の一面に係る移動通信端末機の位置決め方法は、複数の基地局より一定信号を受信する段階と、前記受信された信号から前記複数の基地局と移動通信端末機との間の距離間の比率を計算する段階と、前記距離間の比率から第１変数及び第２変数を生成する段階と、前記第１変数及び前記第２変数から前記移動通信端末機の位置を決める段階と、を備える。

前記移動通信端末機の位置決め方法は、前記受信された信号から前記複数の基地局の中心を判断する段階と、前記判断された中心から一定半径内で基地局信号が受信されない仮想基地局の位置値を抽出する段階と、をさらに備え、前記仮想基地局の位置値を前記移動通信端末機の位置決めに用いることができる。

前記目的を達成するために本発明の他面に係る移動通信端末機の位置決め方法は、複数の基地局より一定信号を受信する段階と、前記受信された信号から前記複数の基地局各々と移動通信端末機との間の距離を基盤とする加重値を計算する段階と、前記加重値と前記複数の基地局の位置値から前記移動通信端末機の位置を決める段階と、を備える。

前記他の目的を達成するために本発明の一面に係る移動通信端末機の位置決めシステムは、複数の基地局より受信された信号から、前記複数の基地局と移動通信端末機との間の距離間の比率を計算する距離比率計算部と、前記距離間の比率から第１変数及び第２変数を生成するマーク計算部と、前記第１変数及び前記第２変数から前記移動通信端末機の位置を決める位置決め部と、を備える。

前記移動通信端末機の位置決めシステムは、前記複数の基地局より受信された信号から前記複数の基地局の中心を判断し、前記判断された中心から一定半径内で基地局信号が受信されない仮想基地局の位置値を抽出する仮想基地局選定部をさらに備え、前記位置決め部は、前記仮想基地局の位置値を前記移動通信端末機の位置決めに用いることができる。

前記他の目的を達成するために本発明の他面に係る移動通信端末機の位置決めシステムは、複数の基地局より受信された信号から、前記複数の基地局各々と移動通信端末機との間の距離を基盤とする加重値を計算する加重値計算部と、前記加重値と前記複数の基地局の位置値から前記移動通信端末機の位置を決める位置決め部と、を備える。

以下、添付の図面及び図面に記載された内容を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明するが、本発明が実施形態により制限または限定されるものではない。各図面に提示された同一参照符号は同一部材を示す。

移動通信網内で基地局は、固有識別情報と共に一定データ、すなわち、文字や音声データなどを移動中の移動通信端末機と受け渡ししながら通信することができる。移動通信端末機が通話やメッセージ送信またはインターネット接続などを遂行しない待機モードである場合にも、基地局は、移動通信端末機と基地局識別信号を受け渡しして移動通信端末機の現在の状態を確認することができる。

まず、二つの基地局と移動通信端末機との間の距離間の比率を計算する方法を説明する。

移動通信端末機が移動通信網で何れか一つの基地局より受信する信号の強さまたはパワーＰ_RXは、ｄＢ（ｄｅｃｉｂｅｌ）スケールで表す時に、数式３のように単純化させることができる。数式３において、Ｐ_TXは基地局のパイロットチャンネルから発信される信号のパワーであり、Ｐ_pathlossは基地局からの発信信号が移動通信端末機まで伝達される過程で損失するパワーである。

前記損失パワーＰ_pathlossは数式４のように表される。数式４において、ｄは基地局から移動通信端末機までの距離を示し、ｎは距離による損失の程度を示す経路損失指数（ｐａｔｈｌｏｓｓ ｅｘｐｏｎｅｎｔ）である。

数式４においてｎは２〜４の値を有する。例えば、ｎの値は都心地で４、または市外郭や郊外で２．５〜３程度である。基地局より発信された信号を移動通信端末機が受信する時、受信される信号の減殺は基地局と端末機との間の距離（ｄ）によってのみ決められるものでなく、信号電波が伝達される経路の環境（例えば、障害物の通過可否、陰影地域、反射、回折等）によって大きく影響を受ける。この時の環境的な影響（ｓｈａｄｏｗｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）による損失パワーが、数式４においてＸ_shadowingで表されている。前記損失パワーＸ_shadowingは、平均値０を中心に一定のばらつきを有するログノーマル（ｌｏｇ ｎｏｒｍａｌ）分布を示すと知られている。以下、前記損失パワーＸ_shadowingは無視されると仮定する。

前記損失パワーＸ_shadowingが無視される場合に、基地局と移動通信端末機との間の距離（ｄ）は数式５のように表す。

したがって、基地局より受信された信号のパワーＰ_RXから距離（ｄ）を正確に計算するためには、基地局よりの発信信号のパワーＰ_TXを分からなければならない。本発明では、基地局のパイロットチャンネルから発信された信号のパワーが全部同一であると仮定する。この時、図２のように互いに異なる基地局ＢＳ（ｉ）、ＢＳ（ｊ）から移動通信端末機の位置Ｘ（ｘ、ｙ）までの距離比率（ｄ_j／ｄ_i）は、各基地局より受信された信号のパワーＰ_RXi及びＰ_RXjから数式６のように表す。前記距離比率（ｄ_j／ｄ_i）は、二つの基地局より受信された二つの信号間のパワーの差を基盤にして計算されることが分かる。

上記のような距離比率計算を通じて移動通信端末機の位置を決める本発明の一実施形態に係る非線形最小二乗（ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅ）方法の流れ図が図３に示されている。

本発明に係る非線形最小二乗方法により移動通信端末機の位置を決めるために、まず、数式６のような計算方法によって基地局と移動通信端末機との間の距離間の比率（ｄ₁／ｄ_i）を計算する（Ｓ３１０）。ここで、移動通信網内のｎ個の基地局のうち第１基地局の位置（ｘ１、ｙ１）から移動通信端末機の位置Ｘ（ｘ、ｙ）までの距離をｄ₁とし、前記第１基地局を除外した他の基地局各々の位置（ｘｉ、ｙｉ）から移動通信端末機の位置Ｘ（ｘ、ｙ）までの距離をｄ_iとする。すなわち、前記計算される距離間の比率（ｄ₁／ｄ_i）は、前記第１基地局と前記移動通信端末機との間の距離（ｄ₁）と、前記ｎ個の基地局各々と前記移動通信端末機との間の距離（ｄ_i）を、比較した比率に該当する。

上記のように、前記距離間の比率（ｄ₁／ｄ_i）が計算されると、前記比率（ｄ₁／ｄ_i）を変数とするアポロニオス（Ａｐｏｌｌｏｎｉｕｓ）円の上に、移動通信端末機が位置できる点のマークＸ（ｘ、ｙ）を数式７のように示す。ｃ_iは数式８のように前記距離間の比率（ｄ₁／ｄ_i）各々の自乗を示す。アポロニオス円は、２次元平面上の二つの点の間の距離比率（例えば、ｄ₁／ｄ_i）が与えられる時、その比率を満たす点のマークを示す。

数式７を整理すれば数式９の通りである。数式９においてＯ_i（Ｏｘｉ、Ｏｙｉ）＝（（ｃ_iｘｉ−ｘ１）／（ｃ_i−１）、（ｃ_iｙｉ−ｙ１）／（ｃ_i−１））は、図４にも示されたように、第１基地局の位置（ｘ１、ｙ１）と端末機の位置Ｘ（ｘ、ｙ）間の距離（ｄ₁）と、他の基地局それぞれの位置（ｘｉ、ｙｉ）と端末機の位置Ｘ（ｘ、ｙ）間の距離（ｄ_i）との間の比率により、設けられるアポロニオス円の中心であり、その円の半径Ｐｉは数式１０のように示す（Ｓ３２０）。基地局は固有識別情報と共に移動通信端末機と通信するので、基地局それぞれの位置（ｘｉ、ｙｉ）は予め計算することができると仮定する。

ｎ個の基地局より受信された信号に環境的な影響をはじめとするエラーが含まれなければ、全体距離比率の組合ｎ（ｎ−１）／２個のうちｎ−１個だけが独立的であり、ｎ＞＝４という条件で上記のあらゆるアポロニオス円は１点で会うようになる。この位置が２次元平面上における端末機の位置となる。しかしながら、実質的に環境的な影響が完全に無視されることは不可能なので、アポロニオス円が１点で会わなくて（ｎ−１）個以上の距離比率の組合が使用されることができる。しかしながら、実験結果（ｎ−１）個の組合だけを使用した場合の正確度と、（ｎ−１）個以上を使用した場合の正確度との間に、大きな差がなかったため（複雑度は増える）、数式８のように第１基地局からの距離（ｄ₁）と、他の基地局各々からの距離（ｄ_i）との間の（ｎ−１）個の比率だけが用いられる。

移動通信端末機の位置Ｘ（ｘ、ｙ）は、数式１１のように非線形最小二乗の問題を計算することによって決められる（Ｓ３３０、Ｓ３４０）。ここで、｜｜は二つの位置座標間の距離を示し、Σターム（ｔｅｒｍ）が最小になるＸ（ｘ、ｙ）を見出すアーギュメント（ａｒｇｕｍｅｎｔ）の計算は、ニュートン方法（Ｎｅｗｔｏｎｓ Ｍｅｔｈｏｄ）のような非線形最適化技法により行われることができる。

すなわち、前記アポロニオス円の中心Ｏ_i（Ｏｘｉ、Ｏｙｉ）から前記移動通信端末機の位置Ｘ（ｘ、ｙ）までの距離の自乗｜Ｘ−Ｏ_i｜²と、アポロニオス円の半径の自乗Ｐｉ²との差値である｜Ｘ−Ｏ_i｜²−Ｐｉ²の合計が最小になる位置を求める。この時、その差値｜Ｘ−Ｏ_i｜²−Ｐｉ²をＰｉ²で割る理由は、アポロニオス円の半径が大きな場合に、算出される前記移動通信端末機の位置Ｘ（ｘ、ｙ）が距離比率の測定誤差によって、大きく影響を受ける可能性があるためである。言い換えれば、アポロニオス円の半径が大きな場合に、分子の｜Ｘ−Ｏ_i｜²−Ｐｉ²値を最小化させる全体目的関数のΣタームに寄与する部分が必要以上大きくなることを防止するために、半径の自乗Ｐｉ²を分母として｜Ｘ−Ｏ_i｜²−Ｐｉ²値を割る。

上記のような図３に係る非線形最小二乗方法により、基地局よりの距離比率計算を用いて移動通信端末機の位置を決める本発明の一実施形態に係る移動通信端末機の位置決めシステム５００のブロック図が図５に示されている。図５を参照すると、前記位置決めシステム５００は、距離比率計算部５１０、マーク計算部５２０及び位置決め部５３０を有する。

前記距離比率計算部５１０は、（ｘｉ、ｙｉ）位置にあるｎ（ｉ＝１〜ｎ）個の基地局より発信される一定信号を受信する。これにより、前記距離比率計算部５１０は、前記基地局より受信された信号から、前記基地局と移動通信端末機との間の距離間の比率（ｄ₁／ｄ_i）を計算する（図３のＳ３１０参照）。

前記距離比率計算部５１０において前記距離間の比率（ｄ₁／ｄ_i）が計算されると、前記マーク計算部５２０は、前記比率（ｄ₁／ｄ_i）から、前記移動通信端末機が位置できる点のマークＸ（ｘ、ｙ）を示すアポロニオス円（数式９）の中心Ｏ_i（Ｏｘｉ、Ｏｙｉ）および半径Ｐｉを計算する（図３のＳ３２０参照）。前記アポロニオス円（数式９）の中心はＯ_i（Ｏｘｉ、Ｏｙｉ）＝（（ｃ_iｘｉ−ｘ１）／（ｃ_i−１）、（ｃ_iｙｉ−ｙ１）／（ｃ_i−１））であり、前記半径は数式１０の通りである。

これにより、前記位置決め部５３０は、前記アポロニオス円（数式９）の中心Ｏ_i（Ｏｘｉ、Ｏｙｉ）および半径Ｐｉから、数式１１に係る非線形最小二乗問題を計算することによって前記移動通信端末機の位置Ｘ（ｘ、ｙ）を決める（図３のＳ３３０、Ｓ３４０参照）。前記位置決め部５３０は、前記アポロニオス円の中心Ｏ_i（Ｏｘｉ、Ｏｙｉ）から前記移動通信端末機の位置Ｘ（ｘ、ｙ）までの距離の自乗｜Ｘ−Ｏ_i｜²と、アポロニオス円の半径の自乗Ｐｉ²との差｜Ｘ−Ｏ_i｜²−Ｐｉ²の合計が最小になる位置を前記移動通信端末機の位置として決めるために、数式１１のΣタームが最小になるＸ（ｘ、ｙ）を見出すアーギュメント計算を遂行する。

以下、前記非線形最適化技法の計算複雑度を減らしてより簡単に計算するものの、前記非線形最適化技法と類似した程度に前記移動通信端末機の位置を正確に決めることができる、加重値重心技法（Ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｃｅｎｔｒｏｉｄ ｍｅｔｈｏｄ）を説明する。

非線形最適化技法と同様に、基地局よりの距離間の比率（ｄ₁／ｄ_i）を用いて、移動通信端末機の位置を決める本発明の他の実施形態に係る加重値重心技法の流れ図が図６に示されている。

本発明に係る加重値重心技法によって移動通信端末機の位置を決めるために、まず、数式１２のような加重値ｗ_iを計算する（Ｓ６１０）。ここで、前記加重値ｗ_iは、ｎ個の基地局それぞれと前記移動通信端末機との間の距離の逆数であることが分かる。

上記のように、前記加重値ｗ_iとして各基地局との距離の逆数が用いられる代わりに、数式６のような計算方法によって基地局と移動通信端末機との間の距離間の比率（ｄ₁／ｄ_i）が用いられることもある。すなわち、前記加重値ｗ_iとして一定基地局と前記移動通信端末機との間の距離（ｄ₁）と、前記複数の基地局各々と前記移動通信端末機との間の距離（ｄ_i）を、比較した比率（ｄ₁／ｄ_i）が用いられることもある。

これにより、移動通信端末機の位置Ｘ（ｘ、ｙ）は、数式１３のように各基地局の位置Ｓｉ（ｘｉ、ｙｉ）に前記加重値ｗ_iをかけて足した後、前記加重値ｗ_iの合計で割る値として決められる（Ｓ６２０、Ｓ６３０）。ここで、前記加重値ｗ_iとして基地局と移動通信端末機との間の距離間の比率（ｄ₁／ｄ_i）が用いられる場合にも、同じ結果が出ることが分かる。

このような加重値重心技法では、凸包（ｃｏｎｖｅｘ ｈｕｌｌ）、すなわち、ｎ個の基地局の位置を全部カバーする最小サイズの多角形内の値により、前記移動通信端末機の位置Ｘ（ｘ、ｙ）が決められるという限界があるが、一般的な都心環境では、平均的に非線形最適化技法と類似した程度の正確度を示す。

上記のような図６に係る加重値重心技法によって、基地局からの距離比率計算を用いて移動通信端末機の位置を決める本発明の他の実施形態に係る移動通信端末機の位置決めシステム７００のブロック図が図７に示されている。図７を参照すると、前記位置決めシステム７００は、加重値計算部７１０及び位置決め部７２０を有する。

前記加重値計算部７１０は、（ｘｉ、ｙｉ）位置にあるｎ（ｉ＝１〜ｎ）個の基地局より発信される一定信号を受信する。これにより、前記加重値計算部７１０は、前記基地局より受信された信号から、数式１２のように前記基地局各々と移動通信端末機との間の距離を基盤とする加重値ｗ_iを計算する（図６のＳ６１０参照）。上述したように、前記加重値ｗ_iとして数式１２に係る前記基地局各々と前記移動通信端末機との間の距離の逆数が用いられ、または、一定基地局と前記移動通信端末機との間の距離（ｄ₁）と、前記複数の基地局各々と前記移動通信端末機との間の距離（ｄ_i）を比較した比率（ｄ₁／ｄ_i）が用いられる。

前記加重値計算部７１０において前記加重値ｗ_iが計算されると、これにより、前記位置決め部７２０は、数式１３に係る加重値重心を計算することによって、前記加重値ｗ_iと前記複数の基地局の位置値Ｓｉ（ｘｉ、ｙｉ）から前記移動通信端末機の位置を決める（図６のＳ６２０、Ｓ６３０参照）。前記位置決め部７２０は、前記加重値ｗ_iによる前記基地局の位置値Ｓｉ（ｘｉ、ｙｉ）の平均を前記移動通信端末機の位置として決めるために、各基地局の位置Ｓｉ（ｘｉ、ｙｉ）に前記加重値ｗ_iをかけて足した値を、前記加重値ｗ_iの合計で割る計算を遂行する。

一方、図３の非線形最適化技法によって計算された移動通信端末機の位置が、前記端末機が信号を受信していない基地局と近ければ、その計算された端末機の位置は、信号強さ測定値が周辺環境の影響を大きく受けたので、計算し間違った位置である可能性が高い。信号を受信していない基地局との距離比率が反映されなかったためである。したがって、このような誤りを除去するための本発明のさらに他の実施形態に係る仮想基地局選定技法を提案する。

図３で記述された非線形最適化技法と同様に、基地局からの距離間の比率（ｄ₁／ｄ_i）を用いて、移動通信端末機の位置を決める本発明のさらに他の実施形態に係る仮想基地局選定技法の流れ図が図８に示されている。

本発明に係る仮想基地局選定技法によって移動通信端末機の位置を決めるために、まず、図３と同様に、数式６のような計算方法によって基地局と移動通信端末機との間の距離間の比率（ｄ₁／ｄ_i）を計算する（Ｓ８１０）。上記のように、前記距離間の比率（ｄ₁／ｄ_i）が計算されると、図３についての説明でも記述したように、数式９によって第１基地局の位置（ｘ１、ｙ１）と端末機の位置Ｘ（ｘ、ｙ）間の距離（ｄ₁）と、他の基地局それぞれの位置（ｘｉ、ｙｉ）と端末機の位置Ｘ（ｘ、ｙ）間の距離（ｄ_i）との間の比率で、設けられるアポロニオス円の中心Ｏ_i（Ｏｘｉ、Ｏｙｉ）および半径Ｐｉ（数式１０）を計算する（Ｓ８２０）。

この時、図９のように、移動通信端末機が信号を受信した基地局の位置の中心（ＢＳＯ）を決め、その中心（ＢＳＯ）から一定距離９１０以内にあるが、移動通信端末機が信号を受信していない仮想基地局の位置値Ｖ_j（例えば、２次元ベクター）を抽出する（Ｓ８３０）。後続計算では、計算された移動通信端末機の位置が仮想基地局の位置Ｖ_jの一定臨界値（Ｄｔｈ）内に入らないようにする。

このため、図３の非線形最適化技法によって最小化アーギュメントを求める数式１１のΣタームの内部が修正される。すなわち、移動通信端末機の位置Ｘ（ｘ、ｙ）は数式１４のように計算することによって決められる（Ｓ８４０、Ｓ８５０）。ここで、スケール（ＳＣＡＬＥ）は任意の係数であり、ｍは上記で選定された仮想基地局の数である。数式１４によれば、移動通信端末機の位置Ｘ（ｘ、ｙ）と仮想基地局の位置Ｖ_j間の距離が臨界値Ｄｔｈより小さくなると（すなわち、仮想基地局と近い場合）、アーギュメント目的関数の値を大きくさせるので、その仮想基地局の位置は反映されない。すなわち、数式１４で後で追加されたΣターム内の式（ｓｉｇｍｏｉｄ関数）において、端末機の位置と仮想基地局との間の距離｜Ｘ−Ｖ_j｜が、臨界値Ｄｔｈより大きい時は０に近くて目的関数を小さくするため位置決めに反映され、Ｄｔｈより小さい時は任意の係数スケール値へ急激に大きくなって目的関数を大きくするため位置決めに反映されない。

上記のような図８に係る仮想基地局選定技法により、基地局からの距離比率計算を用いて移動通信端末機の位置を決める本発明のさらに他の実施形態に係る移動通信端末機の位置決めシステム１０００のブロック図が図１０に示されている。図１０を参照すると、前記位置決めシステム１０００は、距離比率計算部１０１０、マーク計算部１０２０、仮想基地局選定部１０３０及び位置決め部１０４０を有する。前記距離比率計算部１０１０及び前記マーク計算部１０２０の動作は、図５の距離比率計算部５１０及びマーク計算部５２０の動作と同一なので、それに対する説明は省略し、その他の部分を中心に説明する。

前記距離比率計算部１０１０は、（ｘｉ、ｙｉ）位置にあるｎ（ｉ＝１〜ｎ）個の基地局より発信される一定信号を受信し、前記基地局と移動通信端末機との間の距離間の比率（ｄ₁／ｄ_i）を計算する（図８のＳ８１０参照）。

前記距離比率計算部１０１０で前記距離間の比率（ｄ₁／ｄ_i）が計算されると、前記マーク計算部１０２０は、前記比率（ｄ₁／ｄ_i）から数式９のアポロニオス円の中心Ｏ_i（Ｏｘｉ、Ｏｙｉ）および半径Ｐｉを計算する（図８のＳ８２０参照）。前記アポロニオス円（数式９）の中心はＯ_i（Ｏｘｉ、Ｏｙｉ）＝（（ｃ_iｘｉ−ｘ１）／（ｃ_i−１）、（ｃ_iｙｉ−ｙ１）／（ｃ_i−１））であり、前記半径は数式１０の通りである。

前記仮想基地局選定部１０３０は、前記基地局より受信された信号から、信号が受信された基地局の中心（ＢＳＯ）を判断する。前記仮想基地局選定部１０３０は、図９のように、前記判断された中心（ＢＳＯ）から一定半径９１０内で基地局信号が受信されない仮想基地局の位置値Ｖ_jを抽出する。

これにより、前記位置決め部１０４０は、前記仮想基地局の位置値Ｖ_j、前記アポロニオス円（数式９）の中心Ｏ_i（Ｏｘｉ、Ｏｙｉ）および半径Ｐｉから、数式１４に係る最小化アーギュメント問題を計算することによって、前記移動通信端末機の位置Ｘ（ｘ、ｙ）を決める（図８のＳ８４０、Ｓ８５０参照）。前記位置決め部１０４０は、前記移動通信端末機と仮想基地局との距離が臨界値Ｄｔｈより小さくならないように移動通信端末機の位置を決める。

上述したように、本発明の実施形態に係る移動通信端末機の位置決めシステム５００、７００、１０００は、移動通信端末機内に搭載されることができ、前記システム５００、７００、１０００が搭載された移動通信端末機を携帯したユーザは、移動中にも端末機の位置を基盤とする多様なサービスを提供されることができる。

図１１のように、前記位置決めシステム５００、７００、１０００は、移動通信端末機とネットワークで連結された一定側位サーバに搭載される。例えば、移動通信端末機が基地局より受信した信号をネットワークを介して前記側位サーバに送信することができ、これにより前記側位サーバは、図３、図６または図８に係る移動通信端末機の位置を決めることができる。前記側位サーバで決められた移動通信端末機の位置情報は、再び位置基盤サービス情報と共に前記移動通信端末機にフィードバックされることができる。前記側位サーバは、基地局、基地局制御機、または基地局交換機等に位置することができ、移動通信端末機から信号を受信することができる所であれば、その設置場所は限定されない。

但し、現在、移動通信端末機のプロセッサー、メモリー、ＲＦモジュール等のリソース環境が急激に向上されることを考慮し、本発明に係る位置決めシステムの構成を移動通信端末機に搭載して移動通信端末機内で動作させることにより、移動通信端末機がネットワークを介した側位サーバの助けなく、各基地局より受信する基地局識別情報を用いて端末機の位置決めを直接遂行するようにすることができる。すなわち、位置決めシステムを移動通信網内で別途のプラットホーム（ｐｌａｔｆｏｒｍ）形態に構築するものでなく、移動通信端末機の内部に搭載することによって、移動通信端末機の位置を決める時に移動通信端末機と側位サーバとの間に互いに受け渡しするメッセージによって発生し得るシステムの負荷を減らし、別途のプラットホーム構築時に所要される費用を節減し、移動通信事業者にとって位置基盤サービス（ＬＢＳ）を早期に導入及び活性化させることができるという長所が得られる。

前記実施形態では、基地局より受信される基地局識別信号としてパイロット信号を例示しているが、それぞれの基地局より受信される信号を端末機で区別して各信号の強さ（パワー）を求めることができる信号であれば、その他の形態の信号も使用されることができるという点は、本発明の属する技術分野の当業者にとっては自明であると言えよう。

上記した方式は、基地局が発信した信号の強さを移動通信端末機または一定側位サーバが測定して端末機の現在位置を決めるダウンリンク（Ｄｏｗｎｌｉｎｋ）に該当する。しかしながら、上記した方式は、アップリンク（Ｕｐｌｉｎｋ）にも適用することができる。すなわち、例えば、図１２のように、複数の基地局が移動通信端末機より発信される基地局識別信号を受信し、各基地局で受信された基地局識別信号をネットワークを介して一定側位サーバで収集する。これにより、前記側位サーバは、図３、図６または図８によって信号の強さの差により決められる距離比率を用いて、移動通信端末機の位置を決めることができる。前記側位サーバで決められた移動通信端末機の位置情報は、再び位置基盤サービス情報と共に前記移動通信端末機にフィードバックされることができる。

本発明に係る移動通信端末機の位置決め方法及びシステムに対して、上記で２次元平面を仮定し記述したが、これに限定されず、数学式の若干の修正によって３次元空間への拡張適用が可能である。

また、本発明に係る移動通信端末機の位置決め方法及びシステムは、移動通信網をはじめとして携帯インターネット（例えば、Ｗｉｂｒｏ）のようなあらゆる種類の無線通信サービスに適用可能である。

上述したように、本発明に係る移動通信端末機の位置決め方法及びシステムでは、複数の基地局から移動通信端末機までの距離間の比率（ｄ₁／ｄ_i）を基盤として、前記移動通信端末機の位置が決められる。前記移動通信端末機の位置を決める方法として、前記距離間の比率（ｄ₁／ｄ_i）に簡単に加重値をかけて平均する加重値重心技法、前記距離間の比率（ｄ₁／ｄ_i）を変数とするアポロニオス円を用いる非線形最適化技法、または、前記移動通信端末機が信号を受信していない仮想基地局を選定する技法が用いられる。

本明細書に開示された方法及び装置で使われる機能は、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に、コンピュータが読み取り可能なコードとして具現することが可能である。コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、コンピュータシステムによって読み取られるデータが保存されるあらゆる種類の記録装置を含む。コンピュータで読み取り可能な記録媒体の例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピー（登録商標）ディスク、光データ貯蔵装置などがあり、また、搬送波（ｃａｒｒｉｅｒ ｗａｖｅ、例えばインターネットを介した送信）の形態で具現されることも含む。また、コンピュータで読み取り可能な記録媒体は、ネットワークで連結されたコンピュータシステムに分散され、分散方式でコンピュータが読み取り可能なコードが保存され実行されることができる。

以上、本発明を実施形態および図面により説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で当業者によって色々な変形が可能である。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態に限定されて決められず、後述する特許請求範囲だけでなく、この特許請求範囲と均等なものにより決められるべきである。

上述したように、本発明に係る移動通信端末機の位置決め方法及びシステムでは、複数の基地局から移動通信端末機までの距離間の比率を用いるので、複数の基地局より受信された信号の強さやこれにより計算された距離値は、室内や陰影地域などのように周辺環境影響により大きな変動を受けるとしても、その相対的の距離比率の安定性によって移動通信端末機の位置が正確に決められる効果がある。前記移動通信端末機の位置決め方法及びシステムは、多様な形態の無線通信サービスに少ない費用で適用することができる。

移動通信網において基地局と移動通信端末機との間の一般的な関係を説明するための図である。 本発明に係る距離比率計算方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る移動通信端末機の位置決め方法を説明するための流れ図である。 二つの基地局の位置とアポロニオス（Ａｐｏｌｌｏｎｉｕｓ）円の関係を示す図である。 図３の方法を実現する移動通信端末機の位置決めシステムのブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る移動通信端末機の位置決め方法を説明するための流れ図である。 図６の方法を実現する移動通信端末機の位置決めシステムのブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る移動通信端末機の位置決め方法を説明するための流れ図である。 移動通信端末機と仮想基地局の位置関係を説明するための図である。 図８の方法を実現する移動通信端末機の位置決めシステムのブロック図である。 本発明に係る移動通信端末機の位置決めがネットワークにより連結されたサーバでなされることができる例を示す。 本発明に係る移動通信端末機の位置決めがアップリンクになされることができる例を示す。

Claims (17)

1. 複数の基地局より基地局識別信号を受信する段階と、
   前記受信された基地局識別信号から前記複数の基地局と移動通信端末機との間の距離間の比率を計算する段階と、
   前記距離間の比率から第１変数及び第２変数を生成する段階と、
   前記第１変数及び前記第２変数から前記移動通信端末機の位置を決める段階と、
   を備えることを特徴とする移動通信端末機の位置決め方法。
2. 前記距離間の比率は、一定基地局と前記移動通信端末機との間の距離と、前記複数の基地局各々と前記移動通信端末機との間の距離を、比較した比率であることを特徴とする請求項１に記載の移動通信端末機の位置決め方法。
3. 前記距離間の比率は、前記複数の基地局より受信された二つの基地局識別信号間のパワーの差を基盤にして計算されることを特徴とする請求項１に記載の移動通信端末機の位置決め方法。
4. 前記第１変数及び前記第２変数は、それぞれアポロニオス（Ａｐｏｌｌｏｎｉｕｓ）円の中心および半径であることを特徴とする請求項１に記載の移動通信端末機の位置決め方法。
5. 前記移動通信端末機の位置は、前記アポロニオス円の中心から前記移動通信端末機の位置までの距離の自乗の合計が最小になる位置であることを特徴とする請求項４に記載の移動通信端末機の位置決め方法。
6. 前記移動通信端末機の位置は、
   

   

   （式中、ｎは基地局の数、Ｘは移動通信端末機の位置、Ｏ_iはアポロニオス円の中心、Ｐｉはアポロニオス円の半径）
   によって決められることを特徴とする請求項４に記載の移動通信端末機の位置決め方法。
7. 前記受信された基地局識別信号から前記複数の基地局の中心を判断する段階と、
   前記判断された中心から一定半径内で基地局識別信号が受信されない仮想基地局の位置値を抽出する段階と、
   をさらに備え、
   前記仮想基地局の位置値を前記移動通信端末機の位置決めに用いることを特徴とする請求項１に記載の移動通信端末機の位置決め方法。
8. 前記移動通信端末機との距離が、臨界値より大きな仮想基地局の位置は前記移動通信端末機の位置決めに反映され、臨界値より大きくない仮想基地局の位置は前記移動通信端末機の位置決めに反映されないことを特徴とする請求項７に記載の移動通信端末機の位置決め方法。
9. 前記第１変数及び前記第２変数は、それぞれアポロニオス円の中心および半径であり、
   前記移動通信端末機の位置は、
   

   

   （式中、ｎは基地局の数、ｍは仮想基地局の数、Ｘは移動通信端末機の位置、Ｏ_iはアポロニオス円の中心、Ｐｉはアポロニオス円の半径、スケールは任意の係数、Ｖ_jは仮想基地局の位置、Ｄｔｈは臨界値）
   によって決められることを特徴とする請求項７に記載の移動通信端末機の位置決め方法。
10. 複数の基地局より基地局識別信号を受信する段階と、
    前記受信された基地局識別信号から前記複数の基地局各々と移動通信端末機との間の距離を基盤とする加重値を計算する段階と、
    前記加重値と前記複数の基地局の位置値から前記移動通信端末機の位置を決める段階と、
    を備えることを特徴とする移動通信端末機の位置決め方法。
11. 前記加重値は、前記複数の基地局各々と前記移動通信端末機との間の距離の逆数であることを特徴とする請求項１０に記載の移動通信端末機の位置決め方法。
12. 前記加重値は、一定基地局と前記移動通信端末機との間の距離と、前記複数の基地局各々と前記移動通信端末機との間の距離を、比較した比率であることを特徴とする請求項１０に記載の移動通信端末機の位置決め方法。
13. 前記加重値による前記複数の基地局の位置値の平均を前記移動通信端末機の位置として決めることを特徴とする請求項１０に記載の移動通信端末機の位置決め方法。
14. 複数の基地局より受信された基地局識別信号から、前記複数の基地局と移動通信端末機との間の距離間の比率を計算する距離比率計算部と、
    前記距離間の比率から第１変数及び第２変数を生成するマーク計算部と、
    前記第１変数及び前記第２変数から前記移動通信端末機の位置を決める位置決め部と、
    を備えることを特徴とする移動通信端末機の位置決めシステム。
15. 前記複数の基地局より受信された基地局識別信号から前記複数の基地局の中心を判断し、前記判断された中心から一定半径内で基地局識別信号が受信されない仮想基地局の位置値を抽出する仮想基地局選定部をさらに備え、
    前記位置決め部は、前記仮想基地局の位置値を前記移動通信端末機の位置決めに用いることを特徴とする請求項１４に記載の移動通信端末機の位置決めシステム。
16. 複数の基地局より受信された基地局識別信号から、前記複数の基地局各々と移動通信端末機との間の距離を基盤とする加重値を計算する加重値計算部と、
    前記加重値と前記複数の基地局の位置値から前記移動通信端末機の位置を決める位置決め部と、
    を備えることを特徴とする請求項１４に記載の移動通信端末機の位置決めシステム。
17. 請求項１ないし請求項１３のうち何れか一項の方法を実行するためのプログラムが記録されていることを特徴とするコンピュータで読み取り可能な記録媒体。

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