JP2008042432A

JP2008042432A - 無線通信端末

Info

Publication number: JP2008042432A
Application number: JP2006212920A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Oshima; 淳大島
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】本発明は、混信の可能性が低く、小型化・省電力化が可能な、自身の位置座標を特定することができる無線通信端末を提供することを目的とする。
【解決手段】アンテナ指向性制御部２は、可変指向性アンテナ１の指向性パターンを、例えば、所定の方向に３°のビーム幅を持つ指向性パターンとし、復調部４１およびＭＡＣヘッダ解析部４２で続けてデータの復調・判定処理を行い、受信状態測定部４３は、正常にデータ取得出来た場合、取得したデータからビーコン波中に設定されたアクセスポイントの位置座標を抽出し、アンテナ指向性制御部２に抽出したアクセスポイントの位置座標を通知する。アンテナ指向性制御部２は、設定した指向性パターンのビームの方向に、アクセスポイントの位置座標を関連付けて記憶する。これを全ての方向に対して繰り返し、通信可能なアクセスポイントの方向と位置座標を取得する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信端末に関し、詳しくは、自装置の位置座標を特定することができる無線通信端末に関する。

従来、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの電波を受信して現在位置を求め、求めた現在位置に基づいて目的地までの経路を案内するなどのナビゲーションシステムが知られており、ＧＰＳ衛星からの電波を受信するための専用装置が必要となっている。

このようなＧＰＳ衛星の電波を使う場合は、衛星からの電波が遮断されてしまう地下等の場所では、位置特定ができなくなり、使用することができなかった。

また、近年、無線技術の向上により近距離無線通信である無線ＬＡＮ（Local Area Network）システム（IEEE802.11a,b,gなど）やＵＷＢ（Ultra Wide Band）が一般的になってきている。

街中ではホットスポットと呼ばれるアクセスポイントが整備され、条件次第では何処でも無線通信が利用できる環境（地下を含む）が整備されつつある。

また、車載システムとして、ナビゲーションとしてのＧＰＳ等によるシステムと、情報端末としての無線通信端末とが搭載されようとしている。

ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の情報端末でも、ＧＰＳ等によるナビゲーション機能と、無線通信機能とを備えたものが出てきている。

無線ＬＡＮ等の無線通信において、可変指向性アンテナを使用して最適なアクセスポイントへのアクセス制御を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、可変指向性アンテナを用いてフェージング補正を行うことが提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。
特開２００２−３５３８６７号公報特開２００３−８７２１３号公報特開平９−８７４７号公報

このように、無線ＬＡＮ等の無線通信においては、可変指向性アンテナを使用して受信状態の良い指向性パターンを選択することは行われているが、アクセスポイント等の方向特定や現在位置特定をすることは行われていない。

また、同一の車両や装置内にＧＰＳによるナビゲーションシステムと無線通信端末のように複数の無線通信システムを持つことは、混信の可能性が高く、ＧＰＳの制御部（アンテナ含む）の実装のために他の制御部を搭載する余裕が無くなるなど、機器の小型化の制約となっている。

事実、多くのＰＤＡ等の小型端末では、ＧＰＳ等のシステムを使用するときは、無線ＬＡＮ等の無線通信機能は使用できないようになっている。

そこで、本発明は、無線ＬＡＮ等の電波により、位置座標を特定することにより、混信の可能性が低く、小型化・省電力化が可能な、自身の位置座標を特定することができる無線通信端末を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明は、可変指向性アンテナと、該可変指向性アンテナの指向性パターンを制御するアンテナ指向性制御部と、前記可変指向性アンテナが受信した電波の状態を測定する受信状態測定部と、を備え、前記アンテナ指向性制御部は、所定の方向に前記可変指向性アンテナの指向性を向け、前記受信状態測定部の測定した受信状態により該方向にアクセスポイントが存在するか判断し、アクセスポイントが存在する場合は、通信により該アクセスポイントの位置座標を取得して、アクセスポイントが存在する方向と存在するアクセスポイントの位置座標を複数取得し、前記複数のアクセスポイントの方向および位置座標に基づいて自装置の位置座標を算出することを特徴とするものである。

この発明では、可変指向性アンテナの指向性の制御によりアクセスポイントが存在する方向が特定され、通信により該アクセスポイントの位置座標が取得され、複数のアクセスポイントの方向および位置座標に基づいて自装置の位置座標が算出される。

上記課題を解決する第２の発明は、可変指向性アンテナと、該可変指向性アンテナの指向性パターンを制御するアンテナ指向性制御部と、前記可変指向性アンテナが受信した電波の状態を測定する受信状態測定部と、を備え、前記アンテナ指向性制御部は、所定の方向に前記可変指向性アンテナの指向性を向け、前記受信状態測定部の測定した受信状態により該方向にアクセスポイントが存在するか判断して、アクセスポイントが存在する方向と存在するアクセスポイントの識別情報を複数取得し、該アクセスポイントの識別情報から前記複数のアクセスポイントの位置座標を取得し、前記複数のアクセスポイントの方向および位置座標に基づいて自装置の位置座標を算出することを特徴とするものである。

この発明では、可変指向性アンテナの指向性の制御によりアクセスポイントが存在する方向が特定され、アクセスポイントの識別情報からアクセスポイントの位置座標が取得され、複数のアクセスポイントの方向および位置座標に基づいて自装置の位置座標が算出される。

上記課題を解決する第３の発明は、第１または第２の発明の構成に加え、算出した前記自装置の位置座標に基づき、ナビゲーションシステムを構築することを特徴とするものである。

この発明では、算出された自装置の位置座標に基づき、ナビゲーションシステムが構築される。

本発明によれば、可変指向性アンテナの指向性の制御によりアクセスポイントが存在する方向を特定し、該アクセスポイントの位置座標を取得し、複数のアクセスポイントの方向および位置座標に基づいて自装置の位置座標が算出しているので、単一の無線通信システムで、無線通信と位置特定の両方を行うことができ、混信の可能性を抑え、小型化・省電力化を可能としながら自身の位置座標を特定することができる。

また、算出された自装置の位置座標に基づき、ナビゲーションシステムを構築すれば、無線通信のアクセスポイントが設置されていれば、ＧＰＳの電波が届かない場所でもナビゲーションシステムを使うことができる。

以下、本発明を図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態の無線ＬＡＮ装置を示す図である。この無線ＬＡＮ装置は、無線通信端末や車載のナビゲーションシステムに接続または内蔵され、無線ＬＡＮによる通信を制御するものである。なお、図１では、アンテナの指向性切替に関する機能部のみを示しており、受信や送信に関する機能部については記載を省略している。

図１において、本実施形態の無線ＬＡＮ装置は、指向性パターンを変更可能な可変指向性アンテナ１と、可変指向性アンテナ１の指向性パターンを変更して指向性を制御するアンテナ指向性制御部２と、可変指向性アンテナ１で受信した信号を所定の周波数に変換するＲＦ部３と、ＲＦ部３が変換した信号からデータを復調し無線ＬＡＮのＭＡＣ層の制御を行うＢＢ／ＭＡＣ部４とを備えている。

ＢＢ／ＭＡＣ部４は、ＲＦ部３が変換した信号からデータを復調する復調部４１と、復調部４１が復調したデータからＭＡＣ層のヘッダを解析するＭＡＣヘッダ解析部４２と、ＭＡＣヘッダ解析部４２の解析結果から受信状態を測定する受信状態測定部４３とを備えている。

この無線ＬＡＮ装置は、可変指向性アンテナ１の指向性パターンを変えて電波を受信し、受信した電波の状態によりアクセスポイントの方向を特定するとともに、方向が特定されたアクセスポイントから該アクセスポイントの位置情報を取得し、複数のアクセスポイントの方向と位置情報から自身の位置を特定することを特徴としている。

図２は、無線ＬＡＮ装置がパッシブモードの場合のアクセスポイントの方向特定処理を示すフローチャートである。

図２に示すように、まず、アンテナ指向性制御部２が、可変指向性アンテナ１の指向性パターンを決定し、可変指向性アンテナ１に設定する（Ｓ１１）。

ここで設定する指向性パターンは、例えば、所定の方向に３°のビーム幅を持つ指向性パターンとし、該方向にアクセスポイントが存在するかを判定する。

可変指向性アンテナ１の指向性が切り替わったら、ＲＦ部３および復調部４１により可変指向性アンテナ１に電波が入力されているかを判定する（Ｓ１２）。電波が検知されていれば復調部４１から信号が出力される。

ＭＡＣヘッダ解析部４２は、復調部４１から出力された信号が期待する信号（ビーコン波）なのかを判定する（Ｓ１３）。

図３は、無線ＬＡＮ規格である801.11で規定されているＭＡＣフレームタイプ中のパッシブモード時のビーコン波の情報要素を示す図である。通常はビーコン波中には、電波を出すアクセスポイントのＭＡＣアドレス等の個体情報が含まれている。

本実施形態では、このビーコン波中（例えば、順４のServiceSetID中）にアクセスポイントの設置された位置座標（ＧＰＳポイント等）を設定して、ビーコン波を受信することによって、ビーコン波を送信しているアクセスポイントの位置座標を知ることができるようになっている。

判定の結果、期待する信号であれば、復調部４１およびＭＡＣヘッダ解析部４２で続けてデータの復調・判定処理を行い、データを抽出し（Ｓ１４）、受信状態測定部４３が、抽出されたデータが所望のものかにより正常にデータ取得出来たか判定する（Ｓ１５）。

受信状態測定部４３は、正常にデータ取得出来た場合、取得したデータからアクセスポイントの位置座標を抽出し、アンテナ指向性制御部２に正常にデータ取得出来たことと抽出したアクセスポイントの位置座標を通知する。

アンテナ指向性制御部２は、正常にデータ取得出来たことを通知されると、設定した指向性パターンのビームの方向に、アクセスポイントの位置座標を関連付けて記憶する（Ｓ１６）。

そして、全ての方向に対してアクセスポイントの検知を行ったかを判定し（Ｓ１７）、全ての方向に対してアクセスポイントの検知を行っていなければ、Ｓ１１に戻り、次の指向性パターンを可変指向性アンテナ１に設定し、処理を繰り返す。

全ての方向に対してアクセスポイントの検知が終了していれば、処理を終了する。なお、この後、アクセスポイントから正常にデータ取得出来た指向性パターンを設定し、または指向性パターンを無指向性に設定し、データ送受信処理を行うようにして、無線ＬＡＮの通信開始時にアクセスポイントの方向と位置座標を収集するようにしてもよい。

また、最新のアクセスポイントの検知結果でアクセスポイントが検知された方向に指向性パターンを設定し、無線ＬＡＮの通信を開始するようにしてもよい。

受信状態測定部４３は、Ｓ１５において、正常にデータ取得出来なかった場合、アンテナ指向性制御部２に正常にデータ取得出来なかったことを通知する。

アンテナ指向性制御部２は、受信状態測定部４３から正常にデータ取得出来なかったことを通知されると、Ｓ１１に戻り、次の指向性パターンを可変指向性アンテナ１に設定し、処理を繰り返す。

また、アンテナ指向性制御部２は、可変指向性アンテナ１に指向性パターンを設定してから設定された時間が経過しても正常にデータ取得出来たことが通知されないと、電波の検出や信号の検出が異常になったと判定し、Ｓ１１に戻り、次の指向性パターンを可変指向性アンテナ１に設定し、処理を繰り返す。

３°の幅のビームを持つ指向性パターンを使う場合、１２０回指向性パターンを切り替えることにより全周（３６０°）のアクセスポイントの検知を行うことができる。

図４は、無線ＬＡＮ装置がアクティブモードの場合のアクセスポイントの方向特定処理を示すフローチャートである。

図４に示すように、まず、アンテナ指向性制御部２が、可変指向性アンテナ１の指向性パターンを決定し、可変指向性アンテナ１に設定する（Ｓ２１）。

可変指向性アンテナ１の指向性が切り替わったら、プローブ要求を指向性パターンのビームの方向に送信する（Ｓ２２）。

そして、ＲＦ部３および復調部４１により可変指向性アンテナ１に電波が入力されているかを判定する（Ｓ２３）。電波が検知されていれば復調部４１から信号が出力される。

ＭＡＣヘッダ解析部４２は、復調部４１から出力された信号が期待する信号（プローブ応答）なのかを判定する（Ｓ２４）。

図５は、無線ＬＡＮ規格である801.11で規定されているＭＡＣフレームタイプ中のアクティブモード時のプローブ応答の情報要素を示す図である。通常はプローブ応答中には、電波を出すアクセスポイントのＭＡＣアドレス等の個体情報が含まれている。

本実施形態では、このプローブ応答中（例えば、順４のServiceSetID中）にアクセスポイントの設置された位置座標（ＧＰＳポイント等）を設定して、プローブ応答を受信することによって、プローブ応答を送信しているアクセスポイントの位置座標を知ることができるようになっている。

判定の結果、期待する信号であれば、復調部４１およびＭＡＣヘッダ解析部４２で続けてデータの復調・判定処理を行い、データを抽出し（Ｓ２５）、受信状態測定部４３が、抽出されたデータが所望のものかにより正常にデータ取得出来たか判定する（Ｓ２６）。

アンテナ指向性制御部２は、正常にデータ取得出来たことを通知されると、設定した指向性パターンのビームの方向に、アクセスポイントの位置座標を関連付けて記憶する（Ｓ２７）。

そして、全ての方向に対してアクセスポイントの検知を行ったかを判定し（Ｓ２８）、全ての方向に対してアクセスポイントの検知を行っていなければ、Ｓ２１に戻り、次の指向性パターンを可変指向性アンテナ１に設定し、処理を繰り返す。

受信状態測定部４３は、Ｓ２６において、正常にデータ取得出来なかった場合、アンテナ指向性制御部２に正常にデータ取得出来なかったことを通知する。

アンテナ指向性制御部２は、受信状態測定部４３から正常にデータ取得出来なかったことを通知されると、Ｓ２１に戻り、次の指向性パターンを可変指向性アンテナ１に設定し、処理を繰り返す。

また、アンテナ指向性制御部２は、可変指向性アンテナ１に指向性パターンを設定してから設定された時間が経過しても正常にデータ取得出来たことが通知されないと、電波の検出や信号の検出が異常になったと判定し、Ｓ２１に戻り、次の指向性パターンを可変指向性アンテナ１に設定し、処理を繰り返す。

このようにして検知したアクセスポイントの方向および位置座標の情報に基づいて、アンテナ指向性制御部２は、自身の位置を特定する。

上述のアクセスポイントの方向特定処理により、二つ以上のアクセスポイントの方向および位置座標の情報が取得されていれば、この情報に基づいて、三角法で計算することにより自身の位置を特定することができる。

図６は、本実施形態の無線ＬＡＮ装置を備えた無線通信端末とその通信可能範囲内にあるアクセスポイントの位置関係を示した図である。

アンテナ指向性制御部２は、指向性パターンを切り替えて全周に対してアクセスポイントの検知を行う。

この結果、図６に示す状態の場合、ポイントＡ，Ｂ，Ｃに設置されたアクセスポイントからのビーコン波等が正常に送受信でき、各アクセスポイントの方向および位置座標が取得できたとする。

各アクセスポイントの位置座標が分かると、無線ＬＡＮ装置（無線通信端末）は、各アクセスポイントを結んだ三角形の領域内のいずれかに存在することが分かる。

さらに、無線ＬＡＮ装置からの各アクセスポイントの方向が分かると、位置座標のデータと併せて計算することにより自装置の位置座標を特定できる。

また、一定時間間隔ごとにアクセスポイントの方向特定処理を行い、自装置の位置座標を求めるようにすれば、移動方向および移動速度の計算のためのデータ収集が可能となる。

また、位置座標を示すデータとしてＧＰＳポイント等の地図データで使用されている情報を使用して自装置の位置座標を求めるようにすると、この位置座標の情報を使い、本実施形態の無線ＬＡＮ装置を備えた無線通信端末などのアプリケーションプログラムで、地図上に自装置の位置を示すことができる。

具体的には、図７のフローチャートに示すように、まず、上述の方法により本実施形態の無線ＬＡＮ装置が自装置の位置座標を算出する（Ｓ３１）。

この位置座標の情報を受け取ったアプリケーションプログラムは、算出された座標データと地図座標とを照合し（Ｓ３２）、算出された座標データが地図座標上に存在しない異常な座標データでないか判定する（Ｓ３３）。

算出された座標データが異常な座標データであれば、Ｓ３１に戻って無線ＬＡＮ装置により自装置の位置座標の算出をやり直させる。

算出された座標データが正常な座標データであれば、地図上に算出した座標データが示す自装置の位置を表示する（Ｓ３４）。

このように、地図データと連動し、現在位置や移動したい位置等を表示しながら、定期的に位置座標の特定を行って現在位置の更新を行っていけば、移動方向、移動速度の特定も可能となり、現在一般的なＧＰＳを利用したナビゲーションシステムと同等な機能が実現できる。

このように本実施形態においては、可変指向性アンテナ１の指向性パターンを変更して、通信可能なアクセスポイントの方向と位置座標を取得し、この情報に基づいて自装置の位置座標を特定しているので、一つの無線通信システムで通信と位置情報の特定を行うことができ、無線通信システムの他にＧＰＳなどの位置特定システムを備える必要がなく、混信等のシステム障害を最小限にすることができるとともに、システムの小型化・省電力化が可能となる。

また、無線ＬＡＮのアクセスポイントが設置されていれば、ＧＰＳ衛星からの電波が遮断されてしまう地下等の場所でも位置座標を特定することができる。

なお、本実施形態においては、ビーコン波またはプローブ応答の中にアクセスポイントの位置座標を設定するようにしたが、これらの信号中に位置座標を設定することができない場合は、無線ＬＡＮ装置では、アクセスポイントの識別情報とその方向の情報のみ取得し、その情報をアプリケーションプログラムに通知し、アプリケーションプログラムでの通信によりアクセスポイントの位置座標を取得し、位置座標を算出するようにしてもよい。または、予めアクセスポイントの識別情報と位置座標を関連付けて記憶しておき、取得したアクセスポイントの識別情報から位置座標を求めるようにしてもよい。

また、本実施形態においては、無線ＬＡＮ装置で自装置の位置座標まで算出したが、無線ＬＡＮ装置では、アクセスポイントの識別情報とその方向の情報のみ取得し、その情報をアプリケーションプログラムに通知し、アプリケーションプログラムでの通信によりアクセスポイントの位置座標を取得し、位置座標を算出するようにしてもよい。

本発明の一実施形態の無線ＬＡＮ装置を示す図であり、そのブロック図である。そのパッシブモードの場合のアクセスポイントの方向特定処理を示すフローチャートである。そのビーコン波の情報要素を示す図である。そのアクティブモードの場合のアクセスポイントの方向特定処理を示すフローチャートである。そのプローブ応答の情報要素を示す図である。その通信可能範囲内にあるアクセスポイントの位置関係を示した図である。その地図上に自装置の位置を表示する処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１可変指向性アンテナ
２アンテナ指向性制御部
３ＲＦ部
４ＢＢ／ＭＡＣ部
４１復調部
４２ＭＡＣヘッダ解析部
４３受信状態測定部

Claims

可変指向性アンテナと、該可変指向性アンテナの指向性パターンを制御するアンテナ指向性制御部と、前記可変指向性アンテナが受信した電波の状態を測定する受信状態測定部と、を備え、
前記アンテナ指向性制御部は、所定の方向に前記可変指向性アンテナの指向性を向け、前記受信状態測定部の測定した受信状態により該方向にアクセスポイントが存在するか判断し、アクセスポイントが存在する場合は、通信により該アクセスポイントの位置座標を取得して、アクセスポイントが存在する方向と存在するアクセスポイントの位置座標を複数取得し、前記複数のアクセスポイントの方向および位置座標に基づいて自装置の位置座標を算出することを特徴とする無線通信端末。
可変指向性アンテナと、該可変指向性アンテナの指向性パターンを制御するアンテナ指向性制御部と、前記可変指向性アンテナが受信した電波の状態を測定する受信状態測定部と、を備え、
前記アンテナ指向性制御部は、所定の方向に前記可変指向性アンテナの指向性を向け、前記受信状態測定部の測定した受信状態により該方向にアクセスポイントが存在するか判断して、アクセスポイントが存在する方向と存在するアクセスポイントの識別情報を複数取得し、該アクセスポイントの識別情報から前記複数のアクセスポイントの位置座標を取得し、前記複数のアクセスポイントの方向および位置座標に基づいて自装置の位置座標を算出することを特徴とする無線通信端末。
算出した前記自装置の位置座標に基づき、ナビゲーションシステムを構築することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線通信端末。