JP2008054351A - 無線位置検出システムおよびそのサーバおよび基地局および端末 - Google Patents
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Abstract
て所要基地局台数を減らし、システム構築コストを削減することができる。
【解決手段】無線局において送信時に送信信号を判定し、通常のユーザデータである場合
には、無線通信の高通信スループットが得られる最適な送信パラメータを設定して上記信
号を送信し、位置検出用信号である場合には、到達距離が長くなる送信パラメータを設定
し上記信号を送信する。到達距離が長くなる送信パラメータとしては、低い通信レートま
たは長いプリアンブル長を用いる。
【選択図】図5
Description
するシステムに関する。
ら送信される信号を、既知の位置に設置された基地局で受信した時間差を計算し、受信時
間差に光速を乗算することによって、端末から各基地局までの信号の伝播距離の差を算出
し、端末の位置を検出する方法が提案されている(特許文献1参照)。
要であるなどの理由により、広く普及している。また、これらの無線LANを利用した位
置測定システが考えられている。無線LANによる位置検出システムの例としては、特許文
献1がある。位置検出システムとして普及しているGPSに比べて、無線LANによる位
置検出システムは、無線帯域がGPSに比べて広帯域であることから、GPSよりも高い
検出精度を得ることができる、およびGPSの電波の届かない屋内でも位置検出すること
が可能、という特徴をもつ。
局2、基地局3およびサーバ、端末によって構成されている。基地局1〜3(204a〜c)
およびサーバは、有線ネットーワークに接続されている。端末は無線により基地局と接続
されている。
通常は該端末の最寄の、基地局204aを介して、サーバに自機の位置検出を要求する。サー
バは、位置検出に用いる無線チャネルの監視を、上記要求を転送した基地局204aと、その
周辺の基地局204b〜204cとに対し、指示する。上記監視を指示された各基地局は、それぞ
れ、サーバに応答を返す。その後、サーバは、上記要求を転送した基地局204aを介して、
端末に対し、上記無線チャネル上に第二の無線パケットを送信することを要求する。その
際、基地局204aは、上記、無線チャネル上に無線パケットを送信することになる。なお、
図面では周辺基地局204b〜204cの2局のみを図示したが、三辺測量の原理により端末の位
置を特定するためには、3局以上の周辺基地局を利用するのが望ましい。ここでは、端末
と接続される基地局とそれ以外の2局で3局分を確保しているが、端末と接続される基地
局以外の3局(以上)を受信タイミングを測定する基地局として用いてもよい。受信タイミ
ング測定に用いることができる基地局が2局以下の場合は、何らかの近似を用いて端末の
位置を特定することが必要になる。
末は、該無線チャネル上に第二の無線パケットを送信する。上記監視を指示された基地局
は、それぞれ、上記パケットの受信タイミングを測定する。各基地局は各無線パケットの
受信タイミングあるいは送信タイミングを測定した結果をサーバに伝達する。サーバは、
端末から送信される信号を、既知の位置に設置された基地局で受信したタイミングの時間
差をもとに端末の位置を計算する。サーバは、計算された位置を端末へ伝達する。
る基地局204b、204cのクロックの誤差Eb0_bi(i=1,2)を求める。次に、数2
に示す連立方程式(i=1,2)に上記の求めたクロックの誤差を代入し、端末の位置(
Xm, Ym)について解くことにより、位置を求める。ここで、Tp1_b0、Rp2_b0は、基
地局204aで測定された第一の無線パケットの送信時間、第二の無線パケットの受信タイミ
ングである。Rp1_b1、Rp2_b1は、基地局204bで測定された第一、第二の無線
パケット受信タイミングである。Rp1_b2、Rp2_b2は、基地局204cで測定され
た第一、第二の無線パケット受信タイミングである。(X0,Y0)、(X1,Y1)、
(X2,Y2)は、それぞれ基地局204a、204b、204cの位置である。cは光速である。
播環境に応じて、通信帯域が最も高くなるような、最適な送信パラメータを選択する。送
信パラメータとしては、通信レートおよびプリアンブル長がある。例えば、IEEE802.11b
の無線LANの規格では、通信レートは1M〜11Mbpsが、プリアンブル長は2種類の長さが
、選択できる。通信レートは高いほど、またプリアンブルは短いほど、通信スループット
は高くなる。しかし、え到達距離は短くなる、という特徴をもつ。
密接に関係するが、従来の位置検出システムでは、送信パラメータに対する検討がなされ
ておらず、端末とその最寄の基地局204aとの間の伝搬路状況に応じた送信パラメータが選
択されることになる。そのため、後述するような問題が発生する。
システムに適用した場合の問題点を説明する。例えば、図3のように端末203が基地局204
aの近傍にあるとする。ここで、301aは、基地局が送信する最も高速な通信レートの無線
信号の到達範囲を示す。また、302aは、端末が送信する最も高速な通信レートの無線信号
の到達範囲を示す。位置検出用に利用される基地局204bおよび基地局204cは、高速な通信
レートの通信の到達範囲302aおよび302bの圏外である。
端末203のそれぞれの信号を受信する複数の基地局が必要である。しかし、通常の通信プ
ロトコルに従えば、基地局204aと端末203はお互いに最も高速な通信レートの圏内である
ため、高速な通信レートが選択される。すると、位置検出用に設置した基地局204bおよび
基地局204cは、それらの高速な通信レートの通信の電波到達圏外にあるため、位置検出に
必要な信号の受信に失敗し、位置を検出することができない。
も狭い、最も高速な通信レートを基準として、その圏内に基地局を複数台、設置しなくて
はならない。
上記説明は、通信レートに着目して説明したが、プリアンブル長や送信電力に関しても同
様である。すなわち、端末から最寄の基地局204aに最適なプリアンブル長または送信電力
で送信される信号は、周辺基地局では十分な品質で受信できない場合がある。
する仕組みがなく、複数の通信レートをサポートする無線LANを用いた位置検知システ
ムでは基地局の台数が多くなるという問題があった。そこで本発明では、上記問題点に鑑
みてなされたもので、所要基地局台数を減らし、システム構築コストを削減することを目
的とする。
を示す。また、302bは、端末が送信する最も低速な通信レートの無線信号の到達範囲を示
す。位置検出用に利用される基地局204bおよび基地局204cは、高速な通信レートの通信の
到達範囲302aおよび302bの圏外であるが、最も低速な通信レートの無線信号の到達範囲30
1bおよび302bの到達範囲内である位置に設置することができる。したがって、基地局204a
と端末がお互いに最も低速な通信レートで通信を行った場合、図3の基地局204bおよび20
4cは301bおよび302bの圏内であるので、信号の受信は成功する。
、無線通信の到達範囲を考慮して最適な通信レート、またはオーバヘッドの少ない短いプ
リアンブル長で送信し、位置検出用信号である場合には、低い通信レートまたは長いプリ
アンブル長のパラメータで送信することを特徴とする。
ットを返信するパケット交換が行われる。このとき、ACKパケットを送信する側は受信し
たユニキャストパケット同じ通信レートで返信する。本発明では、測定用パケット1およ
び測定用パケット2に、ユニキャストパケットと、上記ユニキャストパケットに対応する
ACKを用い、ユニキャストパケットを低い通信レートまたは長いプリアンブル長のパラメ
ータで送信することを特徴とする。
号を送信することにより、通常のデータ通信よりも広い通信領域を実現することができる
。そのため、高速な通信レートをサポートする無線LANを利用した位置検出システムに
おいて所要基地局台数を減らし、システム構築コストを削減することができる。無線信号
の距離と減衰量の関係は、自由空間においては距離の2乗の逆数に比例して減衰するとい
う2乗則がある。屋内環境では、反射物など周囲の環境に依存するため影響により2乗則
のような厳密な式で表すことは困難であるが、経験的に得られた距離の3乗の逆数に比例
して減衰するという3乗則などがある。
た場合、屋内環境において到達距離の比は2となる。この場合、本発明を利用することに
より、位置検出用の基地局間隔を2倍、単位面積あたりの基地局数は1/4に削減するこ
とが可能である。
成は、図2に示す従来のものと同様である。図1に、本発明の無線LAN位置検出システ
ムのフローを示す。端末は、接続可能な、通常は該端末の最寄の、基地局204aを介して、
サーバ202に自機の位置検出を要求する。サーバ202は、位置検出に用いる無線チャネルの
監視を、上記要求を転送した基地局204aと、その周辺の基地局204b〜204cとに対し、指示
する。上記監視を指示された各基地局は、それぞれ、サーバ202に監視指示に対する応答
を返す。
とを要求する。基地局204aは、測定用パケット1を生成する。基地局204aは、生成された
測定用パケット1を、位置測定用パケットのパラメータ設定をした後、送信する。位置測
定用のパラメータ設定としては、到達範囲が長い設定が好ましい。具体的には、IEEE802.
11の場合、通信レートは最も低くする、またはプリアンブル長を長い設定とする。一般に
IEEE802.11などの無線LANでは送信電力は固定であるが、これをダイナミックに制御でき
る場合には、送信電力を最大にしてもよい。
定する。測定用パケット1は、該無線チャネルを経由して、端末および周囲の基地局に到
着する。測定用パケット1を受信した周辺基地局204b〜204cは、該測定用パケット1の受
信タイミングを測定する。
パラメータ設定をおこなった後、無線チャネル上に送信する。端末側の送信パラメータ設
定は、基地局側と同様に、到達範囲が長い設定が好ましい。
前記監視を指示された基地局は、それぞれ、前記測定用パケット2の受信時間を測定し、
各無線パケットの受信時間あるいは送信時間を測定した結果をサーバに伝達する。サーバ
は、送信時間から位置計算をおこない、結果を端末に伝達する。
るので説明は省略するが、詳細については本願の出願人による先の出願である特許文献1
(特開2004−101254号公報)に記載されている。また、それ以外の計算方法で
あっても、基地局または端末が送信する信号を複数の無線局(位置測定のための通信と通
常の通信との両方を行うためのもの)で受信して位置測定に用いるようなシステムであれ
ば、他の計算方法であってもよい。
する外部ネットワークとの通信インタフェースを処理するブロックである。MUX部401は、
外部IF部から来た信号を、無線LAN送受信部402か位置検出制御部405に振り分ける、もし
くはその逆の働きをするブロックである。無線LAN送受信部402は、無線LANのMAC層および
物理層の信号処理をおこなうブロックである。高周波部403は、ベースバンド信号と高周
波の無線信号との変換するブロックである。
でのデータの流れは外部IF部400、MUX部401、無線LAN送受信部402、高周波部403、アンテ
ナ404となる。
位置検出制御部401は、サーバとの通信および基地局内部の位置検出に関連するブロック
の制御を司るブロックである。サーバから位置測定用パケットの送信要求があった場合、
位置検出制御部405は測定用パケット生成部406へはパケットの生成指示と、送受信タイミ
ング測定部407へは送信タイミング測定を、それぞれ指示する。
信部402へ送る。送られたパケットは、無線LAN送受信部402で変調され、高周波部403にて
無線周波数に上げられてアンテナ404から送信される。送受信タイミング測定部407は、無
線LAN送受信部402と高周波部403との間の信号を入力とし、送受信タイミングを測定する
。
各ブロックの処理は、ハードウエアもしくは、ソフトウエアもしくは、その両方の混在、
のいずれにより実現してもよい。
部402に入力されたパケットは、条件分岐501にて、位置測定用パケットか判定される。通
常のユーザデータ、つまり位置測定用パケットでない場合には、データ通用のパラメータ
設定502がなされる。データ通信用のパラメータ設定では、通信先の端末との電波環境に
応じて最適な通信スループットが得られる通信レートおよびプリアンブル長が設定される
。また、基地局が送信電力の制御機能を持っている場合には、システムで要求されている
送信電力を設定する。
重要となる。すなわち、位置測定用パラメータ設定504では、到達距離が長くなるパラメ
ータを設定する。具体的には、最低の通信レート、長いプリアンブル長のパラメータで送
信する。また、基地局が送信電力の制御機能を持っている場合には、最大の送信電力を設
定する。
601、無線LAN送受信部402、高周波部403、アンテナ404、測定用パケット生成部406から構
成される。基地局構成におけるブロックと同様の働きをするブロックには同じ符号をつけ
ている。ユーザインタフェースは600は、入力装置や位置情報サービスを出力する表示装
置などがこれに相当する。
、無線LAN送受信部402、高周波部403、アンテナ404となる。位置検出測定パケットを受信
した場合、CPU601は、位置検出制御部405に指示し、位置測定用パケットを生成する。生
成された位置測定用パケットは、無線LAN送受信部402および高周波部403およびアンテナ4
04を介して送信される。この際、無線LAN送受信部では、図5で説明した送信フローに従
う。各ブロックの処理は、ハードウエアもしくは、ソフトウエアもしくは、そららの混在
、のいずれにより実現してもよい。
ウエアの一つとしてもよい。無線LAN送受信部についても同様である。
測定用パケットとして用いるパケットは、マルチキャストやブロードキャストの信号を用
いることができる。特に、測定用パケット1をマルチキャストやブロードキャストの信号
とすれば、これに応答して測定用パケット2を送信する複数の端末の位置をあわせて検出
することが可能になる。
LAN位置検出システムのフローを示す。サーバが、基地局204aへ測定パケット1の送信
要求するまでの流れは、実施例1と同じであるので、説明を省略する。
用パケットは、端末203宛てのユニキャストパケットとする。
基地局204aは、生成された測定用パケット1を、位置測定用パケットのパラメータ設定を
した後、送信する。位置測定用のパラメータ設定としては、到達範囲が長い設定が好まし
い。具体的には、802.11の場合、通信レートは最も低く、プリアンブル長は長い設定とす
る。一般に802.11などの無線LANでは送信電力は固定であるが、これをダイナミックに制
御できる場合には、電力を最大にしてもよい。
定する。測定用パケット1は、該無線チャネルを経由して、端末および周囲の基地局に到
着する。測定用パケット1を受信した周辺基地局204b〜204cは、該測定用パケット1の受
信タイミングを測定する。
802.11などの無線LAN規格では、データ転送の信頼性を提供するために、確認応答とし
てACK(Acknowledgment)パケットが用いられる。
、送信パラメータ設定をおこなった後、基地局204aに返す。上記ACKパケットが、実施例
1の測定用パケット2に相当する。
前記監視を指示された基地局は、それぞれ、前記測定用パケット2の受信時間を測定する
。各基地局は各無線パケットの受信タイミングあるいは送信タイミングを測定した結果を
サーバに伝達する。
号をつけた。実施例2では、無線LANに備わっているACKパケットを測定用パケット2とし
て用いるため、図6にあった測定用パケット生成部は不要となる。
信するのフローについて説明する。物理層受信処理901は、受信されたパケットの物理層
の復調を行う。上記物理層受信処理901は、パケット衝突などで正常に受信できなかった
パケットを破棄し、正常なパケットのみを上位層へ送る。パケットを正常に受信できた場
合、条件分岐902により、上記受信パケットがユニキャストパケットであるかどうかを判
定する。もし、上記受信パケットがユニキャストパケットでない場合には、フローは終了
する。すわなち、この場合にはACKは送信されない。もし、上記受信パケットがユニキャ
ストパケットである場合には、ACKパケット生成903にて、上記受信パケットの送信元宛て
のACKパケットを生成する。
信パケットと同じ通信レートかそれより低い通信レートを設定する。また、プリアンブル
長に関しても受信パケットと同じ長さで送信されるよう設定する。上記送信パラメータ設
定後、ACKパケットは物理層送信処理905によって送信される。IEEE802.11に準拠した端末
の位置検出を行う場合では、ACKパケットのフローに関しては上記のような流れとなって
いるため、上記端末側には特別な回路や機能は不要となる。
ケット交換を位置測定用パケットとして利用してもよい。例えば、RTS(Request To Send)
とCTS(Clear To Send)のパケット交換を用いてもよい。
また、上記説明では、基地局がユニキャストパケットを送信し、端末がACKパケットを送
信する例を説明したが、基地局204aと端末を入れ替えたパケット交換としてもよい。
る。IEEE802.11に準拠したパケットは、プリアンブル及び制御情報を含むヘッダ部と、ア
ドレス情報、通信データ、および誤り検出符号(Frame Check Sequence)を含むボディ部
からなる。プリアンブルは、パケットを受信した通信装置が同期処理を行うために用いら
れ、伝搬路状況などに応じてプリアンブル長が選択できるようになっている。本発明では
、端末から最寄の基地局との通信に必要なプリアンブル長よりも長いプリアンブル長を用
いる。または、端末から最寄の基地局との通信に必要な通信レートよりも低い通信レート
になるように、ボディ部の変調方式を設定する。ヘッダ部には、ボディ部の変調方式を示
す制御情報が含まれ、受信装置はヘッダの制御情報を用いてボディ部の復調を行う。
説明したが、そのほかのシステム、例えば端末からの信号の受信電力を用いるようなシス
テムであってもよい。このようなシステムにおいても受信された信号が確かに位置測定用
の信号であることを確認するために、パケットを正しく受信できることが必要だからであ
る。通信システムも、無線LANのIEEE802.11に制限されるわけではなく、通信レート、
プリアンブル長、送信電力など、信号伝搬範囲を決定する送信パラメータを伝搬路状況に
応じて制御する、他の通信システムであってもよい。また、通信レートを最も低くしたり
、プリアンブル長を最も長くする以外であっても、最寄の基地局にあわせた送信パラメー
タ以外のパラメータをあえて選択し、到達範囲を長くするような設定にするものであれば
、本発明の範疇に含まれる。例えば、通信レートも最低の値にする必然性はない。
置検出システムにおいて、所要設置基地局台数を減らすことでき、システムコストを下げ
ることができる。無線LANによる位置検出システムは、GPSの電波が届かない屋内環境や、
GPSよりも高精度で位置を検出できるため、物流倉庫などの物品管理の用途などに適用す
ることが考えられる。
301 基地局の電波到達範囲、302 端末の電波到達範囲、
400 外部IF部、401 MUX部、402 無線LAN送受信部、403 高周波部、40
4 アンテナ、405 位置検出制御部、406 測定用パケット生成部、407 送受
信時間測定部、
501 位置測定用パケット判定部、502 データ通信用パラメータ設定、503 物
理層送信処理、504 位置測定用パラメータ設定、
600 ユーザインタフェース、601 CPU。
Claims (10)
- 第一の無線局と第二の無線局とが信号の送受信を行い、
前記第一の無線局は、第一の信号を送信する場合は到達距離が長くなる送信パラメータを設定し、第一の信号以外の信号を送信する場合は電波環境に応じた送信パラメータを設定し、
前記第二の無線局は、受信信号が前記第一の無線局から送信された第一の信号であるか否かを判定し、前記受信信号が第一の信号である場合は到達距離が長くなる送信パラメータを設定して第二の信号を前記送信局に送信することを特徴とする無線位置検出システム。 - 前記無線位置検出システムは、無線LANによるシステムであることを特徴とする請求項1記載の無線位置検出システム。
- 前記第一の信号はユニキャストパケットであり、前記第二の信号はACK信号であることを特徴とする請求項1記載の無線位置検出システム。
- 前記第一の信号はRTS信号であり、前記第二の信号はCTS信号であることを特徴とする請求項1記載の無線位置検出システム。
- 前記送信局は、第一の信号を送信する送信パラメータとして、最も低い通信レート、最も長いプリアンブル長、最大の送信電力のうち少なくとも一つを設定することを特徴とする請求項1記載の無線位置検出システム。
- 前記第二の無線局は、第二の信号を送信する送信パラメータとして、第一の信号の通信レートと同じかそれより低い通信レート、第一の信号のプリアンブル長と同じかそれよりも長いプリアンブル長のうち少なくとも一つを設定することを特徴とする請求項1記載の無線位置検出システム。
- 前記第一の無線局の位置検出を行うことを特徴とする請求項1記載の無線位置検出システム。
- 前記第二の無線局の位置検出を行うことを特徴とする請求項1記載の無線位置検出システム。
- 第一の信号を生成する第一の信号生成部と、
前記第一の信号及び第一の信号以外の信号の送信パラメータを設定する送信部と、
前記第一の信号を送信するアンテナとを有し、
前記送信部は、第一の信号を送信する場合は到達距離が長くなる送信パラメータを設定することを特徴とする無線局。 - 他の無線局から送信された第一の信号を受信すると第二の信号を前記他の無線局に送信する無線局であって、
受信信号が他の無線局から送信された第一の信号であるか否かを判定する手段と、
前記受信信号が第一の信号である場合は到達距離が長くなる送信パラメータを設定して第二の信号を送信する手段とを備えることを特徴とする無線局。
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