JP2008267973A - 測位システム、移動通信端末、測位方法、測位サーバ、測位用ｉｃチップ、及び測位プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】移動通信端末が送信又は受信する電波にマルチパスによる遅延が生じた場合であっても、移動通信端末の測位をより正確に行うことができるようにする。
【解決手段】本発明の測位システム１は、セルラ端末１０の位置を測位するシステムである。送受信部２１がセルラ端末１０から電波を受信する。伝搬時間算出部２２が、受信された電波に関する伝搬時間を算出する。位置算出部３１が、算出された伝搬時間と当該算出された伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正値とに基づいて、セルラ端末１０の位置を算出する。よって、受信した電波がマルチパスによる遅延が生じた遅延波であっても、その伝搬遅延分を補正するので、より正確にセルラ端末１０の測位を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動通信端末の位置を測定する測位システム、移動通信端末、測位方法、測位サーバ、測位用ＩＣチップ、及び測位プログラムに関する。

従来から、電波を用いて移動通信端末の位置を測位する測位システムがある。この種の測位システムでは、複数の発信源から発信される電波を移動通信端末が受信し、各電波の伝搬時間から発信源と移動通信端末との間の距離を算出する。そして、算出した距離と発信源の位置とに基づいて、移動通信端末の位置を算出する。このような測位システムとしては、発信源として人工衛星を用いたＧＰＳ(Global Positioning System)やセルラシステムにおける基地局を用いたＡＦＬＴ（Advanced Forward Link Trilateration）が知られている。
Yulin Zhao，"Standardization ofMobile Phone Positioning for 3G Systems"，IEEE CommunicationsMagazine，p.p.108-116，July2002． Samir S.Soliman and Charles E.Wheatley，"Geolocation technologies and applicatons forthird generationwireless"，Wireless Communications and Mobile Computing，vol.2，p.p.229-251，2002．

ところで、セルラシステムのような送受信アンテナ間で見通し確保が困難な移動通信では，発信源からの電波は周囲の地物や建物などで反射や回折を受け、様々な経路を通って移動通信端末に到達する。この電波伝搬は一般的にマルチパス伝搬と呼ばれる。発信源と移動通信端末間に見通しが存在しない場合には、複数の遅延波のみしか受信することができない。その際、上述した測位システムにおいて、移動通信端末が受信した遅延波の伝搬時間から距離を算出することとなるため、その算出距離に誤差が生じる。

そこで本発明は、移動通信端末が送信又は受信する電波にマルチパスによる遅延が生じた場合であっても、移動通信端末の測位をより正確に行うことができる測位システム、移動通信端末、測位方法、測位サーバ、測位用ＩＣチップ、及び測位プログラムを提供することを目的とする。

本発明の測位システムは、移動通信端末の位置を測位する測位システムであって、移動通信端末に到達した電波又は移動通信端末によって送信された電波を受信する受信手段と、受信手段によって受信された電波に関する伝搬時間を算出する伝搬時間算出手段と、伝搬時間算出手段によって算出された伝搬時間と当該算出された伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正値とに基づいて、移動通信端末の位置を算出する位置算出手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の測位方法は、移動通信端末の位置を測位する測位方法であって、受信手段が、移動通信端末に到達した電波又は移動通信端末によって送信された電波を受信する受信ステップと、伝搬時間算出手段が、受信ステップにおいて受信された電波に関する伝搬時間を算出する伝搬時間算出ステップと、位置算出手段が、伝搬時間算出ステップにおいて算出された伝搬時間と当該算出された伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正値とに基づいて、位置を算出する位置算出ステップと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、まず、電波の発信手段又は受信手段を備える装置と移動通信端末との間の経路を伝搬した電波が、装置又は移動通信端末において受信され、その電波に関する伝搬時間が算出される。そして、算出された伝搬時間と、その伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正値とに基づいて、移動通信端末の位置を算出する。よって、受信した電波がマルチパスによる遅延が生じた遅延波であっても、その伝搬遅延分を補正するので、より正確に移動通信端末の測位を行うことができる。

本発明の移動通信端末は、自機の位置を測位する移動通信端末であって、電波を受信する受信手段と、受信手段によって受信された電波に関する伝搬時間を算出する伝搬時間算出手段と、伝搬時間算出手段によって算出された伝搬時間と当該算出された伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正値とに基づいて、自機の位置を算出する位置算出手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の移動通信端末によれば、まず、電波の発信源と移動通信端末との間の経路を伝搬した電波が受信され、その伝搬時間が算出される。そして、算出された伝搬時間と、その伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正値とに基づいて、移動通信端末の位置を算出する。よって、受信した電波がマルチパスによる遅延が生じた遅延波であっても、その伝搬遅延分を補正するので、より正確に移動通信端末の測位を行うことができる。

本発明の測位サーバは、移動通信端末の位置を測位する測位サーバであって、移動通信端末から電波を受信する受信手段と、受信手段によって受信された電波に関する伝搬時間を算出する伝搬時間算出手段と、伝搬時間算出手段によって算出された伝搬時間と当該算出された伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正値とに基づいて、移動通信端末の位置を算出する位置算出手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の測位サーバによれば、まず、測位サーバと移動通信端末との間の経路を伝搬した電波が受信され、その伝搬時間が算出される。そして、算出された伝搬時間と、その伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正値とに基づいて、移動通信端末の位置を算出する。よって、受信した電波がマルチパスによる遅延が生じた遅延波であっても、その伝搬遅延分を補正するので、より正確に移動通信端末の測位を行うことができる。

好ましくは、補正値は、先頭波の見通し直線（ＬＯＳ）に対する遅延時間、及び、複数の遅延波の先頭波に対する遅延時間の平均に基づいて設定される。好ましくは、補正値は、先頭波の見通し直線(ＬＯＳ)に対する遅延時間、及び、複数の遅延波の先頭波に対する遅延時間の広がりに基づいて設定される。これにより、マルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正値を的確に設定することができる。

好ましくは、位置算出手段は、受信手段によって受信された電波のうち最も受信レベルの高い電波に関する伝搬時間に基づいて、移動通信端末の位置を算出する。好ましくは、位置算出手段は、受信手段によって受信された電波のうち最も遅延時間の小さい電波に関する伝搬時間に基づいて、移動通信端末の位置を算出する。これにより、更に遅延による誤差を小さくすることができる。

好ましくは、位置算出手段は、受信手段によって受信された電波のうち履歴情報に存在する電波との遅延時間差が閾値以下である電波の伝搬時間に基づいて、移動通信端末の位置を算出する。これにより、ノイズによる誤検出を抑制することができる。

ところで、本発明は、上記のように測位システム、測位方法、移動通信端末、及び測位サーバの発明として記述できる他に、以下のように測位用ＩＣチップ及び測位プログラムの発明としても記述することができる。これはカテゴリ等が異なるだけで、実質的に同一の発明であり、同様の作用及び効果を奏する。

即ち、本発明の測位用ＩＣチップは、自機の位置を測位する測位用ＩＣチップであって、電波を受信する受信手段と、前記受信手段によって受信された電波に関する伝搬時間を算出する伝搬時間算出手段と、前記伝搬時間算出手段によって算出された伝搬時間と当該算出された伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正値とに基づいて、自機の位置を算出する位置算出手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の測位プログラムは、コンピュータに移動通信端末の位置を測位させる測位プログラムであって、前記移動通信端末から電波を受信する受信機能と、前記受信機能によって受信された電波に関する伝搬時間を算出する伝搬時間算出機能と、前記伝搬時間算出機能によって算出された伝搬時間と当該算出された伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正値とに基づいて、前記移動通信端末の位置を算出する位置算出機能と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、移動通信端末が送信又は受信する電波にマルチパスによる遅延が生じた場合であっても、マルチパスによる伝搬遅延分の補正を行うことができるので、移動通信端末の測位をより正確に行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る測位サーバ、測位システム、測位方法、及び移動通信端末の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る測位システムの構成図である。本実施形態に係る測位システム１は、セルラシステムを利用して、セルラシステムに属するセルラ端末１０の位置を測位するシステムである。測位システム１は、セルラ端末１０に加えて、複数の（本実施形態では３つ）のセルラ基地局２０及び測位サーバ３０を含む。セルラ基地局２０は、セルラ端末１０と電波の送受信が可能な基地局である。測位サーバ３０は、セルラ端末１０の位置を算出するサーバである。セルラ基地局２０と測位サーバ３０とは、互いに信号の送受信が可能に構成されている。

セルラ端末１０は、セルラ基地局２０から、測位用信号Ｓ１を乗せた電波を受信して、それに対する応答信号Ｓ２を乗せた電波をセルラ基地局２０に返信する。なお、セルラ端末１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ及び無線通信モジュール等のハードウェアを備える。これらのハードウェアが、プログラム等により動作することによりセルラ端末１０の機能が発揮される。

各セルラ基地局２０は、セルラシステムにおける構成要素である一方で、測位システム１においては測位用信号Ｓ１（電波）を発信する発信源として機能する。セルラ基地局２０は、測位サーバ３０から送信される制御信号に応じて、測位用信号Ｓ１及び応答信号Ｓ２を用いてセルラ端末１０との間の距離を算出する。そして、セルラ基地局２０は、算出した距離を示す距離情報を測位サーバ３０に返信する。なお、各セルラ基地局２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ及び無線通信モジュール等のハードウェアを備える。これらのハードウェアがプログラム等により動作することによりセルラ基地局２０の機能が発揮される。

測位サーバ３０は、各セルラ基地局２０とセルラ端末１０との間の距離を示す距離情報を各セルラ基地局２０から受信する。また、測位サーバ３０は、位置算出部３１を備える。その位置算出部３１は、各距離情報が示すセルラ端末１０と各セルラ基地局２０との間の距離と、各セルラ基地局２０の設置位置とを用いて、セルラ端末１０の位置を算出する。

測位サーバ３０では、各セルラ基地局２０の位置を示す情報（例えば、セルラ基地局２０の緯度及び経度を示す情報）をデータベース等で保持しており、セルラ端末１０の位置の算出にはこれらの情報が用いられる。位置算出部３１は、算出したセルラ端末１０の位置を示す位置情報を必要に応じて出力する。なお、測位サーバ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ及び無線通信モジュール等のハードウェアを備える。これらのハードウェアがプログラム等により動作することにより測位サーバ３０の機能が発揮される。

引き続いて、セルラ基地局２０の構成についてより詳細に説明する。セルラ基地局２０は、機能的な構成要素として、送受信部２１、伝搬時間算出部２２、距離算出部２３、補正値算出部２４、補正値データベース２５、及び選択部２６を備える。

送受信部２１は、測位サーバ３０による制御に応じて、測位用信号Ｓ１をセルラ端末１０に送信する。そして、送受信部２１は、測位用信号Ｓ１を受信したセルラ端末１０から返信される応答信号Ｓ２を受信する。セルラ基地局２０とセルラ端末１０との間には、一般的に建物等があり、その建物等によってマルチパスが発生する。これにより、送受信部２１は、セルラ基地局２０とセルラ端末１０との間の距離を１回測定するために、測位用信号Ｓ１を１回送信すると、複数の遅延波を含む複数の応答信号Ｓ２を受信する。送受信部２１は、受信した複数の応答信号Ｓ２を伝搬時間算出部２２へ出力する。

伝搬時間算出部２２は、送受信部２１によって測位用信号Ｓ１が送信された信号送信時刻と、複数の応答信号Ｓ２がそれぞれ受信された信号受信時刻とを計測する。そして、伝搬時間算出部２２は、計測した信号送信時刻及び信号受信時刻と、セルラ端末１０において発生した処理遅延時間とを用いて、折り返し伝搬時間（ＲＴＴ）を算出する。折り返し伝搬時間は、応答信号Ｓ２に関する伝搬時間であって、測位用信号Ｓ１の伝搬時間と応答信号Ｓ２の伝搬時間との和である。

セルラ端末１０において信号を処理するために発生した処理遅延時間を示す情報は、応答信号Ｓ２に含まれている。伝搬時間算出部２２は、送受信部２１が受信した複数の応答信号Ｓ２に対してそれぞれ折り返し伝搬時間を算出する。伝搬時間算出部２２は、算出した折り返し伝搬時間を示す信号を距離算出部２３へ出力する。

距離算出部２３は、入力した複数の折り返し伝搬時間と補正値とに基づいて、セルラ基地局２０とセルラ端末１０との間の距離を算出する。距離算出部２３は、複数の折り返し伝搬時間についてそれぞれ距離を算出する。補正値は、伝搬時間算出部２２によって算出された折り返し伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正距離の値である。距離算出部２３は、折り返し伝搬時間から伝搬距離を算出し、その伝搬距離から補正値を引いて、セルラ基地局２０とセルラ端末１０との間の片道の距離を算出する。距離算出部２３は、補正値算出部２４から補正値を取得する。

補正値算出部２４は、距離算出部２３の要求に応じて補正値を出力する。補正値は、予め設定されている。補正値の設定方法を具体的に説明するために、送受信部２１において受信されるＬＯＳ（Line of sight：直接波）と遅延波について図２を参照して説明する。図２は、図１の送受信部によって受信される複数の応答信号Ｓ２を示すグラフである。図２のグラフにおいて、縦軸は、受信時の電力値を示す。横軸は、伝搬時間を示す。この横軸が示す伝搬時間は、セルラ基地局２０とセルラ端末１０との間を電波が伝搬した片道の距離に相当する。

図２は、応答信号Ｐ１〜Ｐ３がそれぞれ時間ｔ１〜ｔ３（ｔ０＜ｔ１＜ｔ２＜ｔ３）に受信されることを示す。見通し直線Ｐ０（LOS：line of Sight）の時間ｔ０は、発信源とセルラ端末１０の直線距離を時間に変換した時間である。一般的に、ＬＯＳ上を伝搬する電波が受信される可能性は低い。応答信号Ｐ１〜Ｐ３はマルチパスによって遅延した電波に乗せられた信号である．遅延した応答信号Ｐ１〜Ｐ３のうち、最初に送受信部２１によって受信された応答信号Ｐ１の電波を，遅延波における先頭波とする。

補正値Ｎは、距離誤差Ｄ１と平均遅延Ｄ２とに基づいて設定される。距離誤差Ｄ１と平均遅延Ｄ２は、例えば、予め標準的な環境において、電波の発信装置と受信装置との間で測定（キャリブレーション）を行うことにより得られる値である。距離誤差Ｄ１は、先頭波のＬＯＳに対する遅延によって生じる距離の誤差である。平均遅延Ｄ２とは、複数の遅延波の先頭波に対する遅延時間の平均を距離に換算した値である。距離誤差Ｄ１と平均遅延Ｄ２とは、それぞれ補正値データベース２５に格納されている。例えば、補正値算出部２４は、距離誤差Ｄ１の５０％の値と平均遅延Ｄ２の５０％の値との和を補正値Ｎとして算出する。

補正値算出部２４が算出する補正値Ｎと距離算出部２３が行う補正とについて具体的に図３を参照して説明する。図３は、送受信部２１において、２つの応答信号Ｐ４，Ｐ５を受信した場合を示す。図３（ａ）は、補正前の算出距離を示し、図３（ｂ）は、補正後の算出距離を示す。すなわち、図３（ａ）は、折り返し伝搬時間から算出した２つの応答信号Ｐ４，Ｐ５の伝搬距離を示し、図３（ｂ）は、その伝搬距離から補正値Ｎを引いて算出した算出距離を示す。応答信号Ｐ４，Ｐ５の補正後の信号を便宜上、応答信号Ｐ４ａ，Ｐ５ａと表す。なお、図３のグラフにおいて、横軸は距離を示し、縦軸は電力値を示す。

応答信号Ｐ４ａ，Ｐ５ａから求めた補正後の算出距離とＬＯＳ（応答信号Ｐ０）の差分である誤差Ｅ１，Ｅ２は、応答信号Ｐ４，Ｐ５から求めた補正前の算出距離とＬＯＳから求められる実際の距離との誤差ｅ１，ｅ２の平均より小さい。また、誤差Ｅ１，Ｅ２は、誤差ｅ１，ｅ２より小さい一定範囲に収まる。このようにして複数の折り返し伝搬時間についてそれぞれ算出された算出距離を示す信号を、距離算出部２３は、選択部２６へ出力する。

選択部２６は、入力した信号が示す複数の算出距離のうち、測位サーバ３０へ出力する算出距離を選択する。例えば、選択部２６は、最も受信電圧値の高い応答信号Ｓ２から算出された算出距離を選択する。また、例えば、選択部２６は、最も遅延時間の短い応答信号Ｓ２から算出された算出距離を選択する。この場合、最初に送受信部２１によって受信された応答信号Ｓ２から算出された算出距離を選択する。なお、過去に受信した応答信号に対応する算出距離を履歴情報として蓄積し、入力した信号が示す複数の算出距離と履歴情報とを比較して、その差が設定した閾値以上である特異な算出距離は、複数の算出距離から排除する。その後、選択部２６は、測位サーバ３０へ出力する算出距離を選択する。これにより、ノイズによる誤検出を抑制することができる。

補正後の最も受信電圧値の高い応答信号Ｓ２又は最も遅延時間の短い応答信号Ｓ２を選択することにより、遅延による誤差が小さい応答信号Ｓ２を選択することができる。選択部２６は、このようにして選択した算出距離を示す距離情報を、セルラ基地局２０のＩＤを示す信号を共に、送受信部２１を介して測位サーバ３０へ送信する。

引き続いて、図４のフローチャートを用いて、本実施形態に係る測位システム１で実行される処理（測位方法）を説明する。この処理は、例えば、測位サーバ３０によって、セルラ端末１０からセルラシステムを介して測位要求が受信されることによって開始される。

まず、測位サーバ３０による制御に応じて、セルラ基地局２０の送受信部２１によって、１回の測定のために測位用信号Ｓ１がセルラ端末１０へ１度だけ送信される。その測位用信号Ｓ１が、セルラ端末１０によって受信され、応答信号Ｓ２が、セルラ端末１０からセルラ基地局２０へ１度だけ送信される。この応答信号Ｓ２がマルチパス伝搬することにより、複数の応答信号Ｓ２が、セルラ基地局２０の送受信部２１によって受信される（ステップＳ１；受信ステップ）。

複数の応答信号Ｓ２が受信されると、信号送信時刻及び信号受信時刻と応答信号Ｓ２に含まれる処理遅延時間を入力として，セルラ基地局２０の伝搬時間算出部２２により各応答信号Ｓ２について折り返し伝搬時間が算出される（ステップＳ２；伝搬時間算出ステップ）。

続いて、補正値Ｎが、補正値算出部２４によって算出される（ステップＳ３）。そして、複数の伝搬距離が、複数の折り返し伝搬時間を用いてセルラ基地局２０の距離算出部２３によって算出される（ステップＳ４）。算出された複数の伝搬距離それぞれから補正値Ｎが差し引かれ、複数の算出距離がセルラ基地局２０の距離算出部２３によって算出される（ステップＳ５）。複数の算出距離の中から測位サーバ３０へ出力する算出距離が、選択部２６によって選択される（ステップＳ６）。そして、各セルラ基地局において選択された算出距離を示す距離情報が、各セルラ基地局２０それぞれから測位サーバ３０へ送信される。

各セルラ基地局２０とセルラ端末１０との間の距離を示す距離情報が、測位サーバ３０において受信されると、その算出距離と各セルラ基地局２０の位置とを用いて、セルラ端末１０の位置が算出される（ステップＳ７；位置算出ステップ）。このようにして、伝搬時間算出部２２によって算出された伝搬時間と当該算出された伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正値Ｎとに基づいて、セルラ端末１０の位置が算出される。

本実施形態の測位システム１では、まず、セルラ基地局２０とセルラ端末１０との間の経路を伝搬した電波（応答信号Ｓ２）が、セルラ基地局２０において受信され、片道の伝搬時間が算出される。そして、算出された伝搬時間と、その伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正値Ｎとに基づいて、セルラ端末１０の位置を算出する。よって、受信した電波がマルチパスによる遅延が生じた遅延波であっても、補正値Ｎを用いてその伝搬遅延分を補正するので、より正確にセルラ端末１０の測位を行うことができる。

本実施形態の測位システム１では、補正値Ｎは、ＬＯＳに対する先頭波の遅延によって生じる距離の誤差（距離誤差Ｄ１）と、複数の遅延波の先頭波に対する遅延時間の平均を距離に換算した値（平均遅延Ｄ２）とに基づいて設定される。よって、遅延波の伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を改善することができる。また、距離誤差Ｄ１と平均遅延Ｄ２とに基づいて補正を行うことにより、選択部２６がどの算出距離を選択した場合であっても、誤差を小さくすることができる。

ところで、一般的に、遅延誤差を抑制するために複数回の電波測定を行うことが考えられる。例えば、複数回の測位用信号を送信して、その複数回送信された測位用信号に応じた複数組の応答信号Ｓ２を受信することにより、伝搬時間を複数回測定し、最も遅延時間の小さい応答信号Ｓ２を用いてセルラ基地局とセルラ端末との間の距離を算出する。しかしながら、この方法では、電波の送受信及び、その伝搬時間の算出に時間がかかるため、問題がある。また、セルラシステムでは、一般的な見通し外環境では複数回測定しても直接波は受信できないので、複数回の測定を行った上で最も遅延時間の小さい応答信号Ｓ２を選択したとしても、遅延による誤差は生じる。

それに対して、本実施形態の測位システムでは、１回の測位用信号Ｓ１の送受信により、セルラ端末１０の位置を算出することができる。よって、測位時間を短縮することができる。更に、ＬＯＳに対する先頭波の遅延によって生じる距離の誤差（距離誤差Ｄ１）と複数の遅延波の先頭波に対する遅延時間の平均を距離に換算した値（平均遅延Ｄ２）とに基づいて補正を行うので、直接波が受信できない場合であっても、遅延による誤差を軽減することができる。なお、本実施形態においても、測位用信号Ｓ１の送受信を複数回行ってもよい。

本発明の測位システムは、上記実施形態に限られず、種々の変形が可能である。以下、変形例について説明する。

上記実施形態では、補正値Ｎを距離誤差Ｄ１の５０％の値と平均遅延Ｄ２の５０％の値との和とした。補正値Ｎを距離誤差Ｄ１の５０％の値と遅延スプレッド値Ｄ３の距離換算値との和としてもよい。遅延スプレッド値とは、遅延時間の標準偏差を示す値である。遅延スプレッド値においても、距離誤差Ｄ１及び平均遅延Ｄ２と同様に、予め標準的な環境において、電波の発信装置と受信装置との間で測定（キャリブレーション）を行うことにより得てもよい。

また、補正値Ｎは、環境毎の測定値に基づいて設定されてもよく、測定中に取得された値に基づいて設定されてもよい。その具体的な例を図５に示す。図５は、セルラ基地局２０の補正値データベース２５に格納された補正値Ｎを算出するためのデータである。

図５（ａ）は、環境毎に補正値Ｎを設定する場合に格納されるデータである。環境とは、電波の伝搬に影響する環境であり、市街地、山岳地、屋内の場合等がある。この場合、環境毎に測定された値に基づいて補正値Ｎを算出するので、補正値Ｎを的確に設定することができる。

例えば、予め、環境毎に距離誤差Ｄ１と遅延スプレッド値Ｄ３とを測定し、それらの値に基づいて補正値Ｎを算出する。図５（ａ）に示す例では、環境毎に測定された距離誤差Ｄ１の５０％値と、環境毎に測定された遅延スプレッドＤ３の距離換算値との和を補正値Ｎとしている。図５（ａ）に示すように、距離誤差Ｄ１及び遅延スプレッド値Ｄ３共に，屋内、山岳地、市街地の順に大きくなっている。例えば、遅延スプレッドの想定される値は文献（進士昌明編著，“無線通信の電波伝搬”，コロナ社，1992．）を参照することができる。よって、距離誤差Ｄ１と遅延スプレッド値Ｄ３とをそれぞれ環境毎に設定することにより、キャリブレーション測定の回数を減少させながらも補正値Ｎを的確に設定することができる。

図５（ｂ）は、測定中に取得した値に基づいて補正値Ｎを設定する場合に格納されるデータである。例えば、市街地の場合、車・人通りの変化や移動通信端末の移動により伝搬環境が大きく変化する。よって、測定中に取得された値に基づいて補正値Ｎを算出することにより、補正値Ｎを的確に設定することができる。

例えば、距離誤差Ｄ１は、予め標準的な環境において測定することにより得られる規定値であり、遅延スプレッド値Ｄ３は、所定の時刻毎に行う測定によって得られる値である。これらの距離誤差Ｄ１及び遅延スプレッド値Ｄ３の距離換算値に基づいて補正値Ｎを算出する。図５（ｂ）に示す例では、距離誤差Ｄ１の５０％値と、時刻毎に測定された遅延スプレッド値Ｄ３の距離換算値との和を補正値Ｎとしている。図５（ｂ）に示すように、遅延スプレッド値Ｄ３が、測定時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３により変化する場合には，距離誤差Ｄ１と遅延スプレッド値Ｄ３とをそれぞれ時刻毎に取得することにより、補正値Ｎを的確に設定することができる。

上記実施形態では、セルラ基地局２０が、送受信部２１、伝搬時間算出部２２、距離算出部２３、補正値算出部２４、補正値データベース２５、及び選択部２６を備え、測位サーバ３０が、位置算出部３１を備えることとした。測位システムにおける各機能要素である、送受信部２１、伝搬時間算出部２２、距離算出部２３、補正値算出部２４、補正値データベース２５、選択部２６、及び位置算出部３１は、セルラ端末１０、セルラ基地局２０、測位サーバ３０のうちどの装置が備えていてもよい。上述した送受信部２１、伝搬時間算出部２２、距離算出部２３、補正値算出部２４、補正値データベース２５、選択部２６、及び位置算出部３１の上述した各機能は、セルラ端末１０、セルラ基地局２０、又は測位サーバ３０が有する測位用ＩＣチップにより実現されてもよい。

図６を参照して、本実施形態の第１の変形例に係る測位システムの構成について説明する。図６に示す測位システム２では、測位サーバ５０が、上記の各機能要素の送受信部２１、伝搬時間算出部２２、距離算出部２３、補正値算出部２４、補正値データベース２５、選択部２６、及び位置算出部３１を全て備えている。更に、その測位サーバ５０を、セルラ基地局４０が備えている。

この測位システム２においては、次のようにしてセルラ端末１０の位置を測位する。送受信部２１は、測位サーバ５０による制御に応じて、測位用信号Ｓ３をセルラ端末１０に送信する。そして、送受信部２１は、測位用信号Ｓ３を受信したセルラ端末１０から返信される応答信号Ｓ４を受信する。その測位用信号Ｓ４には、セルラ端末１０において信号を処理するために発生した処理遅延時間を示す情報が含まれている。セルラ基地局４０において送受信部２１によって、測位用信号Ｓ４を受信すると、伝搬時間算出部２２は、測位用信号Ｓ４の伝搬時間を算出する。この伝搬時間は、計測した信号送信時刻及び信号受信時刻と、セルラ端末１０において発生した処理遅延時間とを用いて算出される。

続いて、距離算出部２３によって、伝搬時間を用いて伝搬距離が算出され、その伝搬距離が補正されることにより、セルラ基地局４０とセルラ端末１０との間の距離を示す複数の算出距離が算出される。その算出距離の中からセルラ端末１０の位置を算出するために用いる算出距離が選択部２６によって選択され、位置算出部３１へ出力される。

位置算出部３１は、入力した算出距離と方向情報とに基づいて、セルラ端末１０の位置を算出する。方向情報は、セルラ基地局４０において把握されている情報であって、セルラ端末１０が位置するセクタを示す情報である。セクタとは、電波を送信する方向毎に設定されたものであり、例えば、１つのセルラ基地局４０を中心にして、６等分された扇型の領域である。例えば、位置算出部３１は、セクタの中心角を２等分する直線の方向を示す方向情報と、算出距離とに基づいて、セルラ端末１０の位置を算出する。なお、セルラ基地局４０において、測位用信号Ｓ４の指向性を検出することにより、方向情報を生成してもよい。

上記第１の変形例では、セルラ基地局４０が測位システムの各機能要素の全てを備えることとしたが、距離算出部２３、補正値算出部２４、補正値データベース２５、選択部２６、及び位置算出部３１の全て、又はいずれかをセルラ端末１０が備えることとしてもよい。

また、上記第１の変形例では、セルラ基地局４０から測位用信号を送信して、測位用信号を受信したセルラ端末１０から応答信号をセルラ基地局４０へ返信することとしたが，セルラ基地局４０とセルラ端末１０で時刻同期が取れている場合にはセルラ端末１０から測位用信号を送信することとしてもよい。

図７を参照して、本実施形態の第２の変形例に係る測位システムの構成について説明する。図７に示す測位システム３では、セルラ端末６０が、上記の各機能要素の送受信部２１、伝搬時間算出部２２、距離算出部２３、補正値算出部２４、補正値データベース２５、選択部２６、及び位置算出部３１を全て備えている。

この測位システム３では、次のようにしてセルラ端末６０の位置を算出する。送受信部２１は、測位用信号Ｓ５をセルラ基地局７０に送信する。そして、送受信部２１は、測位用信号Ｓ５を受信したセルラ基地局７０から返信される応答信号Ｓ６を受信する。その測位用信号Ｓ６には、セルラ基地局７０において信号を処理するために発生した処理遅延時間を示す情報が含まれている。セルラ端末６０において送受信部２１によって、測位用信号Ｓ６を受信すると、伝搬時間算出部２２は、測位用信号Ｓ６の伝搬時間を算出する。この伝搬時間は、計測した信号送信時刻及び信号受信時刻と、セルラ基地局７０において発生した処理遅延時間とを用いて算出される。

続いて、距離算出部２３によって、伝搬時間を用いて伝搬距離が算出され、その伝搬距離が補正されることにより、セルラ基地局７０とセルラ端末６０との間の距離を示す複数の算出距離が算出される。なお、補正値として、セルラ基地局７０にて測定した平均遅延・遅延スプレッド値を用いる場合は、測位用信号Ｓ６に含めて、セルラ基地局７０が送信するようにしてもよい。

続いて、算出距離の中からセルラ端末６０の位置を算出するために用いる算出距離が選択部２６によって選択され、位置算出部３１へ出力される。位置算出部３１は、入力した算出距離と方向情報とに基づいて、セルラ端末６０の位置を算出する。方向情報は、測位用信号Ｓ６に含めて、セルラ基地局７０が送信するようにしてもよい。

上記第２の変形例では、セルラ端末６０が測位システムの各機能要素の全てを備えることとしたが、距離算出部２３、補正値算出部２４、補正値データベース２５、選択部２６、及び位置算出部３１の全て、又はいずれかをセルラ基地局７０もしくは測位サーバが備えることとしてもよい。

また、上記第２の変形例では、セルラ端末６０から測位用信号を送信して、測位用信号を受信したセルラ基地局７０から応答信号をセルラ端末６０へ返信することとしたが，セルラ基地局７０とセルラ端末６０で時刻同期が取れている場合にはセルラ端末６０から測位用信号を送信することとしてもよい。

本実施形態では、選択部２６は、最も受信電圧値の高い応答信号Ｓ２から算出された算出距離、又は、最も遅延時間の短い応答信号Ｓ２から算出された算出距離を選択することとした。選択部２６は、選択した算出距離と、その算出距離と最も差が小さい算出距離とを比較して、その差が閾値以上である場合、再度、選択を行ってもよい。これにより、選択した算出距離がノイズによる誤検出であった場合に、その値を除くことができる。

本実施形態では、受信した応答信号又は測位用信号全てについて、伝搬距離を算出した。受信した応答信号又は測位用信号の数が多い場合は、遅延時間の大きい信号から削除して、比較的遅延の小さい信号のみについ伝搬距離を算出するようにしてもよい。

本実施形態ではセルラシステムを例に説明したが、それ以外のシステムでも電波の発信源又は受信手段を備える装置から移動通信端末までの距離と方向とを算出することにより、移動通信端末の位置を算出する測位システムであれば本発明の適用が可能である。例えば、電波の発信源としてＧＰＳ衛星を用いたＧＰＳに適用可能である。また、例えば、電波の発信源としてＧＰＳ衛星とセルラ基地局とを用いたセルラシステムとＧＰＳとのハイブリットシステムであってもよい。

引き続いて、上述した一連の測位を行う処理をコンピュータに実行させるための測位プログラムを説明する。図８に示すように、測位プログラム８１は、コンピュータが備える記録媒体８０に形成されたプログラム格納領域８０ａ内に格納されている。

測位プログラム８１は、測位処理を統括的に制御するメインモジュール８１ａと、送受信モジュール８１ｂと、伝搬時間算出モジュール８１ｃと、距離算出モジュール８１ｄと、補正値算出モジュール８１ｅと、選択モジュール８１ｆとを備えて構成される。送受信モジュール８１ｂ、伝搬時間算出モジュール８１ｃ、距離算出モジュール８１ｄ、補正値算出モジュール８１ｅ及びモジュール８１ｆを実行させることにより実現される機能は、上述した送受信部２１、伝搬時間算出部２２、距離算出部２３、補正値算出部２４、及び選択部２６の機能とそれぞれ同様である。

なお、測位プログラム８１は、その一部若しくは全部が、通信回線等の伝送媒体を介して伝送され、他の機器により受信されて記録（インストールを含む）される構成としてもよい。

本実施形態に係る測位システムの構成図である。 図１の送受信部によって受信される複数の応答信号Ｓ２を示すグラフである。 本実施形態に係る測位システムにおける補正方法を説明するための図である。 本実施形態に係る測位システムにおける動作を示すフローチャートである。 本実施形態に係る測位システムにおいて用いる補正値の変形例を示す表である。 本実施形態の第１の変形例に係る測位システムの構成図である。 本実施形態の第２の変形例に係る測位システムの構成図である。 本発明に係る測位プログラムの構成を示す図である。

符号の説明

１，２，３…測位システム、１０，６０…セルラ端末（移動通信端末）、２０，４０，７０…セルラ基地局、２１…送受信部（受信手段）、２２…伝搬時間算出部（伝搬時間算出手段）、３０，５０…測位サーバ、３１…位置算出部（位置算出手段）、Ｄ１…距離誤差、Ｄ２…平均遅延、Ｄ３…遅延スプレッド値、Ｎ…補正値、Ｓ１，Ｓ３，Ｓ４…測位用信号（電波）、Ｓ２…応答信号（電波）。

Claims (11)

1. 移動通信端末の位置を測位する測位システムであって、
   前記移動通信端末に到達した電波又は前記移動通信端末によって送信された電波を受信する受信手段と、
   前記受信手段によって受信された電波に関する伝搬時間を算出する伝搬時間算出手段と、
   前記伝搬時間算出手段によって算出された伝搬時間と当該算出された伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正値とに基づいて、前記移動通信端末の位置を算出する位置算出手段と、
   を備えることを特徴とする測位システム。
2. 自機の位置を測位する移動通信端末であって、
   電波を受信する受信手段と、
   前記受信手段によって受信された電波に関する伝搬時間を算出する伝搬時間算出手段と、
   前記伝搬時間算出手段によって算出された伝搬時間と当該算出された伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正値とに基づいて、自機の位置を算出する位置算出手段と、
   を備えることを特徴とする移動通信端末。
3. 自機の位置を測位する測位用ＩＣチップであって、
   電波を受信する受信手段と、
   前記受信手段によって受信された電波に関する伝搬時間を算出する伝搬時間算出手段と、
   前記伝搬時間算出手段によって算出された伝搬時間と当該算出された伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正値とに基づいて、自機の位置を算出する位置算出手段と、
   を備えることを特徴とする測位用ＩＣチップ。
4. 移動通信端末の位置を測位する測位方法であって、
   受信手段が、前記移動通信端末に到達した電波又は前記移動通信端末によって送信された電波を受信する受信ステップと、
   伝搬時間算出手段が、前記受信ステップにおいて受信された前記電波に関する伝搬時間を算出する伝搬時間算出ステップと、
   位置算出手段が、前記伝搬時間算出ステップにおいて算出された伝搬時間と当該算出された伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正値とに基づいて、前記位置を算出する位置算出ステップと、
   を備えることを特徴とする測位方法。
5. 移動通信端末の位置を測位する測位サーバであって、
   前記移動通信端末から電波を受信する受信手段と、
   前記受信手段によって受信された電波に関する伝搬時間を算出する伝搬時間算出手段と、
   前記伝搬時間算出手段によって算出された伝搬時間と当該算出された伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正値とに基づいて、前記移動通信端末の位置を算出する位置算出手段と、
   を備えることを特徴とする測位サーバ。
6. 前記補正値は、先頭波の見通し直線（ＬＯＳ）に対する遅延時間、及び、複数の遅延波の先頭波に対する遅延時間の平均に基づいて設定されることを特徴とする請求項５に記載の測位サーバ。
7. 前記補正値は、先頭波の見通し直線(ＬＯＳ)に対する遅延時間、及び、複数の遅延波の先頭波に対する遅延時間の広がりに基づいて設定されることを特徴とする請求項５に記載の測位サーバ。
8. 前記位置算出手段は、受信手段によって受信された電波のうち最も受信レベルの高い電波の伝搬時間に基づいて、前記移動通信端末の位置を算出することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の測位サーバ。
9. 前記位置算出手段は、受信手段によって受信された電波のうち最も遅延時間の小さい電波の伝搬時間に基づいて、前記移動通信端末の位置を算出することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の測位サーバ。
10. 前記位置算出手段は、前記受信手段によって受信された電波のうち履歴情報に存在する電波との遅延時間差が閾値以下である電波の伝搬時間に基づいて、前記移動通信端末の位置を算出することを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に記載の測位サーバ。
11. コンピュータに移動通信端末の位置を測位させる測位プログラムであって、
    前記移動通信端末から電波を受信する受信機能と、
    前記受信機能によって受信された電波に関する伝搬時間を算出する伝搬時間算出機能と、
    前記伝搬時間算出機能によって算出された伝搬時間と当該算出された伝搬時間におけるマルチパスによる伝搬遅延分を補正するための補正値とに基づいて、前記移動通信端末の位置を算出する位置算出機能と、
    をコンピュータに実行させる測位プログラム。

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