JP2009128039A

JP2009128039A - 時刻補正装置、時刻補正プログラム、および基地局分類プログラム

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Publication number: JP2009128039A
Application number: JP2007300369A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Sekiguchi; 英紀関口; Akira Fujii; 彰藤井; Masafumi Asai; 雅文浅井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2009-06-11
Anticipated expiration: 2027-11-20
Also published as: JP4973465B2

Abstract

【課題】測位システム内のすべての基地局において計時される時刻が同期するように確実に補正し、移動端末の測位精度の低下を防止すること。
【解決手段】主局選択部３２０は、任意の２つの主局の組み合わせについて、直接通信可能か、または少なくとも１つの共通の基地局装置と通信可能となるように主局を選択し、主局と直接通信可能な基地局装置を従局に分類する。同期時刻取得部３３０は、主局から送信された同期信号の送受信に係る同期時刻を取得する。補正係数算出部３４０は、同期時刻と既知である各基地局装置それぞれの間の距離とを用いて、すべての基地局装置において計時される時刻をいずれか１つの基地局装置において計時される時刻に補正する補正係数を算出する。
【選択図】図５

Description

本発明は、時刻補正装置、時刻補正プログラム、および基地局分類プログラムに関し、特に、測位システム内のすべての基地局において計時される時刻が同期するように確実に補正し、移動端末の測位精度の低下を防止することができる時刻補正装置、時刻補正プログラム、および基地局分類プログラムに関する。

従来、電波を用いた測位システムの１つとして、ＴＤＯＡ（Time Difference Of Arrival）方式が知られている（例えば特許文献１参照）。この方式においては、測位対象の移動端末から例えばパルス波が送信され、送信されたパルス波が異なる位置に設置された複数の基地局によって受信され、各々の基地局におけるパルス波の到着時間差から移動端末の位置が特定される。

具体的には、移動端末から送信されたパルス波は、既知の位置に設置された複数（例えば２次元の位置を測定する場合には、少なくとも３つ）の基地局によって受信され、各基地局における受信時刻が測定される。そして、任意の２基地局における受信時刻の時間差が算出され、この時間差から移動端末が存在し得る範囲が得られる。すなわち、２次元においては、移動端末は、２基地局からの距離の差が一定値（２基地局における受信時刻の時間差に相当する距離）である双曲線上に存在することがわかる。この双曲線を異なる２基地局の組み合わせそれぞれについて求めることにより、双曲線の交点に移動端末が存在すると特定される。

このようなＴＤＯＡ方式による測位システムにおいては、基地局におけるパルス波の受信時刻の時間差から移動端末の測位が行われるため、各基地局において計時される時刻が同期している必要がある。例えば、要求される測位精度が例えば３０ｃｍである場合、各基地局が計時する時刻は、１ｎｓ（ナノ秒）単位（すなわち、３０ｃｍをパルス波の伝達速度（光速）で除した時間）で同期していることが必要とされる。このためには、例えば測位システム内のすべての基地局を同一のクロックで動作させることが考えられるが、各基地局へクロックを伝達するために、遅延が保証される同軸ケーブルなどによって各基地局を接続する必要が生じ、基地局の設置コストが増大してしまう。

そこで、１つの基地局を主局とし、この主局から他の従局へ時刻同期のための同期信号を送信することが検討されている（例えば特許文献２参照）。具体的には、例えば図１４に示すように、主局２０−１から従局２０−２、２０−３へ同期信号が無線送信される。この図１４においては、主局２０−１を太線で示している。また、各基地局２０−１〜２０−３は、測位装置３０に有線接続されている。

図１４に示す測位システムにおいて、同期信号が従局２０−２、２０−３に受信されると、主局２０−１における同期信号の送信時刻と従局２０−２、２０−３における同期信号の受信時刻とが測位装置３０へ通知される。測位装置３０では、各基地局２０−１〜２０−３間の距離が既知であるため、同期信号の送信時刻および受信時刻から従局２０−２、２０−３において計時される時刻の補正が可能となる。したがって、測位装置３０は、各基地局２０−１〜２０−３から通知される移動端末１０から送信されたパルス波の受信時刻をすべて主局２０−１において計時される時刻に補正することができ、移動端末１０の位置を正確に測位することができる。

特開２００４−２３３０６３号公報特開２００４−１０１２５４号公報

しかしながら、例えば移動端末の移動範囲が大きくなり、設置される基地局数が増加した場合、主局から送信される同期信号がすべての従局には到達しなくなり、各基地局において独立に計時される時刻を補正することができなくなるという問題がある。すなわち、主局から送信される同期信号は、主局の近隣の従局のみに到達し、これらの従局において計時される時刻を主局の時刻に補正することは可能である一方、より遠くの従局については、同期信号が受信されないため、時刻の補正が不可能となる。

また、たとえ従局が主局の近隣に設置されていても、主局と従局の間に障害物があれば、同期信号が従局に到達せず、従局の時刻を補正することが困難となる。このように従局の時刻を補正できない場合には、各基地局から測位装置へ通知される移動端末の受信時刻が低精度であるのと同義であり、結果として、移動端末の測位精度が低下してしまう。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、測位システム内のすべての基地局において計時される時刻が同期するように確実に補正し、移動端末の測位精度の低下を防止することができる時刻補正装置、時刻補正プログラム、および基地局分類プログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る時刻補正装置は、複数の基地局において独立に計時される時刻を補正する時刻補正装置であって、共通の基地局と通信可能な位置に配置された２つの基地局を主局として選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された２つの主局において計時される時刻を示すそれぞれの同期信号が送信された送信時刻およびそれぞれの同期信号が共通の基地局によって受信された受信時刻を取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された送信時刻および受信時刻に基づいて２つの主局によって計時される時刻のずれを補正する補正係数を算出する算出手段とを有する構成を採る。

この構成によれば、２つの主局それぞれから送信される同期信号が共通の基地局によって受信されるため、同期信号の送信時刻および受信時刻から２つの主局における時刻をいずれか一方の主局における時刻に補正する補正係数が得られる。また、主局から送信される同期信号を用いてすべての基地局における時刻を統一された基準の時刻に補正する補正係数が得られる。結果として、測位システム内のすべての基地局において計時される時刻が同期するように確実に補正し、移動端末の測位精度の低下を防止することができる。

また、本発明に係る時刻補正装置は、上記構成において、前記選択手段は、共通の基地局と通信可能な位置に配置された２つの基地局に加えて、互いが直接通信可能な位置に配置された２つの基地局を主局として選択する構成を採る。

この構成によれば、２つの主局が共通の基地局と通信可能な場合には、共通の基地局における同期信号の受信時刻を利用し、２つの主局が直接通信可能な場合には、それぞれの主局における同期信号の受信時刻を利用することにより、確実に２つの主局における時刻をいずれか一方の主局における時刻に補正することができる。

また、本発明に係る時刻補正装置は、上記構成において、前記選択手段は、前記複数の基地局のうち主局として選択される基地局の数が最小となるように主局を選択する構成を採る。

この構成によれば、同期信号を送信する主局の数が最小となり、例えば各主局の同期信号の送信タイミングをずらすなどの処置により、同期信号が互いに干渉することを容易に防止することができる。

また、本発明に係る時刻補正装置は、上記構成において、前記選択手段は、選択した２つの主局に対して、それぞれ異なる同期信号の送信タイミングを指示する構成を採る。

この構成によれば、２つの主局による同期信号の送信タイミングがずれて、同期信号が互いに干渉することを防止することができる。

また、本発明に係る時刻補正装置は、上記構成において、前記選択手段によって選択された２つの主局による同期信号の送信タイミングを監視する監視手段と、前記監視手段によって監視された送信タイミングが所定の範囲外にあるときに、２つの主局によって計時される時刻を調整する調整手段とをさらに有する構成を採る。

この構成によれば、２つの主局が計時する時刻のずれにより同期信号の送信間隔が小さくなって干渉の虞が生じると、それぞれの主局が計時する時刻を調整し、同期信号の送信間隔を大きくして同期信号の干渉を確実に防止することができる。

また、本発明に係る時刻補正プログラムは、複数の基地局において独立に計時される時刻を補正する時刻補正プログラムであって、コンピュータに、共通の基地局と通信可能な位置に配置された２つの基地局を主局として選択する選択ステップと、前記選択ステップにて選択された２つの主局において計時される時刻を示すそれぞれの同期信号が送信された送信時刻およびそれぞれの同期信号が共通の基地局によって受信された受信時刻を取得する取得ステップと、前記取得ステップにて取得された送信時刻および受信時刻に基づいて２つの主局によって計時される時刻のずれを補正する補正係数を算出する算出ステップとを実行させるようにした。

また、本発明に係る時刻補正方法は、複数の基地局において独立に計時される時刻を補正する時刻補正方法であって、共通の基地局と通信可能な位置に配置された２つの基地局を主局として選択する選択ステップと、前記選択ステップにて選択された２つの主局において計時される時刻を示すそれぞれの同期信号が送信された送信時刻およびそれぞれの同期信号が共通の基地局によって受信された受信時刻を取得する取得ステップと、前記取得ステップにて取得された送信時刻および受信時刻に基づいて２つの主局によって計時される時刻のずれを補正する補正係数を算出する算出ステップとを有するようにした。

これらによれば、２つの主局それぞれから送信される同期信号が共通の基地局によって受信されるため、同期信号の送信時刻および受信時刻から２つの主局における時刻をいずれか一方の主局における時刻に補正する補正係数が得られる。また、主局から送信される同期信号を用いてすべての基地局における時刻を統一された基準の時刻に補正する補正係数が得られる。結果として、測位システム内のすべての基地局において計時される時刻が同期するように確実に補正し、移動端末の測位精度の低下を防止することができる。

また、本発明に係る基地局分類プログラムは、複数の基地局を同期信号を送信する主局と同期信号を送信しない従局とに分類する基地局分類プログラムであって、コンピュータに、前記複数の基地局間がそれぞれ通信可能であるか否かを調査し、各基地局が通信可能な接続局の数を取得する調査ステップと、前記調査ステップにおける調査の結果、接続局の数が最小の最少接続局を選択する選択ステップと、前記選択ステップにて選択された最少接続局の接続局であって接続局の数が最大の基地局を主局に分類するとともに、この主局のすべての接続局を従局に分類する第１分類ステップと、前記第１分類ステップ後に未分類の基地局のうち、既分類の基地局と通信可能な基地局であって未分類の接続局の数が最大の基地局を主局に分類するとともに、この主局のすべての接続局を従局に分類する第２分類ステップとを実行させるようにした。

また、本発明に係る基地局分類方法は、複数の基地局を同期信号を送信する主局と同期信号を送信しない従局とに分類する基地局分類方法であって、前記複数の基地局間がそれぞれ通信可能であるか否かを調査し、各基地局が通信可能な接続局の数を取得する調査ステップと、前記調査ステップにおける調査の結果、接続局の数が最小の最少接続局を選択する選択ステップと、前記選択ステップにて選択された最少接続局の接続局であって接続局の数が最大の基地局を主局に分類するとともに、この主局のすべての接続局を従局に分類する第１分類ステップと、前記第１分類ステップ後に未分類の基地局のうち、既分類の基地局と通信可能な基地局であって未分類の接続局の数が最大の基地局を主局に分類するとともに、この主局のすべての接続局を従局に分類する第２分類ステップとを有するようにした。

これらによれば、多くの基地局と通信可能な基地局を主局として分類し、主局と通信可能な基地局を従局として分類することができるとともに、任意の２つの主局の組み合わせは、共通の従局と通信可能な位置に配置されていることになる。同時に、すべての基地局を効率良く分類することができ、同期信号を送信する主局の数を最小限に留めることができる。この結果、同期信号を用いてすべての基地局における時刻を統一された基準の時刻に補正するための補正係数を算出することができ、測位システム内のすべての基地局において計時される時刻が同期するように確実に補正し、移動端末の測位精度の低下を防止することができる。

開示した時刻補正装置、時刻補正プログラム、および基地局分類プログラムによれば、測位システム内のすべての基地局において計時される時刻が同期するように確実に補正し、移動端末の測位精度の低下を防止することができる。

本発明の骨子は、１つの主局から送信される同期信号が他の主局または他の主局から送信された同期信号を受信可能な従局において受信されるように複数の主局を配置し、それぞれの主局から送信される同期信号の送信時刻および受信時刻から、すべての基地局によって独立に計時される時刻を同一の基準時刻に補正する補正係数を求めることである。以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る測位システムの概略構成を示す図である。同図に示す測位システムは、移動端末装置１００、基地局装置２００−１〜２００−７、および測位装置３００を有している。なお、図１において、基地局装置２００−３および２００−６は主局であるため、太線で示している。また、図１では省略したが、基地局装置２００−１、２００−６、および２００−７も他の基地局装置と同様に測位装置３００に有線接続されている。

移動端末装置１００は、測位対象の端末であり、基地局装置２００−１〜２００−７と通信可能な範囲を移動しながら、端末信号としてパルス波を送信する。移動端末装置１００は、例えば所定周期で端末信号を送信しても良いし、ユーザが希望するタイミングで端末信号を送信しても良い。

基地局装置２００−１〜２００−７は、移動端末装置１００から送信された端末信号を受信し、端末信号の受信時刻を測位装置３００へ通知する。また、基地局装置２００−１〜２００−７は、測位装置３００からの指示に従って主局または従局に分類される。そして、主局（図１では、基地局装置２００−３および２００−６）は同期信号としてパルス波を送信し、同期信号の送信時刻を測位装置３００へ通知する。また、基地局装置２００−１〜２００−７は、主局から送信された同期信号を受信し、同期信号の受信時刻を測位装置３００へ通知する。

具体的には、図１において、基地局装置２００−３および２００−６は、それぞれ同期信号の送信時刻を測位装置３００へ通知する。また、基地局装置２００−１、２００−２、および２００−４は、基地局装置２００−３から送信された同期信号の受信時刻を測位装置３００へ通知する。同様に、基地局装置２００−４、２００−５、および２００−７は、基地局装置２００−６から送信された同期信号の受信時刻を測位装置３００へ通知する。このとき、基地局装置２００−４は、２つの主局から送信された同期信号を受信可能であるため、双方の主局から送信された同期信号の受信時刻を測位装置３００へ通知する。換言すれば、基地局装置２００−３および２００−６は、共通の基地局装置２００−４と通信可能である。

測位装置３００は、各基地局装置２００−１〜２００−７から通知される同期信号の送信時刻および受信時刻から、各基地局装置において計時される時刻を１つの基地局装置において計時される時刻に補正する補正係数を算出する。具体的には、測位装置３００は、すべての基地局装置２００−１〜２００−７における時刻を例えば基地局装置２００−３における時刻に補正する補正係数を算出する。そして、測位装置３００は、いずれかの基地局装置から端末信号の受信時刻が通知されると、補正係数を用いて端末信号の受信時刻を補正し、補正後の受信時刻の時間差から移動端末装置１００の位置を求める。

また、測位装置３００は、基地局装置２００−１〜２００−７を主局と従局に分類し、主局に対して同期信号の送信を指示する。このとき、測位装置３００は、任意の２つの主局の組み合わせについて、直接通信可能か、または少なくとも１つの共通の基地局装置と通信可能となるように主局を選択する。すなわち、測位装置３００は、例えば基地局装置２００−４と通信可能な位置に配置された２つの基地局装置２００−３および２００−６を主局として選択する。そして、測位装置３００は、すべての主局に同期信号の送信タイミングを指示し、周期的に同期信号を送信させる。このとき、各主局からの同期信号が互いに干渉しないように、測位装置３００は、各主局における同期信号の送信タイミングを調整する。

図２は、本実施の形態に係る移動端末装置１００の要部構成を示すブロック図である。同図に示す移動端末装置１００は、制御部１１０、ＰＰＭ（Pulse Position Modulation：パルス位置変調）変調部１２０、インパルス生成部１３０、および無線送信部１４０を有している。

制御部１１０は、移動端末装置１００全体の処理を制御するとともに、測位時に、基地局装置へ送信する送信データをＰＰＭ変調部１２０へ出力する。具体的には、制御部１１０は、例えば移動端末装置１００に固有の識別情報を送信データとしてＰＰＭ変調部１２０へ出力する。制御部１１０が送信データを出力するタイミングは、所定の周期ごとでも良いし、ユーザが測位を希望するタイミングでも良い。

ＰＰＭ変調部１２０は、例えばリードソロモン符号など、各移動端末装置に共通のＰＮ（Pseudo Noise：擬似雑音）系列を発生させ、ＰＮ系列によって送信データをパルス位置変調する。具体的には、ＰＰＭ変調部１２０は、送信データをＰＮ系列によってタイムホッピングさせた後にパルス位置変調し、得られるパルス波をインパルス生成部１３０へ出力する。すなわち、例えばＰＮ系列が（５，７，６，３，４，２，１）で送信データの１シンボルが（０，１，１，０，０，０，０）である場合、対応する成分を加算して変調系列（５，８，７，３，４，２，１）が得られ、ＰＰＭ変調部１２０は、所定のパルス区間内において、変調系列の各成分に対応するタイミングでパルス波を発生させる。

インパルス生成部１３０は、例えばステップリカバリダイオードを備えており、ＰＰＭ変調部１２０から出力されるパルス波のタイミングでごく短時間のインパルスを生成する。そして、インパルス生成部１３０は、生成したインパルスを無線送信部１４０へ出力する。

無線送信部１４０は、例えばバンドパスフィルタやパワーアンプを備えており、インパルス生成部１３０から出力されたインパルスに対して、不要周波数成分（例えば３．４ＧＨｚ以下の成分および４．８ＧＨｚ以上の成分）の除去および増幅などの所定の処理を施した上で端末信号としてアンテナから送信する。

ここで、無線送信部１４０から送信される端末信号のフレーム構成について、図３を参照しながら説明する。本実施の形態における端末信号のフレームは、プリアンブル部とデータ部から成っている。プリアンブル部は、上述したＰＮ系列そのものを含み、データ部は、ＰＮ系列を用いてパルス位置変調された送信データを含む。フレーム中の１シンボルは、図３に示すようにＰＮ系列の成分と同数のパルス区間から構成されており、各パルス区間は、さらに１０等分されている。そして、これらの等分点は、パルス波発生タイミングとなる。

すなわち、図３に示すように、例えばプリアンブル部の最初のパルス区間においては、ＰＮ系列の最初の成分「５」に対応する５番目の等分点にパルス波が発生している。また、例えばデータ部の２番目のパルス区間においては、変調系列の２番目の成分がＰＮ系列の２番目の成分「７」に送信データの２番目の成分「１」が加算された「８」であるため、８番目の等分点にパルス波が発生している。各パルス区間は、例えば１μｓ（マイクロ秒）に相当し、したがって、各等分点の間隔は１００ｎｓとなり、１シンボルは７μｓに相当する。つまり、１フレームは、およそ数十から数百μｓ程度となる。このようなフレーム構成は、移動端末装置１００から送信される端末信号のみではなく、主局から送信される同期信号にも共通している。

図４は、本実施の形態に係る基地局装置２００の要部構成を示すブロック図である。図１に示した基地局装置２００−１〜２００−７は、すべて図４に示す基地局装置２００と同様の構成を有している。図４に示す基地局装置２００は、制御部２１０、送信処理部２２０、無線送信部２３０、タイマ部２４０、無線受信部２５０、同期用受信処理部２６０、および端末用受信処理部２７０を有している。

制御部２１０は、基地局装置２００全体の処理を制御するとともに、測位装置３００からの指示に従い、基地局装置２００が主局に分類された場合には、従局へ送信する送信データを送信処理部２２０へ出力する。具体的には、制御部２１０は、例えば基地局装置２００に固有の識別情報を送信データとして送信処理部２２０へ出力する。制御部２１０が送信データを出力するタイミングは、測位装置３００からの指示に基づいてタイマ部２４０によってカウントされる。

また、制御部２１０は、基地局装置２００が主局に分類された場合に、同期信号の送信時刻を送信処理部２２０から取得し、測位装置３００へ通知する。同様に、制御部２１０は、同期信号または端末信号が受信された場合に、それぞれの受信時刻を同期用受信処理部２６０または端末用受信処理部２７０から取得し、測位装置３００へ通知する。さらに、制御部２１０は、測位装置３００から時刻の調整を指示された場合には、タイマ部２４０を調整する。

送信処理部２２０は、基地局装置２００が主局に分類された場合に、同期信号を生成し、同期信号の送信時刻を保持する。具体的には、送信処理部２２０は、ＰＰＭ変調部２２１、インパルス生成部２２２、および送信時刻保持部２２３を有している。

ＰＰＭ変調部２２１は、例えばリードソロモン符号など、各基地局装置に共通のＰＮ系列を発生させ、ＰＮ系列によって送信データをパルス位置変調する。ＰＰＭ変調部２２１によるパルス位置変調は、移動端末装置１００のＰＰＭ変調部１２０によるパルス位置変調と同様にして行われる。

インパルス生成部２２２は、例えばステップリカバリダイオードを備えており、ＰＰＭ変調部２２１から出力されるパルス波のタイミングでごく短時間のインパルスを生成する。そして、インパルス生成部２２２は、生成したインパルスを無線送信部２３０へ出力する。

送信時刻保持部２２３は、インパルス生成部２２２からインパルスが出力され、同期信号として送信される送信時刻を保持する。具体的には、送信時刻保持部２２３は、同期信号のデータ部の最初のパルス波が送信される際に、タイマ部２４０から現在時刻を取得し、同期信号の送信時刻として保持する。そして、送信時刻保持部２２３は、保持した送信時刻を制御部２１０へ通知する。

無線送信部２３０は、例えばバンドパスフィルタやパワーアンプを備えており、インパルス生成部２２２から出力されたインパルスに対して、不要周波数成分の除去および増幅などの所定の処理を施した上で同期信号としてアンテナから送信する。上述したように、基地局装置２００から送信される同期信号は、端末信号と同様のフレーム構成（図３参照）を有している。ただし、同期信号の周波数帯域は、端末信号の周波数帯域と異なるようにしても良い。

タイマ部２４０は、基地局装置２００に固有の時刻を計時する。そして、タイマ部２４０は、送信処理部２２０、同期用受信処理部２６０、および端末用受信処理部２７０からの要求に応じて、現在時刻を提供する。すなわち、タイマ部２４０は、同期信号の送信時刻、同期信号および端末信号の受信時刻を提供する。また、タイマ部２４０は、制御部２１０へ送信データの出力タイミングを通知する一方、制御部２１０の制御により計時する時刻を調整する。

無線受信部２５０は、例えば低雑音アンプやバンドパスフィルタを備えており、アンテナを介した受信信号に対して、雑音除去および不要周波数成分の除去などの所定の処理を施す。また、無線受信部２５０は、例えばダイオードを用いた包絡線検波回路やコンパレータなどによって受信信号のパルス波を検出し、同期用受信処理部２６０および端末用受信処理部２７０へ出力する。

同期用受信処理部２６０は、同期信号が受信された場合に、同期信号の受信時刻を保持し、同期信号から受信データを得る。具体的には、同期用受信処理部２６０は、ＰＮ系列発生部２６１、相関演算部２６２、受信時刻保持部２６３、およびＰＰＭ復調部２６４を有している。

ＰＮ系列発生部２６１は、各基地局装置に共通のＰＮ系列を発生させる。

相関演算部２６２は、例えばデジタルマッチドフィルタを備えており、ＰＮ系列発生部２６１において発生するＰＮ系列と受信信号との相関演算を行い、受信信号が同期信号である場合には、規定の相関値を得ることによりプリアンブル部を検出し、データ受信を開始する。

受信時刻保持部２６３は、相関演算部２６２によってデータ受信が開始され、同期信号が受信された受信時刻を保持する。具体的には、受信時刻保持部２６３は、同期信号のデータ部の最初のパルス波が受信された際に、タイマ部２４０から現在時刻を取得し、同期信号の受信時刻として保持する。そして、受信時刻保持部２６３は、保持した受信時刻を制御部２１０へ通知する。

ＰＰＭ復調部２６４は、同期信号のデータ受信に用いられたＰＮ系列によって同期信号をパルス位置復調する。そして、ＰＰＭ復調部２６４は、同期信号のパルス位置復調により得られた受信データを制御部２１０へ出力する。この受信データは、例えば同期信号を送信した主局に固有の識別情報などを含んでいる。

端末用受信処理部２７０は、端末信号が受信された場合に、端末信号の受信時刻を保持し、端末信号から受信データを得る。端末用受信処理部２７０の内部構成は、同期用受信処理部２６０の内部構成と同様であるため、その説明を省略する。ただし、端末用受信処理部２７０は、基地局装置の代わりに各移動端末装置に共通のＰＮ系列を発生させ、このＰＮ系列と端末信号の相関演算を行い、移動端末装置１００に固有の識別情報などを含む受信データを得る。また、図４においては、基地局装置２００が端末用受信処理部２７０を１つだけ有するものとしたが、基地局装置２００は、複数の端末用受信処理部を有していても良い。この場合には、複数の移動端末装置をグループ化し、それぞれの端末用受信処理部がグループ内では共通かつグループごとに異なるＰＮ系列を発生させ、それぞれ別の移動端末装置から送信された端末信号に対する受信処理を行う。

図５は、本実施の形態に係る測位装置３００の要部構成を示すブロック図である。同図に示す測位装置３００は、基地局装置２００−１〜２００−７において計時される時刻を補正する時刻補正装置を備えている。具体的には、測位装置３００は、基地局インタフェース部（以下「基地局Ｉ／Ｆ部」と略記する）３１０、主局選択部３２０、同期時刻取得部３３０、補正係数算出部３４０、端末時刻取得部３５０、測位演算部３６０、主局タイマ比較部３７０、および主局タイマ調整部３８０を有している。

基地局Ｉ／Ｆ部３１０は、基地局装置２００−１〜２００−７と有線接続され、これらの基地局装置２００−１〜２００−７との間で情報を送受信する。具体的には、基地局Ｉ／Ｆ部３１０は、基地局装置２００−１〜２００−７から同期信号の送信時刻および受信時刻と端末信号の受信信号とを受信する。また、基地局Ｉ／Ｆ部３１０は、基地局装置２００−１〜２００−７のうち、主局に選択された基地局装置に対して主局として動作するように指示する。さらに、基地局Ｉ／Ｆ部３１０は、主局となった基地局装置のうち、同期信号の送信時刻が大きくずれている基地局装置に対してタイマを調整するように指示する。

主局選択部３２０は、基地局装置２００−１〜２００−７それぞれの間の接続状況に基づいて、基地局装置２００−１〜２００−７から主局を選択する。具体的には、主局選択部３２０は、例えば初期設定時に、基地局Ｉ／Ｆ部３１０を介して基地局装置２００−１〜２００−７それぞれの間において通信可能であるか否かを示す接続状況を取得する。そして、主局選択部３２０は、任意の２つの主局の組み合わせについて、直接通信可能か、または少なくとも１つの共通の基地局装置と通信可能となるように主局を選択し、主局と直接通信可能な基地局装置を従局に分類する。このとき、主局選択部３２０は、異なる基地局装置からの同期信号の送信を可能な限り少なくするため、主局の数が最も少なくなるように主局と従局の分類を行う。

すなわち、図１に示したように基地局装置２００−１〜２００−７が配置された場合には、主局選択部３２０は、例えば基地局装置２００−４と通信可能な位置に配置された２つの基地局装置２００−３および２００−６を主局として選択する。ここで、例えば基地局装置２００−４は、主局である基地局装置２００−３と直接通信可能であるため、基地局装置２００−６の代わりに基地局装置２００−４を主局とすることも可能である。しかし、基地局装置２００−４を主局とした場合には、基地局装置２００−４と基地局装置２００−７が直接通信可能ではないため、基地局装置２００−７が主局にも従局にも分類されないことになる。このため、基地局装置２００−６および２００−７の少なくともいずれか一方が主局として選択される。つまり、基地局装置２００−４を主局とすると、図１において３つの主局が選択されることになり、基地局装置２００−６を主局とする場合に比べて、主局の数が多くなってしまう。したがって、図１に示した配置の場合、主局選択部３２０は、基地局装置２００−３および２００−６を主局に選択する。

そして、主局選択部３２０は、基地局Ｉ／Ｆ部３１０を介して主局に同期信号の送信を指示する。このとき、主局選択部３２０は、それぞれの主局から送信される同期信号が互いに干渉しないように、各主局がタイミングをずらして同期信号を送信するように指示する。すなわち、主局選択部３２０は、例えば基地局装置２００−３が同期信号を送信するタイミングとは、２０ｍｓ（ミリ秒）の間隔を空けたタイミングで同期信号を送信するように基地局装置２００−６へ指示する。

同期時刻取得部３３０は、基地局Ｉ／Ｆ部３１０を介して、主局から同期信号が送信された同期信号の送信時刻および従局において同期信号が受信された同期信号の受信時刻（以下これらをまとめて「同期時刻」という）を取得する。具体的には、同期時刻取得部３３０は、主局から同期信号が送信されると、主局となった基地局装置２００の送信時刻保持部２２３に保持された送信時刻を基地局装置２００の識別情報とともに取得する。また、同期時刻取得部３３０は、従局において同期信号が受信されると、従局となった基地局装置２００の受信時刻保持部２６３に保持された受信時刻を受信データに含まれる主局の識別情報とともに取得する。このようにして、同期時刻取得部３３０は、すべての基地局装置２００−１〜２００−７から同期信号の送信時刻または受信時刻（同期時刻）を取得する。なお、２つの主局が直接通信可能な場合には、同期時刻取得部３３０は、これらの主局から同期信号の送信時刻および受信時刻の双方を取得することになる。

補正係数算出部３４０は、同期時刻取得部３３０によって取得された同期時刻と既知である各基地局装置２００−１〜２００−７それぞれの間の距離とを用いて、すべての基地局装置２００−１〜２００−７において計時される時刻をいずれか１つの基地局装置において計時される時刻に補正する補正係数を算出する。すなわち、補正係数算出部３４０は、基地局装置２００−１〜２００−７における時刻を例えば基地局装置２００−３における時刻に補正する補正係数を算出する。

ここで、補正係数算出部３４０による補正係数の算出について説明しておく。以下では、基地局装置２００−１〜２００−７において計時される時刻をそれぞれＴ₁〜Ｔ₇とし、基地局装置２００−ｉの時刻に対する基地局装置２００−ｊの時刻のスケールをＡ_ij、オフセットをＢ_ijとする。したがって、例えば基地局装置２００−４の時刻Ｔ₄は、基地局装置２００−３の時刻Ｔ₃を用いて、以下の式（１）のように表される。
Ｔ₄＝Ａ₃₄・Ｔ₃＋Ｂ₃₄ ・・・（１）

同様に、基地局装置２００−４は、基地局装置２００−６から送信された同期信号を受信するため、基地局装置２００−６の時刻Ｔ₆を用いて、以下の式（２）のように表すこともできる。
Ｔ₄＝Ａ₆₄・Ｔ₆＋Ｂ₆₄ ・・・（２）

これらの式（１）、（２）からＴ₄を消去すると、基地局装置２００−３の時刻と基地局装置２００−６の時刻との関係が以下の式（３）として得られる。
Ｔ₆＝（Ａ₃₄・Ｔ₃＋Ｂ₃₄−Ｂ₆₄）／Ａ₆₄ ・・・（３）

以上のような式（１）〜（３）は、すべての主局と従局の組み合わせについて立てることができる。そして、本実施の形態においては、すべての２つの主局の組み合わせが直接通信可能か、または少なくとも１つの共通の基地局装置と通信可能であるため、式の変形により、すべての基地局装置２００−１〜２００−７の時刻Ｔ₁〜Ｔ₇と例えば基地局装置２００−３の時刻Ｔ₃との関係式を得ることができる。したがって、各基地局装置間のスケールＡ_ijとオフセットＢ_ijとを求めれば、すべての基地局装置２００−１〜２００−７における時刻をいずれか１つの基地局装置における時刻に統一することが可能となる。

そこで、補正係数算出部３４０は、補正係数として各基地局装置間のスケールＡ_ijおよびオフセットＢ_ijを求める。ここで、例えば基地局装置２００−３による同期信号の送信時刻をＴ_3t、この同期信号の基地局装置２００−４における受信時刻をＴ_4r、受信時刻Ｔ_4rに対応する基地局装置２００−３の時刻をＴ_3r、基地局装置２００−３から基地局装置２００−４における同期信号の伝搬遅延をＤ₃₄とすると、同期信号は、送信時刻Ｔ_3tから伝搬遅延Ｄ₃₄後に基地局装置２００−４によって受信されるため、以下の式（４）が成立する。
Ｔ_3t＋Ｄ₃₄＝Ｔ_3r ・・・（４）

また、受信時刻Ｔ_4rと基地局装置２００−３の時刻Ｔ_3rとの間には上式（１）の関係が成立することから、式（１）と式（４）を用いると、送信時刻Ｔ_3tと受信時刻Ｔ_4rの間には以下の式（５）の関係が成立することがわかる。
Ｔ_4r＝Ａ₃₄・Ｔ_3r＋Ｂ₃₄
＝Ａ₃₄・（Ｔ_3t＋Ｄ₃₄）＋Ｂ₃₄ ・・・（５）

この式（５）において、伝搬遅延Ｄ₃₄は、基地局装置２００−３および２００−４の距離から既知であるため、同期時刻取得部３３０によって取得される送信時刻Ｔ_3tと受信時刻Ｔ_4rの組を２組用いることにより、スケールＡ₃₄およびオフセットＢ₃₄を算出することが可能となる。すなわち、同期時刻の組を（Ｔ_3t(1)，Ｔ_4r(1)）と（Ｔ_3t(2)，Ｔ_4r(2)）とすれば、以下の式（６）をＡ₃₄およびＢ₃₄について解けば良い。

したがって、スケールＡ₃₄およびオフセットＢ₃₄は、以下のようになる。
Ａ₃₄＝（Ｔ_4r(2)−Ｔ_4r(1)）／（Ｔ_3t(2)−Ｔ_3t(1)）
Ｂ₃₄＝｛Ｄ₃₄・（Ｔ_4r(1)−Ｔ_4r(2)）＋Ｔ_4r(1)・Ｔ_3t(2)−Ｔ_4r(2)・Ｔ_3t(1)｝／（Ｔ_3t(2)−Ｔ_3t(1)）

補正係数算出部３４０は、上記のような計算をすべての主局と従局の組み合わせについて実行し、それぞれの組み合わせにおけるスケールとオフセットを算出する。これにより、各基地局装置２００−１〜２００−７において独立して計時される時刻をいずれか１つの基地局装置において計時される時刻に補正することが可能となる。

なお、上式（６）においては、スケールＡ₃₄およびオフセットＢ₃₄を求めるために２組の同期時刻を用いるものとしたが、３組以上の同期時刻を用いて複数の解を算出し、例えば最小二乗法により１通りのスケールＡ₃₄およびオフセットＢ₃₄を求めても良い。また、周期的に同期信号が送信される場合、新たな同期時刻が取得されるたびに、最新の２組以上の同期時刻を用いてスケールＡ₃₄およびオフセットＢ₃₄を求めても良い。これらを実行することにより、さらに正確な補正係数を算出することが可能となる。また、ここでは、基地局装置の時刻を１次式（例えば式（１）および式（２））によって他の基地局装置の時刻に補正できるものとして説明したが、基地局装置の時刻の補正が２次式やそれ以上の高次式によって補正できる場合にも、上記と同様の考え方によって補正係数を求めることができる。

図５に戻って、端末時刻取得部３５０は、基地局Ｉ／Ｆ部３１０を介して、基地局装置２００−１〜２００−７から端末信号の受信時刻（以下「端末時刻」という）を取得する。具体的には、端末時刻取得部３５０は、基地局装置２００の端末用受信処理部２７０に保持された受信時刻を、基地局装置２００の識別情報および受信データに含まれる移動端末装置１００の識別情報とともに取得する。

測位演算部３６０は、複数の基地局装置から取得された端末時刻を補正した上で、補正後の端末時刻の時間差を求めてＴＤＯＡ方式により移動端末装置１００の位置を求める。具体的には、測位演算部３６０は、補正係数算出部３４０によって算出された補正係数を用いて、複数の基地局装置から取得された端末時刻をいずれか１つの基地局装置における時刻に補正する。そして、測位演算部３６０は、補正後の端末時刻の時間差を算出し、時間差から移動端末装置１００の位置を算出する。

ここで、測位演算部３６０による移動端末装置１００の測位について説明しておく。移動端末装置１００の未知の座標を（Ｘ，Ｙ）、端末信号を受信したｎ個の基地局装置２００の既知の座標をそれぞれ（Ｘ₁，Ｙ₁）、・・・、（Ｘ_n，Ｙ_n）、ｉ番目の基地局装置とｊ番目の基地局装置における端末時刻の差分をＴ_ij、光速をＣとすると、以下の式（７）が成立する。

したがって、移動端末装置１００の位置を特定するためには上式（７）をＸ、Ｙについて解けば良い。このとき、測位演算部３６０は、一般には、最小二乗法を用いたニュートン法による繰り返し計算によって上式（７）を解く。すなわち、移動端末装置１００の位置の初期値を（Ｘ₀，Ｙ₀）とすると、残差行列△Ｒは、以下の式（８）のようになる。

このため、初期値の補正項は、以下の式（９）となり、補正項△Ｘ、△Ｙが所定値以下になるまで、初期値Ｘ₀、Ｙ₀に補正項△Ｘ、△Ｙが加算されて式（８）および式（９）の演算が繰り返される。

主局タイマ比較部３７０は、補正係数算出部３４０によって算出される補正係数に基づいて主局において計時される時刻を比較し、主局間の時刻のずれが所定の閾値以上となっているか否かを判定する。すなわち、主局タイマ比較部３７０は、複数の主局における時刻の関係式（例えば式（３））を参照して、この関係式があらかじめ主局に対して指示された同期信号の送信タイミングと矛盾するか否かを判定する。上述したように、主局からの同期信号の送信タイミングは、主局選択部３２０によって指示されており、異なる主局の送信タイミングには所定の間隔が設けられている。一方で、同期時刻取得部３３０には各主局による同期信号の送信時刻が取得され、この送信時刻から補正係数が求められている。そこで、主局タイマ比較部３７０は、各主局による同期信号の送信タイミングにあらかじめ指示された間隔が設けられているか否かを判定する。

主局タイマ調整部３８０は、主局間の時刻のずれが所定の閾値以上となっている場合に、主局において計時される時刻を調整する。具体的には、主局タイマ調整部３８０は、主局となっている基地局装置２００のタイマ部２４０によって計時される時刻の調整を指示する。このとき、主局タイマ調整部３８０は、すべての主局による同期信号の送信タイミングがあらかじめ指示されたタイミングとなるようにタイマ部２４０の調整を指示する。

次いで、上記のように構成された測位装置３００の動作について、図６に示すフロー図を参照しながら説明する。

本実施の形態においては、初期設定時や所定の周期ごとに主局選択部３２０によって主局と従局の分類が行われる（ステップＳ１０１）。すなわち、主局選択部３２０によって、基地局装置２００−１〜２００−７の接続状況が調査され、その結果に基づいて同期信号を送信する主局が選択され、それぞれの主局に対して同期信号の送信タイミングが指示される。なお、主局の選択については、後に詳述する。

主局選択部３２０によって主局が選択されると、主局に選択された基地局装置は、指示された送信タイミングで同期信号を送信する。同期信号の送信時刻は、主局となった基地局装置２００の送信時刻保持部２２３によって保持され、測位装置３００の同期時刻取得部３３０によって取得される（ステップＳ１０２）。また、主局から送信された同期信号は、この主局と直接通信可能な主局および従局によって受信され、これらの主局および従局の受信時刻保持部２６３によって同期信号の受信時刻が保持される。同期信号の受信時刻は、測位装置３００の同期時刻取得部３３０によって取得される（ステップＳ１０３）。ここで、同期時刻取得部３３０によって取得された同期時刻（すなわち送信時刻および受信時刻）は、それぞれの基地局装置２００のタイマ部２４０によって独立して計時された時刻に基づいている。したがって、この時点の同期時刻は、統一された基準に基づく時刻とはなっていない。

同期時刻取得部３３０によって同期時刻が取得されると、補正係数算出部３４０によって、同期時刻を用いて基地局装置間の時刻のずれを補正する補正係数が算出される（ステップＳ１０４）。すなわち、同期信号を送信した主局における時刻とこの同期信号を受信した主局または従局における時刻との関係式が補正係数算出部３４０によって求められる。そして、補正係数算出部３４０によって、すべての基地局装置２００−１〜２００−７の間に関する補正係数が算出されたか否かが判断され（ステップＳ１０５）、未算出の補正係数がある場合には（ステップＳ１０５Ｎｏ）、同期時刻取得部３３０による同期時刻の取得と補正係数算出部３４０による補正係数の算出とが繰り返される。

そして、すべての基地局装置２００−１〜２００−７の間に関する補正係数が算出されると（ステップＳ１０５Ｙｅｓ）、各基地局装置において計時される時刻の関係式が得られたことになり、すべての基地局装置２００−１〜２００−７における時刻をいずれか１つの基地局装置における時刻に補正することが可能となる。これは、本実施の形態において、すべての２つの主局の組み合わせが直接通信可能か、または少なくとも１つの共通の基地局装置と通信可能となるように主局が選択されているため、すべての基地局装置２００−１〜２００−７における時刻を同期信号の送信時刻および受信時刻によって直接的または間接的に関係付けることができることによっている。

こうして各基地局装置２００−１〜２００−７における時刻を統一して補正することが可能になった後、移動端末装置１００が端末信号を送信すると、この端末信号は、移動端末装置１００の通信可能範囲内にある基地局装置２００によって受信される。そして、端末信号の受信時刻は、基地局装置２００の端末用受信処理部２７０によって保持され、測位装置３００の端末時刻取得部３５０によって取得される（ステップＳ１０６）。取得された端末時刻は、端末信号を受信した基地局装置２００のタイマ部２４０によって独立して計時された時刻に基づいているため、異なる基地局装置２００から取得された端末時刻をそのまま用いて時間差を求めることはできない。

そこで、測位演算部３６０によって、補正係数算出部３４０によって算出された補正係数が用いられることにより、各基地局装置２００から取得された端末時刻がいずれか１つの基地局装置において計時される時刻に補正される（ステップＳ１０７）。これにより、すべての端末時刻が同一の基準に基づく時刻となり、互いに比較することが可能となる。そして、測位演算部３６０によって、補正後の端末時刻の時間差が算出され（ステップＳ１０８）、ＴＤＯＡ方式により移動端末装置１００の位置が特定される（ステップＳ１０９）。

なお、ここでは、各基地局装置２００−１〜２００−７の補正係数の算出と移動端末装置１００の位置特定とが順次行われるものとして説明したが、これらの処理が非同期にそれぞれ繰り返し行われるようにしても良い。その場合には、移動端末装置１００から端末時刻が取得された際に保持されている最新の補正係数を用いて測位演算を行えば良い。

次に、本実施の形態に係る主局選択処理について、具体的に例を挙げながら図７に示すフロー図を参照して説明する。なお、以下に説明する主局選択処理は、主に測位装置３００の主局選択部３２０によって実行される。

主局選択部３２０は、初期設定時や所定の周期ごとに、全基地局装置の接続状況を調査する（ステップＳ２０１）。ここでは、例えば基地局装置Ｂ１〜Ｂ１４が図８に示すように互いに等間隔に配置されているものとする。そして、各基地局装置は、紙面向かって上下左右方向には２つ先の基地局装置と通信可能であり、紙面向かって上下左右方向と４５度の角度を成す方向には１つ先の基地局装置と通信可能であるものとする。ただし、これらの条件を満たす２つの基地局装置であっても、間に障害物が存在する場合には、通信不能であるものとする。したがって、主局選択部３２０による接続状況調査によって、例えば基地局装置Ｂ１については、基地局装置Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、およびＢ６の４つと通信可能であるとの結果が得られる。

図９は、接続状況調査によって判明した、各基地局装置が通信可能な基地局装置（接続局）の数を示す図である。図９を参照すると、例えば基地局装置Ｂ１の接続局は上述したように４つであり、基地局装置Ｂ２の接続局は、基地局装置Ｂ１、Ｂ３、Ｂ４、およびＢ７の４つである。基地局装置Ｂ２と基地局装置Ｂ５の間には障害物が存在するため、基地局装置Ｂ５は、基地局装置Ｂ２の接続局とはならない。このような各基地局装置の接続数が判明すると、主局選択部３２０は、接続数が最も少ない最少接続局のいずれか１つを選択する（ステップＳ２０２）。すなわち、図９においては、接続数が４つである基地局装置Ｂ１、Ｂ２、Ｂ１０、およびＢ１４が最少接続局であるため、ここでは、基地局装置Ｂ１が選択されたものとする。

そして、最少接続局Ｂ１の接続局のうち、接続数が最も多い基地局装置が最初に主局として選択される（ステップＳ２０３）。すなわち、基地局装置Ｂ１が選択された最少接続局である場合には、基地局装置Ｂ１の接続局である基地局装置Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、およびＢ６のうち、接続数が８つで最も多い基地局装置Ｂ４が主局となる。同時に、基地局装置Ｂ４の接続局は、すべて従局に分類される。ここでは、基地局装置Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、およびＢ１１の８つが従局となる。この時点で、未分類の基地局装置はＢ９、Ｂ１０、Ｂ１２、Ｂ１３、およびＢ１４の５つである。

そして、これらの未分類の基地局装置のうち、既に分類された基地局装置の接続局については、主局または従局に分類された基地局装置を除外した接続数が新たに求められる（ステップＳ２０４）。すなわち、未分類の基地局装置のうち、基地局装置Ｂ９、Ｂ１０、Ｂ１２、およびＢ１３について、改めて未分類の基地局装置のみに着目した接続数が求められる。この接続数を図１０に示す。なお、図１０においては、黒丸が主局を示しており、白丸が従局を示している。また、基地局装置Ｂ１４は、いずれの主局および従局にとっても接続局となっていないため、接続数の更新対象とはなっていない。

未分類の基地局装置の接続数が更新されると、接続数が更新された基地局装置のうち、接続数が最も多い基地局装置のいずれか１つが主局として選択される（ステップＳ２０５）。すなわち、更新後の接続数が４である基地局装置Ｂ９またはＢ１３が主局となる。ここでは、例えば基地局装置Ｂ９が主局となるものとすると、図１１に示すように、黒丸で示す基地局装置Ｂ４およびＢ９が主局となり、白丸で示すその他のすべての基地局装置が従局となる。そして、基地局装置Ｂ４およびＢ９は、いずれも基地局装置Ｂ８と通信可能であり、２つの主局の組み合わせについて、直接通信可能か、または少なくとも１つの共通の基地局装置と通信可能となるという条件が満たされていることがわかる。

このようにして新たに主局が選択されると、すべての基地局装置が主局または従局に分類されたか否かが判断され（ステップＳ２０６）、未分類の基地局装置がある場合には（ステップＳ２０６Ｎｏ）、再び接続数が更新されて新たに主局が選択される。また、すべての基地局装置が主局または従局に分類されると（ステップＳ２０６Ｙｅｓ）、最初に選択された最少接続局（ここでは基地局装置Ｂ１）以外にも、まだ選択されていない最少接続局があるか否かが判断される（ステップＳ２０７）。この判断が実行されるのは、最初に選択された最少接続局が異なれば、選択される主局の組み合わせも異なる可能性があり、より主局の数を少なくすることができる可能性があるという理由によっている。

そして、未選択の最少接続局がある場合には（ステップＳ２０７Ｎｏ）、未選択の最少接続局のうちいずれか１つが選択され、上記と同様に主局の組み合わせが決定される。最終的に、すべての最少接続局が最初に選択されて、それぞれの最少接続局に関する主局の組み合わせが決定されると（ステップＳ２０７Ｙｅｓ）、主局の数が最少となる組み合わせが実際の主局および従局の配置となる（ステップＳ２０８）。すなわち、主局選択部３２０は、主局の数が最少となる組み合わせにおける主局に対して、同期信号の送信タイミングを指示する。

このように主局選択部３２０が主局を選択することにより、すべての２つの主局の組み合わせが直接通信可能か、または少なくとも１つの共通の基地局装置と通信可能となる。また、接続数に応じて主局と従局を分類していくことにより、測位システム内のすべての基地局装置を効率良く分類することができ、主局の数を最小限に留めることができる。したがって、複数の主局を配置した場合でも、すべての基地局装置における時刻を統一して補正することができるとともに、同期信号の干渉が発生する可能性を低減することができる。結果として、移動端末装置１００から送信された端末信号の複数の基地局装置における受信時刻をいずれか１つの基地局装置における時刻にそろえて、移動端末装置１００の正確な位置を特定することができる。

ところで、本実施の形態においては、上述したように複数の基地局装置における時刻を補正していずれか１つの基地局装置における時刻に合わせることが可能となる。この前提として、主局および従局における同期信号の送受信が適正に実行されている必要がある。すなわち、各主局から送信される同期信号が互いに干渉することがなければ、それぞれの主局における時刻が多少ずれていても、測位装置３００において、いずれか１つの基地局装置の時刻に補正することができる。しかし、主局における時刻が大きくずれると、それぞれの主局から送信される同期信号が互いに干渉することがあり、正確な補正係数の算出ができなくなる虞がある。そこで、本実施の形態に係る測位装置３００には、主局タイマ比較部３７０および主局タイマ調整部３８０が設けられている。以下、主局タイマ比較部３７０および主局タイマ調整部３８０による主局の時刻調整の具体例について説明する。

ここでは、主局および従局が例えば図１２に示すように配置されているものとする。図１２において、黒丸は主局を示し、白丸は従局を示す。すなわち、基地局装置Ｂ３、Ｂ６、Ｂ８、Ｂ１１、およびＢ１３が主局であり、他の基地局装置が従局である。この主局と従局の配置においては、任意の２つの主局の組み合わせについて、直接通信可能（例えばＢ１１とＢ１３）か、または少なくとも１つの共通の基地局装置と通信可能（例えばＢ３とＢ６が共通してＢ４と通信可能）となっている。したがって、各主局から送信される同期信号の干渉が生じなければ、すべての基地局装置における時刻を統一基準の下で補正することができる。

時刻の補正は、測位装置３００の補正係数算出部３４０が補正係数を算出し、それぞれの基地局装置における時刻と基準となる１つの基地局装置における時刻との関係式を求めることで可能となる。このとき、主局タイマ比較部３７０は、補正係数を用いた関係式から、すべての主局による同期信号の送信時刻を統一基準の下で監視する。すなわち、主局タイマ比較部３７０は、各主局による同期信号の送信時刻をいずれか１つの基地局装置における時刻に補正した上で、それぞれの送信時刻間の間隔を監視する。そして、主局タイマ比較部３７０は、それぞれの送信時刻間の間隔が所定の範囲内に収まるか否かを判定する。

具体的には、例えば図１３の上図に示すように、初期状態では、主局選択部３２０からの指示により、各主局Ｂ３、Ｂ６、Ｂ８、Ｂ１１、およびＢ１３が２０ｍｓ間隔で同期信号を送信しているものとする。各主局は、それぞれのタイマ部２４０で独立して計時しながら、周期的に同期信号を送信するが、一定時間経過後、それぞれの主局における時刻のずれにより、図１３の下図に示すように、各主局からの同期信号の送信タイミングが互いにずれてくる。主局タイマ比較部３７０は、この送信タイミングのずれを補正係数算出部３４０によって求められる関係式に基づいて監視し、送信タイミングのずれが所定の閾値以上となったか否かを判定する。

図１２に示した基地局装置の配置の場合、図１３における主局Ｂ３およびＢ６の間の送信間隔４０１は、これらの主局から送信された同期信号がいずれも従局Ｂ４またはＢ５によって受信されているため、従局Ｂ４またはＢ５における受信時刻を用いた関係式から求められる。同様に、主局Ｂ３およびＢ８の間の送信間隔４０２は、従局Ｂ５における受信時刻を用いた関係式から求められ、主局Ｂ８およびＢ１１の間の送信間隔４０３は、従局Ｂ９における受信時刻を用いた関係式から求められる。また、主局Ｂ１１およびＢ１３の間の送信間隔４０４は、これらの主局間における同期信号の送受信時刻を用いた関係式から求められる。したがって、主局タイマ比較部３７０は、各主局からの同期信号の実際の送信間隔を求めることができる。そして、主局タイマ比較部３７０は、実際の送信間隔と送信間隔の初期値である２０ｍｓまたは２０ｍｓの倍数とを比較し、両者の差が所定範囲内であるか否かを判定する。

この結果、実際の送信間隔と初期値との差が所定範囲内であれば、複数の主局から送信される同期信号の干渉が生じることはなく、同期信号を用いた測位装置３００における補正係数の算出により、各基地局装置の時刻を十分に補正することが可能である。一方、実際の送信間隔と初期値との差が所定範囲外であれば、実際の送信間隔が過小または過大であるため、複数の主局から送信される同期信号の干渉が生じる可能性があり、同期信号を用いた時刻の補正ができないことがある。このため、実際の送信間隔と初期値との差が所定範囲外となった場合は、主局タイマ調整部３８０がそれぞれの主局におけるタイマ部２４０を調整し、それぞれの主局から同期信号が送信される送信間隔が初期値と等しくなるようにされる。

これにより、複数の主局から送信される同期信号が干渉することを未然に防止することができ、常に主局から送信された同期信号を用いた補正係数の算出が可能となる。結果として、複数の基地局装置における時刻をいずれか１つの基地局装置における時刻に補正することができ、移動端末装置１００から送信された端末信号の受信時刻を統一された基準の時刻に補正した上で移動端末装置１００の正確な位置を特定することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、任意の２つの主局の組み合わせについて、直接通信可能か、または少なくとも１つの共通の基地局装置と通信可能となるように主局を選択し、主局から送信される同期信号の送信時刻および受信時刻に基づいて各基地局装置における時刻の補正係数を算出し、移動端末装置から送信された端末信号の受信時刻を統一された基準の時刻に補正する。このため、各基地局装置が独立して計時している時刻をいずれか１つの基地局装置における時刻に補正することができ、測位システム内のすべての基地局において計時される時刻が同期するように確実に補正し、移動端末の測位精度の低下を防止することができる。

なお、上記一実施の形態においては、測位装置３００が基地局装置２００−１〜２００−７とは別体として設けられるものとしたが、測位装置３００がいずれか１つの基地局装置２００−１〜２００−７に一体的に設けられていても良い。また、上記一実施の形態においては、図７に示した主局選択処理の際、最少接続局が複数存在すればすべての最少接続局を最初に選択し、主局の数が最も少なくなる組み合わせを選択するものとしたが、いずれか１つの最少接続局から決定された主局を最終的な主局の組み合わせとしても良い。この場合には、主局の数を最少にできない可能性があるが、主局選択処理に要する時間の短縮を図ることができる。さらに、上記一実施の形態において説明した時刻補正処理および主局選択処理をコンピュータが読み取り可能な形式で記述したプログラムを作成し、このプログラムをコンピュータに実行させることにより、基地局装置における時刻の補正や基地局装置の主局および従局への分類を実行することも可能である。

以上の一実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）複数の基地局において独立に計時される時刻を補正する時刻補正装置であって、
共通の基地局と通信可能な位置に配置された２つの基地局を主局として選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された２つの主局において計時される時刻を示すそれぞれの同期信号が送信された送信時刻およびそれぞれの同期信号が共通の基地局によって受信された受信時刻を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された送信時刻および受信時刻に基づいて２つの主局によって計時される時刻のずれを補正する補正係数を算出する算出手段と
を有することを特徴とする時刻補正装置。

（付記２）前記選択手段は、
共通の基地局と通信可能な位置に配置された２つの基地局に加えて、互いが直接通信可能な位置に配置された２つの基地局を主局として選択することを特徴とする付記１記載の時刻補正装置。

（付記３）前記取得手段は、
直接通信可能な２つの主局における同期信号の送信時刻および受信時刻を取得することを特徴とする付記２記載の時刻補正装置。

（付記４）前記選択手段は、
前記複数の基地局のうち主局として選択される基地局の数が最小となるように主局を選択することを特徴とする付記１記載の時刻補正装置。

（付記５）前記選択手段は、
選択した２つの主局に対して、それぞれ異なる同期信号の送信タイミングを指示することを特徴とする付記１記載の時刻補正装置。

（付記６）前記選択手段によって選択された２つの主局による同期信号の送信タイミングを監視する監視手段と、
前記監視手段によって監視された送信タイミングが所定の範囲外にあるときに、２つの主局によって計時される時刻を調整する調整手段と
をさらに有することを特徴とする付記１記載の時刻補正装置。

（付記７）前記算出手段は、
前記取得手段によって取得された送信時刻および受信時刻と主局および共通の基地局の間の距離とを用いて補正係数を算出することを特徴とする付記１記載の時刻補正装置。

（付記８）移動端末から送信された端末信号が複数の基地局それぞれにおいて受信された端末信号受信時刻を取得する端末時刻取得手段と、
前記端末時刻取得手段によって取得されたそれぞれの端末信号受信時刻を前記算出手段によって算出された補正係数によって補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正されて得られた時刻を用いて前記移動端末の位置を特定する測位手段と
をさらに有することを特徴とする付記１記載の時刻補正装置。

（付記９）複数の基地局において独立に計時される時刻を補正する時刻補正プログラムであって、コンピュータに、
共通の基地局と通信可能な位置に配置された２つの基地局を主局として選択する選択ステップと、
前記選択ステップにて選択された２つの主局において計時される時刻を示すそれぞれの同期信号が送信された送信時刻およびそれぞれの同期信号が共通の基地局によって受信された受信時刻を取得する取得ステップと、
前記取得ステップにて取得された送信時刻および受信時刻に基づいて２つの主局によって計時される時刻のずれを補正する補正係数を算出する算出ステップと
を実行させることを特徴とする時刻補正プログラム。

（付記１０）複数の基地局において独立に計時される時刻を補正する時刻補正方法であって、
共通の基地局と通信可能な位置に配置された２つの基地局を主局として選択する選択ステップと、
前記選択ステップにて選択された２つの主局において計時される時刻を示すそれぞれの同期信号が送信された送信時刻およびそれぞれの同期信号が共通の基地局によって受信された受信時刻を取得する取得ステップと、
前記取得ステップにて取得された送信時刻および受信時刻に基づいて２つの主局によって計時される時刻のずれを補正する補正係数を算出する算出ステップと
を有することを特徴とする時刻補正方法。

（付記１１）複数の基地局を同期信号を送信する主局と同期信号を送信しない従局とに分類する基地局分類プログラムであって、コンピュータに、
前記複数の基地局間がそれぞれ通信可能であるか否かを調査し、各基地局が通信可能な接続局の数を取得する調査ステップと、
前記調査ステップにおける調査の結果、接続局の数が最小の最少接続局を選択する選択ステップと、
前記選択ステップにて選択された最少接続局の接続局であって接続局の数が最大の基地局を主局に分類するとともに、この主局のすべての接続局を従局に分類する第１分類ステップと、
前記第１分類ステップ後に未分類の基地局のうち、既分類の基地局と通信可能な基地局であって未分類の接続局の数が最大の基地局を主局に分類するとともに、この主局のすべての接続局を従局に分類する第２分類ステップと
を実行させることを特徴とする基地局分類プログラム。

（付記１２）前記選択ステップは、
複数の最少接続局がある場合に、１つずつ順に最少接続局を選択し、
前記第１分類ステップは、
前記選択ステップにて選択されるそれぞれの最少接続局に関して別々に分類を繰り返し、
前記第２分類ステップは、
前記第１分類ステップにおける分類ごとに別々に分類を繰り返し、最終的に主局に分類された基地局の数が最小となる分類を採用することを特徴とする付記１１記載の基地局分類プログラム。

（付記１３）複数の基地局を同期信号を送信する主局と同期信号を送信しない従局とに分類する基地局分類方法であって、
前記複数の基地局間がそれぞれ通信可能であるか否かを調査し、各基地局が通信可能な接続局の数を取得する調査ステップと、
前記調査ステップにおける調査の結果、接続局の数が最小の最少接続局を選択する選択ステップと、
前記選択ステップにて選択された最少接続局の接続局であって接続局の数が最大の基地局を主局に分類するとともに、この主局のすべての接続局を従局に分類する第１分類ステップと、
前記第１分類ステップ後に未分類の基地局のうち、既分類の基地局と通信可能な基地局であって未分類の接続局の数が最大の基地局を主局に分類するとともに、この主局のすべての接続局を従局に分類する第２分類ステップと
を有することを特徴とする基地局分類方法。

本発明は、測位システム内のすべての基地局において計時される時刻が同期するように確実に補正し、移動端末の測位精度の低下を防止する場合に適用することができる。

一実施の形態に係る測位システムの概略構成を示す図である。一実施の形態に係る移動端末装置の要部構成を示すブロック図である。一実施の形態に係るフレーム構成の一例を示す図である。一実施の形態に係る基地局装置の要部構成を示すブロック図である。一実施の形態に係る測位装置の要部構成を示すブロック図である。一実施の形態に係る測位装置の動作を示すフロー図である。一実施の形態に係る主局選択処理を示すフロー図である。一実施の形態に係る主局選択の具体例を説明する図である。図８に続く図である。図９に続く図である。図１０に続く図である。一実施の形態に係る基地局配置の一例を示す図である。一実施の形態に係る同期信号送信タイミングの一例を示す図である。ＴＤＯＡ方式を用いる測位システムの一例を示す図である。

符号の説明

３１０基地局Ｉ／Ｆ部
３２０主局選択部
３３０同期時刻取得部
３４０補正係数算出部
３５０端末時刻取得部
３６０測位演算部
３７０主局タイマ比較部
３８０主局タイマ調整部

Claims

複数の基地局において独立に計時される時刻を補正する時刻補正装置であって、
共通の基地局と通信可能な位置に配置された２つの基地局を主局として選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された２つの主局において計時される時刻を示すそれぞれの同期信号が送信された送信時刻およびそれぞれの同期信号が共通の基地局によって受信された受信時刻を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された送信時刻および受信時刻に基づいて２つの主局によって計時される時刻のずれを補正する補正係数を算出する算出手段と
を有することを特徴とする時刻補正装置。
前記選択手段は、
共通の基地局と通信可能な位置に配置された２つの基地局に加えて、互いが直接通信可能な位置に配置された２つの基地局を主局として選択することを特徴とする請求項１記載の時刻補正装置。
前記選択手段は、
前記複数の基地局のうち主局として選択される基地局の数が最小となるように主局を選択することを特徴とする請求項１記載の時刻補正装置。
前記選択手段は、
選択した２つの主局に対して、それぞれ異なる同期信号の送信タイミングを指示することを特徴とする請求項１記載の時刻補正装置。
前記選択手段によって選択された２つの主局による同期信号の送信タイミングを監視する監視手段と、
前記監視手段によって監視された送信タイミングが所定の範囲外にあるときに、２つの主局によって計時される時刻を調整する調整手段と
をさらに有することを特徴とする請求項１記載の時刻補正装置。
複数の基地局において独立に計時される時刻を補正する時刻補正プログラムであって、コンピュータに、
共通の基地局と通信可能な位置に配置された２つの基地局を主局として選択する選択ステップと、
前記選択ステップにて選択された２つの主局において計時される時刻を示すそれぞれの同期信号が送信された送信時刻およびそれぞれの同期信号が共通の基地局によって受信された受信時刻を取得する取得ステップと、
前記取得ステップにて取得された送信時刻および受信時刻に基づいて２つの主局によって計時される時刻のずれを補正する補正係数を算出する算出ステップと
を実行させることを特徴とする時刻補正プログラム。
複数の基地局を同期信号を送信する主局と同期信号を送信しない従局とに分類する基地局分類プログラムであって、コンピュータに、
前記複数の基地局間がそれぞれ通信可能であるか否かを調査し、各基地局が通信可能な接続局の数を取得する調査ステップと、
前記調査ステップにおける調査の結果、接続局の数が最小の最少接続局を選択する選択ステップと、
前記選択ステップにて選択された最少接続局の接続局であって接続局の数が最大の基地局を主局に分類するとともに、この主局のすべての接続局を従局に分類する第１分類ステップと、
前記第１分類ステップ後に未分類の基地局のうち、既分類の基地局と通信可能な基地局であって未分類の接続局の数が最大の基地局を主局に分類するとともに、この主局のすべての接続局を従局に分類する第２分類ステップと
を実行させることを特徴とする基地局分類プログラム。