JP2009246733A - 基地局及び測位システム - Google Patents

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Abstract

【課題】ジッタの影響を軽減させて、測位時の誤差を軽減させることができる基地局や測位システムを提供する。
【解決手段】移動局からの第１の周波数の信号の受信強度が最適信号強度よりも弱いときには、移動局と中継局との間の距離に基づいて信号強度を算出し、算出した信号強度に基づいて、移動局から送信する第１の周波数の信号の送信電力を指示して制御する。
【選択図】図７

Description

移動局から信号が発せられたときから、基地局にその信号が到達したときまでの時間によって、移動局の位置を測定するための基地局や測位システムに関する。
従来から、基地局と複数の移動局との間で無線通信を行う通信システムが考案されてきている。この従来の通信システムは、移動局と基地局との間の相対距離を算出し、その算出した距離に応じて移動局の送信電力を制御するもので、基地局が、移動できるような半固定局であっても、移動局側の送信電力の規制を考慮して通信でき、隣接チャネル内のスプリアスを抑える等、使用する周波数帯域を有効に利用できるものであった（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−２５６１０３号公報
上述した従来の通信システムは、基地局近傍の移動局が、基地局から離れた地点に所在する他局の通信に妨害を与えるいわゆる「遠近問題」の対策のためになされたものであった。
一方、電波を利用した測距や測位の方法として、信号の到来時間差を利用するＴＯＡやＴＤＯＡが代表的な方法として挙げられる。しかし、これらのいずれの方法とも電波を使用するものである。この電波の速度は、光速（３×１０８ｍ／ｓ）と同等であるため、例えば、伝搬時間が１μｓ（１×１０−６ｓ）異なっただけで、距離としては３００ｍの違いが生じる。
伝搬時間の誤差を生じさせる原因に、無線通信で使用する送信機や受信機において生ずるジッタが大きく関わってくる。ジッタは、信号の時間軸方向の揺れを意味する。ジッタは、信号を増幅する際に、歪成分や雑音が生成されることに応じて生ずる。
上述した、ＴＯＡ測位（ＴＤＯＡ測位）は、移動局と基地局との間の信号の到来時間を検出することにより、移動局と基地局との間の距離を算出して、移動局の位置を算出する。しかしながら、移動局と基地局とが正確に同期していたとしても、波形にジッタが含まれていた場合には、距離を算出するときに大きく影響を与えて、測位精度を劣化させる。すなわち、同じ測定条件下で移動局の位置を測定したとしても、ジッタの影響によって、結果は大きく異なる。このため、ＴＯＡやＴＤＯＡを使用するときには、ジッタを限りなく０（ゼロ）に近づけることが必要である。しかしながら、送信機や受信機で生ずるジッタの値を０とすることは、実際には不可能である。
このジッタの影響は、上述した従来の通信システムのように、「遠近問題」の対策のために、移動局の送信電力を制御しただけでは、解消することはできない。すなわち、通信システムでは、ＴＯＡ測位（ＴＤＯＡ測位）において、送信機から受信機への信号の到来時間を検出することで、距離を算出して基地局の位置座標を算出するが、基地局と移動局との同期が正確にとれていたとしても、基地局で受信する信号の波形がジッタを持っていた場合には、距離の算出に大きく影響を与えて測位精度を劣化させる。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ジッタの影響を軽減させて、測位時の誤差を軽減させることができる基地局や測位システムを提供することにある。
以上のような目的を達成するために、本発明の測位システムは、以下の特徴を有する。
すなわち、本発明の測位システムは、
信号を受信した時刻を検出する基地局を含む測位システムであって、
移動局から送信された第１の周波数の信号を受信する第１周波数信号受信手段と、
前記基地局と前記移動局とを中継する中継局によって前記第１の周波数から変換された信号であって前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の信号を受信する第２周波数信号受信手段と、
予め算出された受信信号の立ち上がり時間分散と受信信号強度との相関を示すバスタブ型のグラフを記憶した相関グラフ記憶手段と、
ジッタ値が最小となる最適信号強度との比較及び差を算出して、受信した前記第１の周波数の信号の受信強度が、前記最適信号強度よりも小さいか否かを判断する第１強度判断手段と、
受信した前記第１の周波数の信号の受信強度が、前記最適信号強度よりも弱いときに、前記中継局から送信された前記第２の周波数の信号を受信した受信時刻に基づいて、前記移動局と前記中継局との間の移動中継間距離を算出する距離算出手段と、
前記移動中継間距離に基づいて中継局が移動局から受信する第１の周波数信号強度を算出し、算出した信号強度と前記最適信号強度との比較に基づいて、前記移動局から送信する前記第１の周波数の信号の送信電力を算出する送信電力算出手段と、
前記送信電力を前記移動局に指示する送信電力指示手段と、
前記送信電力指示手段からの指示に応じて前記第１の周波数の信号の送信電力を制御する送信電力制御手段と、を含むことを特徴とする。
移動局から送信され中継局で受信される信号の強度を、ジッタ値が最小となる最適信号強度に最適化することができるので、受信強度の違いによるジッタの影響を少なくして、移動局と中継局との間の信号の伝播時間を的確に取得でき、移動局と中継局との間の距離を的確に算出することができる。
また、本発明に係る測位システムは、
前記送信電力算出手段が、
前記移動中継間距離に基づいて信号強度を算出し、算出した信号強度と前記最適信号強度との比較に基づいて、前記移動局から送信する前記第１の周波数の信号の送信電力を算出し、
前記送信電力指示手段は、前記送信電力を前記移動局に指示し、
前記送信電力制御手段は、前記送信電力指示手段からの指示に応じて前記第１の周波数の信号の送信電力を制御するものが好ましい。
また、本発明に係る測位システムは、
前記第１強度判断手段が、
ジッタと受信信号強度との相関関係であって、前記ジッタ値が最小となる前記最適信号強度を定める相関関係を記憶する相関記憶手段と、
受信した前記第１の周波数の信号の受信強度と前記最適信号強度とを比較して、第１の周波数の信号を用いるか、又は前記第２の周波数の信号を用いるかを決定する信号決定手段と、を含むものが好ましい。
ジッタと受信信号強度との相関関係を用いて、最適信号強度を定めるので、信号強度を的確かつ容易に判別して、第１の周波数又は前記第２の周波数の信号を用いる決定を容易にすることができる。
さらに、本発明に係る測位システムは、
前記基地局と通信可能に接続された測位サーバを含み、
前記測位サーバは、前記第１強度判断手段を有するものが好ましい。
測位サーバで信号強度を判別するので、基地局における処理の負担を軽減することができる。
また、本発明に係る基地局は、
信号を受信した時刻を検出する基地局であって、
移動局から送信された第１の周波数の信号を受信する第１周波数信号受信手段と、
前記基地局と前記移動局とを中継する中継局によって前記第１の周波数から変換された信号であって前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の信号を受信する第２周波数信号受信手段と、
前記第２の周波数の信号を受信した受信時刻に基づいて前記第１の周波数の信号の送信電力を算出するサーバからの指示に応じて前記第１の周波数の信号の送信電力を制御する送信電力制御手段と、を含み、
前記サーバは、
予め算出された受信信号の立ち上がり時間分散と受信信号強度との相関関係を記憶した相関記憶手段と、
ジッタ値が最小となる最適信号強度との比較及び差を算出して、受信した前記第１の周波数の信号の受信強度が、前記最適信号強度よりも弱いか否かを判断する第１強度検出手段と、
前記中継局から送信された前記第２の周波数の信号を受信した受信時刻に基づいて、前記移動局と前記中継局との間の移動中継間距離を算出する距離算出手段を含み、前記移動中継間距離に基づいて信号強度を算出し、算出した信号強度と前記最適信号強度との比較に基づいて前記最適信号強度との差を算出する第２強度検出手段と、
前記移動局から送信する前記第１の周波数の信号の送信電力を算出する送信電力算出手段と、
前記送信電力を前記移動局に指示する送信電力指示手段と、を含むものが好ましい。
移動局から送信され中継局で受信される信号の強度を、ジッタ値が最小となる最適信号強度に最適化することができるので、受信強度によるジッタの影響を少なくして、移動局と中継局との間の信号の伝播時間を的確に取得でき、移動局と中継局との間の距離を的確に算出することができる。
さらに、本発明に係る測位システムは、
前記中継局は、前記中継局と前記少なくとも３つの基地局の各々との間の距離が等しいときには、前記中継局から前記少なくとも３つの基地局の各々に送信する前記第２の周波数の信号の送信強度を単一の強度でかつ一定にするものが好ましい。中継局と少なくとも３つの基地局の各々との間の距離が等しいときには、送信強度を単一の強度でかつ一定にすればよいので、処理を簡素にかつ迅速に行うと共に、適切な強度で信号を受信することができる。
さらにまた、本発明に係る測位システムは、
前記中継局は、前記中継局と前記少なくとも３つの基地局の各々との間の距離のうちの少なくとも１つが異なるときには、前記距離に応じてジッタ値が最小になるように、前記中継局から前記少なくとも３つの基地局の各々に送信する前記第２の周波数の信号の送信強度を定めるものが好ましい。中継局と少なくとも３つの基地局の各々との間の距離のうちの少なくとも１つが異なるときには、各々に対する送信強度を定めるので、適切な強度で信号を受信することができる。
また、本発明に係る測位システムは、
前記中継局と前記少なくとも３つの基地局の各々との間の距離のうちの少なくとも１つが異なるときには、前記少なくとも３つの基地局の各々は、前記距離に応じてジッタ値が最小になるように、前記中継局から送信された前記第２の周波数の信号の受信強度を定めるものが好ましい。中継局と少なくとも３つの基地局の各々との間の距離のうちの少なくとも１つが異なるときには、受信強度を定めるので、適切な強度で信号を受信することができる。
さらに、本発明に係る基地局は、
前記送信電力算出手段は、前記移動中継間距離に基づいて信号強度を算出し、算出した信号強度と前記最適信号強度との比較に基づいて、前記移動局から送信する前記第１の周波数の信号の送信電力を算出し、
前記送信電力指示手段は、前記送信電力を前記移動局に指示し、
前記送信電力制御手段は、前記送信電力指示手段からの指示に応じて前記第１の周波数の信号の送信電力を制御するものが好ましい。
さらにまた、本発明に係る基地局は、
前記第１強度検出手段によって、受信した前記第１の周波数の信号の受信強度が、前記最適信号強度よりも弱いと判別されたときには、前記第２の周波数の信号を選択する信号選択手段を含むものが好ましい。
なお、本明細書においては、「移動局」とは、移動することができ、無線通信機能を有すると共に、移動状態が検知できるセンサ（加速度センサ等）が搭載されている移動型の通信機をいう。
「基地局」とは、位置を検出したい範囲（測定エリア）の大きさに応じて、少なくとも３つ以上のものが一定の位置に設置され、無線通信機能を有すると共に、移動局との通信ができる固定型の通信機をいう。
「測位サーバ」とは、上述した少なくとも３つ以上の基地局と、有線又は無線で通信可能に接続されており、移動局と基地局との間の距離を示す測距データを収集して、測距データに基づいて、移動局の位置を検出する。
「中継局」とは、測定エリア内の既知の一定の位置に配置され、無線通信機能を有すると共に、移動局と基地局との双方と通信ができる固定型の通信機をいう。中継局は、移動局から送信された信号を受信し、周波数を変換して送信出力を調整して基地局に送信する。さらに、中継局は、周波数を変換するだけで、変復調方式は変更しないパススルー型が好ましい。このようにすることで、構成を簡素にして、処理を簡便にすることができると共に、消費電力を抑えることもできる。
また、上述した測定エリアとは、少なくとも３つ以上の基地局によって囲まれて領域であって、移動局が最大の送信電力で送信した信号を基地局で一定以下のエラーレートで通信できる領域である。
送信機や受信機で生ずるジッタの影響を軽減させて、測位時の誤差を軽減させることができる。また、移動局の構成を簡易化すると共に、移動局の消費電力を低減することができる。
以下に、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
＜＜＜測位システム１０の構成＞＞＞
図１は、本発明による測位システム１０の概要を示す図であり、本発明による測位システム１０は、移動局１００と基地局２００と測位サーバ３００と中継局４００とを含む。
＜＜移動局１００の構成＞＞
移動局１００は、その位置を変えることができるように構成されると共に、後述する基地局２００や中継局４００との間で通信を行う。特に、移動局１００は、移動することができ、無線通信機能を有すると共に、加速度センサが搭載されている移動型の通信機であるものが好ましい。
移動局１００は、図２に示すように、受信用アンテナ１０２と、受信機１０４と、復調器１０６と、制御部１１０と、信号処理部１１２と、変調器１１４と、送信機１１６と、送信用アンテナ１１８とを含む。
＜受信用アンテナ１０２＞
受信用アンテナ１０２は、基地局２００から発せられた電波を受信する。この電波によって、後述する無線通信可能問い合せ信号や送信電力指示信号が、基地局２００から送信されて、移動局１００で送信される。
＜受信機１０４＞
受信用アンテナ１０２には、受信機１０４が電気的に接続されている。受信機１０４には、受信用アンテナ１０２が受信した電波が電気的な受信信号として供給される。受信機１０４は、平衡−不平衡変換器（図示せず）とバンドパスフィルター（図示せず）とを含む。平衡−不平衡変換器は、アンテナ系統のインピーダンスの整合を行うためのものである。また、バンドパスフィルターは、不要周波数帯からの混信を防ぐためのものである。
＜復調器１０６＞
受信機１０４には、復調器１０６が電気的に接続されている。復調器１０６は、受信機１０４によって処理された無線通信可能問い合せ信号や送信電力指示信号の復調（検波）を行う。復調は、基地局２００において行われた変調に応じて行われ、周波数変調や位相変調や振幅変調や、これらを組み合わせた変調等に応じて行われる。この復調器１０６によって、復調された無線通信可能問い合せ信号や送信電力指示信号を得ることができる。
＜制御部１１０＞
復調器１０６には、制御部１１０が電気的に接続されている。制御部１１０は、ＣＰＵ（中央処理装置）と、ＲＯＭ（リードオンリーメモリー）と、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）とを含み、これらは、データ信号やアドレス信号を互いに送受信できるように入出力バスに電気的に接続されている。
具体的には、制御部１１０は、後述する図８のフローチャートの処理を実行する。制御部１１０のＲＯＭには、このフローチャートの処理を実行するためのプログラムが記憶されており、ＲＡＭには、このプログラムが実行されたときに用いられる変数等の値が記憶される。
制御部１１０は、基地局２００から送信された無線通信可能問い合せ信号を受信したときには、無線信号可能応答信号を生成して、基地局２００と中継局４００とに無線信号可能応答信号を送信する。
また、制御部１１０は、基地局２００から送信された送信電力設定信号を受信したときに、送信電力設定信号が示す送信電力に応じて、後述する送信機１１６における送信電力の設定を実行する。さらに、制御部１１０は、基地局２００から送信された送信電力設定信号を受信したときに、測距用データ信号を生成して、基地局２００や中継局４００に測距用データ信号を送信する。
なお、図２に示した図では、制御部１１０は、復調器１０６と、後述する信号処理部１１２とに電気的に接続されているように示したが、制御部１１０は、移動局１００における各種の制御も行い、これらについては省略した。
＜信号処理部１１２＞
制御部１１０には、信号処理部１１２に電気的に接続されている。制御部１１０が、無線通信可能問い合せ信号を受信したと判別したときには、信号処理部１１２は、無線信号可能応答信号を生成する。また、制御部１１０が、基地局２００から送信された送信電力設定信号を受信したと判別したときには、信号処理部１１２は、測距用データ信号を生成する。
＜変調器１１４＞
信号処理部１１２には、変調器１１４が電気的に接続されている。変調器１１４は、信号処理部１１２で生成された無線通信可能問い合せ信号や測距用データ信号を変調する。この変調は、基地局２００で復調できるものであればよく、周波数変調や位相変調や振幅変調や、これらを組み合わせた変調等がある。
＜送信機１１６＞
変調器１１４には、送信機１１６が電気的に接続されている。送信機１１６は、変調器１１４で変調された測距用データ信号を送信用に増幅して、送信用アンテナ１１８に供給する。上述したように、送信電力指示信号を受信したときには、制御部１１０によって、送信電力設定信号が示す送信電力に応じて、この送信機１１６の送信電力の設定が実行される。この送信電力の設定によって、測距用データ信号を送信用に増幅することができる。このようにすることで、無線通信可能問い合せ信号や測距用データ信号を移動局１００から電波で送信することができる。
上述したように、移動局１００は、送受信切り替えスイッチなどを用いた送受信を共通にした構成とせずに、受信部（受信用アンテナ１０２、受信機１０４、復調器１０６）と、送信部（信号処理部１１２、変調器１１４、送信機１１６、送信用アンテナ１１８）とが独立した構成とした。このように受信部と送信部とが独立した構成としたことにより、送信と受信とを切り替えるスイッチの動作を省くことができるので、移動局１００の内部の処理に要する時間を短くでき、基地局２００と移動局１００との間における信号の往復伝搬時間を的確に測定することができる。
これに対して、受信部と送信部とが共通する構成としてもよい。このようにすることで、移動局１００の構成を簡素にでき、測位システム１０全体の製造コストを安価にすることもできる。
＜＜基地局２００（２００ａ〜２００ｄ）の構成＞＞
図１に示した例では、測位システム１０は、基地局２００として、４つの基地局２００ａ、２００ｂ、２００ｃ及び２００ｄからなる。これらの基地局２００ａ、２００ｂ、２００ｃ及び２００ｄは、全て同じ構成である。以下では、特に、これらを区別する必要がない限り、代表して基地局２００と称する。
この基地局２００は、図２に示すように、送受信用アンテナ２０２と、アッテネータ２０４と、増幅器２０６と、信号選択部２０８と、信号選択制御部２１０と、スイッチ２１２と、復調部２１４と、ＲＳＳＩ測定部２１６と、時刻検出部２１８と、演算部２２０と、制御部２２２と、ネットワーク通信部２２４と、送信部２２６とを含む。特に、基地局２００は、位置を検出したい範囲（測定エリア）の大きさに応じて、少なくとも３つ以上のものが一定の位置に設置され、無線通信機能を有すると共に、移動局１００や中継局４００との通信ができる固定型の通信機であるものが好ましい。
＜送受信用アンテナ２０２＞
送受信用アンテナ２０２は、移動局１００や中継局４００から発せられた電波を受信する。この送受信用アンテナ２０２によって、基地局２００は、移動局１００から送信された無線通信可能応答信号や測距用データ信号を受信することができる。さらに、送受信用アンテナ２０２によって、基地局２００は、中継局４００から送信された周波数変換測距信号を受信することができる。
＜アッテネータ２０４及び増幅器２０６（受信感度調整）＞
アッテネータ２０４は、送受信用アンテナ２０２で受信した受信信号の電力を減衰させる。増幅器２０６は、アッテネータ２０４によって減衰させた受信信号の電力を増幅させる。このアッテネータ２０４と増幅器２０６との調節によって、送受信用アンテナ２０２で受信する信号の受信感度を所望するものに調整することができる。
＜信号選択部２０８、信号選択制御部２１０、スイッチ２１２＞
上述した移動局１００から送信される無線通信可能応答信号や測距用データ信号は、周波数ｆ１の信号として移動局１００から送信される。一方、中継局４００から送信された周波数変換測距信号は、周波数ｆ２の信号として中継局４００から送信される。基地局２００では、受信した信号を、周波数ｆ１の信号と周波数ｆ２の信号とに分離してその分離した周波数の信号に応じた処理をする必要がある。このため、まず、基地局２００は、信号選択部２０８と、信号選択制御部２１０と、スイッチ２１２とによって、周波数ｆ１の信号と周波数ｆ２の信号とを分離して処理できるように構成されている。
信号選択部２０８は、受信した信号を、周波数ｆ１と周波数ｆ２の信号とに分離する。この処理は、後述する図１５に示すように、周波数により処理することができる。この周波数ｆ１と周波数ｆ２とに分離した後、周波数ｆ１及びｆ２の信号をスイッチ２１２に送信する。信号選択制御部２１０は、判断すべき信号が、周波数ｆ１の信号であるか、周波数ｆ２の信号であるかに応じて、スイッチ２１２を制御するための制御信号をスイッチ２１２に送信する。このようにスイッチ２１２を制御することで、受信した周波数ｆ１の信号又は周波数ｆ２の信号のうちのいずれの一方のみの信号を処理すべき信号として選択することができる。
＜復調部２１４＞
上述したスイッチ２１２には、電気的に復調部２１４が接続されている。復調部２１４は、選択された周波数ｆ１の信号又は周波数ｆ２の信号の復調（検波）を行う。具体的には、移動局１００から送信された周波数ｆ１の無線通信可能応答信号や測距用データ信号の復調（検波）をしたり、中継局４００から送信された周波数ｆ２の周波数変換測距信号の復調（検波）をしたりする。
この復調は、移動局１００において行われた変調に応じて行われ、周波数変調や位相変調や振幅変調や、これらを組み合わせた変調等に応じて行われる。この復調部２１４によって、復調された無線通信可能応答信号や測距用データ信号や周波数変換測距信号を得ることができる。
＜ＲＳＳＩ測定部２１６＞
復調部２１４には、ＲＳＳＩ測定部２１６が電気的に接続されている。ＲＳＳＩ測定部２１６は、周波数ｆ１の無線通信可能応答信号のＲＳＳＩ（受信強度）を測定する。後述するように、このＲＳＳＩ測定部２１６によって測定されたＲＳＳＩの値を実測ＲＳＳＩ値と称する。このＲＳＳＩ測定部２１６によって実測ＲＳＳＩ値を測定することによって、周波数ｆ１の無線通信可能応答信号のＲＳＳＩ値を、ジッタと受信信号強度との関係に当てはめることで、ジッタの影響が最も小さくなる受信信号強度を取得することができる。なお、後述するように、ＲＳＳＩ測定部２１６によって実測ＲＳＳＩ値は、測位サーバ３００に送信され、測位サーバ３００で、ジッタの影響が最も小さくなる受信信号強度を取得する。
＜時刻検出部２１８及び演算部２２０＞
復調部２１４には、時刻検出部２１８も電気的に接続されている。時刻検出部２１８には、演算部２２０が電気的に接続されている。時刻検出部２１８及び演算部２２０は、移動局１００から送信された周波数ｆ１の測距用データ信号を、基地局２００が受信した時刻を検出する。また、時刻検出部２１８及び演算部２２０は、中継局４００から送信された周波数ｆ２の周波数変換測距信号を、基地局２００が受信した時刻も検出する。このように、時刻検出部２１８及び演算部２２０は、測距用データ信号や周波数変換測距信号を受信した時刻を検出する。後述するように、この測距用データ信号を受信した時刻を測距用データ信号受信時刻と称する。また、周波数変換測距信号を受信した時刻を周波数変換測距信号受信時刻と称する。これらの測距用データ信号受信時刻や周波数変換測距信号受信時刻は、測位サーバ３００に送信される。測位サーバ３００では、測距用データ信号受信時刻に基づいて、移動局１００と基地局２００との間の距離が算出される。また、測位サーバ３００では、周波数変換測距信号受信時刻に基づいて、移動局１００と中継局４００との間の距離が算出される。
＜制御部２２２及びネットワーク通信部２２４＞
演算部２２０には、制御部２２２が電気的に接続されている。制御部２２２は、主として、後述する図７に示す基地局処理１と、図１０に示す基地局処理２と、図１１に示す基地局処理３との処理が実行される。制御部２２２には、ネットワーク通信部２２４が電気的に接続されている。ネットワーク通信部２２４は、後述する測位サーバ３００と電気的に接続されている。このようにしたことで、ネットワーク通信部２２４を介して、基地局２００と測位サーバ３００との間で、通信を行うことができる。
図７に示す基地局処理１によって、移動局１００から送信された無線通信可能応答信号の実測ＲＳＳＩ値を測定して、測位サーバ３００に送信する。また、中継局４００から送信された周波数変換測距信号の受信時刻を検出して、測位サーバ３００に送信する。また、図１０に示す基地局処理２によって、移動局１００から送信された測距用データ信号を受信して、その時刻を検出し、測距用データ信号受信時刻を測位サーバ３００に送信する。さらに、図１１に示す基地局処理３によって、中継局４００から送信された周波数変換測距信号を受信して、その時刻を検出し、周波数変換測距信号受信時刻を測位サーバ３００に送信する。
＜送信部２２６＞
制御部２２２には、送信部２２６が電気的に接続されている。送信部２２６は、無線通信可能問い合せ信号や送信電力値指示信号を移動局１００に送信する。なお、送信部２２６は、変調器や送信機などによって構成されるが、ここでは、省略して示した。
＜＜測位サーバ３００の構成＞＞
測位サーバ３００は、基地局２００と通信をするためのネットワーク通信部と（図示せず）と、ＣＰＵ（中央処理装置）（図示せず）と、ＲＯＭ（リードオンリーメモリー）（図示せず）と、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）（図示せず）とを含み、これらは、データ信号やアドレス信号を互いに送受信できるように入出力バスに電気的に接続されている。
測位サーバ３００では、後述する図１２に示す処理が実行される。基地局２００から送信された実測ＲＳＳＩ値に基づいて送信電力値指示信号を生成して、基地局２００に送信する。また、基地局２００から送信された測距用データ信号受信時刻を受信して、測距用データ信号受信時刻に基づいて移動局１００と基地局２００との間の距離を算出する。さらに、基地局２００から送信された周波数変換応答信号受信時刻に基づいて、算出ＲＳＳＩ値を算出して、算出ＲＳＳＩ値に基づいて、送信電力値指示信号を生成して、基地局２００に送信する。さらにまた、基地局２００から送信された周波数変換応答信号受信時刻に基づいて移動局１００と中継局４００との間の距離を算出する。
＜＜中継局４００の構成＞＞
中継局４００は、移動局１００から送信された無線可能応答信号や測距データ信号をアンテナ４０２によって受信し、その信号の周波数を変換したり、その信号の送信電力を設定したりして、周波数を変換した信号（周波数変換応答信号や、周波数変換側距信号）を、アンテナ４０４によって基地局２００に送信する。
中継局４００は、第１のＲＦ増幅部４１０と、ＩＦ増幅部４２０と、第２のＲＦ増幅部４３０とからなる。第１のＲＦ増幅部４１０は、帯域通過フィルタ４１２と増幅器４１４と局部発信回路４１６とミキサ４１８とからなる。移動局１００から送信された信号のうち、所定の帯域の信号のみを帯域通過フィルタ４１２によって通過させ、通過させた信号を増幅器４１４によって増幅させた後、ミキサ４１８によって局部発信回路から発せられた信号と混合することにより、中間周波数の信号を一旦生成する。
ＩＦ増幅部４２０も、帯域通過フィルタ４２２と増幅器４２４と局部発信回路４２６とミキサ４２８とからなる。このＩＦ増幅部４２０によって、周波数ｆ１とは異なる周波数ｆ２の信号が生成される。
第２のＲＦ増幅部４３０は、帯域通過フィルタ４３２と可変減衰器４３４と増幅器４３６と検波回路４３８とからなる。この第２のＲＦ増幅部４３０によって、アンテナ４０４からの電波の送信出力が一定になるように調整される。
＜＜＜測位システム１０におけるジッタの影響の軽減の概略＞＞＞
上述したように、測位システムにおいては、信号の送受信をする以上、ジッタの影響を受けざるを得ない。ジッタは、信号の時間軸方向の揺れを意味し、信号を増幅する際に、歪成分や雑音が生成されることに応じて生ずる。また、ジッタの大きさは、受信信号強度に依存する。この一つの例を図５に示す。
図５は発明者が実験により測定した信号強度とジッタの大きさの関係を表す図である。図５に示すように、ジッタは、受信信号強度が、弱すぎる場合にも、強すぎる場合にも大きくなる傾向を示す。すなわち、ジッタと受信信号強度との関係をグラフで示すと、図５に示すように、いわゆるバスタブ型の関係になる。したがって、ジッタが最小となる受信信号強度が存在し、具体的には、受信信号強度が所定の受信信号強度RSSI_OPTであるときに、ジッタは最小のジッタJ_minになる。すなわち、受信信号強度を受信信号強度RSSI_OPTにすることで、ジッタの影響を最も小さくして、信号を受信することができるので、受信信号強度が、強い場合には、弱くなるように調整し、弱い場合には、強くなるように調整すればよい。
また、この図５に示したジッタと受信信号強度との関係は、信号の周波数によらずに、同様の傾向を示す。このため、異なる複数の周波数の信号を用いて通信する場合も同様に、その各々の信号で、受信信号強度を受信信号強度RSSI_OPTにすることで、ジッタを最小にして通信をすることができる。
受信信号強度が強い場合には、信号の送信側、例えば、移動局１００の送信出力を下げたり、信号の受信側、例えば、基地局２００の受信感度を下げたりすることで、受信信号強度が、受信信号強度RSSI_OPTになるように調整することができる（図５の黒い矢印Ａ参照）。
また、受信信号強度が弱い場合には、信号の送信側、例えば、移動局１００の送信出力を上げたり、信号の受信側、例えば、基地局２００の受信感度を上げたりすることで、受信信号強度が、受信信号強度RSSI_OPTになるように調整することができる（図５の黒い矢印Ｂ参照）。しかしながら、送信側の送信出力や受信側の受信感度は、Ｓ／Ｎ比などを向上させるために、通常、最大限で使用しており、受信信号強度が弱いときに、送信側の送信出力や受信側の受信感度をさらに高めるように調整することが困難な場合が多い。
このような観点から、移動局１００と基地局２００との間に中継局４００を介在させて、移動局１００から送信された信号の送信出力を中継局４００で一旦調整して、基地局２００に送信するようにする。このようにすることで、基地局２００において受信する信号の受信信号強度を受信信号強度RSSI_OPTにすることができ、ジッタの影響を最も小さくして、基地局２００は信号を受信することができる（図６参照）。
図６は、基地局２００が、移動局１００から直接信号を受信する場合と、中継局４００を介して信号を受信する場合との概略を示す図である。
基地局２００が、移動局１００から直接信号を受信する場合は、次のように行われる。移動局１００は、周波数ｆ１の信号を送信する。基地局２００は、移動局１００から送信された周波数ｆ１の信号を直接受信する。上述したように、このように、基地局２００が、移動局１００から信号を直接受信するときには、移動局１００の位置により受信信号強度が、受信信号強度RSSI_OPTよりも小さくなる場合がある。しかしながら、上述したように、移動局１００や基地局２００の構成上、受信信号強度をさらに高めることは困難である場合もあり、このために本発明の中継局４００を用いる。
中継局４００を介して信号を受信する場合は、次のように行われる。移動局１００から、周波数ｆ１の信号が送信されると、中継局４００がその周波数ｆ１の信号を受信する。中継局４００では、受信した信号の送信出力を後述するように調整すると共に、周波数ｆ１から周波数ｆ２へ周波数の変換を行う。さらに、中継局４００は、周波数ｆ２に変換された信号を送信する。基地局２００は、中継局４００から送信された周波数ｆ２の信号を受信する。
さらに、このように、中継局４００を介して信号を送受信する場合には、移動局１００から送信された周波数ｆ１の信号を中継局４００が受信するときと、中継局４００から送信された周波数ｆ２の信号を基地局２００が受信するときとの双方で、ジッタの影響が最も小さくなるようにする必要がある。上述したように、ジッタと受信信号強度との関係は、信号の周波数によらずに、同様の傾向を示す。このため、周波数ｆ１の信号を使って通信を行う場合も、周波数ｆ２の信号を使って通信を行う場合も、ジッタの影響を小さくする必要がある。このような場合に、基地局２００（４つの基地局２００ａ〜２００ｄの全て）と中継局４００との双方が、一定の位置に位置づけられて動かないように構成されている場合には、基地局２００と中継局４００との間の距離は一定であるので、４つの基地局２００ａ〜２００ｄの各々と中継局４００との間の通信において、中継局４００の送信出力や基地局２００ａ〜２００ｄの受信感度を予め定めておき、その送信出力や受信感度で通信を行えばよい。
これに対して、移動局１００は、移動可能であり、その位置は変化するため、移動局１００と中継局４００との間の距離も変化する。このため、移動局１００と中継局４００との間の通信では、移動局１００の送信出力、又は中継局４００の受信感度を、その都度、設定して調整する必要がある。
＜＜＜周波数ｆ１の信号及び周波数ｆ２の信号の識別＞＞＞＞
上述したようにすることで、基地局２００は、中継局４００から送信された周波数ｆ２の信号を受信することができる。一方、移動局１００からは、周波数ｆ１の信号も送信されており、基地局２００は、移動局１００から送信された周波数ｆ１の信号も、中継局４００から送信された周波数ｆ２の信号も受信することができる。このため、周波数ｆ１の信号、又は周波数ｆ２の信号のいずれか一方を識別するための処理が必要になる。
例えば、上述したように、中継局４００は、周波数の変換をすると共に、各基地局までの距離に応じて最適な送信電力値に設定されている。このため、移動局と基地局の距離が一定以上の場合（受信電力がRSSI_optより小さい場合）、中継局４００から送信された周波数ｆ２の信号を基地局２００が受信したときの受信強度は、移動局１００から送信された周波数ｆ１の信号を基地局２００が受信したときの受信強度よりも大きくなる。
また、周波数ｆ２の信号は、中継局４００において、周波数を変換したり送信強度を距離に応じた最適な送信電力値にする処理がされて生成されるものである。このため、基地局２００が周波数ｆ２の信号を受信するタイミングは、中継局４００における処理に要する時間だけ、基地局２００が周波数ｆ１の信号を受信するタイミングよりも遅くなる。
＜＜＜測位システム１０における処理＞＞＞＞
図７〜図１２は、測位システム１０における処理を示すフローチャートである。この測位システム１０における処理は、基地局処理と移動局処理と中継局処理と測位サーバ処理とからなる。基地局処理は、基地局２００で実行される処理で、４つの基地局２００ａ〜２００ｄで順次実行される。４つの基地局２００ａ〜２００ｄを、特に区別する必要がない限り、基地局２００と総称する。移動局処理は、移動局１００で実行される処理で、中継局処理は、中継局４００で実行される処理であり、測位サーバ処理は、測位サーバ３００で実行される処理である。
以下では、測位システム１０における処理を、その処理の内容で分類して、基地局処理と移動局処理と中継局処理と測位サーバ処理とを平行して説明する。なお、図８に示した移動局処理におけるステップＳ２１０１〜Ｓ２１０２の処理と、ステップＳ２２０１〜Ｓ２２０３の処理と、ステップＳ２３０１〜Ｓ２３０３の処理との３つの処理の各々は、独立した処理であり、これらの各々の処理は、その都度、呼び出されて実行された後、メインルーチン（図示せず）に処理が戻されるものとする。同様に、図９に示した中継局処理におけるステップＳ３１０１〜Ｓ３１０３の処理と、ステップＳ３２０１〜Ｓ３２０４の処理との２つの処理の各々は、独立した処理であり、これらの各々の処理も、その都度、呼び出されて実行された後、メインルーチン（図示せず）に処理が戻されるものとする。
＜＜無線可能問い合わせ応答処理＞＞
最初に、図７に示した基地局処理１のサブルーチンが実行される。このサブルーチンは、所定のタイミングごとに呼び出されて実行される。
まず、基地局処理によって、基地局２００は、移動局１００に向かって無線通信可能問合せ信号（破線矢印Ｔ１１）を送信する（ステップＳ１１０１）。移動局１００では、この処理に応じて、図８に示したステップＳ２１０１の処理が実行され、移動局１００は、無線通信可能問合せ信号（破線矢印Ｔ１１）を受信する（ステップＳ２１０１）。移動局１００は、この無線通信可能問合せ信号（破線矢印Ｔ１１）を受信したことに応じて、周波数ｆ１の無線通信可能応答信号（破線矢印Ｔ１２及びＴ２１）を生成して基地局２００と中継局４００とに送信する（ステップＳ２１０２）。なお、移動局１００は、無線通信可能応答信号のほかに、後述するように、測距用データ信号も送信するが、この測距用データ信号も周波数ｆ１の信号である。このように、移動局１００は、送信する信号の種類に拘らず、周波数ｆ１の信号を送信する（図６参照）。
基地局２００は、基地局処理によって、移動局１００から送信された無線通信可能応答信号（破線矢印Ｔ１２）を受信して（ステップＳ１１０２）、ＲＳＳＩ測定部２１６で、受信した無線通信可能応答信号からＲＳＳＩ値を測定する（ステップＳ１１０３）。このＲＳＳＩ測定部２１６によって測定されたＲＳＳＩ値を、以下では、実測ＲＳＳＩ値と称する。
一方、上述したステップＳ２１０２の処理によって、移動局１００は、中継局４００に向かっても無線通信可能応答信号（破線矢印Ｔ２１）を送信している。図９に示すように、中継局４００は、移動局１００から送信された無線通信可能応答信号（破線矢印Ｔ２１）を受信し（ステップＳ３１０１）、受信した無線通信可能応答信号の周波数を変換して（ステップＳ３１０２）、周波数ｆ２の周波数変換応答信号（破線矢印Ｔ２２）として基地局２００に送信する（ステップＳ３１０３）。
中継局４００は、周波数変換応答信号のほかに、後述するように、周波数変換測距信号も送信するが、この周波数変換測距信号も周波数ｆ２の信号である。このように、中継局４００は、送信する信号の種類に拘らず、周波数ｆ２の信号を送信する（図６参照）。
基地局２００では、図７に示すように、中継局４００から送信された周波数変換応答信号（破線矢印Ｔ２２）を受信し（ステップＳ１１０４）、周波数変換応答信号（破線矢印Ｔ２２）を受信した時刻を検出する（ステップＳ１１０５）。以下では、この周波数変換応答信号を受信した時刻を周波数変換応答信号受信時刻と称する。
さらに、基地局２００は、ステップＳ１１０２で受信した無線通信可能応答信号が示す内容から、移動局１００が停止しているか否かを判断する（ステップＳ１１０６）。移動局１００が停止していないと判別したとき（ＮＯ）には、ＴＤＯＡ測位を実行し（ステップＳ１１０７）、本サブルーチンを終了する。
＜＜基地局２００−移動局１００間の距離の算出処理＞＞
図７に示すように、基地局２００で、上述したステップＳ１１０６の判断処理で、移動局１００が停止していると判別したとき（ＹＥＳ）には、ステップＳ１１０３の処理で、算出した実測ＲＳＳＩ値（破線矢印Ｔ３１）を測位サーバ３００に送信し（ステップＳ１１０８）、ステップＳ１１０５の処理で、検出した周波数変換応答信号受信時刻（破線矢印Ｔ３２）を測位サーバ３００に送信し（ステップＳ１１０９）、本サブルーチンを終了する。各基地局２００ａ，ｂ，ｃ，ｄは順次上に詳述した動作を行う。
測位サーバ３００は、図１２に示すように、基地局２００から送信された実測ＲＳＳＩ値（破線矢印Ｔ３１）を受信し（ステップＳ１４０１）、周波数変換応答信号受信時刻（破線矢印Ｔ３２）を受信する（ステップＳ１４０２）。
次いで、測位サーバ３００は、ステップＳ１４０１の処理で受信した実測ＲＳＳＩ値が所定の最適値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１４０３）。上述したように、受信信号強度とジッタとの関係は、図５に示したように、いわゆるバスタブ型の関係を有する。したがって、ジッタが最も小さくなる最小ジッタ値J_minのときの受信信号強度は、最適受信信号強度RSSI_optであるので、基地局２００における受信信号強度が最適受信信号強度RSSI_optになるように、移動局１００の送信強度を調整すればよい。すなわち、基地局２００における受信信号強度が最適受信信号強度RSSI_optになるような送信強度を、移動局１００に指示する制御をすればよい。なお、受信信号強度が最適受信信号強度RSSI_optより大きい場合には、基地局２００における受信信号強度が弱くなるように、移動局１００の送信強度を調整すればよい。一方、受信信号強度が最適受信信号強度RSSI_opt以下の場合には、基地局２００における受信信号強度が強くすることが困難なので、本実施の形態では、中継局４００を介して移動局１００からの信号を基地局２００が受信するようにする（図６参照）のである。
ステップＳ１４０３の判断処理で、ステップＳ１４０１の処理で受信した実測ＲＳＳＩ値が最適値よりも大きいと判別したとき（ＮＯ）には、実測ＲＳＳＩ値を、図６に示した受信信号強度とジッタとの関係に実測ＲＳＳＩ値を当てはめて、実測ＲＳＳＩ値と最適受信信号強度RSSI_optとの差を算出する（ステップＳ１４０４）。次いで、この実測ＲＳＳＩ値と最適受信信号強度RSSI_optとの差に基づいて、移動局１００における送信強度を算出して、その送信強度を示す指示信号（破線矢印Ｔ４１）を基地局２００に送信する（ステップＳ１４０５）。
一方、基地局２００では、図１０に示すように、測位サーバ３００から送信された指示信号（破線矢印Ｔ４１）を受信して（ステップＳ１２０１）、受信した指示信号（破線矢印Ｔ４２）を、移動局１００に送信する（ステップＳ１２０２）。
さらに、移動局１００では、図８に示すように、基地局２００から送信された送信強度を示す指示信号（破線矢印Ｔ４２）を受信し（ステップＳ２２０１）、移動局１００は、その指示信号に従って、送信電力を設定し（ステップＳ２２０２）、周波数ｆ１の測距用データ信号（破線矢印Ｔ５１）を送信する（ステップＳ２２０３）。
基地局２００では、図１０に示すように、移動局１００から送信された周波数ｆ１の測距用データ信号（破線矢印Ｔ５１）を受信し（ステップＳ１２０３）、測距用データ信号（破線矢印Ｔ５１）を受信した時刻を検出する（ステップＳ１２０４）。この測距用データ信号を受信した時刻を測距用データ信号受信時刻と称する。次いで、この測距用データ信号受信時刻（破線矢印Ｔ５２）を測位サーバ３００に送信する（ステップＳ１２０５）。測距用データを受信するステップ１２０３では図１５に示すようにスイッチ２１２をｆ１側として移動局よりの直接波ｆ１の受信信号の強度が所定の値RSSI_optより大きいか否かが判断される。大きい場合にはアッテネータ２０４を設定して受信電力が最適な大きさになるように調整される。小さい場合にはスイッチ２１２をｆ２側に設定して中継局からの信号ｆ２を利用するようにする。
測位サーバ３００では、図１２に示すように、基地局２００から送信された測距用データ信号受信時刻（破線矢印Ｔ５２）を受信し（ステップＳ１４０６）、受信した測距用データ信号受信時刻に基づいて、基地局２００と移動局１００との間の距離を算出する（ステップＳ１４０７）。
＜＜中継局４００−移動局１００間の距離の算出処理＞＞
測位サーバ３００では、図１２のステップＳ１４０３の判断処理で、ステップＳ１４０１の処理で受信した実測ＲＳＳＩ値が最適値以下であると判別したとき（ＹＥＳ）には、ステップＳ１４０２の処理で受信した周波数変換応答信号受信時刻に基づいて、中継局４００と移動局１００との間の距離Ｌ１を算出する（ステップＳ１４０８）。この距離Ｌ１は、以下のようにすることで算出することができる。
まず、距離Ｌ１の算出の前提として、中継局４００の位置は既知であり、中継局４００は、移動することなく、一定の位置に位置づけられており、また、中継局４００内での内部処理時間ｔ３は、一定であり既知であるものとする。
移動局１００から送信された無線通信可能応答信号は、中継局４００によって、周波数変換応答信号に変換された後、基地局２００に送信される。この無線通信可能応答信号が移動局１００から送信されたときから、周波数変換応答信号を基地局２００が受信するまでの時間を時間Ｔとする。
また、無線通信可能応答信号が、移動局１００から送信されたときから、無線通信可能応答信号を中継局４００が受信するまでの時間を時間ｔ１とする。
さらに、周波数変換応答信号が、中継局４００から送信されたときから、周波数変換応答信号を基地局２００が受信するまでの時間を時間ｔ２とする。したがって、この時間ｔ２は、中継局４００から基地局２００までに信号が伝播する時間である。上述したように、基地局２００と中継局４００と双方は、一定の位置に位置づけられている。したがって、基地局２００と中継局４００との間の距離は、変化することなく一定の値である。このため、中継局４００から基地局２００までに信号が伝播する時間ｔ２は、一定の値となる。
さらにまた、中継局４００内での内部処理時間を上述したように時間ｔ３とする。この時間は、中継局４００が無線通信可能応答信号を受信して、周波数を変換して、周波数変換応答信号を中継局４００から送信するまでに要する時間である。したがって、時間ｔ３は、中継局４００の構成や処理を変更しない限り、一定の値となる。
上述した時間Ｔ、ｔ１、ｔ２及びｔ３の関係は、Ｔ＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３である。上述したように、時間ｔ２及びｔ３は一定の値であるので、時間Ｔを取得できれば、ｔ１＝Ｔ−ｔ２−ｔ３により、時間ｔ１を算出することができる。このように時間ｔ１を算出すれば、電波の速度（３×１０８メートル／秒）から、中継局４００と移動局１００との間の距離Ｌ１を算出することができる。
上述したステップＳ１４０８の処理を実行した後、距離Ｌ１からＲＳＳＩ値を算出してする（ステップＳ１４０９）。以下では、このステップＳ１４０９の処理によって算出されたＲＳＳＩ値を算出ＲＳＳＩ値と称する。この算出ＲＳＳＩ値は、以下のように求められた距離からすることで算出することができる。送受信のアンテナ利得と送信側の出力電力より、距離と受信信号強度の関係は、フリスの伝達公式を利用して以下の式を導き出すことができる。以下では、この式によって算出されたＲＳＳＩ値を算出ＲＳＳＩ値と称する。
Figure 2009246733
ここで、Ｄは、送信アンテナから受信アンテナまでの距離であり、ＧＴＡは、送信アンテナゲイン（ｄＢｄ）であり、ＧＲＡは、受信アンテナゲイン（ｄＢｉ）であり、ＰＴは、送信パワー（ｄＢｍ）である。たとえば、送信アンテナ（移動局１００側）及び受信アンテナ（中継局４００側）共に利得を０（ｄＢｉ）とし、送信パワー（移動局１００側）の送信パワーを０（ｄＢｍ）とし、周波数を（２．４ＧＨｚ）とし、移動局１００と中継局４００との間の距離Ｄを２ｍとしたときには、受信信号強度は−４２．７３２（ｄＢｍ）となる。
このように、移動局１００と中継局４００との間の距離Ｌ１を算出することができれば、移動局１００から送信された無線通信可能応答信号を中継局４００の算出ＲＳＳＩ値として算出することができる。
上述したステップＳ１４０９の処理を実行した後、算出ＲＳＳＩ値を、図６に示した受信信号強度とジッタとの関係に実測ＲＳＳＩ値を当てはめて、算出ＲＳＳＩ値と最適受信信号強度RSSI_optとの差を算出する（ステップＳ１４１０）。次いで、この算出ＲＳＳＩ値と最適受信信号強度RSSI_optとの差に基づいて、移動局１００における送信強度を算出して、その送信強度を示す指示信号（破線矢印Ｔ６１）を基地局２００に送信する（ステップＳ１４１１）。
基地局２００では、図１１に示すように、測位サーバ３００から送信された指示信号（破線矢印Ｔ６１）を受信し（ステップＳ１３０１）、受信した指示信号（破線矢印Ｔ６２）を移動局１００に送信する（ステップＳ１３０２）。
移動局１００では、図８に示すように、基地局２００から送信された指示信号（破線矢印Ｔ６２）を受信し（ステップＳ２３０１）、移動局１００は、その指示信号に従って、送信電力を設定し（ステップＳ２３０２）、周波数ｆ１の測距用データ信号（破線矢印Ｔ７１）を中継局４００に送信する（ステップＳ２３０３）。
中継局４００では、図９に示すように、移動局１００から送信された周波数ｆ１の測距用データ信号（破線矢印Ｔ７１）を受信し（ステップＳ３２０１）、測距用データ信号の周波数を変換して周波数ｆ２の周波数変換測距信号にする（ステップＳ３２０２）。次いで、周波数変換測距信号を送信する基地局２００に応じて、送信電力設定をし（ステップＳ３２０３）、その送信電力で、周波数ｆ２の周波数変換測距信号（破線矢印Ｔ７２）を送信する（ステップＳ３２０４）。
上述したように、本実施の形態では、基地局２００として４つの基地局２００ａ〜２００ｄがある。これらの基地局２００ａ〜２００ｄの各々と中継局４００との間の距離が異なるように、中継局４００が位置づけられる場合がある。また、４つの基地局２００ａ〜２００ｄの各々と基地局２００との間における通信も、ジッタを最小にするために、基地局２００における受信信号強度が最適受信信号強度RSSI_optになるにするのが好ましい。このため、基地局２００ａ〜２００ｄの各々と中継局４００との間の距離が異なる場合には、周波数変換測距信号を受信する基地局２００に応じて、中継局４００における送信強度を変更するようにする。上述したステップＳ３２０３の処理は、このように、基地局２００ａ〜２００ｄの各々と中継局４００との間の距離が異なる場合であっても、基地局２００ａ〜２００ｄの各々で、ジッタを最小にして、周波数変換測距信号を受信できるようにするために、基地局２００ａ〜２００ｄの各々に応じて送信電力を設定する処理である。
基地局２００では、ステップＳ１３０２の処理を実行した後、基地局２００において周波数変換測距信号を受信する受信感度を設定し（ステップＳ１３０３）、中継局４００から送信された周波数ｆ２の周波数変換測距信号（破線矢印Ｔ７２）を受信し（ステップＳ１３０４）、周波数変換測距信号を受信した時刻を検出する（ステップＳ１３０５）。この周波数変換測距信号を受信した時刻を周波数変換測距信号受信時刻と称する。次いで、この周波数変換測距信号受信時刻（破線矢印Ｔ８１）を測位サーバ３００に送信する（ステップＳ１３０６）。なお、上述したステップＳ１３０４の処理を実行するときに、中継局４００から送信された周波数ｆ２の周波数変換測距信号のみを受信するために、図１５（ａ）又は図１５（ｂ）に示した信号識別の処理を用いればよい。
また、上述したステップＳ１３０３の受信感度の設定の処理は、基地局２００ａ〜２００ｄの各々で受信感度を設定することで、ジッタを最小にして、基地局２００ａ〜２００ｄの各々における受信信号強度が最適受信信号強度RSSI_optになるようにするものである。たとえば、４つの基地局２００ａ〜２００ｄの各々と中継局４００との間の距離が異なるように、中継局４００が位置づけられる場合がある。このため、４つの基地局２００ａ〜２００ｄの各々と基地局２００との間における通信も、ジッタが最小になるようにして、基地局２００における受信信号強度が最適受信信号強度RSSI_optにするのが好ましい。なお、４つの基地局２００ａ〜２００ｄの各々と中継局４００との距離は一定であるので、受信感度を一旦設定すれば、その後変更する必要はなく、ステップＳ１３０３によって毎回処理する必要はない。
また、上述した中継局４００におけるステップＳ３２０３で、送信電力を設定するようにしたが、基地局２００ａ〜２００ｄの各々において、このステップＳ１３０３で受信感度を設定するようにしたときには、中継局４００におけるステップＳ３２０３の処理をする必要がない。逆に、中継局４００におけるステップＳ３２０３の送信電力を設定するようにしたときには、基地局２００ａ〜２００ｄの各々おいて、ステップＳ１３０３で受信感度を設定する必要はない。中継局４００又は基地局２００ａ〜２００ｄのいずれか一方で処理をすることで、基地局２００における受信信号強度を最適受信信号強度RSSI_optにすることで、ジッタを最小にできる。
測位サーバ３００では、図１２に示すように、基地局２００から送信された周波数変換測距信号受信時刻（破線矢印Ｔ８１）を受信し（ステップＳ１４１２）、受信した周波数変換測距信号受信時刻に基づいて、中継局４００と移動局１００との間の距離Ｌ１を算出する（ステップＳ１４１３）。このステップＳ１４１３の処理は、上述したステップＳ１４０８と同様に、時間Ｔを取得できれば、ｔ１＝Ｔ−ｔ２−ｔ３により、時間ｔ１を算出することができ、中継局４００と移動局１００との間の距離Ｌ１を算出することができる。
上述したステップＳ１４０７又はＳ１４１３の処理を実行した後、これらの処理で算出した距離を記憶し（ステップＳ１４１４）、本サブルーチンを終了する。
＜＜＜測位サーバ３００における処理＞＞＞
図１３は、測位サーバ３００において実行されるサブルーチンを示す。
最初に、上述した図１２に示したサブルーチンの処理によって、３つ以上の距離データを算出したか否かを判断する（ステップＳ２０１）。３つ以上の距離を受信していないと判別したとき（ＮＯ）には、上述したステップＳ２０１に処理を戻す。
一方、３つ以上の距離を受信したと判別したとき（ＹＥＳ）には、受信した３つ以上の距離、すなわち、３種類以上の距離の交点を算出して、その交点を移動局１００の位置とし（ステップＳ２０２）、本サブルーチンを終了する。
図１４は、上述したステップＳ２０２の処理の概略を示す図である。図１４に示した例では、基地局２００ｂと移動局１００との間の距離は、図１２のステップＳ１４０７の処理によって、Ｌａと算出され、基地局２００ｄと移動局１００との間の距離は、図１２のステップＳ１４０７の処理によって、Ｌｂと算出され、中継局４００と移動局１００との間の距離は、図１２のステップＳ１４１３の処理によって、Ｌｃと算出されている。したがって、この例の場合は、移動局１００と基地局２００ａ又は２００ｃとの間では、移動局１００から送信された信号の測定ＲＳＳＩ値が最適値以下であったため、基地局２００ａ及び２００ｃは、移動局１００から送信された信号を直接利用せず、基地局２００ａ又は２００ｃは、中継局４００を介した信号を用いたものである。なお、移動局１００と中継局４００との距離Ｌｃは、基地局２００ａを用いた場合でも、基地局２００ｃを用いた場合でも同じであるので、基地局２００ａ又は２００ｃのいずれか一方が算出した距離Ｌｃを用いればよい。
図１４に示したように、半径Ｌａの円と、半径Ｌｂの円と、半径Ｌｃの円との解を算出することによって、交点Ｉの座標を算出することができ、移動局１００の座標を取得することができる。
＜＜＜測位サーバ３００における処理＞＞＞
図１５は、信号識別のための処理を示すフローチャートである。この処理は、移動局１００から送信された周波数ｆ１の信号か、中継局４００から送信された周波数ｆ２の信号かを識別するときに用いる処理である。
上述したように、中継局４００から送信された周波数ｆ２の信号を基地局２００が受信したときの受信強度は、移動局と基地局間の距離が一定値以上の場合、移動局１００から送信された周波数ｆ１の信号を基地局２００が受信したときの受信強度よりも大きくなる。また、基地局２００が周波数ｆ２の信号を受信するタイミングは、周波数ｆ１の信号を受信するタイミングよりも遅くなる。このことを利用して、基地局２００が信号を受信したタイミングで、周波数ｆ１であるか、又は周波数ｆ２であるかを識別する手法もある。
図１５は、基地局２００で受信した信号の受信強度によって、信号を識別するものである。まず、周波数ｆ１で受信した信号の受信強度が所定の強度よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ３０１）。受信した信号の受信強度が所定の強度よりも小さいと判別したとき（ＹＥＳ）には、中継局４００から送信された周波数ｆ２の信号を選択する（ステップＳ３０２）。また、受信した信号の受信強度が所定の強度以上であると判別したとき（ＮＯ）には、移動局１００から送信された周波数ｆ１の信号を選択し（ステップＳ３０３）、上述したアッテネータ２０４を設定して（ステップＳ３０４）、本サブルーチンを終了する。
上述した実施の形態では、ジッタが最も小さくなるときの受信信号強度の判断や、基地局２００−移動局１００間の距離の算出や、中継局４００−移動局１００間の距離の算出や、移動局１００への送信電力の設定の指示などの処理を測位サーバ３００で行う場合を示した。このようにすることで、基地局２００の負担を軽減することができる。これに対して、上述した処理を基地局２００で行うようにしてもよい。このようにすることで、測位サーバ３００との間でデータの送受信を行う必要がなくなるので、処理を簡素にできると共に、基地局２００で迅速に処理することができる。
測位システム１０の概略の構成を示すブロック図である。 移動局１００の概略の構成を示すブロック図である。 基地局２００（２００ａ〜２００ｄ）の概略の構成を示すブロック図である。 中継局４００の概略の構成を示すブロック図である。 ジッタの大きさと受信信号強度の強さとの関係を示すグラフである。 移動局１００から送信される周波数ｆ１の信号と、中継局４００から送信される周波数ｆ２の信号との関係を示す概略図である。 基地局２００における第１の処理を示すフローチャートである。 移動局１００における処理を示すフローチャートである。 中継局４００における処理を示すフローチャートである。 基地局２００における第２の処理を示すフローチャートである。 基地局２００における第３の処理を示すフローチャートである。 測位サーバ３００における処理を示すフローチャートである。 測位サーバ３００における処理を示すフローチャートである。 移動局１００の位置の算出の概略を示す図である。 信号識別のための処理を示すフローチャートである。
符号の説明
１０ 測位システム
１００ 移動局
２００（２００ａ〜２００ｄ） 基地局
３００ 測位サーバ
４００ 中継局

Claims (11)

  1. 信号を受信した時刻を検出する基地局を含む測位システムであって、
    移動局から送信された第１の周波数の信号を受信する第１周波数信号受信手段と、
    前記基地局と前記移動局とを中継する中継局によって前記第１の周波数から変換された信号であって前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の信号を受信する第２周波数信号受信手段と、
    予め算出された受信信号の立ち上がり時間分散と受信信号強度との相関関係を記憶した相関記憶手段と、
    ジッタ値が最小となる最適信号強度との比較及び差を算出して、受信した前記第１の周波数の信号の受信強度が、前記最適信号強度よりも弱いか否かを判断する第１強度判断手段と、
    受信した前記第１の周波数の信号の受信強度が、前記最適信号強度よりも小さいときに、前記中継局から送信された前記第２の周波数の信号を受信した受信時刻に基づいて、前記移動局と前記中継局との間の移動中継間距離を算出する距離算出手段と、
    前記移動中継間距離に基づいて信号強度を算出し、算出した信号強度と前記最適信号強度との比較に基づいて、前記移動局から送信する前記第１の周波数の信号の送信電力を算出する送信電力算出手段と、
    前記送信電力を前記移動局に指示する送信電力指示手段と、
    前記送信電力指示手段からの指示に応じて前記第１の周波数の信号の送信電力を制御する送信電力制御手段と、を含むことを特徴とする測位システム。
  2. 前記送信電力算出手段は、前記移動中継間距離に基づいて信号強度を算出し、算出した信号強度と前記最適信号強度との比較に基づいて、前記移動局から送信する前記第１の周波数の信号の送信電力を算出し、
    前記送信電力指示手段は、前記送信電力を前記移動局に指示し、
    前記送信電力制御手段は、前記送信電力指示手段からの指示に応じて前記第１の周波数の信号の送信電力を制御する請求項１に記載の測位システム。
  3. 前記第１強度判断手段は、
    ジッタと受信信号強度との相関関係であって、前記ジッタ値が最小となる前記最適信号強度を定める相関関係を記憶する相関記憶手段と、
    受信した前記第１の周波数の信号の受信強度と前記最適信号強度とを比較して、第１の周波数の信号を用いるか、又は前記第２の周波数の信号を用いるかを決定する信号決定手段と、を含む請求項１又は２に記載の測位システム。
  4. 前記基地局と通信可能に接続された測位サーバを含み、
    前記測位サーバは、前記第１強度判断手段を有する請求項１ないし３いずれかに記載の測位システム。
  5. 第１の周波数の信号を送信する移動局と、
    前記第１の周波数の信号を受信して前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の信号に変換する中継局と、
    前記第１の周波数の信号と前記第２の周波数の信号とを受信する少なくとも３つの基地局と、
    前記基地局と通信可能に接続された測位サーバと、を含む測位システムであって、
    前記基地局は、
    前記移動局から送信された前記第１の周波数の信号を受信する第１周波数信号受信手段と、
    前記中継局によって前記第１の周波数から変換された前記第２の周波数の信号を受信する第２周波数信号受信手段と、
    前記第１の周波数の信号を受信した第１信号受信時刻と、前記第２の周波数の信号を受信した第２信号受信時刻と、を検出する受信時刻検出手段と、
    前記第１の周波数の信号を受信したときの受信強度を第１実測受信信号強度として測定する受信強度測定手段と、
    前記第１信号受信時刻と前記第２信号受信時刻と前記第１実測受信信号強度とを前記測位サーバに送信する基地局送信手段と、を含み、
    前記測位サーバは、
    前記基地局から送信された前記第１信号受信時刻と前記第２信号受信時刻と前記第１実測受信信号強度とを受信する測位サーバ受信手段と、
    ジッタと受信信号強度との相関関係であって、前記ジッタの値を最小にする最適信号強度を定める相関関係を記憶する相関記憶手段と、
    前記相関関係を参照して、前記第１実測受信信号強度と前記最適信号強度とを比較する第１強度比較手段と、
    前記第１強度比較手段によって、前記第１実測受信信号強度が前記最適信号強度よりも弱いと判別したときには、前記第２信号受信時刻に基づいて、前記移動局と前記中継局との間の移動中継間距離を算出する距離算出手段と、
    前記移動中継間距離に基づいて信号強度を算出信号強度として算出する信号強度算出手段と、
    前記相関関係を参照して、前記算出信号強度と前記最適信号強度とを比較する第２強度比較手段と、
    前記第２強度比較手段の比較結果に応じて、前記移動局から前記第１の周波数の信号を送信する送信強度を決定して、前記移動局に指示する送信電力指示手段と、を含み、
    前記移動局は、前記送信電力指示手段から指示された送信強度に応じて前記第１の周波数の信号の送信電力を制御する送信電力制御手段を含むことを特徴とする測位システム。
  6. 信号を受信した時刻を検出する基地局であって、
    移動局から送信された第１の周波数の信号を受信する第１周波数信号受信手段と、
    前記基地局と前記移動局とを中継する中継局によって前記第１の周波数から変換された信号であって前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の信号を受信する第２周波数信号受信手段と、
    前記第２の周波数の信号を受信した受信時刻に基づいて前記第１の周波数の信号の送信電力を算出するサーバからの指示に応じて前記第１の周波数の信号の送信電力を制御する送信電力制御手段と、を含み、
    前記サーバは、
    予め算出された受信信号の立ち上がり時間分散と受信信号強度との相関関係を記憶した相関記憶手段と、
    ジッタ値が最小となる最適信号強度との比較及び差を算出して、受信した前記第１の周波数の信号の受信強度が、前記最適信号強度よりも弱いか否かを判断する第１強度検出手段と、
    前記中継局から送信された前記第２の周波数の信号を受信した受信時刻に基づいて、前記移動局と前記中継局との間の移動中継間距離を算出する距離算出手段を含み、前記移動中継間距離に基づいて信号強度を算出し、算出した信号強度と前記最適信号強度との比較に基づいて前記最適信号強度との差を算出する第２強度検出手段と、
    前記移動局から送信する前記第１の周波数の信号の送信電力を算出する送信電力算出手段と、
    前記送信電力を前記移動局に指示する送信電力指示手段と、を含むことを特徴とする基地局。
  7. 前記中継局は、前記中継局と前記少なくとも３つの基地局の各々との間の距離が等しいときには、前記中継局から前記少なくとも３つの基地局の各々に送信する前記第２の周波数の信号の送信強度を単一の強度でかつ一定にする請求項１ないし４のいずれかに記載の測位システム。
  8. 前記中継局は、前記中継局と前記少なくとも３つの基地局の各々との間の距離のうちの少なくとも１つが異なるときには、前記距離に応じてジッタ値が最小になるように、前記中継局から前記少なくとも３つの基地局の各々に送信する前記第２の周波数の信号の送信強度を定める請求項１ないし４のいずれかに記載の測位システム。
  9. 前記中継局と前記少なくとも３つの基地局の各々との間の距離のうちの少なくとも１つが異なるときには、前記少なくとも３つの基地局の各々は、前記距離に応じてジッタ値が最小になるように、前記中継局から送信された前記第２の周波数の信号の受信強度を定める請求項１ないし４のいずれかに記載の測位システム。
  10. 前記送信電力算出手段は、前記移動中継間距離に基づいて信号強度を算出し、算出した信号強度と前記最適信号強度との比較に基づいて、前記移動局から送信する前記第１の周波数の信号の送信電力を算出し、
    前記送信電力指示手段は、前記送信電力を前記移動局に指示し、
    前記送信電力制御手段は、前記送信電力指示手段からの指示に応じて前記第１の周波数の信号の送信電力を制御する請求項６に記載の基地局。
  11. 前記第１強度検出手段によって、受信した前記第１の周波数の信号の受信強度が、前記最適信号強度よりも弱いと判別されたときには、前記第２の周波数の信号を選択し、
    前記第１強度検出手段によって、受信した前記第１の周波数の信号の受信強度が、前記最適信号強度よりも強いと判別されたときには、前記第１の周波数の信号を選択する信号選択手段を含む請求項６に記載の基地局。
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