JP2015078892A - 送受信システム、送信機、受信機、送受信方法、送信方法、受信方法、送信プログラム、及び受信プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の送信機と受信機とを送受信システムにおいて、送信された信号の復調（捕捉）の負荷を軽減できる送受信システムを提供する。【解決手段】 ＩＭＥＳ１００は、複数の送信機１０と受信機２０とを含む。複数の送信機１０の各々は、ＧＰＳ受信機にて復調可能な、位置情報を含むＩＭＥＳ信号を送信する送信部１４を備える。受信機２０は、送信機１０から送信されたＩＭＥＳ信号を受信信号として受信する受信部２１と、レプリカ信号の位相をずらしながらレプリカ信号と受信信号との相関演算を行うことで、受信信号を復調する復調部２２とを備える。送信機１０は、さらに、複数の送信機１０の間で、ＩＭＥＳ信号の位相が所定の位相になるよう制御する位相制御部１３を備え、受信機２０の復調部２２は、当該所定の位相を含む所定の範囲内でレプリカ信号の位相をずらして前記相関演算を行う。【選択図】 図１

Description

本発明は、送信機から受信機に位置情報信号を送信する送受信システム等に関するものである。

従来より、測位システムとしてＧＰＳ（Global Positioning System）が知られている。近年では、スマートフォン等の携帯端末にＧＰＳ受信機能を搭載することで、モバイルユーザが任意の場所で自己の位置を知ることができるようになっている。

ＧＰＳは、複数のＧＰＳ衛星とＧＰＳ受信機とからなる。各ＧＰＳ衛星は、原子時計による時刻情報と、航法メッセージを含むＧＰＳ信号（測距信号）を送信する。ＧＰＳ受信機は、複数のＧＰＳ衛星の各々からＧＰＳ信号を受信し、それらの到達時間から、自己の位置情報を算出する（測位する）。

この測位のために、ＧＰＳ受信機は、少なくとも３つのＧＰＳ衛星からそれぞれＧＰＳ信号を受信する必要がある。さらに、４つのＧＰＳ衛星からそれぞれＧＰＳ信号を受信すれば、受信機側の時刻誤差をキャンセルして、より正確な測位が可能となる。実際には、電離層や対流圏の状態による伝播遅延変化、原子時計の誤差などがあるため、より多くのＧＰＳ衛星からそれぞれＧＰＳ信号を受信することが望ましい。

ＧＰＳを補完するシステムとして、ＩＭＥＳ（Indoor Message System）が提案されている。ＩＭＥＳでは、送信機は、例えばデパート等の施設内、即ち屋内に複数設置される。ＩＭＥＳでは、送信機は、航法メッセージを含むＧＰＳ信号ではなく、位置情報を含むＩＭＥＳ信号を送信する。このＩＭＥＳ信号は、ＧＰＳ信号と同じＲＦ特性を有するので、既存のＧＰＳ受信機にて受信して復調することが可能である。また、ＩＭＥＳ信号は位置情報そのものを含むので、受信機において測位は不要であり、また、１つの送信機からＩＭＥＳ信号を受信するだけで位置情報を得ることができる。さらに、ＩＭＥＳ信号は、位置の情報としてフロア情報（階情報）も含まれるので、平面位置のみでなく階の特定も可能である。

なお、本発明に関連する先行技術として、以下の先行技術文献がある。

特開２００１−３３７１５７号公報 特開２０１２−１０９９０３号公報

ＧＰＳやＩＭＥＳでは、送信機から送信されるＧＰＳ信号やＩＭＥＳ信号は、航法メッセージや位置情報に対して、ＰＲＮ（Pseudo Random Noise）コードによる拡散処理が行われた上で搬送波に乗せられて生成される。図１３は、ＧＰＳ信号の生成処理を説明する図である。ＧＰＳにおいて、航法メッセージは、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調されて、１０２３チップ、周期１ｍ秒のＭ系列疑似乱数（ＰＲＮコード）でスペクトラム直接拡散（ＣＤＭＡ）が行われて、搬送波に乗せられる。ＩＭＥＳにおいても、ＩＭＥＳ信号について、上記と同様の変調及び拡散の処理が行われる。

受信機では、送信機から送信された信号を捕捉するために、送信機のＰＲＮコードからレプリカ信号を生成し、受信した信号との相関演算を行う。このとき、ＰＲＮコードの位相が１ビットでもずれていると元系列と相関がなくなる。受信機では、レプリカ信号の位相を１チップずつずらしながら相関の取れる位相を探す相関演算を行う。レプリカ信号の位相が受信した信号の位相に一致すると、受信した信号を復調できる。

よって、原理的には受信した信号の復調には、最長で１０２３チップ×コード長（＝約１秒）の捕捉時間ＴＴＦＦ（Tine to First Fix）が必要となる。実際にはＧＰＳ衛星との相対速度によるドップラフェージングに追従するために周波数を変えながら相関演算を実施するので更に長いＴＴＦＦを要することになる。ここで、相関演算を並列に処理する並列処理回路を設けることでＴＴＦＦを最短でコード長（１ｍ秒）まで短縮できるが、そのようにすると回路規模が大きくなり、消費電流が大きくなるという不利益がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、複数の送信機と受信機とを有した送受信システムにおいて、送信された信号の復調（捕捉）の負荷を軽減できる送受信システムを提供することを目的とする。具体的には、本発明は、送信された信号のＴＴＦＦを短縮し、送信された信号の復調のための消費電力を低減することを目的とする。

本発明の送受信システムは、複数の送信機と受信機とを含む送受信システムであって、前記送信機は、ＧＰＳ受信機にて復調可能な位置情報信号を送信する送信部を備え、前記受信機は、前記送信機から送信された位置情報信号を受信信号として受信する受信部と、レプリカ信号の位相をずらしながら前記レプリカ信号と前記受信信号との相関演算を行うことで、前記受信信号を復調する復調部とを備え、前記送信機は、前記位置情報信号の位相が所定の位相になるよう制御する位相制御部をさらに備え、前記復調部は、前記所定の位相を含む所定の範囲内で前記レプリカ信号の位相をずらして前記相関演算を行う構成を有している。

この構成により、複数の送信機は所定の位相になるように位置情報信号を送信するので、受信機では、その位相を含む所定の範囲内で相関演算を行えばよく、受信信号の復調処理の負荷を軽減できる。なお、位置情報信号とは、位置の情報を含む信号である。

前記位相制御部は、他の前記送信機の位置情報信号の位相に基づいて、前記位置情報信号の位相を制御してよい。

この構成により、複数の送信機の位置情報信号の位相を所定の関係とすることができる。

前記所定の位相は、前記複数の送信機が送信する前記位置情報信号の位相が同じとなる位相であってよい。

この構成により、受信機は、ある位相の相関演算によっていったんある送信機の位置情報信号を復調した後には、他の送信機から送信される位置情報信号についてもその位相を含む所定の範囲内で相関演算を行えばよく、受信信号の復調処理の負荷を軽減できる。

前記位相制御部による位相の制御の誤差情報を送信する誤差情報送信部をさらに備えていてよく、前記受信部は、前記誤差情報を受信してよく、前記復調部は、前記所定の位相を含む所定の範囲内の前記誤差情報に基づく範囲内で、前記レプリカ信号の位相をずらしながら相関演算を行ってよい。

この構成によれば、レプリカ信号の位相をずらす範囲を限定することができ、復調処理の負荷をより軽減できる。

前記位置情報信号は、前記送信機に与えられた拡散コードで拡散されていてよく、前記複数の送信機のうちの、同一の前記拡散コードを有する複数の送信機の前記位相制御部は、前記同一の拡散コードを有する複数の送信機の位相が互いにずれるように、前記位置情報信号の位相を制御してよい。

この構成により、同一の拡散コードを有する送信機から送信された位置情報信号の間での干渉を避けることができるので、拡散コードが同一である複数の送信機を互いに近くに設置することができ、利用可能な拡散コードの種類が少ない場合にも多数の送信機を設置することが可能になる。

本発明の送信機は、ＧＰＳ受信機にて復調可能な位置情報信号を送信する送信部と、前記位置情報信号の位相が所定の位相となるよう制御する位相制御部とを備えた構成を有している。

この構成によれば、複数の送信機は所定の位相になるように位置情報信号を送信するので、この位置情報信号を受信する受信機では、その位相を含む所定の範囲内で相関演算を行えばよく、受信機における復調処理の負荷を軽減できる。

本発明の受信機は、送信機から送信された、ＧＰＳ受信機にて復調可能な位置情報信号を受信信号として受信する受信部と、レプリカ信号の位相をずらしながら前記レプリカ信号と前記受信信号との相関演算を行うことで、前記受信信号を復調する復調部とを備え、前記復調部は、所定の位相を含む所定の範囲内で前記レプリカ信号の位相をずらして前記相関演算を行う構成を有している。

この構成によれば、所定の位相を含む所定の範囲内で相関演算を行うので、復調処理の負荷を軽減できる。

本発明の送受信方法は、複数の送信機と受信機との間で行われる送受信方法であって、前記送信機において、ＧＰＳ受信機にて復調可能な位置情報信号を送信する送信ステップと、前記送信機において、前記位置情報信号の位相が所定の位相になるよう制御する位相制御ステップと、前記受信機において、前記送信機から送信された位置情報信号を受信信号として受信する受信ステップと、前記受信機において、レプリカ信号の位相をずらしながら前記レプリカ信号と前記受信信号との相関演算を行うことで、前記受信信号を復調する復調ステップとを含み、前記復調ステップでは、前記所定の位相を含む所定の範囲内で前記レプリカ信号の位相をずらして前記相関演算を行う構成を有している。

この構成によれば、複数の送信機は所定の位相になるように位置情報信号を送信するので、受信機では、その位相を含む所定の範囲内で相関演算を行えばよく、復調処理の負荷を軽減できる。

本発明の送信方法は、ＧＰＳ受信機にて復調可能な位置情報信号を送信する送信ステップと、前記位置情報信号の位相が所定の位相となるよう制御する位相制御ステップとを含む構成を有している。

この構成によれば、位置情報信号は所定の位相になるように送信されるので、この位置情報信号を受信する受信機では、その位相を含む所定の範囲内で相関演算を行えばよく、受信機における復調処理の負荷を軽減できる。

本発明の受信方法は、送信機から送信された、ＧＰＳ受信機にて復調可能な位置情報信号を受信信号として受信する受信ステップと、レプリカ信号の位相をずらしながら前記レプリカ信号と前記受信信号との相関演算を行うことで、前記受信信号を復調する復調ステップとを含み、前記復調ステップは、所定の位相を含む所定の範囲内で前記レプリカ信号の位相をずらして前記相関演算を行う構成を有している。

この構成によれば、所定の位相を含む所定の範囲内で相関演算を行うので、復調処理の負荷を軽減できる。

本発明の送信プログラムは、コンピュータを、ＧＰＳ受信機にて復調可能な位置情報信号を送信する送信部、及び前記位置情報信号の位相が所定の位相となるよう制御する位相制御部として機能させる構成を有している。

この構成によれば、位置情報信号は所定の位相になるように送信されるので、この位置情報信号を受信する受信機では、その位相を含む所定の範囲内で相関演算を行えばよく、受信機における復調処理の負荷を軽減できる。

本発明の受信プログラムは、コンピュータを、送信機から送信された、ＧＰＳ受信機にて復調可能な位置情報信号を受信信号として受信する受信部、及びレプリカ信号の位相をずらしながら前記レプリカ信号と前記受信信号との相関演算を行うことで、前記受信信号を復調する復調部として機能させ、前記復調部は、所定の位相を含む所定の範囲内で前記レプリカ信号の位相をずらして前記相関演算を行う構成を有している。

この構成によれば、所定の位相を含む所定の範囲内で相関演算を行うので、復調処理の負荷を軽減できる。

本発明によれば、複数の送信機は所定の位相になるように位置情報信号を送信するので、受信機では、その位相を含む所定の範囲内で相関演算を行えばよく、受信信号の復調処理の負荷を軽減できる。

本発明の第１の実施の形態におけるＩＭＥＳの構成を示すブロック図 本発明の第１の実施の形態における複数の送信機の設置例を示す図 本発明の第１の実施の形態におけるタイプ１のメッセージの構成を示す図 本発明の第１の実施の形態におけるタイプ３のメッセージの構成を示す図 本発明の第１の実施の形態における同一のＰＲＮコードが付与された複数の送信機における位相の関係を示す図 本発明の第１の実施の形態における送信機の処理のフロー図 本発明の第１の実施の形態における受信機の処理のフロー図 本発明の第２の実施の形態におけるＩＭＥＳの構成を示すブロック図 本発明の第２の実施の形態における送信機の同期を説明する図 本発明の第２の実施の形態における、送信機が複数の他の送信機の送信エリアに属している場合の同期経路を示す図 本発明の第２の実施の形態における、送信機が複数の他の送信機の送信エリアに属している場合において、一部の送信機に故障が発生したときの同期経路を示す図 本発明の第２の実施の形態における送信機の処理のフロー図 従来のＧＰＳ信号の生成処理を説明する図

以下、本発明の実施の形態のＩＭＥＳ（送受信システム）について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態のＩＭＥＳの構成を示すブロック図である。ＩＭＥＳ１００は、複数の送信機１０、１０と、受信機２０と、ＩＭＥＳ管理サーバ３０を備えている。図１には、ＧＰＳ衛星４０及びコンテンツサーバ５０も示されている。図１には、２つの送信機１０が図示されているが、３つ以上の送信機１０が含まれていてよい。複数の送信機１０、受信機２０、ＩＭＥＳ管理サーバ３０、及びコンテンツサーバ５０は、ネットワークを介して互いに通信可能である。

図２は、複数の送信機の設置例を示す図である。各送信機１０の送信エリアＡは数メートルから１０メートル程度であり、複数の送信機１０は、互いの送信エリアＡが重なるように設置されている。複数の送信機１０は、例えば、デパートの各テナントに１台ずつ設置される。送信機１０は、照明器具、スプリンクラ、スピーカ等の天井に設置される器具の中に埋め込まれてよい。

受信機２０は、例えば、ＧＰＳ機能を有するスマートフォン等のモバイル端末である。ＩＭＥＳ１００が上述のようにデパートに構築される場合、受信機２０は、来客が所持するモバイル端末である。受信機２０は、いずれかの店舗において、その店舗の送信機１０の送信エリアＡにいるときに、当該送信機１０から信号を受信する。受信機２０が店舗を移動して他の送信機１０の送信エリアＡ（他の店舗）に入ると、当該他の送信機１０から信号を受信する。

図１に戻って、送信機１０は、ネットワーク通信部１１、信号生成部１２、位相制御部１３、及び送信部１４を備えている。これらの構成は、コンピュータが本実施の形態の送信プログラムを実行することで実現されてよい。ネットワーク通信部１１は、ネットワークＮＷを介してＩＭＥＳ管理サーバ３０、コンテンツサーバ５０、他の送信機１０等の他の装置と通信を行う。ネットワーク通信部１１とネットワークＮＷとの通信は、有線通信であっても、無線通信であってもよい。

信号生成部１２は、受信機２０に送信するＩＭＥＳ信号を生成する。ＩＭＥＳ信号には、その送信機１０が設置される場所の位置情報と、その送信機１０を特定するための送信機ＩＤ等のメッセージが含まれ、「位置情報信号」に相当する。ＩＭＥＳ信号は、ＧＰＳ信号と同じＲＦ特性を有する。

ＩＭＥＳ信号のメッセージには、タイプ０、タイプ１、タイプ３、及びタイプ４の４種類のタイプがある。メッセージの１ワードは３０ビットであり、１フレーム内のワード数は、メッセージタイプによって異なる。タイプ０のメッセージは、送信機１０の二次元位置情報を緯度、経度、フロア階数の３ワードで表すメッセージである。タイプ１のメッセージは、４ワードからなる三次元位置情報で、その分解能はタイプ０の２倍である。

タイプ３及びタイプ４のメッセージは、それぞれ、１ワード及び２ワードからなり、送信機ＩＤと、１ビットからなるＢＤ（boundary）情報を含んでいる。受信機２０のネットワーク通信部２３は、この送信機ＩＤに基づいて、ネットワークＮＷを介してコンテンツサーバ５０にアクセスすることで、緯度、経度、高度、及びフロア情報を取得し、さらに、フロア地図、誘導避難地図、店舗広告等の情報を得ることができる。

ＢＤ情報は境界を意味し、このＢＤ情報（１ビット）によって、その送信機１０が屋内と屋外の境界にあることを示す。受信機２０が屋内から屋外に移動するとき、このＢＤ情報を参照してＰＲＮコードの探索を開始する。逆に、受信機２０が屋外から屋内に移動するときには、このＢＤ情報を受信することで、送信機１０の送信エリアに入ったことを知り、測位をＧＰＳからＩＭＥＳに切り替える。

図３は、タイプ１のメッセージの構成を示す図である。ワード１には、８ビットのプリアンブルと、３ビットのメッセージタイプと、９ビットのフロア情報と、６ビットのパリティが含まれる。また、ワード１には４ビットの予備ビットが確保されている。ワード２には、３ビットのカウンタと、２１ビットの緯度情報（ＭＳＢｓ）と、６ビットのパリティが含まれる。ワード３には、３ビットのカウンタと、２１ビットの経度情報（ＭＳＢｓ）と、６ビットのパリティが含まれる。ワード４には３ビットのカウンタと、１２ビットの高度情報と、２ビットの予備ビットと、３ビットの緯度情報（ＬＳＢｓ）と、４ビットの経度情報（ＬＳＢｓ）と、６ビットのパリティが含まれる。

図４は、タイプ３のメッセージの構成を示す図である。タイプ３のメッセージは、８ビットのプリアンブルと、３ビットのメッセージタイプと、１２ビットのショートＩＤと、１ビットのＢＤ情報と、６ビットのパリティを含んでいる。このショートＩＤは、１２ビットの構成で最大４，０９５個の異なるＩＤを発行でき、１つの施設内や地下街のみで共用されるユニークなローカルＩＤである。また、タイプ４のメッセージに含まれる３３ビットのミディアムＩＤは、全国規模で使用できるグローバルＩＤである。受信機２０は、受信したローカルＩＤ又はミディアムＩＤをコンテンツサーバ５０に送信することで、位置情報とともに、当該施設や地下街のキャンペーン情報等を取得できる。

信号生成部１２は、ＧＰＳと同様に位置情報をＰＲＮコードによって拡散した上で、搬送波に乗せてＩＭＥＳ信号を生成する。このために、信号生成部１２には、位置情報及び送信機ＩＤ等のメッセージに含める種々の情報が記憶されている。なお、これらの情報は、ネットワークＮＷを介してネットワーク通信部１３が外部から受信してもよい。送信部１４は、ＩＭＥＳ信号を無線送信する。位相制御部１３は、送信部１４から送信されるＩＭＥＳ信号の位相を制御する。この位相制御については後述する。

受信機２０は、受信部２１、復調部２２、ネットワーク通信部２３、及び出力部２４を備えている。これらの構成は、コンピュータが本実施の形態の受信プログラムを実行することで実現されてよい。受信部２１は、送信機１０の送信部１４から送信されるＩＭＥＳ信号を受信する。復調部２２は、送信機１０から送信されたＩＭＥＳ信号を捕捉するために、送信機１０のＰＲＮコードからレプリカ信号を生成し、受信した位置情報信号（以下、「受信信号」ともいう。）との相関演算を行う。復調部２２は、レプリカ信号の位相を１チップずつずらしながら相関の取れる位相を探す相関演算を行う。

ＩＭＥＳ１００には、１０種類のＰＲＮコードが用意されている。受信部２１にてＩＭＥＳ信号を受信したときに、受信機２０において、そのＩＭＥＳ信号を送信した送信機１０は不明であるため、復調部２２は、１０種類のＰＲＮコードについて、レプリカ信号を順に生成して、上記のように各レプリカ信号の位相を１チップずつずらしながら相関演算を行う。なお、受信部２１は、ＧＰＳ衛星４０から送信されるＧＰＳ信号も受信可能であり、復調部２２は、ＧＰＳ衛星４０から受信したＧＰＳ信号も復調可能である。

ネットワーク通信部２３は、ネットワークＮＷとの間で無線通信を行う。上述のように、復調部２２によって復調されたＩＭＥＳ信号には、送信機１０を特定する送信機ＩＤも含まれており、ネットワーク通信部２３は、送信機ＩＤをコンテンツサーバ５０に送信することで、コンテンツサーバ５０からその送信機ＩＤに対応するコンテンツを取得する。このコンテンツは、例えば、当該送信エリア（店舗）のキャンペーン情報などである。

出力部２４は、復調部２２にて復調された位置情報信号に含まれる位置情報やネットワーク通信部２３がコンテンツサーバ５０から受信したコンテンツを出力する。出力部２４は、例えば、画像コンテンツを出力するディスプレイである。

以下、ＩＭＥＳ１００において、受信機２０におけるＩＭＥＳ信号の復調処理の負荷を軽減するための構成及び動作について詳細に説明する。上記で説明したように、ＧＰＳ受信機では、受信信号に対してレプリカ信号の位相をずらしながら相関演算を行う。ＧＰＳ受信機では、この位相差を使って疑似的に距離を算出して測位を行う。従って、ＧＰＳの場合には、各ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号はその距離に応じた位相差を有していなければならない。そして、受信信号とレプリカ信号との相関が取れるまでには、最大約１秒（１０２３チップ×コード長）のＴＴＦＦを要する。

一方、ＩＭＥＳでは、位置情報そのものがＩＭＥＳ信号に含まれるため、ＩＭＥＳ信号を復調できさえすれば、ＩＭＥＳ信号が位置に応じた位相差を有している必要はない。しかしながら、複数の送信機１０を独立して運用した場合には、各送信機１０が送信するＩＭＥＳ信号の位相は未知であるから、受信機２０においては位相差を探索しなければ、ＩＭＥＳ信号を復調できないことになる。

そこで、本実施の形態では、複数の送信機１０のＩＭＥＳ信号の位相を互いに同期させる。この同期のために、上述のように、ネットワークＮＷ上のＩＭＥＳ管理サーバ３０を設けて、各送信機１０は、ネットワークＮＷを介してＩＭＥＳ管理サーバ３０と通信を行う。複数の送信機１０は、ＩＭＥＳ管理サーバ３０を介して互いに同期をとって（ネットワーク同期）、ＩＭＥＳ信号の位相をそろえる。

具体的には、ＩＭＥＳ管理サーバ３０は、同期情報をネットワークＮＷに送信し、各送信機１０の位相制御部１３は、ネットワーク通信部１１を介して、ＩＭＥＳ管理サーバ３０から同期情報を受信することで、送信部１４から送信するＩＭＥＳ信号の位相を他の送信機１０との間で同期させる。なお、複数の送信機１０は、いずれかをマスター装置として、送信機１０間で直接通信をすることによって互いに同期をとってもよい。

受信機２０は、最初にＩＭＥＳ１００のいずれかの送信機１０からＩＭＥＳ信号を受信する場合には、ＧＰＳと同様にレプリカ信号の位相をずらしながら受信信号との相関演算を行って、ＩＭＥＳ信号を復調（捕捉）する。その後、移動して他の送信機１０の送信エリアに入ると、当該他の送信機１０からのＩＭＥＳ信号を受信することになるが、この場合には、最初の送信機１０のＩＭＥＳ信号の位相と他の送信機１０のＩＭＥＳ信号の位相とは揃っているので、受信機２０は、最初に捕捉したＩＭＥＳ信号の位相を含む所定の範囲内でレプリカ信号の位相をずらして相関演算を行う。

このために、復調部２２は、最初にＩＭＥＳ信号を補足したときに、その位相を記憶しておき、その後に他の送信機１０からＩＭＥＳ信号を受信したときは、復調部２２は、その記憶しておいた位相の前後の所定の範囲内（チップ数）でレプリカ信号の位相をずらして相関演算を行う。

このように、レプリカ信号の位相をずらす範囲（以下、「探索範囲」ともいう。）を限定することで、ＩＭＥＳ信号の捕捉を高速化でき、相関演算の回数も低減でき、もって復調のための処理負荷を軽減でき、復調を高速化できる。

複数の送信機１０におけるＩＭＥＳ信号の位相が完全に同期されていれば、受信機２０では、その位相のみでレプリカ信号との相関演算を行えばよいが、実際には同期の精度には限度があり、揺らぎが生じる。そこで、復調部２２は、上記のように、記憶してある位相を中心とする所定の探索範囲内で位相をずらして相関演算を行う。

この探索範囲は、固定であっても可変であってもよい。可変とする場合には、ＩＭＥＳ管理サーバ３０は、複数の送信機１０の間の同期の精度を表す同期精度情報を生成して、ネットワークＮＷを介して受信機２０に送信する。受信機２０では、ＮＷ通信部２３が同期精度情報を受信し、復調部２２は、同期精度情報に基づいて位相誤差範囲を決定し、その位相誤差範囲を探索範囲として、その探索範囲内でレプリカ信号の位相をずらして相関演算を行う。このＩＭＥＳ管理サーバ３０は、「誤差情報送信部」に相当する。なお、同期精度情報は、ＩＭＥＳ管理サーバ３０ではなく、そのためのアクセスポイントからＷｉＦｉ（登録商標）などを利用して、受信機２０に配信してもよい。この場合は、このアクセスポイントが「誤差情報送信部」に相当する。

このように、同期の精度ないし誤差範囲に基づいて探索範囲を決定することで、探索範囲を必要最小限とすることができ、復調処理を高速化できるとともに、復調処理の負荷を軽減して消費電流を低減できる。

一方、複数の送信機１０の間の同期の精度が明らかでない場合には、受信機２０の復調部２２は、例えば、既に補足したＩＭＥＳ信号の位相の前後１０チップ（１０μｓ）以内の所定のチップ数を探索範囲としてよい。仮に探索範囲を既知のＩＭＥＳ信号の位相の前後１０チップ（２０チップ）とした場合にも、１０２３チップ全てを探索範囲とする場合の約５０分の１の時間で探索を完了することができる。

また、本実施の形態のＩＭＥＳ１００では、よりきめ細かな位置情報サービスを提供するために、以下の構成を有している。上述のように、ＩＭＥＳ１００では、各送信機１０が位置情報を含むＩＭＥＳ信号を送信するので、受信機２０では、１つの送信機からのＩＭＥＳ信号を受信するだけで位置情報を取得することができる。しかし、このことは、１つの送信機１０の送信エリアでは、位置情報はすべて同じになることを意味する。

そこで、よりきめ細かな位置情報を提供するためには、送信機１０の間の距離を狭くして同じ範囲内により多くの送信機１０を配置することが有利である。しかしながら、ＩＭＥＳ１００に与えられているＰＲＮコードの種類には限りがある（例えば、１０）ので、送信機１０を密に配置した場合には、同じＰＲＮコード同士で干渉が生じるおそれがある。

そこで、本実施の形態のＩＭＥＳ１００では、ＩＭＥＳ信号の位相が１チップでもずれていれば信号を復調することができず、逆に言えばＩＭＥＳ信号の位相が１チップでもずれていれば信号同士を区別可能であるという性質を利用し、かつ、複数の送信機１０の各々が備えている、ＩＭＥＳ信号の送信の位相を制御する位相制御部１３を利用することにより、同じＰＲＮコードが与えられた複数の送信機１０については、そのＩＭＥＳ信号の位相の差を意図的に一定のチップ数だけずらす。

図５は、同一のＰＲＮコードが付与された複数の送信機における位相の関係を示す図である。図５の例では、同一のＰＲＮコードを有する送信機Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、ＩＭＥＳ信号の位相は、送信機Ａと送信機Ｂの間で３チップずれており、送信機Ｂと送信機Ｃとの間でさらに３チップずれている。

この位相差の情報は、送信機ＩＤとともに、ＩＭＥＳ管理サーバ３０からネットワークＮＷを介して受信機２０に送信し、受信機２０はネットワーク通信部２３にてその送信機ＩＤと紐づけられた位相差情報を受信して、復調部２２はそれを記憶する。復調部２２は、受信部２１がある送信機１０からのＩＭＥＳ信号を受信したら、それを復調して、送信機ＩＤを取得する。そして、現在捕捉している送信機とは別の送信機の位相を定期的に探索する。なお、この位相差情報についても、ＩＭＥＳ管理サーバ３０ではなく、そのためのアクセスポイントからＷｉＦｉ（登録商標）などを利用して、受信機２０に配信してもよい。

これによれば、ＰＲＮコードの種類が限られている場合でも、干渉のおそれを考慮することなく送信機１０を密に配置することができ、一定の範囲に多数の送信機を設置できる。

図６は、送信機１０における処理のフロー図である。送信機１０は、ネットワーク通信部１１にて、ＩＭＥＳ管理サーバ３０から同期情報を受信する（ステップＳ６１）。信号生成部１２は、位置情報を含むＩＭＥＳ信号を生成する（ステップＳ６２）。また、位相制御部１３は、ネットワーク通信部１１にて受信した同期情報に基づいて、他の送信機１０と同期する位相でＩＭＥＳ信号を送信するように、位相を送信部１４に指示する（ステップＳ６３）。送信部１４は、位相制御部１３に指示された位相でＩＭＥＳ信号を無線送信する（ステップＳ６４）。

なお、信号生成部１２によるＩＭＥＳ信号の生成は、ネットワーク通信部１１における同期情報の受信、及び位相制御部１３による位相の指示と独立して行ってよく、そのタイミングは、同期情報の受信及び位相の指示と前後してよい。

図７は、受信機２０における処理のフロー図である。受信部２１がＩＭＥＳ信号を受信すると（ステップＳ７１）、復調部２２は、すでにそのＩＭＥＳ１００において、位相が記憶されているか否かを判断する（ステップＳ７２）。記憶されている位相がない場合（ステップＳ７２にてＮＯ）、即ち、そのＩＭＥＳ１００にて初めてＩＭＥＳ信号を受信した場合は、所定の開始点から順にレプリカ信号の位相をずらしながら、受信信号との相関演算を行う（ステップＳ７３）。

記憶されている位相がある場合には（ステップＳ７２にてＹＥＳ）、さらに、記憶されている同期精度情報に基づいて探索範囲を決定し、記憶されている位相を中心とする探索範囲での相関演算を行う（ステップＳ７４）。相関演算の結果、ＩＭＥＳ信号が復調されると、ネットワーク通信部２３は、そこに含まれている送信機ＩＤをコンテンツサーバ５０に送信する（ステップＳ７５）。そして、ネットワーク通信部２３は、コンテンツサーバ５０から送信機ＩＤに対応するコンテンツを取得して（ステップＳ７６）、出力部２４がコンテンツを出力する（ステップＳ７７）。

以上のように、本実施の形態のＩＭＥＳ１００によれば、送信機１０は、位相を互いに同期させてＩＭＥＳ信号を送信しているので、受信機２０において、すでに認識している位相を含む所定の範囲内を探索することで、ＩＭＥＳ信号を復調（捕捉）できる。

なお、上記の受信機２０の処理フローにおいて、受信機２０は、ＩＭＥＳ信号を復調した後に、そこに含まれる送信機ＩＤに対応するコンテンツを取得したが、単にＩＭＥＳ信号に含まれる位置情報を出力部２４から出力したり、位置情報を用いて演算処理をしたりするのみでもよい。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。第１の実施の形態では、上記のようにＩＭＥＳを構成する複数の送信機において、ＩＭＥＳ信号の位相を同期させたが、本実施の形態は、その同期の改良に関する。

図８は、本実施の形態のＩＭＥＳの構成を示すブロック図である。本実施の形態の送信機１０´は、図１に示す第１の実施の形態の送信機１０の構成に加えて、さらに受信部１５及び復調部１６を備えている。この受信部１５及び復調部１６は、受信機２０の受信部２１及び復調部２２と同一の構成である。即ち、本実施の形態では、各送信機１０´も、受信機２０と同様に、他の送信機１０´から送信されたＩＭＥＳ信号を受信して、復調する。なお、受信機２０の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図８では詳細は省略している。なお、送信機１０´の構成は、コンピュータが本実施の形態の送信プログラムを実行することで実現されてよい。

本実施の形態のＩＭＥＳ１００´では、複数の送信機１０´が同期をとるために、ある送信機１０´をマスター装置として、近くの他の送信機をスレーブ装置として、近くの送信機１０´同士が同期をとることにより、ＩＭＥＳ１００の全体の送信機１０´における同期系を構築する。

図９は、送信機の同期を説明する図である。図９の例では、送信機１０１がマスター装置となって、従属同期が行われる。送信機１０１の送信エリアと、送信機１０２の送信エリアとは重複しており、送信機１０２の送信エリアと送信機１０３の送信エリアとは重複している。よって、送信機１０２は、送信機１０１から送信されたＩＭＥＳ信号を受信することができ、送信機１０３は、送信機１０２から送信されたＩＭＥＳ信号を受信することができる。

マスター装置である送信機１０１は、高精度のクロックを有している。送信機１０１の送信部１２は、ＩＭＥＳ信号を送信する。送信機１０２の受信部１５は、送信機１０１から送信されたＩＭＥＳ信号を受信し、その復調部１６は、このＩＭＥＳ信号を復調する。送信機１０２は、送信機１０１からのＩＭＥＳ信号を復調することによって、その位相及び周波数を認識する。そして、送信機１０２の位相制御部１３は、復調部１６にて認識された位相及び周波数で、ＩＭＥＳ信号を送信するよう送信部１４を制御する。

すると、送信機１０３の受信部１５は、送信機１０２から送信されたＩＭＥＳ信号を受信し、その復調部１６が、このＩＭＥＳ信号を復調する。そして、送信機１０２の場合と同様に、送信機１０２から送信されてきたＩＭＥＳ信号の位相及び周波数を認識し、位相制御部１３は、認識された位相及び周波数でＩＭＥＳ信号を送信するように送信部１４を制御する。

このようにして次々と位相及び周波数を伝達していくことで、ＩＭＥＳ１００´の全系での同期が実現される。このように、本実施の形態のＩＭＥＳ１００´によれば、同期サーバのような外部装置を有していなくても、複数の送信機１０´は互いに同期をとることができる。このように、複数の送信機１０´は、ネットワーク同期のように、通信ネットワークを介して他の外部装置と通信を行う必要がないので、ネットワーク通信部１１を備えていなくてもよい。即ち、本実施の形態によれば、送信機１０´がネットワーク通信機能を有していなくても互いの同期をとることが可能である。

次に、送信機の複数の他の送信機の送信エリアに属している場合の同期方法について説明する。図１０は、送信機が複数の他の送信機の送信エリアに属している場合の同期経路を示す図である。図１０には、送信機１０１〜１０６とそれらの送信エリアＡ１〜Ａ６が示されている。図１０に示すように、各送信エリアＡ１〜Ａ６は、複数の他の送信機の送信エリアと重なる部分を有しており、各送信機１０１〜１０６は、複数の他の送信機の送信エリアに入っている。

このような場合には、送信機は複数の他の送信機からＩＭＥＳ信号を受信することができる。その場合に、いずれの他の送信機（追従先あるいは同期先）から受信したＩＭＥＳ信号の位相及び周波数と自己の位相及び周波数を同期させるかが不明確となる。そこで、マスター以外の各送信機は、追従先となる他の送信機の優先順位のリストを記憶している。

図１０の場合には、送信機１０１がマスター装置となる。例えば、送信機１０５は、送信機１０２、１０４、１０６の送信エリアＡ２、Ａ４、Ａ６に入っており、送信機１０２、１０４、１０６のいずれからもＩＭＥＳ信号を受信できるが、その中で追従先とする送信機の優先順位を送信機１０２、送信機１０４、送信機１０６の順として記憶している。この場合には、送信機１０５は、優先順位が低い（優先順位が高い他の送信機が存在する）送信機１０４や送信機１０６から受信したＩＭＥＳ信号は、同期のためには利用せず、優先順位が最も高い送信機１０２から受信したＩＭＥＳ信号の位相及び周波数に従って、自己のＩＭＥＳ信号の位相及び周波数を決定する。他の送信機においても同様に、追従先となる他の送信機の優先順位を記憶している。

このようにすることで、送信機が複数の他の送信機からＩＭＥＳ信号を受信した場合にも、そのうちのいずれに倣って自らのＩＭＥＳ信号の位相及び周波数を決定するかが明確となる。また、上記のように、追従先となる他の送信機に優先順位を定義しておくことで、以下のように、一部の送信機にて故障が生じた場合にも、臨機応変に対応することができる。

図１１は、送信機の複数の他の送信機の送信エリアに属している場合において、一部の送信機に故障が発生したときの同期経路を示す図である。図１１の例では、送信機１０２において故障が発生している。この場合、送信機１０２はＩＭＥＳ信号を送信できず、よって送信機１０５は、送信機１０２からはＩＭＥＳ信号を受信できないので、送信機１０５は、優先順位が二番目である送信機１０４を追従先として、送信機１０４から受信したＩＭＥＳ信号に従って位相及び周波数を決定する。

なお、送信機１０２の故障の検出のために、以下のような故障情報の伝送を行う。まず、各送信機は追従先か否かにかかわらず、隣接する送信機の信号を受信しているか否かをチェックする。送信機内の受信部１５が１つの場合は順次受信チェックを行い、受信部１５が複数の場合にはまとめて受信チェックを行う。そして信号が出力されていない送信機があれば、そのＩＤをＩＭＥＳ信号で出力する。このＩＭＥＳ信号を受信した隣接する送信機は、受信したこのＩＤをそれぞれさらにＩＭＥＳ信号で出力する。このような動作を繰り返すと、すべての送信機から故障した送信機のＩＤが出力されることとなる。したがって、モニタ用の受信機を用いることにより、どの送信機の送信エリアにいても故障した送信機のＩＤを受信することができる。各送信機はあらかじめ隣接する送信機のＩＤとＰＲＮコードを記憶しておくことで、このような動作が可能となる。もちろん隣接する送信機以外のすべての送信機のＩＤとＰＲＮコードを記憶しておいてもよい。また、送信メッセージは例えば図３のタイプ１のメッセージの予備ビットなどを利用すればよい。

また、送信機１０３においても、通常時には、図１０に示すように、優先順位が最も高い送信機１０２を追従先とするが、送信機１０２が故障している場合には、送信機１０２からはＩＭＥＳ信号を受信できないので、図１１に示すように、優先順位が二番目である送信機１０６を追従先とする。

一方、送信機１０６は、通常時には、図１０に示すように、優先順位が最も高い送信機１０３を追従先とするが、送信機１０２が故障した場合には、上述のように、逆に送信機１０３が送信機１０６に追従するようになるから、送信機１０６は、優先順位が二番目である送信機１０５を追従先とする。

図１１の例の送信機１０６のように、同期の伝達系列の遠いところで送信機の故障が生じた場合において、伝達経路の変更を確実に行うために、各送信機は、追従先からＩＭＥＳ信号が受信できなくなった場合には、自らもＩＭＥＳ信号の送信を停止させる。図１１の例では、送信機１０３は、通常時の追従先（最も優先順位が高い追従先）からＩＭＥＳ信号を受信しなくなった場合には、自らもＩＭＥＳ信号の送信を一旦停止する。

これによって、送信機１０６は、通常時の追従先である送信機１０３からＩＭＥＳ信号を受信できなくなるので、優先順位が二番目である送信機１０５を追従先に変更する。そうすると、送信機１０６は、送信機１０５から受信したＩＭＥＳ信号に従って、位相及び周波数を決定してＩＭＥＳ信号を送信するので、送信機１０３では、優先順位が二番目である送信機１０６を追従先に変更する。

なお、図１１の例において、仮にマスター装置である送信機１０１にて故障が発生した場合には、送信機１０１を追従先とする送信機１０２、１０４にてＩＭＥＳ送信が停止されるので、送信の停止が次々に伝搬していき、すべての送信機においてＩＭＥＳ送信が停止されることになってしまう。そこで、本実施の形態では、マスター装置を追従先とする複数の送信機のうちの１つの送信機をマスター代理装置として指定しておく。

図１１の例では、例えば、送信機１０４がマスター代理装置として指定されている。そうすると、送信機１０１にて故障が発生して、送信機１０２、１０４が追従先である送信機１０１からＩＭＥＳ信号を受信できなくなると、送信機１０２は通常通り、自己のＩＭＥＳ送信を停止し、次の追従先である送信機１０５からのＩＭＥＳ信号を待つ。一方、マスター代理装置として指定されている送信機１０４は、自らのクロックを用いてＩＭＥＳ信号を送信する。これにより、マスター装置が故障した場合にも、複数の送信機の同期を維持できる。なお、上記の追従先の特定及びＩＭＥＳ信号の送信の停止は、位相制御部１３が行う。

図１２は、本実施の形態の送信機において他の送信機と同期をとるための処理のフロー図である。この処理フローが、各送信機１０´において実行される。送信機１０´は、まず、追従先としての優先順位の最も高い送信機からＩＭＥＳ信号を受信したか否かを判断する（ステップＳ１２１）。追従先としての優先順位の最も高い送信機からＩＭＥＳ信号を受信した場合には（ステップＳ１２１にてＹＥＳ）、その受信信号の位相及び周波数に従って、自らのＩＭＥＳ信号を送信する（ステップＳ１２２）。

一方、追従先としての優先順位が最も高い送信機からＩＭＥＳ信号を受信しないときは（ステップＳ１２２１にてＮＯ）、まず、自らのＩＭＥＳ信号の送信を停止する（ステップＳ１２３）。そして、次に優先順位が高い送信機からのＩＭＥＳ信号を待って（ステップＳ１２４）、これを受信したときに（ステップＳ１２４にてＹＥＳ）、その受信信号の位相及び周波数に従って、自らのＩＭＥＳ信号を送信する（ステップＳ１２２）。

以上のように、第２の実施の形態によれば、同期サーバとして機能する第１の実施の形態のＩＭＥＳ管理サーバ３０のような外部の装置を用意しなくとも、また、各送信機がネットワーク通信機能を有していなくても、ＩＭＥＳ信号を利用することで、リレー形式で系全体の同期をとることが可能になる。また、そのようなリレー形式の同期をする場合において、一部の送信機が故障した場合にも、臨機応変に伝達経路を変更して同期をとることができる。

本発明は、複数の送信機は所定の位相になるように位置情報信号を送信するので、受信機では、その位相を含む所定の範囲内で相関演算を行えばよく、受信信号の復調処理の負荷を軽減できるという効果を有し、送信機から受信機に位置情報信号を送信する送受信システム等として有用である。

１００ ＩＭＥＳ
１０、１０´、１０１〜１０６ 送信機
１１ ネットワーク通信部
１２ 信号生成部
１３ 位相制御部
１４ 送信部
１５ 受信部
１６ 復調部
２０ 受信機
２１ 受信部
２２ 復調部
２３ ネットワーク送信部
２４ 出力部
３０ ＩＭＥＳ管理サーバ
４０ ＧＰＳ衛星
５０ コンテンツサーバ

Claims (12)

1. 複数の送信機と受信機とを含む送受信システムであって、
   前記送信機は、ＧＰＳ受信機にて復調可能な位置情報信号を送信する送信部を備え、
   前記受信機は、前記送信機から送信された位置情報信号を受信信号として受信する受信部と、レプリカ信号の位相をずらしながら前記レプリカ信号と前記受信信号との相関演算を行うことで、前記受信信号を復調する復調部とを備え、
   前記送信機は、前記位置情報信号の位相が所定の位相になるよう制御する位相制御部をさらに備え、
   前記復調部は、前記所定の位相を含む所定の範囲内で前記レプリカ信号の位相をずらして前記相関演算を行う
   ことを特徴とする送受信システム。
2. 前記位相制御部は、他の前記送信機の位置情報信号の位相に基づいて、前記位置情報信号の位相を制御することを特徴とする請求項１に記載の送受信システム。
3. 前記所定の位相は、前記複数の送信機が送信する前記位置情報信号の位相が同じとなる位相であることを特徴とする請求項２に記載の送受信システム。
4. 前記位相制御部による位相の制御の誤差情報を送信する誤差情報送信部をさらに備え、
   前記受信部は、前記誤差情報を受信し、
   前記復調部は、前記所定の位相を含む所定の範囲内の前記誤差情報に基づく範囲内で、前記レプリカ信号の位相をずらしながら相関演算を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の送受信システム。
5. 前記位置情報信号は、前記送信機に与えられた拡散コードで拡散されており、
   前記複数の送信機のうちの、同一の前記拡散コードを有する複数の送信機の前記位相制御部は、前記同一の拡散コードを有する複数の送信機の位相が互いにずれるように、前記位置情報信号の位相を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の送受信システム。
6. ＧＰＳ受信機にて復調可能な位置情報信号を送信する送信部と、
   前記位置情報信号の位相が所定の位相となるよう制御する位相制御部と、
   を備えたことを特徴とする送信機。
7. 送信機から送信された、ＧＰＳ受信機にて復調可能な位置情報信号を受信信号として受信する受信部と、
   レプリカ信号の位相をずらしながら前記レプリカ信号と前記受信信号との相関演算を行うことで、前記受信信号を復調する復調部と、
   を備え、
   前記復調部は、所定の位相を含む所定の範囲内で前記レプリカ信号の位相をずらして前記相関演算を行う
   ことを特徴とする受信機。
8. 複数の送信機と受信機との間で行われる送受信方法であって、
   前記送信機において、ＧＰＳ受信機にて復調可能な位置情報信号を送信する送信ステップと、
   前記送信機において、前記位置情報信号の位相が所定の位相になるよう制御する位相制御ステップと、
   前記受信機において、前記送信機から送信された位置情報信号を受信信号として受信する受信ステップと、
   前記受信機において、レプリカ信号の位相をずらしながら前記レプリカ信号と前記受信信号との相関演算を行うことで、前記受信信号を復調する復調ステップと、
   を含み、
   前記復調ステップでは、前記所定の位相を含む所定の範囲内で前記レプリカ信号の位相をずらして前記相関演算を行う
   ことを特徴とする送受信方法。
9. ＧＰＳ受信機にて復調可能な位置情報信号を送信する送信ステップと、
   前記位置情報信号の位相が所定の位相となるよう制御する位相制御ステップと、
   を含むことを特徴とする送信方法。
10. 送信機から送信された、ＧＰＳ受信機にて復調可能な位置情報信号を受信信号として受信する受信ステップと、
    レプリカ信号の位相をずらしながら前記レプリカ信号と前記受信信号との相関演算を行うことで、前記受信信号を復調する復調ステップと、
    を含み、
    前記復調ステップは、所定の位相を含む所定の範囲内で前記レプリカ信号の位相をずらして前記相関演算を行う
    ことを特徴とする受信方法。
11. コンピュータを、
    ＧＰＳ受信機にて復調可能な位置情報信号を送信する送信部、及び
    前記位置情報信号の位相が所定の位相となるよう制御する位相制御部、
    として機能させることを特徴とする送信プログラム。
12. コンピュータを、
    送信機から送信された、ＧＰＳ受信機にて復調可能な位置情報信号を受信信号として受信する受信部、及び
    レプリカ信号の位相をずらしながら前記レプリカ信号と前記受信信号との相関演算を行うことで、前記受信信号を復調する復調部、
    として機能させ、
    前記復調部は、所定の位相を含む所定の範囲内で前記レプリカ信号の位相をずらして前記相関演算を行う
    ことを特徴とする受信プログラム。

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