JP2931771B2 - 移動速度検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動体の移動速度検出
装置に関し、一層詳細には、移動体において受信する電
波を利用し、電波を発信する基地局と当該電波を受信す
る移動体との相対的移動速度を検出することによって、
前記移動体の移動速度を検出するようにした移動速度検
出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】船舶、航空機、自動車等の移動体の運行
を支援するナビゲーション装置としては、ＧＰＳ（Glob
al Positioning System ）、ロラン等の測位システムを
利用した測位手段により、当該移動体の現在位置を測位
して運行に利用するタイプの装置がよく知られている。

【０００３】また、最近のカーエレクトロニクスの発展
に伴って、自動車等の移動体におけるナビゲーション装
置では、当該移動体の走行距離、速度、進行方向をそれ
ぞれ自立航法センサ装置等の測位手段によって計測する
タイプの装置も提供されている。

【０００４】一方、自動車電話機、携帯電話機が普及し
つつある中、自動車電話機や電車等の移動体に搭乗する
利用者が所持する携帯電話機による通信に際して、移動
体（移動局）の移動速度は通信における様々な特性に影
響を与えるパラメータとなっている。例えば、基地局に
おいて通信チャネルを割り当てる場合に、前記移動局の
位置、速度情報を得る必要が生じる。すなわち、移動通
信システムでは、収容呼量増大のためにダイナミックチ
ャネル割当方式が検討されているが、呼の移動速度、す
なわち移動体の移動速度を検出することが重要な課題に
なりつつある。

【０００５】従来、このような移動体の速度検出の方法
として、前述したように、ＧＰＳ、ロラン等の測位シス
テムを利用する方法、自立航法センサ装置等の測位手段
によって計測する方法等が提供されているが、これらの
測位手段を利用する方法は、いずれも移動体自体におい
てその速度を直接的に計測するものである。

【０００６】一方、移動体において受信する電波を利用
し、その受信電波から当該電波を受信した移動体の移動
速度を間接的に求める方法として、受信信号レベルの時
間差分検出による移動速度推定法が提案されている（１
９９３年電子情報通信学会秋期大会Ｂ−３２７参照）。

【０００７】上記文献に記載された移動速度推定法で
は、移動体に装着したアンテナにより移動しながら電波
を受信した場合、その電界強度（受信信号レベル）が、
移動体の移動速度と受信電波の周波数により決まる周期
とで変動するフェーディング現象を生じ、その受信信号
レベルの変動ピッチが移動体の移動速度に依存すること
を利用したものである。

【０００８】図２Ａ、図２Ｂはこのような受信信号レベ
ルの変動（フェーディング現象）を示したものであり、
ドップラー周波数ｆｄが小の場合の受信信号レベルの変
動は図２Ａのようになり、ドップラー周波数ｆｄが大の
場合の受信信号レベルの変動は図２Ｂのようになる。な
お、図２Ａ、図２Ｂにおいて、横軸は時間ｔ、縦軸は受
信信号レベルＲ（ｄＢ）である。

【０００９】従って、受信信号レベルを一定の時間毎に
サンプリングし、当該受信信号レベルが一定のレベル値
以上変化する時間を計測し、それにより受信信号レベル
の変動ピッチ（周期）を算出することにより、当該電波
を受信している移動体の移動速度を求めることができ
る。この方法によれば、移動体において、受信電波から
当該移動体の移動速度を容易に得ることができるため、
移動体から直接移動速度を計測することが困難な携帯電
話機等の移動局の移動速度検出にも広く適用することが
できるという利点を有している。

【００１０】また、受信電波から当該移動体の速度を検
出する方法を用いることにより、移動通信システムにお
いて、基地局側で通信している移動体の速度を検出する
ことができるため、基地局の切り替え予測に利用するこ
とができる。さらに、互いに自由に移動している複数の
移動体がある時、それぞれの地表面に対する移動速度
は、従来の直接的な速度検出方法により検出可能である
が、おのおのの移動方向が異なっている場合には、それ
ぞれの速度の差だけでは、相互の相対速度を検出するこ
とは不可能である。しかしながら、前記の方法によれ
ば、移動体間の相対速度を検出することが可能であり、
離れた２点間を移動している移動体で、その相対速度が
常に０となるように、速度と方向を制御することで、お
のおのの移動体を同じ方向に移動させることも可能とな
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
受信信号レベルの変動を利用した速度検出方法において
は、受信信号レベルをサンプリングする際、電界強度の
平均レベルの変動も含まれてしまうため、受信信号レベ
ルの変動の正確な周期を算出できない場合が生じる欠点
があった。また、移動体において受信する電波が時分割
方式で送信されたものの場合には、電界強度（受信信号
レベル）を連続して測定することができず、一定のレベ
ル値以上変化する時間を測定できないという問題があ
り、電波の送信方式によっては、移動体の移動速度を正
確に検出できないという不都合を生じていた。

【００１２】本発明は、このような従来の問題を解決す
るためになされたものであって、受信する電波の送信方
式によらず、時分割方式の電波においても、受信信号レ
ベルの変動（フェーディング現象）の全体を監視、再現
して正確な移動速度検出を可能とした移動速度検出装置
を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、基地局から送信される電波を受信し、
当該受信信号レベルの変動周期を算出して移動体の移動
速度を検出する移動速度検出装置であって、基地局から
送信される電波を受信するアンテナと、前記アンテナに
より受信した受信信号レベルを検出するレベル検出器
と、前記レベル検出器により検出した受信信号レベル
を、当該受信信号レベルの変動の１周期中に複数回サン
プリングし得る所定の間隔で時刻信号を発生する基準ク
ロック発生器と、前記時刻信号に基づいてサンプリング
される１周期中の複数の前記受信信号レベルから、前記
受信信号レベルの変動の頂点を求め、各周期における当
該頂点の間隔から受信信号レベルの変動周期を算出し、
前記変動周期から移動体の速度を求める速度検出器と、
を備えることを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明に係る移動速度検出装置では、基地局か
ら発信される電波は、移動体に装着されたアンテナによ
って受信される。移動体が移動しながら電波を受信する
と、その電界強度（受信信号レベル）は、当該移動体の
移動速度と受信電波の周波数より決まる周期で変動す
る。そこで、アンテナによって受信された電波の受信信
号レベルをレベル検出器により検出し、基準クロック発
生器より発生される複数の時刻信号に基づいて、前記レ
ベル検出器の受信信号レベルをサンプリングし、サンプ
リングしたレベル検出器の受信信号レベルから、前記受
信信号レベルの変動の頂点を算出し、当該頂点の間隔か
ら受信信号レベルの変動周期を算出し、移動体の移動速
度を得る。

【００１５】

【実施例】本発明に係る移動速度検出装置について好適
な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に
説明する。

【００１６】図１は本実施例に係る移動速度検出装置１
０の構成を示すブロック図である。移動速度検出装置１
０は、移動体に装着され、電波を受信するアンテナ１２
と、当該アンテナ１２により受信した電波の受信信号レ
ベルを検出するレベル検出器１４と、基準クロック発生
器１６と、レベル検出器１４からの検出信号と基準クロ
ック発生器１６からの時刻信号とによって移動速度を検
出する速度検出器１８とから構成されている。

【００１７】次に、以上のように構成される移動速度検
出装置１０によって、移動体により受信される電波から
当該移動体の移動速度を検出する作用、効果について説
明する。

【００１８】移動速度検出装置１０は、移動体に装着さ
れたアンテナ１２によって電波を受信する。移動しなが
らアンテナ１２によって電波を受信すると、その電界強
度（受信信号レベル）は、当該移動体の移動速度と受信
電波の周波数とで決まる周期で変動するフェーディング
現象を生ずる。

【００１９】レベル検出器１４は、アンテナ１２で受信
した電波のレベルを検出する。一方、基準クロック発生
器１６は、発振器によって生成される基準クロック信号
から時刻信号を作成して出力する。この時刻信号は、受
信信号レベルの変動（電界強度変動）の１周期の間に複
数回、少なくとも所定の間隔で３回以上出力されるよう
に設定される。

【００２０】レベル検出器１４により検出された受信信
号レベルと、基準クロック発生器１６から出力される時
刻信号とは、それぞれ速度検出器１８に入力される。速
度検出器１８は、基準クロック発生器１６から入力され
る時刻信号により、レベル検出器１４から入力される受
信信号レベルの瞬時受信信号レベルを受信信号レベルの
変動の１周期の間に複数回、少なくとも３回サンプリン
グし、前記瞬時受信信号レベルから以下のようにして速
度を検出する。

【００２１】すなわち、フェーディング現象下の電界強
度の変動（受信信号レベルの変動）は、横軸を移動距
離、縦軸を受信信号レベルとして、図３Ａのようにな
る。受信信号レベルの変動周期ｆは、 ｆ＝ｓ／ｃ×ｆｃ …（１） （但し、ｓ：移動体の移動速度、ｃ：光速、ｆｃ：電波
のキャリア周波数）であり、受信電波の周波数により一
義的に決まる。

【００２２】従って、移動体の移動速度ｓは、 ｓ＝ｆ×ｃ／ｆｃ …（２） として求めることができる。

【００２３】受信信号レベルの変動の回数は移動距離に
対応するため、図３Ｂに示すＡ〜Ｊのように、受信信号
レベルの変動毎の時間間隔を測定することにより、移動
体の移動速度ｓが求められる。例えば、図３Ｂにおい
て、Ａ〜Ｊのそれぞれの時間間隔Ａ−Ｂ、Ｂ−Ｃ、…、
Ｈ−Ｉ、Ｉ−Ｊが一定であれば、受信信号レベルの変動
間隔も一定であることを意味するから、移動体がＡ点か
らＪ点に移動したとすると、それぞれの受信信号レベル
の変動の頂点の間隔（時間）を測定することで、当該移
動体の移動速度ｓを求めることができる。なお、図３Ａ
において横軸を時間とした場合には、受信信号レベルの
変動周期は、移動体の移動速度ｓが速くなるほど短くな
る。

【００２４】受信信号レベルの変動周期ｆは、図２Ａ、
図２Ｂに示す受信信号レベルＲ（ｄＢ）から明らかなよ
うに、電界強度の変動の頂点から頂点までの時刻を知る
ことができれば、 ｆ＝１／（受信信号レベルの頂点間の時間） …（３） として求めることができる。電波のキャリア周波数ｆｃ
は既知であるから、移動体の移動速度ｓは、（１）式、
（３）式から求められることになる。

【００２５】ここで、受信信号レベルの頂点は、受信信
号レベルを２次関数で近似し、その頂点の座標を求める
ことによって算出することができる。すなわち、２次関
数で表されるグラフの任意の３点をＡ（ｘ₁ ，ｙ₁ ）、
Ｂ（ｘ₂ ，ｙ₂ ）、Ｃ（ｘ₃，ｙ₃ ）とすると、 ｙ₁ ＝ａｘ₁ ² ＋ｂｘ₁ ＋ｃ ｙ₂ ＝ａｘ₂ ² ＋ｂｘ₂ ＋ｃ ｙ₃ ＝ａｘ₃ ² ＋ｂｘ₃ ＋ｃ …（４） となるから、この連立方程式を解くことで２次関数Ｙ＝
ａＸ² ＋ｂＸ＋ｃの係数ａ、ｂ、ｃを求める。２次関数
を、Ｙ＝ａ（Ｘ−ｍ）² ＋ｎ（但し、ａ≠０）と表した
とき、（ｍ，ｎ）はその２次曲線の頂点を示すから、求
めた係数ａ、ｂ、ｃを式Ｙ＝ａ（Ｘ−ｍ）² ＋ｎに当て
はめると、

【００２６】

【数１】

【００２７】として受信信号レベルの変動の各頂点の座
標（ｍ，ｎ）を求めることができる。

【００２８】そこで、速度検出器１８は、基準クロック
発生器１６から複数回、少なくとも３回発生される時刻
信号を使用し、レベル検出器１４で検出した受信電波の
瞬時受信信号レベルをサンプリングし、（５）式に示す
２次関数から電界強度の変動の各頂点の時刻を算出す
る。

【００２９】ここで、（５）式において、−（ｂ／２
ａ）が示すＸ座標が、電界強度変動の各頂点（受信信号
レベルの頂点）の時刻となる。各頂点の時刻が求まれ
ば、（３）式、（２）式を用いて移動体の移動速度ｓを
算出することができる。

【００３０】次に、速度検出器１８における受信信号レ
ベルのサンプリング方法について、詳細に説明する。移
動体の移動速度ｓは、停止状態から次の状態まで急激に
変化すること、例えば時速１００ｋｍ／ｈになるような
ことは起こり得ないから、前の状態からなめらかに変化
するものと仮定することができる。

【００３１】そこで、移動速度を検出する際、当初の測
定では密な周期、すなわち、可能な限り短い間隔の時刻
信号を生成して受信信号レベルをサンプリングし、受信
信号レベルの２点の頂点を求める。そして、この２点の
間隔から移動体の移動速度ｓを推定し、これを初期速度
とすると、次の３点目の頂点と２点目の頂点との間隔
は、初めの２点の頂点の間隔±αとなり、このαは速度
が急激に変化しないという仮定においてそれほど大きな
値になることはないから、初め（前回）の２点の頂点の
間隔を例えば４等分して、次の３点目の頂点を測定する
際のサンプリング間隔とする。すなわち、速度検出器１
８から基準クロック発生器１６に前記の頂点間のサンプ
リング間隔の算出結果をフィードバックし、３点目以降
のサンプリング間隔として時刻信号の発生間隔を制御す
ればよい。

【００３２】例えば、図４に示すように、Ａ、Ｂ点が前
回の受信信号レベルの頂点とすると、そのサンプリング
間隔の４等分点であるｃ、ｄ、ｅを使用して次のサンプ
リング間隔のｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ点も設定する。Ｂ点の
Ｘ座標は前回の測定により既知であるので、Ｂ点のＹ座
標Ｂ（Ｙ）とｆ点のＹ座標ｆ（Ｙ）とを比較し、Ｂ
（Ｙ）≧ｆ（Ｙ）の時にはｆ点のデータは破棄する。同
様にｆ（Ｙ）とｇ（Ｙ）を比較すると、ｆ（Ｙ）＞ｇ
（Ｙ）であるからｇ点のデータは破棄する。さらに、ｇ
（Ｙ）とｈ（Ｙ）とを比較すると、ｈ（Ｙ）＞ｇ（Ｙ）
であるから、ｈ点を次のサンプリングの第１点とする。
そして、ｉ点、ｊ点を第２点、第３点のサンプリング点
とし、受信信号レベルをサンプリングし、これらの３点
のサンプリング値から前記（４）式により次の頂点Ｋの
Ｘ座標およびＹ座標を求めることにより、頂点であるＢ
点とＫ点の間隔を得ることができる。

【００３３】受信信号レベルをサンプリングするため、
基準クロック発生器１６によって生成される時刻信号の
作成手順は上記のようであり、この時刻信号の生成は、
例えば、マイクロプロセッサ等を使用して上記の作成手
順をソフトウエアで構成することにより容易に実現する
ことができる。

【００３４】また、基地局からの電波が時分割で送信さ
れている場合には、上記のサンプリング間隔を時分割周
期とする。この時、時分割周期が、フェーディング周期
より大きくなる場合もあり得るが、移動体が停止してい
る時から測定を開始することにより、基地局電波が送信
されていない部分のピークの数が推定でき、移動速度検
出を行うことができる。これは、移動体の速度変化が時
分割周期に比べ充分にゆっくり変化するため、前回の測
定の結果に基づいて推定することが可能であることによ
る。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る移動速度検
出装置によれば、受信する電波の送信方式によらず、時
分割方式の電波においても、受信信号レベルの変動（フ
ェーディング現象）の全体を監視、再現して正確な移動
速度検出が可能であり、従来、移動体から直接移動速度
を計測することが困難であった、例えば、携帯電話機等
の移動局の移動速度検出にも広く適用することができ、
また、基地局において通信している移動体の移動速度を
検出することができるため、基地局の切り替え予測に利
用することができる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る移動速度検出装置の構成を示すブ
ロック図である

【図２】図２Ａ、図２Ｂは、フェーディング現象による
受信信号レベルの変化を説明する図である。

【図３】図３Ａ、図３Ｂは、受信信号レベルの変化と移
動体の速度との関係を説明する図である。

【図４】速度検出器における受信信号レベルのサンプリ
ング方法を説明する図である。

【符号の説明】

１０…移動速度検出装置 １２…アンテナ １４…レベル検出器 １６…基準クロ
ック発生器 １８…速度検出器

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基地局から送信される電波を受信し、当該
   受信信号レベルの変動周期を算出して移動体の移動速度
   を検出する移動速度検出装置であって、 基地局から送信される電波を受信するアンテナと、 前記アンテナにより受信した受信信号レベルを検出する
   レベル検出器と、 前記レベル検出器により検出した受信信号レベルを、当
   該受信信号レベルの変動の１周期中に複数回サンプリン
   グし得る所定の間隔で時刻信号を発生する基準クロック
   発生器と、 前記時刻信号に基づいてサンプリングされる１周期中の
   複数の前記受信信号レベルから、前記受信信号レベルの
   変動の頂点を求め、各周期における当該頂点の間隔から
   受信信号レベルの変動周期を算出し、前記変動周期から
   移動体の速度を求める速度検出器と、 を備えることを特徴とする移動速度検出装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の装置において、 前記基準クロック発生器は、前記レベル検出器により検
   出した受信信号レベルを、当該受信信号レベルの変動の
   １周期中に少なくとも３回サンプリングし得る所定の間
   隔で時刻信号を発生することを特徴とする移動速度検出
   装置。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の装置において、 前記基準クロック発生器は、移動速度検出の開始時点に
   おいては、密な周期で前記時刻信号を発生し、前記速度
   検出器において受信信号レベルの２つの頂点を求めた
   後、それに続く移動速度検出時において、前記基準クロ
   ック発生器は、前記２つの頂点の間隔に基づく時間間隔
   を所定の間隔で等分して時刻信号を発生することを特徴
   とする移動速度検出装置。