JP3930818B2 - 移動端末の位置計算方法、測位システム及び位置算出装置 - Google Patents
移動端末の位置計算方法、測位システム及び位置算出装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は無線信号を用いて移動端末の位置を測定するための位置計算方法、測位システム及び位置算出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セルラ電話システムにおいて、基地局から移動端末に送信される信号を用いて移動端末の現在位置を算出する方法としては、例えば、特許文献１に記載されるような方法が提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載された移動端末の現在位置測定方法（図１４、図１５）では、まず、伝搬距離差測定処理１１０において、移動端末から各基地局までの信号の伝搬距離の差を測定する。具体的には、以下に述べる処理を行う。移動端末１０４は３つのセルラ電話基地局１０１、１０２及び１０３から送信された信号を受信する。この際、移動端末１０４は各基地局からの信号の受信時間をそれぞれ記録する。次にそれらの差分を計算することにより、各基地局から移動端末までの信号の伝搬時間差Ｔ1−Ｔ2及びＴ3−Ｔ2を計算する。最後に前記伝搬時間差に光速を乗算することにより、移動端末から各基地局までの信号の伝搬距離の差Ｄ1−Ｄ2＝ｃ（Ｔ1−Ｔ2）及びＤ3−Ｄ2＝ｃ（Ｔ3−Ｔ2）を算出する。
【０００４】
次に、三辺測量位置計算ステップ１１１において、三辺測量の原理を用いて、移動端末の位置を計算する。具体的には、伝搬距離差測定処理１１０で測定された伝搬距離差Ｄ1−Ｄ2及びＤ3−Ｄ2と移動端末の位置（Ｘ，Ｙ）の間に成立する数式１の関係を、移動端末位置（Ｘ，Ｙ）を未知数として解く。ここでｃは光速、数式１のＤN（Ｎ＝１，２，３）は移動端末から基地局Ｎまでの距離を表す。
【０００５】
【数１】
最後に端末位置出力ステップ１１２において、数式１を解いて得られた移動端末位置を、位置計算結果として出力する。
【０００６】
また、移動端末が送信した信号を複数の基地局で受信して移動端末の現在位置を算出する方法として、例えば、同出願人が先に出願した特願２００２−２６０７７２号に開示される、無線ＬＡＮの信号を用いる方法がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−１８１２４２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
第一に従来の方法では移動端末位置を求められない場合がある。例えば、伝搬時間差の測定誤差の影響により、｜ｃ（Ｔ1−Ｔ2）｜＞Ｄ12（Ｄ12は基地局１と基地局２の間の距離）となった場合、移動端末、基地局１及び基地局２の間で三角形の成立条件が満足されず、数式１は実数解を持たない。特に移動端末が基地局のすぐ近くに存在する場合、わずかな測定誤差によって上記条件が成立してしまうため、数式１が実数解を持たなくなる確率が増大する。このような場合、従来の方法では移動端末位置を求めることができない。
【０００９】
また、数式１は一般に複数の解を持つ。移動端末が基地局近傍に存在する場合、数式１の複数の解は当該基地局の近辺に存在する。このため当該複数の解から移動端末位置として適切な解を選択することができない。よって、この場合にも、移動端末位置を求めることができない。
【００１０】
このように移動端末が基地局の近傍に位置する場合に、移動端末の位置を求められなくなって、位置情報サービスが提供されるエリアが狭くなり、利便性が低下する。
【００１１】
第二に位置情報サービスのコスト上昇を招く場合がある。数式１は解析的に解くことが困難であるため、一般に繰り返し演算によって解を求める方法がとられる。この方法は演算量が多く、条件によっては数十万回の演算が必要になる場合があり、位置計算を実施する演算器に高い負荷を与える。これは数百ｍ程度の位置測定誤差を許容するようなアプリケーション、例えば天気予報や道路の渋滞案内等、を利用する際には、必要以上の性能を持つ演算器が必要となり、移動端末や位置情報サービスのコストの上昇を招く。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前述した第一の課題を解決するために、移動端末が基地局近傍に存在するか否かを判定するステップを設け、移動端末が基地局近傍に存在すると判定された場合は、移動端末が基地局の近傍に位置する場合に適する位置計算方法によって移動端末位置を計算する。
【００１３】
また、本発明では、前述した第二の課題を解決するために、位置計算時の演算量を制御するためのパラメータを導入し、要求される位置測定精度に応じて当該パラメータを適切な値に設定して位置計算の演算量を制御する。
【００１４】
【発明の作用及び効果】
本発明は、基地局と移動端末との間で送受信される無線信号の伝搬距離差を用いて移動端末の位置を算出する移動端末の位置計算方法において、複数の基地局と移動端末の間の信号の伝搬距離の差を求める伝搬距離差測定処理と、前記移動端末が前記複数の基地局のいずれかの近傍に存在するか否かを判定する基地局近傍判定処理と、前記移動端末が前記基地局のいずれの近傍にも存在しないと判定された場合に、移動端末の位置を算出する通常の位置計算処理と、前記移動端末が前記基地局のうち特定の基地局の近傍に存在すると判定された場合に、移動端末の位置を計算する基地局近傍位置計算処理と、前記基地局近傍位置計算処理又は前記通常の位置計算処理で計算された前記移動端末の位置を出力する端末位置出力処理とを含むので、移動端末が基地局の近傍に存在する場合においても、精度良く且つ安定して移動端末の位置を測定することが可能となる。これにより、位置情報サービスの提供可能エリアが拡大し、利便性の向上を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態の位置計算方法のフローチャートである。
【００１７】
図１５の従来の位置計算方法と同一の機能を持つステップには同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００１８】
まず、伝搬距離差測定処理によって移動端末と各基地局までの信号の伝搬距離の差を測定する（ステップ１１０）。この伝搬距離差の測定は、従来の方法と同様に、各基地局が送信した信号を移動端末で受信し、各基地局から移動端末までの信号の受信タイミングから、伝搬時間差を求める方法を用いればよい。また逆に、移動端末が送信した信号を各基地局で受信し、移動端末から各基地局までの信号の受信タイミングから、伝搬時間差を求める方法を用いてもよい。
【００１９】
さらに、伝搬距離差の測定の別な方法として、移動端末における各基地局からの信号の受信電力による方法を用いることもできる。例えば、移動端末は各基地局からの信号の受信電力ＰＮ（Ｎ＝１、２、３）を測定する。一般に移動端末での信号の受信電力は、基地局から移動端末までの距離のα乗に反比例し、
ＰＮ＝ＡＮ×ＤＮ- α
の関係が成立する。ここでＰＮは測定で得られる信号の受信電力、ＡＮは基地局での信号送信電力やアンテナゲイン等で決定される既知の係数、αは仮定する伝搬路モデルから決定される既知の伝搬定数である。よって、移動端末で信号受信電力ＰＮを測定することにより、上式を変形した
ＤＮ＝（ＰＮ／ＡＮ）-1/ α
を用いて、移動端末から各基地局までの距離ＤＮが求められる。こうして求められたＤＮの差を求めることにより伝搬距離差の測定値（すなわち、前述した数式１の左辺に対応する値）が得られる。また逆に、各基地局における移動端末からの信号の受信電力を利用して、上記と同様の方法を実施してもよい。
【００２０】
次に、基地局近傍判定処理を実行し、移動端末が基地局の近傍に存在するか否かの判定を行う（ステップ２００）。移動端末が基地局の近傍に存在しないと判定すると、従来の方法と同様に、ステップ１１０で求めた伝搬距離差に基づく三辺測量の原理を用いた通常の位置計算処理を行う（ステップ１１１）。
【００２１】
一方、移動端末がいずれかの基地局の近傍に存在すると判定すると、基地局近傍位置計算処理を実行し、後述する特定の基地局の近傍に存在する場合に適する方法によって移動端末の位置を計算する（ステップ２０１）。そして、三辺測量による通常の位置計算処理（ステップ１１１）又は基地局近傍位置計算処理（ステップ２０１）によって求めた端末位置を、データ出力先のアプリケーションとの間で予め定められた形式に変換し、移動端末位置の計算結果を出力して（ステップ１１２）、端末の位置測定を終了する。
【００２２】
次に、基地局近傍判定処理（図１ステップ２００）の判定方法を説明する。
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態の無線システムの構成図である。
【００２４】
移動端末が第一の基地局の近傍に存在する場合、第二の基地局と移動端末の間の伝搬距離と、第一の基地局と移動端末の間の伝搬距離の差は、第一の基地局と第二の基地局の間の距離にほぼ等しくなる。例えば、図２に示すように、移動端末が基地局２の近傍に存在する場合、基地局２と移動端末の間の伝搬距離Ｒ2が小さくなり、基地局１と移動端末の間の伝搬距離Ｒ1と、基地局２と基地局１の間の距離Ｄ12とがほぼ等しくなることから、両基地局と移動端末の間の伝搬距離の差（Ｒ1−Ｒ2）は、基地局１と基地局２との間の距離Ｄ12にほぼ等しくなる。この性質を利用して、Ｎ局の基地局（基地局１〜基地局Ｎ）に対して、次に示す数式２を満足する基地局Ｗが存在する場合、移動端末は基地局Ｗの近傍に存在すると判定する。
【００２５】
【数２】
数式２において、ＤVWは基地局Ｖと基地局Ｗの間の距離を表す。また、ＲV−ＲWは伝搬距離差測定ステップ１１０で測定された、基地局Ｖと移動端末の間の信号の伝搬距離と、基地局Ｗと移動端末の間の信号の伝搬距離との差を表す。また、Ｂは基地局近傍判定に用いるパラメータで、基地局周辺の広い範囲を基地局近傍と判定する場合は大きな値を、基地局周辺の狭い範囲を基地局近傍と判定する場合は小さな値を設定すればよい。例えば、天気予報や渋滞情報のように、位置測定の精度が数百メートルで低い精度でもよい場合、Ｂの値も要求される位置測定精度と同等の数百メートルとする。一方、ナビゲーションのように十メートル程度の高い精度の位置測定が要求される場合は、Ｂの値も要求される位置測定精度と同等の十メートル程度とする。
【００２６】
すなわち、数式２では、二つの基地局からの伝搬距離差ＲV−ＲWが、両基地局間の距離ＤVWから所定の誤差範囲Ｂにあるか否かを判定する。
【００２７】
図３は、図２のように移動端末が受信可能な基地局数が３の場合の、数式２を用いた基地局近傍判定処理（図１のステップ２００）の第１例のフローチャートである。
【００２８】
まず、移動端末が基地局１の近傍に存在するか否かを数式２を用いて判定する（ステップ３００）。基地局１と基地局２との関係及び基地局１と基地局３との関係の各々において数式２の関係が成立するかを判定した結果、双方の伝搬距離差が両基地局の実距離の所定の誤差範囲内（±Ｂ）に属すると判定されると、移動端末は基地局１の近傍に存在すると判定し（ステップ３１０）、基地局近傍位置計算処理（図１のステップ２０１）へ進む。
【００２９】
同様に、基地局１と基地局２との関係及び基地局２と基地局３との関係の各々において数式２の関係が成立するかによって、移動端末が基地局２の近傍に存在するか否かを判定し（ステップ３０１）、その結果、双方の伝搬距離差が両基地局の実距離の所定の誤差範囲内（±Ｂ）に属すると判定されると、移動端末は基地局２の近傍に存在すると判定し（ステップ３１１）、基地局近傍位置計算処理（図１のステップ２０１）へ進む。
【００３０】
同様に、基地局１と基地局３との関係及び基地局２と基地局３との関係の各々において数式２の関係が成立するかによって、移動端末が基地局２の近傍に存在するか否かを判定し（ステップ３０２）、その結果、双方の伝搬距離差が両基地局の実距離の所定の誤差範囲内（±Ｂ）に属すると判定されると、移動端末は基地局３の近傍に存在すると判定し（ステップ３１２）、基地局近傍位置計算処理（図１のステップ２０１）へ進む。
【００３１】
一方、ステップ３００、３０１及び３０２のいずれの判定でも数式２を満足しない場合、移動端末はいずれの基地局の近傍にも存在しないと判定し（ステップ３１３）、三辺測量の原理を用いた通常の位置計算処理（図１のステップ１１１）へ進む。
【００３２】
図２に示す例では、移動端末は基地局２の近傍に存在するため、Ｒ1−Ｒ2はＤ12とほぼ等しく、Ｒ3−Ｒ2はＤ32とほぼ等しいので、ステップ３０１で数式２を満足し、ステップ３１１で移動端末は基地局２の近傍に存在すると判定され、基地局近傍位置計算処理（図１のステップ２０１）へ進む。
【００３３】
なお、移動端末がある基地局の近傍に存在すると判定されても、他の基地局の組み合わせに対して数式２を適用し、移動端末が他の基地局の近傍に存在するかを判定することもできる。このとき、ステップ３００、３０１及び３０２のうちの複数のステップで数式２が満足される（移動端末が複数の基地局の近傍に存在するかと判定される）場合は、ステップ３００、３０１及び３０２のいずれか一つのステップで数式２を満足するように、パラメータＢの値を小さくして調整し、移動端末の最も近くに存在する基地局を特定することもできる。
【００３４】
また、パラメータＢの値を大きくすると、移動端末の最も近くに存在する基地局を早く特定することができ、基地局近傍判定処理の演算量を低減することができる。
【００３５】
また、図３には移動端末が受信可能な基地局数が３の場合について示したが、移動端末が多数の基地局を受信可能な場合であっても、受信信号の受信電力が強い方から三つの基地局を選択して、図３に示す基地局近傍判定処理を実行すれば、移動端末が基地局の近傍に存在するかを判定することができる。
【００３６】
次に、基地局近傍判定処理（ステップ２００）の判定方法の別な例を説明する。
【００３７】
移動端末がある基地局の近傍に存在する場合、移動端末における当該基地局からの信号の受信品質は、他の基地局からの信号の受信品質よりも良好で、且つ、当該基地局からの信号の受信品質は十分に良好であると考えられる。この受信品質を表すパラメータとして、基地局からの信号の受信電力、希望波対干渉波比（ＣＩＲ）、信号対干渉雑音電力比（ＳＩＲ）、信号雑音比（Ｓ／Ｎ）等を用いることができる。
【００３８】
例えば 基地局からの信号の受信電力を例にすると、移動端末がある基地局の近傍に存在する場合、移動端末における当該基地局からの信号の受信電力は、他の基地局からの信号の受信電力よりも大きく、且つ、当該基地局からの信号の受信電力は十分に大きな値を持つと考えられる。
【００３９】
よって、この性質を利用して、Ｎ局の基地局（基地局１〜基地局Ｎ）に対して、数式３を満足する基地局Ｗが存在する場合、移動端末は基地局Ｗの近傍に存在すると判定する。
【００４０】
【数３】
数式３においてＭａｘ（）は括弧内に含まれる値のうち最大値を出力する関数を表す。またＰthrdは判定の閾値で、移動端末における各基地局からの信号の受信電力の最大値がＰthrd以上となる場合、移動端末は受信電力が最大となる基地局の近傍に存在すると判定される。このとき、基地局周辺の広い範囲を基地局近傍と判定する場合はＰthrdに大きな値を、基地局周辺の狭い範囲を基地局近傍と判定する場合はＰthrdに小さな値を設定すればよい。具体的な利用目的毎のＰthrdの設定方法は数式２におけるパラメータＢについての説明と同様である。すなわち、天気予報や渋滞情報のように、位置測定の精度が低い精度でもよい場合、Ｐthrdの値も要求される位置測定精度（数百メートル）に相当する値とする。一方、ナビゲーションのように高い精度の位置測定が必要とされる場合は、Ｐthrdの値も要求される位置測定精度（十メートル程度）に相当する値とする。
【００４１】
図４は、数式３を用いた基地局近傍判定処理（図１のステップ２００）の第２例のフローチャートである。
【００４２】
まず、移動端末における各基地局からの信号の受信電力Ｐn（ｎ＝１，２．．．Ｎ）を測定する（ステップ３２０）。そして、測定された受信電力のうち、最大の受信電力ＰWを選定し、最大受信電力ＰWを与える基地局Ｗを選定する（ステップ３２１）。
【００４３】
そして、選定された最大受信電力ＰWと閾値Ｐthrdとを比較した結果に基づいて、移動端末が基地局の近傍に存在するか否かを判定する（ステップ３２２）。すなわち、選定された最大受信電力ＰWが閾値Ｐthrd以上となるか否かを判定する。
【００４４】
判定の結果、ＰWが閾値Ｐthrd未満の場合、最大受信電力ＰWを与える基地局Ｗからの信号の受信電力はそれほど大きくないので、基地局Ｗは移動端末の遠方に存在する（移動端末は基地局の近傍に存在しない）と判定され（ステップ３２３）、三辺測量の原理を用いた通常の位置計算処理（図１のステップ１１１）へ進む。一方、ＰWが閾値Ｐthrd以上の場合、最大受信電力ＰWを与える基地局Ｗからの信号の受信電力は大きいので、移動端末は基地局Ｗの近傍に存在すると判定され（ステップ３２４）、基地局近傍位置計算処理（図１のステップ２０１）へ進む。
【００４５】
以上説明した実施の形態では、各基地局が送信した信号を移動端末で受信した際の受信電力を用いたが、逆に移動端末が送信した信号を各基地局が受信した際の受信電力を用いてもよい。
【００４６】
次に、基地局近傍位置計算処理（図１のステップ２０１）について説明する。
【００４７】
図５は、基地局近傍位置計算処理の第１例のフローチャートである。
【００４８】
基地局近傍判定処理（図１のステップ２００）で移動端末が基地局Ｗの近傍に存在すると判定されると、移動端末の位置を基地局Ｗの位置と等しい位置とする処理を実行し（ステップ４００）、端末位置出力処理（図１のステップ１１２）へ進む。すなわち、図５に示す基地局近傍位置計算処理では、移動端末と基地局とは同一位置にあると判定する。
【００４９】
図６は、基地局近傍位置計算処理の別なフローチャートである。
【００５０】
まず、三辺測量による位置計算で使用する方程式（数式１）の実数解を全て計算する（ステップ４１０）。移動端末がある基地局Ｗの近傍に存在する場合に、この実数解は基地局Ｗの周辺に存在する。
【００５１】
次に、ステップ４１０で求められた全ての実数解の平均を移動端末の位置とする処理を実行し（ステップ４１１）、端末位置出力処理（図１のステップ１１２）へ進む。
【００５２】
図７は、本発明の実施の形態の別な無線システムの構成図である。
【００５３】
複数の基地局（例えば３つの基地局１０１、１０２、１０３）は、公衆網や移動通信網等から構成されるネットワーク１０５を介して、サーバ１０６と接続されている。移動端末１０４はこれら基地局を介して、サーバ１０６と情報のやり取りを行う。
【００５４】
移動端末位置を測定する場合には、複数の基地局が送信した信号を移動端末が受信する方法と、移動端末が送信した信号を複数の基地局で受信する方法の２種類が存在する。以下ではそれぞれの方式における、移動端末、サーバ及び基地局の構成と動作の例について述べる。
【００５５】
複数の基地局が送信した信号を移動端末が受信する方式の場合の、第１の実施の形態の移動端末とサーバの構成を図８と図９に示す。
【００５６】
図８は、第１の実施の形態の移動端末の構成を示すブロック図である。
【００５７】
アンテナ５００は基地局が送信した信号を受信する。
【００５８】
信号受信部５０１はアンテナ５００で受信した信号に高周波及び中間周波数における受信処理やＡＤ変換等の信号処理を行う。
【００５９】
受信タイミング測定部５０２は、信号受信部５０１で得られた受信信号を用いて、各基地局によって送信された信号が移動端末で受信された時刻を測定する。例えば、マッチトフィルタを用いて構成して、受信プロファイルを生成する。
【００６０】
通信部５０６は、受信タイミング測定部５０２で測定された各基地局からの信号の受信時刻を、例えば、セルラ通信のような予め定められたプロトコルに従って、基地局を介してサーバ１０６に伝達する。
【００６１】
図９は、第１の実施の形態のサーバの構成を示すブロック図である。
【００６２】
通信部６００は予め定められたプロトコルに従って、移動端末１０４から伝達されてくる各基地局からの信号の移動端末における受信時刻を受け取る。
【００６３】
伝搬距離差測定部６０１は、移動端末から伝達されてきた受信時刻を用いて、伝搬距離差測定処理（図１のステップ１１０）を実行する。
【００６４】
基地局近傍判定部６０２は、伝搬距離差測定部６０１で得られた伝搬距離差を用いて、基地局近傍判定処理（図１のステップ２００）を実行する。
【００６５】
位置計算部６０３は、基地局近傍判定部６０２による判定結果に従って、三辺測量の原理を用いた通常の位置計算処理（図１のステップ１１１）又は基地局近傍位置計算処理（図１のステップ２０１）のいずれかの位置計算処理を実行した後、端末位置出力処理（図１のステップ１１２）を実行する。
【００６６】
次に、複数の基地局が送信した信号を移動端末が受信する方式の場合の、第２の実施の形態の移動端末とサーバの構成を図１０と図１１に示す。なお、前述した第１の実施の形態（図８、図９）と同一の働きをする構成については、同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００６７】
図１０は、第２の実施の形態の移動端末の構成を示すブロック図である。
【００６８】
アンテナ５００、信号受信部５０１及び受信タイミング測定部５０２の動作は前述した第１の実施の形態と同じである。
【００６９】
伝搬距離差測定部５０３は、受信タイミング測定部５０２で測定された各基地局からの信号の受信時刻を用いて、伝搬距離差測定処理（図１のステップ１１０）を実行する。
【００７０】
通信部５０６は、伝搬距離差測定部５０３で得られた伝搬距離差を、例えば、セルラ通信のような予め定められたプロトコルに従って、基地局を介して図７のサーバ１０６に伝達する。
【００７１】
図１１は、第２の実施の形態のサーバの構成を示すブロック図である。
【００７２】
通信部６００は予め定められたプロトコルに従って、移動端末１０４から伝達されてくる移動端末と各基地局の間の伝搬距離差を受け取る。
【００７３】
基地局近傍判定部６０２は、移動端末１０４から伝達されてきた伝搬距離差を用いて、基地局近傍判定処理（図１のステップ２００）を実行する。
【００７４】
位置計算部６０３は、前述した第１の実施の形態と同じ動作をする。
【００７５】
図１２は、複数の基地局が送信した信号を移動端末が受信する方式の場合の、第３の実施の形態の移動端末の構成を示すブロック図である。なお、前述した第１の実施の形態（図８、図９）、第２の実施の形態（図１０、図１１）と同一の働きをする構成については、同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００７６】
アンテナ５００、信号受信部５０１、受信タイミング測定部５０２及び伝搬距離差測定部５０３の動作は前述した実施の形態と同じである。
【００７７】
基地局近傍判定部５０４は、伝搬距離差測定部５０３で得られた伝搬距離差を用いて、基地局近傍判定処理（図１のステップ２００）を実行する。
【００７８】
位置計算部５０５は、基地局近傍判定部５０４による判定結果に従って、三辺測量の原理を用いた通常の位置計算処理（図１のステップ１１１）又は基地局近傍位置計算処理（図１のステップ２０１）のいずれかの位置計算処理を実行した後、端末位置出力処理（図１のステップ１１２）を実行する。
【００７９】
本発明は、例えば、本出願人が先に出願した特願２００２−２６０７７２号に開示されるような、移動端末が送信した信号を複数の基地局で受信する方式においても実施可能である。このような、移動端末が送信した信号を複数の基地局で受信する場合の移動端末の現在位置測定方法を図１４と図１５を用いて説明する。
【００８０】
図１５のステップ１１０では、まず各基地局が独自に所有する時計の同期を取るための第一の信号を第一の基地局が送信し、第一の基地局以外の基地局１０１、１０２及び１０３が第一の信号を受信する。この際、第一の信号を受信した基地局は、第一の信号を受信した時刻をそれぞれ記録する。
【００８１】
次に移動端末１０４は移動端末位置を測定するための第二の信号を送信する。基地局１０１、１０２及び１０３は前記第二の信号を受信し、その受信時刻をそれぞれ記録する。ステップ１１０では更に、前記第一の信号の各基地局での受信時刻と、前記第二の信号の各基地局での受信時刻から、各基地局から移動端末までの信号の伝搬時間差Ｔ3−Ｔ1及びＴ2−Ｔ1を計算する。最後に前記伝搬時間差に光速を乗算することにより、移動端末から各基地局までの信号の伝搬距離の差を算出する。
【００８２】
ステップ１１１以降の処理は、前記セルラ電話の信号を用いて、移動端末位置を算出する場合と同様の動作をする。
【００８３】
図１３は、移動端末が送信した信号を複数の基地局で受信する方法に本発明を適用する場合の、第４の実施の形態の基地局の構成を示すブロック図である。
【００８４】
アンテナ７００は移動端末が送信した信号を受信する。
【００８５】
信号受信部７０１はアンテナ７００で受信した信号に高周波及び中間周波数における受信処理やＡＤ変換等の信号処理を行う。
【００８６】
受信タイミング測定部７０２は、信号受信部７０１で得られた受信信号を用いて、移動端末によって送信された信号が当該基地局で受信された時の時刻を測定する。例えば、マッチトフィルタを用いて構成することができる。
【００８７】
通信部７０３は、受信タイミング測定部７０２で測定された移動端末からの信号の受信時刻を、ネットワーク通信プロトコルに従って、サーバ１０６に伝達する。この場合のサーバ１０６の構成は第１の実施の形態（図９）と同様であり、通信部６００が基地局から伝達されてくる受信時刻情報を処理する以外は、前述した第１の実施の形態（図９）と同一の動作をする。
【００８８】
以上説明したように、本発明の実施の形態では、基地局１０１、１０２、１０３と移動端末１０４との間で送受信される無線信号の伝搬距離差を用いて移動端末１０４の位置を算出する移動端末の位置計算方法において、複数の基地局と移動端末の間の信号の伝搬距離の差を求める伝搬距離差測定処理１１０と、前記移動端末が、前記複数の基地局のいずれかの近傍に存在するか否かを判定する基地局近傍判定処理２００と、前記移動端末が、前記基地局のいずれの近傍にも存在しないと判定された場合に、移動端末の位置を算出する通常の位置計算処理１１１と、前記移動端末が前記基地局のうち特定の基地局の近傍に存在すると判定された場合に、移動端末の位置を計算する基地局近傍位置計算処理２０１と、前記基地局近傍位置計算処理又は前記通常の位置計算処理で計算された前記移動端末の位置を出力する端末位置出力処理１１２とを含むので、移動端末が基地局の近傍に存在する場合においても、精度良く且つ安定して移動端末の位置を測定することが可能となる。これにより、位置情報サービスの提供可能エリアが拡大し、利便性の向上を図ることができる。
【００８９】
また、特に基地局近傍位置判定処理２００及び基地局近傍位置計算処理２０１を用いることによって、位置情報サービスが要求する位置測定精度に応じた演算量の位置測定方法の提供が可能となる。すなわち、位置測定結果の利用目的に応じて、基地局近傍判定処理の第１例（図３）のパラメータＢの値や、同第二例（図４）のパラメータＰthrdの値を変化させることによって、後段の位置計算において、演算量の大きな三辺測量位置計算ステップ１１１を回避し、演算量の小さな基地局近傍位置計算処理の第１例（図５）によって移動端末の位置を計算することができる。具体的には、三辺測量位置計算ステップでは数十万回の演算が必要となるのに対し、基地局近傍位置計算処理の第１例では数十回程度の演算で足り、演算量を一万分の一程度に削減することができる。
【００９０】
このように利用目的に応じた演算量の位置計算を実行することで、利用目的に応じた演算器の使用が可能となり移動端末や位置情報サービスのコスト低下を実現することができる。
【００９１】
特許請求の範囲に記載した以外の本発明の観点の代表的なものとして、次のものがあげられる。
【００９２】
前記基地局近傍判定手段は、
前記複数の基地局のうち一つの基地局と移動端末の間の信号の伝搬距離と、前記複数の基地局のうち他の基地局と移動端末の間の信号の伝搬距離との差が、前記一つの基地局と前記他の基地局との間の距離に対して所定の範囲内（例えば、前記一つの基地局と前記他の基地局との間の距離に対して、移動端末の位置の要求精度に応じた値の範囲）に存在するか否かを判定し、
前記複数の基地局うちいずれの基地局も前記条件を満足しない場合は、前記移動端末は前記複数の基地局のうちいずれの基地局の近傍にも存在しないと判定し、前記複数の基地局のうちいずれかの基地局が前記条件を満足する場合は、前記移動端末は前記条件を満足する基地局の近傍に存在すると判定する位置測定装置。
【００９３】
前記基地局近傍判定手段は、
前記移動端末における前記複数の基地局からの信号の受信品質を測定し、
前記受信品質と予め定められた閾値との比較結果に基づいて、前記移動端末が前記複数の基地局のうちいずれかの基地局の近傍に存在するか否かを判定する位置測定装置。
【００９４】
前記基地局近傍判定手段は、
前記移動端末における前記複数の基地局からの信号の受信品質を測定し、
前記測定された受信品質のうち最大値と当該最大値を与える基地局を探索し、
前記探索された受信品質の最大値と予め定められた閾値との比較結果に基づいて、前記移動端末が前記複数の基地局のうちいずれかの基地局の近傍に存在するか否かを判定する位置測定装置。
前記基地局近傍判定手段は、
前記複数の基地局における前記移動端末からの信号の受信品質を測定し、
前記受信品質と予め定められた閾値との比較結果に基づいて、前記移動端末が前記複数の基地局のうちいずれかの基地局の近傍に存在するか否かを判定する位置測定装置。
【００９５】
前記基地局近傍判定手段は、
前記複数の基地局における前記移動端末からの信号の受信品質を測定し、
前記測定された受信品質のうち最大値と当該最大値で受信する基地局を探索し、前記探索された受信品質の最大値と予め定められた閾値との比較結果に基づいて、前記移動端末が前記複数の基地のうちのいずれかの基地局の近傍に存在するか否かを判定する位置測定装置。
【００９６】
前記基地局近傍位置計算手段は、前記移動端末の近傍に存在すると判定された基地局の位置を前記移動端末の位置とする位置測定装置。
【００９７】
前記基地局近傍位置計算手段は、前記伝搬距離差測定手段によって求められた伝搬距離差を用いて得られる移動端末位置の複数の候補を計算し、前記計算された移動端末の位置の複数の候補を合成して前記移動端末の位置とするに記載の位置測定装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の位置計算方法のフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態の無線システムの構成図である。
【図３】本発明の実施の形態の基地局近傍判定処理の第１例のフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態の基地局近傍判定処理の第２例のフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態の基地局近傍位置計算処理の第１例のフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態の基地局近傍位置計算処理の第２例のフローチャートである。
【図７】本発明を用いて移動端末の位置を測定する場合のシステム構成の例
【図８】本発明の第１の実施の形態の移動端末の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態のサーバの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の移動端末の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態のサーバの構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態の移動端末の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態の基地局の構成を示すブロック図である。
【図１４】従来の無線システムの構成図である。
【図１５】従来の位置計算方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１０１、１０２、１０３ 基地局
１０４ 移動端末
１０５ ネットワーク
１０６ サーバ
１１０ 伝搬距離差測定ステップ
１１１ 三辺測量位置計算ステップ
１１２ 端末位置出力ステップ
２００ 基地局近傍判定ステップ
２０１ 基地局近傍位置計算ステップ
３００、３０１、３０２ ３基地局時の基地局近傍判定ステップ
３１０、３１１、３１２、３２４ 基地局近傍時の判定ステップ
３１３、３２３ 基地局非近傍時の判定ステップ
４００ 端末位置決定ステップ
４１０ 三辺測量方程式求解ステップ
４１１ 実数解平均ステップ
５００、７００ アンテナ
５０１、７０１ 信号受信部
５０２、７０２ 受信タイミング測定部
５０３、６０１ 伝搬距離差測定部
５０４、６０２ 基地局近傍判定部
５０５、６０３ 位置計算部
５０６、６００、７０３ 通信部
【発明が属する技術分野】
本発明は無線信号を用いて移動端末の位置を測定するための位置計算方法、測位システム及び位置算出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セルラ電話システムにおいて、基地局から移動端末に送信される信号を用いて移動端末の現在位置を算出する方法としては、例えば、特許文献１に記載されるような方法が提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載された移動端末の現在位置測定方法（図１４、図１５）では、まず、伝搬距離差測定処理１１０において、移動端末から各基地局までの信号の伝搬距離の差を測定する。具体的には、以下に述べる処理を行う。移動端末１０４は３つのセルラ電話基地局１０１、１０２及び１０３から送信された信号を受信する。この際、移動端末１０４は各基地局からの信号の受信時間をそれぞれ記録する。次にそれらの差分を計算することにより、各基地局から移動端末までの信号の伝搬時間差Ｔ1−Ｔ2及びＴ3−Ｔ2を計算する。最後に前記伝搬時間差に光速を乗算することにより、移動端末から各基地局までの信号の伝搬距離の差Ｄ1−Ｄ2＝ｃ（Ｔ1−Ｔ2）及びＤ3−Ｄ2＝ｃ（Ｔ3−Ｔ2）を算出する。
【０００４】
次に、三辺測量位置計算ステップ１１１において、三辺測量の原理を用いて、移動端末の位置を計算する。具体的には、伝搬距離差測定処理１１０で測定された伝搬距離差Ｄ1−Ｄ2及びＤ3−Ｄ2と移動端末の位置（Ｘ，Ｙ）の間に成立する数式１の関係を、移動端末位置（Ｘ，Ｙ）を未知数として解く。ここでｃは光速、数式１のＤN（Ｎ＝１，２，３）は移動端末から基地局Ｎまでの距離を表す。
【０００５】
【数１】
【０００６】
また、移動端末が送信した信号を複数の基地局で受信して移動端末の現在位置を算出する方法として、例えば、同出願人が先に出願した特願２００２−２６０７７２号に開示される、無線ＬＡＮの信号を用いる方法がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−１８１２４２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
第一に従来の方法では移動端末位置を求められない場合がある。例えば、伝搬時間差の測定誤差の影響により、｜ｃ（Ｔ1−Ｔ2）｜＞Ｄ12（Ｄ12は基地局１と基地局２の間の距離）となった場合、移動端末、基地局１及び基地局２の間で三角形の成立条件が満足されず、数式１は実数解を持たない。特に移動端末が基地局のすぐ近くに存在する場合、わずかな測定誤差によって上記条件が成立してしまうため、数式１が実数解を持たなくなる確率が増大する。このような場合、従来の方法では移動端末位置を求めることができない。
【０００９】
また、数式１は一般に複数の解を持つ。移動端末が基地局近傍に存在する場合、数式１の複数の解は当該基地局の近辺に存在する。このため当該複数の解から移動端末位置として適切な解を選択することができない。よって、この場合にも、移動端末位置を求めることができない。
【００１０】
このように移動端末が基地局の近傍に位置する場合に、移動端末の位置を求められなくなって、位置情報サービスが提供されるエリアが狭くなり、利便性が低下する。
【００１１】
第二に位置情報サービスのコスト上昇を招く場合がある。数式１は解析的に解くことが困難であるため、一般に繰り返し演算によって解を求める方法がとられる。この方法は演算量が多く、条件によっては数十万回の演算が必要になる場合があり、位置計算を実施する演算器に高い負荷を与える。これは数百ｍ程度の位置測定誤差を許容するようなアプリケーション、例えば天気予報や道路の渋滞案内等、を利用する際には、必要以上の性能を持つ演算器が必要となり、移動端末や位置情報サービスのコストの上昇を招く。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前述した第一の課題を解決するために、移動端末が基地局近傍に存在するか否かを判定するステップを設け、移動端末が基地局近傍に存在すると判定された場合は、移動端末が基地局の近傍に位置する場合に適する位置計算方法によって移動端末位置を計算する。
【００１３】
また、本発明では、前述した第二の課題を解決するために、位置計算時の演算量を制御するためのパラメータを導入し、要求される位置測定精度に応じて当該パラメータを適切な値に設定して位置計算の演算量を制御する。
【００１４】
【発明の作用及び効果】
本発明は、基地局と移動端末との間で送受信される無線信号の伝搬距離差を用いて移動端末の位置を算出する移動端末の位置計算方法において、複数の基地局と移動端末の間の信号の伝搬距離の差を求める伝搬距離差測定処理と、前記移動端末が前記複数の基地局のいずれかの近傍に存在するか否かを判定する基地局近傍判定処理と、前記移動端末が前記基地局のいずれの近傍にも存在しないと判定された場合に、移動端末の位置を算出する通常の位置計算処理と、前記移動端末が前記基地局のうち特定の基地局の近傍に存在すると判定された場合に、移動端末の位置を計算する基地局近傍位置計算処理と、前記基地局近傍位置計算処理又は前記通常の位置計算処理で計算された前記移動端末の位置を出力する端末位置出力処理とを含むので、移動端末が基地局の近傍に存在する場合においても、精度良く且つ安定して移動端末の位置を測定することが可能となる。これにより、位置情報サービスの提供可能エリアが拡大し、利便性の向上を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態の位置計算方法のフローチャートである。
【００１７】
図１５の従来の位置計算方法と同一の機能を持つステップには同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００１８】
まず、伝搬距離差測定処理によって移動端末と各基地局までの信号の伝搬距離の差を測定する（ステップ１１０）。この伝搬距離差の測定は、従来の方法と同様に、各基地局が送信した信号を移動端末で受信し、各基地局から移動端末までの信号の受信タイミングから、伝搬時間差を求める方法を用いればよい。また逆に、移動端末が送信した信号を各基地局で受信し、移動端末から各基地局までの信号の受信タイミングから、伝搬時間差を求める方法を用いてもよい。
【００１９】
さらに、伝搬距離差の測定の別な方法として、移動端末における各基地局からの信号の受信電力による方法を用いることもできる。例えば、移動端末は各基地局からの信号の受信電力ＰＮ（Ｎ＝１、２、３）を測定する。一般に移動端末での信号の受信電力は、基地局から移動端末までの距離のα乗に反比例し、
ＰＮ＝ＡＮ×ＤＮ- α
の関係が成立する。ここでＰＮは測定で得られる信号の受信電力、ＡＮは基地局での信号送信電力やアンテナゲイン等で決定される既知の係数、αは仮定する伝搬路モデルから決定される既知の伝搬定数である。よって、移動端末で信号受信電力ＰＮを測定することにより、上式を変形した
ＤＮ＝（ＰＮ／ＡＮ）-1/ α
を用いて、移動端末から各基地局までの距離ＤＮが求められる。こうして求められたＤＮの差を求めることにより伝搬距離差の測定値（すなわち、前述した数式１の左辺に対応する値）が得られる。また逆に、各基地局における移動端末からの信号の受信電力を利用して、上記と同様の方法を実施してもよい。
【００２０】
次に、基地局近傍判定処理を実行し、移動端末が基地局の近傍に存在するか否かの判定を行う（ステップ２００）。移動端末が基地局の近傍に存在しないと判定すると、従来の方法と同様に、ステップ１１０で求めた伝搬距離差に基づく三辺測量の原理を用いた通常の位置計算処理を行う（ステップ１１１）。
【００２１】
一方、移動端末がいずれかの基地局の近傍に存在すると判定すると、基地局近傍位置計算処理を実行し、後述する特定の基地局の近傍に存在する場合に適する方法によって移動端末の位置を計算する（ステップ２０１）。そして、三辺測量による通常の位置計算処理（ステップ１１１）又は基地局近傍位置計算処理（ステップ２０１）によって求めた端末位置を、データ出力先のアプリケーションとの間で予め定められた形式に変換し、移動端末位置の計算結果を出力して（ステップ１１２）、端末の位置測定を終了する。
【００２２】
次に、基地局近傍判定処理（図１ステップ２００）の判定方法を説明する。
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態の無線システムの構成図である。
【００２４】
移動端末が第一の基地局の近傍に存在する場合、第二の基地局と移動端末の間の伝搬距離と、第一の基地局と移動端末の間の伝搬距離の差は、第一の基地局と第二の基地局の間の距離にほぼ等しくなる。例えば、図２に示すように、移動端末が基地局２の近傍に存在する場合、基地局２と移動端末の間の伝搬距離Ｒ2が小さくなり、基地局１と移動端末の間の伝搬距離Ｒ1と、基地局２と基地局１の間の距離Ｄ12とがほぼ等しくなることから、両基地局と移動端末の間の伝搬距離の差（Ｒ1−Ｒ2）は、基地局１と基地局２との間の距離Ｄ12にほぼ等しくなる。この性質を利用して、Ｎ局の基地局（基地局１〜基地局Ｎ）に対して、次に示す数式２を満足する基地局Ｗが存在する場合、移動端末は基地局Ｗの近傍に存在すると判定する。
【００２５】
【数２】
【００２６】
すなわち、数式２では、二つの基地局からの伝搬距離差ＲV−ＲWが、両基地局間の距離ＤVWから所定の誤差範囲Ｂにあるか否かを判定する。
【００２７】
図３は、図２のように移動端末が受信可能な基地局数が３の場合の、数式２を用いた基地局近傍判定処理（図１のステップ２００）の第１例のフローチャートである。
【００２８】
まず、移動端末が基地局１の近傍に存在するか否かを数式２を用いて判定する（ステップ３００）。基地局１と基地局２との関係及び基地局１と基地局３との関係の各々において数式２の関係が成立するかを判定した結果、双方の伝搬距離差が両基地局の実距離の所定の誤差範囲内（±Ｂ）に属すると判定されると、移動端末は基地局１の近傍に存在すると判定し（ステップ３１０）、基地局近傍位置計算処理（図１のステップ２０１）へ進む。
【００２９】
同様に、基地局１と基地局２との関係及び基地局２と基地局３との関係の各々において数式２の関係が成立するかによって、移動端末が基地局２の近傍に存在するか否かを判定し（ステップ３０１）、その結果、双方の伝搬距離差が両基地局の実距離の所定の誤差範囲内（±Ｂ）に属すると判定されると、移動端末は基地局２の近傍に存在すると判定し（ステップ３１１）、基地局近傍位置計算処理（図１のステップ２０１）へ進む。
【００３０】
同様に、基地局１と基地局３との関係及び基地局２と基地局３との関係の各々において数式２の関係が成立するかによって、移動端末が基地局２の近傍に存在するか否かを判定し（ステップ３０２）、その結果、双方の伝搬距離差が両基地局の実距離の所定の誤差範囲内（±Ｂ）に属すると判定されると、移動端末は基地局３の近傍に存在すると判定し（ステップ３１２）、基地局近傍位置計算処理（図１のステップ２０１）へ進む。
【００３１】
一方、ステップ３００、３０１及び３０２のいずれの判定でも数式２を満足しない場合、移動端末はいずれの基地局の近傍にも存在しないと判定し（ステップ３１３）、三辺測量の原理を用いた通常の位置計算処理（図１のステップ１１１）へ進む。
【００３２】
図２に示す例では、移動端末は基地局２の近傍に存在するため、Ｒ1−Ｒ2はＤ12とほぼ等しく、Ｒ3−Ｒ2はＤ32とほぼ等しいので、ステップ３０１で数式２を満足し、ステップ３１１で移動端末は基地局２の近傍に存在すると判定され、基地局近傍位置計算処理（図１のステップ２０１）へ進む。
【００３３】
なお、移動端末がある基地局の近傍に存在すると判定されても、他の基地局の組み合わせに対して数式２を適用し、移動端末が他の基地局の近傍に存在するかを判定することもできる。このとき、ステップ３００、３０１及び３０２のうちの複数のステップで数式２が満足される（移動端末が複数の基地局の近傍に存在するかと判定される）場合は、ステップ３００、３０１及び３０２のいずれか一つのステップで数式２を満足するように、パラメータＢの値を小さくして調整し、移動端末の最も近くに存在する基地局を特定することもできる。
【００３４】
また、パラメータＢの値を大きくすると、移動端末の最も近くに存在する基地局を早く特定することができ、基地局近傍判定処理の演算量を低減することができる。
【００３５】
また、図３には移動端末が受信可能な基地局数が３の場合について示したが、移動端末が多数の基地局を受信可能な場合であっても、受信信号の受信電力が強い方から三つの基地局を選択して、図３に示す基地局近傍判定処理を実行すれば、移動端末が基地局の近傍に存在するかを判定することができる。
【００３６】
次に、基地局近傍判定処理（ステップ２００）の判定方法の別な例を説明する。
【００３７】
移動端末がある基地局の近傍に存在する場合、移動端末における当該基地局からの信号の受信品質は、他の基地局からの信号の受信品質よりも良好で、且つ、当該基地局からの信号の受信品質は十分に良好であると考えられる。この受信品質を表すパラメータとして、基地局からの信号の受信電力、希望波対干渉波比（ＣＩＲ）、信号対干渉雑音電力比（ＳＩＲ）、信号雑音比（Ｓ／Ｎ）等を用いることができる。
【００３８】
例えば 基地局からの信号の受信電力を例にすると、移動端末がある基地局の近傍に存在する場合、移動端末における当該基地局からの信号の受信電力は、他の基地局からの信号の受信電力よりも大きく、且つ、当該基地局からの信号の受信電力は十分に大きな値を持つと考えられる。
【００３９】
よって、この性質を利用して、Ｎ局の基地局（基地局１〜基地局Ｎ）に対して、数式３を満足する基地局Ｗが存在する場合、移動端末は基地局Ｗの近傍に存在すると判定する。
【００４０】
【数３】
【００４１】
図４は、数式３を用いた基地局近傍判定処理（図１のステップ２００）の第２例のフローチャートである。
【００４２】
まず、移動端末における各基地局からの信号の受信電力Ｐn（ｎ＝１，２．．．Ｎ）を測定する（ステップ３２０）。そして、測定された受信電力のうち、最大の受信電力ＰWを選定し、最大受信電力ＰWを与える基地局Ｗを選定する（ステップ３２１）。
【００４３】
そして、選定された最大受信電力ＰWと閾値Ｐthrdとを比較した結果に基づいて、移動端末が基地局の近傍に存在するか否かを判定する（ステップ３２２）。すなわち、選定された最大受信電力ＰWが閾値Ｐthrd以上となるか否かを判定する。
【００４４】
判定の結果、ＰWが閾値Ｐthrd未満の場合、最大受信電力ＰWを与える基地局Ｗからの信号の受信電力はそれほど大きくないので、基地局Ｗは移動端末の遠方に存在する（移動端末は基地局の近傍に存在しない）と判定され（ステップ３２３）、三辺測量の原理を用いた通常の位置計算処理（図１のステップ１１１）へ進む。一方、ＰWが閾値Ｐthrd以上の場合、最大受信電力ＰWを与える基地局Ｗからの信号の受信電力は大きいので、移動端末は基地局Ｗの近傍に存在すると判定され（ステップ３２４）、基地局近傍位置計算処理（図１のステップ２０１）へ進む。
【００４５】
以上説明した実施の形態では、各基地局が送信した信号を移動端末で受信した際の受信電力を用いたが、逆に移動端末が送信した信号を各基地局が受信した際の受信電力を用いてもよい。
【００４６】
次に、基地局近傍位置計算処理（図１のステップ２０１）について説明する。
【００４７】
図５は、基地局近傍位置計算処理の第１例のフローチャートである。
【００４８】
基地局近傍判定処理（図１のステップ２００）で移動端末が基地局Ｗの近傍に存在すると判定されると、移動端末の位置を基地局Ｗの位置と等しい位置とする処理を実行し（ステップ４００）、端末位置出力処理（図１のステップ１１２）へ進む。すなわち、図５に示す基地局近傍位置計算処理では、移動端末と基地局とは同一位置にあると判定する。
【００４９】
図６は、基地局近傍位置計算処理の別なフローチャートである。
【００５０】
まず、三辺測量による位置計算で使用する方程式（数式１）の実数解を全て計算する（ステップ４１０）。移動端末がある基地局Ｗの近傍に存在する場合に、この実数解は基地局Ｗの周辺に存在する。
【００５１】
次に、ステップ４１０で求められた全ての実数解の平均を移動端末の位置とする処理を実行し（ステップ４１１）、端末位置出力処理（図１のステップ１１２）へ進む。
【００５２】
図７は、本発明の実施の形態の別な無線システムの構成図である。
【００５３】
複数の基地局（例えば３つの基地局１０１、１０２、１０３）は、公衆網や移動通信網等から構成されるネットワーク１０５を介して、サーバ１０６と接続されている。移動端末１０４はこれら基地局を介して、サーバ１０６と情報のやり取りを行う。
【００５４】
移動端末位置を測定する場合には、複数の基地局が送信した信号を移動端末が受信する方法と、移動端末が送信した信号を複数の基地局で受信する方法の２種類が存在する。以下ではそれぞれの方式における、移動端末、サーバ及び基地局の構成と動作の例について述べる。
【００５５】
複数の基地局が送信した信号を移動端末が受信する方式の場合の、第１の実施の形態の移動端末とサーバの構成を図８と図９に示す。
【００５６】
図８は、第１の実施の形態の移動端末の構成を示すブロック図である。
【００５７】
アンテナ５００は基地局が送信した信号を受信する。
【００５８】
信号受信部５０１はアンテナ５００で受信した信号に高周波及び中間周波数における受信処理やＡＤ変換等の信号処理を行う。
【００５９】
受信タイミング測定部５０２は、信号受信部５０１で得られた受信信号を用いて、各基地局によって送信された信号が移動端末で受信された時刻を測定する。例えば、マッチトフィルタを用いて構成して、受信プロファイルを生成する。
【００６０】
通信部５０６は、受信タイミング測定部５０２で測定された各基地局からの信号の受信時刻を、例えば、セルラ通信のような予め定められたプロトコルに従って、基地局を介してサーバ１０６に伝達する。
【００６１】
図９は、第１の実施の形態のサーバの構成を示すブロック図である。
【００６２】
通信部６００は予め定められたプロトコルに従って、移動端末１０４から伝達されてくる各基地局からの信号の移動端末における受信時刻を受け取る。
【００６３】
伝搬距離差測定部６０１は、移動端末から伝達されてきた受信時刻を用いて、伝搬距離差測定処理（図１のステップ１１０）を実行する。
【００６４】
基地局近傍判定部６０２は、伝搬距離差測定部６０１で得られた伝搬距離差を用いて、基地局近傍判定処理（図１のステップ２００）を実行する。
【００６５】
位置計算部６０３は、基地局近傍判定部６０２による判定結果に従って、三辺測量の原理を用いた通常の位置計算処理（図１のステップ１１１）又は基地局近傍位置計算処理（図１のステップ２０１）のいずれかの位置計算処理を実行した後、端末位置出力処理（図１のステップ１１２）を実行する。
【００６６】
次に、複数の基地局が送信した信号を移動端末が受信する方式の場合の、第２の実施の形態の移動端末とサーバの構成を図１０と図１１に示す。なお、前述した第１の実施の形態（図８、図９）と同一の働きをする構成については、同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００６７】
図１０は、第２の実施の形態の移動端末の構成を示すブロック図である。
【００６８】
アンテナ５００、信号受信部５０１及び受信タイミング測定部５０２の動作は前述した第１の実施の形態と同じである。
【００６９】
伝搬距離差測定部５０３は、受信タイミング測定部５０２で測定された各基地局からの信号の受信時刻を用いて、伝搬距離差測定処理（図１のステップ１１０）を実行する。
【００７０】
通信部５０６は、伝搬距離差測定部５０３で得られた伝搬距離差を、例えば、セルラ通信のような予め定められたプロトコルに従って、基地局を介して図７のサーバ１０６に伝達する。
【００７１】
図１１は、第２の実施の形態のサーバの構成を示すブロック図である。
【００７２】
通信部６００は予め定められたプロトコルに従って、移動端末１０４から伝達されてくる移動端末と各基地局の間の伝搬距離差を受け取る。
【００７３】
基地局近傍判定部６０２は、移動端末１０４から伝達されてきた伝搬距離差を用いて、基地局近傍判定処理（図１のステップ２００）を実行する。
【００７４】
位置計算部６０３は、前述した第１の実施の形態と同じ動作をする。
【００７５】
図１２は、複数の基地局が送信した信号を移動端末が受信する方式の場合の、第３の実施の形態の移動端末の構成を示すブロック図である。なお、前述した第１の実施の形態（図８、図９）、第２の実施の形態（図１０、図１１）と同一の働きをする構成については、同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００７６】
アンテナ５００、信号受信部５０１、受信タイミング測定部５０２及び伝搬距離差測定部５０３の動作は前述した実施の形態と同じである。
【００７７】
基地局近傍判定部５０４は、伝搬距離差測定部５０３で得られた伝搬距離差を用いて、基地局近傍判定処理（図１のステップ２００）を実行する。
【００７８】
位置計算部５０５は、基地局近傍判定部５０４による判定結果に従って、三辺測量の原理を用いた通常の位置計算処理（図１のステップ１１１）又は基地局近傍位置計算処理（図１のステップ２０１）のいずれかの位置計算処理を実行した後、端末位置出力処理（図１のステップ１１２）を実行する。
【００７９】
本発明は、例えば、本出願人が先に出願した特願２００２−２６０７７２号に開示されるような、移動端末が送信した信号を複数の基地局で受信する方式においても実施可能である。このような、移動端末が送信した信号を複数の基地局で受信する場合の移動端末の現在位置測定方法を図１４と図１５を用いて説明する。
【００８０】
図１５のステップ１１０では、まず各基地局が独自に所有する時計の同期を取るための第一の信号を第一の基地局が送信し、第一の基地局以外の基地局１０１、１０２及び１０３が第一の信号を受信する。この際、第一の信号を受信した基地局は、第一の信号を受信した時刻をそれぞれ記録する。
【００８１】
次に移動端末１０４は移動端末位置を測定するための第二の信号を送信する。基地局１０１、１０２及び１０３は前記第二の信号を受信し、その受信時刻をそれぞれ記録する。ステップ１１０では更に、前記第一の信号の各基地局での受信時刻と、前記第二の信号の各基地局での受信時刻から、各基地局から移動端末までの信号の伝搬時間差Ｔ3−Ｔ1及びＴ2−Ｔ1を計算する。最後に前記伝搬時間差に光速を乗算することにより、移動端末から各基地局までの信号の伝搬距離の差を算出する。
【００８２】
ステップ１１１以降の処理は、前記セルラ電話の信号を用いて、移動端末位置を算出する場合と同様の動作をする。
【００８３】
図１３は、移動端末が送信した信号を複数の基地局で受信する方法に本発明を適用する場合の、第４の実施の形態の基地局の構成を示すブロック図である。
【００８４】
アンテナ７００は移動端末が送信した信号を受信する。
【００８５】
信号受信部７０１はアンテナ７００で受信した信号に高周波及び中間周波数における受信処理やＡＤ変換等の信号処理を行う。
【００８６】
受信タイミング測定部７０２は、信号受信部７０１で得られた受信信号を用いて、移動端末によって送信された信号が当該基地局で受信された時の時刻を測定する。例えば、マッチトフィルタを用いて構成することができる。
【００８７】
通信部７０３は、受信タイミング測定部７０２で測定された移動端末からの信号の受信時刻を、ネットワーク通信プロトコルに従って、サーバ１０６に伝達する。この場合のサーバ１０６の構成は第１の実施の形態（図９）と同様であり、通信部６００が基地局から伝達されてくる受信時刻情報を処理する以外は、前述した第１の実施の形態（図９）と同一の動作をする。
【００８８】
以上説明したように、本発明の実施の形態では、基地局１０１、１０２、１０３と移動端末１０４との間で送受信される無線信号の伝搬距離差を用いて移動端末１０４の位置を算出する移動端末の位置計算方法において、複数の基地局と移動端末の間の信号の伝搬距離の差を求める伝搬距離差測定処理１１０と、前記移動端末が、前記複数の基地局のいずれかの近傍に存在するか否かを判定する基地局近傍判定処理２００と、前記移動端末が、前記基地局のいずれの近傍にも存在しないと判定された場合に、移動端末の位置を算出する通常の位置計算処理１１１と、前記移動端末が前記基地局のうち特定の基地局の近傍に存在すると判定された場合に、移動端末の位置を計算する基地局近傍位置計算処理２０１と、前記基地局近傍位置計算処理又は前記通常の位置計算処理で計算された前記移動端末の位置を出力する端末位置出力処理１１２とを含むので、移動端末が基地局の近傍に存在する場合においても、精度良く且つ安定して移動端末の位置を測定することが可能となる。これにより、位置情報サービスの提供可能エリアが拡大し、利便性の向上を図ることができる。
【００８９】
また、特に基地局近傍位置判定処理２００及び基地局近傍位置計算処理２０１を用いることによって、位置情報サービスが要求する位置測定精度に応じた演算量の位置測定方法の提供が可能となる。すなわち、位置測定結果の利用目的に応じて、基地局近傍判定処理の第１例（図３）のパラメータＢの値や、同第二例（図４）のパラメータＰthrdの値を変化させることによって、後段の位置計算において、演算量の大きな三辺測量位置計算ステップ１１１を回避し、演算量の小さな基地局近傍位置計算処理の第１例（図５）によって移動端末の位置を計算することができる。具体的には、三辺測量位置計算ステップでは数十万回の演算が必要となるのに対し、基地局近傍位置計算処理の第１例では数十回程度の演算で足り、演算量を一万分の一程度に削減することができる。
【００９０】
このように利用目的に応じた演算量の位置計算を実行することで、利用目的に応じた演算器の使用が可能となり移動端末や位置情報サービスのコスト低下を実現することができる。
【００９１】
特許請求の範囲に記載した以外の本発明の観点の代表的なものとして、次のものがあげられる。
【００９２】
前記基地局近傍判定手段は、
前記複数の基地局のうち一つの基地局と移動端末の間の信号の伝搬距離と、前記複数の基地局のうち他の基地局と移動端末の間の信号の伝搬距離との差が、前記一つの基地局と前記他の基地局との間の距離に対して所定の範囲内（例えば、前記一つの基地局と前記他の基地局との間の距離に対して、移動端末の位置の要求精度に応じた値の範囲）に存在するか否かを判定し、
前記複数の基地局うちいずれの基地局も前記条件を満足しない場合は、前記移動端末は前記複数の基地局のうちいずれの基地局の近傍にも存在しないと判定し、前記複数の基地局のうちいずれかの基地局が前記条件を満足する場合は、前記移動端末は前記条件を満足する基地局の近傍に存在すると判定する位置測定装置。
【００９３】
前記基地局近傍判定手段は、
前記移動端末における前記複数の基地局からの信号の受信品質を測定し、
前記受信品質と予め定められた閾値との比較結果に基づいて、前記移動端末が前記複数の基地局のうちいずれかの基地局の近傍に存在するか否かを判定する位置測定装置。
【００９４】
前記基地局近傍判定手段は、
前記移動端末における前記複数の基地局からの信号の受信品質を測定し、
前記測定された受信品質のうち最大値と当該最大値を与える基地局を探索し、
前記探索された受信品質の最大値と予め定められた閾値との比較結果に基づいて、前記移動端末が前記複数の基地局のうちいずれかの基地局の近傍に存在するか否かを判定する位置測定装置。
前記基地局近傍判定手段は、
前記複数の基地局における前記移動端末からの信号の受信品質を測定し、
前記受信品質と予め定められた閾値との比較結果に基づいて、前記移動端末が前記複数の基地局のうちいずれかの基地局の近傍に存在するか否かを判定する位置測定装置。
【００９５】
前記基地局近傍判定手段は、
前記複数の基地局における前記移動端末からの信号の受信品質を測定し、
前記測定された受信品質のうち最大値と当該最大値で受信する基地局を探索し、前記探索された受信品質の最大値と予め定められた閾値との比較結果に基づいて、前記移動端末が前記複数の基地のうちのいずれかの基地局の近傍に存在するか否かを判定する位置測定装置。
【００９６】
前記基地局近傍位置計算手段は、前記移動端末の近傍に存在すると判定された基地局の位置を前記移動端末の位置とする位置測定装置。
【００９７】
前記基地局近傍位置計算手段は、前記伝搬距離差測定手段によって求められた伝搬距離差を用いて得られる移動端末位置の複数の候補を計算し、前記計算された移動端末の位置の複数の候補を合成して前記移動端末の位置とするに記載の位置測定装置。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の位置計算方法のフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態の無線システムの構成図である。
【図３】本発明の実施の形態の基地局近傍判定処理の第１例のフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態の基地局近傍判定処理の第２例のフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態の基地局近傍位置計算処理の第１例のフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態の基地局近傍位置計算処理の第２例のフローチャートである。
【図７】本発明を用いて移動端末の位置を測定する場合のシステム構成の例
【図８】本発明の第１の実施の形態の移動端末の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態のサーバの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の移動端末の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態のサーバの構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態の移動端末の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態の基地局の構成を示すブロック図である。
【図１４】従来の無線システムの構成図である。
【図１５】従来の位置計算方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１０１、１０２、１０３ 基地局
１０４ 移動端末
１０５ ネットワーク
１０６ サーバ
１１０ 伝搬距離差測定ステップ
１１１ 三辺測量位置計算ステップ
１１２ 端末位置出力ステップ
２００ 基地局近傍判定ステップ
２０１ 基地局近傍位置計算ステップ
３００、３０１、３０２ ３基地局時の基地局近傍判定ステップ
３１０、３１１、３１２、３２４ 基地局近傍時の判定ステップ
３１３、３２３ 基地局非近傍時の判定ステップ
４００ 端末位置決定ステップ
４１０ 三辺測量方程式求解ステップ
４１１ 実数解平均ステップ
５００、７００ アンテナ
５０１、７０１ 信号受信部
５０２、７０２ 受信タイミング測定部
５０３、６０１ 伝搬距離差測定部
５０４、６０２ 基地局近傍判定部
５０５、６０３ 位置計算部
５０６、６００、７０３ 通信部
Claims (19)
- 基地局と移動端末との間で送受信される無線信号の伝搬距離差を用いて移動端末の位置を算出する移動端末の位置計算方法において、
複数の基地局と移動端末の間の信号の伝搬距離の差を求める伝搬距離差測定処理と、
前記移動端末が前記複数の基地局のいずれかの近傍に存在するか否かを判定する基地局近傍判定処理と、
前記移動端末が前記基地局のいずれの近傍にも存在しないと判定された場合に、移動端末の位置を算出する通常の位置計算処理と、
前記移動端末が前記基地局のうち特定の基地局の近傍に存在すると判定された場合に、移動端末の位置を計算する基地局近傍位置計算処理と、
前記基地局近傍位置計算処理又は前記通常の基地局位置計算処理で計算された前記移動端末の位置を出力する端末位置出力処理とを含む位置計算方法。 - 前記基地局近傍判定処理は、
前記複数の基地局のうち一の基地局と移動端末の間の信号の伝搬距離と、他の基地局と移動端末の間の信号の伝搬距離との差が、前記一の基地局と前記他の基地局との間の距離に対して所定の範囲内にあるか否かを判定し、
前記基地局いずれについての伝搬距離差も基地局間距離の所定の範囲内にない場合は、前記移動端末は、前記基地局のいずれの近傍にも存在しないと判定し、
前記基地局のいずれかについての伝搬距離差が基地局間距離の所定の範囲内にある場合は、前記移動端末は、前記条件を満足する基地局の近傍に存在すると判定する請求項１に記載の位置計算方法。 - 前記所定の範囲は、移動端末の位置の要求精度に応じた範囲であることを特徴とする請求項２に記載の位置計算方法。
- 前記基地局近傍判定処理は、
前記移動端末における前記複数の基地局からの信号の受信品質を測定し、
前記受信品質と予め定められた閾値との比較結果に基づいて、前記移動端末が、前記基地局のいずれかの近傍に存在するか否かを判定する請求項１に記載の位置計算方法。 - 前記基地局近傍判定処理は、
前記移動端末における前記複数の基地局からの信号の受信品質を測定し、
前記測定された受信品質の最大値と当該最大値を与える基地局を探索し、
前記探索された受信品質の最大値と予め定められた閾値との比較結果に基づいて、前記移動端末が、前記基地局のいずれかの近傍に存在するか否かを判定する請求項１に記載の位置計算方法。 - 前記基地局近傍判定処理は、
前記複数の基地局における前記移動端末からの信号の受信品質を測定し、
前記受信品質と予め定められた閾値との比較結果に基づいて、前記移動端末が、前記基地局のいずれかの基地局の近傍に存在するか否かを判定する請求項１に記載の位置計算方法。 - 前記基地局近傍判定処理は、
前記複数の基地局における前記移動端末からの信号の受信品質を測定し、
前記測定された受信品質のうち最大値と当該最大値で受信する基地局を探索し、
前記探索された受信品質の最大値と予め定められた閾値との比較結果に基づいて、前記移動端末が、前記基地局のいずれかの基地局の近傍に存在するか否かを判定する請求項１に記載の位置計算方法。 - 前記基地局近傍位置計算処理は、前記移動端末の近傍に存在すると判定された基地局の位置を前記移動端末の位置とする請求項１から７のいずれか一つに記載の位置計算方法。
- 前記基地局近傍位置計算処理は、前記伝搬距離差測定処理で求められた伝搬距離差を用いて得られる移動端末位置の複数の候補を計算し、前記計算された移動端末の位置の複数の候補を合成して前記移動端末の位置とする請求項１から８のいずれか一つに記載の位置計算方法。
- 基地局と移動端末との間で送受信される無線信号を受信して、その伝搬距離差を用いて移動端末の位置を算出する測位システムにおいて、
複数の基地局と移動端末の間の信号の伝搬距離の差を求める伝搬距離差測定手段と、
前記移動端末が前記基地局のいずれかの近傍に存在するか否かを判定する基地局近傍判定手段と、
前記移動端末が前記基地局のいずれの近傍にも存在しないと判定された場合に、移動端末の位置を算出する通常の位置計算手段と、
前記移動端末が前記基地局のうち特定の基地局の近傍に存在すると判定された場合に、移動端末の位置を計算する基地局近傍位置計算手段と、
前記基地局近傍位置計算処理又は前記通常の位置計算手段によって計算された前記移動端末の位置を出力する端末位置出力手段とを含む測位システム。 - 前記基地局近傍判定手段は、
前記複数の基地局のうち一つの基地局と移動端末の間の信号の伝搬距離と、前記複数の基地局のうち他の基地局と移動端末の間の信号の伝搬距離との差が、前記一つの基地局と前記他の基地局との間の距離に対して所定の範囲内に存在するか否かを判定し、
前記基地局いずれについての伝搬距離差も基地局間距離の所定の範囲内にない場合は、前記移動端末は、前記基地局のいずれの近傍にも存在しないと判定し、前記基地局のいずれかについての伝搬距離差が基地局間距離の所定の範囲内にある場合は、前記移動端末は、前記条件を満足する基地局の近傍に存在すると判定する請求項１０に記載の測位システム。 - 前記所定の範囲は、移動端末の位置の要求精度に応じた範囲であることを特徴とする請求項１１に記載の測位システム。
- 前記基地局近傍判定手段は、
前記移動端末における前記複数の基地局からの信号の受信品質を測定し、
前記受信品質と予め定められた閾値との比較結果に基づいて、前記移動端末が前記基地局のいずれかの近傍に存在するか否かを判定する請求項１０に記載の測位システム。 - 前記基地局近傍判定手段は、
前記移動端末における前記複数の基地局からの信号の受信品質を測定し、
前記測定された受信品質の最大値と当該最大値を与える基地局を探索し、
前記探索された受信品質の最大値と予め定められた閾値との比較結果に基づいて、前記移動端末が前記基地局のいずれかの近傍に存在するか否かを判定する請求項１０に記載の測位システム。 - 前記基地局近傍判定手段は、
前記複数の基地局における前記移動端末からの信号の受信品質を測定し、
前記受信品質と予め定められた閾値との比較結果に基づいて、前記移動端末が前記基地局のいずれかの近傍に存在するか否かを判定する請求項１０に記載の測位システム。 - 前記基地局近傍判定手段は、
前記複数の基地局における前記移動端末からの信号の受信品質を測定し、
前記測定された受信品質のうち最大値と当該最大値で受信する基地局を探索し、
前記探索された受信品質の最大値と予め定められた閾値との比較結果に基づいて、前記移動端末が前記基地局のいずれかの近傍に存在するか否かを判定する請求項１０に記載の測位システム。 - 前記基地局近傍位置計算手段は、前記移動端末の近傍に存在すると判定された基地局の位置を前記移動端末の位置とする請求項１０から１６のいずれか一つに記載の測位システム。
- 前記基地局近傍位置計算手段は、前記伝搬距離差測定手段によって求められた伝搬距離差を用いて得られる移動端末位置の複数の候補を計算し、前記計算された移動端末の位置の複数の候補を合成して前記移動端末の位置とする請求項１０から１７のいずれか一つに記載の測位システム。
- 基地局と移動端末との間で送受信される無線信号を受信して、その伝搬距離差を用いて移動端末の位置を算出する位置算出装置において、
複数の基地局と移動端末の間の信号の伝搬距離の差を求める伝搬距離差測定手段と、
前記移動端末が前記基地局のいずれかの近傍に存在するか否かを判定する基地局近傍判定手段と、
前記移動端末が前記基地局のいずれの近傍にも存在しないと判定された場合に、移動端末の位置を算出する通常の位置計算手段と、
前記移動端末が前記基地局のうち特定の基地局の近傍に存在すると判定された場合に、移動端末の位置を計算する基地局近傍位置計算手段と、
前記基地局近傍位置計算処理又は前記通常の位置計算手段によって計算された前記移動端末の位置を出力する端末位置出力手段とを含む位置算出装置。
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