JP6102168B2 - 位置標定システム及び位置標定システムの制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、位置標定システム及び位置標定システムの制御方法に関し、とくに位置標定システムにおけるハンドオーバが適切に行われるようにするための技術に関する。

特許文献１には、複数の無線マーカを利用して携帯端末の方向、距離、位置等の標定を行なうシステムにおいて、第１の無線マーカ及び第２の無線マーカから携帯端末までの距離の標定結果に基づき、第１の無線マーカのサービスエリアから第２の無線マーカのサービスエリアへのハンドオーバを制御することが記載されている。

非特許文献１には、基地局に設置した複数のアンテナから歩行者の携帯端末に無線信号を送信し、各アンテナから送信されてくる無線信号の位相差に基づき携帯端末とアンテナとの相対位置を求め、求めた相対位置（方向、距離）と基地局の絶対位置とから歩行者の現在位置を取得する位置標定システムが開示されている。

特開２００８−１９９５８９号公報

武内 保憲，河野 公則，河野 実則、" 2.4GHz帯を用いた場所検知システムの開発"、平成17年度 電気・情報関連学会中国支部第56回連合大会

非特許文献１に開示されている位置標定システムにおいて、例えば、基地局及び携帯端末のアンテナとして指向範囲が９０°のアンテナを用いた場合、位置標定が可能な範囲は、基地局の地上高をＨ、携帯端末の地上高をｈとするとＨ−ｈを半径とする円形のエリアとなる。

このため、広いエリアを移動する携帯端末について安定して位置標定の精度が維持されるようにするためには、エリア全体がカバーされるように複数の基地局を設置し、携帯端末の移動に伴い基地局を順次切り替える仕組み（以下、ハンドオーバとも称する。）を実現する必要がある。

ここで位置標定信号の受信電界強度の特性として、携帯端末が基地局のエリア（その基地局が位置標定を担当する範囲）内に存在する場合、位置標定信号は携帯端末から基地局に直接波として届くので、受信電界強度は基本的に大きくなる。逆に携帯端末が基地局のエリア外に存在する場合、携帯端末から送信された位置標定信号は天井や床などで反射し反射波（間接波）として基地局に届くので、携帯端末がエリア内に存在する場合に比べて受信電界強度は小さくなる。また受信電界強度はエリア内ではほぼ一定であるが、エリアの境界近傍においてやや低下し、エリア外では大きく低下する。

一方、位置標定精度の高低は、受信電界強度と厳密な相関があるわけではないが、受信電界強度の類似の傾向を示す。このため、位置標定の精度を維持するには、なるべく受信電界強度が大きな基地局を優先して選択することが有効である。

しかし受信電界強度の大きな基地局を優先して選択するようにした場合、次のような問題がある。例えば、ある基地局がマルチパスの影響を受けていた場合、エリア内であっても受信電界強度がスポット的に大きく低下することがあるが、その場合、単純に受信電界強度の比較結果に基づき基地局を選択してしまうと、スポット的に低下した際の受信電界強度よりも受電電界強度の大きな他の基地局が選択される結果となり、位置標定の精度が著しく低下してしまうことがある。

即ちスポット的に受信電界強度が低下した場合でも、通常は前後に高い受電電界強度で受信した位置標定信号によって十分な精度を維持することが可能であるが（例えば、位置標定のアルゴリズムが、所定回数受信した位置標定信号の夫々による位置標定の結果の平均値を採用する構成になっている場合や、平均を求める際に受信電界強度の低い位置標定信号を位置標定に採用しない構成になっている場合）、受信電界強度の比較のみによって基地局を切り替えてしまうと、位置標定の精度が著しく低下してしまうことがある。

本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、位置標定の精度が維持されるようにハンドオーバが適切に行われるようにすることが可能な位置標定システム及び位置標定システムの制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一つは、移動端末から送られてくる当該移動端末の位置の標定に用いる無線信号である位置標定信号を受信する、隣接して配置された複数のアンテナを有する複数の基地局と、前記複数の基地局の夫々と通信可能に接続するサーバ装置とを含み、前記基地局が、前記アンテナの夫々によって受信される前記位置標定信号の位相差Δθに基づき、当該基地局からみた前記移動端末が存在する方向ΔΦを取得し、求めた前記方向ΔΦに基づき前記移動端末の位置標定を行う位置標定システムであって、前記基地局の夫々は、前記移動端末から送られてくる位置標定信号を、同じタイミングで連続して複数回受信し、前記サーバ装置は、前記基地局の夫々について、夫々が受信した各回の位置標定信号の夫々について、受信電界強度が予め設定された第１閾値を超えているか否かを判定し、個々の前記基地局の前記各回の位置標定信号の前記判定結果を、前記判定結果の夫々に対応する前記位置標定信号を受信した時刻順に並べることにより、個々の前記基地局について前記判定結果の時系列的なパターンを生成し、前記基地局の夫々の前記パターンに基づき、前記移動端末の位置標定の結果を採用する前記基地局を選択することとする。

本発明によれば、位置標定の精度が維持されるようにハンドオーバが適切に行われるようにすることができる。

本発明のうちの他の一つは、上記位置標定システムであって、前記サーバ装置は、前記基地局の１つにおいて、当該基地局の前記パターンにおける、前記受信電界強度が前記第１閾値以下である旨の前記判定結果の占める割合が第２閾値以下であり、かつ、当該パターンに前記第１閾値以下である旨の前記判定結果に前記第１閾値を超えている旨の判定結果が後続する態様が含まれている場合、当該基地局を、当該基地局よりもその前記パターンの前記受信電界強度が前記第１閾値以下である旨の前記判定結果の占める割合が大きな他の前記基地局よりも優先して、前記移動端末の位置標定の結果を採用する前記基地局として選択することとする。

本発明によれば、受信電界強度の低下がスポット的である場合はハンドオーバが行われないので、スポット的な低下であるにも拘わらずハンドオーバが不用意に行われて位置標定の精度が低下してしまうのを防ぐことができる。

本発明のうちの他の一つは、上記位置標定システムであって、前記サーバ装置は、その前記パターンの全てが前記受信電界強度が前記第１閾値を超えている旨の前記判定結果で構成されている前記基地局を、その前記パターンに前記受信電界強度が前記第１閾値を超えている旨の前記判定結果と前記受信電界強度が前記第１閾値以下である旨の前記判定結果とが混在している前記基地局よりも優先して、前記移動端末の位置標定の結果を採用する前記基地局として選択することとする。

本発明によれば、そのエリア内に常に移動端末が存在している基地局によって標定された精度の高い位置標定結果を得ることができる。

本発明のうちの他の一つは、上記位置標定システムであって、前記サーバ装置は、その前記パターンに前記受信電界強度が前記第１閾値を超えている旨の前記判定結果と前記受信電界強度が前記第１閾値以下である旨の前記判定結果とが同じ割合で含まれている前記基地局が複数存在する場合、前記位置標定信号の各回の受信時点ごとに、その受信時点に受信した前記位置標定信号の前記判定結果が、前記受信電界強度が前記第１閾値を超えている旨の内容である前記位置標定信号を送信した前記基地局を、前記移動端末の位置標定の結果を採用する前記基地局として選択することとする。

本発明によれば、移動端末が、ある基地局のエリアの境界近傍に存在しており、かつ、他の基地局のエリアの境界近傍でもある場合に位置標定精度の維持を図ることができる。

その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、位置標定の精度が維持されるようにハンドオーバが適切に行われるようにすることができる。

位置標定システム１の概略的な構成を示す図である。 サーバ装置１０の主なハードウエアを示す図である。 サーバ装置１０の主な機能を示す図である。 判定結果の時系列的なパターンの一例を示す図である。 判定結果の時系列的なパターンの一例を示す図である。 判定結果の時系列的なパターンの一例を示す図である。 判定結果の時系列的なパターンの一例を示す図である。 移動端末３０の主なハードウエアを示す図である。 移動端末３０の主な機能を示す図である。 基地局２０の主なハードウエアを示す図である。 基地局２０の主な機能を示す図である。 位置標定信号１２００の一例を示す図である。 基地局２０と移動端末３０の位置関係を示す図である。 基地局２０に設けられる４つのアンテナ２５ａ〜２５ｄの構成を説明する図である。 基地局２０と移動端末３０の位置関係を説明する図である。 ハンドオーバ処理Ｓ１６００を説明するフローチャートである。

図１に実施形態として説明する位置標定システム１の概略的な構成を示している。位置標定システム１は、例えば、移動体３（人（歩行者等）、車両、運搬台車、フォークリフト、荷物、貨物等）の現在位置を監視するシステム、移動体３（人や車両等）の安全確保に関するシステム、移動体３（人や車両等）に対する道案内や目的地までの誘導を行うシステム、移動体３（人や車両等）に対して現在地周辺の情報等を提供するシステム、地下街やビル街等における避難誘導を行うシステム、倉庫や工場等における荷物や貨物等の流れを管理するシステム、工場等におけるロボットや自動搬送車両等の誘導システムなどに広く適用することができる。

位置標定システム１は、位置標定システム１の管理センタや監視センタ等に設けられるサーバ装置１０、位置標定システム１が適用される地域の各所に設けられる複数の基地局２０、及び移動体３に携帯もしくは取り付けられる一つ以上の移動端末３０を含む。

基地局２０は、移動体３が移動する平面から所定の高さ位置に設けられる。例えば、位置標定システム１が屋内で用いられる場合、基地局２０は、例えば柱や建物の壁などに設けられる。また例えば、位置標定システム１が屋外で用いられる場合、基地局２０は、例えば電柱や鉄塔などに設けられる。

基地局２０及び移動端末３０は、通信ネットワーク５を介してサーバ装置１０と通信する。通信ネットワーク５は、有線もしくは無線による通信手段であり、例えば、専用線、公衆回線、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）、インターネット等である。

図２にサーバ装置１０の主なハードウエアを示している。同図に示すように、サーバ装置１０は、中央処理装置１１（ＣＰＵ、ＭＰＵ等）、記憶装置１２（半導体メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等）、ハードディスク装置等）、入力装置１３（キーボードやマウス等）、表示装置１４（液晶ディスプレイ等）、サーバ装置１０を通信ネットワーク５に接続する通信インタフェース１５（ＮＩＣ（Network Interface Card）、無線通信モジュール等）などを備える。表示装置１４には、例えば、移動体３の現在位置や移動方向などを示す情報がリアルタイムに表示される。同図に示すように、サーバ装置１０の各構成要素はバス１８を介して互いに通信可能に接続されている。

図３にサーバ装置１０が備える主な機能を示している。同図に示すように、サーバ装置１０は、情報収集部１０１、情報提供部１０２、設定情報記憶部１０３、及びハンドオーバ制御部１０４を備える。これらの機能は、サーバ装置１０が備えるハードウエアによって、もしくは、サーバ装置１０の中央処理装置１１が、記憶装置１２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

情報収集部１０１は、各基地局２０又は移動端末３０から随時送られてくる、後述する位置標定信号１２００の受信電界強度、各基地局２０が行った位置標定の結果（移動端末３０の現在位置）などの情報を受信して管理（記憶）する。尚、情報収集部１０１は、受信した情報を、その情報がいずれの基地局２０から送信されたものであるのかを示す情報（以下、基地局ＩＤと称する。）を付帯させて管理する。

情報提供部１０２は、例えば、基地局２０又は移動端末３０に対し、移動体３の現在位置や移動方向等の監視情報、移動体３の安全確保に関する情報や道案内情報、目的地までの誘導情報、現在位置周辺の地理情報などの情報を随時提供する。

設定情報記憶部１０３は、例えば、基地局２０が設置されている位置を示す情報（緯度、経度、設置高さ等）を設定情報として記憶する。

ハンドオーバ制御部１０４は、移動端末３０のハンドオーバ（移動端末３０について後述する位置標定を担当する基地局２０の切り替え）に関する制御を行う。同図に示すように、ハンドオーバ制御部１０４は、エリア内外判定部１０４１、パターン生成記憶部１０４２、及び基地局選択制御部１０４３を含む。

このうちエリア内外判定部１０４１は、基地局２０から受信した位置標定信号１２００の受信電界強度を、予め設定された閾値（以下、第１閾値とも称する。）と比較することにより、当該位置標定信号１２００を送信した移動端末３０が当該基地局２０が当該移動端末３０の位置標定を担当するエリア内に存在するか否かを判定する。

パターン生成記憶部１０４２は、基地局２０が、移動端末３０から連続して複数回に亘って受信した複数の位置標定信号１２００の夫々のエリア内外判定部１０４１による判定結果（移動端末３０がその基地局２０のエリア内に存在するか否かの判定結果）を、上記判定結果の夫々に対応する位置標定信号１２００を受信した時刻順に並べることにより、個々の基地局についての上記判定結果の時系列的なパターンを生成し、これを基地局ＩＤに対応づけて記憶する。

ここで基地局２０が連続して複数回に亘って位置標定信号１２００を受信する際の各回の受信時間間隔や連続して受信する回数は、例えば、移動端末３０の移動速度などの移動の態様、基地局２０の設置間隔、マルチパスの影響などを考慮して、位置標定の精度が維持されるように基地局２０が適切に選択されるように設定される。

尚、以下の説明において、判定結果が「エリア内」から「エリア外」に切り替わった場合、もしくは、判定結果が「エリア外」から「エリア内」に切り替わった事を、状態変化と称することがある。

図４にパターン生成部１０４２によって生成される、判定結果の時系列的なパターンの一例を示す。同図には、２つの基地局２０（基地局Ａ，Ｂ）の夫々が、位置標定信号１２００を連続して４回受信した場合に各基地局２０について生成される、２つのパターン（パターンＡ，パターンＢ）を示している。各パターンは、２つの基地局２０の夫々が個別に移動端末３０から受信した位置標定信号１２００の夫々（１〜４回目）についての判定結果が時系列順に整列された内容で構成されている。

図３に戻り、基地局選択制御部１０４３は、基地局２０の夫々について生成された判定結果の時系列的なパターンに基づき、移動端末３０の位置標定の結果を採用する基地局２０を選択する。サーバ装置１０の情報提供部１０２は、選択した基地局２０によって標定された移動端末３０の位置に基づき、例えば、移動体３の現在位置や移動方向等の監視情報、移動体３の安全確保に関する情報や道案内情報、目的地までの誘導情報、現在位置周辺の地理情報などの情報を提供する。

続いて基地局選択制御部１０４３による基地局２０の選択方法についていくつかの例を示す。

例えば、図５に示すように、基地局２０の１つ（基地局Ａ）において、当該基地局２０のパターンにおける、受信電界強度が第１閾値以下である旨の判定結果の占める割合が第２閾値（状態変化がスポット的であるか否かを判定する閾値）以下であり、かつ、当該パターンに第１閾値以下である旨の判定結果に第１閾値を超えている旨の判定結果が後続する態様が含まれている場合、サーバ装置１０は、例えば、位置標定信号１２００の受信期間中（少なくとも１回目の位置標定信号１２００を受信してから４回目の位置標定信号１２００に後続する位置標定信号１２００を受信するまでの期間中）、当該基地局２０を、当該基地局２０よりもそのパターンの受信電界強度が第１閾値以下である旨の判定結果の占める割合が大きな他の基地局２０（基地局Ｂ）よりも優先して、移動端末３０の位置標定の結果を採用する基地局２０として選択する。

尚、この例の場合、基地局ＡのパターンＡについては、４つの判定結果のうち、その３回目の判定結果のみ「エリア外」となっているが、これはマルチパス等の影響によってスポット的に受信電界強度の低下が生じたことによるものと推定され、移動端末３０は、位置標定信号１２００の上記受信期間中、常にエリア内に存在していたものと推定される。このため、このような場合に移動端末３０の位置標定の結果を採用する基地局２０として基地局Ｂを選択してしまうと、不必要に位置標定の精度が低下しまう結果となる。そこでこの場合、サーバ装置１０は、上述のようにパターン全体として「エリア外」の判定結果の占める割合の大きいパターンＢに対応する基地局Ｂよりも、スポット的にのみ受信電界強度の低下が生じた基地局Ａを優先して、移動端末３０の位置標定の結果を採用する基地局２０として選択する。

また判定結果の時系列的なパターンが図６に示す内容であった場合、サーバ装置１０は、例えば位置標定信号１２００の受信期間中、パターンの全てが受信電界強度が第１閾値を超えている旨の判定結果で構成されている（状態変化が起きていない）基地局２０（この例の場合は基地局Ｂ）を、そのパターンに受信電界強度が第１閾値を超えている旨の判定結果と受信電界強度が第１閾値以下である旨の判定結果とが混在する（状態変化が起きている）基地局２０（この例の場合は基地局Ａ）（尚、この場合、移動端末３０は基地局２０のエリアの境界近傍（境界を含む。以下同様。）に存在する可能性が高い）よりも優先して、移動端末３０の位置標定の結果を採用する基地局２０として選択する。これによれば、サーバ装置１０は、安定して位置標定信号１２００を受信できている（そのエリア内に常に移動端末３０が存在している）基地局２０によって標定された精度の高い位置標定結果を取得することができる。

また判定結果の時系列的なパターンが図７に示す内容であった場合、即ち、そのパターンに受信電界強度が第１閾値を超えている旨の判定結果と受信電界強度が第１閾値以下である旨の判定結果とが同じ割合で含まれている基地局２０が複数存在する場合（尚、この場合は移動端末３０が、各基地局のエリアの境界近傍に存在する可能性が高い）、サーバ装置１０は、位置標定信号１２００の各回の受信時点ごとに、その受信時点に受信した位置標定信号１２００の判定結果が、受信電界強度が第１閾値を超えている旨の内容である位置標定信号１２００を送信した基地局２０を、移動端末３０の位置標定の結果を採用する基地局２０として選択する。

具体的には、サーバ装置１０（基地局選択制御部１０４３）は、例えば、１回目と２回目の位置標定信号１２００の受信期間中（１回目の位置標定信号１２００を受信してから３回目の位置標定信号１２００を受信するまでの期間）については基地局Ａを移動端末３０の位置標定の結果を採用する基地局２０として選択し、３回目と４回目の位置標定信号１２００の受信期間中（３回目の位置標定信号１２００を受信してから４回目の位置標定信号１２００に後続する位置標定信号１２００を受信するまでの期間）については基地局Ｂを移動端末３０の位置標定の結果を採用する基地局２０として選択する。

尚、同図に示すように示すようなパターンは、例えば、移動端末３０が、基地局Ａのエリアの境界近傍に存在しており、かつ、基地局Ｂのエリアの境界近傍に存在している場合に取得される。サーバ装置１０が上記の方法で基地局２０を選択するようにすることで、移動端末３０がこのような状況にある場合でも位置標定精度を維持することができる。

図８に移動端末３０の主なハードウエアを示している。同図に示すように、移動端末３０は、中央処理装置３１（ＣＰＵ、ＭＰＵ等）、記憶装置３２（半導体メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等）、ハードディスク装置等）、後述する位置標定信号１２００の送信や他の装置との間での無線通信を行う無線通信インタフェース３３（ＮＩＣ、無線通信モジュール等）、無線通信インタフェース３３によって行われる無線通信に用いられるアンテナ３４、入力装置３５（タッチパネル、操作ボタン等）、及び表示装置３６（液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等）を備える。尚、これらの各構成要素は、バス３９を介して互いに通信可能に接続されている。

アンテナ３４は、例えば、指向性アンテナである。アンテナ３４は、移動端末３０の筐体と一体に設けられていてもよいし、移動端末３０の筐体とは別体に設けられていてもよい。移動端末３０を壁等の障害物が存在する屋内等で用いる場合には、アンテナ３４は円偏波指向性アンテナであることが望ましい。円偏波の反射波（又は定在波）の偏波面は、壁等の障害物で反射した際に反転するが、円偏波指向性アンテナを用いることで、反射波や定在波を効果的に減衰させることができる。

図９に移動端末３０が備える主な機能を示している。同図に示すように、移動端末３０は、位置標定信号送信部３０１、情報送受信部３０２、及び情報表示部３０３を備える。これらの機能は、移動端末３０が備えるハードウエアによって、もしくは、移動端末３０の中央処理装置３１が記憶装置３２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

上記機能のうち、位置標定信号送信部３０１は、移動端末３０の位置の標定に用いられる無線信号（以下、位置標定信号１２００と称する）を無線通信インタフェース３３から送信する。位置標定信号送信部３０１は、例えば短い時間間隔で繰り返し（例えば周期的に）位置標定信号１２００を送信する。

情報送受信部３０２は、無線通信インタフェース３３による無線通信や通信ネットワーク５による有線通信によりサーバ装置１０もしくは基地局２０と通信し、移動体３に提示するための情報の受信（ダウンロード）や、サーバ装置１０もしくは基地局２０において用いられる各種情報の送信（アップロード）などを行う。情報表示部３０３は、人などに提示する情報を表示装置３６に出力する。

図１０に基地局２０の主なハードウエアを示している。同図に示すように、基地局２０は、中央処理装置２１（ＣＰＵやＭＰＵ等）、記憶装置２２（半導体メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＮＶＲＡＭ等）、ハードディスク装置等）、基地局２０を通信ネットワーク５に接続するための通信インタフェース２３（ＮＩＣ、無線通信モジュール等）、無線通信を行う無線通信インタフェース２４（無線通信モジュール等）、複数のアンテナ２５、及びアンテナ切替スイッチ２６を備える。これらの各構成要素は、バス２８を介して通信可能に接続されている。

中央処理装置２１は、記憶装置２２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより、基地局２０の様々な機能を実現する。無線通信インタフェース２４は、移動端末３０から送信された位置標定信号１２００を受信する。

アンテナ２５は、いずれも指向性アンテナである。アンテナ切替スイッチ２６は、複数のアンテナ２５のうちのいずれかを順次選択してアンテナ２５を無線通信インタフェース２４に接続する。尚、位置標定システム１を壁等の障害物が存在する屋内等で用いる場合には、アンテナ２５として円偏波指向性アンテナを用いることが好ましい。円偏波の反射波（又は定在波）の偏波面は壁等での反射時に反転するので、アンテナ２５として円偏波指向性アンテナを用いることで反射波（又は定在波）を効果的に減衰させることができるからである。

図１１に基地局２０が備える主な機能を示している。同図に示すように、基地局２０は、通信処理部２０１、位置標定信号受信部２０２、設定情報記憶部２０３、及び位置標定部２０４を備える。尚、これらの機能は、基地局２０が備えるハードウエアによって、もしくは、基地局２０の中央処理装置２１が記憶装置２２に格納されているプログラムを読み出して実行することにより実現される。

通信処理部２０１は、通信インタフェース２３や無線通信インタフェース２４を制御して移動端末３０、サーバ装置１０、及び他の基地局２０との間でデータの送信又は受信を行う。

位置標定信号受信部２０２は、無線通信インタフェース２４及びアンテナ切替スイッチ２６を制御して移動端末３０から送信された位置標定信号１２００を受信する。

設定情報記憶部２０３は、前述した設定情報（例えば、当該基地局２０の現在位置を示す情報（緯度、経度、高さ（後述する高さＨ）等）を記憶する。

位置標定部２０４は、後述する担当端末情報に管理されている移動端末３０について位置標定信号１２００に基づき現在位置の標定を行う。位置標定部２０４は、移動体３（移動端末３０）の位置標定を実施するタイミング（例えば、位置標定信号１２００を受信した時、予め設定した時刻が到来した時、移動体３の状態が変化した時等）が到来すると、移動端末３０の現在位置を標定する。

また位置標定部２０４は、他の基地局２０と同じタイミング（同期したタイミング）で、移動端末３０から送られてくる位置標定信号１２００を連続して複数回受信する。この場合の同期制御は、例えば、サーバ装置１０から各基地局２０に対して一斉に指示を行うことにより、もしくは、基地局２０間で通信を行うことにより行う。また各基地局２０に正確な時刻合わせがされた計時装置を設けてこれに基づき上記同期制御を行うようにしてもよい。

位置標定部２０４によって標定された移動端末３０の現在位置は、通信処理部２０１によってサーバ装置１０や移動端末３０に随時送信され、サーバ装置１０や移動端末３０において様々な目的に利用される。

＜位置標定の原理＞
次に位置標定システム１によって行われる、移動端末３０の位置を標定する仕組みについて説明する。尚、以下の説明の前提として、移動端末３０は、十分に短い時間間隔で繰り返し位置標定信号１２００を送信するものとする。また基地局２０は、複数のアンテナ２５（ここでは一例として４つのアンテナ２５ａ〜２５ｄ）を十分に短い周期で切り換えながら位置標定信号１２００を受信するものとする。

図１２に移動端末３０のアンテナ３４から送信される位置標定信号１２００の一例を示している。同図に示すように、位置標定信号１２００は、制御信号１２１１、測定信号１２１２、及び端末情報１２１３を含む。

制御信号１２１１は、変調波や各種の制御信号を含む。測定信号１２１２は、数ｍ秒程度の無変調波（例えば、基地局２０に対する移動端末３０の存在する方向や基地局２０に対するその移動端末３０までの相対距離の検出に用いる信号（例えば、２０４８チップの拡散符号））を含む。端末情報１２１３は、その移動端末３０の端末ＩＤを含む。

図１３に基地局２０と移動端末３０の位置関係を示している。同図に示すように、基地局２０は、移動体３が移動する平面πから高さＨ（ｍ）の位置に固定されている。また移動端末３０は平面πから高さｈ（ｍ）の位置に存在する。尚、平面π上、基地局２０の直下から移動端末３０の直下までの直線距離はＬ（ｍ）である。

図１４に基地局２０に設けられる複数のアンテナ２５（アンテナ２５ａ〜２５ｄ）を示している。同図に示すように、４つのアンテナ２５ａ〜２５ｄは、夫々、位置標定信号１２００の１波長（例えば、位置標定信号１２００として２．４ＧＨｚ帯の電波を用いた場合は波長λ＝１２．５ｃｍ）以下の間隔（例えば３ｃｍ）を空けて平面的に略正方形状に隣接配置されている。尚、４つのアンテナ２５ａ〜２５ｄは、いずれも指向性アンテナ（例えば、円偏波指向性アンテナ）であり、いずれにもその指向方向は斜め下方向を向いている。

同図において、アンテナ２５の高さ位置における水平方向とアンテナ２５に対する移動端末３０の方向とのなす角をαとすれば、これらの間には次の関係がある。
α＝ａｒｃＴａｎ(Ｄ（ｍ）/Ｌ（ｍ）)=ａｒｃＳｉｎ(ΔＬ（ｃｍ）/３（ｃｍ））
・・・式１

尚、ΔＬ（ｃｍ）は、アンテナ２５を構成しているアンテナ２５ａ〜２５ｄのうち、特定の２つのアンテナ２５と移動端末３０との間の伝搬路長の差（以下、これを経路差とも称する。）である。

ここで４つのアンテナ２５ａ〜２５ｄのうち、特定の２つのアンテナ２５で受信される位置標定信号１２００の位相差をΔθとすれば、次の関係がある。
ΔＬ（ｃｍ）＝Δθ／（２π／λ（ｃｍ）） ・・・式２

ここで例えば位置標定信号１２００が２．４ＧＨｚ帯の電波（波長λ＝１２．５（ｃｍ））である場合は
α＝ａｒｃＳｉｎ（Δθ／π） ・・・式３
となり、そのため、測定可能範囲内（−π／２＜Δθ＜π／２）（アンテナ２５の指向角（半値幅））ではαは位相差Δθ（ラジアン）から算出することができるので、基地局２０が存在する方向αを特定することができる。

図１５に示すように、基地局２０のアンテナ２５の平面πからの高さをＨ、移動端末３０の平面πからの高さをｈとし、基地局２０の直下の平面π上の位置を原点として平面π上に直交座標（Ｘ，Ｙ）を設定し、上記方向αから求まる、基地局２０から見た移動端末３０の方向とＸ軸とがなす角をΔΦ（ｘ）、上記方向αから求まる、基地局２０から見た移動端末３０の方向とＹ軸とがなす角をΔΦ（ｙ）とすれば、原点に対する移動端末３０の位置Δｄ（ｘ），Δｄ（ｙ）は次式から求めることができる。
Δｄ（ｘ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｘ）） ・・・式４
Δｄ（ｙ）＝（Ｈ−ｈ）×Ｔａｎ（ΔΦ（ｙ）） ・・・式５

そして基地局２０から平面πに下ろした垂線が平面πと交わる点を原点（Ｘ１，Ｙ１）とすれば、移動端末３０の現在位置（Ｘｘ，Ｙｙ）は次式から求めることができる。
Ｘｘ＝Ｘ１＋Δｄ（ｘ） ・・・式６
Ｙｙ＝Ｙ１＋Δｄ（ｙ） ・・・式７

尚、移動端末３０の位置をｄ、位置標定により取得される基地局２０から見た移動端末３０が存在する方向をΔΦとすれば、式４，５は、座標系を特定しない、次の形で表わすことができる。
ｄ＝（Ｈ−ｈ）×ｔａｎΔΦ ・・・式８

以上に説明した位置標定の原理については、例えば、特開２００４−１８４０７８号公報、特開２００５−３５１８７７号公報、特開２００５−３５１８７８号公報、及び特開２００６−２３２６１号公報等に詳述されている。

＝ハンドオーバ＝
次にハンドオーバに関する制御について具体的に説明する。図１６は、ハンドオーバの制御に関してサーバ装置１０が行う処理（以下、ハンドオーバ処理Ｓ１６００と称する。）の一例を説明するフローチャートである。以下、同図とともに説明する。

サーバ装置１０は、位置標定の対象になっている移動端末３０の夫々について、ハンドオーバの制御を実施するタイミングが到来したか否かをリアルタイムに監視している（Ｓ１６１１）。尚、上記タイミングは、例えば、所定の時間が経過する度（例えば周期的に）、移動端末３０の現在位置がある基地局２０のエリアの境界近傍に入った場合、いずれかの基地局２０が移動端末３０からハンドオーバの実施要求を受信した場合などに到来する。

サーバ装置１０は、上記タイミングが到来したことを検知すると（Ｓ１６１１：ＹＥＳ）、複数の基地局２０に対し、移動端末３０から送られてくる位置標定信号１２００を連続して複数回受信する旨の指示を送信する（Ｓ１６１２）。尚、サーバ装置１０は、例えば、移動端末３０の過去の移動履歴に基づき、上記指示を送信する複数の基地局２０を選択する。

各基地局２０は、上記指示を受信すると、移動端末３０から送られてくる位置標定信号１２００を時間的に連続して複数回受信し、受信した各回の位置標定信号１２００の受信電界強度と、受信した各回の位置標定信号１２００に基づく移動端末３０の位置標定の結果とを、サーバ装置１０に送信する。尚、上記各回において各基地局２０が位置標定信号１２００を受信するタイミングは同期されている。

サーバ装置１０は、各基地局２０から送られてくる、各回の受信電界強度及び各回の位置標定結果を受信すると、これを基地局ＩＤに対応づけて記憶する（Ｓ１６１３）。

続いてサーバ装置１０は、各基地局２０の各回の位置標定信号１２００の受信電界強度が予め設定された閾値を超えているか否か（「エリア内」か「エリア外」か）を判定し、基地局２０ごとに、各回の位置標定信号１２００の判定結果を、判定結果の夫々に対応する位置標定信号１２００を受信した時刻順に並べることにより、個々の基地局２０について判定結果の時系列的なパターンを生成する（Ｓ１６１４）。

続いてサーバ装置１０は、基地局２０の夫々の判定結果の時系列的なパターンに基づき、移動端末３０の位置標定の結果を採用する基地局２０を選択する（Ｓ１６１５）。具体的には、サーバ装置１０は、次のようにして基地局２０を選択する。

即ち、サーバ装置１０は、原則として、パターンを構成している判定結果がいずれも「エリア内」である基地局２０を、そうでない他の基地局２０に優先して移動端末３０の位置標定の結果を採用する基地局２０として選択する。

またサーバ装置１０は、例えば、基地局２０の１つにおいて、当該基地局２０のパターンにおける、受信電界強度が第１閾値以下である旨の判定結果の占める割合が第２閾値以下であり、かつ、当該パターンに第１閾値以下である旨の判定結果に第１閾値を超えている旨の判定結果が後続する態様が含まれている場合、当該基地局２０を、当該基地局２０よりもそのパターンの受信電界強度が第１閾値以下である旨の判定結果の占める割合が大きな他の基地局２０よりも優先して、移動端末３０の位置標定の結果を採用する基地局２０として選択する（前述した図５の場合に相当）。

またサーバ装置１０は、そのパターンの全てが受信電界強度が第１閾値を超えている旨の判定結果で構成されている基地局２０を、そのパターンに受信電界強度が第１閾値を超えている旨の判定結果と受信電界強度が第１閾値以下である旨の判定結果とが混在している基地局２０よりも優先して、移動端末３０の位置標定の結果を採用する基地局２０として選択する（前述した図６の場合に相当）。

またサーバ装置１０は、そのパターンに受信電界強度が第１閾値を超えている旨の判定結果と受信電界強度が第１閾値以下である旨の判定結果とが同じ割合で含まれている基地局２０が複数存在する場合、位置標定信号１２００の各回の受信時点ごとに、その受信時点に受信した位置標定信号１２００の判定結果が、受信電界強度が第１閾値を超えている旨の内容である位置標定信号１２００を送信した基地局２０を、移動端末３０の位置標定の結果を採用する基地局２０として選択する（前述した図７の場合に相当）。

続いてサーバ装置１０は、位置標定信号１２００の受信期間中の各時間において選択した基地局２０の位置標定の結果を、上記各時点における移動端末３０の位置を示す情報として採用する（Ｓ１６１６）。その後はＳ１６１１に戻る。

以上に説明したように、本実施形態の位置標定システム１によれば、位置標定の精度が確保されるように、移動端末３０の位置標定の結果を採用する基地局２０を適切に選択することができ、ハンドオーバが適切に行われるようにすることができる。

また受信電界強度の低下がスポット的である場合はハンドオーバが行われないので、スポット的な低下であるにも拘わらずハンドオーバが不用意に行われて位置標定の精度が低下してしまうのを防ぐことができる。

またサーバ装置１０は、パターンの全てが受信電界強度が第１閾値を超えている旨の判定結果で構成されている（状態変化が起きていない）基地局２０を、そのパターンに受信電界強度が第１閾値を超えている旨の判定結果と受信電界強度が第１閾値以下である旨の判定結果とが混在する（状態変化が起きている）基地局２０よりも優先して、移動端末３０の位置標定の結果を採用する基地局２０として選択するので、そのエリア内に常に移動端末３０が存在している基地局２０によって標定された精度の高い位置標定結果を得ることができる。

またサーバ装置１０は、そのパターンに受信電界強度が第１閾値を超えている旨の判定結果と受信電界強度が第１閾値以下である旨の判定結果とが同じ割合で含まれている基地局２０が複数存在する場合、位置標定信号１２００の各回の受信時点ごとに、その受信時点に受信した位置標定信号１２００の判定結果が、受信電界強度が第１閾値を超えている旨の内容である位置標定信号１２００を送信した基地局２０を、移動端末３０の位置標定の結果を採用する基地局２０として選択するので、移動端末３０が、基地局Ａのエリアの境界近傍に存在しており、かつ、基地局Ｂのエリアの境界近傍でもある位置に存在している場合でも、位置標定精度の維持を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、以上の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。

例えば、サーバ装置１０の機能を一つ以上の基地局１０が実現するようにしてもよい。

また以上の実施形態では、移動端末３０のアンテナ３４から位置標定信号１２００を送信し、基地局２０のアンテナ２５でこれを受信して基地局２０にて位置標定を行うようにしているが、これとは逆に位置標定信号１２００を基地局２０から送信するようにし、移動端末３０が基地局２０から位置標定信号１２００を受信し、移動端末３０にて自身の位置標定を行うようにしてもよい。また移動端末３０が標定した自身の位置を示す情報を、通信ネットワーク５や無線通信を介して移動端末３０からサーバ装置１０や基地局２０に提供（送信）するようにしてもよい。

移動端末３０は、例えば、アクティブ型もしくはパッシブ型のＲＦＩＤタグとして機能するものであってもよい。この場合、位置標定信号１２００に相当する信号を、電磁誘導によってＲＦＩＤタグが備えるアンテナコイルから自発的にもしくは受動的に、基地局２０に送信もしくは基地局２０から受信するようにしてもよい。

１ 位置標定システム
３ 移動体
１０ サーバ装置
１０４ ハンドオーバ制御部
１０４１ エリア内外判定部
１０４２ パターン生成記憶部
１０４３ 基地局選択制御部
１２００ 位置標定信号
２０ 基地局
２０４ 位置標定部
Ｓ１６００ ハンドオーバ処理

Claims (6)

1. 移動端末から送られてくる当該移動端末の位置の標定に用いる無線信号である位置標定信号を受信する、隣接して配置された複数のアンテナを有する複数の基地局と、
   前記複数の基地局の夫々と通信可能に接続するサーバ装置と
   を含み、
   前記基地局が、前記アンテナの夫々によって受信される前記位置標定信号の位相差Δθに基づき、当該基地局からみた前記移動端末が存在する方向ΔΦを取得し、求めた前記方向ΔΦに基づき前記移動端末の位置標定を行う
   位置標定システムであって、
   前記基地局の夫々は、前記移動端末から送られてくる位置標定信号を、同じタイミングで連続して複数回受信し、
   前記サーバ装置は、
   前記基地局の夫々について、夫々が受信した各回の位置標定信号の夫々について、受信電界強度が予め設定された第１閾値を超えているか否かを判定し、個々の前記基地局の前記各回の位置標定信号の前記判定結果を、前記判定結果の夫々に対応する前記位置標定信号を受信した時刻順に並べることにより、個々の前記基地局について前記判定結果の時系列的なパターンを生成し、
   前記基地局の夫々の前記パターンに基づき、前記移動端末の位置標定の結果を採用する前記基地局を選択し、
   前記基地局の１つにおいて、当該基地局の前記パターンにおける、前記受信電界強度が前記第１閾値以下である旨の前記判定結果の占める割合が第２閾値以下であり、かつ、当該パターンに前記第１閾値以下である旨の前記判定結果に前記第１閾値を超えている旨の判定結果が後続する態様が含まれている場合、当該基地局を、当該基地局よりもその前記パターンの前記受信電界強度が前記第１閾値以下である旨の前記判定結果の占める割合が大きな他の前記基地局よりも優先して、前記移動端末の位置標定の結果を採用する前記基地局として選択する
   ことを特徴とする位置標定システム。
2. 請求項１に記載の位置標定システムであって、
   前記サーバ装置は、その前記パターンの全てが前記受信電界強度が前記第１閾値を超えている旨の前記判定結果で構成されている前記基地局を、その前記パターンに前記受信電界強度が前記第１閾値を超えている旨の前記判定結果と前記受信電界強度が前記第１閾値以下である旨の前記判定結果とが混在している前記基地局よりも優先して、前記移動端末の位置標定の結果を採用する前記基地局として選択する
   ことを特徴とする位置標定システム。
3. 請求項１又は２に記載の位置標定システムであって、
   前記サーバ装置は、その前記パターンに前記受信電界強度が前記第１閾値を超えている旨の前記判定結果と前記受信電界強度が前記第１閾値以下である旨の前記判定結果とが同じ割合で含まれている前記基地局が複数存在する場合、前記位置標定信号の各回の受信時点ごとに、その受信時点に受信した前記位置標定信号の前記判定結果が、前記受信電界強度が前記第１閾値を超えている旨の内容である前記位置標定信号を送信した前記基地局を、前記移動端末の位置標定の結果を採用する前記基地局として選択する
   ことを特徴とする位置標定システム。
4. 移動端末から送られてくる当該移動端末の位置の標定に用いる無線信号である位置標定信号を受信する、隣接して配置された複数のアンテナを有する複数の基地局と、
   前記複数の基地局の夫々と通信可能に接続するサーバ装置と
   を含み、
   前記基地局が、前記アンテナの夫々によって受信される前記位置標定信号の位相差Δθに基づき、当該基地局からみた前記移動端末が存在する方向ΔΦを取得し、求めた前記方向ΔΦに基づき前記移動端末の位置標定を行う
   位置標定システムの制御方法であって、
   前記基地局の夫々が、前記移動端末から送られてくる位置標定信号を、同じタイミングで連続して複数回受信し、
   前記サーバ装置が、
   前記基地局の夫々について、夫々が受信した各回の位置標定信号の夫々について、受信電界強度が予め設定された第１閾値を超えているか否かを判定し、個々の前記基地局の前記各回の位置標定信号の前記判定結果を、前記判定結果の夫々に対応する前記位置標定信号を受信した時刻順に並べることにより、個々の前記基地局について前記判定結果の時系列的なパターンを生成し、
   前記基地局の夫々の前記パターンに基づき、前記移動端末の位置標定の結果を採用する前記基地局を選択し、
   前記基地局の１つにおいて、当該基地局の前記パターンにおける、前記受信電界強度が前記第１閾値以下である旨の前記判定結果の占める割合が第２閾値以下であり、かつ、当該パターンに前記第１閾値以下である旨の前記判定結果に前記第１閾値を超えている旨の判定結果が後続する態様が含まれている場合、当該基地局を、当該基地局よりもその前記パターンの前記受信電界強度が前記第１閾値以下である旨の前記判定結果の占める割合が大きな他の前記基地局よりも優先して、前記移動端末の位置標定の結果を採用する前記基地局として選択する
   ことを特徴とする位置標定システムの制御方法。
5. 請求項４に記載の位置標定システムの制御方法であって、
   前記サーバ装置が、その前記パターンの全てが前記受信電界強度が前記第１閾値を超えている旨の前記判定結果で構成されている前記基地局を、その前記パターンに前記受信電界強度が前記第１閾値を超えている旨の前記判定結果と前記受信電界強度が前記第１閾値以下である旨の前記判定結果とが混在している前記基地局よりも優先して、前記移動端末の位置標定の結果を採用する前記基地局として選択する
   ことを特徴とする位置標定システムの制御方法。
6. 請求項４又は５に記載の位置標定システムの制御方法であって、
   前記サーバ装置が、その前記パターンに前記受信電界強度が前記第１閾値を超えている旨の前記判定結果と前記受信電界強度が前記第１閾値以下である旨の前記判定結果とが同じ割合で含まれている前記基地局が複数存在する場合、前記位置標定信号の各回の受信時点ごとに、その受信時点に受信した前記位置標定信号の前記判定結果が、前記受信電界強度が前記第１閾値を超えている旨の内容である前記位置標定信号を送信した前記基地局を、前記移動端末の位置標定の結果を採用する前記基地局として選択する
   ことを特徴とする位置標定システムの制御方法。
   

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