JPH11298946A

JPH11298946A - 位置決めシステム

Info

Publication number: JPH11298946A
Application number: JP10097910A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Kamishima; 博昭神島; Shuji Tanabe; 修二田辺; Katsuhiko Kumamoto; 勝彦熊本
Original assignee: LOCUS KK
Current assignee: LOCUS KK
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 1999-10-29

Abstract

(57)【要約】【課題】より信頼度の高い位置決めシステムを提供す
る。【解決手段】移動局７は、複数の基地局６について電
界強度を測定する。位置決めシステムにおいては、測定
された複数の基地局６についての電界強度と、各基地局
６の送信出力から、移動局７と各基地局６との距離を算
出し、移動局７の位置特定を行なう。なお、位置決めシ
ステムにおいては、移動局７により各基地局６の電界強
度を複数回ずつ測定される。そして、測定された電界強
度について基地局６ごとに平均値が求められ、求められ
た平均値のうち大きい順から所定個数の平均値が、移動
局７の位置特定に利用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置決めシステム
に関し、特に、複数の電波発生源について電波発生源ご
とに電界強度を測定する移動用端末機の位置決めシステ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】この発明に興味のある位置決めシステム
としては、特開平９−１７２６７６号公報に開示され
た、ＰＨＳ等の小ゾーン制の無線通信ネットワークを利
用した位置決めシステムがある。同公報に開示された位
置決めシステムにおいては、精度の高い位置検出を行な
うため電波の輻射パターンを採用することが考えられ
る。そのような小ゾーン制の無線ネットワークを図１９
に示す。

【０００３】図１９において、固定または移動可能なセ
ンター局９１が、移動中の移動局７と通話を行なう場
合、センター局９１が接続されている交換局２から幹線
３および他の交換局４と別の幹線５を通じて基地局６の
半径ほぼ１００ｍのセル８内に入っている移動局７と通
話を行なうことになる。なお、幹線３、５には中央制御
局５１が接続されている。

【０００４】ＰＨＳのシステムでは、ＰＨＳのデータベ
ースが存在し、センター局９１が移動局７と通話する
と、移動局７が基地局６のセル８内にあることが中央制
御局５１に設けられたデータベースに記憶される。ある
いは、移動局７が基地局６と通話するまでもなく、その
セル８の内部に入り込んだ瞬間に同様にデータベースに
記憶される。基地局６の位置は予めわかっているから、
この位置情報を利用することにより、その基地局６を中
心としたほぼ半径１００ｍの円内に移動局７が存在して
いることがわかる。したがって、移動局７の場所を特定
することができる。

【０００５】ある時点において移動局７をそのセル８内
に持っている基地局６を特定する情報をＰＨＳのデータ
ベースが把握、保持しているので、純技術的に言ってセ
ンター局９１はその情報の提供を受けることができる。

【０００６】一方、センター局９１においては、地図情
報をディスプレイ上に表示するシステムを保有してい
る。周知のとおり、今日では地図情報をディスプレイ上
に表示するシステムは車両のナビゲーションシステムの
例に見られるように、ＣＤ−ＲＯＭとして容易に入手可
能である。

【０００７】センター局９１におけるディスプレイのス
クリーン上の地図に、ＰＨＳのデータベースから提供を
受けた、移動局７をそのセル８内に持つ基地局６の位置
情報が表示される。基地局６はマーカー等で表示され、
そのマーカーを中心に半径１００ｍの円を表示する。こ
の場合その円内に移動局が存在することを意味する。

【０００８】図２０にセンター局９１の構成例を示す。
図２０を参照して、この発明に係るセンター局９１は、
パソコンまたはワークステーション１２と、パソコンま
たはワークステーション１２に接続されたディスプレイ
６１およびキーボード１１を含む。パソコンまたはワー
クステーション１２には、センター用モデム１３が接続
され、センター用モデム１３を介して図１９に示した交
換局２等の電話交換局に接続されている。

【０００９】センター局９１ではパソコンまたはワーク
ステーション１２のディスプレイ６１のスクリーンに映
し出された地図１０の中に、移動局７をそのセル８の内
部に持つ基地局６を表わすマーカー９と、それを中心と
した半径約１００ｍの円（セル８）が表示される（ただ
し、場合によっては円でないこともありうる）。この場
合、対象となる移動局７は、この円内にあることを示し
ている。もちろん、移動局７そのものを表示することは
できない。

【００１０】図２１はセンター局９１の具体的構成を示
すブロック図である。図２１を参照して、センター局９
１は、センター局９１を構成する装置全体を制御するＣ
ＰＵ６０と、ＣＰＵ６０に接続され、移動局７の位置を
地図上に表示するディスプレイ６１と、センター局９１
としての動作を規定するプログラム等を記憶するＲＯＭ
６２，ＲＡＭ６３と、外部機器とのインタフェイスとな
るＩ／Ｏインタフェイス６４とを含む。

【００１１】また、ＣＰＵ６０には、Ｉ／Ｏインタフェ
イス６４を介して地図データを表示するためのＣＤ−Ｒ
ＯＭ駆動装置６５、ＰＨＳシステム用の交換局２へ接続
するための自動発呼装置６６、必要に応じて自動発呼装
置６６において発呼を行ない、移動局７の存在する基地
局６のデータを入手後直ちに回線を切断する回線切断ユ
ニット６８が接続されている。回線切断ユニット６８は
センター局用モデム１３を介して上記したように交換局
２に接続されている。

【００１２】なお、センター局９１からキーボード１１
を介して直接移動局７を指定する場合以外に、移動局７
の位置情報を問合せる加入者７１からの回線もＩ／Ｏイ
ンタフェイス６４を介して入力され、入力された加入者
が所定の正規の加入者であるか否かということは同じく
Ｉ／Ｏインタフェイス６４に接続された加入者データベ
ース６９を用いてチェックされる。

【００１３】次に図１９、２０および２１を参照して移
動局７の位置情報を探索するための信号を発信し、位置
情報を受けるための手順を以下に示す。まず、センター
局９１においてキーボード１１を操作して、パソコンま
たはワークステーション１２を制御し、対象となる移動
局７のＰＨＳ電話番号をオートダイヤルする。すると、
図１９に示すように、交換局２などを経由して移動局７
をそのセル８内に持つ基地局６を経て移動局７へ電話回
線が接続される。センター局９１と移動局７との間に回
線接続がなされると、ＰＨＳのデータベースに当該基地
局６のコード番号が認識され記憶される。この認識、記
憶は一瞬のうちに行なわれるので、センター局９１と移
動局７との回線は直ちに切断してよい。この基地局６の
位置情報は基地局６のコードまたは基地局６の緯度と経
度で表現され、ＰＨＳのデータベースから直ちにセンタ
ー局９１にあるモデム１３に送られ、パソコンまたはワ
ークステーション１２に伝達される。

【００１４】パソコンまたはワークステーション１２で
は、内蔵のＣＤ−ＲＯＭ駆動装置６５から予め地図情報
が送り出されており、それがディスプレイ６１のスクリ
ーンに地図１０として映し出されている。その地図１０
上に、基地局６のコードまたは緯度、経度で表現された
位置情報を重ね合せれば、図２０のように基地局６をマ
ーカー９で表示することができる。

【００１５】前述のとおり、移動局７が基地局６のセル
８内に入り込むだけでデータベースに認識および記憶さ
れ、その情報がセンター局９１に提供されることによ
り、移動局７が基地局６を中心とするほぼ半径１００ｍ
の円内に存在することが判明することになる。

【００１６】さらに、上述の特開平９−１７２６７６号
公報では、このような位置決めシステムにおいて、移動
局７に、受信した信号に基づいて電界強度を測定する機
能を備えさせ、当該測定された電界強度と基地局６の送
信電力とから、基地局６と移動局７の距離を算出する技
術が開示されている。また、同公報では、移動局７に複
数の基地局６についての電界強度を測定させ、各基地局
６と移動局７との距離を算出することにより、より具体
的に移動局７の存在する位置を特定する技術が開示され
ている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の位置決
めシステムでは、移動局７の位置特定において、突発的
に、位置特定の結果に、大きな誤差を含むことがあっ
た。これは、移動局７が受信する基地局６からの信号に
基づいて測定される電界強度に、当該移動局７の近辺を
走行する車両等の影響から、突発的に誤差が含まれるに
も関わらず、当該測定された電界強度を、そのまま、移
動局７の位置特定に利用するからであったと考えられ
る。

【００１８】本発明は、かかる実情に鑑み考え出された
ものであり、その目的は、より信頼度の高い位置決めシ
ステムを提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
かかる位置決めシステムは、複数の電波発生源につい
て、電波発生源ごとに、所定の回数ずつ電界強度を測定
する移動用端末機と、前記測定された電界強度の電波発
生源ごとの平均値を求め、前記平均値を大きいものから
所定個数だけ利用して、前記移動用端末機の位置特定を
行なう位置特定手段とを含むことを特徴とする。

【００２０】請求項１に記載の発明によると、移動用端
末機により、電波発生源ごとに、所定の回数ずつ、電界
強度の測定が行なわれ、位置特定手段により、電波発生
源ごとに求められた電界強度の平均値のうち、大きい順
に所定個数の平均値が、移動用端末機の位置特定に利用
される。

【００２１】これにより、移動用端末機の測定する電界
強度に突発的に誤差が含まれても、平均値が求められ、
その誤差が別の回に測定された電界強度によりカバーさ
れるため、より信頼度の高い位置決めシステムを提供す
ることができる。

【００２２】請求項２に記載の発明にかかる位置決めシ
ステムは、複数の電波発生源について、電波発生源ごと
に、所定の回数ずつ電界強度を測定する移動用端末機
と、前記測定された電界強度の電波発生源ごとの平均値
と、電波発生源ごとに前記所定の回数の測定の中で電界
強度が得られた回数とを求め、前記電界強度の得られた
回数が多い順に所定個数の電波発生源についての前記平
均値を利用して、前記移動用端末機の位置特定を行なう
位置特定手段とを含むことを特徴とする。

【００２３】請求項２に記載の発明によると、移動用端
末機により、電波発生源ごとに、所定の回数ずつ、電界
強度の測定が行なわれ、位置特定手段により、電波発生
源ごとに求められた電界強度の平均値のうち、移動用端
末機において電界強度の得られた回数の多い順に所定個
数の平均値が、移動用端末機の位置特定に利用される。

【００２４】これにより、移動用端末機の測定する電界
強度に突発的に誤差が含まれても、平均値が求められ、
その誤差が別の回に測定された電界強度によりカバーさ
れ、さらに、より電界強度の測定された回数が多く移動
用端末機との位置的な相関が高いと考えられる電波発生
源についての電界強度が、優先的に移動用端末機の位置
特定に利用されるため、より信頼度の高い位置決めシス
テムを提供することができる。

【００２５】請求項３に記載の発明にかかる位置決めシ
ステムは、請求項２に記載の発明にかかる位置決めシス
テムの構成に加えて、前記位置特定手段は、前記電界強
度の得られた回数が同じ場合は、より値の大きい前記平
均値を移動用端末機の位置特定に優先的に利用すること
を特徴とする。

【００２６】請求項３に記載の発明によると、請求項２
に記載の発明による作用に加えて、位置特定手段によ
り、移動用端末機での所定回数の測定において、複数の
電波発生源について同じ回数だけ電界強度が得られた場
合、より電界強度の平均値の大きい電波発生源について
の平均値が、移動用端末機の位置特定に利用される。

【００２７】これにより、請求項２に記載の発明による
効果に加えて、移動用端末機の位置特定に、より電波発
生源と相関の高い測定値を利用できるため、さらに信頼
度の高い位置決めシステムを提供することができる。

【００２８】請求項４に記載の発明にかかる位置決めシ
ステムは、複数の電波発生源について、電界強度を測定
する移動用端末機と、前記測定された電界強度を利用し
て、前記移動用端末機の位置特定を行なう位置特定手段
とを含み、前記位置特定手段は、一様な電波伝播域にお
いて前記移動用端末機との距離が長くなるに従って前記
移動用端末機で測定される電界強度が高くなるような位
置にある電波発生源について測定された電界強度を除い
て、前記移動用端末機の位置特定を行なうことを特徴と
する。

【００２９】請求項４に記載の発明によると、移動用端
末機との距離と移動用端末機で測定される電界強度との
関係が、一般の電波発生源と異なるような電波発生源に
ついて測定された電界強度は、移動用端末機の位置特定
に利用されなくなる。

【００３０】これにより、たとえば、電波発生源が高層
ビルの屋上にある場合のように、移動用端末機が、電波
発生源の遠方にあるにも関わらず、近傍にあるように位
置特定されるような事態を回避することができる。した
がって、より信頼度が高い位置決めシステムを提供する
ことができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。図１（Ａ）はこの発明に係る位
置決めシステムを用いたセンター局１のブロック図であ
る。電子地図８１ａと基地局電界強度分布データベース
８１ｂとが一体となった電界強度分布データベース８１
を備える点が、従来のセンター局９１（図２１参照）と
異なる。基地局電界強度分布データベース８１ｂのデー
タ内容を図１（Ｂ）に示す。図１（Ｂ）を参照して、基
地局電界強度分布データベースは、それぞれの基地局の
ＩＤと、その位置を示す緯度経度情報と、後に説明する
その基地局周辺のメッシュごとの電界強度分布データと
を含む。それ以外の部分については従来と同様であるの
で、同一部分には同一符号を付してその説明は省略す
る。

【００３２】移動用端末機（移動局７）は、複数の基地
局の識別情報ＩＤと電界強度を検出し、センター局１に
その情報を送る。センター局１は、複数の基地局の識別
情報と電界強度から、予め求めておいた各基地局の電界
強度分布を用いて、各電界強度に対する移動用端末機の
存在し得る領域を求め、各領域の重なりから移動用端末
機の存在位置を検出する。

【００３３】（１）基地局周辺の電界強度分布の作成次にセンター局１がどのように基地局６周辺の電界強度
分布を求めるかについて説明する。

【００３４】図２は基地局６周辺の電界強度分布を求め
る場合のフローチャートである。図３〜図６は電界強度
分布を求めるステップを説明する図である。図２〜図６
を参照して、基地局６の電界強度分布の求め方について
説明する。

【００３５】まず、図３に示すように、基地局６を中心
に、任意の大きさのメッシュを、電波伝播パターンの作
成のために必要な領域に定義する。ここで、このメッシ
ュは、後に電界強度分布を作成する際の単位となる。メ
ッシュの大きさとメッシュを定義する領域の大きさは、
精度とデータサイズの許容範囲内で定義する。

【００３６】図３を参照して、基地局６を中心としてそ
の周囲にメッシュ１０１を形成する。そして、電子地図
８１ａを参照することにより、メッシュ１０１の形成さ
れた領域に具体的な電波の障害物となる建物の外形を建
物ポリゴン１１１として形成する（図２においてステッ
プＳ１１、以下ステップを略す）。

【００３７】次に区切られた各メッシュごとに、そのメ
ッシュの中心点が電子地図８１ａ上の建物ポリゴン１１
１内にある場合は電波伝播がないメッシュとする。ま
た、メッシュの中心点が建物ポリゴン１１１外にある場
合は、基地局６の中心点からメッシュの中心点を結ぶ線
分と建物ポリゴン１１１との交点を求める。交点がない
場合は電波伝播が良いメッシュＡとし、交点がある場合
は電波伝播が悪いメッシュＢとし、そして、中心点が建
物ポリゴン１１１内にあるものは電波伝播がないメッシ
ュＣとする（図４参照）。ただし、図４においてＢとし
て示す様に建物ポリゴン１１１との交点がある場合で
も、建物の高さが基地局６からメッシュの中心点までの
高さの変化より低い場合は、電波伝播が良いメッシュと
する（Ｓ１２〜Ｓ１５）。ここで建物の高さは電子地図
８１ａ上の建物の階数情報等を使用して求める。この場
合の例を図５に示す。図５を参照して、たとえば基地局
６が建物１１２の上にある場合、基地局６とメッシュの
中心点１１５とを結ぶ高さの変化を示す直線１１６が、
メッシュの中心点１１５の直前にある建物１１７に交わ
らない場合は電波伝播の良いメッシュとなる。

【００３８】次に、基地局の中心点と各メッシュの中心
点との距離をもとに、電界強度と電波伝播距離の関係式
を用いて、各メッシュの電界強度を求める（Ｓ１６）。
各メッシュの電界強度を求めるには電界強度と電波伝播
距離の関係式を用いるが、当該関係式は、後述するよう
に、電波伝播の良否および基地局６の周辺の建物の状況
等を考慮して導き出されたものである。

【００３９】次に、求められた各メッシュの電界強度に
基づいて基地局の電界強度分布を作成する（Ｓ１７）。
この基地局の電界強度分布の一例を図６に示す。なお図
中の数字はｄＢμＶ／ｍの単位の電界強度を示し、ま
た、メッシュ内の太字は電波伝播の良いメッシュを、斜
体文字は電波伝播の悪いメッシュをそれぞれ示す。すべ
ての基地局について同様にして電界強度分布を求める。
そして、基地局６のＩＤを入力すれば、それによって検
索可能なデータベースを作成する。

【００４０】なお、実際の移動局の位置特定を行なう場
合、各基地局について、移動局の測定する電界強度に基
づき、その移動局の存在する可能性のある領域が電波伝
播パターンとして示される。そして、ＣＰＵ６０は、指
定された基地局６の電界強度分布データベース８１ｂか
ら検索し、任意の電界強度以上のメッシュの集合を任意
の電界強度における電波伝播パターンとすることができ
る。この例を、図７に示す。図中斜線を引いた部分が電
波伝播パターンとなる。ここでは、例として、電界強度
が２０ｄＢμＶ／ｍのときの電波伝播パターンを示す。
電界強度を所望の値に設定することによって、所望の強
度の電波伝播パターンが得られる。

【００４１】次に、Ｓ１６における各メッシュの電界強
度の求め方について説明する。まず、電波伝播の良いメ
ッシュについて、電界強度の求め方を説明する。

【００４２】（２）電波伝播の良いメッシュの電界強
度の求め方電波伝播の良いメッシュとは、前述したように、図４に
おいて基地局６の中心点からメッシュの中心点を結ぶ線
分と建物ポリゴン１１１とに交点がないようなメッシュ
および図５において直線１１６が建物１１７に交わらな
いようなメッシュである。

【００４３】移動局７がこのようなメッシュ内にある場
合には、基地局６の送信アンテナと受信アンテナである
移動局７のアンテナとが完全に「見通し」であるため、
両アンテナの間の空間は、周囲に何の障害物もない、い
わゆる自由空間にあるといえる。自由空間では、送信ア
ンテナから放射された電波は、図８に示すように球面状
に伝播する。

【００４４】ここで、送信電力Ｐ_in［Ｗ］が送信アンテ
ナから放射された場合の、送信アンテナからの距離Ｄ
［ｍ］の地点での、微小面積ｄＳ［ｍ²］における受信
電力ｄＰａ［Ｗ］は、当該地点での電界強度をＥ［Ｖ／
ｍ］とすると、式〈１〉で与えられる。なお、Ｚ
₀［Ω］は、自由空間のインピーダンスである。

【００４５】

【数１】

【００４６】そして、この場合、ｄＳ［ｍ²］の立体角
（ｄΩ［ｓｒ］）を考えると、図８から、ｄＳ［ｍ²］
は、電波発生源を中心とした半径Ｄ［ｍ］の球の表面の
一部分であると考えられる。したがって、ｄＳ［ｍ²］
とｄΩ［ｓｒ］は、式〈２〉、および式〈２〉から導き
出される式〈３〉の関係にある。

【００４７】

【数２】

【００４８】そして、式〈１〉、〈３〉から、立体角あ
たりの受信電力（ｄＰａ／ｄΩ［Ｗ／ｓｒ］）は式
〈４〉で与えられる。なお、πは円周率である。

【００４９】

【数３】

【００５０】式〈４〉の立体角あたりの受信電力は、立
体角あたりの放射電力とも考えられる。なお、立体角あ
たりの放射電力は、送信電力Ｐ_in［Ｗ］を４πで割った
ものに受信アンテナの利得Ｇを掛けたものと等しい。こ
のことから、式〈５〉が導かれる。

【００５１】

【数４】

【００５２】そして、式〈５〉に、Ｚ₀＝１２０π
［Ω］を代入すると、電界強度Ｅ［Ｖ／ｍ］が、式
〈６〉により導かれる。

【００５３】

【数５】

【００５４】なお、式〈６〉における電界強度Ｅは、ｐ
ｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋの電界強度であるから、この実
効値Ｅ_eff［Ｖ／ｍ］は、式〈７〉により導かれる。

【００５５】

【数６】

【００５６】上記の式〈７〉により、基地局６と距離Ｄ
［ｍ］にある移動局７において測定されるべき電界強度
が導かれたように思われるが、本実施の形態では、測定
されるべき電界強度の算出に、さらに、基地局６から送
信された後、地面に反射して移動局７に届く場合の電波
の大地反射の影響を考慮している。

【００５７】図９は、基地局６から放射された電波を、
移動局７のアンテナが、直接および大地に反射した後に
受信する状態を模式的に示す図である。なお、図９にお
いては、矢印は電波の流れを示し、両矢印は２点間の距
離を示す。また、図９では、ｒ₁は基地局６から直接移
動局７のアンテナに届く電波の流れを、ｒ₂は基地局６
から地面Ｑに届く電波の流れを、ｒ₃はｒ₂の地面Ｑに
おける反射波の流れを、それぞれ示している。また、図
９では、基地局６のアンテナの高さをｈ₁［ｍ］、移動
局７のアンテナの高さをｈ₂［ｍ］、基地局６と移動局
７の地上距離をＤ［ｍ］としている。また、基地局６の
アンテナの先端（Ｔ点）から水平に延びる線ｒ_aとｒ₁
のなす角をθ₁、線ｒ_aとｒ₂のなす角をθ₂とする。
ここで、高さｈ₂は、通常、人が移動局７を通話等に使
用する状態での高さを意味する。

【００５８】図９において、θ₂が０°に近い場合に
は、垂直偏波、水平偏波を問わず、反射波ｒ₃について
の反射係数の絶対値は１に近く、位相角は１８０°に近
くなる。すなわち、θ₂が小さい場合には、ｒ₂で示す
電波は、ほとんど全反射してｒ ₃となり、位相が反転す
ると考えられる。

【００５９】したがって、θ₂が０°に近いと仮定する
と、図９におけるｒ₃は、基地局６のＴ点の地面Ｑに対
する鏡像点Ｘを仮に設けた場合、そこから放射される、
基地局６からの電波に対して位相角の１８０°進んだ電
波についての流れを示していると考えられる。以上のこ
とから、移動局７における電界強度は、直接波であるｒ
₁と反射波であるｒ₃による合成受信電界強度として考
える必要がある。そして、この合成受信電界強度Ｅ
_a［Ｖ／ｍ］は、式〈８〉により導かれる。

【００６０】

【数７】

【００６１】なお、式〈８〉では、ｒ₁の長さをＲ
₁［ｍ］、ｒ₂とｒ₃を合わせた長さをＲ₂［ｍ］、虚
数単位［（−１）^1/2］をｊとし、地面Ｑの反射係数を
以下のように表している。

【００６２】

【数８】

【００６３】また、式〈８〉において、ｋは、ｋ＝２π
／λにより定義されるもの（λ［ｍ］は、基地局６から
放射される電波の波長）である。

【００６４】ここで、ｈ₁，ｈ₂≪Ｄであれば、θ₂は
０°に近くなり、地面Ｑの反射係数は−１と近似でき
る。また、移動局７のアンテナの先端から水平に延びる
線ｒ_bとｒ₁のなす角をθ₁₁、線ｒ_bとｒ₃のなす角を
θ₂₂とすると、図９に示す状態では、次の式〈９〉〜
〈１２〉の条件を満足すると考えられる。

【００６５】

【数９】

【００６６】式〈９〉〜〈１２〉より、式〈８〉のＥ_a
は、式〈１３〉のように導くことができる。なお、式
〈１３〉に含まれ、式〈１４〉で定義されるＦは、伝送
利得係数（ｐａｔｈ−ｇａｉｎ−ｆａｃｔｏｒ）とい
い、自由空間における電界強度に対してどれほど異なっ
ているかを表すものである。

【００６７】

【数１０】

【００６８】ここで、Ｒ₁，Ｒ₂をｈ₁，ｈ₂およびＤ
で表すために、ピタゴラスの定理から、図９を参照し
て、次の式〈１５〉、〈１６〉を導くことができる。

【００６９】Ｒ₁ ²＝Ｄ²＋（ｈ₁−ｈ₂）² …〈１５〉Ｒ₂ ²＝Ｄ²＋（ｈ₁＋ｈ₂）² …〈１６〉そして、ｈ₁，ｈ₂≪ｄを考慮して、式〈１５〉、〈１
６〉をＲ₁、Ｒ₂について解くと、Ｒ₁，Ｒ₂はそれぞ
れ、以下の〈１７〉−、〈１７〉−のように近似値
として導かれる。

【００７０】

【数１１】

【００７１】これにより、（Ｒ₂−Ｒ₁）は式〈１８〉
によって導かれる。

【００７２】

【数１２】

【００７３】式〈１８〉を、式〈１４〉に代入すると、
式〈１９〉が導かれる。

【００７４】

【数１３】

【００７５】ここで、新たな数、Ｌを式〈２０〉に従っ
て定義すると、ＦはＬと式〈１９〉を用いて式〈２１〉
のように表すことができる。

【００７６】

【数１４】

【００７７】そして、大地反射を考慮した合成受信電界
強度Ｅ_a（μＶ／ｍ）は、上述のＥ _effとＦとを用い
て、Ｅ_a＝Ｅ_eff・Ｆとして求めることができる。つま
り、Ｅ _aは、次の式〈２２〉によって導くことができ
る。

【００７８】

【数１５】

【００７９】そして、式〈２２〉を整理すると、式〈２
３〉によってＥ_aを導くことができる。

【００８０】

【数１６】

【００８１】以上説明したように、本実施の形態では、
電波伝播の良いメッシュについて、式〈２３〉に従う
と、基地局６と距離Ｄ［ｍ］にある移動局７において測
定されるべき電界強度Ｅ_a［μＶ／ｍ］が導かれる。な
お、Ｅ_aでは、以上説明したように、移動局７が、基地
局６から直接受信する電波に加え、基地局６から放射さ
れてから地面に反射された後に受信する電波も考慮され
ている。

【００８２】ここで、図１０に、電波伝播の良い状態に
おいて移動局７によって測定された電界強度を、移動局
７と基地局６との距離Ｄ［ｍ］に対してプロットした図
を示す。なお、図１０のプロット図における実線は、上
記の式〈２３〉を用いて算出された理論値である。ま
た、図１０のプロット図の縦軸は、上述の電界強度（Ｅ
_a）をｄＢ表示している。つまり、図１０における縦軸
の単位は、［ｄＢμＶ／ｍ］である。また、移動局７と
しては、ＰＨＳを使用している。

【００８３】図１０を参照して、本実施の形態に従って
得られた電界強度Ｅ_aは、実測値と近い値であると言え
る。つまり、本実施の形態の式〈２３〉を用いると、実
測値に近い電界強度を算出することができる。

【００８４】（３）電波伝播の悪いメッシュの電界強
度の求め方次に、電波伝播の悪いメッシュについて、電界強度の求
め方を説明する。なお、電波伝播の悪いメッシュとは、
前述したように、図４において、メッシュの中心点が建
物ポリゴン１１１内になく、基地局６の中心点からメッ
シュの中心点を結ぶ直線が建物ポリゴン１１１と交点が
あるようなメッシュである。なお、このようなメッシュ
であっても、図５を用いて説明したように、直線１１６
が建物１１７に交わらないようなメッシュは、電波伝播
の悪いメッシュではなく、電波伝播の良いメッシュとさ
れる。

【００８５】移動局７が電波伝播の悪いメッシュ内にあ
る場合の例としては、移動局７が、市街地のビル街にあ
り、図１１に示すように、基地局６から移動局７の電波
の進行方向において、移動局７の直前および直後に障害
物である建物１５０および建物１６０が存在する場合が
ある。ここで、基地局６から放射される電波の中で、移
動局７に向かうものを波ｒ₁₀とする。そして、移動局７
は、建物１５０の上端部で回折された波ｒ₁₀の回折波ｒ
₁₁と、波ｒ₁₀の回折波ｒ₁₂がさらに建物１６０の側端部
で反射された反射波ｒ₁₃の合成波を受信することにな
る。以下、この合成波の電界強度について説明する。

【００８６】まず、合成波の電界強度Ｅ_b［μＶ／ｍ］
は、回折波ｒ₁₁と反射波ｒ₁₃のそれぞれの電界強度Ｅ_d
［μＶ／ｍ］とＥ_r［μＶ／ｍ］を用いて、次の式〈２
４〉で与えられる。

【００８７】

【数１７】

【００８８】そして、Ｅ_dおよびＥ_rは、回折波ｒ₁₁に
ついての変数ｖ_dと反射波ｒ₁₃についての変数ｖ_rを式
〈２５〉、〈２６〉のように定義すると、それぞれ式
〈２７〉、〈２８〉によって導くことができる。なお、
Ｅ_effとは、上述の式〈７〉により導かれた電界強度の
実効値である。また、式〈２５〉〜〈２８〉において、
ｈ₂［ｍ］は移動局７のアンテナの高さ、ｈ₃［ｍ］は
建物１５０の高さ、θ₃［°］は波ｒ₁₀の建物１５０へ
の入射角、Ｄ₁［ｍ］は基地局６から建物１５０の移動
局７に対向する側の端部までの距離、Ｄ₂［ｍ］は波ｒ
₁₀の進行方向に対する建物１５０と建物１６０の距離つ
まり移動局７が存在する道の幅であり、Ｄ ₃［ｍ］は波
ｒ₁₀の進行方向に対する建物１５０から移動局７までの
距離、Ｌ_rは建物１６０についての回折波ｒ₁₂と反射波
ｒ₁₃の振幅比による反射損失である。なお、式〈２
５〉、〈２６〉は、それぞれ、式〈２９〉、〈３０〉の
条件に基づき、かつ、建物１６０の移動局７に対向する
面についての移動局７の鏡像体７００を仮に設けること
により導かれている。

【００８９】

【数１８】

【００９０】そして、さらに式〈２７〉、〈２８〉は、
それぞれ式〈３１〉、〈３２〉のような近似方程式に変
形することができる。

【００９１】

【数１９】

【００９２】そして、式〈３１〉、〈３２〉を式〈２
４〉に代入することにより、式〈３３〉に示すようにＥ
_bを導くことができる。

【００９３】

【数２０】

【００９４】つまり、式〈３３〉を整理すると、式〈３
４〉が導かれ、Ｅ_bは式〈３４〉により得ることができ
る。

【００９５】

【数２１】

【００９６】図１２に、図１１を用いて説明したような
電波伝播の悪い状態において移動局７によって測定され
た電界強度を、移動局７と基地局６との距離Ｄ［ｍ］に
対してプロットした図を示す。なお、図１２における距
離Ｄとは、図１１の（Ｄ₁＋Ｄ₃）に対応する。また、
図１２のプロット図における実線は、上記の式〈３４〉
を用いて算出された理論値である。また、図１２のプロ
ット図の縦軸は、上述の電界強度（Ｅ_b）をｄＢ表示し
ている。また、移動局７としては、ＰＨＳを使用してい
る。

【００９７】図１２を参照して、本実施の形態に従って
得られた電界強度Ｅ_bは、実測値と近い値であると言え
る。つまり、本実施の形態の式〈３４〉を用いると、実
測値に近い電界強度を算出することができる。

【００９８】（４）電波伝播パターンの重なりによる
移動局の位置特定本実施の形態では、移動局において、複数の基地局につ
いての電界強度を測定し、測定された電界強度と各基地
局についての電界強度分布とから、各基地局についての
電波伝播パターンを作成する。そして、複数の基地局の
電波伝播パターンの重なりを、移動局の存在位置とす
る。

【００９９】移動局において測定された電界強度から、
複数の基地局において電波伝播パターンを作成し、その
重なりを求める例を、図１３〜図１６を用いて説明す
る。図１３〜図１５は、それぞれ基地局６Ａ〜６Ｃにつ
いて、電界強度が移動局で測定された値以上のメッシュ
を示す図、つまり、移動局で測定された値についての電
波伝播パターンである。そして、図１６は、図１３〜図
１５の電波伝播パターンの重なりを示す図である。本実
施の形態では、移動局７が、基地局６Ａ〜６Ｃのような
複数の基地局についての電界強度を測定することによ
り、図１６に示すような当該複数の基地局の電波伝播パ
ターンの重なりを求め、この重なり部分を移動局の存在
位置として特定する。

【０１００】（５）電界強度の測定値の抽出方法従来の位置決めシステムでは、移動局７において測定さ
れた、複数の基地局６についての電界強度の測定値を、
そのまま、移動局７の位置特定に用いていた。このよう
な場合、移動局７の近辺を走行する車両等によって移動
局７の測定値に大きな誤差が含まれることがあっても、
その誤差の含まれた測定値がそのまま用いられていたの
で、移動局７の位置特定においても大きな誤差が含まれ
ることがあった。

【０１０１】本実施の形態では、電界強度の測定値には
誤差が含まれることがあるということを前提にして、移
動局７の位置特定において、測定値をそのまま利用しな
いようにしている。具体的には、移動局７に、複数の基
地局６についての電界強度を複数回ずつ測定させ、そし
て、基地局６ごとに、測定値の平均値を算出し、その平
均値を位置特定に利用している。以下に、本実施の形態
における、電界強度の測定値の抽出方法について説明す
る。

【０１０２】まず、移動局７において複数の基地局６の
電界強度を複数回ずつ測定させることについて説明す
る。図１７に、１台の移動局７が複数の基地局６に対し
て信号を送受信する際のタイミングチャートを示す。図
１７を参照して、移動局は、基地局Ａに対し送信信号９
０１ａを送信し、基地局Ａから受信信号９０１ｂを受信
している。送信信号９０１ａには、送信先である基地局
Ａについての識別信号を含む通信制御にかかる部分と、
移動局が送り出す音声等の通話にかかる部分が含まれ
る。また、受信信号９０１ｂには、受信先である移動局
についての識別信号を含む通信制御にかかる部分と、移
動局に届けられる音声等の通話にかかる部分が含まれ
る。送信信号９０１ａと受信信号９０１ｂの送受信に
は、あわせて５ミリ秒の時間が必要とされる。また、一
般に、移動局を用いて違和感なく会話を行なうには、移
動局は、１つの基地局と、おおよそ１００ミリ秒ごと
に、信号の送受信を行なう必要がある。したがって、移
動局は、最大２０個の基地局と、連続して、信号の送受
信を行なうことができる。

【０１０３】この場合、移動局は、１００ミリ秒ごと
に、送信信号９０１ａ〜９２０ａの送信および受信信号
９０１ｂ〜９２０ｂの受信を、移動局Ａ〜移動局Ｔの順
に行なう。なお、移動局が測定した各基地局の電界強度
は、送信信号９０１ａ〜９２０ａ内の通信制御にかかる
部分に含まれ、各基地局に送られる。そして、各基地局
は、移動局から送られてきた、当該移動局において測定
された当該基地局の電界強度を、当該移動局および当該
基地局を特定する情報とともに中央制御局５１に送信す
る。

【０１０４】次に、具体的な測定値を示しながら、本実
施の形態における、電界強度の測定値の抽出方法につい
て説明する。

【０１０５】表１に、中央制御局５１に送信されてく
る、移動局７が測定した、複数の基地局（基地局Ａ〜基
地局Ｋ）についての電界強度の測定値の一例を示す。表
１は、移動局が、基地局Ａ〜基地局Ｋの１１個の基地局
について、順に、７回ずつの電界強度の測定を行なった
際の測定値である。つまり、各移動局は、１００ミリ秒
ごとに、７回、各基地局の電界強度の測定値を送信した
ことになる。なお、表中に「−」とあるのは、移動局７
が、その時点では、当該基地局の電界強度を測定できな
かったことを意味している。また、表１には、各基地局
ごとに、７回の測定の中で電界強度の測定値が実際に得
られた回数（頻度）と、７回の測定における電界強度の
平均値と、７回の測定における電界強度の最大値を、あ
わせて示している。

【０１０６】

【表１】

【０１０７】表１を参照して、７回の電界強度の測定に
おいて、移動局は、基地局Ａ〜基地局Ｋのすべてについ
て７回とも電界強度の測定値を得られた訳ではなかっ
た。しかし、７回の測定は、７００ミリ秒内に行なわれ
ているため、このような測定における不安定さは、移動
局の位置の変化によるものとは考え難い。したがって、
表１に示すように、電界強度が測定できたりできなかっ
たりすることは、単なる移動局における測定の不正確さ
が原因となっていると考えられる。このような状況下で
は、移動局が測定するごとに、そのすべての測定値を、
移動局の位置特定に直接利用すると、位置特定を行なう
ごとに、その結果は、著しく異なり、位置決めシステム
の信頼度が低くなる。

【０１０８】一方、本実施の形態では、表１のように、
複数回測定した電界強度の平均値を算出し、その値の大
きい順等の条件によって、所定個数の基地局についての
平均値を、移動局の位置特定に利用する。つまり、本実
施の形態では、電界強度の測定値のすべてを、直接、移
動局の位置特定に利用するのではなく、所定の条件（平
均値の大きさ）で、その中から所定個数の基地局につい
ての平均値を選別し、その基地局についての測定値の平
均値を、移動局の位置特定に利用する。以下に、位置特
定に利用する測定値の抽出について、より具体的に説明
する。表２に、表１の各基地局を、電界強度の測定値に
ついて、平均値順、最大値順、測定できた頻度が
高い順であり頻度が同じ場合には平均値の大きい順、
測定できた頻度が高い順であり頻度が同じ場合には最大
値の大きい順に、順位の決定に用いられた平均値または
最大値とともに示している。そして、本実施の形態の位
置決めシステムでは、表２の、、のいずれかの順
に従って並べられた基地局についての電界強度の測定値
の平均値または最大値を、上位から順に所定個数だけ抽
出して、移動局の位置特定に利用している。すなわち、
本実施の形態では、少なくとも、測定値の平均値か頻度
を基準として、基地局を並べ、上位から順に所定個数の
基地局の平均値または最大値を抽出して、移動局の位置
特定に利用している。したがって、表２において、、
、の各順序で測定値の平均値または最大値を並べる
ことは、本実施の形態の実施例となり、の順序で測定
値の最大値を並べることは、前述の実施例に対する比較
例となる。なお、この場合の「所定個数」とは、たとえ
ば、３、５、または７とすることができるが、システム
における処理能力に応じて、適宜変更することができ
る。

【０１０９】

【表２】

【０１１０】表２ののように基地局についての平均値
の大きい順に所定個数の測定値を利用することにより、
突発的に測定値に誤差が含まれた場合にも、他の回の測
定値によりその誤差をカバーすることができる。このよ
うな態様で測定値を利用することによって、位置決めシ
ステムの信頼度を向上することができる。

【０１１１】表２のまたはのように電界強度の測定
が可能であった頻度の高い順に測定値の平均値または最
大値を利用することにより、或る基地局について、突発
的に、つまり少ない回数だけ、高い電界強度が測定され
た場合でも、当該基地局についての測定値は、移動局の
位置特定には利用されなくなる。このような態様で測定
値が利用されることによっても、位置決めシステムの信
頼度を向上することができる。

【０１１２】表３に、実際に、位置決めシステムにおい
て、移動局の位置特定を行なった場合の結果を示す。表
３において「実施例」とあるのは、本実施の形態に従っ
た測定値の利用態様で位置特定を行なった場合を示し、
具体的には、上記の表２ののように電界強度の測定が
可能であった頻度の高い順に、そして、頻度が同一であ
る場合には平均値が大きい順に、所定個数の基地局の電
界強度の測定値を利用した場合を示している。一方、表
３において「比較例」とあるのは、上記の表２ののよ
うに、測定値の最大値を大きい順に所定個数の基地局分
だけ利用して、移動局の位置特定を行なった場合を示し
ている。

【０１１３】また、表３の結果は、移動局の位置特定が
１００回行なわれた際の結果である。そして、表３にお
いて「平均誤差」とは、位置決めシステムによって特定
された移動局の位置と、実際の移動局の位置との差（距
離）の１００回の特定結果の平均である。また、「１０
０ｍ以下の割合」とは、特定された位置と実際の位置の
差が１００ｍ以内であった割合である。そして、「最大
誤差」とは、特定された位置と実際の位置の差の最大値
である。また、「利用局数」とは、位置特定において測
定値の平均値または最大値を利用した基地局の数であ
る。これは、前述の基地局についての「所定個数」に相
当するものである。

【０１１４】

【表３】

【０１１５】表３を参照して、実施例および比較例のい
ずれの場合であっても、利用局数が増加するに従って、
平均誤差および最大誤差の距離が短くなり、誤差が１０
０ｍ以下となる確率が高くなる傾向にある。そして、実
施例と比較例を比べると、実施例においては、利用局数
がいずれの場合であっても、平均誤差および最大誤差の
距離は比較例におけるそれらよりも短く、誤差が１００
ｍ以下となる確率も高くなっている。これにより、本実
施の形態に従って移動局の位置特定を行なうと、位置決
めシステムの信頼度が向上することが分かった。

【０１１６】なお、移動局が基地局の電界強度を測定す
る際に誤差を含む態様には、基地局自体の性質に起因す
るものもある。たとえば、基地局が、ビルの屋上等の、
極端に高い位置にある場合である。つまり、移動局にお
いて測定される電界強度は、基本的には、移動局が電波
伝播の良い場所にあっても、悪い場所にあっても、電波
伝播の特性が一様な領域では、基地局からの距離ととも
に低くなる傾向にある。これは、前述の式〈２３〉、式
〈３４〉からも理解されることである。しかし、基地局
がたとえば前述のように極端に高い位置にあると、電波
伝播が一様な領域であっても、図１８に示すように移動
局と基地局の間の距離Ｄｘが長くなるほど移動局で測定
される電界強度Ｅｘが高くなる領域（図中の領域ｘ）が
発生する場合がある。

【０１１７】このような基地局は、ＰＨＳ等の移動局
を、通常の通話目的で利用する場合には問題がないが、
移動局の測定した電界強度でその位置特定を行なうため
に利用する場合には問題がある。

【０１１８】そこで、本実施の形態に従った位置決めシ
ステムにおいては、所定の高さ以上の場所等、電波伝播
が一様な領域であっても移動局と基地局の間の距離が長
くなるほど移動局で測定される電界強度が高くなるよう
に基地局が設けられている場合には、移動局が測定した
当該基地局についての電界強度の測定値を除いて、移動
局の位置特定が行なわれるように構成されることが好ま
しい。

【０１１９】なお、前述の電波伝播の一様な領域とは、
移動局との距離が長くなるにつれて移動局で測定される
電界強度が低くなるような領域であり、たとえば、高層
ビル等の電波伝播の障害となるものが無いような領域で
ある。

【０１２０】また、上述の、電波伝播が一様な領域であ
っても移動局と基地局の間の距離が長くなるほど移動局
で測定される電界強度が高くなるように設けられた基地
局とは、所定の高さ以上の場所に設けられた基地局に限
定されるものではない。たとえば、地下に設けられた基
地局や周辺に電波伝播の障害となるものが存在する基地
局等もこれに該当すると考えられる。

【０１２１】（６）電界強度の測定値の抽出方法の変
形例以上説明した本実施の形態においては、移動局の測定し
た電界強度について、表１に示した頻度、平均値、最大
値を算出する際に、表１に示した各基地局についてのす
べての測定値を利用したが、本実施の形態は、これに限
定されるものではない。たとえば、各基地局について電
界強度の測定を行なった場合、頻度、平均値、最大値の
算出に用いるのは、各回の測定において電界強度の大き
い順に所定の局数、たとえば３局の基地局についてのみ
に限ることもできる。表１の測定結果を、このような測
定値の抽出方法のために処理した結果を表４に示す。な
お、ここでは、各回の測定において上位３局に入らなか
った基地局については、すべて、その測定値が得られな
かったものとして、測定値の欄に「−」を示している。

【０１２２】

【表４】

【０１２３】表４を参照して、基地局Ａ〜基地局Ｋにつ
いての７回の測定結果において、各回、３局ずつの電界
強度のみが示されている。このように、予め各回の測定
について有効な基地局数を限定することにより、当該移
動局に電界強度を測定されるべき特性の強い基地局の測
定値のみを利用することができる。これにより、さら
に、誤差を含む電界強度の測定値を、移動局の位置特定
から排除することができ、より、位置決めシステムの信
頼度を高めることができる。

【０１２４】今回開示された実施の形態は、すべての点
で例示であって制限的なものではないと考えられるべき
である。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許
請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意
味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は、この発明に係る位置決めシステムの
センター局の構成を示すブロック図であり、（Ｂ）は、
基地局電界強度分布データベースのデータ内容を示す図
である。

【図２】基地局を中心とした電界強度分布を作成する手
順を示すフローチャートである。

【図３】基地局を中心としたメッシュを示す概念図であ
る。

【図４】電波伝播の良いメッシュと悪いメッシュとない
メッシュとを示す模式図である。

【図５】建物の高さ方向を考慮したメッシュの判定方法
を示す図である。

【図６】基地局の電界強度分布を示す図である。

【図７】図６の電界強度分布において電界強度が２０ｄ
ＢμＶ／ｍのときの電波伝播パターンを示す図である。

【図８】送信アンテナから放射された電波が、自由空間
において伝播する状態を示す図である。

【図９】基地局から放射された電波を、移動局のアンテ
ナが、直接および大地に反射した後に受信する状態を模
式的に示す図である。

【図１０】電波伝播の良い状態における電界強度の測定
値を、本実施の形態に従った理論値とともに示す図であ
る。

【図１１】移動局が電波伝播の悪いメッシュ内にある場
合の移動局周辺の模式図である。

【図１２】電波伝播の悪い状態における電界強度の測定
値を、本実施の形態に従った理論値とともに示す図であ
る。

【図１３】電界強度分布を用いた位置特定の具体例を示
す図である。

【図１４】電界強度分布を用いた位置特定の具体例を示
す図である。

【図１５】電界強度分布を用いた位置特定の具体例を示
す図である。

【図１６】電界強度分布を用いた位置特定の具体例を示
す図である。

【図１７】１台の移動局が複数の基地局に対して信号を
送受信する際のタイミングチャートである。

【図１８】基地局が極端に高い場所に設けられている場
合に移動局で測定される電界強度を、基地局と移動局の
距離に対して示す図である。

【図１９】移動用端末機の位置決めシステムの全体構成
を示すブロック図である。

【図２０】センター局の構成を示す図である。

【図２１】センター局の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１センター局２，４交換局３，５幹線６基地局７移動局８１電界強度分布データベース８１ａ電子地図８１ｂ基地局電界強度分布データベース１０１電界強度分布のメッシュ１１１建物ポリゴン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の電波発生源について、電波発生源
ごとに、所定の回数ずつ電界強度を測定する移動用端末
機と、前記測定された電界強度の電波発生源ごとの平均値を求
め、前記平均値を大きいものから所定個数だけ利用し
て、前記移動用端末機の位置特定を行なう位置特定手段
とを含む、位置決めシステム。
【請求項２】複数の電波発生源について、電波発生源
ごとに、所定の回数ずつ電界強度を測定する移動用端末
機と、前記測定された電界強度の電波発生源ごとの平均値と、
電波発生源ごとに前記所定の回数の測定の中で電界強度
が得られた回数とを求め、前記電界強度の得られた回数
が多い順に所定個数の電波発生源についての前記平均値
を利用して、前記移動用端末機の位置特定を行なう位置
特定手段とを含む、位置決めシステム。
【請求項３】前記位置特定手段は、前記電界強度の得
られた回数が同じ場合は、より値の大きい前記平均値を
移動用端末機の位置特定に優先的に利用する、請求項２
に記載の位置決めシステム。
【請求項４】複数の電波発生源について、電界強度を
測定する移動用端末機と、前記測定された電界強度を利用して、前記移動用端末機
の位置特定を行なう位置特定手段とを含み、前記位置特定手段は、一様な電波伝播域において前記移
動用端末機との距離が長くなるに従って前記移動用端末
機で測定される電界強度が高くなるような位置にある電
波発生源について測定された電界強度を除いて、前記移
動用端末機の位置特定を行なう、位置決めシステム。