WO2018164173A1 - 端末装置、ロケーションサーバ、位置測定方法、およびプログラム - Google Patents

端末装置、ロケーションサーバ、位置測定方法、およびプログラム Download PDF

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WO2018164173A1
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base station
terminal device
direction information
terminal
transmission
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PCT/JP2018/008728
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良太 山田
加藤　勝也
泰弘 浜口
和彦 府川
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シャープ株式会社
国立大学法人東京工業大学
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    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
    • G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction

Definitions

  • the present invention relates to a terminal device, a location server, a position measurement method, and a program.
  • LTE Long Term Evolution
  • 3GPP 3 rd Generation Partnership Project
  • LTE Positioning Protocol LTE Positioning Protocol
  • the arrival angle of a signal from a terminal device (mobile station device, UE, Use Equipment) acquired by a base station device (eNB, eNodeB), transmission time information of a signal with the terminal device, and the like
  • the location server (E-SMLC / SLP, Enhanced Serving Mobile Location Centre, Evolved Serving Mobile Centre, SUPL (Secure User Plane Location) Location Platform) calculates the location of the terminal device.
  • E-SMLC / SLP Enhanced Serving Mobile Location Centre
  • Evolved Serving Mobile Centre SUPL (Secure User Plane Location) Location Platform
  • 3GPP "3rd Generation Partnership Project”, Technical Specification Group, Radio Access Network, Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA), LTE Positioning Protocol (LPP) (Release 13), TS 36.355 (2016) .30 3GPP, "3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); LTE Positioning Protocol A (LPPa) (Release 13)", TS 13.36 (2016) 2016.3.19
  • One aspect of the present invention has been made in view of such circumstances, and suppresses a decrease in position measurement accuracy when a signal between a base station apparatus and a terminal apparatus is transmitted by a reflected wave.
  • a terminal device, a location server, a position measurement method, and a program are provided.
  • One aspect of the present invention is made to solve the above-described problem, and one aspect of the present invention is a receiving unit that detects a transmission direction of a signal used for communication with at least one base station apparatus. And a transmission unit that transmits base station direction information indicating the detected transmission direction to a location server that calculates the position of the terminal device.
  • the base station direction information includes a transmission direction of a signal used for communication with one base station device, a global coordinate system, or a local coordinate.
  • the detected transmission direction is indicated with reference to one of the systems.
  • another aspect of the present invention is the above-described terminal device, wherein the base station direction information is the same for a transmission direction of a signal used for communication with each of a plurality of base station devices. Based on direction.
  • terminal direction information indicating a transmission direction of a signal used for communication between each of the plurality of base station apparatuses and the terminal apparatus, detected by each of the plurality of base station apparatuses
  • An information acquisition unit configured to acquire base station direction information indicating a transmission direction of a signal used for communication between at least one of the plurality of base station devices and the terminal device detected by the terminal device; and the terminal It is a location server provided with the position measurement part which calculates the position of the said terminal device based on direction information and the said base station direction information.
  • the other aspect of this invention is the location server mentioned above, Comprising:
  • the said position measurement part is based on the said terminal direction information and the said base station direction information,
  • a base station apparatus in which a signal used for communication with the terminal apparatus is a reflected wave signal is detected, and the position of the terminal apparatus is determined using the detection result and the terminal direction information or the base station direction information. calculate.
  • the other aspect of this invention is the location server mentioned above, Comprising:
  • the said information acquisition part is between at least 1 base station apparatus among these base station apparatuses, and the said terminal device.
  • the transmission distance of the signal is acquired, and the position measurement unit uses the transmission distance when calculating the position of the terminal device.
  • terminal direction information indicating a transmission direction of a signal used for communication between each of the plurality of base station apparatuses and the terminal apparatus, detected by each of the plurality of base station apparatuses,
  • a position measurement method comprising: a second step of calculating a position of the terminal device based on terminal direction information and the base station direction information.
  • a receiving unit for detecting a transmission direction of a signal used for communication with at least one base station apparatus, and base station direction information indicating the detected transmission direction.
  • a terminal that indicates a transmission direction of a signal detected by each of the plurality of base station apparatuses and used for communication between each of the plurality of base station apparatuses and the terminal apparatus.
  • An information acquisition unit for acquiring direction information and base station direction information indicating a transmission direction of a signal used for communication between at least one of the plurality of base station devices and the terminal device detected by the terminal device; It is a program for functioning as a position measurement unit that calculates the position of the terminal device based on the terminal direction information and the base station direction information.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a mobile communication system 50 according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram showing communication between devices of the mobile communication system 50 in the same embodiment. It is a schematic block diagram which shows the structure of the terminal device 20 in the embodiment. It is a schematic block diagram which shows the structure of the receiving part 22 in the embodiment. It is a schematic block diagram which shows the structure of the location server 40 in the embodiment. It is a figure explaining the base station direction information by the global coordinate system in the embodiment. It is a figure explaining the base station direction information by the local coordinate system in the embodiment. It is a figure explaining the relationship between the angle of arrival detected using the array antenna 21 in the same embodiment, and the direction by a local coordinate system.
  • FIG. 6 is a sequence diagram for explaining an operation example of the mobile communication system 50 in the same embodiment. It is a figure explaining the method to determine whether the signal in the embodiment is transmitted by the reflected wave. It is a figure explaining another method of determining whether the signal in the embodiment is transmitted by the reflected wave.
  • FIG. 6 is a sequence diagram illustrating another example of the operation of the mobile communication system 50 in the same embodiment. It is a figure explaining another method of determining whether the signal in the embodiment is transmitted by the reflected wave.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a mobile communication system 50 according to the first embodiment of the present invention.
  • the mobile communication system 50 includes base station devices 10a, 10b, 10c, 10d, a terminal device 20, a core network 30, and a location server 40.
  • the base station devices 10a, 10b, 10c, and 10d communicate wirelessly with the terminal device 20.
  • the base station devices 10 a, 10 b, 10 c, and 10 d are connected to the location server 40 via the core network 30.
  • the location server 40 calculates a two-dimensional or three-dimensional position (coordinates) of the terminal device 20.
  • the terminal device 20 and the location server 40 communicate with each other by a positioning protocol (for example, LPP).
  • a positioning protocol for example, LPP
  • This communication is relayed by the base station devices 10a, 10b, 10c, and 10d and the core network 30.
  • the location server 40 and the base station devices 10a, 10b, 10c, and 10d perform communication using a positioning protocol A (for example, LPPa), but this communication is relayed by the core network 30.
  • a positioning protocol for example, LPPa
  • FIG. 2 is a schematic block diagram showing communication between each device of the mobile communication system 50 in the present embodiment.
  • the mobile communication system 50 includes four base station apparatuses 10a, 10b, 10c, and 10d, but the base station apparatus 10 in FIG. 2 includes the four base station apparatuses 10a, 10b, 10c, 10d is represented.
  • the base station apparatus 10 transmits a downlink signal for position estimation such as a positioning reference signal (Positioning RS, PRS).
  • the terminal device 20 detects (estimates) measurement information (observation information) related to position estimation such as an arrival angle and a propagation delay time (propagation distance, transmission distance) using the positioning reference signal.
  • the terminal device 20 can detect (estimate) a plurality of types of measurement information such as the arrival angle and the propagation delay time from the positioning reference signal. Also, the terminal device 20 can estimate the arrival angle using a certain downlink signal, and can estimate the propagation delay time using another downlink signal. Moreover, the terminal device 20 communicates with the location server 40 using a positioning protocol (LPP). The terminal device 20 uses the positioning protocol as a location information by using information (base station direction information) indicating the detected angle of arrival (direction of arrival), propagation delay time (propagation distance, transmission distance), and the like as position information (Location Information). Send (report) to the server 40.
  • LPP positioning protocol
  • the terminal device 20 transmits the position information to the location server 40 when the position information is requested from the location server 40.
  • the terminal device 20 is required to report base station direction information, propagation delay time, or base station direction information and propagation delay time as position information.
  • the location server 40 can transmit position information measurement assist data to the terminal device 20.
  • the assist data includes setting information of the base station device (cell).
  • the base station apparatus (cell) setting information includes a physical cell ID, a carrier frequency, the number of antenna ports, and a part or all of PRS information.
  • the PRS information indicates a bandwidth in which the PRS is transmitted, a subframe, and a resource element in which the PRS is arranged.
  • a resource element is defined by one subcarrier and one OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) symbol.
  • the setting information of the base station apparatus includes setting information of the reference base station apparatus (reference cell) and setting information of the adjacent base station apparatus (adjacent cell).
  • Each of the setting information of the reference base station apparatus (reference cell) and the setting information of the adjacent base station apparatus (adjacent cell) includes a physical cell ID, a carrier frequency, the number of antenna ports, and part or all of the PRS information.
  • the position information is information for two-dimensional or three-dimensional position estimation
  • the terminal device 20 obtains corresponding position information based on an instruction from the location server 40.
  • the terminal device 20 transmits the two-dimensional position information and height information (e.g., sea level, altitude, etc.) obtained from the atmospheric pressure sensor or the like to the location server 40 as three-dimensional position information. can do.
  • height information e.g., sea level, altitude, etc.
  • the base station apparatus 10 detects (estimates) an arrival angle (direction of arrival) of a signal (for example, Sounding RS (SRS), Demodulation RS (DMRS)) from the terminal apparatus 20.
  • Base station apparatus 10 communicates with location server 40 using positioning protocol A (LPPa).
  • the base station apparatus 10 transmits information (terminal direction information) indicating the detected angle of arrival to the location server 40 by communication using this positioning protocol A.
  • the location server 40 acquires base station direction information from the terminal device 20 through communication using the positioning protocol, and acquires terminal direction information from the base station device 10 through communication using the positioning protocol A.
  • the location server 40 Based on the acquired base station direction information and terminal direction information, the location server 40 transmits the positioning reference signal received by the terminal device 20 by a reflected wave (reflection path) from the base station device 10. Determine whether or not.
  • the location server 40 uses the terminal direction information excluding the terminal direction information acquired from the base station apparatus 10 that is the transmission source of the positioning reference signal, The position of the device 20 is measured.
  • FIG. 3 is a schematic block diagram showing the configuration of the terminal device 20 in the present embodiment.
  • the terminal device 20 includes an array antenna 21, a reception unit 22, a control unit 23, and a transmission unit 24.
  • the array antenna 21 is an array antenna in which a plurality of antenna elements are arranged in a two-dimensional plane.
  • the receiving unit 22 receives a signal from the base station apparatus 10 using the array antenna 21 and decodes the signal to generate reception data. In addition, the reception unit 22 detects the arrival angle of the positioning reference signal from the base station apparatus 10 using the array antenna 21.
  • the control unit 23 controls the entire terminal device 20. For example, the control unit 23 generates transmission data based on reception data acquired from the reception unit 22, input by the user to the terminal device 20, execution of an application, and the like, and inputs the transmission data to the transmission unit 24.
  • the control unit 23 in the present embodiment uses the location server 40 based on the positioning protocol to obtain base station direction information indicating the arrival angle detected by the receiving unit 22 and indicating the arrival angle of the positioning reference signal from at least one base station apparatus 10.
  • the data is input to the transmission unit 24 as transmission data addressed thereto.
  • the transmission unit 24 generates a transmission signal by encoding and modulating the input transmission data.
  • the transmission unit 24 transmits the generated transmission signal to the base station apparatus 10 via the array antenna 21.
  • FIG. 4 is a schematic block diagram showing a configuration of the receiving unit 22 in the present embodiment.
  • the receiving unit 22 includes a combiner unit 221, a radio unit 222, and a reception processing unit 223.
  • the combiner unit 221 extracts a signal having a specific angle of arrival by synthesizing the received signal from each antenna element of the array antenna 21 after applying phase rotation.
  • the wireless unit 222 down-converts and analog-digital converts the signal extracted by the combiner unit 221 to generate a digital baseband signal.
  • the reception processing unit 223 decodes the digital baseband signal and generates reception data.
  • the reception processing unit 223 changes the arrival angle of the signal extracted by the combiner unit 221, and the positioning reference signal of any base station apparatus 10 is included in the digital baseband signal at any arrival angle. The arrival angle of the positioning reference signal from each base station apparatus 10 is detected (estimated).
  • FIG. 5 is a schematic block diagram showing the configuration of the location server 40 in the present embodiment.
  • the location server 40 includes an information acquisition unit 41, a position measurement unit 42, and a position information storage unit 43.
  • the information acquisition unit 41 communicates with the terminal device 20 by the positioning protocol to acquire base station direction information indicating the arrival angle of the positioning reference signal from at least one base station device 10.
  • the information acquisition unit 41 communicates with each base station apparatus 10 according to the positioning protocol A and acquires terminal direction information.
  • the position measurement unit 42 determines which of the base station devices 10 the received positioning reference signal is transmitted by reflected waves. .
  • the position measurement unit 42 uses the terminal direction information detected by the base station apparatus 10 excluding the base station apparatus 10 determined that the positioning reference signal is transmitted by the reflected wave, to determine the position of the terminal apparatus 20. taking measurement.
  • a known method for example, triangulation method or least square method can be used.
  • the position measurement unit 42 stores position information indicating the measured position in the position information storage unit 43.
  • the base station direction information transmitted from the terminal device 20 to the location server 40 is a signal used for communication with A) the global coordinate system, B) the local coordinate system, or C) one base station device 10 (reference base station device). It may be based on any of the arrival directions.
  • the information is referred to as base station direction information by the reference base station.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining base station direction information by the global coordinate system in the present embodiment.
  • the base station direction information in the global coordinate system includes, for example, information indicating an azimuth angle ⁇ globe (horizontal direction, azimuth angle) with respect to a global coordinate with the zenith direction as the z-axis direction and magnetic north as the y-axis direction, and the zenith angle information indicating ⁇ globe (vertical direction, zenith angle).
  • the terminal device 20 includes a gravity (acceleration) sensor and a geomagnetic sensor.
  • the reverse direction of the gravity direction detected by the gravity (acceleration) sensor is defined as the z-axis direction
  • the magnetic north direction detected by the geomagnetic sensor is defined as the y-axis direction.
  • the base station direction information based on the global coordinate system may include information indicating these x, y, and z.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the base station direction information by the local coordinate system in the present embodiment.
  • the base station direction information by the local coordinate system is, for example, the horizontal (horizontal) direction of the array antenna 21 in the x ′ ′′ axis direction, the vertical (vertical) direction in the z ′ ′′ axis direction, and the plane of the array antenna 21.
  • This includes information indicating the horizontal direction ⁇ local and information indicating the vertical direction ⁇ local with reference to local coordinates whose vertical direction is the y ′ ′′ axis direction.
  • the base station direction information by the local coordinate system is the x ′ ′′, y ′.
  • Information indicating '', z ''' may be included.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the angle of arrival detected using the array antenna 21 in the present embodiment and the direction based on the local coordinate system.
  • the angle in the arrangement direction of the antenna elements is detected.
  • the antenna elements of the array antenna 21 are arranged in the horizontal direction and the vertical direction, the horizontal direction being the x-axis direction and the vertical direction being the z-axis direction.
  • the horizontal direction ⁇ of the arrival angle detected using the array antenna 21 coincides with the horizontal direction ⁇ local of FIG.
  • the vertical direction ⁇ of the arrival angle detected using the array antenna 21 is different from the vertical direction ⁇ local in FIG. 7, it can be converted by the equation (3).
  • the control unit 23 of the terminal device 20 uses the equation (3) to calculate the horizontal direction ⁇ local and the vertical direction ⁇ from the horizontal direction ⁇ of the arrival angle detected using the array antenna 21 and the vertical direction ⁇ of the arrival angle.
  • local is obtained, and information indicating these is used as base station direction information.
  • the base station direction information by the local coordinate system may include information indicating the horizontal direction ⁇ of the arrival angle and information indicating the vertical direction ⁇ of the arrival angle.
  • the base station direction information in the local coordinate system is information (for example, PMI; Precoding Matrix Indicator, CRI; CSI-RS Resource Indicator) indicating settings for the terminal device 20 for generating beams in the horizontal direction ⁇ and the vertical direction ⁇ . , SRI; SRS Resource Indicator).
  • CRI is information indicating one or more of a plurality of channel state information reference signal (CSI-RS) resources
  • SRI is information indicating one or more of a plurality of SRS resources.
  • the base station direction information when the base station direction information is base station direction information in the local coordinate system, the base station direction information may include information (coordinate conversion information) indicating the relationship between the global coordinate system and the local coordinate system.
  • This coordinate conversion information is, for example, information indicating rotation for converting the local coordinate system to the global coordinate system. This rotation may be expressed by Euler angles (for example, yaw angle ⁇ , roll angle ⁇ , pitch angle ⁇ ), or may be expressed by a quaternion.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining rotation by the Euler angle. In FIG.
  • Rotation by quaternion is expressed by equation (4) using the rotation vector q.
  • v is a vector in the local coordinate system
  • u is a vector in the global coordinate system.
  • the rotation vector q is expressed by the equation (5) as the rotation axis n and the rotation amount ⁇ .
  • the terminal device 20 uses a sensor to determine a global coordinate system, if a different sensor is used for each terminal device, there may be a problem of variation in the global coordinate system between the terminal devices. In some cases, it is difficult to estimate the global coordinate system due to the influence of surrounding buildings. For this reason, the base station direction information and the coordinate conversion information in the global coordinate system may include information indicating the estimation performance of the global coordinate system, such as a variance value of global coordinate error and reliability information.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining base station direction information by a reference base station (reference cell) in the present embodiment.
  • the x-axis, y-axis, and z-axis are global coordinate systems
  • the base station device 10a is a reference base station
  • the base station device 10b is an adjacent base station (adjacent cell).
  • the base station direction information by the reference base station of the base station apparatus 10b includes information indicating a relative zenith angle ⁇ globe obtained by subtracting the zenith angle of the base station apparatus 10a from the zenith angle of the base station apparatus 10b, and the base station apparatus 10b.
  • the reference base station may be selected by the control unit 23 of the terminal device 20 so that the base station direction information by the reference base station includes information indicating the reference base station.
  • the x-axis, y-axis, and z-axis are in the global coordinate system, it is only necessary that at least one of these three axes matches the global coordinate system. Further, when using the base station direction information by the reference base station, it is important that the positioning reference signal from the reference base station is transmitted by a direct wave (direct path). You may select the transmission source of the signal with the largest reception power as a reference base station. Alternatively, any one of the base station devices 10a, 10b, 10c, and 10d selects the base station device 10 having the highest received power of the signal from the terminal device 20 as a reference base station and notifies the terminal device 20 Also good.
  • the base station direction information by the reference base station may be information indicating an angle formed by the arrival direction of the signal from the base station apparatus 10b and the arrival direction of the signal from the base station apparatus 10a.
  • the terminal device 20 does not have to report the base station direction information of the reference base station to the location server 40.
  • FIG. 11 is a sequence diagram illustrating an operation example of the mobile communication system 50 in the present embodiment.
  • the operation example illustrated in FIG. 11 is an example in which the terminal device 20 transmits base station direction information in the global coordinate system to the location server 40.
  • each of the base station devices 10 detects the arrival direction of the signal from the terminal device 20 in the global coordinate system (Sa1).
  • each of the base station devices 10 transmits terminal direction information indicating the detected arrival direction to the location server 40 (Sa2).
  • the terminal device 20 performs the following sequences Sa3 to Sa5.
  • the control unit 23 of the terminal device 20 calculates a conversion parameter (coordinate conversion information) from the local coordinate system to the global coordinate system (Sa3).
  • the receiving unit 22 of the terminal device 20 detects the arrival direction (arrival angle) of the positioning reference signal of each base station device 10 (Sa4).
  • the control unit 23 of the terminal device 20 converts the detected arrival direction into the arrival direction based on the global coordinate system to generate base station direction information (Sa5).
  • the transmitter 24 transmits the base station direction information to the location server 40 (Sa6).
  • the location server 40 calculates the position of the terminal device 20 using the terminal direction information acquired from each base station device 10 and the base station direction information regarding each base station device 10 acquired from the terminal device 20 (Sa7). .
  • the terminal device 20 When the terminal device 20 transmits base station direction information based on the local coordinate system to the location server 40, the terminal device 20 has the following two sequences Sa5 'and Sa6' instead of the sequences Sa5 and Sa6 in FIG.
  • the transmission unit 24 of the terminal device 20 transmits the base station direction information and the coordinate conversion information to the location server 40 using the local coordinate system.
  • the location server 40 converts the base station direction information in the local coordinate system received from the terminal device 20 into base station direction information in the global coordinate system using the coordinate conversion information.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a method for determining whether or not a signal in this embodiment is transmitted by a reflected wave.
  • the method shown in FIG. 12 is an example in the case of using base station direction information based on the global coordinate system and terminal direction information based on the global coordinate system.
  • the azimuth angle ⁇ globe of the base station direction information of a certain base station device 10 by the global coordinate system and the base station device by the global coordinate system The absolute value of the difference from the azimuth angle ⁇ p of the terminal direction information at 10 is ⁇ .
  • the position measurement unit 42 of the location server 40 takes the difference between the absolute value of the value obtained by subtracting ⁇ p from ⁇ globe and ⁇ , and when the absolute value exceeds a predetermined threshold, it is transmitted by the reflected wave. It is determined that Furthermore, the same applies to the zenith angle ⁇ globe of the base station direction information of a certain base station device 10 in the global coordinate system and the zenith angle ⁇ p of the terminal direction information in the base station device 10 in the global coordinate system.
  • position measuring unit 42 determines the absolute value of the value obtained by subtracting the mu p from theta globe, taking the difference between [pi, when its absolute value exceeds a predetermined threshold value, and is transmitted by the reflected wave. In any of these two determinations, the position measurement unit 42 determines that the signal is transmitted by a direct wave when the threshold value is not exceeded. Note that the threshold values in these two determinations may not be the same.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining another method for determining whether or not a signal is transmitted by a reflected wave in the present embodiment.
  • the method shown in FIG. 13 is an example in the case of using base station direction information based on the local coordinate system and terminal direction information based on the global coordinate system.
  • the global coordinates As shown in FIG. 13, when the signal is transmitted by the direct wave is due to the local coordinate system, and a value obtained by subtracting the phi d from the azimuth angle phi local base station direction information of the certain base station device 10, the global coordinates
  • the absolute value of the difference from the azimuth angle ⁇ p of the terminal direction information in the base station apparatus 10 by the system is ⁇ .
  • ⁇ d is a rotation angle around the z-axis for converting the local coordinate system to the global coordinate system.
  • Position measuring section 42 a value obtained by subtracting phi d from phi local, and the absolute value of the difference between [rho p, taking the difference between [pi, when the absolute exceeds a predetermined threshold value, it is transmitted by reflected wave It is determined that The same determination is made for the zenith angle. In this case instead of the phi d, using a rotational angle about a vertical axis perpendicular, and in the base station direction in the zenith direction for converting the global coordinate system local coordinate system. In any of these two determinations, the position measurement unit 42 determines that the signal is transmitted by a direct wave when the threshold value is not exceeded. Note that the threshold values in these two determinations may not be the same.
  • FIG. 14 is a sequence diagram illustrating another example of the operation of the mobile communication system 50 in the present embodiment.
  • the operation example illustrated in FIG. 14 is an example in which the terminal device 20 transmits base station direction information from the reference base station to the location server 40.
  • each base station apparatus 10 performs sequences Sa1 and Sa2.
  • the terminal device 20 performs the following sequences Sb3 to Sb5.
  • the control unit 23 of the terminal device 20 selects a reference base station from the base station devices 10 (Sb3).
  • the receiving part 22 detects the arrival angle (arrival direction) of the positioning reference signal from each base station apparatus 10 (Sb4).
  • the control unit 23 calculates the difference between each arrival direction of the base station device 10 other than the reference base station and the arrival direction of the reference base station (Sb5), and generates base station direction information indicating the calculated value. To do.
  • the transmission unit 24 transmits the base station direction information to the location server 40 (Sb6).
  • the location server 40 uses the terminal direction information acquired from each base station apparatus 10 and the base station direction information regarding each base station apparatus 10 excluding the reference base station acquired from the terminal apparatus 20 to determine the position of the terminal apparatus 20. Calculate (Sb7).
  • FIG. 15 is a diagram illustrating another method for determining whether or not a signal in the present embodiment is transmitted by a reflected wave.
  • the method shown in FIG. 15 is an example in the case of using base station direction information ⁇ globe by a reference base station and terminal direction information ⁇ r and ⁇ p by a global coordinate system.
  • the base station apparatus 10a is a reference base station. Therefore, the terminal direction information ⁇ r is terminal direction information in the reference base station, and the base station direction information ⁇ globe is base station direction information of the base station apparatus 10b.
  • the position measuring unit 42 of the location server 40 assumes a triangle whose apexes are points obtained by projecting the base station device 10a, the base station device 10b, and the terminal device 20 onto a horizontal plane, and the sum of the internal angles, ⁇ , When the difference between the two exceeds a predetermined threshold, it is determined that the positioning reference signal of the base station apparatus 10b is transmitted by the reflected wave.
  • the position measurement unit 42 makes the same determination for the zenith angle. In any of these two determinations, the position measurement unit 42 determines that the signal is transmitted by a direct wave when the threshold value is not exceeded. Note that the threshold values in these two determinations may not be the same.
  • the terminal device 20 may use the angle of arrival detected using a signal other than the positioning reference signal as the base station direction information.
  • the base station direction information information indicating the transmission direction (transmission beam direction) of the transmission signal to the base station apparatus 10 may be used instead of the arrival angle. That is, the base station direction information may be information indicating a transmission direction of a signal used for communication between the terminal device 20 and the base station device 10 and indicating a transmission direction detected by the terminal device 20.
  • the terminal direction information may be information indicating the transmission direction of a signal used for communication between the terminal apparatus 20 and the base station apparatus 10 and indicating the transmission direction detected in the base station apparatus 10.
  • the position measurement unit 42 calculates the distance between the base station device 10 and the terminal device 20 calculated based on the transmission time of the signal between the base station device 10 and the terminal device 20 instead of the terminal direction information. 10 or the terminal device 20 and the position of the terminal device 20 may be measured.
  • the position measurement unit 42 determines the base station apparatus whose signal is transmitted by the reflected wave using the base station direction information, and measures the position of the terminal apparatus 20 based on the determination result. Thereby, it is possible to suppress a decrease in position measurement accuracy when a signal between any one of the base station apparatus 10 and the terminal apparatus 20 is transmitted by a reflected wave.
  • the location server 40 measures the position of the terminal device 20 except for the terminal direction information related to the signal transmitted by the reflected wave.
  • the location server 40 estimates the reflection position of the signal and measures the position of the terminal device 20 using the terminal direction information related to the signal transmitted by the reflected wave.
  • the information acquisition unit 41 also acquires transmission (propagation) distance information in addition to base station direction information and terminal direction information.
  • the transmission distance information is information indicating a signal transmission (propagation) distance between each base station apparatus 10 and the terminal apparatus 20. This transmission distance information is calculated by the base station device 10 or the terminal device 20 based on the round trip time of signals between devices. Alternatively, the transmission distance between the base station apparatus 10 (reference base station) serving as a reference and the terminal apparatus 20 is calculated based on the round trip time, and transmission between other base station apparatuses 10 (adjacent base stations) and the terminal apparatus 20 is performed. The distance is calculated based on the difference between the arrival time of the signal from the reference base station and the arrival time of the signal from the base station apparatus 10.
  • the position measuring unit 42 in the present embodiment first estimates the temporary position of the terminal device 20 in the same manner as in the first embodiment. Next, the position measuring unit 42 uses the transmission distance information regarding the base station apparatus 10 that has determined that the signal is transmitted by (one time) reflected wave, and the estimated temporary position of the terminal apparatus 20. The position is estimated again. The position measuring unit 42 repeats the estimation of the position of the terminal device 20 using the transmission distance information and the temporary position until the predetermined end condition is satisfied, using the re-estimated position of the terminal device 20 as a temporary position. The estimated temporary position is set as the position of the terminal device 20. The end condition is, for example, the number of repetitions.
  • the position measuring unit 42 estimates the position of the terminal device 20 using the distance information and the temporary position as follows, for example. First, based on the terminal direction information, the position measurement unit 42 calculates a reflection position at which the transmission distance to the temporary position is the distance indicated by the transmission distance information on the straight line extended from the base station device 10 as the reflection position calculated this time. And The position measurement unit 42 uses the reflection position, the base station direction information of the corresponding base station apparatus 10, and the terminal direction information of each base station apparatus 10 that determines that the signal is transmitted by direct waves. The position of the terminal device 20 is estimated again.
  • the position measurement unit 42 determines that the direction opposite to the base station direction information of the corresponding base station apparatus 10 is the direction of the terminal apparatus 20 and that the signal is transmitted by direct waves. For each base station apparatus 10, the position of the terminal apparatus 20 is estimated by the triangulation method or the least square method with the direction of the terminal direction information as the direction of the terminal apparatus 20. In addition, when using a reflected wave, since the parameter to estimate increases compared with the case where a direct wave is used, reliability will become low. Therefore, the position measuring unit 42 may estimate the temporary position in consideration of the reliability of the direct wave and the reflected wave.
  • the position measurement unit 42 in the present embodiment uses the base station direction information to determine the base station apparatus whose signal is transmitted by the reflected wave, and based on the determination result, the reflection position of the reflected wave And the position of the terminal device 20 is measured. Thereby, it is possible to suppress a decrease in position measurement accuracy when a signal between any one of the base station apparatus 10 and the terminal apparatus 20 is transmitted by a reflected wave.
  • a program for realizing the functions (or partial functions) of the base station device 10, the terminal device 20, and the location server 40 in FIG. 2 is recorded on a computer-readable recording medium, and recorded on this recording medium.
  • the base station device 10, the terminal device 20, and the location server 40 may be realized by causing the computer system to read and execute the program.
  • the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices.
  • the “computer-readable recording medium” means a storage device such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Furthermore, the “computer-readable recording medium” dynamically holds a program for a short time like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory in a computer system serving as a server or a client in that case, and a program that holds a program for a certain period of time are also included.
  • the program may be a program for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system.
  • the functional blocks of the base station device 10, the terminal device 20, and the location server 40 in FIG. 2 described above may be individually chipped, or a part or all of them may be integrated into a chip.
  • the method of circuit integration is not limited to LSI, and implementation using a dedicated circuit or a general-purpose processor is also possible. Either hybrid or monolithic may be used. Some of the functions may be realized by hardware and some by software.
  • an integrated circuit based on the technology can be used.
  • One embodiment of the present invention is used in, for example, a communication system, a communication device (for example, a mobile phone device, a base station device, a wireless LAN device, or a sensor device), an integrated circuit (for example, a communication chip), a program, or the like. be able to.
  • a communication device for example, a mobile phone device, a base station device, a wireless LAN device, or a sensor device
  • an integrated circuit for example, a communication chip
  • a program or the like.

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Abstract

少なくとも一つの基地局装置との通信に用いられる信号の伝達方向を検出する受信部と、検出した伝達方向を示す基地局方向情報を、ロケーションサーバに送信する送信部とを備える端末装置。

Description

端末装置、ロケーションサーバ、位置測定方法、およびプログラム
　本発明は、端末装置、ロケーションサーバ、位置測定方法、およびプログラムに関する。
　本願は、２０１７年３月１０日に日本に出願された特願２０１７－０４６７８６号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　３ＧＰＰ（3rdGeneration Partnership Project）のＬＴＥ（Long Term Evolution）では、端末装置の位置を測定、管理するためのポジショニングプロトコル（LPP、LTE Positioning Protocol）が規定されている（非特許文献１、非特許文献２参照）。このポジショニングプロトコルでは、基地局装置(eNB、eNodeB)が取得した端末装置（移動局装置、UE、Use Equipment）からの信号の到来角や、端末装置との間の信号の伝送時間の情報などに基づき、ロケーションサーバ（E-SMLC/SLP、Enhanced Serving Mobile Location Centre、Evolved Serving Mobile Centre、SUPL (Secure User Plane Location) Location Platform）が端末装置の位置を算出している。
　しかしながら、基地局装置が取得した端末装置からの信号の到来角や、端末装置との間の信号の伝送時間の情報などに基づく、端末装置の位置の測定においては、これらの信号が基地局装置と端末装置との間の直接波ではなく、反射波により伝送されているときに、位置の測定精度が低下してしまうことがあるという問題がある。
　本発明の一態様は、このような事情に鑑みてなされたもので、基地局装置と端末装置との間の信号が反射波により伝送されているときの、位置の測定精度の低下を抑えることができる端末装置、ロケーションサーバ、位置測定方法、およびプログラムを提供する。
（１）この発明の一態様は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様は、少なくとも一つの基地局装置との通信に用いられる信号の伝達方向を検出する受信部と、前記検出した伝達方向を示す基地局方向情報を、端末装置の位置を算出するロケーションサーバに送信する送信部とを備える端末装置である。
（２）また、本発明の他の態様は、上述した端末装置であって、前記基地局方向情報は、一つの基地局装置との通信に用いる信号の伝達方向、グローバル座標系、あるいはローカル座標系のいずれかを基準にして、前記検出した伝達方向を示す。
（３）また、本発明の他の態様は、上述した端末装置であって、前記基地局方向情報は、複数の基地局装置各々との通信に用いる信号の伝達方向に対して、同じ一つの方向を基準にする。
（４）また、本発明の他の態様は、複数の基地局装置各々で検出された、前記複数の基地局装置各々と端末装置との通信に用いられる信号の伝達方向を示す端末方向情報と、前記端末装置で検出された、前記複数の基地局装置のうち少なくとも一つと前記端末装置との通信に用いられる信号の伝達方向を示す基地局方向情報とを取得する情報取得部と、前記端末方向情報と前記基地局方向情報とに基づいて、前記端末装置の位置を算出する位置測定部とを備えるロケーションサーバである。
（５）また、本発明の他の態様は、上述したロケーションサーバであって、前記位置測定部は、前記端末方向情報と前記基地局方向情報とに基づき、前記複数の基地局装置のうち、前記端末装置との通信に用いられる信号が反射波による信号である基地局装置を検出し、該検出結果と、前記端末方向情報もしくは前記基地局方向情報とを用いて、前記端末装置の位置を算出する。
（６）また、本発明の他の態様は、上述したロケーションサーバであって、前記情報取得部は、前記複数の基地局装置のうち少なくとも一つの基地局装置と、前記端末装置との間の信号の伝送距離を取得し、前記位置測定部は、前記端末装置の位置を算出する際に、前記伝送距離を用いる。
（７）また、本発明の他の態様は、少なくとも一つの基地局装置との通信に用いられる信号の伝達方向を検出する第１の過程と、前記検出した伝達方向を示す基地局方向情報を、端末装置の位置を算出するロケーションサーバに送信する第２の過程とを有する位置測定方法である。
（８）また、本発明の他の態様は、複数の基地局装置各々で検出された、前記複数の基地局装置各々と端末装置との通信に用いられる信号の伝達方向を示す端末方向情報と、前記端末装置で検出された、前記複数の基地局装置のうち少なくとも一つと前記端末装置との通信に用いられる信号の伝達方向を示す基地局方向情報とを取得する第１の過程と、前記端末方向情報と前記基地局方向情報とに基づいて、前記端末装置の位置を算出する第２の過程とを有する位置測定方法である。
（９）また、本発明の他の態様は、コンピュータを、少なくとも一つの基地局装置との通信に用いられる信号の伝達方向を検出する受信部、前記検出した伝達方向を示す基地局方向情報を、端末装置の位置を算出するロケーションサーバに送信する送信部として機能させるためのプログラムである。
（１０）また、本発明の他の態様は、コンピュータを、複数の基地局装置各々で検出された、前記複数の基地局装置各々と端末装置との通信に用いられる信号の伝達方向を示す端末方向情報と、前記端末装置で検出された、前記複数の基地局装置のうち少なくとも一つと前記端末装置との通信に用いられる信号の伝達方向を示す基地局方向情報とを取得する情報取得部、前記端末方向情報と前記基地局方向情報とに基づいて、前記端末装置の位置を算出する位置測定部として機能させるためのプログラムである。
　この発明の一態様によれば、基地局装置と端末装置との間の信号が反射波により伝送されているときの、位置の測定精度の低下を抑えることができる。
この発明の第１の実施形態による移動体通信システム５０の構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態における移動体通信システム５０の各装置間の通信を示す概略ブロック図である。 同実施形態における端末装置２０の構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態における受信部２２の構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態におけるロケーションサーバ４０の構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態におけるグローバル座標系による基地局方向情報を説明する図である。 同実施形態におけるローカル座標系による基地局方向情報を説明する図である。 同実施形態におけるアレイアンテナ２１を用いて検出される到来角とローカル座標系による方向の関係を説明する図である。 オイラー角による回転を説明する図である。 同実施形態におけるリファレンス基地局による基地局方向情報を説明する図である。 同実施形態における移動体通信システム５０の動作例を説明するシーケンス図である。 同実施形態における信号が反射波により伝送されているか否かを判定する方法を説明する図である。 同実施形態における信号が反射波により伝送されているか否かを判定する別の方法を説明する図である。 同実施形態における移動体通信システム５０の別の動作例を説明するシーケンス図である。 同実施形態における信号が反射波により伝送されているか否かを判定する別の方法を説明する図である。
（第１の実施形態）
　以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、この発明の第１の実施形態による移動体通信システム５０の構成を示す概略ブロック図である。移動体通信システム５０は、基地局装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、端末装置２０、コアネットワーク３０、ロケーションサーバ４０を含む。基地局装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、端末装置２０と無線通信する。また、基地局装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、コアネットワーク３０を介してロケーションサーバ４０と接続されている。ロケーションサーバ４０は、端末装置２０の２次元又は３次元の位置（座標）を算出する。後述するように端末装置２０とロケーションサーバ４０とは、ポジショニングプロトコル（例えばLPP）による通信を行なうが、この通信は、基地局装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄと、コアネットワーク３０とにより中継される。また、ロケーションサーバ４０と基地局装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄとは、ポジショニングプロトコルＡ（例えばLPPa）による通信を行なうが、この通信は、コアネットワーク３０により中継される。
　図２は、本実施形態における移動体通信システム５０の各装置間の通信を示す概略ブロック図である。図１において、移動体通信システム５０は、４つの基地局装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを含んでいるが、図２における基地局装置１０は、これら４つの基地局装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを代表している。図２に示すように、基地局装置１０は、ポジショニング参照信号（Positioning RS、PRS）のような位置推定のための下りリンク信号を送信する。端末装置２０は、例えば、このポジショニング参照信号を用いて到来角や伝搬遅延時間（伝搬距離、伝送距離）などの位置推定に関する測定情報（観測情報）を検出（推定）する。なお、端末装置２０は、到来角や伝搬遅延時間など、複数種類の測定情報をポジショニング参照信号から検出（推定）することができる。また、端末装置２０は、ある下りリンク信号を用いて到来角を推定し、別の下りリンク信号を用いて伝搬遅延時間を推定することもできる。また、端末装置２０は、ロケーションサーバ４０と、ポジショニングプロトコル（LPP）による通信を行なう。端末装置２０は、検出した到来角（到来方向）を示す情報（基地局方向情報）や伝搬遅延時間（伝搬距離、伝送距離）などを位置情報（Location Information）として、このポジショニングプロトコルによる通信でロケーションサーバ４０に送信（報告）する。
　なお、端末装置２０は、ロケーションサーバ４０から位置情報を要求された場合に、位置情報をロケーションサーバ４０に送信する。例えば、端末装置２０は、位置情報として、基地局方向情報、伝搬遅延時間、又は基地局方向情報及び伝搬遅延時間の報告が要求される。またロケーションサーバ４０は、位置情報測定のアシストデータを端末装置２０に送信することができる。例えば、アシストデータは基地局装置（セル）の設定情報を含む。基地局装置（セル）の設定情報は、物理セルＩＤ、キャリア周波数、アンテナポート数、ＰＲＳ情報の一部又は全部を含む。ＰＲＳ情報は、ＰＲＳが送信される帯域幅やサブフレーム、ＰＲＳが配置されるリソースエレメントを示す。リソースエレメントは、１サブキャリアと１ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）シンボルで定義される。また、リファレンス基地局装置（リファレンスセル）がある場合、基地局装置（セル）の設定情報は、リファレンス基地局装置（リファレンスセル）の設定情報と隣接基地局装置（隣接セル）の設定情報を含む。リファレンス基地局装置（リファレンスセル）の設定情報と隣接基地局装置（隣接セル）の設定情報の各々は、物理セルＩＤ、キャリア周波数、アンテナポート数、ＰＲＳ情報の一部又は全部を含む。
　また、位置情報は２次元又は３次元の位置推定のための情報であり、端末装置２０はロケーションサーバ４０からの指示に基づいて対応する位置情報を求める。また、端末装置２０は３次元の位置情報を要求された場合、２次元の位置情報と気圧センサ等から求めた高さ情報（海抜、標高など）を３次元の位置情報としてロケーションサーバ４０に送信することができる。
　基地局装置１０は、端末装置２０からの信号（例えばSounding RS (SRS)、Demodulation RS (DMRS)）の到来角（到来方向）を検出（推定）する。基地局装置１０は、ロケーションサーバ４０と、ポジショニングプロトコルＡ（LPPa）による通信を行なう。基地局装置１０は、検出した到来角を示す情報（端末方向情報）を、このポジショニングプロトコルＡによる通信でロケーションサーバ４０に送信する。ロケーションサーバ４０は、ポジショニングプロトコルによる通信で、端末装置２０から基地局方向情報を取得し、ポジショニングプロトコルＡによる通信で、基地局装置１０から端末方向情報を取得する。ロケーションサーバ４０は、取得した基地局方向情報と端末方向情報とに基づき、端末装置２０が受信したポジショニング参照信号が、基地局装置１０からの反射波（反射パス）により伝送されたものであるか否かを判定する。ロケーションサーバ４０は、ポジショニング参照信号が反射波により伝送されたものであるときは、そのポジショニング参照信号の送信元の基地局装置１０から取得した端末方向情報を除いた端末方向情報を用いて、端末装置２０の位置を測定する。
　図３は、本実施形態における端末装置２０の構成を示す概略ブロック図である。端末装置２０は、アレイアンテナ２１、受信部２２、制御部２３、送信部２４を含む。アレイアンテナ２１は、複数のアンテナ素子が、２次元平面に配列されたアレイアンテナである。
受信部２２は、アレイアンテナ２１を用いて、基地局装置１０からの信号を受信し、その信号を復号することで、受信データを生成する。また、受信部２２は、アレイアンテナ２１を用いて基地局装置１０からのポジショニング参照信号の到来角を検出する。
　制御部２３は、端末装置２０の全体を制御する。例えば、制御部２３は、受信部２２から取得した受信データ、ユーザによる端末装置２０に対する入力、アプリケーションの実行などに基づき送信データを生成し、送信部２４に入力する。本実施形態における制御部２３は、受信部２２が検出した到来角であって、少なくとも一つの基地局装置１０からのポジショニング参照信号の到来角を示す基地局方向情報を、ポジショニングプロトコルによるロケーションサーバ４０宛ての送信データとして、送信部２４に入力する。送信部２４は、入力された送信データを符号化および変調することで、送信信号を生成する。送信部２４は、生成した送信信号をアレイアンテナ２１を介して、基地局装置１０に送信する。
　図４は、本実施形態における受信部２２の構成を示す概略ブロック図である。受信部２２は、コンバイナ部２２１、無線部２２２、受信処理部２２３を含む。コンバイナ部２２１は、アレイアンテナ２１の各アンテナ素子による受信信号に対して、位相回転を与えた後に合成することで、特定の到来角の信号を抽出する。無線部２２２は、コンバイナ部２２１が抽出した信号をダウンコンバートおよびアナログデジタル変換して、デジタルベースバンド信号を生成する。受信処理部２２３は、デジタルベースバンド信号を復号して、受信データを生成する。また、受信処理部２２３は、コンバイナ部２２１が抽出する信号の到来角を変化させて、どの到来角のときに、デジタルベースバンド信号に、いずれの基地局装置１０のポジショニング参照信号が含まれているかを判定することで、各基地局装置１０からのポジショニング参照信号の到来角を検出（推定）する。
　図５は、本実施形態におけるロケーションサーバ４０の構成を示す概略ブロック図である。ロケーションサーバ４０は、情報取得部４１、位置測定部４２、位置情報記憶部４３を含む。情報取得部４１は、ポジショニングプロトコルにより、端末装置２０と通信して、少なくとも一つの基地局装置１０からのポジショニング参照信号の到来角を示す基地局方向情報を取得する。また、情報取得部４１は、ポジショニングプロトコルＡにより、各基地局装置１０と通信して、端末方向情報を取得する。
　位置測定部４２は、情報取得部４１が取得した基地局方向情報と、端末方向情報とに基づき、基地局装置１０のうち、受信したポジショニング参照信号が反射波により伝送されているものを判定する。位置測定部４２は、そのポジショニング参照信号が反射波により伝送されていると判定された基地局装置１０を除いた基地局装置１０により検出された端末方向情報を用いて、端末装置２０の位置を測定する。位置の測定には、公知の方法、例えば、三角測量法や最小２乗法を用いることができる。位置測定部４２は、測定した位置を示す位置情報を位置情報記憶部４３に記憶させる。
　以下、基地局方向情報について、詳細に説明する。端末装置２０がロケーションサーバ４０に送信する基地局方向情報は、Ａ）グローバル座標系、Ｂ）ローカル座標系、あるいは、Ｃ）一つの基地局装置１０（リファレンス基地局装置）との通信に用いる信号の到来方向のいずれを基準とするものであってもよい。以降、Ａ）の場合の基地局方向情報を、グローバル座標系による基地局方向情報、Ｂ）の場合の基地局方向情報を、ローカル座標系による基地局方向情報、Ｃ）の場合の基地局方向情報を、リファレンス基地局による基地局方向情報という。
　図６は、本実施形態におけるグローバル座標系による基地局方向情報を説明する図である。グローバル座標系による基地局方向情報は、例えば、天頂方向をｚ軸方向、磁北をｙ軸方向とするグローバル座標を基準として、方位角φｇｌｏｂｅ（水平方向、azimuth angle）を示す情報と、天頂角θｇｌｏｂｅ（垂直方向、zenith angle）を示す情報とを含む。例えば、端末装置２０は、重力（加速度）センサと、地磁気センサとを備え、重力（加速度）センサにより検出した重力方向の逆方向をz軸方向とし、地磁気センサにより検出した磁北方向をｙ軸方向とする。このとき、方向ベクトル（ｘ　ｙ　ｚ）は、式（１）によって表されるので、グローバル座標系による基地局方向情報は、これらのｘ、ｙ、ｚを示す情報を含んでいてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
　図７は、本実施形態におけるローカル座標系による基地局方向情報を説明する図である。ローカル座標系による基地局方向情報は、例えば、アレイアンテナ２１の横（水平）方向をｘ’’’軸方向、縦（垂直）方向をｚ’’’軸方向、アレイアンテナ２１の面に対して垂直な方向をｙ’’’軸方向とするローカル座標を基準として、水平方向φｌｏｃａｌを示す情報と、垂直方向θｌｏｃａｌを示す情報とを含む。このとき、方向ベクトル（ｘ’’’　ｙ’’’　ｚ’’’）は、式（２）によって表されるので、ローカル座標系による基地局方向情報は、これらのｘ’’’、ｙ’’’、ｚ’’’を示す情報を含んでいてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  
　図８は、本実施形態におけるアレイアンテナ２１を用いて検出される到来角とローカル座標系による方向の関係を説明する図である。アレイアンテナ２１を用いた到来角の検出では、アンテナ素子の配列方向の角度が検出される。図８では、アレイアンテナ２１のアンテナ素子が横方向と縦方向とに配列されており、その横方向をｘ軸方向、縦方向をｚ軸方向としている。このとき、アレイアンテナ２１を用いて検出される到来角の横方向φは、図７の水平方向φｌｏｃａｌと一致している。しかし、アレイアンテナ２１を用いて検出される到来角の縦方向ψは、図７の垂直方向θｌｏｃａｌとは異なるが、式（３）によって変換できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  
　端末装置２０の制御部２３は、式（３）を用いて、アレイアンテナ２１を用いて検出された到来角の横方向φと到来角の縦方向ψとから、水平方向φｌｏｃａｌと垂直方向θｌｏｃａｌとを求め、これらを示す情報を基地局方向情報とする。なお、ローカル座標系による基地局方向情報が、到来角の横方向φを示す情報と、到来角の縦方向ψを示す情報とを含むようにしてもよい。また、ローカル座標系による基地局方向情報は、横方向φ、縦方向ψのビームを生成するための端末装置２０に対する設定を示す情報（例えば、PMI; Precoding Matrix Indicator、CRI; CSI-RS Resource Indicator、SRI; SRS Resource Indicator）であってもよい。なお、ＣＲＩは複数のチャネル状態情報参照信号（CSI-RS）リソースのうち１又は複数を示す情報、ＳＲＩは複数のＳＲＳリソースのうち１又は複数を示す情報である。複数のCSI-RSリソース又は複数のSRSリソースは、それぞれ異なるビームフォーミング（プリコーディング）される場合、そのリソースのインデックスは到来角（到来方向）を示す。
　さらに、基地局方向情報が、ローカル座標系による基地局方向情報である場合は、基地局方向情報に、グローバル座標系とローカル座標系との関係を示す情報（座標変換情報）を含んでよい。この座標変換情報は、例えば、ローカル座標系を、グローバル座標系に変換するための回転を示す情報である。この回転は、オイラー角（例えば、ヨー角α、ロール角β、ピッチ角γ）で表してもよいし、四元数（quaternion）で表してもよい。図９は、オイラー角による回転を説明する図である。図９では、ローカル座標系ｘ’’’、ｙ’’’、ｚ’’’を、ｚ’’’軸回りにα回転させると座標系ｘ’’、ｙ’’、ｚ’’が得られる。次に、この座標系ｘ’’、ｙ’’、ｚ’’を、ｙ’’軸回りにβ回転させると座標系ｘ’、ｙ’、ｚ’が得られる。次に、この座標系ｘ’、ｙ’、ｚ’を、ｘ’軸回りにγ回転させるとグローバル座標系ｘ、ｙ、ｚが得られる。
　四元数による回転は、回転ベクトルｑを用いて、式（４）で表される。式（４）において、ｖは、ローカル座標系におけるベクトルであり、ｕは、グローバル座標系におけるベクトルである。また、この回転ベクトルｑは、回転軸ｎ、回転量ωとして、式（５）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
  
　なお、端末装置２０は、センサを用いてグローバル座標系を求めるため、端末装置毎に異なるセンサを用いると、端末装置間でのグローバル座標系のばらつきが問題になる場合がある。また周辺の建造物などの影響によりグローバル座標系の推定が困難な場合がある。このため、グローバル座標系による基地局方向情報および座標変換情報は、グローバル座標の誤差の分散値や信頼度情報など、グローバル座標系の推定性能を示す情報を含んでいてもよい。
　図１０は、本実施形態におけるリファレンス基地局（リファレンスセル）による基地局方向情報を説明する図である。図１０において、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸はグローバル座標系であり、基地局装置１０ａがリファレンス基地局であり、基地局装置１０ｂが隣接基地局（隣接セル）である。このとき、基地局装置１０ｂのリファレンス基地局による基地局方向情報は、基地局装置１０ｂの天頂角から基地局装置１０ａの天頂角を引いた相対天頂角Δθｇｌｏｂｅを示す情報と、基地局装置１０ｂの方位角から基地局装置１０ａの方位角を引いた相対方位角Δφｇｌｏｂｅを示す情報とを含む。また、リファレンス基地局を、端末装置２０の制御部２３が選択して、リファレンス基地局による基地局方向情報にリファレンス基地局を示す情報を含むようにしてもよい。
　なお、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸はグローバル座標系であるとしたが、これら３つの軸のうち、少なくとも一つがグローバル座標系と一致していればよい。
　また、リファレンス基地局による基地局方向情報を用いる場合、リファレンス基地局からのポジショニング参照信号が直接波（直接パス）により伝送されていることが重要になるので、端末装置２０の制御部２３は、最も受信電力の大きい信号の送信元をリファレンス基地局として選択してもよい。あるいは、基地局装置１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄのいずれかが、端末装置２０からの信号の受信電力が最も大きい基地局装置１０をリファレンス基地局として選択し、端末装置２０に通知するようにしてもよい。
　また、リファレンス基地局による基地局方向情報は、基地局装置１０ｂからの信号の到来方向と、基地局装置１０ａからの信号の到来方向とがなす角を示す情報であってもよい。なお、リファレンス基地局と端末装置２０が直接波で伝送されている場合、端末装置２０はリファレンス基地局の基地局方向情報をロケーションサーバ４０に報告しなくてもよい。
　図１１は、本実施形態における移動体通信システム５０の動作例を説明するシーケンス図である。図１１に示す動作例は、端末装置２０がグローバル座標系による基地局方向情報を、ロケーションサーバ４０に送信する例である。まず、基地局装置１０の各々が、端末装置２０からの信号の、グローバル座標系における到来方向を検出する（Ｓａ１）。次に、基地局装置１０の各々は、検出した到来方向を示す端末方向情報をロケーションサーバ４０に送信する（Ｓａ２）。
　これらのシーケンスＳａ１、Ｓａ２と並行して、端末装置２０は、以下のシーケンスＳａ３からＳａ５を行う。まず、端末装置２０の制御部２３は、ローカル座標系からグローバル座標系への変換パラメータ（座標変換情報）を算出する（Ｓａ３）。次に、端末装置２０の受信部２２は、基地局装置１０各々のポジショニング参照信号の到来方向（到来角）を検出する（Ｓａ４）。端末装置２０の制御部２３は、検出した到来方向をグローバル座標系による到来方向に変換して基地局方向情報を生成する（Ｓａ５）。送信部２４は、この基地局方向情報を、ロケーションサーバ４０に送信する（Ｓａ６）。ロケーションサーバ４０は、各基地局装置１０から取得した端末方向情報と、端末装置２０から取得した各基地局装置１０に関する基地局方向情報とを用いて、端末装置２０の位置を算出する（Ｓａ７）。
　なお、端末装置２０がローカル座標系による基地局方向情報を、ロケーションサーバ４０に送信する場合は、図１１におけるシーケンスＳａ５、Ｓａ６に変えて、次の２つのシーケンスＳａ５’、Ｓａ６’を有する。シーケンスＳａ５’では、端末装置２０の送信部２４が、ローカル座標系により基地局方向情報と、座標変換情報とを、ロケーションサーバ４０に送信する。シーケンスＳａ６’では、ロケーションサーバ４０は、端末装置２０から受信したローカル座標系による基地局方向情報を、座標変換情報を用いて、グローバル座標系による基地局方向情報に変換する。
　図１２は、本実施形態における信号が反射波により伝送されているか否かを判定する方法を説明する図である。図１２に示す方法は、グローバル座標系による基地局方向情報と、グローバル座標系による端末方向情報とを用いる場合の例である。図１２に示すように、信号が直接波により伝送されているときは、グローバル座標系による、ある基地局装置１０の基地局方向情報の方位角φｇｌｏｂｅと、グローバル座標系による、その基地局装置１０における端末方向情報の方位角ρｐとの差の絶対値は、πとなる。
　そこで、ロケーションサーバ４０の位置測定部４２は、φｇｌｏｂｅからρｐを引いた値の絶対値と、πとの差をとり、その絶対値が所定の閾値を超えるときは、反射波により伝送されていると判定する。さらに、グローバル座標系による、ある基地局装置１０の基地局方向情報の天頂角θｇｌｏｂｅと、グローバル座標系による、その基地局装置１０における端末方向情報の天頂角μｐについても同様であるので、位置測定部４２は、θｇｌｏｂｅからμｐを引いた値の絶対値と、πとの差をとり、その絶対値が所定の閾値を超えるときは、反射波により伝送されていると判定する。位置測定部４２は、これらの２つの判定のいずれにおいても、閾値を超えていないときは、直接波により伝送されていると判定する。なお、これら２つの判定における閾値は同じでなくてもよい。
　図１３は、本実施形態における信号が反射波により伝送されているか否かを判定する別の方法を説明する図である。図１３に示す方法は、ローカル座標系による基地局方向情報と、グローバル座標系による端末方向情報とを用いる場合の例である。図１３に示すように、信号が直接波により伝送されているときは、ローカル座標系による、ある基地局装置１０の基地局方向情報の方位角φｌｏｃａｌからφｄを引いた値と、グローバル座標系による、その基地局装置１０における端末方向情報の方位角ρｐとの差の絶対値は、πとなる。ここで、φｄは、ローカル座標系をグローバル座標系に変換するためのｚ軸まわりの回転角である。
　位置測定部４２は、φｌｏｃａｌからφｄを引いた値と、ρｐとの差の絶対値と、πとの差をとり、その絶対が所定の閾値を超えるときは、反射波により伝送されていると判定する。天頂角についても、同様の判定をする。このときφｄに変えて、ローカル座標系をグローバル座標系に変換するための天頂方向に垂直、かつ基地局方向に垂直な軸まわりの回転角を用いる。位置測定部４２は、これらの２つの判定のいずれにおいても、閾値を超えていないときは、直接波により伝送されていると判定する。なお、これら２つの判定における閾値は同じでなくてもよい。
　図１４は、本実施形態における移動体通信システム５０の別の動作例を説明するシーケンス図である。図１４に示す動作例は、端末装置２０がリファレンス基地局による基地局方向情報を、ロケーションサーバ４０に送信する例である。図１４においても、図１１と同様に、各基地局装置１０は、シーケンスＳａ１、Ｓａ２を行う。これらのシーケンスＳａ１、Ｓａ２と並行して、端末装置２０は、以下のシーケンスＳｂ３からＳｂ５を行う。
まず、端末装置２０の制御部２３は、基地局装置１０の中から、リファレンス基地局を選択する（Ｓｂ３）。次に、受信部２２が、各基地局装置１０からのポジショニング参照信号の到来角（到来方向）を検出する（Ｓｂ４）。制御部２３は、基地局装置１０のうち、リファレンス基地局以外のものの到来方向各々と、リファレンス基地局の到来方向との差分を算出し（Ｓｂ５）、算出した値を示す基地局方向情報を生成する。送信部２４は、この基地局方向情報を、ロケーションサーバ４０に送信する（Ｓｂ６）。ロケーションサーバ４０は、各基地局装置１０から取得した端末方向情報と、端末装置２０から取得したリファレンス基地局を除く各基地局装置１０に関する基地局方向情報とを用いて、端末装置２０の位置を算出する（Ｓｂ７）。
　図１５は、本実施形態における信号が反射波により伝送されているか否かを判定する別の方法を説明する図である。図１５に示す方法は、リファレンス基地局による基地局方向情報Δφｇｌｏｂｅと、グローバル座標系による端末方向情報ρｒ、ρｐとを用いる場合の例である。なお、図１５において、基地局装置１０ａがリファレンス基地局である。したがって、端末方向情報ρｒはリファレンス基地局における端末方向情報であり、基地局方向情報Δφｇｌｏｂｅは基地局装置１０ｂの基地局方向情報である。ロケーションサーバ４０の位置測定部４２は、基地局装置１０aと、基地局装置１０ｂと、端末装置２０とを水平面に投影した各点を頂点とする三角形を想定し、その内角の和と、πとの差が、所定の閾値を超えているときは、基地局装置１０ｂのポジショニング参照信号は反射波により伝送されていると判定する。位置測定部４２は、天頂角についても同様の判定をする。
位置測定部４２は、これらの２つの判定のいずれにおいても、閾値を超えていないときは、直接波により伝送されていると判定する。なお、これら２つの判定における閾値は同じでなくてもよい。
　なお、端末装置２０は、基地局方向情報として、ポジショニング参照信号以外の信号を用いて検出した到来角を用いてもよい。また、基地局方向情報として、到来角に変えて、その基地局装置１０への送信信号の送信方向（送信ビームの方向）を示す情報を用いてもよい。すなわち、基地局方向情報は、端末装置２０と基地局装置１０との通信に用いられる信号の伝達方向であって、端末装置２０において検出された伝達方向を示す情報であればよい。
　また、端末方向情報も、同様に、端末装置２０と基地局装置１０との通信に用いられる信号の伝達方向であって、基地局装置１０において検出された伝達方向を示す情報であればよい。
　また、位置測定部４２は、端末方向情報ではなく、基地局装置１０と端末装置２０との間の信号の伝送時間に基づき算出した基地局装置１０と端末装置２０との距離を、基地局装置１０または端末装置２０から取得して、端末装置２０の位置を測定してもよい。
　このように、位置測定部４２は、基地局方向情報を用いて、その信号が反射波により伝送されている基地局装置を判定し、該判定結果に基づき、端末装置２０の位置を測定する。これにより、いずれかの基地局装置１０と端末装置２０との間の信号が反射波により伝送されているときの、位置の測定精度の低下を抑えることができる。
（第２の実施形態）
　以下、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、ロケーションサーバ４０は、反射波により伝送されている信号に関する端末方向情報を除いて、端末装置２０の位置を測定していた。第２の実施形態では、ロケーションサーバ４０は、信号の反射位置を推定して、反射波により伝送されている信号に関する端末方向情報も用いて、端末装置２０の位置を測定する。
　本実施形態における情報取得部４１は、基地局方向情報、端末方向情報に加えて、伝送（伝搬）距離情報も取得する。伝送距離情報は、各基地局装置１０と、端末装置２０との間の信号の伝送（伝搬）距離を示す情報である。この伝送距離情報は、基地局装置１０または端末装置２０により、装置間の信号のラウンドトリップタイムに基づき算出される。
あるいは、基準となる基地局装置１０（リファレンス基地局）と端末装置２０との伝送距離は、ラウンドトリップタイムに基づき算出され、その他の基地局装置１０（隣接基地局）と端末装置２０との伝送距離は、リファレンス基地局からの信号の到達時刻と、その基地局装置１０からの信号の到達時刻との差に基づき算出される。
　本実施形態における位置測定部４２は、まず、第１の実施形態と同様にして、端末装置２０の仮位置を推定する。次に、位置測定部４２は、その信号が（１回の）反射波により伝送されていると判定した基地局装置１０に関する伝送距離情報と、推定した仮位置とを用いて、端末装置２０の位置を、再度推定する。位置測定部４２は、この再度推定した端末装置２０の位置を仮位置として、伝送距離情報と仮位置とを用いた、端末装置２０の位置の推定を所定の終了条件を満たすまで繰り返し、最後に推定した仮位置を、端末装置２０の位置とする。終了条件は、例えば、繰り返し回数である。
　位置測定部４２は、距離情報と仮位置とを用いた、端末装置２０の位置の推定を、例えば、以下のようにして行う。まず、位置測定部４２は、端末方向情報に基づき、基地局装置１０から延ばした直線上で、仮位置までの伝送距離が、伝送距離情報が示す距離となる反射位置を、今回算出の反射位置とする。位置測定部４２は、この反射位置と、対応する基地局装置１０の基地局方向情報と、その信号が直接波により伝送されていると判定した各基地局装置１０の端末方向情報とを用いて、端末装置２０の位置を再度推定する。具体的には、位置測定部４２は、反射位置に関しては、対応する基地局装置１０の基地局方向情報の反対方向を端末装置２０の方向とし、その信号が直接波により伝送されていると判定した各基地局装置１０に関しては、その端末方向情報の方向を端末装置２０の方向として、三角測量法や最小２乗法により、端末装置２０の位置を推定する。なお、反射波を用いる場合、直接波を用いる場合と比べて推定するパラメータは多くなるため、信頼度は低くなってしまう。従って、位置測定部４２は、直接波と反射波の信頼度を考慮して仮位置を推定してもよい。
　このように、本実施形態における位置測定部４２は、基地局方向情報を用いて、その信号が反射波により伝送されている基地局装置を判定し、該判定結果に基づき、反射波の反射位置を推定して端末装置２０の位置を測定する。これにより、いずれかの基地局装置１０と端末装置２０との間の信号が反射波により伝送されているときの、位置の測定精度の低下を抑えることができる。
　また、図２における基地局装置１０、端末装置２０、ロケーションサーバ４０各々の機能（もしくは一部機能）を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより基地局装置１０、端末装置２０、ロケーションサーバ４０を実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
　また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
　また、上述した図２における基地局装置１０、端末装置２０、ロケーションサーバ４０の各機能ブロックは個別にチップ化してもよいし、一部、または全部を集積してチップ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず、専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。ハイブリッド、モノリシックのいずれでも良い。一部は、ハードウェアにより、一部はソフトウェアにより機能を実現させても良い。
　また、半導体技術の進歩により、ＬＳＩに代替する集積回路化等の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いることも可能である。
　以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
　本発明の一態様は、例えば、通信システム、通信機器（例えば、携帯電話装置、基地局装置、無線ＬＡＮ装置、或いはセンサーデバイス）、集積回路（例えば、通信チップ）、又はプログラム等において、利用することができる。
１０、１０a、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…基地局装置
２０…端末装置
３０…コアネットワーク
４０…ロケーションサーバ
２１…アレイアンテナ
２２…受信部
２３…制御部
２４…送信部
４１…情報取得部
４２…位置測定部
４３…位置情報記憶部
２２１…コンバイナ部
２２２…無線部
２２３…受信処理部

Claims (10)

  1. 　少なくとも一つの基地局装置との通信に用いられる信号の伝達方向を検出する受信部と、
    　前記検出した伝達方向を示す基地局方向情報を、端末装置の位置を算出するロケーションサーバに送信する送信部と
    　を備える端末装置。
  2. 　前記基地局方向情報は、一つの基地局装置との通信に用いる信号の伝達方向、グローバル座標系、あるいはローカル座標系のいずれかを基準にして、前記検出した伝達方向を示す、請求項１に記載の端末装置。
  3. 　前記基地局方向情報は、複数の基地局装置各々との通信に用いる信号の伝達方向に対して、同じ一つの方向を基準にする、請求項１に記載の端末装置。
  4. 　複数の基地局装置各々で検出された、前記複数の基地局装置各々と端末装置との通信に用いられる信号の伝達方向を示す端末方向情報と、前記端末装置で検出された、前記複数の基地局装置のうち少なくとも一つと前記端末装置との通信に用いられる信号の伝達方向を示す基地局方向情報とを取得する情報取得部と、
    　前記端末方向情報と前記基地局方向情報とに基づいて、前記端末装置の位置を算出する位置測定部と
    　を備えるロケーションサーバ。
  5. 　前記位置測定部は、
    　前記端末方向情報と前記基地局方向情報とに基づき、前記複数の基地局装置のうち、前記端末装置との通信に用いられる信号が反射波による信号である基地局装置を検出し、該検出結果と、前記端末方向情報もしくは前記基地局方向情報とを用いて、前記端末装置の位置を算出する、
    　請求項４に記載のロケーションサーバ。
  6. 　前記情報取得部は、前記複数の基地局装置のうち少なくとも一つの基地局装置と、前記端末装置との間の信号の伝送距離を取得し、
    　前記位置測定部は、前記端末装置の位置を算出する際に、前記伝送距離を用いる、
    　請求項４に記載のロケーションサーバ。
  7. 　少なくとも一つの基地局装置との通信に用いられる信号の伝達方向を検出する第１の過程と、
    　前記検出した伝達方向を示す基地局方向情報を、端末装置の位置を算出するロケーションサーバに送信する第２の過程と
    　を有する位置測定方法。
  8. 　複数の基地局装置各々で検出された、前記複数の基地局装置各々と端末装置との通信に用いられる信号の伝達方向を示す端末方向情報と、前記端末装置で検出された、前記複数の基地局装置のうち少なくとも一つと前記端末装置との通信に用いられる信号の伝達方向を示す基地局方向情報とを取得する第１の過程と、
    　前記端末方向情報と前記基地局方向情報とに基づいて、前記端末装置の位置を算出する第２の過程と
    　を有する位置測定方法。
  9. 　コンピュータを、
    　少なくとも一つの基地局装置との通信に用いられる信号の伝達方向を検出する受信部、
    　前記検出した伝達方向を示す基地局方向情報を、端末装置の位置を算出するロケーションサーバに送信する送信部
    　として機能させるためのプログラム。
  10. 　コンピュータを、
    　複数の基地局装置各々で検出された、前記複数の基地局装置各々と端末装置との通信に用いられる信号の伝達方向を示す端末方向情報と、前記端末装置で検出された、前記複数の基地局装置のうち少なくとも一つと前記端末装置との通信に用いられる信号の伝達方向を示す基地局方向情報とを取得する情報取得部、
    　前記端末方向情報と前記基地局方向情報とに基づいて、前記端末装置の位置を算出する位置測定部
    　として機能させるためのプログラム。
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