WO2022091669A1 - 位置推定方法、位置推定システムおよび位置推定装置 - Google Patents

位置推定方法、位置推定システムおよび位置推定装置 Download PDF

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WO2022091669A1
WO2022091669A1 PCT/JP2021/035423 JP2021035423W WO2022091669A1 WO 2022091669 A1 WO2022091669 A1 WO 2022091669A1 JP 2021035423 W JP2021035423 W JP 2021035423W WO 2022091669 A1 WO2022091669 A1 WO 2022091669A1
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WO
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communication terminal
communication
sector
position estimation
access point
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/035423
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English (en)
French (fr)
Inventor
和樹 橋本
英之 山田
宗太郎 新海
裕司 大植
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves

Definitions

  • the present disclosure relates to a position estimation method, a position estimation system, and a position estimation device.
  • Patent Document 1 discloses a position estimation system that includes M wireless communication devices (M is an integer of 2 or more) and a control device, and estimates the position of the wireless communication terminal.
  • the i-th wireless communication device (i is an integer from 1 to M) uses each beam in the Ni direction (Ni is an integer of 2 or more) to receive a signal transmitted from the wireless communication terminal, and the beam in the Ni direction.
  • the reception quality of Ni corresponding to each is calculated.
  • the control device compares the reception quality of Ni pieces acquired from the wireless communication device of the i with the characteristics of each radiation angle of the beam in the Ni direction to obtain the signal of the i of the signal based on the wireless communication device of the i.
  • the arrival direction is estimated, and the position of the wireless communication terminal is estimated based on the first to M arrival directions and the positions of the M wireless communication devices estimated based on each of the M wireless communication devices.
  • the present disclosure is devised in view of the above-mentioned conventional situation, and is a position estimation method that suppresses an increase in system introduction cost and improves the estimation accuracy of the position of a wireless terminal used by a user in a space such as an office. It is an object of the present invention to provide a position estimation system and a position estimation device.
  • the present disclosure is a position estimation method for estimating the position of a movable second communication terminal that wirelessly communicates with a first communication terminal fixed in space, and is a position estimation method with the first communication terminal.
  • the communication distance from the first communication terminal to the second communication terminal based on the beam forming wireless communication in which a plurality of different sectors are switched to and from the second communication terminal, the second.
  • the signal reception strength in the communication terminal and the reception signal quality for each sector in the second communication terminal are acquired, and based on the acquired communication distance, the signal reception strength, and the reception signal quality for each sector.
  • a position estimation method for estimating the position of the second communication terminal in the space by estimating the position of the other observed from one of the first communication terminal and the second communication terminal. offer.
  • the present disclosure includes a position estimation device that estimates the position of a movable second communication terminal that wirelessly communicates between a first communication terminal fixed in space and the first communication terminal.
  • the position estimation device is based on the beam forming wireless communication in which a plurality of different sectors are switched between the first communication terminal and the second communication terminal, and the first communication is performed.
  • the communication distance from the terminal to the second communication terminal, the signal reception strength in the second communication terminal, and the reception signal quality for each sector in the second communication terminal are acquired, and the acquired communication distance is obtained.
  • the position of the other observed from one of the first communication terminal and the second communication terminal is estimated based on the signal reception strength and the reception signal quality for each sector.
  • a position estimation system for estimating the position of the second communication terminal in the above.
  • the present disclosure is a position estimation device that estimates the position of a movable second communication terminal that wirelessly communicates with a first communication terminal fixed in space, and is the first communication.
  • the communication distance from the first communication terminal to the second communication terminal based on the beam forming wireless communication in which a plurality of different sectors are switched between the terminal and the second communication terminal, the first.
  • the second communication terminal includes a signal reception strength and a processor for acquiring the reception signal quality for each sector in the second communication terminal, and the processor includes the acquired communication distance, the signal reception strength, and the signal reception strength.
  • the second communication terminal in the space by estimating the position of the other observed from one of the first communication terminal and the second communication terminal based on the received signal quality for each sector.
  • a position estimation device for estimating the position of.
  • Diagram schematically showing the training sequence of transmitted beamforming Diagram schematically showing the training sequence of received beamforming
  • a diagram showing an example of a positioning error heat map obtained by a conventional position estimation method The figure which shows the example of the positioning error heat map obtained by the position estimation method which concerns on Embodiment 1.
  • a position estimation method, a position estimation system, and a position estimation device are used to suppress an increase in system introduction cost and improve the accuracy of estimating the position of a communication terminal used by a user in a space such as an office. An example of is explained.
  • FIG. 1 is a diagram showing a system configuration example of the position estimation system 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a use case of the position estimation system 100 according to the first embodiment.
  • the position estimation system 100 includes one or more access points AP1, one or more communication terminals 10, a server computer 20, and a display DP1.
  • the display DP1 may be included as a configuration of the server computer 20.
  • the x-axis indicates one direction that defines the two-dimensional plane of the ceiling CL1 in which the access point AP1 is arranged.
  • the y-axis is orthogonal to the x-axis and indicates the other direction that defines the two-dimensional plane of the ceiling CL1 on which the access point AP1 is located.
  • the z-axis is orthogonal to the x-axis and the y-axis, and indicates a direction directly below the access point AP1.
  • the purpose of the position estimation system 100 is to visualize the position of an employee PS1 (an example of a user) who conducts a meeting or works by himself / herself while possessing a communication terminal 10 in SPC1 in a workspace such as an office. (See FIG. 2).
  • FIG. 1 in order to avoid complicated explanation of the configuration of the position estimation system 100, one access point AP1 and one communication terminal 10 are shown, but the number of each is limited to one. It doesn't have to be.
  • Each of the access point AP1 and the communication terminal 10 performs wireless communication using, for example, millimeter waves.
  • Each of the access point AP1 and the communication terminal 10 performs connection, link establishment, beamforming training, and directivity based on millimeter waves (for example, IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.111ad or WiGig protocol). Data is transmitted and received while controlling the beam (in other words, the sector). Further, each of the access point AP1 and the communication terminal 10 receives a signal (for example, a training packet) transmitted from the other party (specifically, the communication terminal 10 or the access point AP1) while switching sectors in beamforming training. , Calculate the signal reception strength corresponding to each sector.
  • a signal for example, a training packet
  • the access point AP1 as an example of the position estimation device determines the position of the communication terminal 10 as an example of a movable second communication terminal that wirelessly communicates with the access point AP1 as an example of the first communication terminal.
  • the access point AP1 is fixed to the ceiling CL1 of the SPC1 in the space of a workspace such as an office, and transmits / receives millimeter wave signals to and from the communication terminal 10.
  • the access point AP 1 includes a processor 1, a memory 2, a communication unit 3, and an external interface 4. In FIG. 1, the interface is abbreviated as "I / F".
  • the processor 1 is configured by using at least one of, for example, a CPU (Central Processing Unit), a DSP (Digital Signal Processor), an FPGA (Field Programmable Gate Array), and a GPU (Graphical Processing Unit).
  • the processor 1 controls the operation of each part of the access point AP1.
  • the processor 1 functions as a control unit of the access point AP1, and controls processing for overall control of the operation of each unit of the access point AP1, data input / output processing with and from each unit of the access point AP1, and data calculation. Performs (calculation) processing and data storage processing.
  • the processor 1 operates according to the execution of the program stored in the ROM (Read Only Memory) in the memory 2.
  • the processor 1 performs beamforming training between the access point AP1 and the communication terminal 10 (see FIGS. 6 and 7) or position estimation processing of the communication terminal 10 using the processing result of the beamforming training (see FIG. 8).
  • Communication control including execution of the above, and communication control with the server computer 20 are performed.
  • the memory 2 includes, for example, a RAM (Random Access Memory) and a ROM, and temporarily stores a program necessary for executing the operation of the access point AP1 and data or information generated by the processor 1 during the operation.
  • the RAM is, for example, a work memory used when the processor 1 operates.
  • the ROM stores, for example, a program and data for controlling the processor 1 in advance.
  • the memory 2 stores a log of beamforming training.
  • the memory 2 may be configured to include storage such as an HDD (Hard Disk Drive), a flash memory, or an SSD (Solid State Drive) capable of storing data acquired or generated by the processor 1.
  • the memory 2 contains information about the communication terminal 10 (for example, a device number, an IP (Internet Protocol) address), a name of an employee PS1 registered in advance as the owner (user) of the communication terminal 10, an employee number, and the like. It stores the data of the wireless terminal information associated with the personal information of.
  • the communication unit 3 includes an array antenna Ant1 composed of a plurality of antenna elements.
  • the communication unit 3 performs beamforming wireless communication (in other words, directional communication) using millimeter waves by the array antenna Ant1. Since a configuration example of the array antenna Ant1 is disclosed in detail in, for example, Patent Document 1, detailed description here will be omitted, and only a schematic description will be given.
  • the array antenna Ant1 is a planar array antenna in which a plurality of (for example, four) rectangular antenna elements are linearly arranged.
  • the direction in which radio waves are radiated from the array antenna Ant1 is defined as the positive direction of the z-axis (see FIG. 2).
  • the array antenna Ant1 forms a directional radiation pattern by setting an appropriate phase difference for each antenna element.
  • the array antenna Ant1 prepares five sets of phase differences set for each antenna element, and by switching the set of phase differences, the beam can be directed in five directions having different maximum radiation directions from each other.
  • the directivity in these five directions is referred to as a sector.
  • the array antenna Ant1 is a sector switching antenna that switches five sectors from sector # 1 to sector # 5. Further, since the maximum radiation direction is different for each sector, the radiation pattern for each radiation angle in the array antenna Ant1 is different depending on the sector.
  • the array antenna Ant1 has been described as a planar array antenna composed of four rectangular antenna elements, the number of antenna elements and the shape of the array antenna Ant1 are not limited to this. Further, the number of sectors that can be switched by the array antenna Ant1 is not limited to five.
  • the external interface 4 inputs / outputs data to / from the server computer 20 using, for example, Ethernet (registered trademark), USB (Universal Serial Bus), or the like.
  • the communication terminal 10 is an SPC1 in the space of a workspace such as an office, and is a mobile computer possessed by an employee PS1, for example, a PC (Personal Computer), a smartphone, or a tablet terminal.
  • the communication terminal 10 does not have to be limited to these devices.
  • the communication terminal 10 as an example of the second communication terminal may be a terminal that communicates while being held or fixed by a person or a device (for example, an industrial device such as a robot).
  • the number of access point APs as an example of the first communication terminal used for estimating the position of the communication terminal 10 is one.
  • the communication terminal 10 is a terminal fixed to a smartphone, a tablet terminal, or a movable industrial device, the height of the SPC 1 in the space where the communication terminal 10 is present becomes constant, so that access is possible.
  • the communication terminal 10 includes a processor 11, a memory 12, a communication unit 13, and an external interface 14.
  • the communication terminal 10 is connected to the millimeter wave communication module MD1 for millimeter wave communication via the external interface 14.
  • the millimeter wave communication module MD1 may be included as a configuration of the communication terminal 10.
  • the communication terminal 10 has a built-in millimeter wave communication module MD1 and can perform beamforming wireless communication using millimeter waves.
  • the processor 11 is configured by using at least one of, for example, a CPU, a DSP, an FPGA and a GPU.
  • the processor 11 controls the operation of each part of the communication terminal 10.
  • the processor 11 functions as a control unit of the communication terminal 10, and controls processing for overall control of the operation of each unit of the communication terminal 10, data input / output processing with and from each unit of the communication terminal 10, and data calculation. Performs (calculation) processing and data storage processing.
  • the processor 11 operates according to the execution of the program stored in the ROM in the memory 12. For example, the processor 11 performs communication control including execution of beamforming training (see below) between the access point AP1 and the communication terminal 10.
  • the memory 12 includes, for example, a RAM and a ROM, and temporarily stores a program necessary for executing the operation of the communication terminal 10 and data or information generated by the processor 11 during the operation.
  • the RAM is, for example, a work memory used when the processor 11 operates.
  • the ROM stores, for example, a program and data for controlling the processor 11 in advance.
  • the memory 12 stores a log of beamforming training.
  • the memory 12 may be configured to include storage such as an HDD, a flash memory, or an SSD that can store data acquired or generated by the processor 11.
  • the communication unit 13 performs wired or wireless communication with another wireless terminal (not shown) located in a workspace such as an office. Further, the communication unit 13 may perform wired or wireless communication with the server computer 20. The communication unit 13 may be omitted from the configuration of the communication terminal 10.
  • the external interface 14 inputs / outputs data to / from the millimeter wave communication module MD1 using, for example, USB.
  • the millimeter wave communication module MD1 has an array antenna Ant2 composed of a plurality of antenna elements and a high frequency circuit (not shown) capable of executing millimeter wave communication.
  • the millimeter wave communication module MD1 performs beamforming wireless communication (in other words, directional communication) using millimeter waves by the array antenna Ant2.
  • the configuration example of the array antenna Ant2 has the same configuration as the array antenna Ant1 and is disclosed in detail in, for example, Patent Document 1, so the description thereof is omitted here.
  • the server computer 20 as an example of the position estimation device estimates the position of the communication terminal 10 that wirelessly communicates with the access point AP1.
  • the server computer 20 may be arranged in the SPC1 in the space of a workspace such as an office, or may be arranged in a dedicated server machine installation room (not shown) different from the SPC1 in the space.
  • the server computer 20 includes a processor 21, a memory 22, a storage 23, and an external interface 24.
  • the processor 21 is configured by using, for example, at least one CPU, DSP, FPGA and GPU.
  • the processor 21 controls the operation of each part of the server computer 20.
  • the processor 21 functions as a control unit of the server computer 20, and controls processing for overall control of the operation of each unit of the server computer 20, data input / output processing with and from each unit of the server computer 20, and data calculation. Performs (calculation) processing and data storage processing.
  • the processor 21 operates according to the execution of the program stored in the ROM in the memory 22.
  • the processor 21 includes execution of position estimation processing (see FIG. 8) of the communication terminal 10 using the processing results of beamforming training (see FIGS. 6 and 7) between the access point AP1 and the communication terminal 10. Control and control communication with the access point AP1.
  • the memory 22 includes, for example, a RAM and a ROM, and temporarily stores a program necessary for executing the operation of the server computer 20, data or information generated by the processor 21 during the operation.
  • the RAM is, for example, a work memory used when the processor 21 operates.
  • the ROM stores, for example, a program and data for controlling the processor 21 in advance.
  • the memory 22 stores the data of the position estimation result of the communication terminal 10 using the processing result of the beamforming training.
  • the memory 22 contains information about the communication terminal 10 (for example, a device number, an IP (Internet Protocol) address), a name of an employee PS1 registered in advance as the owner (user) of the communication terminal 10, an employee number, and the like. It stores the data of the wireless terminal information associated with the personal information of.
  • the storage 23 is configured by using, for example, an HDD, a flash memory or an SSD, and can store data acquired or generated by the processor 21.
  • the external interface 24 inputs / outputs data to / from the access point AP1 using, for example, Ethernet (registered trademark), USB, or the like.
  • the display DP1 is configured by using, for example, an LCD (Liquid Crystal Display) or an organic EL (Electroluminescence), and displays data of a composite image (see FIG. 11) generated by the processor 11 of the access point AP1 or the processor 21 of the server computer 20. indicate.
  • LCD Liquid Crystal Display
  • organic EL Electrode
  • beamforming training (FIG. 3 and FIG. 3 and) is performed between the access point AP1 fixed to the ceiling CL1 and the communication terminal 10 located in the space SPC1 of the workspace such as an office. (See FIG. 4) is executed.
  • the access point AP1 can obtain distance information and angle information from the communication terminal 10 that has undergone beamforming training with its own device.
  • the angle information referred to here is, for example, a zenith angle defined in the zy plane and an azimuth angle defined in the xy plane, and corresponds to a sector indicating the direction of the beam used in beamforming wireless communication. ..
  • the employee PS1 may perform work using a desk DK1 having a fixed length h (for example, about 70 cm) from the floor surface FLR1.
  • the desk DK1 is an example of equipment for mounting a communication terminal 10 as an example of a second communication terminal.
  • the number of access point APs as an example of the first communication terminal used for estimating the position of the communication terminal 10 is one.
  • the height of the place where the communication terminal 10 is placed becomes constant from the floor surface FLR1, so that the direction of the beam from the access point AP1 is determined by the beamforming training (see below), so that the access point AP1 can be used.
  • the (X, Y) coordinates of the observed communication terminal 10 can be easily obtained.
  • the access point AP1 or the server computer 20 as an example of the position estimation device can obtain the distance information and the signal reception intensity (see below) obtained by the beam forming training, and the received signal quality for each sector (for example, SNR) based on the angle information.
  • machine learning for constructing a trained model of AI (Artificial Information) for estimating the position of the communication terminal 10 is executed. Therefore, the access point AP1 or the server computer 20 as an example of the position estimation device estimates the position of the communication terminal 10 that performs beamforming wireless communication with the access point AP1 with high accuracy by using the trained model obtained by machine learning. can.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing a training sequence of transmitted beamforming.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a training sequence of received beamforming.
  • the training sequence of the transmitted beamforming of FIG. 3 is executed first, and then the training sequence of the received beamforming of FIG. 4 is executed.
  • the access point AP1 or the communication terminal 10 switches a sector from sector # 1 to sector # 5 and transmits a signal (for example, a beacon which is a training packet) from the communication terminal 10 or the access point AP1 which is a communication partner. ) Is received, and the sector with the largest gain is searched for based on the received signal quality calculated from the received signal.
  • the received signal quality is, for example, SNR (Signal Noise). Ratio), RSSI (Received Signal Strength Indicator), SINR (Signla to Interference plus Noise Ratio).
  • SNR Signal Noise
  • Ratio Signal Strength Indicator
  • SINR Signal to Interference plus Noise Ratio
  • the access point AP1 transmits the beacon PKT1 (for example, a training packet) to the communication terminal 10 while sweeping the sector ID.
  • the communication terminal 10 forms the maximum beam width (in other words, omnidirectional directivity) and receives the beacon PKT1 (omni reception).
  • the beacon PKT2 is transmitted to the access point AP1.
  • the beacon PKT2 may include information indicating the sector ID used by the communication terminal for the transmission of the current PKT2 (hereinafter, the same applies to other PKTs).
  • the communication terminal 10 forms the maximum beam width (in other words, omnidirectional directivity) and receives the beacon PKT3 (omni reception).
  • the beacon PKT4 for example, a training packet
  • the access point AP1 can acquire the received signal quality (for example, SNR) of the beacon PKT4 that differs depending on the sector ID.
  • the communication terminal 10 receives the beacon PKT 5 from the access point AP1 five times while sweeping the sector ID.
  • the communication terminal 10 can acquire the received signal quality (for example, SNR) of the beacon PKT 5 that differs depending on the sector ID.
  • the training sequence is completed, and after that, the actual communication (actual communication) is executed between the access point AP1 and the communication terminal 10.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of each SNR pattern at two points equidistant from the access point AP1.
  • the received signal quality for example, SNR
  • the received signal quality for example, SNR
  • the sector determined in the process of beamforming training in other words, the optimum beam
  • the SNR pattern for each sector has a different pattern depending on the position of the communication terminal 10
  • the estimation accuracy of the communication terminal 10 in the access point AP1 or the server computer 20 is improved.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an operation procedure example of a training sequence of transmission beamforming by the position estimation system 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an operation procedure example of a training sequence of received beamforming by the position estimation system 100 according to the first embodiment.
  • the access point AP1 transmits a beacon (for example, a training packet) to the communication terminal 10 by a sector Nap (Nap: a sector ID set by the access point AP) (St1).
  • the communication terminal 10 forms a maximum beam width (in other words, an omnidirectional sector (omni-sector)) and receives a beacon (St2), a communication distance with the access point AP1, and a reception signal strength (reception signal strength) relating to the reception of the beacon.
  • the received signal power) and the received signal quality for example, the SNR corresponding to the sector ID are measured and recorded in the memory 12 (St3).
  • the processor 11 of the communication terminal 10 determines whether or not the sector Nap has reached the final value (for example, 5) (St4). If it is determined that the sector Nap has reached the final value (St4, YES), the process of the position estimation system 100 proceeds to step St6.
  • the processor 11 determines that the sector Nap is not the final value (St4, NO)
  • the processor 11 sends a reception confirmation (ACK) including an instruction to increment the current sector Nap to the access point AP1 (St5).
  • the processor 1 of the access point AP1 transmits a beacon (for example, a training packet) to the communication terminal 10 in the sector in which the current sector Nap is incremented (that is, set to (Nap + 1)) based on the reception of the reception confirmation sent in step St5. (St1). After that, the processes of steps St1 to St5 are repeated until it is determined that the sector Nap has reached the final value.
  • a beacon for example, a training packet
  • the processor 11 of the communication terminal 10 determines that the sector Nap has reached the final value (St4, YES)
  • the reception result in the omni-sector in step St2 that is, the SNR for each sector recorded in step St3 is displayed.
  • the optimum sector Bap that is, the sector with the best SNR
  • the determination result is notified to the access point AP1 as feedback information (see FIG. 3) (St6).
  • the communication terminal 10 transmits a beacon (for example, a training packet) to the access point AP1 by the sector Nres (Nres: sector ID set by the communication terminal 10) (St7).
  • the communication terminal 10 may send feedback information (see FIG. 3) for teaching the optimum sector Bap determined in step St6 to the access point AP1 at the time of step St7.
  • the access point AP1 forms a maximum beam width (in other words, an omnidirectional sector (omni-sector)) and receives a beacon (St8), a communication distance with the communication terminal 10, and a reception signal strength related to the reception of the beacon (St.8).
  • the received signal power) and the received signal quality are measured and recorded in the memory 2 (St9).
  • the processor 1 of the access point AP1 determines whether or not the sector Nres has reached the final value (for example, 5) (St10).
  • step St8 the reception result in the omni-sector in step St8 (that is, the SNR for each sector recorded in step St9) is displayed. Based on this, the optimum sector Bres (that is, the sector having the best SNR) is determined, and the determination result is notified to the communication terminal 10 as feedback information (see FIG. 3) (St11). After step St11, the processing of the position estimation system 100 proceeds to step St13 (see FIG. 7).
  • the processor 1 of the access point AP1 determines that the sector Nres is not the final value (St10, NO), it sends a reception confirmation (ACK) including an instruction to increment the current sector Nres to the communication terminal 10.
  • ACK reception confirmation
  • the processor 11 of the communication terminal 10 makes a beacon (for example, a training packet) access point AP1 in the sector in which the current sector Nres is incremented (that is, (Nres + 1)) based on the reception of the reception confirmation sent in step St12. (St7). After that, the processes of steps St7 to St12 are repeated until it is determined that the sector Nres has reached the final value.
  • the communication terminal 10 located at the coordinates (x, y) transmits a beacon (for example, a training packet) in the optimum sector Bres determined in the transmitted beamforming training (see step St11).
  • the access point AP1 forms a sector N (for example, an integer of 1 to 5) to receive the beacon (St14), the communication distance with the communication terminal 10, the reception signal strength (for example, the reception signal power) and the reception regarding the reception of the beacon.
  • the signal quality (for example, the SNR corresponding to the sector ID) is measured and recorded in the memory 2 (St15).
  • the processor 1 of the access point AP1 determines whether or not the sector N has reached the final value (for example, 5) (St16). If it is determined that the sector N has reached the final value (for example, 5) (St16, YES), the processing of the position estimation system 100 proceeds to step St18.
  • the processor 1 of the access point AP1 determines that the sector N is not the final value (for example, 5) (St16, NO), it communicates a reception confirmation (ACK) including an instruction to increment the current sector N.
  • ACK reception confirmation
  • the processor 11 of the communication terminal 10 makes a beacon (for example, a training packet) access point AP1 in the sector in which the current sector N is incremented (that is, set to (N + 1)) based on the reception of the reception confirmation sent in step St17. (St17). After that, the processes of steps St13 to St17 are repeated until it is determined that the sector N has reached the final value.
  • step St15 When the processor 1 of the access point AP1 determines that the sector N has reached the final value (for example, 5) (St16, YES), the communication distance with the communication terminal 10 recorded in step St15 and the reception of the beacon are received.
  • the learning program By inputting each data of signal strength (for example, received signal power) and received signal quality (for example, SNR for each sector N) into the learning program, for learning with the coordinates (x, y) of the communication terminal 10 as the objective variable.
  • Machine learning using a program (St18).
  • the process of step St18 may be executed by the processor 21 of the server computer 20 that has acquired each of the above-mentioned data from the access point AP1.
  • the processor 1 of the access point AP1 or the processor 21 of the server computer 20 generates an AI trained model capable of inputting the above-mentioned data and outputting the coordinates (x, y) of the communication terminal 10. can do.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of an operation procedure relating to position estimation during actual communication by the position estimation system 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 8 the same processing as the processing of steps St1 to St17 of the beamforming training sequence (see FIGS. 6 and 7) is executed between the access point AP1 and the communication terminal 10.
  • a processor for example, processor 1 of the access point AP1 or processor 21 of the server computer 20 on which the trained model generated by machine learning in step St18 (see FIG. 7) can be executed is executed.
  • the processor derives and outputs the coordinates (x, y) indicating the relative position of the communication terminal 10 observed from the access point AP1 by the calculation by the trained model using each input data (St22).
  • the processor reads the data of the layout image imitating the layout of the workspace (for example, the office layout) from the memory (for example, the memory 2 or the memory 22), and the coordinates (x, y) of the communication terminal 10 derived in step St22.
  • a composite image IMG1 in which the wireless terminal information whose position is estimated is superimposed on the position in the layout image corresponding to the above may be generated and output to the display DP1 (St23).
  • the wireless terminal information referred to here is, for example, the name of an employee PS1 registered in advance as the owner (user) of the communication terminal 10.
  • the wireless terminal information is not limited to the name of the employee PS1, and may be information that can identify the employee uniquely or within a certain range, such as an employee number, an employee's face photo, initials, a nickname, and an e-mail address.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of a positioning error heat map obtained by a conventional position estimation method.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a positioning error heat map obtained by the position estimation method according to the first embodiment.
  • the horizontal axis of FIGS. 9 and 10 indicates the x-axis (see FIG. 2), and the vertical axis indicates the y-axis (see FIG. 2).
  • the shading of the circles at the positions indicated by the coordinates of FIGS. 9 and 10 indicates the magnitude of the positioning error, and the darker the value, the larger the positioning error, and the lighter the color, the smaller the positioning error.
  • the origin (0,0) corresponds to a point directly below the access point arranged on the ceiling CL1.
  • the positioning error of the wireless terminal in the range of 10 [m] ⁇ 10 [m] was measured.
  • the positioning error did not increase near the origin, but the positioning error of the wireless terminal at the edge portion of the measurement range (for example, a position 3 m to 5 m away from the origin).
  • the average positioning accuracy was 2.7 m. This is because, in the conventional position estimation method, the radiation pattern of the signal according to the sector used in beamforming does not have enough selectivity to uniquely estimate the wireless terminal.
  • the origin (0,0) corresponds to the point directly below the access point arranged on the ceiling CL1.
  • the positioning error of the wireless terminal in the range of 10 [m] ⁇ 10 [m] was measured.
  • the increase in the positioning error of the wireless terminal is relative not only in the vicinity of the origin but also in the edge portion of the measurement range (for example, the position 3 m to 5 m away from the origin). It turned out that it was suppressed.
  • the average positioning accuracy was 1.0 m.
  • the received signal quality (for example, SNR) of all sectors obtained in the process of beamforming training is used as the information correlating with the direction of the communication terminal 10 observed from the access point AP1. Based on what you are doing. That is, even if the sector determined in the process of beamforming training (in other words, the optimum beam) does not have the selectivity to uniquely estimate the position of the communication terminal 10, it can be obtained in the process of beamforming training. Since the SNR pattern for each sector has a different pattern depending on the position of the communication terminal 10, the estimation accuracy of the communication terminal 10 in the access point AP1 or the server computer 20 is improved.
  • SNR the received signal quality
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a composite image IMG1 in which the estimation result of the position of the wireless terminal is superimposed on the layout image of the office.
  • This composite image IMG1 is displayed, for example, on the display DP1.
  • the composite image IMG1 is a layout image of a workspace such as an office in which a plurality of desks are arranged, and the positions (coordinates) of each of a plurality (for example, 3) communication terminals 10 estimated by the access point AP1 or the server computer 20.
  • the wireless terminal information corresponding to is superimposed.
  • the wireless terminal information NM1 is superimposed on the estimated position of the wireless terminal of the employee PS11 called "AA Taro", and the wireless terminal information NM1 is superimposed on the estimated position of the wireless terminal of the employee PS12 called “BB Hanako”.
  • the wireless terminal information NM2 is superimposed, and the wireless terminal information NM3 is superimposed on the estimated position of the wireless terminal of the employee PS13 called "CC Kazuo”.
  • the administrator of the position estimation system 100 can accurately grasp the position of the employee who has the wireless terminal in the SPC1 in the space of the workspace such as an office. That is, the position estimation system 100 can accurately visualize the position of the employee who has the wireless terminal in the SPC1 in the space of the workspace such as an office.
  • the position estimation method or the position estimation system 100 wirelessly communicates with a first communication terminal (for example, an access point AP1) fixed to the SPC1 in the space of a workspace such as an office. , Estimate the position of a movable second communication terminal (eg, communication terminal 10).
  • the position estimation method or the position estimation system 100 is based on beam forming wireless communication in which a plurality of different sectors are switched between the first communication terminal and the second communication terminal, and the first communication terminal to the first.
  • the communication distance to the second communication terminal, the signal reception strength in the second communication terminal, and the reception signal quality for each sector in the second communication terminal are acquired.
  • the position estimation method or the position estimation system 100 observes from one of the first communication terminal and the second communication terminal based on the acquired communication distance, signal reception strength, and reception signal quality for each sector. By estimating the position of, the position of the second communication terminal in the space is estimated.
  • the system can accurately estimate the position of the communication terminal 10 only by providing one position estimation device (for example, access point AP1). It is possible to suppress the cost increase of the introduction cost. Further, according to the position estimation method or the position estimation system 100 according to the first embodiment, it is possible to improve the estimation accuracy of the position of the wireless terminal used by the user in a space such as an office.
  • the estimation of the position of the second communication terminal is executed using the trained model learned by using the communication distance, the signal reception strength, and the reception signal quality for each sector.
  • the AI has been learned by machine learning using the communication distance, the signal reception strength, and the received signal quality for each sector as inputs.
  • the model By using the model, the position of the wireless terminal used by the user in a space such as an office can be estimated with high accuracy.
  • the position estimation method or the position estimation system 100 according to the first embodiment has an image (for example, layout) of the estimated position of the second communication terminal (for example, the communication terminal 10) imitating the space of a workspace such as an office. It is superimposed on the image) and displayed.
  • the manager of the position estimation system 100 is an employee who has a wireless terminal in the SPC1 in the space of the workspace such as an office. You can accurately grasp the position of.
  • the first communication terminal is the access point AP1.
  • the second communication terminal is a terminal possessed by the user in the SPC1 in the space of a workspace such as an office.
  • the position estimation method or the position estimation system 100 according to the first embodiment has a second communication terminal observed from the first communication terminal based on the acquired communication distance, signal reception strength, and reception signal quality for each sector. Estimate the position of the communication terminal of.
  • the communication terminal 10 as a mobile body observed from the access point AP1 fixed to the ceiling CL1 or the like is located in the space such as an office. It can be estimated with high accuracy whether it is located.
  • the equipment for example, desk DK1 on which the second communication terminal (for example, the communication terminal 10) is placed is arranged in the space SPC1.
  • the number of first communication terminals (for example, access point AP1) used to estimate the position of the second communication terminal is one.
  • the height of the place where the communication terminal 10 is placed becomes constant from the floor surface FLR1, so that the direction of the beam from the access point AP1 is determined by the beamforming training, and the communication terminal observed from the access point AP1.
  • the (X, Y) coordinates of 10 can be easily obtained.
  • the second communication terminal (for example, the communication terminal 10) communicates while being held or fixed by a person or a device (for example, an industrial device such as a robot). It is a terminal that performs.
  • the number of first communication terminals (for example, access point AP1) used to estimate the position of the second communication terminal is one.
  • the communication terminal 10 is a terminal fixed to a smartphone, a tablet terminal, or a movable industrial device, the height of the SPC 1 in the space where the communication terminal 10 is present becomes constant, so that access is possible.
  • the (X, Y) coordinates of the communication terminal 10 observed from the access point AP1 can be easily obtained.
  • the position estimation device (for example, access point AP1 or server computer 20) according to the first embodiment is between a first communication terminal (for example, access point AP1) fixed to the SPC1 in the space of a workspace such as an office.
  • Estimates the position of a movable second communication terminal (for example, communication terminal 10) that wirelessly communicates with.
  • the position estimation device is from the first communication terminal to the second communication terminal based on the beam forming wireless communication in which a plurality of different sectors are switched between the first communication terminal and the second communication terminal.
  • the communication distance, the signal reception strength in the second communication terminal, and the received signal quality for each sector in the second communication terminal are acquired (for example, processor 1 or processor 21).
  • the processor estimates the position of the other observed from one of the first and second communication terminals based on the acquired communication distance, signal reception strength, and received signal quality for each sector. , Estimate the position of the second communication terminal in space.
  • the system introduction cost can be increased in that the position of the communication terminal 10 can be accurately estimated only by providing one position estimation device (for example, access point AP1). Can be suppressed. Further, according to the position estimation device according to the first embodiment, it is possible to improve the estimation accuracy of the position of the communication terminal used by the user in a space such as an office.
  • the communication terminal 10 as an example of the second communication terminal may estimate the coordinates of the access point AP1 observed from its own machine by using the trained model described above. Since the access point AP1 is fixed at a position such as the ceiling CL1, the communication terminal 10 can derive the coordinates of its own machine in view of the fact that the coordinates are fixed.
  • This disclosure is useful as a position estimation method, a position estimation system, and a position estimation device that suppresses an increase in system introduction cost and improves the estimation accuracy of the position of a wireless terminal used by a user in a space such as an office.

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Abstract

位置推定方法は、空間内に固定された第１の通信端末との間で無線通信する、移動可能な第２の通信端末の位置を推定する。位置推定方法は、第１の通信端末と第２の通信端末との間で行われる、複数の異なるセクタを切り替えたビームフォーミング無線通信に基づいて、第１の通信端末から第２の通信端末までの通信距離、第２の通信端末における信号受信強度、および、第２の通信端末におけるセクタごとの受信信号品質を取得し、取得された通信距離、信号受信強度、および、セクタごとの受信信号品質に基づいて、第１の通信端末および第２の通信端末のうち一方から観測した他方の位置を推定することで、空間内における第２の通信端末の位置を推定する。

Description

位置推定方法、位置推定システムおよび位置推定装置
　本開示は、位置推定方法、位置推定システムおよび位置推定装置に関する。
　特許文献１には、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の無線通信装置と制御装置とを備え、無線通信端末の位置を推定する位置推定システムが開示されている。第ｉの無線通信装置（ｉは１からＭの整数）は、Ｎｉ方向（Ｎｉは２以上の整数）のビームそれぞれを用いて、無線通信端末から送信される信号を受信し、Ｎｉ方向のビームそれぞれに対応するＮｉ個の受信品質を算出する。制御装置は、第ｉの無線通信装置から取得するＮｉ個の受信品質とＮｉ方向のビームの放射角度毎の特性とを比較することによって第ｉの無線通信装置を基準とした信号の第ｉの到来方向を推定し、Ｍ個の無線通信装置それぞれを基準として推定した第１から第Ｍの到来方向およびＭ個の無線通信装置の位置に基づいて、無線通信端末の位置を推定する。
日本国特開２０１８－５４４１６号公報
　本開示は、上述した従来の状況に鑑みて案出され、システム導入費のコストアップを抑制し、オフィス等の空間内においてユーザが使用する無線端末の位置の推定精度を向上する位置推定方法、位置推定システムおよび位置推定装置を提供することを目的とする。
　本開示は、空間内に固定された第１の通信端末との間で無線通信する、移動可能な第２の通信端末の位置を推定する位置推定方法であって、前記第１の通信端末と前記第２の通信端末との間で行われる、複数の異なるセクタを切り替えたビームフォーミング無線通信に基づいて、前記第１の通信端末から前記第２の通信端末までの通信距離、前記第２の通信端末における信号受信強度、および、前記第２の通信端末における前記セクタごとの受信信号品質を取得し、取得された前記通信距離、前記信号受信強度、および、前記セクタごとの受信信号品質に基づいて、前記第１の通信端末および前記第２の通信端末のうち一方から観測した他方の位置を推定することで、前記空間内における前記第２の通信端末の位置を推定する、位置推定方法を提供する。
　また、本開示は、空間内に固定された第１の通信端末と、前記第１の通信端末との間で無線通信する、移動可能な第２の通信端末の位置を推定する位置推定装置と、を備え、前記位置推定装置は、前記第１の通信端末と前記第２の通信端末との間で行われる、複数の異なるセクタを切り替えたビームフォーミング無線通信に基づいて、前記第１の通信端末から前記第２の通信端末までの通信距離、前記第２の通信端末における信号受信強度、および、前記第２の通信端末における前記セクタごとの受信信号品質を取得し、取得された前記通信距離、前記信号受信強度、および、前記セクタごとの受信信号品質に基づいて、前記第１の通信端末および前記第２の通信端末のうち一方から観測した他方の位置を推定することで、前記空間内における前記第２の通信端末の位置を推定する、位置推定システムを提供する。
　また、本開示は、空間内に固定された第１の通信端末との間で無線通信する、移動可能な第２の通信端末の位置を推定する位置推定装置であって、前記第１の通信端末と前記第２の通信端末との間で行われる、複数の異なるセクタを切り替えたビームフォーミング無線通信に基づいて、前記第１の通信端末から前記第２の通信端末までの通信距離、前記第２の通信端末における信号受信強度、および、前記第２の通信端末における前記セクタごとの受信信号品質を取得するプロセッサ、を備え、前記プロセッサは、取得された前記通信距離、前記信号受信強度、および、前記セクタごとの受信信号品質に基づいて、前記第１の通信端末および前記第２の通信端末のうち一方から観測した他方の位置を推定することで、前記空間内における前記第２の通信端末の位置を推定する、位置推定装置を提供する。
　本開示によれば、システム導入費のコストアップを抑制でき、オフィス等の空間内においてユーザが使用する無線端末の位置の推定精度を向上できる。
実施の形態１に係る位置推定システムのシステム構成例を示す図 実施の形態１に係る位置推定システムのユースケース例を示す図 送信ビームフォーミングのトレーニングシーケンスを模式的に示す図 受信ビームフォーミングのトレーニングシーケンスを模式的に示す図 アクセスポイントから等距離の異なる２地点における各ＳＮＲパターンの一例を示す図 実施の形態１に係る位置推定システムによる送信ビームフォーミングのトレーニングシーケンスの動作手順例を示すフローチャート 実施の形態１に係る位置推定システムによる受信ビームフォーミングのトレーニングシーケンスの動作手順例を示すフローチャート 実施の形態１に係る位置推定システムによる実通信時の位置推定に関する動作手順例を示すフローチャート 従来の位置推定方法により得られた測位誤差ヒートマップ例を示す図 実施の形態１に係る位置推定方法により得られた測位誤差ヒートマップ例を示す図 オフィスのレイアウト画像に無線端末の位置の推定結果を重畳した合成画像の一例を示す図
（本開示に至る経緯）
　近年、オフィス等のワークプレイスに対する考え方が大きく変わりつつある。例えば、オフィスにおいて従業員が自由な座席を確保することが許容されることで多様な職種の者同士が交流できるフリーアドレス型オフィスが台頭するようになっている。特にベンチャー企業経営者の間では、コワーキングスペースと呼ばれる空間にて好きな場所に座り、隣に座った人と意見交換し、新たなビジネスに繋げるという新しいワークスタイルが台頭している。一方で、新型コロナウイルスの出現に伴う感染拡大予防のため、ワークプレイスの管理者は、感染リスクを適切に管理しつつ、新たな価値創造をもたらす空間を運用することが求められるようになっている。このため、誰がどこで仕事をし、そのとき周りには誰がいたのか、という所在の見える化・トレーサビリティの確保が重要な価値を生み出すと考えられる。
　上述した特許文献１の構成では、無線通信端末（以下「通信端末」と略記する）の位置を推定するためには、複数（例えば２つ）のアクセスポイント等の無線通信装置から到来方向ベクトルを取得する必要があった。このため、通信端末の位置を推定するためのシステム導入費のコストアップが避けられず、容易な普及が困難となる可能性があった。
　そこで、以下の実施の形態では、システム導入費のコストアップを抑制し、オフィス等の空間内においてユーザが使用する通信端末の位置の推定精度を向上する位置推定方法、位置推定システムおよび位置推定装置の例を説明する。
　以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係る位置推定方法、位置推定システムおよび位置推定装置を具体的に開示した実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
　図１は、実施の形態１に係る位置推定システム１００のシステム構成例を示す図である。図２は、実施の形態１に係る位置推定システム１００のユースケース例を示す図である。位置推定システム１００は、１台以上のアクセスポイントＡＰ１と、１台以上の通信端末１０と、サーバコンピュータ２０と、ディスプレイＤＰ１とを含む。なお、ディスプレイＤＰ１はサーバコンピュータ２０の構成として含まれてもよい。また、本明細書において、ｘ軸は、アクセスポイントＡＰ１が配置される天井ＣＬ１の２次元平面を規定する一方の方向を示す。ｙ軸は、ｘ軸と直交するとともに、アクセスポイントＡＰ１が配置される天井ＣＬ１の２次元平面を規定する他方の方向を示す。ｚ軸は、ｘ軸およびｙ軸と直交するとともに、アクセスポイントＡＰ１から直下の方向を示す。
　位置推定システム１００は、例えばオフィス等のワークスペースの空間内ＳＰＣ１において、通信端末１０を所持しながらミーティングもしくは自身で業務を行う従業員ＰＳ１（ユーザの一例）の位置の見える化を行うことを目的として配設される（図２参照）。図１では、位置推定システム１００の構成の説明が複雑になることを避けるために、アクセスポイントＡＰ１は１台、通信端末１０は１台を図示しているが、それぞれの台数は１台に制限されなくてよい。
　アクセスポイントＡＰ１および通信端末１０のそれぞれは、例えばミリ波を用いて無線通信を行う。アクセスポイントＡＰ１および通信端末１０のそれぞれは、ミリ波（例えばＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１ａｄもしくはＷｉＧｉｇのプロトコル）に基づいて、接続、リンク確立、ビームフォーミングトレーニングを実行し、指向性ビーム（言い換えると、セクタ）の制御を行いながらデータを送受信する。また、アクセスポイントＡＰ１および通信端末１０のそれぞれは、ビームフォーミングトレーニングにおいて、セクタを切り替えながら相手方（具体的には、通信端末１０あるいはアクセスポイントＡＰ１）から送信される信号（例えばトレーニングパケット）を受信し、各セクタに対応する信号受信強度を算出する。なお、アクセスポイントＡＰ１と通信端末１０との間で実行されるビームフォーミングトレーニングの詳細については、図３および図４を参照して後述する。
　位置推定装置の一例としてのアクセスポイントＡＰ１は、第１の通信端末の一例としてのアクセスポイントＡＰ１との間で無線通信する、移動可能な第２の通信端末の一例としての通信端末１０の位置を推定する。アクセスポイントＡＰ１は、オフィス等のワークスペースの空間内ＳＰＣ１の天井ＣＬ１に固定され、通信端末１０との間でミリ波の信号を送受信する。アクセスポイントＡＰ１は、プロセッサ１と、メモリ２と、通信部３と、外部インターフェース４とを含む。なお、図１において、インターフェースを「Ｉ／Ｆ」と略記している。
　プロセッサ１は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）およびＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）のうち少なくとも１つを用いて構成される。プロセッサ１は、アクセスポイントＡＰ１の各部の動作を制御する。プロセッサ１は、アクセスポイントＡＰ１の制御部として機能し、アクセスポイントＡＰ１の各部の動作を全体的に統括するための制御処理、アクセスポイントＡＰ１の各部との間のデータの入出力処理、データの演算（計算）処理およびデータの記憶処理を行う。プロセッサ１は、メモリ２内のＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）に記憶されたプログラムの実行に従って動作する。例えば、プロセッサ１は、アクセスポイントＡＰ１と通信端末１０との間のビームフォーミングトレーニング（図６および図７参照）あるいはビームフォーミングトレーニングの処理結果を用いた通信端末１０の位置推定処理（図８参照）の実行を含む通信制御、サーバコンピュータ２０との間の通信制御を行う。
　メモリ２は、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）とＲＯＭとを含み、アクセスポイントＡＰ１の動作の実行に必要なプログラム、動作中にプロセッサ１により生成されたデータあるいは情報を一時的に格納する。ＲＡＭは、例えばプロセッサ１の動作時に使用されるワークメモリである。ＲＯＭは、例えばプロセッサ１を制御するためのプログラムおよびデータを予め記憶する。例えば、メモリ２は、ビームフォーミングトレーニングのログを記憶する。なお、メモリ２は、プロセッサ１により取得あるいは生成されたデータを記憶可能な、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）、フラッシュメモリあるいはＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）等のストレージを含む構成としてもよい。また、メモリ２は、通信端末１０に関する情報（例えば機器番号、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）アドレス）と、通信端末１０の所有者（使用者）として予め登録された従業員ＰＳ１の氏名、従業員番号等の個人情報とが紐づけられた無線端末情報のデータを記憶している。
　通信部３は、複数のアンテナエレメントからなるアレイアンテナＡｎｔ１を備える。通信部３は、アレイアンテナＡｎｔ１により、ミリ波を用いたビームフォーミング無線通信（言い換えると、指向性通信）を行う。なお、アレイアンテナＡｎｔ１の構成例は、例えば特許文献１において詳細に開示されているので、ここでの詳細な説明は省略し、概略のみ説明する。
　アレイアンテナＡｎｔ１は、複数個（例えば４個）の矩形状のアンテナエレメントが直線状に配置された平面アレイアンテナである。アレイアンテナＡｎｔ１から電波が放射される方向はｚ軸（図２参照）の正方向として規定される。アレイアンテナＡｎｔ１は、各アンテナエレメントに適切な位相差が設定されることにより、指向性を有する放射パターンを形成する。例えば、アレイアンテナＡｎｔ１は、各アンテナエレメントに設定する位相差の組を５つ用意し、この位相差の組を切り替えることによって、最大放射方向が互いに異なる５つの方向にビームを向けることができる。以下、この５つの方向の指向性をセクタ（Ｓｅｃｔｏｒ）と称する。この場合、アレイアンテナＡｎｔ１は、セクタ＃１からセクタ＃５までの５つのセクタを切り替えるセクタ切替アンテナである。また、セクタごとに最大放射方向が異なるため、アレイアンテナＡｎｔ１における放射角度毎の放射パターンはセクタに応じて異なる。
　なお、アレイアンテナＡｎｔ１は、４つの矩形状のアンテナエレメントからなる平面アレイアンテナとして説明したが、アンテナエレメントの数、アレイアンテナＡｎｔ１の形状は、これに限定されない。また、アレイアンテナＡｎｔ１が切り替え可能なセクタ数は５つに限定されなくてよい。
　外部インターフェース４は、例えばイーサネット（登録商標）、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）等を用いてサーバコンピュータ２０との間でデータの入出力を行う。
　通信端末１０は、オフィス等のワークスペースの空間内ＳＰＣ１で、従業員ＰＳ１により所持される移動可能なコンピュータであり、例えばＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、スマートフォン、タブレット端末である。なお、通信端末１０は、これらの機器に限定されなくてもよい。また、第２の通信端末の一例としての通信端末１０は、人あるいは機器（例えばロボット等の産業用機器）が保持もしくは固定しながら通信を行う端末でもよい。また、通信端末１０の位置を推定するのに用いる第１の通信端末の一例としてのアクセスポイントＡＰの台数は１台である。これにより、通信端末１０がスマートフォン、タブレット端末、あるいは移動可能な産業用機器に固定される端末であれば、同様に通信端末１０が存在する空間内ＳＰＣ１での高さが一定となるので、アクセスポイントＡＰ１からのビームの方向がビームフォーミングトレーニングにより定まることで、アクセスポイントＡＰ１から観測した通信端末１０の（Ｘ，Ｙ）座標が簡易に求まる。通信端末１０は、プロセッサ１１と、メモリ１２と、通信部１３と、外部インターフェース１４とを含む。通信端末１０は、外部インターフェース１４を介して、ミリ波通信用のミリ波通信モジュールＭＤ１と接続される。なお、ミリ波通信モジュールＭＤ１は通信端末１０の構成として含まれてよい。これにより、通信端末１０はミリ波通信モジュールＭＤ１を内蔵してミリ波を用いたビームフォーミング無線通信を行える。
　プロセッサ１１は、例えばＣＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡおよびＧＰＵのうち少なくとも１つを用いて構成される。プロセッサ１１は、通信端末１０の各部の動作を制御する。プロセッサ１１は、通信端末１０の制御部として機能し、通信端末１０の各部の動作を全体的に統括するための制御処理、通信端末１０の各部との間のデータの入出力処理、データの演算（計算）処理およびデータの記憶処理を行う。プロセッサ１１は、メモリ１２内のＲＯＭに記憶されたプログラムの実行に従って動作する。例えば、プロセッサ１１は、アクセスポイントＡＰ１と通信端末１０との間のビームフォーミングトレーニング（後述参照）の実行を含む通信制御を行う。
　メモリ１２は、例えばＲＡＭとＲＯＭとを含み、通信端末１０の動作の実行に必要なプログラム、動作中にプロセッサ１１により生成されたデータあるいは情報を一時的に格納する。ＲＡＭは、例えばプロセッサ１１の動作時に使用されるワークメモリである。ＲＯＭは、例えばプロセッサ１１を制御するためのプログラムおよびデータを予め記憶する。例えば、メモリ１２は、ビームフォーミングトレーニングのログを記憶する。なお、メモリ１２は、プロセッサ１１により取得あるいは生成されたデータを記憶可能な、ＨＤＤ、フラッシュメモリあるいはＳＳＤ等のストレージを含む構成としてもよい。
　通信部１３は、例えばオフィス等のワークスペースに位置している他の無線端末（図示略）との間で有線あるいは無線の通信を行う。また、通信部１３は、サーバコンピュータ２０との間で有線あるいは無線の通信を行ってもよい。なお、通信部１３は通信端末１０の構成から省略されてもよい。
　外部インターフェース１４は、例えばＵＳＢ等を用いてミリ波通信モジュールＭＤ１との間でデータの入出力を行う。
　ミリ波通信モジュールＭＤ１は、複数のアンテナエレメントからなるアレイアンテナＡｎｔ２とミリ波通信を実行可能な高周波回路（図示略）とを有する。ミリ波通信モジュールＭＤ１は、アレイアンテナＡｎｔ２により、ミリ波を用いたビームフォーミング無線通信（言い換えると、指向性通信）を行う。なお、アレイアンテナＡｎｔ２の構成例は、アレイアンテナＡｎｔ１と同様な構成を有し、例えば特許文献１において詳細に開示されているので、ここでの説明は省略する。
　位置推定装置の一例としてのサーバコンピュータ２０は、アクセスポイントＡＰ１との間で無線通信する通信端末１０の位置を推定する。サーバコンピュータ２０は、オフィス等のワークスペースの空間内ＳＰＣ１に配置されてもよいし、その空間内ＳＰＣ１とは異なる専用のサーバマシン設置室（図示略）に配置されてもよい。サーバコンピュータ２０は、プロセッサ２１と、メモリ２２と、ストレージ２３と、外部インターフェース２４とを含む。
　プロセッサ２１は、例えばＣＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡおよびＧＰＵを少なくとも１つ用いて構成される。プロセッサ２１は、サーバコンピュータ２０の各部の動作を制御する。プロセッサ２１は、サーバコンピュータ２０の制御部として機能し、サーバコンピュータ２０の各部の動作を全体的に統括するための制御処理、サーバコンピュータ２０の各部との間のデータの入出力処理、データの演算（計算）処理およびデータの記憶処理を行う。プロセッサ２１は、メモリ２２内のＲＯＭに記憶されたプログラムの実行に従って動作する。例えば、プロセッサ２１は、アクセスポイントＡＰ１と通信端末１０との間のビームフォーミングトレーニング（図６および図７参照）の処理結果を用いた通信端末１０の位置推定処理（図８参照）の実行を含む制御、アクセスポイントＡＰ１との間の通信制御を行う。
　メモリ２２は、例えばＲＡＭとＲＯＭとを含み、サーバコンピュータ２０の動作の実行に必要なプログラム、動作中にプロセッサ２１により生成されたデータあるいは情報を一時的に格納する。ＲＡＭは、例えばプロセッサ２１の動作時に使用されるワークメモリである。ＲＯＭは、例えばプロセッサ２１を制御するためのプログラムおよびデータを予め記憶する。例えば、メモリ２２は、ビームフォーミングトレーニングの処理結果を用いた通信端末１０の位置推定結果のデータを記憶する。また、メモリ２２は、通信端末１０に関する情報（例えば機器番号、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）アドレス）と、通信端末１０の所有者（使用者）として予め登録された従業員ＰＳ１の氏名、従業員番号等の個人情報とが紐づけられた無線端末情報のデータを記憶している。
　ストレージ２３は、例えばＨＤＤ、フラッシュメモリあるいはＳＳＤを用いて構成され、プロセッサ２１により取得あるいは生成されたデータを記憶可能である。
　外部インターフェース２４は、例えばイーサネット（登録商標）、ＵＳＢ等を用いてアクセスポイントＡＰ１との間でデータの入出力を行う。
　ディスプレイＤＰ１は、例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）あるいは有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を用いて構成され、アクセスポイントＡＰ１のプロセッサ１１もしくはサーバコンピュータ２０のプロセッサ２１により生成された合成画像（図１１参照）のデータを表示する。
　図２に示すように、実施の形態１では、天井ＣＬ１に固定されたアクセスポイントＡＰ１とオフィス等のワークスペースの空間内ＳＰＣ１に位置する通信端末１０との間で、ビームフォーミングトレーニング（図３および図４参照）が実行される。これにより、アクセスポイントＡＰ１は、自機との間でビームフォーミングトレーニングを行った通信端末１０との距離情報および角度情報を得ることができる。ここでいう角度情報は、例えばｚ－ｙ平面で定義される天頂角、ならびに、ｘ－ｙ平面で定義される方位角となり、ビームフォーミング無線通信で使用されるビームの方向を示すセクタに対応する。また、オフィス等のワークスペースの空間内ＳＰＣ１では、従業員ＰＳ１は、床面ＦＬＲ１から固定長の高さｈ（例えば７０ｃｍ程度）を有するデスクＤＫ１を利用して業務を行うことがある。デスクＤＫ１は、第２の通信端末の一例としての通信端末１０を載置する設備の一例である。また、通信端末１０の位置を推定するのに用いる第１の通信端末の一例としてのアクセスポイントＡＰの台数は１台である。これにより、通信端末１０が置かれている場所の高さが床面ＦＬＲ１から一定となるので、アクセスポイントＡＰ１からのビームの方向がビームフォーミングトレーニング（後述参照）により定まることで、アクセスポイントＡＰ１から観測した通信端末１０の（Ｘ，Ｙ）座標が簡易に求まる。
　これにより、位置推定装置の一例としてのアクセスポイントＡＰ１あるいはサーバコンピュータ２０は、ビームフォーミングトレーニングにより得られる距離情報および信号受信強度（後述参照）と、角度情報に基づくセクタごとの受信信号品質（例えばＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ　Ｎｏｉｓｅ　Ｒａｔｉｏ）との蓄積結果を用いて、通信端末１０の位置を推定するためのＡＩ（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｓ）の学習済みモデルを構築するための機械学習を実行する。したがって、位置推定装置の一例としてのアクセスポイントＡＰ１あるいはサーバコンピュータ２０は、機械学習により得られた学習済みモデルを用いて、アクセスポイントＡＰ１とビームフォーミング無線通信する通信端末１０の位置を高精度に推定できる。
　次に、ビームフォーミングトレーニングの概略について、図３および図４を参照して説明する。図３は、送信ビームフォーミングのトレーニングシーケンスを模式的に示す図である。図４は、受信ビームフォーミングのトレーニングシーケンスを模式的に示す図である。ビームフォーミングトレーニングは、図３の送信ビームフォーミングのトレーニングシーケンスが先に実行され、その後、図４の受信ビームフォーミングのトレーニングシーケンスが実行される。
　ビームフォーミングトレーニングでは、アクセスポイントＡＰ１もしくは通信端末１０は、セクタ＃１～セクタ＃５までのセクタを切り替えながら通信相手である通信端末１０もしくはアクセスポイントＡＰ１から送信される信号（例えばトレーニングパケットであるビーコン）を受信し、受信した信号から算出した受信信号品質に基づいて、最も利得が大きいセクタを探索する。受信信号品質は、例えば、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ　Ｎｏｉｓｅ
　Ｒａｔｉｏ）、ＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、ＳＩＮＲ（Ｓｉｇｎｌａ　ｔｏ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｐｌｕｓ　Ｎｏｉｓｅ　Ｒａｔｉｏ）である。なお、図３および図４の説明の前提として、アクセスポイントＡＰ１および通信端末１０のそれぞれは、ビームフォーミングトレーニングに必要なセクタ数（例えば５）を互いに認識しているとする。
　図３の送信ビームフォーミングトレーニングにおいて、アクセスポイントＡＰ１は、セクタＩＤをスイープ（掃引）しながらビーコンＰＫＴ１（例えばトレーニングパケット）を通信端末１０に送信する。例えば、アクセスポイントＡＰ１は、セクタＩＤ＝＃１の指向性を形成してビーコンＰＫＴ１を送り、その後セクタＩＤ＝＃２の指向性を形成してビーコンＰＫＴ１を送り、以下同様にして、セクタＩＤ＝＃５の指向性を形成してビーコンＰＫＴ１を送る。通信端末１０は、最大のビーム幅（言い換えると、全方位の指向性）を形成してビーコンＰＫＴ１を受信する（オムニ受信）。この結果、通信端末１０は、例えばセクタＩＤ＝４の指向性で送られたビーコンＰＫＴ１の受信信号品質に基づく利得が最も大きかったと判定したとする。
　次に、通信端末１０は、セクタＩＤ＝４の指向性で送られたビーコンＰＫＴ１の受信信号品質に基づく利得が最も大きかった旨のフィードバック情報を含むビーコンＰＫＴ２を生成し、セクタＩＤをスイープしながらビーコンＰＫＴ２をアクセスポイントＡＰ１に送信する。なおビーコンＰＫＴ２には、通信端末が現在のＰＫＴ２の送信に利用しているセクタＩＤを示す情報を含んでもよい（以下他のＰＫＴにおいても同様）。例えば、通信端末１０は、セクタＩＤ＝＃１の指向性を形成してビーコンＰＫＴ２を送り、その後セクタＩＤ＝＃２の指向性を形成してビーコンＰＫＴ２を送り、以下同様にして、セクタＩＤ＝＃５の指向性を形成してビーコンＰＫＴ２を送る。アクセスポイントＡＰ１は、最大のビーム幅（言い換えると、全方位の指向性）を形成してビーコンＰＫＴ２を受信する（オムニ受信）。この結果、アクセスポイントＡＰ１は、例えばセクタＩＤ＝３の指向性で送られたビーコンＰＫＴ２の受信信号品質に基づく利得が最も大きかったと判定したとする。
　アクセスポイントＡＰ１は、通信端末１０からのビーコンＰＫＴ２に含まれるフィードバック情報に基づいて、送信用のビームフォーミング無線通信のセクタとしてセクタＩＤ＝＃４を設定する。アクセスポイントＡＰ１は、セクタＩＤ＝３の指向性で送られたビーコンＰＫＴ２の受信信号品質に基づく利得が最も大きかった旨のフィードバック情報を含むビーコンＰＫＴ３をビーコンＰＫＴ２の受信確認（ＡＣＫ：Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）として生成し、設定したセクタＩＤ＝＃４でビーコンＰＫＴ３を通信端末１０に送信する。通信端末１０は、最大のビーム幅（言い換えると、全方位の指向性）を形成してビーコンＰＫＴ３を受信する（オムニ受信）。この結果、通信端末１０は、アクセスポイントＡＰ１からのビーコンＰＫＴ３に含まれるフィードバック情報に基づいて、送信用のビームフォーミング無線通信のセクタとしてセクタＩＤ＝＃３を設定する。通信端末１０は、アクセスポイントＡＰ１からのビーコンＰＫＴ３の受信確認（ＡＣＫ）を、設定されたセクタＩＤ＝＃３でアクセスポイントＡＰ１に送信する。
　図４の受信ビームフォーミングトレーニングにおいて、通信端末１０は、送信用のビームフォーミング無線通信のセクタ（言い換えると、最適ビーム）として設定されたセクタＩＤ＝＃３を用いて、ビーコンＰＫＴ４（例えばトレーニングパケット）をアクセスポイントＡＰ１に送信する。例えば、通信端末１０は、セクタＩＤの数（例えば５）に応じて、最適ビームであるセクタＩＤ＝＃３を用いて、ビーコンＰＫＴ４を５回、アクセスポイントＡＰ１に送信する。アクセスポイントＡＰ１は、セクタＩＤをスイープ（掃引）しながら、通信端末１０からのビーコンＰＫＴ４を５回受信する。例えば、アクセスポイントＡＰ１は、セクタＩＤ＝＃１の指向性を形成してビーコンＰＫＴ４を受信し、その後セクタＩＤ＝＃２の指向性を形成してビーコンＰＫＴ４を受信し、以下同様にして、セクタＩＤ＝＃５の指向性を形成してビーコンＰＫＴ４を受信する。これにより、アクセスポイントＡＰ１は、セクタＩＤ別に異なるビーコンＰＫＴ４の受信信号品質（例えばＳＮＲ）を取得できる。
　アクセスポイントＡＰ１は、送信用のビームフォーミング無線通信のセクタ（言い換えると、最適ビーム）として設定されたセクタＩＤ＝＃４を用いて、ビーコンＰＫＴ５（例えばトレーニングパケット）を通信端末１０に送信する。例えば、アクセスポイントＡＰ１は、セクタＩＤの数（例えば５）に応じて、最適ビームであるセクタＩＤ＝＃４を用いて、ビーコンＰＫＴ５を５回、通信端末１０に送信する。通信端末１０は、セクタＩＤをスイープしながら、アクセスポイントＡＰ１からのビーコンＰＫＴ５を５回受信する。例えば、通信端末１０は、セクタＩＤ＝＃１の指向性を形成してビーコンＰＫＴ５を受信し、その後セクタＩＤ＝＃２の指向性を形成してビーコンＰＫＴ５を受信し、以下同様にして、セクタＩＤ＝＃５の指向性を形成してビーコンＰＫＴ５を受信する。これにより、通信端末１０は、セクタＩＤ別に異なるビーコンＰＫＴ５の受信信号品質（例えばＳＮＲ）を取得できる。以上により、トレーニングシーケンスが終了し、この後に実際の通信（実通信）がアクセスポイントＡＰ１と通信端末１０との間で実行される。例えば、アクセスポイントＡＰ１は、送信用のビームフォーミング無線通信のセクタ（言い換えると、最適ビーム）として設定されたセクタＩＤ＝＃４を用いて、ミリ波通信用データパケットを通信端末１０に送信する。通信端末１０は、送信用のビームフォーミング無線通信のセクタ（言い換えると、最適ビーム）として設定されたセクタＩＤ＝＃３を用いて、ミリ波通信用データパケットをアクセスポイントＡＰ１に送信する。
　ここで、アクセスポイントＡＰ１から等距離の位置（例えば２地点）における各ＳＮＲパターンについて、図５を参照して説明する。図５は、アクセスポイントＡＰ１から等距離の異なる２地点における各ＳＮＲパターンの一例を示す図である。ここでいう２点は、アクセスポイントＡＰ１が配置される天井ＣＬ１の直下地点を原点（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）とする２次元平面を想定した場合の座標（０，５）の地点Ｐ１と、座標（０，－５）の地点Ｐ２としている。また、図５の説明では、セクタ数を６４としている。
　図５に示すように、アクセスポイントＡＰ１からのビーコン（図４参照）を通信端末１０が地点Ｐ１で受信した場合のセクタＩＤ別のＳＮＲパターンＰｔｎ１と、アクセスポイントＡＰ１からのビーコン（図４参照）を通信端末１０が地点Ｐ２で受信した場合のセクタＩＤ別のＳＮＲパターンＰｔｎ２とは異なる。つまり、アクセスポイントＡＰ１から地点Ｐ１への通信距離とアクセスポイントＡＰ１から地点Ｐ２への通信距離とは同一であるが、ＳＮＲパターンＰｔｎ１とＳＮＲパターンＰｔｎ２とは異なる。これは、セクタ別の信号の放射パターンの概形が異なり、メインローブ（アレイアンテナのゲインが最も高い方向）とサイドローブ（副次的にアレイアンテナのゲインが大きくなる方向）に差があるセクタもあれば、ほとんど差が無いセクタも存在するためである。
　そこで、実施の形態１では、アクセスポイントＡＰ１から観測した通信端末１０の方向に相関する情報として、上述したビームフォーミングトレーニングの過程で得られる全セクタの受信信号品質（例えばＳＮＲ）に着目する。つまり、ビームフォーミングトレーニングの過程で決定されるセクタ（言い換えると、最適ビーム）が通信端末１０の位置を一意に推定できるような選択性を有していない場合でも、ビームフォーミングトレーニングの過程で得られるセクタ別のＳＮＲパターンは通信端末１０の位置に応じて異なるパターンを有するので、アクセスポイントＡＰ１もしくはサーバコンピュータ２０における通信端末１０の推定精度が向上することになる。
　次に、実施の形態１に係る位置推定システム１００による送信ビームフォーミングおよび受信ビームフォーミングのトレーニングシーケンスの動作手順例について、図６および図７を参照して説明する。図６は、実施の形態１に係る位置推定システム１００による送信ビームフォーミングのトレーニングシーケンスの動作手順例を示すフローチャートである。図７は、実施の形態１に係る位置推定システム１００による受信ビームフォーミングのトレーニングシーケンスの動作手順例を示すフローチャートである。図６および図７の説明の前提として、アクセスポイントＡＰ１および通信端末１０のそれぞれは、ビームフォーミングトレーニングに必要なセクタ数を互いに認識しているとする。
　図６の送信ビームフォーミングトレーニングにおいて、アクセスポイントＡＰ１は、セクタＮａｐ（Ｎａｐ：アクセスポイントＡＰが設定するセクタＩＤ）でビーコン（例えばトレーニングパケット）を通信端末１０に送信する（Ｓｔ１）。通信端末１０は、最大のビーム幅（言い換えると、全方位となるセクタ（オムニセクタ））を形成してビーコンを受信し（Ｓｔ２）、アクセスポイントＡＰ１との通信距離、ビーコンの受信に関する受信信号強度（例えば受信信号電力）および受信信号品質（例えばセクタＩＤに対応するＳＮＲ）を測定してメモリ１２に記録する（Ｓｔ３）。通信端末１０のプロセッサ１１は、セクタＮａｐが最終値（例えば５）となったか否かを判定する（Ｓｔ４）。セクタＮａｐが最終値となったと判定された場合には（Ｓｔ４、ＹＥＳ）、位置推定システム１００の処理はステップＳｔ６に進む。
　一方、プロセッサ１１は、セクタＮａｐが最終値ではないと判定した場合には（Ｓｔ４、ＮＯ）、現在のセクタＮａｐをインクリメントする指示を含む受信確認（ＡＣＫ）をアクセスポイントＡＰ１に送る（Ｓｔ５）。アクセスポイントＡＰ１のプロセッサ１は、ステップＳｔ５で送られた受信確認の受信に基づいて、現在のセクタＮａｐをインクリメントした（つまり、（Ｎａｐ＋１）にした）セクタでビーコン（例えばトレーニングパケット）を通信端末１０に送信する（Ｓｔ１）。以降、セクタＮａｐが最終値となったと判定されるまで、ステップＳｔ１～ステップＳｔ５の処理が繰り返される。
　通信端末１０のプロセッサ１１は、セクタＮａｐが最終値となったと判定した場合には（Ｓｔ４、ＹＥＳ）、ステップＳｔ２でのオムニセクタでの受信結果（つまりステップＳｔ３で記録されたセクタ別のＳＮＲ）に基づいて、最適セクタＢａｐ（つまり、ＳＮＲが最も良好であったセクタ）を決定し、その決定結果をフィードバック情報（図３参照）としてアクセスポイントＡＰ１に通知する（Ｓｔ６）。
　次に、通信端末１０は、セクタＮｒｅｓ（Ｎｒｅｓ：通信端末１０が設定するセクタＩＤ）でビーコン（例えばトレーニングパケット）をアクセスポイントＡＰ１に送信する（Ｓｔ７）。なお、通信端末１０は、ステップＳｔ６で決定された最適セクタＢａｐを教示するフィードバック情報（図３参照）をステップＳｔ７の時点でアクセスポイントＡＰ１に送ってもよい。アクセスポイントＡＰ１は、最大のビーム幅（言い換えると、全方位となるセクタ（オムニセクタ））を形成してビーコンを受信し（Ｓｔ８）、通信端末１０との通信距離、ビーコンの受信に関する受信信号強度（例えば受信信号電力）および受信信号品質（例えばセクタＩＤに対応するＳＮＲ）を測定してメモリ２に記録する（Ｓｔ９）。アクセスポイントＡＰ１のプロセッサ１は、セクタＮｒｅｓが最終値（例えば５）となったか否かを判定する（Ｓｔ１０）。
　アクセスポイントＡＰ１のプロセッサ１は、セクタＮｒｅｓが最終値となったと判定した場合には（Ｓｔ１０、ＹＥＳ）、ステップＳｔ８でのオムニセクタでの受信結果（つまりステップＳｔ９で記録されたセクタ別のＳＮＲ）に基づいて、最適セクタＢｒｅｓ（つまり、ＳＮＲが最も良好であったセクタ）を決定し、その決定結果をフィードバック情報（図３参照）として通信端末１０に通知する（Ｓｔ１１）。ステップＳｔ１１の後、位置推定システム１００の処理はステップＳｔ１３に進む（図７参照）。
　一方、アクセスポイントＡＰ１のプロセッサ１は、セクタＮｒｅｓが最終値ではないと判定した場合には（Ｓｔ１０、ＮＯ）、現在のセクタＮｒｅｓをインクリメントする指示を含む受信確認（ＡＣＫ）を通信端末１０に送る（Ｓｔ１２）。通信端末１０のプロセッサ１１は、ステップＳｔ１２で送られた受信確認の受信に基づいて、現在のセクタＮｒｅｓをインクリメントした（つまり、（Ｎｒｅｓ＋１）にした）セクタでビーコン（例えばトレーニングパケット）をアクセスポイントＡＰ１に送信する（Ｓｔ７）。以降、セクタＮｒｅｓが最終値となったと判定されるまで、ステップＳｔ７～ステップＳｔ１２の処理が繰り返される。
　図７の受信ビームフォーミングトレーニングにおいて、座標（ｘ，ｙ）に位置する通信端末１０は、送信ビームフォーミングトレーニング（ステップＳｔ１１参照）で決定された最適セクタＢｒｅｓで、ビーコン（例えばトレーニングパケット）を送信する（Ｓｔ１３）。アクセスポイントＡＰ１は、セクタＮ（例えば１～５の整数）を形成してビーコンを受信し（Ｓｔ１４）、通信端末１０との通信距離、ビーコンの受信に関する受信信号強度（例えば受信信号電力）および受信信号品質（例えばセクタＩＤに対応するＳＮＲ）を測定してメモリ２に記録する（Ｓｔ１５）。アクセスポイントＡＰ１のプロセッサ１は、セクタＮが最終値（例えば５）となったか否かを判定する（Ｓｔ１６）。セクタＮが最終値（例えば５）となったと判定された場合には（Ｓｔ１６、ＹＥＳ）、位置推定システム１００の処理はステップＳｔ１８に進む。
　一方、アクセスポイントＡＰ１のプロセッサ１は、セクタＮが最終値（例えば５）ではないと判定した場合には（Ｓｔ１６、ＮＯ）、現在のセクタＮをインクリメントする指示を含む受信確認（ＡＣＫ）を通信端末１０に送る（Ｓｔ１７）。通信端末１０のプロセッサ１１は、ステップＳｔ１７で送られた受信確認の受信に基づいて、現在のセクタＮをインクリメントした（つまり、（Ｎ＋１）にした）セクタでビーコン（例えばトレーニングパケット）をアクセスポイントＡＰ１に送信する（Ｓｔ１７）。以降、セクタＮが最終値となったと判定されるまで、ステップＳｔ１３～ステップＳｔ１７の処理が繰り返される。
　アクセスポイントＡＰ１のプロセッサ１は、セクタＮが最終値（例えば５）となったと判定した場合には（Ｓｔ１６、ＹＥＳ）、ステップＳｔ１５で記録された通信端末１０との通信距離、ビーコンの受信に関する受信信号強度（例えば受信信号電力）および受信信号品質（例えばセクタＮごとのＳＮＲ）の各データを学習用プログラムへ入力することで、通信端末１０の座標（ｘ，ｙ）を目的変数とした学習用プログラムを用いて機械学習する（Ｓｔ１８）。なお、このステップＳｔ１８の処理は、上述した各データをアクセスポイントＡＰ１から取得したサーバコンピュータ２０のプロセッサ２１によって実行されても構わない。これにより、アクセスポイントＡＰ１のプロセッサ１もしくはサーバコンピュータ２０のプロセッサ２１は、上述した各データを入力して通信端末１０の座標（ｘ，ｙ）を出力することが可能なＡＩの学習済みモデルを生成することができる。
　次に、実施の形態１に係る位置推定システム１００による実通信時の位置推定に関する動作手順例について、図８を参照して説明する。図８は、実施の形態１に係る位置推定システム１００による実通信時の位置推定に関する動作手順例を示すフローチャートである。
　図８において、アクセスポイントＡＰ１と通信端末１０との間で、ビームフォーミングトレーニングシーケンス（図６および図７参照）のステップＳｔ１～ステップＳｔ１７の処理と同一の処理が実行される。その後、ステップＳｔ１８（図７参照）での機械学習により生成された学習済みモデルを実行可能に搭載したプロセッサ（例えばアクセスポイントＡＰ１のプロセッサ１あるいはサーバコンピュータ２０のプロセッサ２１。図８の説明において同様。）は、アクセスポイントＡＰ１から得た、通信端末１０との通信距離、ビーコンの受信に関する受信信号強度（例えば受信信号電力）および受信信号品質（例えばセクタＮごとのＳＮＲ）の各データを入力する（Ｓｔ２１）。プロセッサは、入力された各データを用いた学習済みモデルによる計算により、アクセスポイントＡＰ１から観測した通信端末１０の相対位置を示す座標（ｘ，ｙ）を導出して出力する（Ｓｔ２２）。
　なお、プロセッサは、ワークスペースのレイアウト（例えばオフィスレイアウト）を模したレイアウト画像のデータをメモリ（例えばメモリ２あるいはメモリ２２）から読み出し、ステップＳｔ２２で導出された通信端末１０の座標（ｘ，ｙ）に対応するレイアウト画像中の位置に、その位置が推定された無線端末情報を重畳した合成画像ＩＭＧ１を生成してディスプレイＤＰ１に出力してもよい（Ｓｔ２３）。ここでいう無線端末情報は、例えば通信端末１０の所有者（使用者）として予め登録されている従業員ＰＳ１の氏名である。なお、無線端末情報は、従業員ＰＳ１の氏名に限定されず、従業員番号、従業員の顔写真、イニシャル、ニックネーム、メールアドレス等従業員を一意あるいはある程度の範囲で識別できる情報としてもよい。
　次に、従来の位置推定方法と実施の形態１に係る位置推定方法とを用いて、オフィス等のワークスペースの空間内ＳＰＣ１でアクセスポイントから観測した無線端末の相対位置を測定する実験結果の一例について、図９および図１０を参照して説明する。図９は、従来の位置推定方法により得られた測位誤差ヒートマップ例を示す図である。図１０は、実施の形態１に係る位置推定方法により得られた測位誤差ヒートマップ例を示す図である。図９および図１０の横軸はｘ軸（図２参照）、縦軸はｙ軸（図２参照）を示す。図９および図１０の各座標で示される位置におけるマルの濃淡は測位誤差の大きさを示し、濃い程測位誤差が大きく、淡い程測位誤差が小さいことを示す。
　図９では、原点（０，０）は、天井ＣＬ１に配置されたアクセスポイントの直下の地点に相当する。この実験では、例えば１０［ｍ］×１０［ｍ］の範囲における無線端末の測位誤差が測定された。図９に示す従来の位置推定方法によると、原点の近傍付近では測位誤差が大きくなることがなかったが、測定範囲のエッジ部分（例えば原点から３ｍ～５ｍ離れた位置）における無線端末の測位誤差が大きくなることが分かった。具体的には、１０ｍ×１０ｍのエリアを対象とした場合に、平均の測位精度が２．７ｍであった。これは、従来の位置推定方法では、ビームフォーミングで使用されるセクタに応じた信号の放射パターンが無線端末を一意に推定できる程度の選択性を有していないことが挙げられる。つまり、セクタ別の信号の放射パターンの概形（例えば、メインローブとサイドローブ）に差があるセクタもあれば、ほとんど差が無いセクタも存在するためである。言い換えると、メインローブとサイドローブとの差が大きければ、無線端末の位置を一意に決定できるが、メインローブとサイドローブとの差がない場合には無線端末の位置を一意に決定できない。
　図１０でも、図９と同様に、原点（０，０）は、天井ＣＬ１に配置されたアクセスポイントの直下の地点に相当する。この実験では、例えば１０［ｍ］×１０［ｍ］の範囲における無線端末の測位誤差が測定された。図１０に示す実施の形態１の位置推定方法によると、原点の近傍付近に限らず測定範囲のエッジ部分（例えば原点から３ｍ～５ｍ離れた位置）においても無線端末の測位誤差の増加が相対的に抑制されたことが分かった。具体的には、１０ｍ×１０ｍのエリアを対象とした場合に、平均の測位精度が１．０ｍであった。これは、実施の形態１の位置推定方法では、アクセスポイントＡＰ１から観測した通信端末１０の方向に相関する情報として、ビームフォーミングトレーニングの過程で得られる全セクタの受信信号品質（例えばＳＮＲ）を利用していることに基づく。つまり、ビームフォーミングトレーニングの過程で決定されるセクタ（言い換えると、最適ビーム）が通信端末１０の位置を一意に推定できるような選択性を有していない場合でも、ビームフォーミングトレーニングの過程で得られるセクタ別のＳＮＲパターンは通信端末１０の位置に応じて異なるパターンを有するので、アクセスポイントＡＰ１もしくはサーバコンピュータ２０における通信端末１０の推定精度が向上することになる。
　図１１は、オフィスのレイアウト画像に無線端末の位置の推定結果を重畳した合成画像ＩＭＧ１の一例を示す図である。この合成画像ＩＭＧ１は、例えばディスプレイＤＰ１において表示される。合成画像ＩＭＧ１は、複数のデスクが配置されたオフィス等のワークスペースのレイアウト画像に、アクセスポイントＡＰ１あるいはサーバコンピュータ２０により推定された複数（例えば３）台の通信端末１０のそれぞれの位置（座標）に対応する無線端末情報が重畳されている。例えば、合成画像ＩＭＧ１には、「ＡＡ太郎」という従業員ＰＳ１１の無線端末の推定された位置に無線端末情報ＮＭ１が重畳され、「ＢＢ花子」という従業員ＰＳ１２の無線端末の推定された位置に無線端末情報ＮＭ２が重畳され、「ＣＣ和夫」という従業員ＰＳ１３の無線端末の推定された位置に無線端末情報ＮＭ３が重畳されている。これにより、位置推定システム１００の管理者は、オフィス等のワークスペースの空間内ＳＰＣ１において、無線端末を所持している従業員の位置を的確に把握できる。つまり、位置推定システム１００は、オフィス等のワークスペースの空間内ＳＰＣ１において無線端末を所持している従業員の位置の見える化を的確に実現できる。
　以上により、実施の形態１に係る位置推定方法あるいは位置推定システム１００は、オフィス等のワークスペースの空間内ＳＰＣ１に固定された第１の通信端末（例えばアクセスポイントＡＰ１）との間で無線通信する、移動可能な第２の通信端末（例えば通信端末１０）の位置を推定する。位置推定方法あるいは位置推定システム１００は、第１の通信端末と第２の通信端末との間で行われる、複数の異なるセクタを切り替えたビームフォーミング無線通信に基づいて、第１の通信端末から第２の通信端末までの通信距離、第２の通信端末における信号受信強度、および、第２の通信端末におけるセクタごとの受信信号品質を取得する。位置推定方法あるいは位置推定システム１００は、取得された通信距離、信号受信強度、および、セクタごとの受信信号品質に基づいて、第１の通信端末および第２の通信端末のうち一方から観測した他方の位置を推定することで、空間内における第２の通信端末の位置を推定する。
　これにより、実施の形態１に係る位置推定方法あるいは位置推定システム１００によれば、１台の位置推定装置（例えばアクセスポイントＡＰ１）を設けるだけで通信端末１０の位置を的確に推定できる点でシステム導入費のコストアップを抑制できる。また、実施の形態１に係る位置推定方法あるいは位置推定システム１００によれば、オフィス等の空間内においてユーザが使用する無線端末の位置の推定精度を向上できる。
　また、第２の通信端末（例えば通信端末１０）の位置の推定は、通信距離、信号受信強度、および、セクタごとの受信信号品質を用いて学習した学習済みモデルを用いて実行される。これにより、実施の形態１に係る位置推定方法あるいは位置推定システム１００によれば、通信距離、信号受信強度、および、セクタごとの受信信号品質を入力とした機械学習によって得られたＡＩによる学習済みモデルを利用することで、オフィス等の空間内においてユーザが使用する無線端末の位置を高精度に推定できる。
　また、実施の形態１に係る位置推定方法あるいは位置推定システム１００は、推定された第２の通信端末（例えば通信端末１０）の位置を、オフィス等のワークスペースの空間を模した画像（例えばレイアウト画像）に重畳して表示する。これにより、実施の形態１に係る位置推定方法あるいは位置推定システム１００によれば、位置推定システム１００の管理者は、オフィス等のワークスペースの空間内ＳＰＣ１において、無線端末を所持している従業員の位置を的確に把握できる。
　また、第１の通信端末は、アクセスポイントＡＰ１である。第２の通信端末は、オフィス等のワークスペースの空間内ＳＰＣ１でユーザにより所持される端末である。これにより、実施の形態１に係る位置推定方法あるいは位置推定システム１００によれば、オフィス等のワークスペースの空間内ＳＰＣ１において、誰がどこで仕事をし、そのとき周りには誰がいたのか、という所在の見える化・トレーサビリティの確保を効率的に推進できる。
　また、実施の形態１に係る位置推定方法あるいは位置推定システム１００は、取得された通信距離、信号受信強度、および、セクタごとの受信信号品質に基づいて、第１の通信端末から観測した第２の通信端末の位置を推定する。これにより、実施の形態１に係る位置推定方法あるいは位置推定システム１００によれば、天井ＣＬ１等に固定されているアクセスポイントＡＰ１から観測した移動体としての通信端末１０がオフィス等の空間内においてどこに位置しているかを高精度に推定できる。
　また、実施の形態１に係る位置推定方法あるいは位置推定システム１００では、空間内ＳＰＣ１には、第２の通信端末（例えば通信端末１０）を載置する設備（例えばデスクＤＫ１）が配置される。第２の通信端末の位置を推定するのに用いる第１の通信端末（例えばアクセスポイントＡＰ１）の台数は１台である。これにより、通信端末１０が置かれている場所の高さが床面ＦＬＲ１から一定となるので、アクセスポイントＡＰ１からのビームの方向がビームフォーミングトレーニングにより定まることで、アクセスポイントＡＰ１から観測した通信端末１０の（Ｘ，Ｙ）座標が簡易に求まる。
　また、実施の形態１に係る位置推定方法あるいは位置推定システム１００では、第２の通信端末（例えば通信端末１０）は、人あるいは機器（例えばロボット等の産業用機器）が保持もしくは固定しながら通信を行う端末である。第２の通信端末の位置を推定するのに用いる第１の通信端末（例えばアクセスポイントＡＰ１）の台数は１台である。これにより、通信端末１０がスマートフォン、タブレット端末、あるいは移動可能な産業用機器に固定される端末であれば、同様に通信端末１０が存在する空間内ＳＰＣ１での高さが一定となるので、アクセスポイントＡＰ１からのビームの方向がビームフォーミングトレーニングにより定まることで、アクセスポイントＡＰ１から観測した通信端末１０の（Ｘ，Ｙ）座標が簡易に求まる。
　また、実施の形態１に係る位置推定装置（例えばアクセスポイントＡＰ１あるいはサーバコンピュータ２０）は、オフィス等のワークスペースの空間内ＳＰＣ１に固定された第１の通信端末（例えばアクセスポイントＡＰ１）との間で無線通信する、移動可能な第２の通信端末（例えば通信端末１０）の位置を推定する。位置推定装置は、第１の通信端末と第２の通信端末との間で行われる、複数の異なるセクタを切り替えたビームフォーミング無線通信に基づいて、第１の通信端末から第２の通信端末までの通信距離、第２の通信端末における信号受信強度、および、第２の通信端末におけるセクタごとの受信信号品質を取得するプロセッサ（例えばプロセッサ１あるいはプロセッサ２１）を備える。プロセッサは、取得された通信距離、信号受信強度、および、セクタごとの受信信号品質に基づいて、第１の通信端末および第２の通信端末のうち一方から観測した他方の位置を推定することで、空間内における第２の通信端末の位置を推定する。
　これにより、実施の形態１に係る位置推定装置によれば、１台の位置推定装置（例えばアクセスポイントＡＰ１）を設けるだけで通信端末１０の位置を的確に推定できる点でシステム導入費のコストアップを抑制できる。また、実施の形態１に係る位置推定装置によれば、オフィス等の空間内においてユーザが使用する通信端末の位置の推定精度を向上できる。
　以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各種の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
　なお、上述した実施の形態１において、第２の通信端末の一例としての通信端末１０は、上述した学習済みモデルを用いて、自機から観測したアクセスポイントＡＰ１の座標を推定してもよい。アクセスポイントＡＰ１は天井ＣＬ１等の位置に固定されているので、座標が固定である点に鑑みれば、通信端末１０は、自機の座標を導出できる。
　なお、本出願は、２０２０年１０月２８日出願の日本特許出願（特願２０２０－１８０７３９）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
　本開示は、システム導入費のコストアップを抑制し、オフィス等の空間内においてユーザが使用する無線端末の位置の推定精度を向上する位置推定方法、位置推定システムおよび位置推定装置として有用である。
１、１１、２１　プロセッサ
２、１２、２２　メモリ
３、１３　通信部
４、１４、２４　外部インターフェース
１０　通信端末
２０　サーバコンピュータ
２３　ストレージ
Ａｎｔ１、Ａｎｔ２　アレイアンテナ
１００　位置推定システム
ＡＰ１　アクセスポイント
ＤＰ１　ディスプレイ
ＭＤ１　ミリ波通信モジュール

Claims (9)

  1. 　空間内に固定された第１の通信端末との間で無線通信する、移動可能な第２の通信端末の位置を推定する位置推定方法であって、
    　前記第１の通信端末と前記第２の通信端末との間で行われる、複数の異なるセクタを切り替えたビームフォーミング無線通信に基づいて、前記第１の通信端末から前記第２の通信端末までの通信距離、前記第２の通信端末における信号受信強度、および、前記第２の通信端末における前記セクタごとの受信信号品質を取得し、
    　取得された前記通信距離、前記信号受信強度、および、前記セクタごとの受信信号品質に基づいて、前記第１の通信端末および前記第２の通信端末のうち一方から観測した他方の位置を推定することで、前記空間内における前記第２の通信端末の位置を推定する、
    　位置推定方法。
  2. 　前記第２の通信端末の位置の推定は、前記通信距離、前記信号受信強度、および、前記セクタごとの受信信号品質を用いて学習した学習済みモデルを用いて実行される、
    　請求項１に記載の位置推定方法。
  3. 　推定された前記第２の通信端末の位置を、前記空間を模した画像に重畳して表示する、
    　請求項１に記載の位置推定方法。
  4. 　前記第１の通信端末は、アクセスポイントであり、
    　前記第２の通信端末は、前記空間内でユーザにより所持される端末である、
    　請求項１に記載の位置推定方法。
  5. 　取得された前記通信距離、前記信号受信強度、および、前記セクタごとの受信信号品質に基づいて、前記第１の通信端末から観測した前記第２の通信端末の位置を推定する、
    　請求項１に記載の位置推定方法。
  6. 　前記空間内は前記第２の通信端末を載置する設備が配置され、
    　前記第２の通信端末の位置を推定するのに用いる前記第１の通信端末の台数は１台である、
    　請求項１に記載の位置推定方法。
  7. 　前記第２の通信端末は人あるいは機器が保持しながら通信を行う端末であって、
    　前記第２の通信端末の位置を推定するのに用いる前記第１の通信端末の台数は１台である、
    　請求項１に記載の位置推定方法。
  8. 　空間内に固定された第１の通信端末と、
    　前記第１の通信端末との間で無線通信する、移動可能な第２の通信端末の位置を推定する位置推定装置と、を備え、
    　前記位置推定装置は、
    　前記第１の通信端末と前記第２の通信端末との間で行われる、複数の異なるセクタを切り替えたビームフォーミング無線通信に基づいて、前記第１の通信端末から前記第２の通信端末までの通信距離、前記第２の通信端末における信号受信強度、および、前記第２の通信端末における前記セクタごとの受信信号品質を取得し、
    　取得された前記通信距離、前記信号受信強度、および、前記セクタごとの受信信号品質に基づいて、前記第１の通信端末および前記第２の通信端末のうち一方から観測した他方の位置を推定することで、前記空間内における前記第２の通信端末の位置を推定する、
    　位置推定システム。
  9. 　空間内に固定された第１の通信端末との間で無線通信する、移動可能な第２の通信端末の位置を推定する位置推定装置であって、
    　前記第１の通信端末と前記第２の通信端末との間で行われる、複数の異なるセクタを切り替えたビームフォーミング無線通信に基づいて、前記第１の通信端末から前記第２の通信端末までの通信距離、前記第２の通信端末における信号受信強度、および、前記第２の通信端末における前記セクタごとの受信信号品質を取得するプロセッサ、を備え、
    　前記プロセッサは、
    　取得された前記通信距離、前記信号受信強度、および、前記セクタごとの受信信号品質に基づいて、前記第１の通信端末および前記第２の通信端末のうち一方から観測した他方の位置を推定することで、前記空間内における前記第２の通信端末の位置を推定する、
    　位置推定装置。
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