(57)【要約】【課題】複数の基地局で測定した受信タイミングを用いて端末の位置検出する場合に、測定に用いた基地局に同期が不完全な基地局が含まれることにより検出精度が劣化することがある。また、余分な基地局で測定した信号の計算に時間がかかりユーザに位置情報を提供するまでに時間がかかることがある。【解決手段】同期信号を発信する基地局と、その基地局が発信した直接波が到達する基地局とを対応づけるテーブルおよび端末の過去の位置履歴を持つテーブルを持ち、それらのテーブルを参照することにより適切な基地局を選択し、位置検出精度の向上および位置検出時間の短縮化をすることができる。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標が既知の無線局から発信される第一の無線信号と、
端末から発信される第二の無線信号とを、
複数の無線局で受信し、それぞれの受信タイミングを測定し、
前記端末の位置検出計算を行う無線位置検出方法において、
上記信号の受信に先立ち、上記複数の無線局の選択処理で、
第一の無線信号の直接波を受信可能な無線局を選択する処理と、
過去の端末の位置履歴に基づき上記無線局を絞り込む処理とが、
具備されることを特徴とした無線位置検出方法。
【請求項２】
請求項１に記載の無線位置検出方法において、
過去の端末の位置履歴に基づき無線局を絞り込む処理で、
過去に位置を取得した時刻が所定の時間を経過していた場合、
および過去に位置を取得していない場合、
および絞込みによって無線局数が所定の台数以下になった場合、
前記絞込み処理を無効とし、処理をスキップすることを
特徴とした無線位置検出方法。
【請求項３】
請求項１および請求項２に記載の無線位置検出方法において、
過去の端末の位置履歴に基づき基地局を絞り込む処理で、
端末の過去位置から所定の距離よりも離れた基地局を排除することを、
特徴とした無線位置検出方法。
【請求項４】
請求項３に記載の無線位置検出方法において、
過去の端末の位置履歴に基づき基地局を絞り込む処理で用いる所定の距離を、
端末が発信する第二の無線信号の到達距離と、
過去に位置を取得した時からの経過時間に端末の平均移動速度を乗じて求めた距離と、
誤差マージンと、を加えた値とすることを
特徴とした無線位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線電波発信源から送信された信号を受信し、その受信タイミングから端末の位置を測定する無線位置測定装置の位置検出方法に関する。特に無線LANシステムにおいて端末の位置を特定するシステムの位置検出方法について記載している。
【背景技術】
【０００２】
無線システムにおいて、例えば、GPSなどに代表される、端末の位置を測定する技術が提案されている。一方、安価で設置が容易、しかも免許が不要であるなどの理由により、普及している無線システムとしてIEEE 802.11a/b/g無線LANがある。それらの無線LANのみで、GPS衛星を利用せずに、位置を検出するシステムが考えられている。その位置検出方法は、例えば、特開２００４−１０１２５４号公報（特許文献１）に記述されているように、端末から送信される信号を、既知の位置に設置された基地局で受信した時間差を計算し、受信時間差に光速を乗算することによって、端末から各基地局までの信号の伝播距離の差を算出し、端末の位置を検出する方法がある。
【０００３】
従来の無線LANによる位置検出のフローを図２を用いて説明する。位置検出を開始した後、基地局選択２０１により位置検出のため無線信号を受信する基地局を選択する。基地局選択２０１の内部のフローでは、例えば、処理２０６に従って、端末が接続している基地局から所定の距離ｒ以内の基地局を選択する。次に、基地局占有１０２により、選択した基地局を占有する。これは、端末は複数利用できる無線チャネルのうち、ある１つの無線チャネル上で通信しており、端末の信号を受信する基地局は、端末と同じ無線チャネルに切り替える必要があるためである。選択された基地局が占有済みの場合には、占有が解除されるまで待つ。無線チャネル設定１０３により、選択された基地局と端末は同一の無線チャネルに設定される。信号タイミング測定１０４により、端末の信号および同期信号をそれぞれ受信し、信号処理を行いそれぞれの信号の受信タイミングを得る。ここで、同期信号とは、座標が既知である無線局から発信された信号である。位置計算１０５処理は、受信タイミングから端末位置の計算をおこなう。
【０００４】
基地局占有１０２及び無線チャネル設定１０３、信号タイミング測定１０４について、図6を用いて更に説明する。端末は、接続可能な、通常は該端末の最寄の、基地局１を介して、サーバに自機の位置検出を要求する。サーバは、基地局占有１０２及び無線チャネル設定１０３のために、基地局選択２０１で選択された基地局に対して位置検出に用いる無線チャネルの監視を指示する。上記監視を指示された各基地局は、それぞれ、サーバに応答を返す。
【０００５】
その後、信号タイミング測定１０４を行う。サーバは、上記要求を転送した基地局１を介して、端末に対し、上記無線チャネル上に第二の無線パケットを送信することを要求する。その際、基地局１は、上記、無線チャネル上に無線パケットを送信することになる。なお、図面では周辺基地局２、３の２局のみを図示したが、三辺測量の原理により端末の位置を特定するためには、３局以上の周辺基地局を利用するのが望ましい。ここでは、端末と接続される基地局とそれ以外の２局で３局分を確保しているが、端末と接続される基地局以外の３局(以上)を受信タイミングを測定する基地局として用いてもよい。受信タイミング測定に用いることができる基地局が２局以下の場合は、何らかの近似を用いて端末の位置を特定することが必要になる。
【０００６】
基地局１は上記の第一のパケットの送信時間を測定する。続いて、該端末は、該無線チャネル上に第二の無線パケットを送信する。上記監視を指示された基地局は、それぞれ、上記パケットの受信タイミングを測定する。各基地局は各無線パケットの受信タイミングあるいは送信タイミングを測定した結果をサーバに伝達する。サーバは、端末から送信される信号を、既知の位置に設置された基地局で受信したタイミングの時間差をもとに端末の位置を計算する。サーバは、計算された位置を端末へ伝達する。
【０００７】
端末の位置算出方法について説明する。まず、数１により、それぞれ基地局１に対する基地局２、３のクロックの誤差Eｂ０＿ｂｉ（ｉ＝１，２）を求める。次に、数２に示す連立方程式（ｉ＝１，２）に上記の求めたクロックの誤差を代入し、端末の位置（Ｘｍ，  Ｙｍ）について解くことにより、位置を求める。ここで、Tp1_b0、Rp2_b0は、基地局１で測定された第一の無線パケットの送信時間、第二の無線パケットの受信タイミングである。Ｒｐ１＿ｂ１、Ｒｐ２＿ｂ１は、基地局２で測定された第一、第二の無線パケット受信タイミングである。Ｒｐ１＿ｂ２、Ｒｐ２＿ｂ2は、基地局３で測定された第一、第二の無線パケット受信タイミングである。（Ｘ０，Ｙ０）、（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）は、それぞれ基地局１、２、３の位置である。ｃは光速である。
【０００８】
【数１】
2006138732.tif 000003
【０００９】
【数２】
2006138732.tif 000004
【００１０】
更に具体的な位置の計算方法は、特開２００４−１０１２５４号公報（特許文献１）においてその方法が開示されている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−１０１２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来の技術においては、選択される基地局は、端末が接続している基地局の近隣の基地局であった。実環境においては、単純に近隣の基地局が選択された場合、端末が接続された基地局からは、壁や柱などの障害物の陰となる基地局も含まれる場合がある。基地局から発信した同期信号は、上記の陰となった基地局へ、直線的には到達せずに、床や壁などで反射した後に到達する。反射波は直接波に比べて経路長が長いため、本来の同期のタイミングから遅延した、誤ったタイミングで同期してしまう。複数の基地局で測定した受信タイミングを用いて端末の位置を計算する場合に、測定に用いた基地局に同期が不完全な基地局が含まれることにより検出精度が劣化してしまうという問題があった。
【００１３】
無線LAN基地局はGPS衛星やセルラー基地局に比べれば、安価であり、設置も容易であるため、比較的密集して配置される場合もある。２次元の位置計算の場合、受信する基地局数は最低3局以上が必要である。3次元の位置計算の場合は、受信する基地局数は4局以上が必要である。前述したように、無線LANでは複数の無線チャネルがあるが、信号を受信する期間、無線チャネルを合わせる必要があるため、基地局を占有する必要がある。このとき余分な基地局を選択すると占有待ちの時間が増加する。基地局に関する受信タイミングを得るための信号処理は、PN符号との相関演算などの演算量の多い処理である。基地局数に比例して、これらの演算に費やされる時間が増加する。このように、必要以上に多い基地局数では、ユーザに位置情報を提供するまでに時間がかかるという問題があった。
ここで本特許は、上記問題点に鑑みてなされたもので、遮蔽物などの影響を排除し位置検出精度を向上し、また基地局の占有を効率良くすることで測位処理能力を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
同期信号を発信する基地局と、その基地局が発信した直接波が到達する基地局とを対応づける基地局情報テーブルと、端末の過去の位置履歴と取得時刻を保持する端末情報テーブルとを持ち、位置検出時に基地局情報テーブルを参照することによって同期信号の直接波が到達できる基地局を選択した後、端末情報テーブルによって不用な基地局を削減する。このように最適な基地局を選択することで、遮蔽物などの影響による測位誤差の増加を防ぎ、測位精度を向上し、また基地局の占有を効率良くすることで検出時間を短縮化することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上の説明から明らかなように、本発明の位置検出方法によれば、複数の基地局で測定した受信タイミングを用いて端末の位置検出をする場合に、測定に用いる基地局に同期が不完全な基地局が含まれることによる位置検出精度の劣化を防ぐことができる。また、余分な基地局を選択することによって生じる待ち時間と計算時間を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明による実施例を、図１を用いて説明する。図1のフローにおいて、従来の技術の説明で用いた図２と同じ処理は同じ符号で示す。位置検出を開始した後、基地局選択１０１により位置検出のため無線信号を受信する基地局を選択する。基地局選択１０１の内部のフローでは、例えば、処理１０７に従って、端末が接続している基地局から直接波が到達する基地局を選択する。直接波が到達する基地局は、後述する基地局情報テーブルより参照される。次に、処理１０８により、後述する端末情報テーブルから参照される端末の位置検出の履歴から、不要な基地局を削除する。このとき不要と判断される基地局は、端末の過去の位置と所定の距離以上離れている基地局である。この所定の距離は、例えば、端末の無線信号の到達距離と、端末の前回測位した時刻と現在時間との差にシステムの端末の平均移動速度をかけた距離と、その位置検出システム固有の誤差マージンと、を加えた値としてもよい。ただし、過去の位置検出時刻を現在時刻と比較し、所定の時間が経過してしまった場合には、削除を無効とし、処理１０８をスキップする。端末の初回の位置検出時も、同様である。また、削除後の基地局数が所定の局数を下回った場合にも、削除を無効とし、処理１０８をスキップする。所定の局数は、前述した位置検出に必要な最低基地局数以上の局数で、システムが要求される精度および検出時間を加味された値が設定される。
【００１７】
基地局占有１０２により、選択した基地局を占有する。選択された基地局が占有済みの場合には、占有が解除されるまで待つ。無線チャネル設定１０３により、選択された基地局と端末は同一の無線チャネルに設定される。信号タイミング測定１０４により、端末の信号および同期信号をそれぞれ受信し、信号処理を行いそれぞれの受信信号のタイミングを得る。位置計算１０５処理は、受信タイミングから端末位置の計算をおこなう。履歴更新１０６の処理は、後述する端末情報テーブル内の端末位置と、取得時刻と、の更新をおこなう。
【００１８】
図４に基地局情報テーブルの例を示す。テーブルは、行が、ある１つの基地局の情報に対応する。1つの基地局の情報は、基地局識別番号、設置座標、直接波到達基地局識別番号、および占有フラグの４つのフィールドで構成されている。直接波到達基地局とは、基地局識別番号で表される基地局が送信した信号を直接波として受信できる基地局である。基地局識別番号は、基地局を一意に指定できる番号であり、図４の例では、通し番号を用いたが、基地局のMACアドレスもしくはIPアドレスなどを利用してもよい。直接波到達基地局は、可変長フィールドであり、複数の基地局識別番号を記録することができる。直接波到達基地局は、設置時に建物や反射物など周囲の環境の状況から目視などで決定できる。周囲の環境が変化した場合には、テーブルを修正する必要があるが、一般には、電波を遮蔽もしくは反射するのは金属であり、屋内環境の場合には柱や棚などであるため、ほとんど環境は変化しない。占有フラグは、その基地局が位置検出に使用されていることを示すフラグであり、例えば、０は使用可能な状態、１は占有されている状態としてもよい。
【００１９】
図4の基地局情報テーブルは、基地局設置時や、基地局の設定変更時などに作成・更新する。ある基地局のアンテナ位置から他の基地局のアンテナ位置が目視できるかどうかをオペレータが確認して、目視できる場合に基地局情報テーブルに記入する方法が考えられる。また、各基地局間での信号送信から受信までにかかる伝搬時間を測定し、送信基地局の位置と受信基地局の位置から求めらる直線距離に基づいてその信号が直接波として受信されたかどうかを判断することにより、基地局情報テーブルを作成してもよい。
【００２０】
図５に端末情報テーブルの例を示す。テーブルは、行が、ある１つの端末の情報に対応する。１つの端末の情報は、端末識別番号、接続先基地局識別番号、位置履歴、位置取得時刻履歴、使用無線チャネルの５つのフィールドから構成されている。端末識別番号は、端末を一意に指定できる番号であり、図５の例では、通し番号を用いたが、端末のMACアドレスもしくはIPアドレスなどを利用してもよい。位置履歴は、端末の過去の位置検出で得られた座標を保存するフィールドである。端末が一度も位置を取得していない場合を判定するために、位置履歴を、例えば-99999などして、その旨を判断しても良い。位置取得時刻履歴は、位置取得時刻を保存するフィールドである。図５の例では、時：分：秒.100分の1秒というフォーマットを利用したが、処理１０８で用いる所定の時刻よりも十分長い時間で巡回するカウンターなどを用いても良い。使用無線チャネルは、端末が使用している無線チャネルを保持するフィールドである。
【００２１】
図３は、無線ＬＡＮを利用した位置検出システムの構成の一例である。基地局１（３０４a）、基地局２（３０４b）、基地局３（３０４c）およびサーバ３００、端末３０６によって構成されている。基地局１〜３およびサーバは、有線ネットーワーク３０３に接続されている。端末は無線３０５により基地局を介して有線ネットワークと接続されている。サーバ３００は、基地局情報テーブルおよび端末情報テーブルを保持するデータベース（DB）３０１とネットワーク３０２により接続している。サーバ３００は、位置検出開始時にDB（３０１）から前記２つのテーブルを読み出し、基地局選択を行う。また、位置計算後には、端末情報テーブルを更新する。なお、本説明では、説明しやすいようにサーバ３００とDB３０１は別の構成としたが、DBがサーバ内部に含まれる構成としてもよい。
【００２２】
なお、上記ではパケットの受信タイミングを用いて位置検出を行うシステムを前提として説明したが、そのほかのシステム、例えば端末からの信号の受信電力を用いるようなシステムであってもよい。このようなシステムにおいても、反射波は送信位置から受信位置までの直線距離と反射を含む伝搬による信号の減衰量とが比例しないために反射波では十分な精度が得られない場合があり、直接波を利用して測位を行う方がより高い精度を期待できるからである。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
以上のように本発明では、無線LANを応用した位置検出システムにおいて、位置検出精度の向上および検出時間の短縮化をはかることができる。無線LANによる位置検出システムは、GPSの電波が届かない屋内環境で使用でき、GPSよりも高精度で位置を検出できるため、物流倉庫などの物品管理の用途などに適用することが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による位置検出フローの一例を説明する図。
【図２】従来の位置検出フローを説明する図（１）。
【図３】本発明による位置検出システムの一例を説明する図。
【図４】本発明による基地局情報テーブルの一例を説明する図。
【図５】本発明による端末情報テーブルの一例を説明する図。
【図６】従来の位置検出フローを説明する図（２）。
【符号の説明】
【００２５】
１０１  基地局選択処理、１０２  基地局占有処理、１０３  無線チャネル設定、１０４  信号タイミング測定、１０５  位置計算、１０６  履歴更新、１０７  端末接続先基地局の直接波到達基地局選択処理、１０８  端末位置履歴による基地局絞込み、２０１  従来の基地局選択処理例、２０６  端末接続先基地局の半径ｒ以内基地局選択処理、３００  サーバ、３０１  データベース（DB）、３０２  ネットワーク、３０３  有線ネットワーク、３０４  基地局、３０５  無線ネットワーク、３０６  端末。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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