(57)【要約】  ポジショニングシステム（３００）は、無線周波数信号（３２０）を送信するように各々が構成された複数のアンカーステーション（３０２）を含む。モバイルステーション（３０４）は、複数のアンカーステーション（３０２）のうちの少なくとも１つとの間で無線周波数信号を送受信するように構成された無線周波数通信部を含む。処理ユニット（４０８、５０６）は、送受信された無線周波数信号に基づいてモバイルステーション（３０４）の位置情報を決定するように構成される。別のポジショニングシステムは、超広帯域測距（６１２）を用いて複数のモバイルタグ（６０６）を測距する複数のビーコン（６０４）であって、アプリケーションサーバ（６０２）と無線で通信する、複数のビーコン（６０４）を使用する。
2019520555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数信号を送受信するように各々が構成された複数のアンカーステーション、
前記複数のアンカーステーションのうちの少なくとも１つとの間で無線周波数信号を送受信するように構成された無線周波数通信部を含むモバイルステーション、及び
送受信された無線周波数信号に基づいて、前記モバイルユニットの位置情報を決定するように構成された処理ユニット、
を含むポジショニングシステム。
【請求項２】
複数のビーコンの各々がバッテリ駆動であり、かつ無線通信のために構成された前記複数のビーコン、及び
通信規格に基づいて、前記ビーコンと無線で通信するように構成されたアプリケーションサーバ、
を含むポジショニングシステム。
【請求項３】
前記複数のビーコンは、複数の固定位置ビーコンと、少なくとも１つのモバイルビーコンとを含む請求項２に記載のポジショニングシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのモバイルビーコンは、前記複数の固定位置ビーコンの中にあるビーコンと通信するように構成され、
前記少なくとも１つのモバイルビーコンと前記複数のビーコンの中にあるビーコンとの間の測距は、超広帯域無線（ＵＷＢ）技術に基づいて行われる請求項３に記載のポジショニングシステム。
【請求項５】
前記通信規格は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したプロトコルのネットワークである、又は
前記通信規格は、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）である請求項２に記載のポジショニングシステム。
【請求項６】
前記複数のビーコンと通信するように構成されたタグをさらに含み、
前記タグと前記複数のビーコンとの間の測距は、超広帯域無線（ＵＷＢ）技術に基づいて行われる請求項２に記載のポジショニングシステム。
【請求項７】
前記ＵＷＢ技術は、通信規格に準拠している請求項６に記載のポジショニングシステム。
【請求項８】
前記通信規格は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ａ−２０１１に準拠した規格である請求項７に記載のポジショニングシステム。
【請求項９】
前記複数のビーコンが時刻同期するように構成されたタグをさらに含み、
前記複数のビーコンと前記タグとの間の時刻同期は、前記複数のビーコンのうちの１つのビーコンと前記タグとの間の二方向測距（ＴＷＲ）を行うように構成される請求項２に記載のポジショニングシステム。
【請求項１０】
前記複数のビーコンのうちの１つのビーコンと前記タグとの間のＴＷＲ測定の調整は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したネットワークの固有の時刻同期メカニズムに基づいて行われる請求項９に記載のポジショニングシステム。
【請求項１１】
前記アプリケーションサーバは、ＴＷＲ測定のためのタイムスロットを割り当てるように構成された請求項９に記載のポジショニングシステム。
【請求項１２】
前記アプリケーションサーバは、前記複数のビーコンのうちの１つのビーコンと前記タグとの間のＴＷＲ測定のためのタイムスロットを割り当てるようにさらに構成され、
ビーコンとタグとの間のＴＷＲのためのタイムスロットを規定する情報が、前記アプリケーションサーバから前記ビーコンに、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したネットワークを介して転送される請求項９に記載のポジショニングシステム。
【請求項１３】
ＴＷＲ測定のための前記タイムスロットは、複数のＴＷＲ測定の間のクロストークを防止するように割り当てられる請求項１２に記載のポジショニングシステム。
【請求項１４】
前記アプリケーションサーバは、ＴＷＲ測定の準備を前記ＴＷＲ測定の開始直前に行うための情報を、前記ビーコンに転送するようにさらに構成された請求項２に記載のポジショニングシステム。
【請求項１５】
前記複数のビーコンは、未加工のＴＷＲ測定値に関する情報を前記アプリケーションサーバに、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３準拠ネットワークを介して送信するように構成された請求項２に記載のポジショニングシステム。
【請求項１６】
前記タグの位置に関する情報が、前記複数のビーコンのうちの少なくとも３つから前記アプリケーションサーバまで、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したネットワークを介して転送される請求項２に記載のポジショニングシステム。
【請求項１７】
前記アプリケーションサーバは、ビーコン位置を含む前記複数のビーコンのためのセットアップ及びコンフィギュレーション情報を、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したネットワークを介して、前記複数のビーコンに転送するようにさらに構成された請求項２に記載のポジショニングシステム。
【請求項１８】
アプリケーションサーバと複数の固定位置ビーコンとを含むシステム内でモバイルタグの位置を特定する方法であって、
前記複数のビーコンと前記アプリケーションサーバとを無線通信のネットワークを用いて接続するステップ、
前記複数のビーコンのうちの１つのビーコンと前記モバイルタグとの間の二方向測距動作のために、前記アプリケーションサーバにおいて複数のタイムスロットを割り当てるステップ、
前記複数のビーコンのうちの少なくとも３つのビーコンに関して前記モバイルタグを測距するステップ、及び
モバイルタグ情報を前記複数のビーコンから前記アプリケーションサーバまで転送するステップ、
を含む方法。
【請求項１９】
測距するステップは、
前記複数のビーコンのうちの１つのビーコンから、既知の送信時刻を有するパケットを送信するステップ、及び
前記パケットの受信に応じて、前記モバイルタグからの返信信号を前記ビーコンにおいて受信するステップ、
を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ビーコンと前記アプリケーションサーバとの間の前記無線通信は通信規格に基づいて行われる、又は、前記通信はＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したプロトコルネットワーク上で行われる、又は、前記通信はＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）ネットワーク上で行われる、又は、前記タグと前記複数のビーコンのうちの１つのビーコンとの間の前記測距は、通信規格に準拠した超広帯域無線（ＵＷＢ）技術に基づく、又は、前記測距はＩＥＥＥ８０２．１５．４ａ−２０１１の規格に準拠したネットワーク上で行われる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
測距測定の調整のための前記複数のビーコン及び前記タグについての時刻同期は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したネットワークの固有の時刻同期メカニズムに基づく請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数のビーコンと前記タグとの間の測距のための前記複数のタイムスロットを規定する情報は、複数の測定の間のクロストークを防止する請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記複数のタイムスロットを規定する前記情報は、前記アプリケーションサーバから前記複数のビーコンまで、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したネットワークを介して転送される請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記複数のビーコンにポーリングが転送される直前に感知動作を開始するよう、前記アプリケーションサーバから前記複数のビーコンに指示するステップ、
をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
ポーリングが転送される直前に前記複数のビーコンがリスニングを開始することを可能にする情報を前記アプリケーションサーバから前記複数のビーコンまで転送するステップ、又は、測距測定に関する情報を前記複数のビーコンから前記アプリケーションサーバまでＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したネットワークを介して転送するステップ、又は、タグの位置に関する情報を前記複数のビーコンから前記アプリケーションサーバまでＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したネットワークを介して転送するステップ、又は、前記複数のビーコンの位置を含む、前記複数のビーコンのためのリモートセットアップ及びコンフィギュレーション情報を、前記アプリケーションサーバから前記複数のビーコンまでＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したネットワークを介して転送するステップ、をさらに含む請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はポジショニングシステムに関する。特に本開示は、所与のエリア内の物体の位置を特定するため又は前記物体を追跡するために使用されるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ポジショニングシステム（ＰＳ）は、建物の内部の又は密集した産業エリア内にある物体又は人を無線で位置特定するために使用されるデバイスのネットワークである。グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）のシステムは、通常、４つ以上のＧＰＳ衛星までの遮られていない見通し線を必要とするので、屋内の位置又は他の混雑した位置を確立するには適していないため、特別な設計が必要である。マイクロ波は、屋根、壁、及び他の物体によって減衰及び散乱され、表面における複数の反射は、制御できないエラーをもたらすマルチパス（多重波伝播）の原因となる。
【０００３】
飛行時間（ＴｏＦ）は、信号が送信機から受信機まで伝播するために要する時間である。信号伝播速度は一定かつ既知であるため、距離を計算するために信号の移動時間を直接使用可能である。複数（ＧＰＳでは少なくとも４つの衛星）の測定値に対し複数のアンカーステーションを組み合わせて、三辺測量で位置を見出すことが可能である。
【０００４】
光速度は３×１０８ｍ／秒であるため、無線周波数（ＲＦ）ベースのシステムでは、クロック同期における不正確さがポジショニングエラーの重要な要因となる。ＧＰＳにおいては、一般に、ＴｏＦにはセンサのための信頼性の高い時間源を維持するために複雑な同期メカニズムが必要とされる。
【０００５】
加えて、混雑している可能性がある屋内位置及び産業環境などの人が密集している位置を特定する状況においては、物体からのＲＦ信号の反射及び回折によって引き起こされる広範なマルチパス状態となり、ＴｏＦベースの手法の精度は多くの場合損なわれる。
【０００６】
建設材料によって減衰及び反射が引き起こされるため、システムによってカバーされるべき任意の位置において、少なくとも３つのアンカー点までの遮られることがない見通し線を有することが望ましい。結果として、より多くの数のアンカーステーションが必要とされる。
【発明の概要】
【０００７】
一実施形態によるポジショニングシステムは、無線周波数信号を送受信するように各々が構成された複数のアンカーステーションを含む。モバイルステーションは、複数のアンカーステーションのうちの少なくとも１つとの間で無線周波数信号を送受信するように構成された無線周波数通信部を含む。処理ユニットは、送受信された無線周波数信号に基づいてモバイルユニットの位置情報を決定するように構成される。
【０００８】
別の実施形態によるポジショニングシステムは、複数のビーコンを含み、複数のビーコンの各々は少なくとも一部がバッテリで駆動され、無線通信のために構成される。アプリケーションサーバは、通信規格に基づいてビーコンと無線で通信するように構成される。
【０００９】
アプリケーションサーバと複数の固定位置ビーコンとを含むシステム内でモバイルタグの位置を特定する方法の実施形態は、複数のビーコンとアプリケーションサーバとを無線通信ネットワークを用いて接続することを含む。複数のビーコンのうちの１つのビーコンとモバイルタグとの間の二方向測距動作のために、アプリケーションサーバにおいて複数のタイムスロットが割り当てられる。モバイルタグは、複数のビーコンのうちの少なくとも３つのビーコンに関して測距される。モバイルタグ情報が、複数のビーコンからアプリケーションサーバまで転送される。
【００１０】
本概要及び要約は、詳細な説明において以下にさらに説明する概念の抜粋を簡略化された形態で紹介するために提供される。本概要及び要約は、特許請求の範囲に記載の主題の重要な特徴又は本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に記載の主題の範囲を決定することにおける補助として使用されることを意図するものでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の一実施形態によるポジショニングシステムのブロック図を示す。
【図２】本開示の一実施形態によるアンカーステーションのブロック図である。
【図３】本開示の一実施形態によるモバイルステーションのブロック図である。
【図４】セントラル位置、アンカーステーション、及びモバイルステーションを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
一構成では、本システムは、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）ネットワーク（ＩＥＣ６２５９１）などの商業的に実績のある産業用メッシュネットワークに基づいており、図１にブロック図を示す。
【００１３】
図１は、既知の位置に配置された複数のアンカーステーション（又は「ビーコン」）３０２（図３に示す３つのアンカーステーション３０２Ａ、３０２Ｂ、及び３０２Ｃ、以下でより詳細に説明する）と、位置３１０が特定されることが望まれるモバイルステーション（「タグ」「携帯型ユニット」又は「ＰＵ」とも呼ばれる）３０４（以下でより詳細に説明する）とを有するシステム３００を示す。一実施形態では、アンカーステーション３０２は、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）ネットワークなどの無線ネットワークのメッシュ３０６の一部である。動作中、複数のアンカーステーション３０２は、監視されるエリアの周りの既知の位置３０８Ａ、３０８Ｂ、及び３０８Ｃに配置されている。モバイルステーション３０４は、位置３１０を知ることが望まれる物体上に置かれるか、又はその物体に極めて接近して置かれている。物体は、単なる例であり限定されるものではないが、１つの在庫品であっても、又は人であってもよい。
【００１４】
図１に示す一実施形態では、アンカーステーション３０２からモバイルステーション３０４までの距離を判定するために、アンカーステーション３０２はＲＦメッセージ３２０（すなわちＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）メッセージ）を送信する。以下で説明するように、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）信号は、当技術分野において知られているように、同期情報を含み得るため同期を可能にし、かつデータの送信も可能にする。この同期及びデータ送信機能を使用することにより、ＲＦパルスが一意の同期パルスとして使用されることが可能になるので、どのアンカーステーション３０２又はモバイルステーション３０４が送信したかに加えて、その送信がいつ行われたかを知ることが可能になる。ＲＦパルスの送信と応答の受信との間の時間差により、モバイルステーションと送信しているアンカーステーション３０２との間の距離を決定することが可能になる。モバイルステーションの位置は、３つの別個のアンカーステーションからの距離計算値を使用し、例えば三辺測量を使用して特定されてもよい。
【００１５】
ＴＤＭＡは、信号を複数のタイムスロットに分割することによってネットワーク上の周波数チャネルを共有する既知の規格である。本明細書中に記載するアンカーステーション３０２などの各ステーションは、特定のタイムスロットが送信のために割り当てられることによって、パルスに使用される周波数を共有するようにしてもよい。一実施形態では、１つ以上のモバイルステーション３０４から、その位置／それらの位置に関する情報を受信したセントラルステーション３１２が、特定された位置を使用してＴＤＭＡ内のタイムスロットの割り当てを調節する。セントラルステーション３１２はシステム３００内で使用され、１つ以上のモバイルステーション３０４からの情報を受信するためにメッシュ３０６に接続されている。アンカーステーション３０２のタイムスロットは、セントラルステーション３１２によって割り当てられる。通信技術として、ＣＤＭＡ技術、又は他の時間及び／又は周波数を時分割又は共有する技術を含む任意の適切な通信技術が採用されてもよい。あるいは、又はこれに加えて、アンカーステーション３０２はセントラルステーション３１２と直接通信してもよい。
【００１６】
一実施形態では、１つ以上のモバイルステーション３０４の位置情報が、様々なアンカーステーションのタイムスロットを調節するために使用される。例えば、あるモバイルステーションの位置３１０に、いくつかのアンカーステーション３０２が他のアンカーステーションよりも近い場合には、距離がより離れているアンカーステーション３０２になるとタイムスロットは拡大されて、距離に起因する他のアンカーステーション３０２からのオーバーラップがないようにパルス伝播及び受信が可能にされてもよい。セントラルステーション３１２は、一実施形態では、各見通し線のアンカーステーション３０２から各モバイルステーション３０４までの距離を監視し、予測される伝播時間に従ってアンカーステーションのタイムスロットを調節して、アンカーステーション３０２の間のクロストークを低減する。さらに、スペクトラム拡散技術を含むパルス符号化及び様々な周波数技術もまた、近接したアンカーステーション３０２又は他のアンカーステーションの間のクロストークを低減するために使用されてもよい。
【００１７】
アンカーシステムステーション３０２は、ネットワーク３００上の登録された全てのデバイスであり、したがって各アンカー点３０２は、ＲＦ送信機４０２を有するＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）デバイスである。加えて、アンカーステーション３０２は、通信信号３３０を使用して通信することができるオプションの通信モジュール４０４と、何らかのグルーロジック４０６とを含む。
【００１８】
図２に、アンカーステーション３０２の詳細を示す。各アンカーステーション３０２は、一実施形態では、ＲＦ送信機（すなわち、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標））４０２と、通信モジュール４０４と、ＲＦ送信機４０２及び通信モジュール４０４などの様々なより複雑なロジック回路の間の接続を可能にするグルーロジック４０６と、処理ユニット４０８又はアンカーステーション３０２内の処理ユニットと同様のものと、クロック４１０とを含む。グルーロジック４０６は、当技術分野において知られており、本明細書中ではさらなる説明は行わない。また、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）は、Ｈｉｇｈｗａｙ  Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ  Ｒｅｍｏｔｅ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ（ＨＡＲＴ（登録商標））Ｐｒｏｔｏｃｏｌに基づく、無線センサネットワークの既知の規格である。一実施形態では、各アンカーステーション３０２が無線メッシュネットワーク３０６上のＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）のデバイスであるように、アンカーステーション３０２は、デバイスのメッシュネットワークの一部である。クロック４１０は、一実施形態では、ＲＦ信号３２０などの信号の送信時刻を処理ユニット４０６が判定できるように、処理ユニット４０６に動作可能に結合されている。別の実施形態では、クロック４１０は処理ユニット４０６の一部であってもよい。
【００１９】
図３に示すように、一構成では、モバイルステーション３０４もまた、オプションの通信ユニット５０２と、オプションのＧＰＳユニット５０４と、小型の処理ユニット５０６と、ＲＦ受信機５０８とを有するＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）デバイスである。
【００２０】
モバイルステーション３０４は、一実施形態では、オプションの通信モジュール５０２と、屋外位置において使用するオプションのＧＰＳユニット５０４と、処理ユニット５０６と、ＲＦ受信機５０８と、クロック５１０とを含む。ＲＦ受信機５０８は、処理ユニット５０６に動作可能に結合されている。クロック５１０は、一実施形態では、ＲＦ信号３２０などの信号の受信時刻を処理ユニット５０６が判定できるように、処理ユニット５０６に動作可能に結合されている。別の実施形態では、クロック５１０は処理ユニット５０６の一部であってもよい。
【００２１】
モバイルステーション３０４は、その位置を計算するために、少なくとも３つのアンカーステーション３０２までの距離を測定する。３つのアンカーステーション３０２により、各アンカーステーション３０２の見通し線上あるモバイルステーション３０４の位置を、例えば三辺測量で適切に特定することが可能になるが、より多くのアンカー点３０２がエリア内にある場合は、測定のロバスト性を向上させるために冗長性を持たせてもよい。３つのアンカーステーション３０２（各々、３０２Ａ、３０２Ｂ、及び３０２Ｃ）が図３において示されているが、あるエリアを完全にカバーするために、位置３１０を特定する精度を高めるために追加のアンカーステーションを使用し、システム３００によってカバーされるエリアの全ての部分について、可能性のある見通し線の選択肢をより多く提供するようにしてもよいことを理解されたい。さらに、１つのモバイルステーション３０４が示されているが、監視されるエリア内に多数のモバイルステーション３０４が配置されてもよく、システム３００は、多数のモバイルステーション３０４の多数の位置３１０を特定するために、ＲＦ信号を送信する同じ複数のアンカーステーション３０２を使用するようにしてもよい。モバイルステーション３０４は、ネットワーク３０６を介して取得した情報をセントラルステーション３１２に報告する。セントラルステーション３１２は、ＴＤＭＡのタイムスロットをモバイルステーション３０４の現在の位置３１０に従って最適化するアルゴリズムを実行してもよく、それに応じてネットワークパラメータを修正してもよい。メッシュネットワーク内では、アンカーステーション３０２の位置がネットワークを介して送信されてもよく、アンカーステーション３０２、モバイルステーション３０４、又はセントラルステーション３１２は、様々な実施形態において、モバイルステーション３０４の位置を特定し得る。
【００２２】
状況によっては、モバイルステーションの位置は、３つ未満のアンカーステーションを使用して特定され得る。そのような状況としては、以下に限定されないが、通路内又は他の既知の限定されたエリア内にモバイルステーションが位置していることなどの、モバイルステーションに関して知られている何らかの外部情報が存在する場合、又は他の追跡情報がモバイルステーションについて知られている場合が例として含まれる。そのような状況では、わずか１つのアンカーステーションを使用して位置が特定される可能性がある。
【００２３】
ポジショニングシステム（ＰＳ）は、一実施形態において、建物の内部の又は密集した産業エリア内の物体又は人を無線で位置特定するために、デバイスのネットワークが使用される形態が提供される。位置特定のために必ずしもＧＰＳに依拠しないシステム実施形態が提供される。また、マイクロ波は特に屋内環境においては屋根、壁、及び他の物体によって減衰及び散乱される。またさらに、表面における複数の反射は、制御できないエラーをもたらすマルチパスを発生させる可能性がある。
【００２４】
図４に、システムのビーコンとタグとの間で超広帯域通信を使用するＰＳの実施形態６００のブロック図を示す。ＰＳ６００は、一実施形態では、アプリケーションサーバ６０２と複数のビーコン６０４と少なくとも１つのモバイルタグ６０６とを含む。この実施形態では、タグ６０６は、システム６００によって追跡される人又は機器に取り付けられているか、あるいは、他の方法で人又は機器によって運ぶことができる携帯型構成要素である。ビーコン６０４は固定位置にあり、ポジショニングするアリーナ又はエリア６２０の既定の座標に置かれた静的アンカーである。一実施形態では、アリーナ６２０内の全ての位置が１つ以上のビーコン６０４から見えるか、好ましくは少なくとも３つのビーコン６０４から見えるように、図４に示す配置のように、アレイ状に配置された複数のビーコン６０４がアリーナ６２０内に置かれている。ある条件下では、タグから少なくとも３つのビーコン６０４までの距離測定によって、アリーナ６２０内のタグ６０６の位置を特定するために十分な情報が提供される。
【００２５】
アプリケーションサーバ６０２は、一実施形態では、セットアップ及びコンフィギュレーション情報を準備して、ビーコン６０４に送信する。また、アプリケーションサーバ６０２は、一実施形態では、タグ６０６の位置をエンドユーザに表示する目的のために、又はアーカイブのために、又は任意の他の更なる解析を行うために、タグ６０６の位置情報を受信し、ビーコン６０４から他の情報を受信して処理する。１つのタグ６０６が示されているが、多くのタグ６０６がアリーナ６２０内の位置に存在してもよいということを理解されたい。アプリケーションサーバ６０２はビーコン６０４と組み合わせて、一実施形態では、アリーナ６２０内の複数のタグ６０６の位置を監視するために使用される。アプリケーションサーバ６０２は、一実施形態では、以下でさらに説明する線６０８で示されている低電力ネットワークを介してビーコン６０４と通信する。
【００２６】
ビーコン６０４は、一実施形態では、ＵＷＢの測距信号の線６１２によって示されているように、超広帯域無線（Ｕｌｔｒａ−Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ、ＵＷＢ）技術を使用して線６１０で示されているデータリンクに従ってタグ６０６と通信する。ＵＷＢは、そのマルチパス信号を解消する能力及び障害物を貫通する能力により、苛酷な環境においても、信号到着時間（ＴＯＡ）測定を介して高い測距精度を達成する可能性を提供する。例えば、ＵＷＢネットワーク内の一対のノードＡ及びノードＢの間の離れている距離に関する情報は、信号伝播の遅延時間、すなわち飛行時間（ＴＯＦ）Ｔｆ＝ｄ／ｃの測定を使用して得ることができ、ここで、ｄは２つのノード間の実際の距離であり、ｃは電磁波の速度（ｃ〜３＊１０８ｍ／ｓ）である。ノードＡ及びノードＢは、様々な実施形態において、複数のビーコン６０４であってもよく、又はビーコン６０４とタグ６０６とであってもよく、又は複数のタグ６０６であってもよい。一実施形態では、タグ６０６は、モバイル位置探知機専用のビーコンである。
【００２７】
ＩＥＥＥ８０２．１５．４ａ−２０１１の規格は、位置特定機能を有する低速レートの無線ネットワークの最初のＵＷＢベースの規格である。しかし、他の超広帯域通信技術が採用されてもよい。
【００２８】
例えば、第１のノードＡが第２の受信ノードＢに、Ａのパケットの送信時のタイムスタンプｔ１を含むパケットを送信すると仮定する。ノードＢは時刻ｔ２においてパケットを受信する。理想的な条件下では、すなわちノードＡ及びノードＢのノードクロックが共通の基準時刻に完全に同期している場合には、飛行時間（Ｔｆ）がノードＢにおいてＴｆ＝ｔ２−ｔ１として判定され得る。ノードＡとノードＢとの間の距離は、この一方向測距ではＴｆを使用して推定され得る。しかし一方向測距では、ノード間の非常に正確な同期が必要とされ、低コストの電子機器を用いてこの同期を維持することは非常に困難である。例えば、ノードＡとノードＢとの間の比較的小さな１０ｎ秒の同期エラーが、３メートルの測距エラーをもたらす。
【００２９】
実際には、ＴＯＦ推定は多くの場合、二方向測距（ＴＷＲ）を用いて（共通時刻基準なしで）行われる。ＴＷＲでは、ノードＡがノードＢにパケットを送信し、ノードＢは応答遅延Ｔｄの後でノードＡに確認応答パケットを送信することによって応答する。ノードＡにおけるラウンドトリップタイム（ＲＴＴ）はＴＲＴ＝２Ｔｆ＋Ｔｄによって判定され、Ｔｄが既知であると仮定すると、これから距離が推定され得る。Ｔｄ及びＴＲＴが分かればＴｆの計算が可能になる。
【００３０】
定義上、ＵＷＢ（ＩＴＴＴ８０２．１５．４ａ−２０１１ベース）のＴＷＲシーケンスは２つのノード間で行われる。理論的には（規格によれば）、クロストークが生じることなく（同じチャネル上で）並列に行われることが可能な測定の数は、チャネルに応じて２又は４に限定される。
【００３１】
建設材料及び同様のものに起因するものなど、ある環境において減衰及び反射が生じるために、システム６００によってカバーされるべき任意の位置にモバイルビーコン／タグがある場合には、モバイルビーコン（タグ６０６など）から少なくとも３つのビーコン（ビーコン６０４など）までの遮られていない見通し線を有することが望ましい。結果として、多数のビーコン６０４が使用され得る。
【００３２】
多数のビーコン６０４を使用することにより、ビーコン６０４の設置コストに制限が加えられる可能性がある。したがって、ビーコン６０４は少なくとも一部がバッテリ駆動であり、かつビーコン６０４からアプリケーションサーバ６０２までの通信（低電力ネットワーク６０８上の通信など）は無線であることが望ましい。いくつかの実施形態では、ビーコンは、それらの電力の少なくとも一部は、既知の方法で得られる他の形態のエネルギーを使用してもよい。
【００３３】
また、システム６００のようなＰＳは、品物及び／又は人の位置を特定するために何千ものタグを採用してもよい。（システム６００の又はタグ６０６の特定の更新レートに従って）ポジショニングを更新するために、タグ６０６の各々は、その現在の位置が推定可能なように、少なくとも３つのビーコン６０４とのＴＷＲシーケンス内に含まれていなければならない。一般に、測定レートは、タグ６０６の数と、タグ６０６当たりの測定と、更新レートとの乗算である。
【００３４】
ＴＷＲのラウンドトリップタイムは、通常１ミリ秒程度である。何千ものタグ６０６があり、更新レートが数秒〜数１０秒のオーダーのシステムにとって、これはクロストークが生じることなく多数のＴＷＲ測定ができるように、ＴＷＲ測定の調整が十分に制御できることを意味している。
【００３５】
一実施形態では、ＴＷＲでは、ノードＢが作動されて、ノードＡからのポーリングを待機する。ノードＢ（タグ又はビーコン）上のバッテリを節約するために、ノードＢは、システムＡがポーリングを送信しようとする直前にリスニングを開始することが望ましい。一実施形態では、アプリケーションサーバ６０２などのアプリケーションサーバが、スケジューリング情報を、例えばノードＢなどのビーコン６０４に送信し、それによりビーコン６０４は、ポーリングの転送に間に合うようにリスニングをアクティブにする。一実施形態では、これはＩＥＥＥ８０２．１４．４−２００３に準拠したネットワークを介して行われる。
【００３６】
ＰＳ６００のもう１つの機能は、ビーコン６０４からセントラルアプリケーションステーション６０２まで継続的に情報を転送することである。ビーコン６０４とセントラルアプリケーションステーション６０２との間で転送されるデータは、（システム６００の構成に応じて）タグ６０６の未加工の測距測定値であっても、又はタグ６０６の計算された位置であってもよい。ＴＷＲ測定値及び同様のものなどの未加工の測定値に関する情報は、一実施形態では、ＩＥＥＥ８０２．１４．４−２００３に準拠したネットワークを介して行われてもよい。
【００３７】
ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３は、低速データレートであるがバッテリ寿命が非常に長く（数か月又はさらには数年）、かつ非常に低い複雑度を取り扱う。この規格は、開放型システム間相互接続（ＯＳＩ）モデルの物理層（レイヤ１）及びデータリンク層（レイヤ２）の両方を規定する。８０２．１５．４規格の第１版は２００３年５月にリリースされた。いくつかの規格化された及び専用のネットワーク（又はメッシュ）階層プロトコルは、ＩＥＥＥ８０２．１５．５、ＺｉｇＢｅｅ、６ＬｏＷＰＡＮ、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）、及びＩＳＡ１００．１１ａを含むＩＥＥＥ８０２．１５．４ベースのネットワーク上で動作する。
【００３８】
図４は、アプリケーションサーバ６０２とビーコン６０４と携帯型タグ６０６との間の通信を示す図である。一実施形態では、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）ネットワークなどの無線ネットワークが、距離測定のためにＵＷＢ（例えばＩＥＥＥ８０２．１５．４ａ−２０１１）を使用するポジショニングシステムの基盤として使用される。タグ６０６と１つ以上のビーコン６０４との間の超広帯域測距信号６１２及びデータリンク６１０と共に、６０８において、ビーコン６０４と通信するために使用される低電力ネットワークが示されている。図示されている例では、ビーコン６０４は、約３０メートルの間隔を有して施設（例えばアリーナ６２０）全体にわたって分散されている。
【００３９】
本開示について、好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者は、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく形態及び詳細における変更が行われてもよいということを認識するであろう。本開示の実施形態は、屋内、屋外、又は混合環境において使用されてもよい。通信は任意の規格に従うものであってもよく、メッシュネットワークタイプの通信システムに限定されない。用語「ＲＦ」は任意の適切な波長の無線周波数を意味する。本明細書中で使用される場合、用語「アンカー」は、基地送信機であってその位置が既知であり、かつ、位置を特定することにおける基準位置として使用される基地送信機を意味する。用語「モバイルデバイス」は、モバイルステーションなどのデバイスであってその位置が特定されるデバイスを意味する。位置を特定するために使用される処理ユニットは、モバイルステーション内に、又は１つ以上のアンカーステーション内に、又はセントラルステーションにおいて、又は何らかのその他の位置において存在してもよい。
【００４０】
上記で示したモジュール５０４などのオプションのＧＰＳモジュールは、（タグ６０６などの）モバイルステーション内に備えられていてもよく、ＧＰＳ信号が得られる場合に、使用されるようにしてもよい。低電力ＵＷＢ測距と、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ａ−２０１１に基づく通信などの通信プロトコルとを使用することで、達成されるロバストな測距を用いたポジショニングシステムのための基盤として、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３の物理層に基づく通信などの低電力通信プロトコル（すなわち６０８）が使用されてもよい。しかし、他の測距及び通信のプロトコル及び技術が、本開示の実施形態を実装するために使用されてもよい。本構成により、マルチパスのエラーを実質的に免れた正確な低電力位置検知が提供される。新規なアービトレーション技術により、何千ものタグの位置監視が可能になる。ビーコンとサーバとの間の基盤の通信には、好ましくは、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）、ＩＳＡ１００、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）Ｌｏｗ  Ｅｎｅｒｇｙ、ＬＯＲＡ（登録商標）ベースのＷＡＮ、又はその他などの低電力通信技術が採用される。
【図１】
2019520555.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年1月28日(2019.1.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数信号を送受信するように各々が構成された複数のアンカーステーション、
前記複数のアンカーステーションのうちの少なくとも１つとの間で無線周波数信号を送受信するように構成された無線周波数通信部を含むモバイルステーション、及び
送受信された無線周波数信号に基づいて、前記モバイルステーションの位置情報を決定するように構成された処理ユニット、
を含むポジショニングシステム。
【請求項２】
複数のビーコンの各々がバッテリ駆動であり、かつ無線通信のために構成された前記複数のビーコン、及び
通信規格に基づいて、前記ビーコンと無線で通信するように構成されたアプリケーションサーバ、
を含むポジショニングシステム。
【請求項３】
前記複数のビーコンは、複数の固定位置ビーコンと、少なくとも１つのモバイルビーコンとを含む請求項２に記載のポジショニングシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのモバイルビーコンは、前記複数の固定位置ビーコンの中にあるビーコンと通信するように構成され、
前記少なくとも１つのモバイルビーコンと前記複数のビーコンの中にあるビーコンとの間の測距は、超広帯域無線（ＵＷＢ）技術に基づいて行われる請求項３に記載のポジショニングシステム。
【請求項５】
前記通信規格は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したプロトコルのネットワークである、又は
前記通信規格は、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）である請求項２に記載のポジショニングシステム。
【請求項６】
前記複数のビーコンと通信するように構成されたタグをさらに含み、
前記タグと前記複数のビーコンとの間の測距は、超広帯域無線（ＵＷＢ）技術に基づいて行われる請求項２に記載のポジショニングシステム。
【請求項７】
前記ＵＷＢ技術は、通信規格に準拠している請求項６に記載のポジショニングシステム。
【請求項８】
前記通信規格は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ａ−２０１１に準拠した規格である請求項７に記載のポジショニングシステム。
【請求項９】
前記複数のビーコンが時刻同期するように構成されたタグをさらに含み、
前記複数のビーコンと前記タグとの間の時刻同期は、前記複数のビーコンのうちの１つのビーコンと前記タグとの間の二方向測距（ＴＷＲ）を行うように構成される請求項２に記載のポジショニングシステム。
【請求項１０】
前記複数のビーコンのうちの１つのビーコンと前記タグとの間のＴＷＲ測定の調整は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したネットワークの固有の時刻同期メカニズムに基づいて行われる請求項９に記載のポジショニングシステム。
【請求項１１】
前記アプリケーションサーバは、ＴＷＲ測定のためのタイムスロットを割り当てるように構成された請求項９に記載のポジショニングシステム。
【請求項１２】
前記アプリケーションサーバは、前記複数のビーコンのうちの１つのビーコンと前記タグとの間のＴＷＲ測定のためのタイムスロットを割り当てるようにさらに構成され、
ビーコンとタグとの間のＴＷＲのためのタイムスロットを規定する情報が、前記アプリケーションサーバから前記ビーコンに、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したネットワークを介して転送される請求項９に記載のポジショニングシステム。
【請求項１３】
ＴＷＲ測定のための前記タイムスロットは、複数のＴＷＲ測定の間のクロストークを防止するように割り当てられる請求項１２に記載のポジショニングシステム。
【請求項１４】
前記アプリケーションサーバは、ＴＷＲ測定の準備を前記ＴＷＲ測定の開始直前に行うための情報を、前記ビーコンに転送するようにさらに構成された請求項２に記載のポジショニングシステム。
【請求項１５】
前記複数のビーコンは、未加工のＴＷＲ測定値に関する情報を前記アプリケーションサーバに、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３準拠ネットワークを介して送信するように構成された請求項２に記載のポジショニングシステム。
【請求項１６】
前記タグの位置に関する情報が、前記複数のビーコンのうちの少なくとも３つから前記アプリケーションサーバまで、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したネットワークを介して転送される請求項２に記載のポジショニングシステム。
【請求項１７】
前記アプリケーションサーバは、ビーコン位置を含む前記複数のビーコンのためのセットアップ及びコンフィギュレーション情報を、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したネットワークを介して、前記複数のビーコンに転送するようにさらに構成された請求項２に記載のポジショニングシステム。
【請求項１８】
アプリケーションサーバと複数の固定位置ビーコンとを含むシステム内でモバイルタグの位置を特定する方法であって、
前記複数のビーコンと前記アプリケーションサーバとを無線通信のネットワークを用いて接続するステップ、
前記複数のビーコンのうちの１つのビーコンと前記モバイルタグとの間の二方向測距動作のために、前記アプリケーションサーバにおいて複数のタイムスロットを割り当てるステップ、
前記複数のビーコンのうちの少なくとも３つのビーコンに関して前記モバイルタグを測距するステップ、及び
モバイルタグ情報を前記複数のビーコンから前記アプリケーションサーバまで転送するステップ、
を含む方法。
【請求項１９】
測距するステップは、
前記複数のビーコンのうちの１つのビーコンから、既知の送信時刻を有するパケットを送信するステップ、及び
前記パケットの受信に応じて、前記モバイルタグからの返信信号を前記ビーコンにおいて受信するステップ、
を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ビーコンと前記アプリケーションサーバとの間の前記無線通信は通信規格に基づいて行われる、又は、前記通信はＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したプロトコルネットワーク上で行われる、又は、前記通信はＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）ネットワーク上で行われる、又は、前記タグと前記複数のビーコンのうちの１つのビーコンとの間の前記測距は、通信規格に準拠した超広帯域無線（ＵＷＢ）技術に基づく、又は、前記測距はＩＥＥＥ８０２．１５．４ａ−２０１１の規格に準拠したネットワーク上で行われる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
測距測定の調整のための前記複数のビーコン及び前記タグについての時刻同期は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したネットワークの固有の時刻同期メカニズムに基づく請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数のビーコンと前記タグとの間の測距のための前記複数のタイムスロットを規定する情報は、複数の測定の間のクロストークを防止する請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記複数のタイムスロットを規定する前記情報は、前記アプリケーションサーバから前記複数のビーコンまで、ＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したネットワークを介して転送される請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記複数のビーコンにポーリングが転送される直前に感知動作を開始するよう、前記アプリケーションサーバから前記複数のビーコンに指示するステップ、
をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
ポーリングが転送される直前に前記複数のビーコンがリスニングを開始することを可能にする情報を前記アプリケーションサーバから前記複数のビーコンまで転送するステップ、又は、測距測定に関する情報を前記複数のビーコンから前記アプリケーションサーバまでＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したネットワークを介して転送するステップ、又は、タグの位置に関する情報を前記複数のビーコンから前記アプリケーションサーバまでＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したネットワークを介して転送するステップ、又は、前記複数のビーコンの位置を含む、前記複数のビーコンのためのリモートセットアップ及びコンフィギュレーション情報を、前記アプリケーションサーバから前記複数のビーコンまでＩＥＥＥ８０２．１５．４−２００３に準拠したネットワークを介して転送するステップ、をさらに含む請求項２０に記載の方法。
【国際調査報告】
2019520555.tif 000007
2019520555.tif 000008
2019520555.tif 000009