(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯端末装置の現在の空間方位（ｏ（ｉ））を現在の地理的位置と推定するための装置（６０）であって、そこにおいて、前記現在の地理的位置で、現在の測定時間（ｉ）に前記携帯端末装置の前記現在の空間方位（ｏ（ｉ））を有する前記現在の地理的位置で受信される無線送信機（２２）の送信機識別および電磁信号特性を含む現在の測定パッケージ（ＭＰ（ｉ））が決定され、前記装置は、
前記現在の測定パッケージ（ＭＰ（ｉ））と前記現在の測定時間の前に存在する基準時間に基準空間方位を有する基準測定パッケージと関連する地理的基準位置で受信された基準無線送信機の送信機識別、基準空間方位（ｏk）および電磁信号特性を含む基準測定パッケージ（ＲＰk）との間の一致測定（ａｃｃk）を決定するための手段（６２）、
一致測定（ａｃｃn）を含む少なくとも１つの基準測定パッケージ（ＲＰn）を選択するための手段（６４）、および
前記少なくとも１つの選択された基準測定パッケージ（ＲＰn）の前記基準空間方位（ｏn）に基づいて前記携帯端末装置の前記現在の空間方位のための推定（ｏ´（ｉ））を決定するための手段（６６）を含む、装置。
【請求項２】
選択するための前記手段（６４）は、その一致測定（ａｃｃn）が前記現在の測定パッケージ（ＭＰ（ｉ））との最も高い一致を有する基準測定パッケージの第１の基準一致測定（ａｃｃ0）から所定の値より大きく逸脱しないように、前記少なくとも１つの基準測定パッケージ（ＲＰn）を選択するように構成され、そこにおいて、前記所定の値は、０．５に前記第１の基準一致測定（ａｃｃ0）を乗じた値に等しい、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
選択するための前記手段（６４）は、前記現在の測定パッケージ（ＭＰ（ｉ））を有する基準測定パッケージの必要最小限の一致を表す第２の基準一致測定（ａｃｃth）の下にさらに存在する決定された一致測定（ａｃｃn）を含む基準測定パッケージ（ＲＰn）を選択するために実施される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記推定（ｏ´（ｉ））を決定するための前記手段（６６）は、基準空間方位（ｏn）に対応する選択された基準測定パッケージ（ＲＰn）の重み付け合計に基づいて前記推定を決定するように構成され、そこにおいて、基準空間方位（ｏn）の重み（ｗn）は、前記対応する基準測定パッケージ（ＲＰn）に関して決定される前記一致測定（ａｃｃn）に依存する、請求項１ないし請求項３の１つに記載の装置。
【請求項５】
前記推定（ｏ´（ｉ））を決定するための前記手段（６６）は、前記基準空間方位と関連する前記一致測定（ａｃｃn）に反比例する対応する基準空間方位（ｏn）の前記重み（ｗn）を選択するように構成されている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記推定を決定するための前記手段（６６）は、対応する基準空間方位（ｏn）と関連する前記一致測定（ａｃｃn）および第１の基準一致測定（ａｃｃ0）間の違いに反比例する対応する基準空間方位（ｏn）の前記重み（ｗn）を選択するように構成されている、請求項４に記載の前記装置。
【請求項７】
前記一致測定（ａｃｃk）を決定するための前記手段（６２）は、前記基準測定パッケージ（ＲＰk）の前記電磁信号特性および前記現在の測定パッケージ（ＭＰ（ｉ））の前記電磁信号特性間の違いに基づいて前記一致測定を決定するために実施される、請求項１ないし請求項６の１つに記載の装置。
【請求項８】
電磁信号特性間の前記違いは、前記現在の測定パッケージ（ＭＰ（ｉ））および前記基準測定パッケージ（ＲＰk）の両方において含まれる無線送信機によって形成される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記一致測定を決定するための前記手段（６２）は、前記違いの合計が小さいほど、より小さい一致測定（ａｃｃk）を前記基準測定パッケージに割り当てるために実施される、請求項７または請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記現在の測定パッケージ（ＭＰ（ｉ））を決定するために、アンテナ指向性（３４）を有するアンテナ手段（３２）を含み、そこにおいて、前記携帯端末装置の前記空間方位は、前記アンテナ指向性（３４）のメインローブの空間方位によって定義される、請求項１ないし請求項９の１つに記載の装置。
【請求項１１】
前記電磁信号特性は、受信電界強度に関連する無線信号の信号特性である、請求項１ないし請求項１０の１つに記載の装置。
【請求項１２】
電磁信号特性は、ＲＳＳＩ値、受信パワースペクトルまたは信号対雑音パワー比である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記装置は、ＷＬＡＮ対応端末装置において実施される、請求項１ないし請求項１２の１つに記載の装置。
【請求項１４】
携帯端末装置の現在の空間方位（ｏ（ｉ））を現在の地理的位置と推定するための方法であって、そこにおいて、前記現在の地理的位置で、現在の測定時間（ｉ）に前記携帯端末装置の前記現在の空間方位（ｏ（ｉ））を有する前記現在の地理的位置で受信される無線送信機（２２）の送信機識別および電磁信号特性を含む現在の測定パッケージ（ＭＰ（ｉ））が決定され、前記方法は、
前記現在の測定パッケージ（ＭＰ（ｉ））と前記現在の測定時間の前に存在する基準時間に基準空間方位を有する基準測定パッケージと関連する地理的基準位置で受信された基準無線送信機の送信機識別、基準空間方位（ｏk）および電磁信号特性を含む基準測定パッケージ（ＲＰk）との間の一致測定（ａｃｃk）を決定するステップ（７２）、
一致測定（ａｃｃn）を含む少なくとも１つの基準測定パッケージ（ＲＰn）を選択するステップ（７７）、および
前記少なくとも１つの選択された基準測定パッケージ（ＲＰn）の前記基準空間方位（ｏn）に基づいて前記携帯端末装置の前記現在の空間方位のための推定（ｏ´（ｉ））を決定するステップ（８０）を含む、方法。
【請求項１５】
コンピュータプログラムがコンピュータまたはマイクロコントローラ上で実行されるときに、請求項１４に記載の前記方法を実行するためのコンピュータプログラム。
【請求項１６】
携帯端末装置の現在の方位（ｏ（ｉ）；５２）を現在の地理的位置（５１）で格納するための装置（４０）であって、そこにおいて、前記現在の地理的位置（５１）で、現在の測定時間（ｉ；５７）に前記携帯端末装置の前記現在の方位（ｏ（ｉ）；５２）を有する前記現在の地理的位置で受信されうる無線送信機の送信機識別（５４）および電磁信号特性（５５）を含む現在の測定パッケージ（ＭＰ（ｉ））が決定されうり、前記装置は、
前記現在の方位（ｏ（ｉ）；５２）を検出するための手段（４４）、および
参照データベース（１４）に前記決定された測定パッケージ（ＭＰ（ｉ））とともに前記検出された現在の方位（ｏ（ｉ）；５２）を格納するための手段（４６）を、含む装置。
【請求項１７】
前記現在の地理的位置（５１）を決定するための手段をさらに含み、そこにおいて、格納するための前記手段（４６）は、前記参照データベース（１４）に前記決定された測定パッケージ（ＭＰ（ｉ））および基準パッケージ（ＲＰ）として前記決定された現在の位置（５１）とともに前記検出された現在の方位（ｏ（ｉ）；５２）を格納するように構成されている、 請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記現在の方位を検出するための前記手段（４４）は、請求項１の前記装置に従って形成される、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
検出するための前記手段（４４）は、基準座標系において前記現在の方位（ｏ（ｉ）；５２）を検出するように構成され、そこにおいて、前記基準座標系は、座標原点として建物の基準点を含む、請求項１６ないし請求項１８の１つに記載の装置。
【請求項２０】
前記現在の測定パッケージ（ＭＰ（ｉ））を決定するために、アンテナ指向性（３４）を有するアンテナ手段（３２）を含み、そこにおいて、前記携帯端末装置の前記方位は、前記アンテナ指向性のメインローブの空間配置によって定義される、請求項１６ないし請求項１９の１つに記載の装置。
【請求項２１】
格納するための前記手段（４６）は、前記検出された現在の方位（ｏ（ｉ）；５２）を量子化されたデジタル形式で格納するように構成されている、請求項１６ないし請求項２０の１つに記載の装置。
【請求項２２】
携帯端末装置の現在の方位（ｏ（ｉ）；５２）を現在の地理的位置（５１）で格納するための方法であって、そこにおいて、前記現在の地理的位置（５１）で、現在の測定時間（ｉ；５７）に前記携帯端末装置の前記現在の方位（ｏ（ｉ）；５２）を有する前記現在の地理的位置で受信されうる無線送信機の送信機識別（５４）および電磁信号特性（５５）を含む現在の測定パッケージ（ＭＰ（ｉ））が決定されうり、前記方法は、
前記現在の方位（ｏ（ｉ）；５２）を検出するステップ、および
参照データベース（１４）に前記決定された測定パッケージ（ＭＰ（ｉ））とともに前記検出された現在の方位（ｏ（ｉ）；５２）を格納するステップを含む、方法。
【請求項２３】
コンピュータプログラムがコンピュータまたはマイクロコントローラ上で実行されるときに、請求項２２の前記方法を実行するためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、それらが無線通信ネットワークにおいて携帯端末装置をローカライズしまたはナビゲートするために用いられるように、携帯端末装置の空間方位を推定するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯端末装置のローカライゼーションのために、異なるローカライゼーション技術が利用できる。屋外においてローカライゼーションまたはナビゲーションのためのおそらく最も一般的なシステムは、衛星で支援されたグローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）である。建物内においてまたは屋内においてローカライゼーションまたはナビゲーションのために、例えば、赤外線システム、ＨＦＩＤシステムまたはＩＥＥＥ８０２．１１ＷＬＡＮネットワーク（無線ローカルエリアネットワーク）の電界強度評価のように、異なる方法が公知である。ＧＰＳシステムは、現在、屋外のために確実に利用できるだけである。例えば、高感度受信機またはいわゆるＡ−ＧＰＳ（アシスト型ＧＰＳ（Ａｓｓｉｓｔｅｄ  ＧＰＳ））のように、新しい拡張が、技術を建物内において使用できるようにする方法を表す。ここで、Ａ−ＧＰＳは、衛星ベースのＧＰＳシステムの使用をセルラー移動無線ネットワークからいわゆる支援情報の受信と結合する。現在では、これらの技術は、所望の平均精度を有しない。赤外線システムおよびＨＦＩＤシステムは、一般に、どこでも利用できなく、特定の条件に拘束される。
【０００３】
無線ネットワークの増大する広がりに基づいて、例えばＷＬＡＮ標準に基づいて、これらの無線ネットワークは、新しいローカライゼーション方法のための基礎として到来する。
【０００４】
これまで用いられている従来のローカライゼーション方法は、例えば、トライアンギュレーション、近傍関係、時間測定によるラテレーションまたは電界強度評価によるラテレーションに基づく。これらは、ローカライゼーション方法であり、そこにおいて、固定無線送信機または基地局の位置が公知でなければならなく、または、そこにおいて、訓練がローカライゼーション方法によってカバーされる環境において基準位置で前もって行わなければならない。
【０００５】
ＷＬＡＮベースのローカライゼーションシステムについては、しばしば、いわゆる受信信号強度（ＲＳＳ）フィンガープリント法が、基本的な方法として用いられる。この方法は、特定のロケーションで受信されまたは受信できるいくつかの無線局の無線信号の信号強度が現在のロケーションまたは現在の位置を独自に特徴付けるという想定に基づく。多くの基準ロケーションまたは基準位置のために、基準時間にそこで受信されまたは受信できる無線局の送信機識別および対応する無線信号の信号強度を含む参照データベースが存在する場合、一組の現在の測定値（送信機識別および関連した信号強度値）から、現在の位置は、現在測定された測定値およびデータベースの基準値間の整合を実行することによって判断されうる。この整合は、基準点ごとに、前に記録された測定値または基準値が現在の位置の現在の測定値と比較してどのくらい類似しているかについて評価する。そして、１つまたはいくつかの最も類似した基準点は、携帯端末装置の現在のロケーションのための推定の基礎を形成する。
【０００６】
参照データベースのために、基準測定によって、基準位置で基準測定時間に受信できる無線送信機の信号強度は、実験によって決定される。これから、基準測定が実行された基準位置ごとに、それぞれに関連した受信電界強度および品質を有する無線送信機（アクセスポイント）のリストを含むデータベースが生じる。このリストは、基準パッケージと呼ばれることがある。ＷＬＡＮ実施については、そのような参照データベースは、例えば、以下のパラメータを含むことがある。
0005717639.tif 000002
【０００７】
ここで、テーブルは、以下の情報を含む：
−基準位置識別（ＲＩＤ）
−受信局のＭＡＣアドレス（ＭＡＣ＝媒体アクセス制御）
−無線送信機の受信電界強度（ＲＳＳＩ（受信信号強度インジケータ）；４６５６０は、−４６．５６０ｄＢｍを意味する）
−デカルト計量座標において基準位置（ｘ、ｙ、ｚ；２４５８３は、２４５．８３ｍを意味する）、および
−測定値記録の時間。
【０００８】
列ＰＧＳ（「百分率表記」）は、この局が測定値記録においてパーセントでどのくらいの頻度で見られたかについて示す（すなわち、ＰＧＳ＝９０は、平均して、局が１０回の測定値中で９回測定されたことを意味する）。
【０００９】
上記のテーブルにおいて、基準位置識別（ＲＩＤ）と関連するいかなる情報も、基準測定パッケージに対応する。すなわち、上述の例示的なテーブルは、３つの異なる地理的基準位置に対応する３つの基準測定パッケージを含む。
【００１０】
0005717639.tif 000003
【００１１】
0005717639.tif 000004
【００１２】
ここで、ＥＱＷは、０および１間の重みを示し、それは、測定値の距離または現在の位置で信号強度値ΣΔＲＳＳＩnの距離が、受信される多すぎる（Ｎnh）または少なすぎる（Ｎhtm）無線送信機と比較してどのくらい高く評価されるかについて示す。基準値において欠けているが、現在測定された測定値に含まれる無線送信機ごとに、マリュス（ｍａｌｕｓ）値Ｍhtm,r（）（ｒ−１、・・・、Ｎhtm）は、定義されうる。同様に、基準値に含まれるが、現在測定された測定値において欠けている無線送信機ごとに、マリュス（ｍａｌｕｓ）値Ｍnh,m（）（ｍ−１、・・・、Ｎnh）は、定義されうる。
【００１３】
現在の測定パッケージに対する小さい距離を有する基準パッケージ、すなわち多くの一般的な無線送信機および少ない異なる受信電界強度は、現在の測定パッケージによく適合する。よく適合する基準パッケージに属する基準位置は、非常に可能性が高く、さらに、位置計算位相を入力する。位置計算位相は、候補位置から携帯端末装置の位置を計算する。この位相の結果は、端末装置の位置である。１つの可能な実現は、整合位相の候補位置から重み付け平均値の計算である。ここで、逆の距離値は、平均において重みを形成する。ｋ個の重み付け最近傍法（ｋ−ｗｅｉｇｈｔｅｄ  ｎｅａｒｅｓｔ  ｎｅｉｇｈｂｏｒ）と呼ばれるこの方法はすばらしい結果を提供し、平均位置決め誤差が数メートルである。
【００１４】
ユーザが例えば彼のボディの前にＰＤＡ（パーソナルデジタルアシスト）のように携帯端末装置を保持している場合、ユーザのボディの後において無線送信機の無線信号は強く減衰されうる。ユーザが現在、例えば、基準パッケージが参照データベースにおいて存在する基準位置に近い場合、基準パッケージは、影になった無線送信機が較正の間に影にならなかったかまたはより小さい範囲で影になったので、ボディによる信号減衰によりあまり適切でないとして廃棄され、このように、無線フィンガープリントは、良好な整合でない。
【００１５】
基準パッケージを較正するために用いられた携帯端末装置がローカライズしまたはナビゲートするためのユーザによって用いられる携帯端末装置より他のアンテナ指向性図または特性を含むことが、起こる場合がある。このために、さらに、ボディをともなう携帯端末装置の配置に加えて、実際によく整合する基準位置の基準パッケージが誤って廃棄され、さらに、位置推定がこのように悪影響を受けることが、起こる場合がある。
【００１６】
さらに、いくつかのアプリケーションにとって、ボディに対する携帯端末装置の方位またはユーザおよび／または端末装置の空間方位に関する情報を得ることは、興味がある場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
この背景に対して、本発明の目的は、ＲＦフィンガープリント法（ＲＦ＝無線周波数）によってローカライゼーションおよび／またはナビゲーションをより表現力豊かにおよび／または信頼性高く行うことである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この目的は、特許請求の範囲の請求項１の特徴を用いる携帯端末装置の現在の空間方位を推定するための装置、請求項１４に記載の方法、特許請求の範囲の請求項１６に記載の携帯端末装置の現在の方位を格納するための装置、および特許請求の範囲の請求項２２に記載の方法によって達成される。
【００１９】
本発明の実施形態は、本発明の方法を実行するためのコンピュータプログラムを提供する。
【００２０】
本発明は、現在の位置に加えて、例えば、彼がどちらの空間方向に移動しているかに関してユーザに情報を与えることができる方位情報をさらに推定することによって、ナビゲーションがフィンガープリント法に基づいて改善されうるという知見に基づく。この点において、本発明の実施形態によれば、方位情報は、それぞれの基準パッケージに割り当てられる。方位情報は、それを用いて対応する基準パッケージが記録された携帯端末装置の空間方位を示す。つまり、例えば、基準点が較正されたときに携帯端末装置がどちらの方向に保持されたかが、基準パッケージに格納される。これは、陰影効果がボディによって生じるように、例えば、ＷＬＡＮ対応装置のように携帯端末装置がユーザのボディの前に直接保持されるときに、特に興味がある。これらの言及されたボディ関連の陰影効果がなかったとしても、実質的にどんなアンテナも指向性を含むので、さらなる方位情報は利点がありうる。このように、方位は、携帯端末装置のアンテナのメインローブの空間配置であってもよい。
【００２１】
例えば４つのコンパス方位、北（Ｎ）、西（Ｗ）、南（Ｓ）、東（Ｅ）に関して、方位情報は、ナビゲーションにおいて方向を示すことに関して役立つだけでなく、ローカライゼーションすなわち携帯端末装置の位置決定をより信頼性高く行うことができる。例えば、基準点ごとに較正の間、いくつかの基準パッケージが、較正装置のいくつかの方位（例えばＮ、Ｗ、Ｓ、Ｅ）のために記録される場合、基準位置に属する４つの基準パッケージは、ボディ関連のおよび方向性関連の信号減衰による４つの方位に従って非常に異なってもよい。次のローカライゼーションにおいて、ユーザが彼の携帯端末装置を例えば少なくともおよそコンパス方位の１つの方向に保持する場合、それぞれの基準パッケージは、より信頼性高く見つけられうる。そして、整合する基準パッケージは、少なくともおよそ使用または彼の携帯端末装置の現在の空間方位と同じ空間方位で記録された。
【００２２】
基準方位がそこから生じるように、基準パッケージにおいてまたはそれとともに方位情報を蓄積するために、本発明の実施形態は、現在の地理的位置で携帯端末装置の現在の方位を格納するための装置を含み、そこにおいて、現在の地理的位置で、現在の測定時間に携帯端末装置の現在の方位を有する現在の地理的位置で受信されうる無線送信機の送信機識別および電磁信号特性を含む現在の測定パッケージが決定されうる。格納するための装置は、携帯端末装置の現在の方位を検出するための手段および参照データベースに決定された測定パッケージとともに検出された現在の方位を格納するための手段を含む。
【００２３】
格納するための装置は、例えば、基準パッケージを生成するために用いられる特別な較正ボックスであってもよい。そのような較正ボックスは、現在の方位を検出するための多少複雑な手段を含む。この場合、例えば、コンパス、ＧＰＳローカライズ装置および／または非常に正確な位置および方位検出のための慣性センサが可能である。方位または方位情報は、方位のために１つまたはいくつかのデジタル値がデータベースの記憶装置に格納されるように、デジタル的におよび量子化された方法で格納されうる。可能な記憶フォーマットとして、例えば、複素数が用いられてもよく、それから、角度および／または方位が読み込まれうる。このように、北のために例えば複素数０＋ｊ（ｊ2＝−１）に従って１対の数（０、１）が用いられ、西のために例えば複素数−１＋０ｊに従って１対の数（−１、０）が格納され、南のために例えば複素数０−ｊに従って１対の数（０、−１）が格納され、さらに、東のために例えば複素数１＋０ｊに従って１対の数（１、０）が格納されうる。
【００２４】
他の実施形態によれば、方位は、携帯端末装置またはクライアントによって検出されまたは推定されうる。しかしながら、前提条件は、基準パッケージに関する参照データベースにおいてまたは基準パッケージにおいてすでに存在する基準方位である。この点において、本発明の実施形態は、携帯端末装置の現在の方位を現在の地理的位置と推定するための装置を提供し、そこにおいて、現在の地理的位置で、現在の測定時間に携帯端末装置の現在の方位を有する現在の地理的位置で受信されうる無線送信機の送信機識別および電磁信号特性を含む現在の測定パッケージが決定されうる。推定するための装置は、現在の測定パッケージと現在の測定時間の前に存在する基準時間に基準方位を有する基準測定パッケージと関連する地理的基準位置で受信できた基準無線送信機の送信機識別、基準方位および電磁信号特性を含む基準測定パッケージとの間の一致測定（ａｃｃ）を決定するための手段を含む。さらに、推定するための装置は、少なくとも１つの最小限の一致または整合を含む少なくとも１つの基準測定パッケージを選択するための手段、および少なくとも１つの選択された基準測定パッケージの基準方位に基づいて携帯端末装置の現在の方位のための推定を決定するための手段を含む。
【００２５】
１つの好適な実施形態によれば、少なくとも１つの基準測定パッケージは、その一致測定が基準測定パッケージの第１の基準一致測定から所定の値より大きく逸脱しないように選択され、そこにおいて、パッケージは、現在の測定パッケージに関して最も高い一致を有する。
【００２６】
１つの実施形態によれば、推定値を決定するための手段は、選択された基準パッケージに対応する基準方位の重み付け合計に基づいて推定を決定するように構成され、そこにおいて、基準方位の重みは、基準測定パッケージのために決定される一致測定に依存する。
【００２７】
好適な実施態様および実施は、従属する請求項の部分である。
【００２８】
本発明の実施形態は、ＲＦフィンガープリント法に基づくナビゲーションにおいて、ユーザがどの方向に移動しているかまたはユーザがどの方向を見ているかを示す方向表示を可能にする。そのような方位情報から、例えば、方向指示または例えば視野のようにユーザの潜在的な視野におけるオブジェクトに関する他の情報のように、さらなる情報が導き出されうる。
【００２９】
さらに、本発明の実施形態は、携帯端末装置またはユーザの現在の方位によりよく対応する利用できる基準パッケージを作ることによって携帯端末装置の位置決定をより信頼性高く行うことに役立つことができ、そのため、整合位相においてより良好な一致をもたらすことができる。
【００３０】
以下には、本発明の好適な実施形態が、添付図面に関してさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、従来の技術による端末装置をローカライズするための装置の実施形態を示す。
【図２】図２は、携帯端末装置をローカライズするための方法のアプリケーションの例を示す。
【図３ａ】図３ａは、北に向けられる携帯端末装置を有するユーザの略図を示す。
【図３ｂ】図３ｂは、アンテナ手段が特定の方位を有するアンテナ特性を含む携帯端末装置の略図を示す。
【図４】図４は、本発明の実施形態による現在の方位を格納するための装置の概略ブロック図を示す。
【図５】図５は、参照データベースに格納される基準パッケージの略図を示す。
【図６】図６は、本発明の実施形態による携帯端末装置の現在の方位を推定するための装置の略図を示す。
【図７】図７は、本発明の実施形態による携帯端末装置の現在の方位を推定する方法のフローチャートを示す。
【図８】図８は、本発明の実施形態による携帯端末装置の現在の方位のための推定を決定するための手段の図を示す。
【図９】図９は、方位推定を決定するための数値例の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１および図２に関して、以下においてまず第一に、フィンガープリント法によるローカライゼーションが、図３〜図９に関してさらに詳細に説明される本発明の概念の動機付けのために説明される。
【００３３】
ここで、特に、多くの都市において非公開のＷＬＡＮ無線送信機の増大する広がりがそれと同時に明白な過度のカバレッジをもたらしているという事実が考慮される。しばしば、８台〜１２台の無線送信機または局（アクセスポイント）が、唯一の位置で受信されうり、都心部において、３０台の受信できる無線送信機の数が超過される可能性さえある（高い住宅および人口密度のにぎやかな場所または領域におけるピーク値）。
【００３４】
比較的に信頼性高くおよび正確なローカライゼーションのために、一般にすでに３台〜４台の受信できる無線送信機が十分である。
【００３５】
図１は、どのようにして携帯端末装置のローカライゼーションがあらゆる個々の携帯端末装置の自己ローカライゼーションとして共用領域においてフィンガープリント法（ＷＬＡＮ、ＧＳＭ、ＢｌｕｅＴｏｏｔｈ、Ｗｉｍａｘなど）によって実現することができるかについて説明する。ここで、データ伝送は、原則としてなしで携帯端末装置と他の通信パートナーとの接続性が行われうるように必要でない。これは、携帯端末装置がその環境の現在の信号特性を測定しさらにそれを（ローカルな）参照データベースと整合することによってそれ自身の位置を計算するので可能である。
【００３６】
その方法の例のために、図１は、例として自己ローカライゼーションを行うことが可能である携帯端末装置の略図を示す。送信／受信手段１０によって、例えば、カバレッジ範囲内において位置されるアクセスポイントの数およびそれらのそれぞれの受信電界強度のように、環境情報が決定される。この環境情報は、参照データベース１４に格納されうる基準環境情報（基準測定パッケージ）にさらにアクセスできる位置測定手段１２に送信される。
【００３７】
ここで、参照データベース１４は、携帯端末装置内においてローカルにも、外部の記憶場所または装置上において非ローカルにも、格納されうる。後者の場合、もちろん、携帯端末装置は、参照データベース１４に対して少なくとも１つの通信接続が存在しなければならない基準データにアクセスできなければならない。位置測定手段１２は、現在の測定パッケージおよび基準測定パッケージに基づいて端末装置の現在の位置を決定するためにローカライズアルゴリズムを用いる。この点において、まず第一に、整合位相において、現在の測定パッケージに最も整合するすなわちその類似性が最も大きいそれらの基準測定パッケージが決定される。それから、決定された類似の基準測定パッケージおよびそれらの地理的基準位置に基づく位置計算位相において、端末装置の現在の地理的位置が決定される。一旦現在の位置が決定されると、それには、例えばデジタル都市マップにおいて位置を示すためにまたは決定された位置に直接因果関係があるサービス（いわゆるロケーションベースのサービス）を提供するために、アプリケーションモジュール１６を任意に提供することができる。
【００３８】
例示的に、図２は、２つの携帯端末装置２０ａおよび２０ｂと、携帯端末装置２０ａおよび２０ｂの環境においてある複数の通信パートナーまたは基地局２２ａ〜２２ｅとを有するアプリケーションシナリオを示す。環境情報として、携帯端末装置２０ａおよび２０ｂは、例えば、無線送信機またはアクセスポイントの固有の識別番号およびそれぞれの無線送信機と関連する受信電界強度を決定することができる。無線送信機２２ｅは、それがときどき携帯端末装置２０ａおよび２０ｂから受信されうり、またあるときに基地局２２ｅの陰影によって受信されないように、携帯端末装置２０ａおよび２０ｂから最も大きな距離に位置される。上述の整合位相において、そのような場合、無線送信機２２ｅは、例えば、現在の測定パッケージを基準測定パッケージと整合するときに、マリュス（ｍａｌｕｓ）値によってまだ考慮されうる。
【００３９】
現在の測定パッケージに整合するすなわち小さい距離値ａｃｃを有する基準パッケージが方程式（１）または方程式（２）によって整合位相において見つけられた後に、このように見つけられた類似の基準パッケージまたはそれらの関連した基準点は、位置計算位相に供給されうる。ここで、携帯端末装置の現在の位置のための推定として、例えば、最も整合する基準パッケージにすなわち最も小さい距離値ａｃｃを有する基準パッケージに属する基準位置が用いられうる。可能な基準位置の座標の重み付け平均は、基準位置のそれぞれの座標が決定された距離値に反比例する重みによって重み付けられるように可能である。
【００４０】
位置測定に加えてまたはこれの代わりとして、本発明の実施形態によれば、携帯端末装置の空間方位も決定されうる。携帯端末装置の空間方位は、例えば、どのようにしてユーザが携帯端末装置を保持しているに起因する。図３ａは、複数の無線送信機２２ａ〜２２ｄ内において携帯端末装置２０を有するユーザ３０の平面図を示す。
【００４１】
図３ａに例示的に示されるシナリオにおいて、ユーザ３０は、少なくともおよそ北の方向に携帯端末装置２０を保持している。このように、ユーザ３０は、彼のボディによって無線送信機２２ａから来る電磁放射を減衰し、その結果、信号の比較的小さい部分だけが携帯端末装置２０に到達し、それは無線送信機２２ａに関して比較的低いＲＳＳＩ（受信信号強度インジケータ）値をもたらす。逆に、無線送信機２２ｂ〜２２ｄは、それが携帯端末装置２０の例示的に示された空間方位によって比較的よく受信されうるように、ユーザ３０のボディによって影にならないまたはほとんど影にならない。
【００４２】
電磁放射を送信しおよび／または受信するために、携帯端末装置２０は、送信／受信手段１０の部分であってもよいアンテナ手段３２を含む。アンテナ手段が指向性を有することが知られている。一般に、そのようなアンテナ指向性は、いわゆるメインローブおよびいくつかのサイドローブを含む。携帯端末装置２０の方位は、図３ｂにおいて概略的に示されるように、例えば、アンテナメインローブの空間方位によって定義されうる。
【００４３】
図３ｂは、メインローブ３６および異なるサイドローブ３８ａ〜３８ｅを有する概略的なアンテナ特性３４を示す。示されたシナリオにおいて、メインローブ３６は、およそ北の方向を指し、それは、携帯端末装置の方位に匹敵することができる。
【００４４】
基準パッケージを較正することが次の位置決定において改良をもたらすことができるときにすでに異なる方位を考慮することは、図３ａおよび図３ｂを見るときに当業者にとって明らかである。この点において、基準位置に関して較正しまたは訓練するときに、基準測定パッケージは、異なる方位で記録されなければならない。例えば、この点において、携帯端末装置の方位は、地理的基準位置自体を変えることなしに地理的基準位置で変化されうる。つまり、北を指す基準方位を有する基準位置で測定パッケージを記録した後に、さらなる基準パッケージは、他のコンパス方位を指す基準方位を有する基準位置で記録されうる。例えば、２つの対向する（１８０度異なる）方向は、賢明であり、または、３つの異なる方向は、１２０度ずつ異なる。すでに上述したように、４つの基本的なコンパス方位Ｎ、Ｗ、Ｓ、Ｅも、もちろん可能である。
【００４５】
この点において、図４は、現在の地理的位置で携帯端末装置の現在の空間方位または方向を格納するための装置を概略的に示し、そこにおいて、現在の地理的位置で現在の測定パッケージＭＰ（ｉ）が決定されうり、それは、現在の測定時間ｉに携帯端末装置の現在の方位を有する現在の地理的位置で受信されうる無線送信機の送信機識別および電磁信号特性（例えばＲＳＳＩ値）を含む。
【００４６】
この点において、装置４０は、現在の測定パッケージＭＰ（ｉ）を決定するための手段４２を含む。さらに、装置４０は、携帯端末装置の現在の方位ｏ（ｉ）を検出するための手段４４を含む。１つの手段４６は、参照データベース１４に決定された測定パッケージＭＰ（ｉ）とともに検出された現在の方位ｏ（ｉ）を格納するために役立つ。
【００４７】
測定パッケージＭＰ（ｉ）を決定するための手段４２は、携帯端末装置の送信／受信ユニット１０を含む。それを用いて、例えば、ＭＡＣアドレスのように送信機識別および関連した受信電界強度値が決定され、それらは、現在の測定パッケージＭＰ（ｉ）に結合される。現在の測定パッケージＭＰ（ｉ）は、現在の方位を検出するための手段４４に任意に送信されうる。これは、手段４４において現在の方位ｏ（ｉ）が現在の測定パッケージＭＰ（ｉ）および参照データベース１４からの基準パッケージＲＰに基づいて決定されるときに事実である。これは、以下においてさらに詳細に説明される。
【００４８】
この点において、装置４０は、現在の測定パッケージＭＰ（ｉ）を決定するための手段４２を含む。さらに、装置４０は、携帯端末装置の現在の方位ｏ（ｉ）を検出するための手段４４を含む。手段４６は、参照データベース１４に決定された測定パッケージＭＰ（ｉ）とともに検出された現在の方位ｏ（ｉ）を格納するために役立つ。
【００４９】
他の実施形態によれば、現在の方位ｏ（ｉ）を検出するための手段４４は、例えば、従来のコンパスおよび／またはＧＰＳローカライゼーション装置および／または現在の空間方位ｏ（ｉ）および場合によっては携帯端末装置の現在の地理的位置を決定する慣性センサであってもよい。好ましくは、新しい基準パッケージを生成するために、現在の測定パッケージＭＰ（ｉ）は、参照データベース１４に携帯端末装置の現在の方位ｏ（ｉ）および現在の位置とともに格納される。これは、図５において概略的に示される。
【００５０】
図５は、参照データベース１４に格納される（新しく生成された）基準パッケージＲＰを概略的に示す。ここで、新しい基準パッケージＲＰは、図４において示される本発明の装置４０によって生成されうる。ここで、特定の基準位置のための基準パッケージＲＰは、初期的に新しい基準位置の座標（ｘ、ｙ、ｚ）を含む。さらに、基準パッケージＲＰは、方位情報５２、すなわち測定値記録において携帯端末装置の方位に関する情報を含む。さらに、基準点識別５３、受信された無線送信機のＭＡＣアドレス５４、対応するＲＳＳＩ値５５、ＰＧＳ値５６、および測定時間５７は、すでに上述のように、基準パッケージＲＰに格納されうる。携帯端末装置の方位５２が測定値記録においてそれぞれの基準パッケージに割り当てられることは、ここで決定的である。
【００５１】
上述の概念によれば、方位情報が参照データベース１４に蓄積された後に、本発明の実施形態による携帯端末装置を用いて、それらがそれら自体のそれらの環境においてそれらの空間方位を決定しまたは推定することが可能である。この点において、図６は、携帯端末装置の現在の方位ｏ（ｉ）を推定するための装置６０を概略的に示す。現在の地理的位置で、現在の測定パッケージＭＰ（ｉ）は決定されうり、それは、現在の測定時間に携帯端末装置の現在の方位を有する現在の地理的位置で受信されうる無線送信機の送信機識別および電磁信号特性（例えば、ＲＳＳＩ値、受信パワースペクトル、信号対雑音パワー比など）を含む。
【００５２】
装置６０は、送信／受信手段１０は別として、現在の測定パッケージＭＰ（ｉ）と、現在の測定時間ｉの前に存在する基準時間に基準方位ｏkを有する基準測定パッケージＲＰkと関連する地理的位置で受信できた基準無線送信機の送信機識別、基準方位ｏkおよび電磁信号特性を含む基準測定パッケージＲＰk（ｋ＝１、２、・・・）との間の一致測定ａｃｃk（ｋ＝１、２、・・・）を決定するための手段６２を含む。手段６２は、特定の基準を満たす一致測定ａｃｃnを含む少なくとも１つの基準測定パッケージＲＰn（ｎ＝１、２、・・・、Ｎ；Ｎ≧１）を選択するための手段６４と結合される。出力側において、手段６４は、少なくとも１つの選択された基準測定パッケージＲＰnの基準方位ｏn（ｎ＝１、２、・・・、Ｎ；Ｎ≧１）に基づいて携帯端末装置の現在の方位ｏ（ｉ）のための推定ｏ´（ｉ）を決定するための手段６６と結合される。
【００５３】
手段６２において、一致測定または距離値ａｃｃkが、例えば、上述の方程式（１）または方程式（２）に従って決定される。すなわち、手段６２を用いて、まず第一にそれらの基準パッケージＲＰn（ｎ＝１、２、・・・、Ｎ；Ｎ≧１）が、現在の測定パッケージＭＰ（ｉ）に最も整合する参照データベース１４から決定される。本発明の１つの実施形態によれば、推定ｏ´（ｉ）は、推定ｏ´（ｉ）として最低ａｃｃ値を有する基準パッケージの基準方位を戻すことによって、現在の方位のために決定されうる。
【００５４】
さらに、推定された方位ｏ´（ｉ）は、重み付け方位平均によって適切であるかまたは整合する基準パッケージ候補の量を超えてもよい。整合する基準パッケージ候補のこの量は、整合位相において考慮されるすべての基準パッケージでなく、特定の前提条件を満たすそれらだけを含む。適切な基準測定パッケージを選択するための１つの本発明の方法は、図７に関して以下においてさらに詳細に説明される。
【００５５】
第１のステップ７１において、現在の測定パッケージＭＰ（ｉ）は、送信／受信手段１０によって受信される。さらに、重み付け平均のために問題になる測定パッケージの数ｎは、０で初期化され、さらに、値（例えば１０ｄＢ）が、最大許容距離値ａｃｃthに割り当てられる。次のステップ７２において、一致測定ａｃｃkが、方程式（１）または方程式（２）に従って現在の測定パッケージＭＰ（ｉ）および参照データベース１４からの基準パッケージＲＰk間に決定される。第３のステップ７３において、ステップ７２において決定される距離値ａｃｃkが最大許容距離値ａｃｃthより小さいかどうかがチェックされる。これが事実でない場合、参照データベースの全Ｋ個の（関連する）基準パッケージがすでに考慮されたかどうかが、ステップ７４においてチェックされる。これが事実でない場合、ｋは１だけ増加され（ステップ７５）、さらに、次の基準パッケージＲＰkは参照データベース１４から取られてステップ７２に供給される。
【００５６】
しかしながら、ステップ７３における比較がステップ７２において決定される距離値ａｃｃkが最大許容距離値ａｃｃthを下回ることを示す場合、比較は、ステップ７２において決定される距離値ａｃｃkが今までの最高の距離値ａｃｃ0に応じて可変ａｃｃmaxを下回るかどうかに関してステップ７６において実行され、そこにおいて、開始ａｃｃmaxは、ａｃｃthに等しく選択されうる。これが事実である場合、基準パッケージＲＰkは、整合する基準パッケージ候補の量に割り当てられる。ａｃｃkがａｃｃmaxより大きい場合、それは図７において示されるループの第２のパスからの場合であるだけであり、プロセスはステップ７４に続く。
【００５７】
基準パッケージＲＰkがステップ７７において整合するＲＰ候補の量に割り当てられた後に、距離値ａｃｃkが今までの最高距離値ａｃｃ0を下回るかどうかどうかが次のステップ７８においてチェックされる。これが事実である場合、ａｃｃkは、現在、最高の距離値ａｃｃ0である（ステップ７９）。これが事実でない場合、プロセスは、ステップ７４に続く。
【００５８】
このようにして、参照データベース１４からのすべての基準パッケージが現在の測定パッケージと比較されるときにすなわちｋ＝Ｋのときに、ステップ８０において方位推定がＮ個の選択された測定パッケージまたはそれらの関連した方位情報ｏn（ｎ＝１、２、・・・、Ｎ；Ｎ≧１）に基づいて起こる。これは、手段６６において起こる。
【００５９】
要約すると、１つの実施形態によれば、整合するＲＰ候補の選択は、以下の基準：
ａｃｃk≦ａｃｃmax  および  ａｃｃk≦ａｃｃth
ａｃｃmax＝ａｃｃ0＊ＬＩＭＩＴ
に基づいて起こる。
【００６０】
ここで、ａｃｃmaxは、最高の距離または一致測定ａｃｃ0に応じて決定される変数であり、ａｃｃ0は、以下において第１の基準一致測定と呼ばれる。実施形態によれば、このように、選択するための手段６４は、その一致測定ａｃｃnが現在の測定パッケージＭＰ（ｉ）との最も高い一致を有する基準測定パッケージＲＰ0の第１の基準一致測定ａｃｃ0からの所定の値より大きく逸脱しないように、少なくとも１つの基準測定パッケージＲＰnを選択するように構成される。所定の偏差値は、（ＬＩＭＩＴ−１）＊ａｃｃ0に従って決定されうる。ここで、ＬＩＭＩＴは、例えば１．０≦ＬＩＭＩＴ≦１．５に適切に選択されうる。ａｃｃthは、最大許容距離または一致値であって、例えば、５ｄＢ≦ａｃｃth≦２０ｄＢの範囲にあってもよい。以下において、ａｃｃthは、第２の基準一致測定と呼ばれる。このように、選択するための手段６４は、現在の測定パッケージＭＰ（ｉ）を有する基準測定パッケージの必要最小限の一致を表す第２の基準一致測定ａｃｃthの下にさらに位置される決定された一致測定ａｃｃnを含む基準測定パッケージＲＰnを選択するために実施されうる。ここで示される領域は、例だけである。実際には、それらは、用いられた無線技術、地形学、運動速度などに依存する。
【００６１】
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【００６２】
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【００６３】
ここで、ｎｏｒｍは、例えば、１≦ｎｏｒｍ≦４の範囲において選択されうる。ここで、最高の整合結果のａｃｃ値ａｃｃ0に対する正規化は、より高い微分可能性を達成するために実行される。
【００６４】
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【００６５】
選択された基準測定パッケージＲＰn（ｎ＝１、２、・・・、Ｎ；Ｎ≧１）の基準方位ｏnに基づいて携帯端末装置の現在の方位のための推定ｏ´（ｉ）を決定するための手段６６のブロック図が、図８において示される。
【００６６】
少なくとも１つの一致測定または微分値を決定するための手段６２から生じるａｃｃn（ｎ＝１、２、・・・、Ｎ；Ｎ≧１）は、ブロック８２の出力側において重みｗn（ｎ＝１、２、・・・、Ｎ；Ｎ≧１）が得られるように、ブロック８２において処理される。重みｗnのそれぞれは、その対応する基準方位ｏn（ｎ＝１、２、・・・、Ｎ；Ｎ≧１）によってブロック８４において増加される。そして、結果は、出力側において携帯端末装置の現在の方位のための推定ｏ´（ｉ）を得るために加算ブロック８６に供給される。
【００６７】
図９に関して、最後に、本発明の概念を説明するためのサンプル計算が与えられる。
【００６８】
図９ａは、昇順における一連の整合結果、すなわち現在の測定パッケージおよび異なる基準パッケージ間の決定された距離値ａｃｃkを示す。例えば、現在の測定パッケージに最も高く整合する基準パッケージの最高の距離値ａｃｃ0は、５ｄＢの値を含む。この第１の基準値ａｃｃ0には、現在、値ａｃｃmax＝６を得るために、値ＬＩＭＩＴ＝１．２を乗じる。それらの基準パッケージだけが、距離値がａｃｃk≦ａｃｃmaxの条件を満たす候補として選択されたので、最初の３つのａｃｃ値による基準パッケージだけが選択される。
【００６９】
第１のａｃｃ値ａｃｃ1＝５ｄＢから、重みｗ1＝１は、方程式（４）を用いて生じる。対応する基準方位ｏ1＝ｊ（例えば、ｊ2＝１で、ｊは北または０度に従う）は、現在、この重みｗ1によって重み付けられる。ａｃｃ2＝５．２のために、ｗ2＝０．６９の重みが生じる。関連した基準方位ｏ2＝−１（例えば西または２７０度に従う）は、この重みによって重み付けられる。ａｃｃ3＝５．７のために、０．３４の重みｗ3が生じる。この値には、対応する基準方位ｏ3＝ｊを乗じ、さらに、最後に、３つの重み付け基準方位は、ｏ´（ｉ）＝１／２．０３＊（ｊ−０．６９＋０．３４ｊ）＝−０．３４＋０．６６ｊの値が生じるように、合計される。これから、方位は、約３００度であると決定されうり、それは、北北西と解釈されることもできる。
【００７０】
本発明の方位推定の結果が、例えば、０度および３６０度間のすべての値を許容する場合、少なくとも３つの異なる方位（０度、１２０度、２４０度）の基準点が、ここで例として示される重み付け平均のための１つの位置で必要である。しかしながら、しばしば、それは、２つの可能な方位だけを有するだけで十分である。これは、例えば、通りにそって移動するときの場合である。それは、例えば大きな広場、展示場、十字路などのより大きいオープンスペースにおいては別の問題である。
【００７１】
位置は別として、同様に方位を得ることが賢明な場所で、多数のアプリケーションが可能である。これは、コンパス方位に関してユーザの方位を言及し、また、特性に関してまたは建物の中で相対的な方位も言及する。この点において、実際の方位を検出するための手段４４は、基準座標系において実際の方位を検出するように構成され、そこにおいて、基準座標系は、座標原点として、例えば建物の端点のように建物の基準点を含む。本発明の実施形態は、例えば、都心部において利用でき、さらに、そこで高い位置決定精度を可能にする案内または情報システムに組み込まれうる。
【００７２】
このように、本発明の方法が実行されうる端末装置は、すでに述べられたＰＤＡまたは携帯電話に限られない。むしろ、送受信手段を有する他のいかなる端末装置も可能である。これは、例えば、デジタルカメラ、カーラジオ、または、自動車またはオートバイなどに組み込まれる他のコンポーネントであってもよい。
【００７３】
状況に応じて、本発明の方法は、ハードウェアにおいてまたはソフトウェアにおいて実施されうる。実施は、本発明の方法が実行されるように、プログラム可能なコンピュータシステムと協動することができる、電子的に可読の制御信号を有するデジタル記憶媒体、特にフロッピー（登録商標）ディスクまたはＣＤにおいて行うことができる。そのため、本発明は、一般に、コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で実行されるときに、本発明の方法を実行するための機械可読のキャリアに格納されたプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品にある。したがって、言い換えれば、本発明は、コンピュータプログラムがコンピュータまたはマイクロコントローラ上で実行されるそのときに、その方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムとして実現されうる。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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