(57)【要約】  無線基地局（１）〜（３）は、複数のアンテナ素子（４Ａ）〜（４Ｃ）と、演算処理装置（５）とを備える。無線端末（ＭＰ）からの信号をアンテナ素子（４Ａ）〜（４Ｃ）が受信すると、演算処理装置（５）は、信号到来角度（θ1）〜（θ3）を計算する。信号到来角度（θ1）〜（θ3）が計算できるときには、演算処理装置（５）は、アンテナ素子（４Ａ）〜（４Ｃ）からの信号到来時刻（ｔa）〜（ｔc）の平均時刻を、無線基地局（１）〜（３）の信号到来時刻（Ｔ1）〜（Ｔ3）とする。信号到来角度（θ1）〜（θ3）が計算できないときには、演算処理装置（５）は、アンテナ素子（４Ａ）〜（４Ｃ）からの信号到来時刻（ｔa）〜（ｔc）のうち最も早い信号到来時刻を、無線基地局（１）〜（３）の信号到来時刻（Ｔ1）〜（Ｔ3）とする。
2016098635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の既知位置に固定され無線端末からの信号到来時刻に基づき前記無線端末の位置を測位する無線測位システムに用いる無線基地局であって、
互いに異なる位置に配置された複数のアンテナ素子を備え、
前記無線端末からの信号到来方向が計算できる場合には、前記複数のアンテナ素子における複数の信号到来時刻の平均の時刻を前記無線基地局の信号到来時刻とし、
前記無線端末からの信号到来方向が計算できない場合には、前記複数のアンテナ素子における複数の信号到来時刻のうち最も早い時刻を前記無線基地局の信号到来時刻とすることを特徴とする無線基地局。
【請求項２】
前記無線端末からの信号到来方向が計算できない場合には、前記複数のアンテナ素子における複数の信号到来時刻のうち最も早い時刻を前記無線基地局の信号到来時刻として出力するのに加え、当該アンテナ素子の位置に応じた情報を出力してなる請求項１に記載の無線基地局。
【請求項３】
前記無線端末からの信号到来方向が計算できる場合には、前記無線端末からの信号到来方向を出力してなる請求項１に記載の無線基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線測位システムに用いる無線基地局に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複数の既知位置に固定された無線基地局（アンカー）を用いて無線端末の位置を測位する無線測位システムが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１には、無線端末からの信号の到来時刻を複数の無線基地局で計測し、これらの到来時間差（ＴＤＯＡ：Time Difference of Arrival）に基づく測位と、無線端末からの信号の到来角度（ＡＯＡ：Angle of Arrival）に基づく測位とを組み合わせたハイブリッドな無線測位システムが開示されている。また、特許文献２には、信号の到来角度に基づく測位において、見通し外（ＮＬＯＳ：Non Line of sight）環境の無線基地局を測位から外す構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１３５００号公報
【特許文献２】特開２００５−４９１９９号公報
【発明の概要】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載された無線測位システムでは、無線端末と無線基地局との間が見通し（ＬＯＳ：Line of sight）環境であることを前提としている。このため、見通し外環境では、特に信号の到来角度の精度が劣化し、結果的に測位精度が劣化するという問題がある。
【０００５】
一方、特許文献２に記載された無線測位システムでは、信号の到来角度の精度劣化を回避するために、電波の受信状態に支障がない無線基地局を選択的に用いる構成となっている。しかしながら、このような構成では、無線端末の位置に拘らず見通し環境の無線基地局を確保するために、無線基地局の数を増やして、密に配置する必要があり、システム全体のコストが増大するという問題がある。
【０００６】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、測位精度を向上させることが可能な無線基地局を提供することにある。
【０００７】
（１）．上述した課題を解決するために、本発明は、複数の既知位置に固定され無線端末からの信号到来時刻に基づき前記無線端末の位置を測位する無線測位システムに用いる無線基地局であって、互いに異なる位置に配置された複数のアンテナ素子を備え、前記無線端末からの信号到来方向が計算できる場合には、前記複数のアンテナ素子における複数の信号到来時刻の平均の時刻を前記無線基地局の信号到来時刻とし、前記無線端末からの信号到来方向が計算できない場合には、前記複数のアンテナ素子における複数の信号到来時刻のうち最も早い時刻を前記無線基地局の信号到来時刻とすることを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、無線端末からの信号到来方向が計算できる場合には、複数のアンテナ素子における複数の信号到来時刻の平均の時刻を無線基地局の信号到来時刻とする。この場合には、複数のアンテナ素子は、いずれも無線端末との間が見通し環境であり、無線端末からの直接波を受信するものと考えられる。このため、例えば複数のアンテナ素子の中心位置と無線基地局の信号到来時刻とに基づいて、無線端末の位置を特定することができる。
【０００９】
一方、無線端末からの信号到来方向が計算できない場合には、複数のアンテナ素子における複数の信号到来時刻のうち最も早い時刻を無線基地局の信号到来時刻とする。この場合には、複数のアンテナ素子のうち少なくとも１つのアンテナ素子は、無線端末との間が見通し外環境であり、無線端末からの直接波を受信できないものと考えられる。このため、複数のアンテナ素子における複数の信号到来時刻のうち最も早い時刻を無線基地局の信号到来時刻とすることによって、見通し環境のアンテナ素子を選択する可能性が高くなる。この結果、無線基地局の信号到来時刻として、できるだけ見通し環境での信号到来時刻を用いることができるから、見通し外環境での信号到来時刻を用いた場合に比べて、測位精度を向上させることができる。
【００１０】
（２）．本発明では、前記無線端末からの信号到来方向が計算できない場合には、前記複数のアンテナ素子における複数の信号到来時刻のうち最も早い時刻を前記無線基地局の信号到来時刻として出力するのに加え、当該アンテナ素子の位置に応じた情報を出力している。
【００１１】
これにより、最も早く到来した信号を受信したときの信号到来時刻と、その信号を受信したアンテナ素子の位置に応じた情報とに基づいて、無線端末の位置を特定することができる。このため、無線基地局の他の位置を用いて測位した場合に比べて、測位精度を高めることができる。
【００１２】
（３）．本発明では、前記無線端末からの信号到来方向が計算できる場合には、前記無線端末からの信号到来方向を出力している。
【００１３】
これにより、信号到来方向に基づいて無線端末の位置を特定することができるから、信号到来時刻だけで測位する場合に比べて、測位精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態による無線基地局が適用された無線測位システムを示す説明図である。
【図２】図１中の無線基地局および無線端末を示す平面図である。
【図３】無線基地局による測位用情報の作成処理を示す流れ図である。
【図４】無線基地局の全てのアンテナ素子が見通し環境にある状態を示す説明図である。
【図５】図４中のアンテナ素子が受信した受信信号の信号強度の時間変化を示す特性線図である。
【図６】無線基地局の一部のアンテナ素子が見通し外環境にある状態を示す説明図である。
【図７】図６中のアンテナ素子が受信した受信信号の信号強度の時間変化を示す特性線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態による無線基地局を用いた無線測位システムについて添付図面に従って詳細に説明する。なお、３局の無線基地局を備えた無線測位システムを例に挙げて説明するが、基地局数は３局に限らず、２次元の測位を行うためには３局以上あればよく、３次元の測位を行うためには４局以上あればよい。基地局数が増えるほど、測位計算における冗長性が高くなり、その分、位置精度を向上することができる。
【００１６】
図１および図２に、本発明による無線基地局１〜３が適用される無線測位システム１０を示す。無線測位システム１０は、インフラストラクチャ側の設備として、３局の無線基地局１〜３と、無線基地局１〜３からの信号到来時刻Ｔ1〜Ｔ3および信号到来角度θ1〜θ3のデータに基づいて無線端末ＭＰの推定位置を算出するデータ処理装置としてのサーバ６とを備えている。
【００１７】
なお、個別の無線基地局を表すときには、無線基地局１〜３と記載し、任意の無線基地局を表すときには、無線基地局ｎ，ｍ，ｌと記載する。各無線基地局１〜３の信号到来時刻を別個に表すときには、信号到来時刻Ｔ1〜Ｔ3と記載し、任意の信号到来時刻を表すときには、信号到来時刻Ｔnと記載する。無線基地局１〜３の信号到来時間差を個別に表すときには、信号到来時間差ΔＴ12，ΔＴ23，ΔＴ13と記載し、任意の無線基地局ｎ，ｍ，ｌでの信号到来時間差を表すときには、信号到来時間差ΔＴnm，ΔＴml，ΔＴnlと記載する。各無線基地局１〜３の信号到来角度（ＡＯＡ：Angle of Arrival）を別個に表すときには、信号到来角度θ1〜θ3と記載し、任意の信号到来角度を表すときには、信号到来角度θnと記載する。
【００１８】
測位対象となる無線端末ＭＰは、移動可能な無線移動局であり、電波を送信するためのアンテナＡＴを有する。図１では、無線端末ＭＰの数を１台としたが、無線端末ＭＰの数は、複数台でも構わない。各無線端末ＭＰは、固有の識別符号（以下、固有ＩＤという）を持つ。無線端末ＭＰは、固有ＩＤを含む無線信号を送信する。
【００１９】
無線基地局１〜３は、いずれも既知位置に固定されている。また、無線基地局１〜３は、複数（例えば３個）のアンテナ素子４Ａ〜４Ｃと、アンテナ素子４Ａ〜４Ｃに接続された演算処理装置５とを備えている。
【００２０】
アンテナ素子４Ａ〜４Ｃは、円環状に並んで互いに異なる位置に配置され、例えばアレイアンテナを構成している。アンテナ素子４Ａ〜４Ｃは、無線端末ＭＰからの信号をそれぞれ受信して、受信した信号を演算処理装置５に出力する。
【００２１】
なお、アンテナ素子４Ａ〜４Ｃの素子数は、３素子に限らず、２素子以上の複数であればよい。アンテナ素子４Ａ〜４Ｃの配置や配列についても、円環状の配置に限らず、直線状や正方配列であってもよく、あるいはその他の任意の配置や配列であっても構わない。また、アンテナ素子を別個に表すときには、アンテナ素子４Ａ〜４Ｃと記載し、任意のアンテナ素子を表すときには、アンテナ素子４と記載する。
【００２２】
演算処理装置５は、例えばマイクロコンピュータ等によって構成され、後述する図３に示す測位用情報の作成処理を実行する。演算処理装置５は、アンテナ素子４Ａ〜４Ｃによって受信した無線端末ＭＰからの信号に基づいて、受信信号の信号強度ＳＳa〜ＳＳc（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）と信号到来時刻ｔa〜ｔcを測定する。演算処理装置５は、アンテナ素子４Ａ〜４Ｃの信号強度ＳＳa〜ＳＳc、信号到来時刻ｔa〜ｔcに基づいて、各無線基地局１〜３の信号到来時刻Ｔn、信号到来角度θnを演算する。演算処理装置５は、信号到来時刻Ｔn、信号到来角度θnに基づいて、各無線基地局１〜３の測位用情報ＩＦ1〜ＩＦ3を作成し、この測位用情報ＩＦ1〜ＩＦ3をサーバ６に向けて出力する。なお、各無線基地局１〜３から出力される測位用情報を個別に表すときには、測位用情報ＩＦ1〜ＩＦ3と記載し、任意の測位用情報を表すときには、測位用情報ＩＦnと記載する。
【００２３】
サーバ６は、リアルタイム位置情報システム（ＲＴＬＳ：Real-Time Location System）を構成し、無線端末ＭＰの現在位置を特定する。このとき、無線基地局１〜３は、時刻同期されている。時刻同期を含む各種通信を行うために、サーバ６と各無線基地局１〜３はケーブル７を介して接続されている。なお、この接続は、物理的なケーブル７を用いた有線接続に代えて、無線接続であっても構わない。サーバ６は、無線基地局１〜３からの測位用情報ＩＦ1〜ＩＦ3に基づいて、例えば信号到来時間差測位、信号到来角度測位のいずれか一方または両方による演算処理を実行し、無線端末ＭＰの位置を特定する。
【００２４】
次に、図３ないし図７を参照して、演算処理装置５による測位用情報の作成処理について説明する。
【００２５】
ステップ１では、演算処理装置５は、無線端末ＭＰからの信号が各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃに到達したときの信号到来時刻ｔa〜ｔcを測定する。具体的には、演算処理装置５は、無線端末ＭＰからの予め決められた所定の信号を各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃが受信したときに信号のピークが最初に生じる時刻、即ち筆頭到来波の到来時刻を信号到来時刻ｔa〜ｔcとして計測する。
【００２６】
ステップ２では、演算処理装置５は、無線端末ＭＰからの信号到来角度θnを計算する。具体的には、演算処理装置５は、各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃで受信されたそれぞれの受信信号の筆頭到来波の信号強度ＳＳa〜ＳＳcが略同一であるときに、各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃでの筆頭到来波の信号到来時刻ｔa〜ｔcの差、もしくは筆頭到来波の位相差に基づいて、無線信号の到来方向である信号到来角度θnを計算する。
【００２７】
図４に示すように、例えば見通し環境において、無線端末ＭＰとアンテナ素子４Ａとの距離が最も短く、無線端末ＭＰとアンテナ素子４Ｃとの距離が最も長く、無線端末ＭＰとアンテナ素子４Ｂとの距離がアンテナ素子４Ａ，４Ｃの中間である場合を考える。この場合、図５に示すように、信号到来時刻ｔaが最も早く、信号到来時刻ｔcが最も遅く、信号到来時刻ｔbは信号到来時刻ｔa，ｔcの中間の時刻になる。このため、信号到来時刻ｔa，ｔb，ｔcの時間差Δｔab，Δｔbc，Δｔacと、アンテナ素子４Ａ，４Ｂ，４Ｃの位置Ｐa，Ｐb，Ｐcとに基づいて、無線信号の到来方向である信号到来角度θnを計算することができる。
【００２８】
一方、図６に示すように、例えばアンテナ素子４Ａ〜４Ｃのうち一部のアンテナ素子４Ｂ，４Ｃが見通し外環境になる場合を考える。この場合、図７に示すように、信号到来時刻ｔaに比べて、信号到来時刻ｔb，ｔcが大きく遅れる。このため、時間差Δｔbcに比べて時間差Δｔab，Δｔacが非常に大きくなるから、時間差Δｔab，Δｔbc，Δｔacから信号到来角度θnを求めると、信号到来角度θnに矛盾が生じる。このため、無線信号の到来方向である信号到来角度θnを計算することができなくなる。
【００２９】
ステップ３は、信号到来角度計算判定部の具体例を示している。このステップ３では、信号到来角度θnが計算できたか否かを判定する。具体的には、各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃで受信されたそれぞれの受信信号の筆頭到来波の信号強度ＳＳa〜ＳＳcが略同一であり、かつ、各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃでの筆頭到来波の信号到来時刻ｔa〜ｔcの差、もしくは筆頭到来波の位相差に基づいて、信号到来角度θnが矛盾無く計算できたか否かを判定する。ステップ３で「ＹＥＳ」と判定したときには、合理的な信号到来角度θnが算出されているので、ステップ４に移行する。
【００３０】
ステップ４は、ＬＯＳ信号到来時刻演算部の具体例を示している。このステップ４では、演算処理装置５は、各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃの筆頭波の信号到来時刻ｔa，ｔb，ｔcに基づいて、無線基地局１〜３の信号到来時刻Ｔnを演算する。具体的には、演算処理装置５は、各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃが受信した筆頭波の信号到来時刻ｔa，ｔb，ｔcの平均時刻を演算し、この平均時刻をその無線基地局ｎにおける筆頭到来波の信号到来時刻Ｔnとする。
【００３１】
続くステップ５では、演算処理装置５は、無線基地局ｎの信号到来時刻Ｔnと、無線信号を送信した無線端末ＭＰの固有ＩＤと、信号到来角度θnとを含む測位用情報ＩＦnを作成し、この測位用情報ＩＦnをサーバ６に送信する。このときオプションで、筆頭到来波の信号強度ＳＳa〜ＳＳcも併せて送信することも可能である。
【００３２】
一方、ステップ３で「ＮＯ」と判定したときには、合理的な信号到来角度θnが算出できない状態となっている。具体的には、各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃで受信された受信信号の筆頭到来波の信号強度ＳＳa〜ＳＳcがアンテナ素子４Ａ〜４Ｃ間で異なる場合、および／または、各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃの筆頭到来波から信号到来角度θnが計算できない状態となっている。この場合には、ステップ６に移行する。
【００３３】
ステップ６は、ＮＬＯＳ信号到来時刻演算部の具体例を示している。ステップ６では、演算処理装置５は、各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃの筆頭到来波の信号到来時刻ｔa〜ｔcのうち、最も早いものを、この無線基地局２における筆頭到来波の信号到来時刻Ｔnとする。
【００３４】
続くステップ７では、演算処理装置５は、無線基地局ｎの信号到来時刻Ｔnと、無線信号を送信した無線端末ＭＰの固有ＩＤと、筆頭到来波を受信したアンテナ素子４Ａ〜４Ｃの識別情報もしくは当該アンテナ素子４Ａ〜４Ｃの位置Ｐa〜Ｐcを示す情報とを含む測位用情報ＩＦnを作成し、この測位用情報ＩＦnをサーバ６に送信する。
【００３５】
ここで、アンテナ素子４Ａ〜４Ｃの位置Ｐa〜Ｐcを示す情報としては、例えば、当該無線基地局ｎの複数のアンテナ素子４Ａ〜４Ｃの中心位置Ｏに対するアンテナ素子４Ａ〜４Ｃの相対的な位置である。
【００３６】
本実施の形態による無線基地局１〜３は、上述の処理で作成した測位用情報ＩＦnをサーバ６に出力するものであり、次に、サーバ６内での測位処理を含めた無線測位システム１０の動作について説明する。
【００３７】
無線端末ＭＰは固有ＩＤを含む無線信号を送信すると、各無線基地局ｎは、それぞれの各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃにおいて無線端末ＭＰからの信号を受信し、この信号に基づいて測位用情報ＩＦnを作成する。
【００３８】
無線端末ＭＰからの無線信号は、無線基地局ｎの各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃによって、受信される。無線基地局ｎの演算処理装置５は、各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃで受信した受信信号の筆頭到来波の信号強度ＳＳa〜ＳＳcを比較する。これに加え、演算処理装置５は、各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃでの筆頭到来波の信号到来時刻ｔa〜ｔcの差、もしくは位相差から、信号到来角度θnを計算する。
【００３９】
このとき、無線基地局ｎの演算処理装置５は、信号到来角度θnを計算できるか否かを判定する。受信信号の筆頭到来波の信号強度ＳＳa〜ＳＳcが略同一であり、かつ、各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃでの筆頭到来波の信号到来時刻ｔa〜ｔcの差Δｔab，Δｔbc，Δｔac、もしくは位相差から、信号到来角度θnが矛盾無く計算できる場合には、演算処理装置５は、信号到来角度θnを計算できるものと判定する。
【００４０】
この場合、無線基地局ｎの演算処理装置５は、各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃの筆頭波の信号到来時刻ｔa〜ｔcの平均の時刻を、無線基地局ｎにおける筆頭到来波の信号到来時刻Ｔnとする。このとき、演算処理装置５は、信号到来時刻Ｔn、当該無線端末ＭＰの固有ＩＤ、および、信号到来角度θnを含む測位用情報ＩＦnを作成し、この測位用情報ＩＦnをサーバ６に送信する。
【００４１】
一方、受信信号の筆頭到来波の信号強度ＳＳa〜ＳＳcがアンテナ素子４Ａ〜４Ｃ間で異なる場合、および／または、各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃの筆頭到来波から無線信号の信号到来角度θnが計算できない場合には、演算処理装置５は、信号到来角度θnを計算できないものと判定する。
【００４２】
この場合、無線基地局ｎの演算処理装置５は、各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃの筆頭到来波の信号到来時刻ｔa〜ｔcのうち、最も早いものを、無線基地局１における筆頭到来波の信号到来時刻Ｔnとする。このとき、無線基地局１の演算処理装置５は、信号到来時刻Ｔn、当該無線端末ＭＰの固有ＩＤ、および、筆頭到来波を受信したアンテナ素子４（例えば、アンテナ素子４Ａ）の識別情報等を含む測位用情報ＩＦnを作成し、この測位用情報ＩＦnをサーバ６に送信する。
【００４３】
図６に、受信信号の筆頭到来波の信号強度ＳＳa〜ＳＳcが、アンテナ素子４Ａ〜４Ｃ間で異なる場合、および／または、各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃの筆頭到来波から無線信号の信号到来角度θnが計算できない場合の一例を示す。
【００４４】
図６に示すように、無線端末ＭＰと無線基地局ｎの間には、障害物ＯＢが部分的に遮蔽する状態となっている。このとき、無線基地局ｎのアンテナ素子４Ａは見通し環境となっているために、無線端末ＭＰのアンテナＡＴからの信号は、直接波ＤＷが届く状態となっており、アンテナＡＴとアンテナ素子４Ａとの間を直線状に結ぶ経路２１を伝搬する。これに対し、他のアンテナ素子４Ｂ，４Ｃは見通し外環境となっているために、無線端末ＭＰのアンテナＡＴからの信号は、反射物２０からの反射波ＲＷのみが届く状態となっており、反射物２０の反射によってＬ字状に折れ曲がった経路２２を伝搬する。
【００４５】
なお、アンテナ素子４Ａにも、反射波ＲＷは到来する。このため、無線基地局ｎの各アンテナ素子４Ａ〜４Ｃでの受信信号の遅延プロファイルは、例えば、図７に示すような値となる。
【００４６】
即ち、アンテナ素子４Ａには、経路２１による直接波ＤＷが時刻ｔ1に到来し、他のアンテナ素子４Ｂ，４Ｃには、時刻ｔ1付近では到来波は存在しない。一方、時刻ｔ1から遅延した時刻ｔ2付近では、全てのアンテナ素子４Ａ〜４Ｃに、反射波ＲＷによる到来波が、減衰して到達する。このような状態では、一部のアンテナ素子４Ａにしか直接波ＤＷの信号が到来していない。このため、時刻ｔ1付近では、アンテナ素子４Ａの受信信号の信号強度が大きくなるのに対し、アンテナ素子４Ｂ，４Ｃの受信信号の信号強度は、ゼロ付近の値となり、小さくなる。このように、時刻ｔ1付近では、アンテナ素子４Ａ〜４Ｃ間で受信信号の信号強度が著しく異なるから、信号到来角度θnの計算ができない。従って、この場合は、無線基地局ｎの演算処理装置５は、無線端末ＭＰの固有ＩＤと、時刻ｔ1に応じた信号到来時刻Ｔnと、最も早く信号を受信したアンテナ素子４Ａを特定する情報等もしくはアンテナ素子４Ａの位置Ｐaを示す情報とを含む測位用情報ＩＦnを作成し、この測位用情報ＩＦnをサーバ６に送信する。
【００４７】
図６の例では、無線基地局ｎが複数のアンテナ素子４Ａ〜４Ｃを有したために、単一アンテナでは見逃していたかもしれない直接波ＤＷを、筆頭到来波として受信することが可能となった。図６に例示した状況は、比較的単純な例で、一部のアンテナ素子４Ａに直接波ＤＷが届く環境であったが、実際の環境は、より複雑な場合が多い。そのような状態であっても、例えば、全てのアンテナ素子４Ａ〜４Ｃが見通し外環境で、周囲環境が、複雑な散乱波環境にある場合であっても、無線基地局ｎが複数のアンテナ素子４Ａ〜４Ｃを有していれば、アンテナ素子４が１つしかない場合と比較して、より早い時刻に到達する筆頭到来波を受信できる可能性が高まる。
【００４８】
上述した、信号到来時刻Ｔn、信号到来角度θn、無線端末ＭＰの固有ＩＤ、アンテナ素子４Ａ〜４Ｃの位置を示す情報は、測位用情報ＩＦnとしてケーブル７等を介してサーバ６に送信される。各無線基地局１〜３は同期されているため、サーバ６は、各無線基地局１〜３の信号到来時刻Ｔ1〜Ｔ3から、無線基地局１〜３間の無線信号の信号到来時間差ΔＴ12，ΔＴ23，ΔＴ13を算出する。無線基地局１〜３の位置は既知であるから、無線基地局１〜３の位置と、無線信号の到来時間差ΔＴnmから、無線端末ＭＰの位置を算出することができる。
【００４９】
また、例えば無線基地局２で信号到来角度θ2が算出された場合には、サーバ６は、無線端末ＭＰの位置を無線基地局２を基点とした信号到来角度θ2の方向の直線上に限定できる。さらに、２局以上の無線基地局（例えば、無線基地局２，３）で信号到来角度（例えば、信号到来角度θ2，θ3）が算出された場合には、サーバ６は、当該無線基地局（例えば、無線基地局２，３）の位置と、信号到来角度（例えば、信号到来角度θ2，θ3）からも無線端末ＭＰの位置を算出することができる。
【００５０】
ここで、全ての無線基地局１〜３が、無線端末ＭＰに対して見通し環境であるならば、これら複数の手順から算出される無線端末ＭＰの位置は、誤差の範囲内で略同一となる。従って、無線端末ＭＰの位置を高精度で確定できる。
【００５１】
実際の環境では、全ての無線基地局１〜３が見通し環境となることは稀であり、無線基地局１〜３と無線端末ＭＰが見通し外環境となる場合が存在する。無線基地局１〜３と無線端末ＭＰが見通し外環境の場合には、無線基地局１〜３と無線端末ＭＰとの間の電波伝搬経路は、反射波ＲＷによるものとなり、さらに反射波ＲＷが複数ある場合には、いわゆるマルチパス伝搬路となる。このうち、最も早い時刻に無線基地局１〜３に到達する電波が筆頭到来波である。筆頭到来波が反射波ＲＷとなる場合には、測位に対して次に示すような誤差要因となる。
【００５２】
まず、第１に、信号到来時間差ΔＴnmによる測位については、信号到来時間差ΔＴnmの元となる無線基地局１〜３での信号到来時刻Ｔ1〜Ｔ3が、反射パスによって伝搬経路長が延びることにより、本来見通し環境で得られる到来時刻よりも遅い時刻となる。これが信号到来時間差ΔＴnmによる測位での誤差要因となる。誤差低減のためには、例え見通し外環境であっても、少しでも早い時刻に到達する信号の到来時刻を補足することが、必須である。
【００５３】
次いで、第２に、信号到来角度θnについては、無線基地局ｎで信号到来角度θnを矛盾無く求めることができない場合がある。また、無線基地局ｎで信号到来角度θnが矛盾無く求められる場合でも、反射波のために、本来無線端末ＭＰがある方向ではなく、反射物２０のある方向に信号到来角度θnが計算される場合がある。
【００５４】
例えば図６の例で、無線端末ＭＰと無線基地局ｎとの間が障害物ＯＢによって完全に遮蔽され、無線基地局ｎの全てのアンテナ素子４Ａ〜４Ｃが完全に見通し環境に無い場合（見通し外環境の場合）を考える。この場合、直接波ＤＷの信号伝搬経路（パス）が存在しないため、無線基地局ｎは、反射物２０からの反射波ＲＷが筆頭到来波として検出される。このため、無線基地局ｎは、反射物２０の方向から無線端末ＭＰの電波が到来するとして、信号到来角度θnを算出する。このような場合が、信号到来角度θnによる測位での誤差要因となる。
【００５５】
前述した通り、見通し外環境では、信号到来時間差ΔＴnm、信号到来角度θnの両方で、測位での誤差要因がある。しかしながら、信号到来時間差ΔＴnm、信号到来角度θnの両方の情報を比較することで、サーバ６は、無線端末ＭＰと各無線基地局１〜３との間が、それぞれ見通し環境であるか、見通し外環境であるかの推測が可能となる。
【００５６】
例えば、信号到来時間差測位による無線端末ＭＰの位置と、信号到来角度θnによる無線基地局ｎからの方向に乖離があれば、サーバ６は、当該無線基地局ｎが見通し外環境にある可能性が高いと推測できる。また、信号到来角度θnもしくは他の無線基地局ｍ，ｌの信号到来時間差ΔＴmlから推測される位置情報に対して、ある無線基地局ｎの信号到来時刻Ｔnが著しく遅い時刻である場合にも、反射による遅延である可能性が高く、サーバ６は、当該無線基地局ｎが見通し外環境にある可能性が高いと推測できる。
【００５７】
さらに、サーバ６は、オプションでの信号強度ＳＳa〜ＳＳcの値の送信を受けていれば、各無線基地局１〜３で受信した信号強度ＳＳa〜ＳＳcの値と、測位位置と各無線基地局１〜３間の距離との比を考慮することで、見通し外環境となっている無線基地局を推測する際の、さらなる情報として活用できる。即ち、反射波ＲＷでは、伝搬経路長（パス長）が長くなることによる距離減衰に加えて、反射することによる減衰が加わる。このため、例えば無線基地局１が見通し外環境で、無線基地局２，３が見通し環境である場合には、見通し外環境である無線基地局１の信号強度ＳＳa〜ＳＳcの値は、見通し環境である無線基地局２，３の信号強度ＳＳa〜ＳＳcの値に比べて、小さくなる。従って、信号強度ＳＳa〜ＳＳcの値は、無線基地局ｎが見通し環境にあるか、見通し外環境にあるかを推測する際の情報となる。
【００５８】
以上の通り、サーバ６は、信号到来時間差ΔＴnmと信号到来角度θn、オプションとして受信信号の信号強度ＳＳa〜ＳＳcを活用することで、無線基地局１〜３のうち見通し外環境となったものを推測することが可能となる。また、信号到来時刻Ｔnと信号到来角度θnの両方の情報を測位情報として用いることは、情報量が増えることになるから、測位計算における冗長性が大きくなる。即ち、複数の測位位置の候補が出てくる。これに加え、さらに、測位に利用できる無線基地局ｎの数が多くなれば、さらに冗長性が高くなり、測位位置の候補が、より多くなる。
【００５９】
サーバ６においては、測位誤差を低減するために、次の様な信号処理を行う。即ち、まず第１に、例えば無線基地局ｎが見通し外環境と推測された場合には、信号到来角度θnの情報を不使用とする。第２に、見通し外環境と推測された無線基地局ｎの信号到来時刻Ｔnについては、反射による遅延があるものとして扱い、信号到来時間差ΔＴnmの計算に際して、遅延補正を行う。遅延補正を含んだ信号到来時間差ΔＴnm，ΔＴnlの計算においては、仮定される遅延量をスイープした場合の測位位置と、上記の冗長性を持つ複数の測位位置の候補とで、最尤推定することで、最終的な測位位置を決定する。
【００６０】
かくして、実施の形態では、無線端末ＭＰからの信号到来角度θnが計算できる場合には、信号到来角度θnを算出した無線基地局ｎは、複数のアンテナ素子４Ａ〜４Ｃにおける複数の信号到来時刻ｔa〜ｔcの平均の時刻を無線基地局ｎの信号到来時刻Ｔnとする。この場合には、複数のアンテナ素子４Ａ〜４Ｃは、いずれも無線端末ＭＰとの間が見通し環境であり、無線端末ＭＰからの直接波を受信するものと考えられる。このため、例えば複数のアンテナ素子４Ａ〜４Ｃの中心位置Ｏと無線基地局ｎの信号到来時刻Ｔnとに基づいて、無線端末ＭＰの位置を特定することができる。
【００６１】
一方、無線端末ＭＰからの信号到来角度θnが計算できない場合には、信号到来角度θnが算出できない無線基地局ｎは、複数のアンテナ素子４Ａ〜４Ｃにおける複数の信号到来時刻ｔa〜ｔcのうち最も早い時刻を無線基地局ｎの信号到来時刻Ｔnとする。この場合には、複数のアンテナ素子４Ａ〜４Ｃのうち少なくとも１つのアンテナ素子（例えば、アンテナ素子４Ｂ，４Ｃ）は、無線端末ＭＰとの間が見通し外環境であり、無線端末ＭＰからの直接波を受信できないものと考えられる。このため、複数のアンテナ素子４Ａ〜４Ｃにおける複数の信号到来時刻ｔa〜ｔcのうち最も早い時刻を無線基地局ｎの信号到来時刻Ｔnとすることによって、見通し環境のアンテナ素子（例えば、アンテナ素子４Ａ）を選択する可能性が高くなる。この結果、無線基地局ｎの信号到来時刻Ｔnとして、できるだけ見通し環境での信号到来時刻（例えば、信号到来時刻ｔa）を用いることができるから、見通し外環境での信号到来時刻（例えば、信号到来時刻ｔb，ｔc）を用いた場合に比べて、測位精度を向上させることができる。
【００６２】
また、無線端末ＭＰからの信号到来角度θnが計算できない場合には、無線基地局ＭＰの信号到来時刻Ｔnに加えて、最も早く到来した信号を受信したアンテナ素子４の位置に応じた情報を出力する。具体的に説明すると、図６に示すように、アンテナ素子４Ａが見通し環境で、アンテナ素子４Ｂ，４Ｃが見通し外環境の場合には、無線端末ＭＰからの信号到来角度θnが計算できない。このとき、無線基地局ｎは、無線基地局ＭＰの信号到来時刻Ｔnに加えて、最も早く到来した信号を受信したアンテナ素子４Ａの位置Ｐaに応じた情報を出力する。これにより、サーバ６は、最も早く到来した信号を受信したときの信号到来時刻ｔaと、その信号を受信したアンテナ素子４Ａの位置Ｐaに応じた情報とに基づいて、無線端末ＭＰの位置を特定することができる。このため、例えば無線基地局ｎの中心位置Ｏのように、無線基地局ｎの他の位置を用いて無線端末ＭＰの位置を特定した場合に比べて、測位精度を高めることができる。
【００６３】
さらに、無線端末ＭＰからの信号到来角度θnが計算できる場合には、無線基地局ｎは、無線端末ＭＰからの信号到来角度θnを出力する。このとき、無線基地局ｎが無線端末ＭＰに対して見通し環境と考えられるから、信号到来角度θnを用いることで、測位精度を高めることができる。即ち、サーバ６は、信号到来角度θnに基づいて無線端末ＭＰの位置を特定することができるから、信号到来時刻Ｔnだけで測位する場合に比べて、測位精度を高めることができる。
【００６４】
また、無線基地局ｎが見通し外環境であった場合であっても、信号到来時刻Ｔnを用いることで、信号到来角度θnを単独で用いる場合と比べて無線基地局を増やすことなく、かつ、アンテナ素子４Ａ〜４Ｃ間で最も早い到来波を補足することで、より早い時刻の筆頭到来波を補足できる可能性が高くなり、測位精度が向上することができる。
【００６５】
なお、前記実施の形態では、信号強度ＳＳa〜ＳＳcと信号到来時刻ｔa〜ｔcとの両方を用いて、信号到来角度θnが計算できたか否かを判定した。しかし、本発明は、これに限らず、例えば信号強度ＳＳa〜ＳＳcと信号到来時刻ｔa〜ｔcとのうちいずれか一方を用いて、信号到来角度θnが計算できたか否かを判定してもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１〜３  無線基地局
４Ａ〜４Ｃ  アンテナ素子
５  演算処理装置
６  サーバ
７  ケーブル
１０  無線測位システム
ＭＰ  無線端末
ＡＴ  アンテナ
【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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【図７】
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【国際調査報告】
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