(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の無線通信によりビーコン信号を発信するビーコン装置であって、
第１入力端子及び第２入力端子と、第１出力端子及び第２出力端子とを有し、前記第１入力端子に信号が入力したときに、該信号に基づいた同じ位相の２つの信号を前記第１出力端子及び第２出力端子から出力し、前記第２入力端子に信号が入力したときに、該信号に基づいた位相が１８０度異なる２つの信号を第１出力端子及び第２出力端子から出力する１８０度ハイブリッドユニットと、
該１８０度ハイブリッドユニットの前記第１入力端子に接続され、第１信号を出力する第１信号発生部と、
前記１８０度ハイブリッド素子の前記第２入力端子に接続され、第２信号を出力する第２信号発生部と、
前記１８０度ハイブリッド素子の前記第１出力端子から出力される信号に基づいた第１ビーコン信号を発信する第１アンテナ部と、
前記１８０度ハイブリッド素子の前記第２出力端子から出力される信号に基づいた第２ビーコン信号を第２アンテナ部とを有するビーコン装置。
【請求項２】
所定の無線通信によりビーコン信号を発信するビーコン装置であって、
第１入力端子及び第２入力端子と、第１出力端子及び第２出力端子とを有し、前記第１入力端子に信号が入力したときに、該信号に基づいた当該信号と同位相の信号を前記第１出力端子から出力するとともに前記信号に基づいた当該信号に対して９０度位相の異なる信号を前記第２出力端子から出力し、前記第２入力端子に信号が入力したときに、該信号に基づいた当該信号と同位相の信号を前記第２出力端子から出力するとともに前記信号に基づいた信号に対して９０度位相の異なる信号を前記第１出力端子から出力する９０度ハイブリッドユニットと、
該９０度ハイブリッドユニットの前記第１入力素子に接続され、第１信号を出力する第１信号発生部と、
前記９０度ハイブリッドユニットの前記第２入力素子に接続され、第２信号を出力する第２信号発生部と、
前記９０度ハイブリッドユニットの前記第１出力端子から出力される信号に基づいた第１ビーコン信号を発信する第１アンテナ部と、
前記９０度ハイブリッドユニットの前記第２出力端子から出力される信号に基づいた第２ビーコン信号を発信する第２アンテナ部とを有するビーコン装置。
【請求項３】
所定の無線通信によりビーコン信号を発信するビーコン装置であって、
第１入力端子及び第２入力端子と、第１出力端子及び第２出力端子とを有し、前記第１入力端子に信号が入力したときに、該信号に基づいた同じ位相の２つの信号を前記第１出力端子及び第２出力端子から出力し、前記第２入力端子に信号が入力したときに、該信号に基づいた位相が１８０度異なる２つの信号を第１出力端子及び第２出力端子から出力する１８０度ハイブリッドユニットと、
第１入力端子及び第２入力端子と、第１出力端子及び第２出力端子とを有し、前記第１入力端子に信号が入力したときに、該信号に基づいた当該信号と同位相の信号を前記第１出力端子から出力するとともに前記信号に基づいた当該信号に対して９０度位相の異なる信号を前記第２出力端子から出力し、前記第２入力端子に信号が入力したときに、該信号に基づいた当該信号と同位相の信号を前記第２出力端子から出力するとともに前記信号に基づいた信号に対して９０度位相の異なる信号を前記第１出力端子から出力する９０度ハイブリッドユニットと、
前記１８０度ハイブリッドユニットの前記第１入力端子に接続され、第１信号を出力する第１信号発生部と、
前記１８０度ハイブリッドユニットの前記第２入力端子に接続され、第２信号を出力する第２信号発生部と、
前記９０度ハイブリッドユニットの前記第１入力端子に接続され、第３信号を出力する第３信号発生部と、
前記９０度ハイブリッドユニットの前記第２入力端子に接続され、第４信号を出力する第４信号発生部と、
前記１８０度ハイブリッドユニットの前記第１出力端子から出力される信号と前記９０度ハイブリッドユニットの前記第１出力端子から出力される信号とを含む第１合成信号を出力する第１信号合成ユニットと、
前記１８０度ハイブリッドユニットの前記第２出力端子から出力される信号と前記９０度ハイブリッドユニットの前記第２出力端子から出力される信号とを含む第２合成信号を出力する第２信号合成器と、
前記第１信号合成器から出力される第１合成信号に基づいた第１ビーコン信号を発信する第１アンテナ部と、
前記第２信号合成器から出力される第２合成信号に基づいた前記第２ビーコン信号を発信する第２アンテナ部とを有するビーコン装置。
【請求項４】
ブルートゥース・ロー・エナジーの規格に従った近距離無線通信により前記ビーコン信号を発信する請求項１乃至３のいずれかに記載のビーコン装置。
【請求項５】
前記ビーコン信号は、当該ビーコン装置を識別する識別情報、当該ビーコン装置の性能を表す性能情報及び当該ビーコン装置の設置場所を表す位置情報のうち少なくとも１つの情報を含む請求項１乃至４のいずれかに記載のビーコン装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２記載のビーコン装置から所定の無線通信により発信される前記第１ビーコン信号及び前記第２ビーコン信号を、それらに含まれる前記第１信号及び前記第２信号を区別して認識可能に受信するビーコン信号受信装置を用いて前記ビーコン装置から見た当該ビーコン受信装置の方向を推定する方向推定方法であって、
前記ビーコン装置から発信される前記第１ビーコン信号及び前記第２ビーコンを受信する前記ビーコン信号受信装置にて区別して認識される前記第１信号の受信電力と、当該ビーコン信号受信装置にて区別して認識される前記第２信号の受信電力とを取得する受信電力取得ステップと、
前記第１信号の受信電力と前記第２信号の受信電力との差分を算出する受信電力差分演算ステップと、
前記第１信号の受信電力と前記第２信号の受信電力との和を算出する受信電力和演算ステップと、
前記受信電力の差分を前記受信電力の和で除算する除算ステップと、
該除算ステップでの除算結果に基づいて前記ビーコン装置からの信号の出発角を算出する出発角演算ステップとを有し、
前記信号の出発角に基づいて前記ビーコン装置から見た前記ビーコン信号受信装置の方向を推定する方向推定方法。
【請求項７】
請求項３記載のビーコン装置から所定の無線通信により発信される前記第１ビーコン信号及び第２ビーコン信号を、それらに含まれる前記第１信号、前記第２信号、前記第３信号及び前記第４信号を区別して認識可能に受信するビーコン信号受信装置を用いて前記ビーコン装置から見た当該ビーコン信号受信装置の方向を推定する方向推定方法であって、
前記ビーコン装置から発信される前記第１ビーコン信号及び前記第２ビーコン信号を受信する前記ビーコン信号受信装置にて区別して認識される前記第１信号の受信電力、当該ビーコン信号受信装置にて区別して認識される前記第２信号の受信電力、当該ビーコン信号受信装置にて区別して認識される前記第３信号の受信電力、及び当該ビーコン信号受信装置にて区別して受信される前記第４信号の受信電力を取得する受信電力取得ステップと、
前記第１信号の受信電力と前記第２信号の受信電力との第１差分を算出する第１受信電力差分演算ステップと、
前記第３信号の受信電力と前記第４信号の受信電力との第２差分を算出する第２受信電力差分演算ステップと、
前記第１受信電力差分演算ステップで得られた第１差分を実部とし、前記第２受信電力差分演算ステップで得られた第２差分を虚部とした複素数を算出する複素数演算ステップと、
該複素数演算ステップにて得られた前記複素数に基づいて前記ビーコン装置からの信号の出発角を算出する出発角演算ステップとを有し、
前記信号の出発角に基づいて前記ビーコン装置から見た前記ビーコン信号受信装置の方向を推定する方向推定方法。
【請求項８】
請求項１または請求項２に記載された複数のビーコン装置のそれぞれから所定の無線通信により発信される前記第１ビーコン信号及び前記第２ビーコン信号を、それらに含まれる前記第１信号及び前記第２信号を区別して認識可能に受信するビーコン信号受信装置を用いて当該ビーコン信号受信装置の位置を推定する位置推定方法であって、
請求項６記載の方向推定方法にて推定される方向に基づいて各ビーコン装置から見た前記ビーコン信号受信装置の方向を示す直線を得る方向直線取得ステップと、
該方向直線取得ステップにより各ビーコン装置に対応して得られた直線が交差する全ての交点の座標を取得する交点座標取得ステップと、
該交点座標取得ステップにより得られた交点の座標に基づいて前記ビーコン信号受信装置の座標を取得する位置座標取得ステップとを有する位置推定方法。
【請求項９】
請求項３に記載された複数のビーコン装置のそれぞれから所定の無線通信により発信される前記第１ビーコン信号及び前記第２ビーコン信号を、それらに含まれる前記第１信号、前記第２信号、前記第３信号及び前記第４信号を区別して認識可能に受信するビーコン信号受信装置を用いて当該ビーコン受信装置の位置を推定する位置推定方法であって、
請求項７の方向推定方法にて推定される方向に基づいて各ビーコン装置から見た前記ビーコン信号受信装置の方向を示す直線を得る方向直線取得ステップと、
該方向直線取得ステップにより各ビーコン装置に対応して得られた直線が交差する全ての交点の座標を取得する交点座標取得ステップと、
該交点座標取得ステップにより得られた交点の座標に基づいて前記ビーコン信号受信装置の座標を取得する位置座標取得ステップとを有する位置推定方法。
【請求項１０】
前記位置座標取得ステップは、全ての交点の座標、または、前記全ての交点から選択される近接する複数の交点の座標の平均に基づいて前記ビーコン信号受信装置の座標を取得する請求項８または９記載の位置推定方法。
【請求項１１】
請求項１または請求項２に記載された複数のビーコン装置のそれぞれから所定の無線通信により発信される前記第１ビーコン信号及び前記第２ビーコン信号を、それらに含まれる前記第１信号及び前記第２信号を区別して認識可能に受信するビーコン信号受信装置を用いて当該ビーコン信号受信装置の位置を推定する位置推定方法であって、
請求項６記載の方向推定方法により各ビーコン装置から見た前記ビーコン信号受信装置の方向を推定する方向推定ステップと、
各ビーコン装置に対して推定された前記ビーコン信号受信装置の方向が最も高くなるような方向の確率分布を設定する確率分布設定ステップと、
全てのビーコン装置に対して設定された全ての確率分布どうしの積を求める演算ステップと、
確率分布の積が最大となる位置を前記ビーコン信号受信装置の位置として求める位置取得ステップとを有する位置推定方法。
【請求項１２】
請求項３に記載された複数のビーコン装置のそれぞれから所定の無線通信により発信される前記第１ビーコン信号及び前記第２ビーコン信号を、それらに含まれる前記第１信号、前記第２信号、前記第３信号及び前記第４信号を区別して認識可能に受信するビーコン信号受信装置を用いて当該ビーコン受信装置の位置を推定する位置推定方法であって、
請求項７記載の方向推定方法により各ビーコン装置から見た前記ビーコン信号受信装置の方向を推定する方向推定ステップと、
各ビーコン装置に対して推定された前記ビーコン信号受信装置の方向が最も高くなるような方向の確率分布を設定する確率分布設定ステップと、
全てのビーコン装置に対して設定された全ての確率分布どうしの積を求める演算ステップと、
確率分布の積が最大となる位置を前記ビーコン信号受信装置の位置として求める位置取得ステップとを有する位置推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ブルートゥース（登録商標：以下同様）・ロー・エナジーの規格に従った近距離無線通信等の所定の無線通信によりビーコン信号を発信するビーコン装置、前記ビーコン信号を受信するビーコン信号受信装置の前記ビーコン装置から見た方向を推定する方向推定方法、及び前記ビーコン受信装置の位置を推定する位置推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線信号を用いた位置検出方法として、ＧＰＳに代表されるＧＮＳＳ（全地球航法衛星システム）が広く利用されている。このＧＮＳＳでは、衛星からの信号を受信できない屋内では位置検出を行うことができない。屋内における無線信号による位置検出システムとして、無線ビーコン信号送信装置を多数配置した位置検出方法が検討されている。例えば，非特許文献１では、受信信号強度(RSSI：Received Signal Strength Indicator )を用いた方法について述べられており、３か所以上のビーコン信号送信装置から発せられた信号のRSSIを観測し，強度のみに基づいて位置推定を行う。しかし、実際の屋内環境ではマルチパス波が存在するため、信号強度は必ずしも距離に従って減衰するとは限らない。そのため、RSSIのみに基づいて位置推定を行う場合は推定精度が大きく劣化するという問題が発生する。
【０００３】
RSSIに依らない第一の位置推定方法として、広帯域の信号を利用する方法がある。これは、ビーコンから広帯域の信号を送信し、その到達時間を観測することで各ビーコンからの伝搬距離を計算する。全ビーコンの位置が既知であれば受信機は自らの位置を計算することが可能である。しかし，屋内等の短距離かつマルチパス環境では、正確な伝搬距離を求めることが困難であり、またパルス幅を短くする必要があるため広い周波数帯域が必要になる。
【０００４】
RSSIに依らない第二の位置推定方法として、電波の伝搬方向情報を利用する方法がある。受信機はビーコンから発せられる信号の到来方向を推定する。複数のビーコンの位置が既知であれば、三角法によってビーコンとの相対位置を計算できる。ここで、受信機において到来方向推定を行うためには、受信機はアレーアンテナを用いて観測された信号から到来波の方向を解析する必要がある。そのような信号の到来方向を求めるアルゴリズムとして、非特許文献２にて開示されているMUSIC (Multiple Signal Classification) 法と呼ばれる方法が知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】S. Maddio, A. Cidronali, and G. Manes, "RSSI/DOA based positioning systems for wireless sensor network," in New Approach of Indoor and Outdoor Localization Systems, 2012
【非特許文献２】R. Schmidt, "Multiple emitter location and signal parameter estimation," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 34, Issue 3, pp. 276 - 280, Mar. 1986.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のRSSIに依らない第一の位置推定法では、距離を高精度に測定する必要があり、高精度な距離測定のためには広い周波数帯域の使用が必要になるという問題が生じる。また、上述の第二の位置推定法では、受信機はアレーアンテナを具備する必要があるため、受信機が移動端末の場合は端末の形状が大型化するという問題がある。また，全ての受信アンテナで観測される信号の位相情報が必要になるため、受信機装置は位相情報を観測可能なものとしなければならない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、発せられるビーコン信号（無線信号）を利用することで当該ビーコン信号を受信する受信装置の位置を推定することが可能となるビーコン装置を提供するものである。また、本発明は、そのようなビーコン装置を用いた方向推定方法及び位置推定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の本発明に係るビーコン装置は、所定の無線通信によりビーコン信号を発信するビーコン装置であって、第１入力端子及び第２入力端子と、第１出力端子及び第２出力端子とを有し、前記第１入力端子に信号が入力したときに、該信号に基づいた同じ位相の２つの信号を前記第１出力端子及び第２出力端子から出力し、前記第２入力端子に信号が入力したときに、該信号に基づいた位相が１８０度異なる２つの信号を第１出力端子及び第２出力端子から出力する１８０度ハイブリッドユニットと、該１８０度ハイブリッドユニットの前記第１入力端子に接続され、第１信号を出力する第１信号発生部と、前記１８０度ハイブリッド素子の前記第２入力端子に接続され、第２信号を出力する第２信号発生部と、前記１８０度ハイブリッド素子の前記第１出力端子から出力される信号に基づいた第１ビーコン信号を発信する第１アンテナ部と、前記１８０度ハイブリッド素子の前記第２出力端子から出力される信号に基づいた第２ビーコン信号を第２アンテナ部とを有する構成となる。
【０００９】
また、第２の本発明に係るビーコン装置は、所定の無線通信によりビーコン信号を発信するビーコン装置であって、第１入力端子及び第２入力端子と、第１出力端子及び第２出力端子とを有し、前記第１入力端子に信号が入力したときに、該信号に基づいた当該信号と同位相の信号を前記第１出力端子から出力するとともに前記信号に基づいた当該信号に対して９０度位相の異なる信号を前記第２出力端子から出力し、前記第２入力端子に信号が入力したときに、該信号に基づいた当該信号と同位相の信号を前記第２出力端子から出力するとともに前記信号に基づいた信号に対して９０度位相の異なる信号を前記第１出力端子から出力する９０度ハイブリッドユニットと、該９０度ハイブリッドユニットの前記第１入力素子に接続され、第１信号を出力する第１信号発生部と、前記９０度ハイブリッドユニットの前記第２入力素子に接続され、第２信号を出力する第２信号発生部と、前記９０度ハイブリッドユニットの前記第１出力端子から出力される信号に基づいた第１ビーコン信号を発信する第１アンテナ部と、前記９０度ハイブリッドユニットの前記第２出力端子から出力される信号に基づいた第２ビーコン信号を発信する第２アンテナ部とを有する構成となる。
【００１０】
更に、第３の本発明に係るビーコン装置は、所定の無線通信によりビーコン信号を発信するビーコン装置であって、第１入力端子及び第２入力端子と、第１出力端子及び第２出力端子とを有し、前記第１入力端子に信号が入力したときに、該信号に基づいた同じ位相の２つの信号を前記第１出力端子及び第２出力端子から出力し、前記第２入力端子に信号が入力したときに、該信号に基づいた位相が１８０度異なる２つの信号を第１出力端子及び第２出力端子から出力する１８０度ハイブリッドユニットと、第１入力端子及び第２入力端子と、第１出力端子及び第２出力端子とを有し、前記第１入力端子に信号が入力したときに、該信号に基づいた当該信号と同位相の信号を前記第１出力端子から出力するとともに前記信号に基づいた当該信号に対して９０度位相の異なる信号を前記第２出力端子から出力し、前記第２入力端子に信号が入力したときに、該信号に基づいた当該信号と同位相の信号を前記第２出力端子から出力するとともに前記信号に基づいた信号に対して９０度位相の異なる信号を前記第１出力端子から出力する９０度ハイブリッドユニットと、前記１８０度ハイブリッドユニットの前記第１入力端子に接続され、第１信号を出力する第１信号発生部と、前記１８０度ハイブリッドユニットの前記第２入力端子に接続され、第２信号を出力する第２信号発生部と、前記９０度ハイブリッドユニットの前記第１入力端子に接続され、第３信号を出力する第３信号発生部と、前記９０度ハイブリッドユニットの前記第２入力端子に接続され、第４信号を出力する第４信号発生部と、前記１８０度ハイブリッドユニットの前記第１出力端子から出力される信号と前記９０度ハイブリッドユニットの前記第１出力端子から出力される信号とを含む第１合成信号を出力する第１信号合成ユニットと、前記１８０度ハイブリッドユニットの前記第２出力端子から出力される信号と前記９０度ハイブリッドユニットの前記第２出力端子から出力される信号とを含む第２合成信号を出力する第２信号合成器と、前記第１信号合成器から出力される第１合成信号に基づいた第１ビーコン信号を発信する第１アンテナ部と、前記第２信号合成器から出力される第２合成信号に基づいた前記第２ビーコン信号を発信する第２アンテナ部とを有する構成となる。
【００１１】
また、第４の本発明に係る方向推定方法は、前記第１の本発明または前記第２の本発明に係るビーコン装置から所定の無線通信により発信される前記第１ビーコン信号及び前記第２ビーコン信号を、それらに含まれる前記第１信号及び前記第２信号を区別して認識可能に受信するビーコン信号受信装置を用いて前記ビーコン装置から見た当該ビーコン受信装置の方向を推定する方向推定方法であって、前記ビーコン装置から発信される前記第１ビーコン信号及び前記第２ビーコンを受信する前記ビーコン信号受信装置にて区別して認識される前記第１信号の受信電力と、当該ビーコン信号受信装置にて区別して認識される前記第２信号の受信電力とを取得する受信電力取得ステップと、前記第１信号の受信電力と前記第２信号の受信電力との差分を算出する受信電力差分演算ステップと、前記第１信号の受信電力と前記第２信号の受信電力との和を算出する受信電力和演算ステップと、前記受信電力の差分を前記受信電力の和で除算する除算ステップと、該除算ステップでの除算結果に基づいて前記ビーコン装置からの信号の出発角を算出する出発角演算ステップとを有し、前記信号の出発角に基づいて前記ビーコン装置から見た前記ビーコン信号受信装置の方向を推定するように構成される。
【００１２】
第５の本発明に係る方向推定方法は、前記第３の本発明に係るビーコン装置から所定の無線通信により発信される前記第１ビーコン信号及び第２ビーコン信号を、それらに含まれる前記第１信号、前記第２信号、前記第３信号及び前記第４信号を区別して認識可能に受信するビーコン信号受信装置を用いて前記ビーコン装置から見た当該ビーコン信号受信装置の方向を推定する方向推定方法であって、前記ビーコン装置から発信される前記第１ビーコン信号及び前記第２ビーコン信号を受信する前記ビーコン信号受信装置にて区別して認識される前記第１信号の受信電力、当該ビーコン信号受信装置にて区別して認識される前記第２信号の受信電力、当該ビーコン信号受信装置にて区別して認識される前記第３信号の受信電力、及び当該ビーコン信号受信装置にて区別して受信される前記第４信号の受信電力を取得する受信電力取得ステップと、前記第１信号の受信電力と前記第２信号の受信電力との第１差分を算出する第１受信電力差分演算ステップと、前記第３信号の受信電力と前記第４信号の受信電力との第２差分を算出する第２受信電力差分演算ステップと、前記第１受信電力差分演算ステップで得られた第１差分を実部とし、前記第２受信電力差分演算ステップで得られた第２差分を虚部とした複素数を算出する複素数演算ステップと、該複素数演算ステップにて得られた前記複素数に基づいて前記ビーコン装置からの信号の出発角を算出する出発角演算ステップとを有し、前記信号の出発角に基づいて前記ビーコン装置から見た前記ビーコン信号受信装置の方向を推定するように構成される。
【００１３】
また、第６の本発明に係る位置推定方法は、前記第１の本発明または前記第２の本発明に係る複数のビーコン装置のそれぞれから所定の無線通信により発信される前記第１ビーコン信号及び前記第２ビーコン信号を、それらに含まれる前記第１信号及び前記第２信号を区別して認識可能に受信するビーコン信号受信装置を用いて当該ビーコン信号受信装置の位置を推定する位置推定方法であって、前記第４の本発明に係る方向推定方法にて推定される方向に基づいて各ビーコン装置から見た前記ビーコン信号受信装置の方向を示す直線を得る方向直線取得ステップと、該方向直線取得ステップにより各ビーコン装置に対応して得られた直線が交差する全ての交点の座標を取得する交点座標取得ステップと、該交点座標取得ステップにより得られた交点の座標に基づいて前記ビーコン信号受信装置の座標を取得する位置座標取得ステップとを有する構成となる。
【００１４】
第７の本発明に係る位置推定方法は、前記第３の本発明に係る複数のビーコン装置のそれぞれから所定の無線通信により発信される前記第１ビーコン信号及び前記第２ビーコン信号を、それらに含まれる前記第１信号、前記第２信号、前記第３信号及び前記第４信号を区別して認識可能に受信するビーコン信号受信装置を用いて当該ビーコン受信装置の位置を推定する位置推定方法であって、前記第５の本発明に係る方向推定方法にて推定される方向に基づいて各ビーコン装置から見た前記ビーコン信号受信装置の方向を示す直線を得る方向直線取得ステップと、該方向直線取得ステップにより各ビーコン装置に対応して得られた直線が交差する全ての交点の座標を取得する交点座標取得ステップと、該交点座標取得ステップにより得られた交点の座標に基づいて前記ビーコン信号受信装置の座標を取得する位置座標取得ステップとを有する構成となる。
【００１５】
第８の本発明に係る位置推定方法は、前記第１の本発明または前記第２の本発明に係る複数のビーコン装置のそれぞれから所定の無線通信により発信される前記第１ビーコン信号及び前記第２ビーコン信号を、それらに含まれる前記第１信号、前記第２信号、前記第３信号及び前記第４信号を区別して認識可能に受信するビーコン信号受信装置を用いて当該ビーコン受信装置の位置を推定する位置推定方法であって、前記第４の本発明に係る方向推定方法にて推定される方向に基づいて各ビーコン装置から見た前記ビーコン信号受信装置の方向を示す直線を得る方向直線取得ステップと、該方向直線取得ステップにより各ビーコン装置に対応して得られた直線が交差する全ての交点の座標を取得する交点座標取得ステップと、該交点座標取得ステップにより得られた交点の座標に基づいて前記ビーコン信号受信装置の座標を取得する位置座標取得ステップとを有する構成となる。
【００１６】
第９の本発明に係る位置推定方法は、前記第３の本発明に係る複数のビーコン装置のそれぞれから所定の無線通信により発信される前記第１ビーコン信号及び前記第２ビーコン信号を、それらに含まれる前記第１信号、前記第２信号、前記第３信号及び前記第４信号を区別して認識可能に受信するビーコン信号受信装置を用いて当該ビーコン受信装置の位置を推定する位置推定方法であって、前記第５の本発明に係る方向推定方法により各ビーコン装置から見た前記ビーコン信号受信装置の方向を推定する方向推定ステップと、各ビーコン装置に対して推定された前記ビーコン信号受信装置の方向が最も高くなるような方向の確率分布を設定する確率分布設定ステップと、全てのビーコン装置に対して設定された全ての確率分布どうしの積を求める演算ステップと、確率分布の積が最大となる位置を前記ビーコン信号受信装置の位置として求める位置取得ステップとを有する構成となる。
【発明の効果】
【００１７】
第１乃至第３の本発明のそれぞれに係るビーコン装置によれば、発せられるビーコン信号（無線信号）を利用することで当該ビーコン信号を受信する受信装置（ビーコン信号受信装置）の位置を推定することが可能になる。
【００１８】
また、第４の本発明及び第５の本発明のそれぞれに係る方向推定方法によれば、前記ビーコン装置を用いた方向推定方法を提供することができる。
【００１９】
更に、第６の本発明乃至第９の本発明のそれぞれに係る位置推定方法によれば、前記ビーコン装置を用いた位置推定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るビーコン装置を含むシステムの基本的な構成を示す図である。
【図２】図１に示すビーコン装置を用いたシステムにおける方向推定の実験結果を示す図である。
【図３】図１に示すビーコン装置を複数用いて、携帯通信端末器の位置を推定するシステムの基本的な構成を示す図である。
【図４】図３に示すシステムにおける位置推定の実験結果を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るビーコン装置を含むシステムの基本的な構成を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るビーコン装置を含むシステムの基本的な構成を示す図である。
【図７】図６に示すビーコン装置を複数用いて、携帯端末器の位置を推定するシステムの基本的な構成を示す図である。
【図８】図７に示すシステムで推定された携帯通信端末の位置の誤差の累積確率分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２２】
本発明の実施の一形態に係るビーコン装置を含む基本的なシステムの構成は、図１に示すように構成される。
【００２３】
このシステムは、基本的に、ビーコン装置１０と、ビーコン装置１０から発信されるビーコン信号を受信することのできる携帯通信端末器２０（例えば、スマートフォン：ビーコン信号受信装置）とから構成されている。ビーコン装置１０は、ブルートゥース・ロー・エナジー（以下、適宜ＢＬＥという）の規格に従って近距離無線通信により後述するようなビーコン信号を発信（放送）する。このビーコン装置１０は、ペリフェラル側機器（スレーブ側機器）として機能し、アドバタイジングにおいてビーコン信号を発信する。携帯通信端末器２０は、ＢＬＥ通信ユニットを備えており、このＢＬＥ通信ユニットは、ＢＬＥで規定されるセントラル側機器（マスター側機器）として機能し、ビーコン装置１０から前記アドバタイジングにおいて放送されるビーコン信号を受信することができる。
【００２４】
ビーコン装置１０は、１８０度ハイブリッド素子（１８０度ハイブリッドユニット）１１、第１信号発生部１２ａ、第２信号発生部１２ｂ、第１アンテナ部１３ａ及び第２アンテナ部１３ｂを有している。１８０度ハイブリッド素子１１は、第１入力端子IN1及び第２入力端子IN2と、第１出力端子OUT1及び第２出力端子OUT２とを有している。そして、第１入力端子IN1に信号が入力したときに、該信号に基づいた同じ位相の２つの信号が第１出力端子OUT1及び第２出力端子OUT2から出力する。第２入力端子IN2に信号が入力したときに、該信号に基づいた互いに位相が１８０度異なる２つの信号が第１出力端子OUT1及び第２出力端子OUT2から出力される。
【００２５】
第１信号発生部１２ａは、１８０度ハイブリッド素子１１の第１入力端子IN1に接続され、所定の情報を含む第１信号ＳＳＧＭを（ＳＧＭはギリシャ文字の「シグマ」を表す。以下、同様）を出力する。第２信号発生部１２ｂは、１８０度ハイブリッド素子１１の第２入力端子IN2に接続され、所定の情報を含む第２信号ＳΔを出力する。第１アンテナ部１３ａは、１８０度ハイブリッド素子１１の第１出力端子OUT1から出力される信号に基づいた第１ビーコン信号を発信する。第２アンテナ部１３ｂは、１８０度ハイブリッド素子１１の第２出力端子OUT2から出力される信号に基づいた第２ビーコン信号を発信する。第１アンテナ部１３ａと第２アンテナ部１３ｂとの間隔は、０．５波長程度に設定することが好ましい。
【００２６】
第１信号発生部１２ａから第１信号ＳＳＧＭが出力されるとともに第２信号発生部１２ｂから第２信号ＳΔが出力されている状態で、１８０度ハイブリッド素子１１の第１出力端子１３ａから出力される信号、即ち、第１アンテナ部１３ａから発信される第１ビーコン信号は、第１信号ＳＳＧＭと第２信号ＳΔを含み、１８０度ハイブリッド素子１１の第２出力端子１３ｂから出力される信号、即ち、第２アンテナ部１３ｂから発信される第２ビーコン信号も、第１信号ＳＳＧＭと第２信号ＳΔを含む。そして、前記第１ビーコン信号に含まれる第１信号ＳＳＧＭの位相と前記第２ビーコン信号に含まれる第１信号ＳＳＧＭの位相とは同じであり、前記第１ビーコン信号に含まれる第２信号ＳΔの位相と前記第２ビーコン信号に含まれる第２信号ＳΔの位相とは１８０度ずれている。このような第１ビーコン信号と第２ビーコン信号を受信する携帯通信端末器２０は、ビーコン装置１０から見た携帯端末通信器２０の方向θを推定することができる。
【００２７】
ここで、第１アンテナ部１３ａと携帯通信端末器２０（ＢＬＥ通信ユニット）の受信アンテナ間の複素伝搬チャネルをｈ１、第２アンテナ部１３ｂと携帯通信端末器２０（ＢＬＥ通信ユニット）の受信アンテナ間の複素伝搬チャネルをｈ１'とし、ビーコン装置１０の正面を基準として角度θの位置に携帯通信端末器２０が存在するものとする。この伝搬チャネルはまとめて、
【数１】
0006630973.tif 000002
と標記することができる。伝搬チャンネルを用いて相関行列
【数２】
0006630973.tif 000003
を求めることができる。ここで，記号Hは複素共役転置、記号＊は複素共役、｜｜は絶対値を表す。この相関行列の対角項は実数、非対角項は通常は複素数となる。相関行列が分かればビーコン装置に対する携帯通信端末器２０の方向を推定することができる。この方向推定アルゴリズムについては後述する。しかし、ＲＳＳＩ情報は電力のみを表し位相情報を含んでいないため、従来はＲＳＳＩを用いて相関行列を推定することは困難であった。本発明では，アンテナ部１３ａ、１３ｂと信号発生部１２ａ、１２ｂとの間にハイブリット１１を挿入している。そのため以下の手順によってこの相関行列を推定することが可能である。
【００２８】
第１信号発生部１２ａから出力された第１信号ＳＳＧＭは，１８０度ハイブリッド素子１１の第１入力端子IN1に入力され、第１アンテナ１３ａと第２アンテナ１３ｂから等しい位相で第１ビーコン信号及び第２ビーコン信号にそれぞれ含まれて発信される。雑音を無視すると，携帯通信端末器２０で観測される信号は、
【数３】
0006630973.tif 000004
と表される。一方，１８０度ハイブリッド素子１１の第２入力端子IN2に入力される第２信号ＳΔに対応して携帯通信端末器２０で観測される信号は、
【数４】
0006630973.tif 000005
と表される。
【００２９】
携帯通信端末器２０ではＲＳＳＩだけが観測可能であるため，観測信号の絶対値を知ることができる。つまり，携帯通信端末器２０で得られる情報は|yＳＧＭ|と|yΔ|である。送信信号の強度（|ＳＳＧＭ|、|ＳΔ|）は既知であるため、携帯通信端末器２０では伝搬チャネルの和と差の絶対値、
【数５】
0006630973.tif 000006
【数６】
0006630973.tif 000007
の情報が得られる。
【００３０】
ここで，これらの既知の情報を用いて２乗和を計算すると、
【数７】
0006630973.tif 000008
の関係が得られる。ここで，不等式の関係は，相加相乗平均の関係
【数８】
0006630973.tif 000009
から導かれたものであり、等号が成り立つのは、｜ｈ１｜＝｜ｈ１'｜のときである。
【００３１】
さらに、差を求めると、
【数９】
0006630973.tif 000010
の関係も得ることができる。式（８）は、さらに、
【数１０】
0006630973.tif 000011
と書き改めることができる。ここで、
【数１１】
0006630973.tif 000012
であり、位相を示す。複素伝搬チャネルの振幅が等しい（｜ｈ１｜＝｜ｈ１'｜）と近似すると、式（７）〜（９）より、
【数１２】
0006630973.tif 000013
となるため、
【数１３】
0006630973.tif 000014
のように位相を近似的に求めることができる。
【００３２】
よって，式（７）〜（１１）より、相関行列は、
【数１４】
0006630973.tif 000015
のように近似的に求められる。ここで、
【数１５】
0006630973.tif 000016
ある。
以上の手順によって相関行列を推定することが可能である。
【００３３】
相関行列を用いた方向推定には様々なアルゴリズムが存在するが、ここでは一例としてＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）法を用いた方向推定アルゴリズムについて述べる。
【００３４】
相関行列は，固有値分解によって、
【数１６】
0006630973.tif 000017
ここで、
【数１７】
0006630973.tif 000018
【数１８】
0006630973.tif 000019
であり、diag [ ]は対角行列を表し、ｖ１、ｖ２はそれぞれ第１，第２固有ベクトル、λ１、λ２はそれぞれ第１，第２固有値であり、λ１≧λ２であるものとする。図１に示すシステムのように１波のみが到来する状況では、λ１は信号を含んだ電力、λ２は雑音だけの電力に対応する。
【００３５】
ＭＵＳＩＣ法では、このような固有ベクトルを用いて、評価式
【数１９】
0006630973.tif 000020
によって推定する。ここで、
【数２０】
0006630973.tif 000021
はステアリングベクトルと呼ばれ、ｄは第１アンテナ部１３ａと第２アンテナ部１３ｂの距離、λは波長である。式（１７）を用い、θ0に様々な値を代入しＰmusicが最大になる方向が信号の出発方向であると判断する。つまり、この場合はθ0＝θのときにＰmusicが最大になる。しかし、式（１１）で示したとおり、αの符号の正負は未定であるため、２通りの方向が推定される。一方は虚像であり、一方のみが正しい解となる。
【００３６】
図２は本発明における第１の実施の形態について、屋内環境にて推定実験を行った結果である。ここで実験は、周波数２．４７ＧＨｚにて行われており、アンテナ素子間隔は０．５波長、第１及び第２アンテナ部１３ａ、１３ｂは２素子のパッチアンテナである。また、受信端末（携帯通信端末器２０）の距離は３．２ｍ、受信端末（携帯通信端末器２０）の方向は＋２０度方向に存在している。送信電力は0 dBmとした。この実験結果によれば，ビーコン装置１０に対して±２８．５度の方向に受信端末（携帯通信端末器２０）の方向が推定された。概ね方向が推定されるが、屋内環境の反射波の影響のため誤差が生じている。また，正負両方向に推定されるのが分かる．これは式（１１）に由来するもので、正面に対して左右対称に解が生じるためである。
【００３７】
図３は、図１に示すビーコン装置１０を複数用いて、各ビーコン装置１０から発信されるビーコン信号を受信する携帯通信端末器２０の位置を推定するシステムを示す。図３において、Ｎ個のビーコン装置１０（１）、・・・１０（Ｋ）、・・・１０（Ｎ）が配置されている。なお、Ｎ＝２であれば、携帯通信端末器２０の位置を推定することはできるが、虚像を排除するためには、Ｎ≧３とすることが好ましい。各ビーコン装置１０の第１アンテナ部１３ａ及び第２アンテナ部１３ｂから発信される第１ビーコン信号及び第２ビーコン信号に含まれる第１信号ＳＳＧＭ１〜ＳＳＧＭＮ及び第２信号ＳΔ１〜ＳΔＮが携帯受信端末器２０にて受信され、携帯通信端末器２０は、各信号のＲＳＳＩを測定し、対応する受信電力を算出する。
【００３８】
携帯通信端末器２０は、各ビーコン装置１０（１）〜１０（Ｎ）に対して前述した方法に従って方向推定を行う。しかし、前述の通り各ビーコン装置１０（１）〜１０（Ｎ）の正面を基準として正と負の２通りの方向が推定される。そこで、正の解をθ１＋〜θＮ＋、負の解をθ１−〜θＮ−（｜θＫ＋｜＝｜θＫ＋｜）とし、全てのビーコン装置１０（１）〜１０（Ｎ）の推定方向が合致する場所が実像であると判断する。ビーコン装置１０（１）ビーコン装置１０（Ｋ）に着目すると、推定角であるθ１＋とθＫ−に対応する方向線が交わる箇所に虚像が発生するが、他のビーコン装置から推定した方向線とは交わらない。したがって、この点は虚像であると判断できる、一方、ビーコン装置１０（１）、１０（Ｋ）、１０（Ｎ）の推定角（それぞれθ１＋、θＫ＋、θＮ−）の交わる点が発生する。この場合、実像だけで３つの方向線が交わることが分かる。このように，ビーコン装置１０を３個以上用いることによって，虚像を排除し実像の位置を正しく推定することが可能になる。
【００３９】
図４は、図３を参照して説明した方法で位置推定の実験を行った結果を示している。ここで、実験は屋内環境で実施し、周波数は２．４７ＧＨｚとした。ビーコン装置１０の数は３であり、それら３つのビーコン装置１０は１．５ｍ間隔で配置されている。各ビーコン装置１０の第１アンテナ部１３ａ及び第２アンテナ部１３は２素子のパッチアンテナ(０．５波長間隔)とした。なお，検出アルゴリズムとして、ＭＵＳＩＣ法を拡張した方法を用いている。任意の座標を（ｘ０，ｙ０）とすると，Ｋ番目のビーコン装置１０（Ｋ）から見たこの座標方向のステアリングベクトルをａ（ｘ０，ｙ０）とする。Ｋ番目のビーコン装置１０（Ｋ）に対して正と負の解（α，−α）に対する固有ベクトルをそれぞれ
【数２１】
0006630973.tif 000022
として，評価関数を
【数２２】
0006630973.tif 000023
【数２３】
0006630973.tif 000024
【数２４】
0006630973.tif 000025
と定義する。これによって，全てのビーコン装置１０からの推定方向が揃った場合にのみ式（１９）は最大になり、この最大値を探索することで携帯通信端末器２０（受信端末）の位置を正しく推定することができる。実験結果より，この場合は０．２２ｍの誤差で携帯通信端末器２０の位置を推定できることが明らかになった。
【００４０】
本発明の第２の実施の形態に係るビーコン装置は、図５に示すように構成される。図５に示すビーコン装置１０は、図１に示したビーコン装置における１８０度ハイブリッド素子１１に代えて、第１入力端子IN1及び第２入力端子IN2と、第１出力端子OUT1及び第２出力端子OUT2とを有する９０°ハイブリッド素子１４を用いている。９０度ハイブリッド素子１４において、第１入力端子IN1には、所定の情報を含む第１信号Ｓ１を出力する第１信号発生部１２ａが接続され、第２入力端子IN2には、所定の情報を含む第２信号Ｓ２を出力する第２信号発生部１２ｂが接続されている。また、第１出力端子OUT1には、第１アンテナ部１３ａが接続され、第２出力端子OUT２には、第２アンテナ部１３ｂが接続されている。第１アンテナ部１３ａと第２アンテナ部１３ｂとの間隔は０．５波長以下に設定されることが好ましい。
【００４１】
９０度ハイブリッド素子１４では、第１入力端子IN1に信号が入力したときに、該信号に基づいた当該信号と同位相の信号が第１出力端子OUT1から出力されるとともに、前記信号に基づいた当該信号に対して９０度位相の遅れた（異なる）信号が第２出力端子OUT2から出力される。また、第２入力端子IN2に信号が入力したときに、該信号に基づいた当該信号と同位相の信号が第２出力端子OUT2から出力されるとともに、前記信号に基づいた当該信号に対して９０度位相の遅れた（異なる）信号が第１出力端子OUT1から出力される。
【００４２】
第１信号発生部１２ａから第１信号Ｓ１が出力されるとともに第２信号発生部１２ｂから第２信号Ｓ２が出力されている状態で、９０度ハイブリッド素子１４の第１出力端子１３ａから出力される信号、即ち、第１アンテナ部１３ａから発信される第１ビーコン信号は、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２とを含み、９０度ハイブリッド素子１４の第２出力端子から出力される信号、即ち、第２アンテナ部１３ｂから発信される第２ビーコン信号も、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２とを含む。そして、第１ビーコン信号に含まれる第１信号Ｓ１と第２ビーコン信号に含まれる第１信号Ｓ１とは位相が９０度ずれており、第１ビーコン信号に含まれる第２信号Ｓ２と第２ビーコン信号に含まれる第２信号Ｓ２とは位相が９０度ずれている。このような第１ビーコン信号と第２ビーコン信号を受信する携帯通信端末器２０は、ビーコン装置１０から見た携帯端末通信器２０の方向θを推定することができる。
【００４３】
図５に示すシステムにおいて、携帯通信端末器２０では、受信される第１ビーコン信号及び第２ビーコン信号に含まれて区別して認識される第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２それぞれのＲＳＳＩが測定される。このＲＳＳＩのみに基づいて相関行列を推定する方法について説明する。
【００４４】
第１信号発生部１２ａから送信された信号は，９０度ハイブリッド素子１４の第１入力端子IN1に入力され，第１アンテナ部１３ａ及び第２アンテナ部１３ｂから９０度の位相差をもって送信される。雑音を無視すると、携帯通信端末器２０で観測される信号は、
【数２５】
0006630973.tif 000026
と表される。ここで記号ｊは虚数を意味する。一方，９０度ハイブリッド素子１４の第２入力端子IN2に入力される信号については、同様に、
【数２６】
0006630973.tif 000027
と表される。
【００４５】
携帯通信端末器２０ではＲＳＳＩだけが観測可能であるため、観測信号の絶対値を知ることができる。つまり、携帯通信端末器２０で得られる情報は|ｙ1 |と|ｙ1´|である。送信信号の強度（|Ｓ１|、|Ｓ１´|）は既知であるため、携帯通信端末器２０では伝搬チャネルの和と差の絶対値
【数２７】
0006630973.tif 000028
【数２８】
0006630973.tif 000029
の情報が得られる。
【００４６】
ここで、これらの既知の情報を用いて２乗和を計算すると、
【数２９】
0006630973.tif 000030
の関係が得られる。ここで、不等式の関係は、相加相乗平均の関係
【数３０】
0006630973.tif 000031
から導かれたものであり、等号が成り立つのは．｜ｈ１｜＝｜ｈ１'｜のときである。
【００４７】
さらに差を求めると、
【数３１】
0006630973.tif 000032
の関係も得ることができる。式（２７）はさらに、
【数３２】
0006630973.tif 000033
と書き改めることができる．ここで、
【数３３】
0006630973.tif 000034
であり位相を示す。複素伝搬チャネルの振幅が等しい（｜ｈ１｜＝｜ｈ１'｜）と近似すると、式（２６）〜（２８）より、
【数３４】
0006630973.tif 000035
となるため、
【数３５】
0006630973.tif 000036
のように位相を近似的に求めることができる。
【００４８】
よって，式（２６）〜（３０）より、相関行列は、
【数３６】
0006630973.tif 000037
のように近似的に求められる。ここで、
【数３７】
0006630973.tif 000038
である。
【００４９】
以上の手順によって相関行列を推定することが可能である。また、前述した例（図１参照）と同様の手順に従って得られた前記相関行列からビーコン装置１０からの出発角の方向を推定することができる。
【００５０】
本発明の第３の実施の形態に係るビーコン装置は、図６に示すように構成される。図６に示すビーコン装置１０では、１８０度ハイブリッド素子１１及び９０度ハイブリッド素子１４とともに、第１合成器１５ａ及び第２合成器１５ｂが用いられる。
【００５１】
図６において、ビーコン装置１０は、１８０度ハイブリッド素子１１の第１入力端子IN1に接続され、所定の情報を含む第１信号Ｓ１を出力する第１信号発生部１２ａ、１８０度ハイブリッド素子１１の第２入力端子IN2に接続され、所定の情報を含む第２信号Ｓ２を出力する第２信号発生部１２ｂ、９０度ハイブリッド素子１４の第１入力端子IN1に接続され、所定の情報を含む第３信号Ｓ３を出力する第３信号発生部１２ｃ及び９０度ハイブリッド素子１４の第２入力端子IN2に接続され、所定の情報を含む第４信号Ｓ４を出力する第４信号発生部１２ｄを有している。また、ビーコン装置１０は、１８０度ハイブリッド素子１１の第１出力端子OUT1から出力される信号と、９０度ハイブリッド素子１１の第１出力端子OUT1から出力される信号とを含む第１合成信号を出力する第１信号合成器１５ａと、１８０度ハイブリッド素子１１の第２出力端子OUT2から出力される信号と、９０度ハイブリッド素子１４の第２出力端子OUT2から出力される信号とを含む第２合成信号を出力する第２信号合成器１５ｂとを有している。第１信号合成器１５ａに接続された第１アンテナ部１３ｂからは、第１信号合成器１５ａから出力される信号に基づいた第１ビーコン信号が発信され、第２信号合成器１５ｂに接続された第２アンテナ部１３ｂからは、第２信号合成器１５ｂから出力される信号に基づいた第２ビーコン信号が発信される。第１アンテナ部１３ａと第２アンテナ部１３ｂとの間隔は０．５波長程度とすることが好ましい。
【００５２】
なお、１８０度ハイブリッド素子１１は、図１に示す例（第１の実施の形態）で用いられたものと同じであり、９０度ハイブリッド素子１４は、図５に示す例（第２の実施の形態）で用いられたものと同じである。
【００５３】
第１信号発生部１２ａから第１信号Ｓ１が、第２信号発生部１２ｂから第２信号Ｓ２が、第２信号発生部１２ｃから第３信号Ｓ３が、第４信号発生部１２ｄから第４信号Ｓ４が、それぞれ出力されている状態で、第１信号合成器１５ａから出力される第１合成信号、即ち、第１アンテナ部１３ａから発信される第１ビーコン信号は、１８０度ハイブリッド素子１１を介した第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２と、９０度ハイブリッド素子１４を介した第３信号Ｓ３及び第４信号Ｓ４とを含む。また、第２信号合成器１５ｂから出力される第２合成信号、即ち、第２アンテナ部１３ｂから発信される第２ビーコン信号にも、同様に、第１信号Ｓ１、第２信号Ｓ２、第３信号Ｓ３及び第４信号Ｓ４を含む。そして、第１ビーコン信号に含まれる第１信号Ｓ１と第２ビーコン信号に含まれる第１信号Ｓ１とは同じ位相であり、第１ビーコン信号に含まれる第２信号Ｓ２と第２ビーコン信号に含まれる第２信号Ｓ２とは、位相が１８０度ずれている。また、第１ビーコン信号に含まれる第３信号Ｓ３と第２ビーコン信号に含まれる第３信号Ｓ３とは位相が９０度ずれており、第１ビーコン信号に含まれる第４信号Ｓ４と第２ビーコン信号に含まれる第４信号Ｓ４とは位相が９０度ずれている。このような第１ビーコン信号と第２ビーコン信号を受信する携帯通信端末器２０は、ビーコン装置１０から見た携帯端末通信器２０の方向θを推定することができる。
【００５４】
図６に示すシステムにおいて、携帯通信端末２０では、受信される第１ビーコン信号及び第２ビーコン信号に含まれて区別して認識される第１信号Ｓ１、第２信号Ｓ２、第３信号Ｓ３及び第４信号Ｓ４それぞれのＲＳＳＩが測定される。
【００５５】
まず、１８０度ハイブリッド素子１１と、それに接続される第１信号発生部１２ａ及び第２信号発生部１２ｂから出力される第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２について考える。合成器の挿入損失を無視すると、これらの信号はそれぞれ同相と逆相にて第１アンテナ部１３ａ、第２アンテナ部１３ｂに入力するため、第１信号発生部１２ａ及び第２信号発生部１２ｂと携帯通信端末器２０との間の見かけの伝搬チャネル（絶対値）は、式（５）、（６）と同様に、
【数３８】
0006630973.tif 000039
【数３９】
0006630973.tif 000040
と書ける。よって、式（８）のように、
【数４０】
0006630973.tif 000041
とう関係が得られる。
【００５６】
次に、９０度ハイブリッド素子１４と、それに接続される第３信号発生部１２ｃ及び第４信号発生部１２ｄから出力される第３信号Ｓ３及び第４信号Ｓ４について説明する。合成器の挿入損失を無視すると、これらの信号は互いに９０度の位相差をもって第１アンテナ部１３ａ及び第２アンテナ部１３ｂに入力される。すなわち、第３信号Ｓ３は第１アンテナ部１３ａに０度，第２アンテナ部１３ｂに９０度の位相遅延が与えられて入力される。また、第４信号Ｓ４は第１アンテナ部１３ａに９０度，第２アンテナ部１３ｂに０度の位相遅延が与えられて入力される。このため，第３信号発生部１２ｃ及び第４信号発生部１２ｄと携帯通信端末器２０との間の見かけの伝搬チャネル（絶対値）は、式（２４）、（２５）と同様に、
【数４１】
0006630973.tif 000042
【数４２】
0006630973.tif 000043
となる。よって、式（２７）と同様に、
【数４３】
0006630973.tif 000044
となる。従って、式（３５）、（３８）より、
【数４４】
0006630973.tif 000045
となることが分かる．これより，式（２）の相関行列の非対角項が求められる。
【００５７】
さらに，複素伝搬チャネルの振幅が等しい（｜ｈ１｜＝｜ｈ１'｜）と近似すると、
【数４５】
0006630973.tif 000046
と計算できる。従って，式（２）の対角項が求められたことになる。よって，相関行列の全ての要素が推定された。この場合，第１及び第２の実施の形態の場合とは異なり，要素が一意に求められるため、不確定性が存在しない。
【００５８】
このように相関行列が推定されると、前述した例と同様（ＭＵＳＩＣ法等）に、その相関行列からビーコン装置１０からの携帯通信端末器２０への発角の方向を推定することができる。その場合、出発角が一意に求められるため、虚像が発生しないという利点が得られる。
【００５９】
図７は、図６に示すビーコン装置１０を複数用いて、携帯通信端末器２０の位置を推定するためのシステム（位置推定の評価を行ったシステム）を示す。図７において、周囲を壁で囲まれた屋内環境の壁沿いに４つのビーコン１０（１）〜１０（４）が設置されている。全てのビーコン装置１０（１）〜１０（４）は図６に示すように構成されている。ここで、各ビーコン装置１０（１）〜１０（４）は２素子のパッチアレーアンテナ（第１アンテナ部１３ａ、第２アンテナ部１３ｂ）を有しており、周波数は２．４ＧＨｚ帯を用いている。ビーコン装置１０（１）、１０（２）のアンテナ指向性は部屋の内側(Ｘ軸の正方向)に向けられており、ビーコン装置１０（３）、１０（４）のアンテナ指向性も部屋の内側（Ｙ軸の正方向）に向けられている。○印は携帯通信端末器２０（受信端末）の位置を示しており、○印の何れかの位置に携帯通信端末器２０（受信端末）を配置する。ここで、携帯通信端末器２０（受信端末）には水平面オムニ指向性をもつスリーブアンテナを用いた。また，位置の推定は、次のような手順により求めた。
【００６０】
（１）各ビーコン装置１０（１）〜１０（４）のアレーアンテナと携帯通信端末器２０のアンテナとの間の伝搬チャネルにより定義される相関行列を式（３３）〜（４０）により求める。
（２）各ビーコン装置１０（１）〜１０（４）から携帯端末器２０のンテナへの出発角を計算する。
（３）各ビーコン装置１０（１）〜１０（４）から出発角に対応する方向に直線を引く。
（４）全ビーコン装置１０（１）〜１０（４）から引かれた直線の交点の座標を求める。
（４）全交点座標の平均値を推定位置とする。
【００６１】
図８に推定位置の誤差の累積確率分布を示す。ここで、位置の誤差とは、実際の位置と推定位置の距離に対応する。これより５０％値（中央値）は０．３１６ｍであった。つまり，５０％の確率で０．３１６ｍ以下の誤差で位置推定が可能であることが分かる。
【００６２】
なお、図１に示すビーコン装置１０において、第１信号ＳＳＧＭ及び第２信号ＳΔの少なくとも一方には、図５に示すビーコン装置１０において、第１信号Ｓ１及び第２信号の少なくとも一方には、また、図６に示すビーコン装置１０において、第１信号Ｓ１、第２信号Ｓ２、第３信号Ｓ３及び第４信号Ｓ４のすくなとも１つの信号には、当該ビーコン装置１０を識別する識別情報、当該ビーコン装置１０の性能を表す性能情報及び当該ビーコン装置１０の設置場所を表す位置情報のうち少なくとも１つの情報が含まれている。これにより、前記第１ビーコン信号及び前記第２ビーコン信号を受信して、これらの信号を区別して認識する携帯通信端末器２０は、受信したビーコン装置１０を特定することや、その性能、設置位置等を認識することができる。
【００６３】
以上、本発明の実施形態及び各部の変形例を説明したが、この実施形態や各部の変形例は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上述したこれら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係るビーコン装置は、発せられるビーコン信号（無線信号）を利用することで当該ビーコン信号を受信する受信装置の位置を推定することができるという効果を有し、例えば、ＢＬＥの規格に従った近距離無線通信等の所定の無線通信によりビーコン信号を発信するビーコン装置として有用である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  ビーコン装置
１１  １８０度ハイブリッド素子
１２ａ  第１信号発生部
１２ｂ  第２信号発生部
１２ｃ  第３信号発生部
１２ｄ  第４信号発生部
１３ａ  第１アンテナ部
１３ｂ  第２アンテナ部
１４  ９０度ハイブリッド素子
１５ａ  第１信号合成器
１５ｂ  第２信号合成器
２０  携帯通信端末器
【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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【図８】
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