(57)【要約】【課題】位置検出システムにおける端末の測位精度を向上させること。【解決手段】無線端末と無線基地局間の伝搬時間差を利用する位置検出システムにおいて、手順１００において無線端末位置測定用の信号が蓄積される。手順１０３において時間、端末位置、利用周波数のいずれかを変更する。この手順１００と１０３を複数回繰り返して複数の信号データを蓄積する。複数の信号データの蓄積後、計算サーバは手順１０１において複数の信号データを元に複数の遅延プロファイルを作成する。次に、手順１０２において、複数の遅延プロファイル上のあるタイミングを信号の受信タイミングサンプルとして決定する。計算サーバは、手順１０４にて複数の受信タイミングサンプルの合成処理を行い、一つの受信タイミングを決定する。複数の無線基地局毎に１つの受信タイミングが決定され、その受信タイミングを元に端末と各基地局との伝搬時間差を算出し、端末座標を算出する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線端末と複数の無線基地局とを有する無線通信システムにおいて、上記無線端末と上記複数の各無線基地局との間で送信される信号の受信タイミングに基づいて上記無線端末の位置を計算する測位方法であって、
各無線基地局について、該無線基地局と該無線端末との間で送信される信号の受信タイミングサンプルを複数測定し、上記複数の受信タイミングサンプルに基づいて測位計算に用いる受信タイミングを決定することを特徴とする測位方法。
【請求項２】
請求項１記載の測位方法であって、上記複数測定される受信タイミングサンプルは、異なる時刻に測定されることを特徴とする測位方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の測位方法であって、上記複数測定される受信タイミングサンプルは、異なる周波数の信号を上記無線端末と上記各無線基地局の間で送信して測定することを特徴とする測位方法。
【請求項４】
請求項１ないし３記載の測位方法であって、上記複数測定される受信タイミングサンプルは、上記無線端末または上記各基地局からの信号の送信位置または受信位置を複数の異なる位置として測定されることを特徴とする測位方法。
【請求項５】
請求項４記載の測位方法であって、異なる位置とした複数の送信位置または受信位置のうちの２つが測定に用いる信号の波長の１／２以上離れていることを特徴とする測位方法。
【請求項６】
請求項４記載の測位方法であって、上記基地局は所定の距離以上離れた複数のアンテナを有し、上記複数のアンテナを用いて上記複数の受信タイミングサンプルの測定に用いられる信号の送信または受信を行うことを特徴とする測位方法。
【請求項７】
請求項１記載の測位方法であって、上記測位計算に用いる受信タイミングを決定するために、上記複数の受信タイミングサンプル測定結果を平均することを特徴とする測位方法。
【請求項８】
請求項１記載の測位方法であって、上記複数の受信タイミングサンプル測定結果を該信号の信号受信レベルに応じて重み付け平均して上記測位計算に用いる受信タイミングを決定することを特徴とする測位方法。
【請求項９】
請求項１記載の測位方法であって、上記測定した各受信タイミングサンプルの誤差を評価し、上記誤差が所定の範囲を超える受信タイミングサンプルを用いずに上記測位計算に用いる受信タイミングを決定することを特徴とする測位方法。
【請求項１０】
無線端末から複数の無線基地局に送信される信号の受信タイミングに基づいて、位置計算サーバにおいて上記無線端末の位置を計算する測位システムにおける無線基地局であって、
上記無線端末から送信される信号を受信するアンテナと、
上記受信信号をベースバンド信号に変換するＲＦ部と、
上記ベースバンド信号に変換された受信信号を記録するメモリとを有し、
上記受信タイミングを決定するために用いられる上記無線端末からの信号を複数測定し、測定結果を上記計算サーバへ送信することを特徴とする無線基地局。
【請求項１１】
請求項１０記載の無線基地局であって、上記無線端末からの信号を異なる測定時刻で複数回測定することを特徴とする無線基地局。
【請求項１２】
請求項１０記載の無線基地局であって、上記無線端末からの信号の波長の１／２以上離れて設置される第１及び第２のアンテナを有し、第１及び第２のアンテナで上記無線端末からの信号を受信することを特徴とする無線基地局。
【請求項１３】
請求項１０記載の無線基地局であって、上記ベースバンド信号に変換された複数の受信信号と予め定めた信号系列との相関演算を行う相関器を有し、上記メモリは複数の上記相関演算の結果を記録することを特徴とする
【請求項１４】
請求項１１記載の無線基地局であって、上記相関演算の結果から複数の受信タイミングサンプルを検出し、該複数の受信タイミングサンプルに基づいて上記位置計算に用いられる受信タイミングを決定し、上記受信タイミングを上記計算サーバへ送信することを特徴とする無線基地局。
【請求項１５】
無線端末から複数の無線基地局に送信される信号の受信タイミングに基づいて上記無線端末の位置を測定する測位システムにおいて、上記複数の無線基地局と通信し、上記受信タイミングを用いて該無線端末の位置を計算する位置計算サーバに、
上記複数の無線基地局のいずれかを介して、上記無線端末に、位置測定に用いる複数の信号の送信するよう指示する第１の手順と、
上記無線端末からの複数の位置測定用信号を受信した上記複数の無線基地局のそれぞれから、複数の受信タイミング情報を受信する第２の手順と、
上記複数の無線基地局から受信した上記複数の受信タイミング情報から上記無線端末の位置計算に用いる、各無線基地局に対応する受信タイミングを決定し、該抽出した受信タイミングを用いて上記無線端末の位置を計算する第３の手順とを実行させるためのプログラム。
【請求項１６】
請求項１５記載のプログラムであって、
上記第３の手順は、各無線基地局対応に、
上記受信タイミング情報に含まれる上記複数の信号に対応する受信信号情報と予め定めた信号系列との相関演算を行う第４の手順と、
複数の上記相関演算の結果から複数の受信タイミングサンプルを検出する第５の手順とを含み、
上記複数の受信タイミングサンプルに基づいて上記受信タイミングを決定することを特徴とするプログラム。
【請求項１７】
請求項１５記載のプログラムであって、
上記第１の手順は、上記無線端末に、異なる時刻、または異なる周波数で、上記複数の信号を送信するよう指示する手順であることを特徴とするプログラム。
【請求項１８】
請求項１５記載のプログラムであって、
上記複数の無線基地局はそれぞれ複数のアンテナを有し、各無線基地局の該複数のアンテナは上記無線端末から送信される複数の信号の波長の１／２の距離以上離れて設置され、
該プログラムは、上記複数の無線基地局に、上記無線端末から送信される複数の信号を異なるアンテナを用いて受信するよう指示する第６の手順を含むことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信システムにおける、電波の伝搬時間差を利用した無線端末の測位方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無線信号の伝搬時間差を利用した端末位置検出方法においては、各基地局間で発生する信号の伝搬時間差をなるべく正確に測定しなければ、端末の測位結果に含まれる誤差が大きくなってしまう。
【０００３】
理想的な環境においては、信号の伝搬時間差を測定するために利用する相関値の波形形状が理論値に近い形状となるため、受信タイミングの推定を精度よく行うことができる。しかし、実環境においては地理的環境や温度変化、周辺の電波環境などの条件により、減衰や熱雑音、マルチパスなどの誤差要因が発生し、受信信号の相関波形の形状が歪むため、結果として受信タイミングの推定を誤ってしまう場合がある。特にマルチパスに関しては、地理的環境の動的な変化に対して解析的な対応をとることが難しく、測位精度劣化の主要な要因となっている。
【０００４】
このような、主にマルチパスを測距の主要な誤差要因とした場合の測距精度向上のための技術として、例えば特許文献１に開示された方法がある。この発明では、ＧＰＳによる２地点間の距離計測を精度良く行うために、２つの観測点の近傍に設けた補助観測点にてＧＰＳ測位を行い、得られた複数の測位結果からそれぞれの距離ベクトルを求め、それら複数の結果を平均化することで、マルチパスの影響による影響を軽減し、２地点間の距離測定を精度良く行うことができるとしている。図１６を用いて説明すると、観測点Ａと観測点Ｂの距離計測において、観測点Ｂの近傍に、補助観測点Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を置き、これらの補助ベクトルｂ１、ｂ２、ｂ３を予め求めておく。また観測点Ａの近傍にも同様に補助観測点ａ１、ａ２、ａ３をおき、これら全ての観測点でＧＰＳ測位を行う。こうして得られた測位結果と、前記補助ベクトルｂ１、ｂ２、ｂ３を用いて観測点ＡからＢまでの仮基線ベクトルａｉｂ１、ａｉｂ２、ａｉｂ３（ｉ＝１￣３）を算出し、これらの結果を平均化することで、観測点ＡからＢまでの基線ベクトルを求めている。
【０００５】
また、特許文献２に開示された方法では、ＧＰＳ衛星より受信した信号が直接波であるか反射波であるかを判定し、直接波であると判定したＧＰＳ衛星のみを用いて測位演算を行うとしている。直接波と反射波の判定方法について説明すると、測位装置は第１のアンテナと、指向性を有する第２のアンテナからなる。第１のアンテナでＧＰＳ衛星Ａの情報を取得し、補足したＧＰＳ衛星の方向へ第２のアンテナを向ける。第２のアンテナから、第１のアンテナで補足しているＧＰＳ衛星Ａからの信号が受信できれば、その信号は直接波であると判定する。受信できない場合は、ＧＰＳ衛星Ａからの信号は反射波であると判定する。
【０００６】
さらに、特開２００１−１４７２６１「距離検出方法、位置検出方法及び装置」では、２つの通信局間で周波数の異なる信号を用いて交信を行い、その伝搬時間を算出してその結果から直接波と反射波の判定を行い、直接波を選択して距離検出を行うとしている。
【特許文献１】特許第３１２７２２０号明細書
【特許文献２】特開２００１−３１１７６７号公報
【発明が解決しようとする課題】
このように、無線通信システムにおける信号の受信タイミングを利用した測距システムでは、通信局間に存在する障害物等によって発生するマルチパスが主要な誤差要因となる。このような地理的環境やその変化に対して解析的なアプローチを用いることは一般に難しいため、主に統計的な手法が用いられている。信号強度を利用した位置検出システムにおいては、信号強度を平均化することで測位精度を向上させる方法が考案されているが、端末−基地局間の伝搬時間差測定を精度良く行うために、統計的処理を用いる手法が存在していなかった。本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、本発明により、伝搬時間差を用いて端末測位を行う位置検出システムにおいて、測距精度を向上させることができる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記課題を解決するために測位精度を向上させる方法を考案した。測位精度を向上させるためには、端末−基地局間における信号の受信タイミングの測定精度を向上させる必要があるが、受信タイミングの測定精度を劣化させる主要因としてマルチパスの存在が挙げられる。マルチパスによる影響は、位置検出システムの設置環境や人などの動的な要因、時刻、温度など様々な要因によって不規則に変化し、解析的な対応をとることが一般に難しい。そこで、本発明における伝播時間差を用いた位置検出方法においては、各々異なる伝搬環境を経由した複数個の測定用信号の受信タイミングを蓄積し、これら複数個の受信タイミングサンプルに対して統計的な処理を行い、より精度の高いタイミング値を合成することで端末−基地局間の伝搬時間差の測定精度を高められる。伝搬環境を変化させるためには、基地局のアンテナ位置または端末の位置を微妙に変化させながら測定を行ったり、測位に利用する無線周波数を変更しながら測定を行うなど、時間、位置、または周波数というパラメータを変化させながら測定を行う。また、マルチパスにより発生する測距誤差の分布が正規的でない場合も多いため、設置環境に応じた偏りや、信号強度情報を利用するなど、適切な処理を行うことによりさらに測位精度を向上させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明による位置検出システムの実施の形態を以下に説明する。図１に無線端末の位置検出を行うための測位システム全体図を示す。測位システムは複数の無線基地局１１、１２、１３と、計算サーバ１４から構成されており、各無線基地局と計算サーバは有線ネットワーク１５で互いに接続されている。この無線通信システムを利用する無線端末１０の位置座標を計算することが本システムの目的である。
【０００９】
本システムでは、端末の測位は端末と基地局間で送受信される測定用信号の伝搬時間差を用いて行われる。信号伝搬の絶対的な時間を求めるためには端末のクロックと基地局のクロックが同期している必要があるが、一般的な無線通信システムにおいては端末と基地局は非同期であるため、絶対的な伝搬時間を利用した測位（ＴＯＡ  ：  Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ａｒｒｉｖａｌ）を行うことはできない。しかし複数基地局のクロックを同期させた場合、端末から各基地局への測定用信号が到達に要した時間の差を求めることができ、相対的な伝搬時間（伝搬時間差）を利用した測位（ＴＤＯＡ  ：  Ｔｉｍｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｏｆ  Ａｒｒｉｖａｌ）を行うことができる。
【００１０】
複数の基地局が同期する方法の１例として、ＧＰＳが送信する同期用信号を各基地局が受信し、これにクロックを同期させるという方法がある。ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局などがこの方法で同期を行っている。また別の方法として、同出願人から出願済の特願２００２−２６０７７２に記載されている方法がある。図１７に示した無線ＬＡＮシステムにおいて、サーバー７４が、数１より求めたクロック誤差Ｅｂ１＿ｂｉ（ｉ＝２，  ３）をそれぞれ基地局７２、７３に対して伝達し、基地局７２、７３が上記クロック誤差分をそれぞれ補正すれば、基地局７２、７３は基地局７１と同期することができる。
【００１１】
【数１】
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【００１２】
上述の例のような、なんらかの手段を用いて基地局間を同期させることで、ＴＤＯＡによる端末測位を行うことが可能となる。ＴＤＯＡ測位では端末が測定用信号を送信し、該測定用信号を各基地局で受信し、各基地局における受信タイミングを利用して信号の伝搬時間差を求め、測位計算を行う。このとき、端末の測位精度を向上させるためには各基地局における受信タイミングを正しく測定することが重要となる。
【００１３】
受信タイミングの測定方法として以下に説明する方式が知られている。スペクトル拡散信号の生成に使用される、予め決められた符号系列と受信信号との相関値を少しずつずらしたタイミング毎に計算し、各タイミングにおける相関値に対応した値を示すプロファイル（以下遅延プロファイルと呼ぶ）を作成する。遅延プロファイルの一例を図４に示す。遅延プロファイル内で相関値が最大となるタイミングをもって信号の受信タイミングとする。
【００１４】
ところが、上述した受信タイミング決定方法では、回折波や反射波などが発生するマルチパス環境においてタイミング推定誤差が生じる。図４において、信号Ａが直接波であるとき、マルチパスによって信号Ｂや信号Ｃの遅延波が発生し、結果として合成波Ｄが観測される。合成波Ｄの頂点となる受信タイミングは直接波の受信タイミングである信号Ａの受信タイミングよりも遅れているため、その誤差が受信タイミング測定誤差として生じる。
【００１５】
上述の問題を解決する方法として、本発明における端末測位の手順について、図１と図５を用いて説明する。以下の説明では下記の条件に基づいているものとする。
１．基地局は予めなんらかの方法で同期済
２．受信タイミングの測定回数はｍ回
最初に手順１００で、端末１０が送信した測定用信号が基地局１１、１２、１３で受信され、有線ネットワーク１５を介して計算用サーバ１４へ転送され、蓄積される。続けて測定を行う場合は、手順１０３で測定用信号が経由する伝搬環境を変化させる。具体的には、時間、端末位置、周波数のいずれかを変更する。時間を変更する場合は、ある任意の時間をおいて、端末が繰り返し測定用信号を送信する。位置を変更する場合は、端末を保持している人間あるいは保持具が、端末位置を使用無線周波数の半波長以上の距離分移動させる。周波数を変更する場合は、計算サーバから、測定に用いられる全ての無線基地局と無線端末とへ周波数変更命令を出し、使用周波数チャネルを変更する。ｍ回の測定が行われたら、次の手順に進む。手順１０１では、計算サーバ１４が転送されたｍ個の測定用信号の相関演算処理を行い、ｍ個の遅延プロファイルが作成される。手順１０２では、遅延プロファイル上のあるタイミングを信号の受信タイミングサンプルとして決定する。ｍ個の受信タイミングサンプルが測定された後、計算サーバは手順１０４で合成処理を行い、一つの合成受信タイミングが決定される。手順１０１、１０２、１０３、１０４を計算サーバが行う構成の利点として、基地局の処理を単純化できるため、基地局作成のコストを低減できることが挙げられる。以上の処理フローが基地局１１、１２、１３について実行され、最終的に基地局１１、１２、１３にそれぞれ一つの合成受信タイミングが決定される。計算サーバは基地局１１、１２、１３のいずれかの基地局の合成受信タイミングを基準タイミングとし、端末が各基地局へ送信した測定用信号の伝搬時間差を算出する。計算サーバは該伝搬時間差を用いて三辺測量を行い、無線端末位置の座標を算出する。
【００１６】
なお図５に示す手順において、基地局が手順１００、１０１（測定用信号の蓄積と遅延プロファイルの作成）を処理する構成にしてもよい。その場合は、計算サーバ側の手順１００、１０１を行う処理が不要となり、計算サーバの処理負担を軽減することができる。また、基地局は遅延プロファイルデータを計算サーバへと送信する構成となる。また、手順１０２（受信タイミングサンプルの計算）を基地局が処理する構成としてもよい。この場合は計算サーバ側では手順１０２が不要となり、処理負担が軽減される。また、基地局は受信タイミングサンプルを計算サーバへと送信する構成となり、通信トラヒックを軽減できる。また、手順１０４（受信タイミングサンプルの合成）を基地局が処理する構成とした場合、計算サーバ側では手順１０４が不要となり、処理負担を軽減できる。また、基地局は一つの合成受信タイミングを計算サーバへと送信する構成となり、通信トラヒックを軽減できる。
【００１７】
次に無線基地局の構成について図２を用いて説明する。無線基地局は大きく分けて通信部２１と信号蓄積部２４の２つのブロックを含む。通信部２１はベースバンド処理を行うＢＢ部２２とＲＦ処理を行うＲＦ部２３からなる。ＢＢ部２２とＲＦ部２３の間をながれるベースバンド送受信信号が信号蓄積部２４において蓄積される。信号蓄積部２４は、制御部２５とメモリ２６から構成され、通信部に流れる上記ベースバンド送受信信号をメモリ２６に取り込む。該信号は受信タイミングサンプルを測定するためのデータとして、蓄積される。図５の手順１００がこれに該当し、蓄積された信号は受信タイミングサンプルの測定を行うために計算サーバへ送られる。メモリ２６のサイズを複数の信号が蓄積可能な大きさだけ用意し、まとめて計算サーバへ送信するようにしてもよい。
【００１８】
図２０に、手順１０１、１０２を基地局で行う場合の基地局構成を示す。無線基地局は通信部８１と信号蓄積部８４の２つのブロックを含む。通信部８１はベースバンド処理を行うＢＢ部８２とＲＦ処理を行うＲＦ部８３からなる。ＢＢ部８２とＲＦ部８３の間をながれるベースバンド送受信信号が信号蓄積部８４において蓄積される。信号蓄積部８４は、制御部８５とメモリ８６、相関器８７から構成される。通信部に流れる上記ベースバンド送受信信号をメモリ２６に取り込む。手順１０１を相関器８７にて処理する。更に、手順１０２を制御部８５にて処理する。
【００１９】
次に計算サーバにおける処理のフローについて図３を用いて説明する。なお以下に説明する処理は、計算サーバのメモリに記憶されたプログラムに基づいて、ＣＰＵが、入力された測定用信号に対して行うものである。図中における記号ｎは使用基地局台数、ｍは測定回数を表している。計算サーバにおける処理のフロー３０は例えば汎用の計算機により実行できる。計算サーバにおける処理のフロー３０は遅延プロファイル作成ステップ３２、受信タイミング決定ステップ３４、受信タイミング合成ステップ３６、測位計算ステップ３８から構成される。
【００２０】
以下では無線基地局がｎ台あると仮定して、上記フローの詳細を説明する。ｎ台の無線基地局がそれぞれｍ回の測定により取得したそれぞれｍ個の測定用信号を、有線ネットワーク４２を経由して計算サーバへ送信する。これは図５における手順１００に相当する。計算サーバにおける処理のフロー３０において入力される測定用信号３１はｍ個の信号がｎ基地局台数分となる。
【００２１】
遅延プロファイル作成ステップ３２では、測定用信号３１を元に、遅延プロファイル作成部３２はｎ×ｍ個の遅延プロファイル３３を作成する。これは図５における手順１０１に相当する。
【００２２】
続いて受信タイミング決定ステップ３４では、ｎ×ｍ個の遅延プロファイル３３それぞれについて受信タイミングサンプル３５を計算する。これは図５における手順１０２に相当する。
【００２３】
こうしてできたｎ×ｍ個の受信タイミングサンプル３５を、受信タイミング合成ステップ３６にて基地局毎に合成し、ｎ個の合成受信タイミング３７を得る。これは図５における手順１０４に相当する。このｎ個の合成受信タイミング３７を用いて、測位計算部３８は端末−基地局間の伝搬時間差を算出し、端末座標３９を算出する。なお、ステップ３２、またはステップ３２および３４、またはステップ３２、３４および３６をそれぞれ基地局で行う構成としても良い。
【００２４】
合成処理の各実施例について説明する。なお、以下の例では１つの受信タイミングの合成を行うためにｍ個の受信タイミングサンプルを用いることとする。
【００２５】
図６に示す処理フロー図では、任意の時間間隔をおきながらｍ回測定した受信タイミングサンプルを平均化する合成方法を表している。基地局は、ステップ２００で測定用信号を蓄積する。測定回数がｍ回未満であるならばステップ２０３へ移り、任意の時間間隔をおいた後、再び受信タイミングサンプルの測定を行う。ｍ回の測定を行った後、該測定用信号を元にステップ２０１で遅延プロファイルの作成を行う。次に、該遅延プロファイルを元にステップ２０２で受信タイミングサンプルを測定する。次にステップ２０４でｍ個の受信タイミングサンプルの平均をとり、合成結果とする。
【００２６】
次に、測定位置をずらしながら測定を繰返し、結果を平均化する実施例について説明する。基地局に位置の異なる複数のアンテナを用意し、使用するアンテナを切り替えることで測定位置をずらすことができる。アンテナをずらす適切な距離は、通信方式のキャリア周波数から求めることができる。ＩＥＥＥ８０２．１１ｂの例を以下に述べる。ＩＥＥＥ８０２．１１ｂのキャリア周波数Ｆｃは約２．４ＧＨｚである。光速（３０万ｋｍ／ｓ）をｃとすると、波長は式ｃ／Ｆｃで求めることができる。該式より、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂの波長は１２．５ｃｍと求まる。本発明の効果を得るためには、アンテナ位置を半波長以上ずらした方が良い。従ってＩＥＥＥ８０２．１１ｂでは、アンテナ位置を６．２５ｃｍ以上ずらせば良いことがわかる。図１０にアンテナを２本有する基地局の構成図を示す。図２に示した基地局の構成と異なる点は、２本のアンテナを切り替えるセレクタ５７を、基地局５０が有している点である。図７の処理フロー図について説明する。基地局はステップ３００で測定用信号を蓄積する。測定回数がｍ回未満であるならばステップ３０３へ移り、使用するアンテナを切替える。その後、再び受信タイミングサンプルの測定を行う。ｍ回の測定を行った後、該測定用信号を元にステップ３０１で遅延プロファイルの作成を行う。次に、該遅延プロファイルを元にステップ３０２で受信タイミングサンプルを測定する。ステップ３０４でｍ個の受信タイミングサンプルの平均をとり、合成結果とする。また、短時間の内に端末位置の移動が期待できる利用形態においては、必ずしもアンテナセレクタを用いる必要は無く、端末側で測定位置の移動を実現する形態も考えられる。
【００２７】
次に時間と位置の両方を切替えながら測定し、平均化する実施例について説明する。図８は処理フローを表している。基地局はステップ４００で測定用信号を蓄積する。測定回数がｍ回未満であるならばステップ４０３へ移り、任意の時間間隔をおく。その後、ステップ４０４で使用するアンテナを切替える。その後、再び受信タイミングサンプルの測定を行う。ｍ回の測定が行われた後、該測定用信号を元にステップ４０１で遅延プロファイルの作成を行う。次に、該遅延プロファイルを元にステップ４０２で受信タイミングサンプルを測定する。ステップ４０５でｍ個の受信タイミングサンプルの平均をとり、合成結果とする。
【００２８】
次に利用周波数を切替えながら測定を行い、平均化する実施例について説明する。この場合、利用周波数の切替えを制御する機構が基地局に必要となる。図１１に周波数切替機構を持つ基地局の構成図を示す。基地局６０では、周波数切替部６８がＲＦ部６３に接続され、ＲＦ部の周波数を切替える。その際、切替命令は計算サーバが出す。有線ネットワークを介して切替命令が基地局へ伝達され、基地局は切替命令に従って周波数を切替える。図９は処理フロー図を表している。基地局はステップ５００で測定用信号を蓄積する。この時点で測定回数がｍ回未満であるならばステップ５０３へ移り、位置測定に使用する周波数を切替える。その後、再び受信タイミングサンプルの測定を行う。ｍ回の測定が終了した後、該測定用信号を元にステップ５０１で遅延プロファイルの作成を行う。次に、該遅延プロファイルを元にステップ５０２で受信タイミングサンプルを測定する。ステップ５０４でｍ個の受信タイミングサンプルの平均をとり、合成結果とする。
【００２９】
次に、信号レベルに応じた重み付け平均を行う実施例について説明する。各測定信号に付与する重みを得るために、測定用信号の受信の際に信号受信レベルを測定しておく。該受信レベルが大きい信号は、近い基地局からの信号や直接波など、比較的信頼のおける信号である可能性が高い。このことから、レベルが大きい信号に大きな重みをつけ、重みを考慮した平均化を行うことで、より精度の高い測距結果を得ることができる。図１２に重み付けを考慮した処理フロー図を示す。基地局はステップ６００で測定用信号が蓄積する。この時点で測定回数がｍ回未満であるならばステップ６０５へ移り、時間、位置または利用周波数の切替えを行う。その後、測定用信号の蓄積を繰り返す。ｍ回の測定の後、該測定用信号を元にステップ６０１で遅延プロファイルの作成を行う。次に、該遅延プロファイルを元にステップ６０２でＳ／Ｎ比を計算する。次に、該Ｓ／Ｎ比をもとに重みを決定する。次に、ステップ６０４で受信タイミングサンプルを測定する。その後、再び受信タイミングサンプルの測定を行う。ステップ６０６でｍ個の受信タイミングサンプルの重み付き平均をとり、合成結果とする。
【００３０】
重み付き平均化に関する合成方法として、受信された信号における相関値の波形形状と、理想的な環境下における相関値波形との類似度により、重みを決定するという実施例について説明する。ピーク波形は受信信号に含まれるマルチパス成分により形状が変化するため、これが測距誤差を生じる原因となっている。このことから、受信されたピーク波形が理想環境下でのピーク波形の形状と異なっている場合、受信信号はマルチパス成分を含んでおり、測距誤差を多く含んでいることになる。処理フローを用いて説明すると、図１２のステップ６０２において測定された相関値波形と理想波形との相関値を求め、該相関値を元にステップ６０３にて重みを計算する。
【００３１】
次に、受信タイミングサンプルの合成結果に対し補正値を用いた補正を行う実施例について説明する。測定環境により、測定回数を増加しても測距誤差値の平均値は０に収束しない場合がある。予め測定することによりこの平均値を求め、補正値とし、合成後に補正を行う。図１３の処理フローを用いて以下に説明する。基地局はステップ７００で測定用信号を蓄積する。この時点で測定回数がｍ回未満であるならばステップ７０３へ移り、時間、位置または利用周波数の切替えを行う。その後、再び受信タイミングサンプルの測定を行う。ｍ回の測定の後、該測定用信号を元にステップ７０１で遅延プロファイルの作成を行う。次に、該遅延プロファイルを元にステップ７０２で受信タイミングサンプルを測定する。ステップ７０４でｍ個の受信タイミングサンプルの平均をとる。最後に、ステップ７０５にて該平均結果へ補正値を適用し、合成結果とする。なお補正値は基地局の設置環境、端末の位置によって変化する可能性があるため、設置環境ごとに予め測定し求めておき、運用の際にその環境に応じた補正値を適用するといった方法が好適である。
【００３２】
また、上記補正値は複数測定した受信タイミングサンプルを用いて推定しても良い。この場合、予め、測定などから受信タイミングサンプルの分散値と平均値との対応式を求めておく。対応式は、分散値と平均値を２次元平面へプロットし、その近似関数を求めることによって得られる。近似関数を一次関数とした場合の例としては、平均値ａ分散値ｖとした場合、ａ＝ｐ・ｖ＋ｑ（ｐ：傾き，ｑ：切片）などで表される。このとき、ｐ、ｑの値は位置検出システムの設置環境によって変化する。ｍ個の測定値の分散値を用いる方法について以下に説明する。図１４に重み付けを考慮した処理フロー図を示す。基地局はステップ８００で測定用信号を蓄積する。この時点で測定回数がｍ回未満であるならばステップ８０３へ移り、時間、位置または利用周波数の切替えを行う。その後、再び受信タイミングサンプルの測定を行う。ｍ回の測定の後、該測定用信号を元にステップ８０１で遅延プロファイルの作成を行う。次に、該遅延プロファイルを元にステップ８０２で受信タイミングサンプルを測定する。ステップ８０４でｍ個の受信タイミングサンプルの平均をとる。次に、ステップ８０５でｍ個の受信タイミングサンプルの分散値を求める。次に、ステップ８０６で分散値と誤差値の対応式を利用して補正値を求める。最後に、ステップ８０７にて該平均結果へ補正値を適用し、合成結果とする。
【００３３】
次に、大きな誤差を含むと考えられる受信タイミングサンプルを除外し、合成処理に使用しない実施例について説明する。図１５にて処理フローを用いて以下に説明する。基地局はステップ９００で測定用信号を蓄積する。この時点で測定回数がｍ回未満であるならばステップ９０３へ移り、時間、位置または利用周波数の切替えを行う。その後、再び受信タイミングサンプルの測定を行う。ｍ回の測定の後、該測定用信号を元にステップ９０１で遅延プロファイルの作成を行う。次に、該遅延プロファイルを元にステップ９０２で受信タイミングサンプルを測定する。ステップ９０４で推定誤差範囲を超える結果を受信タイミングサンプルから除外する。除外されなかった該受信タイミングサンプルを用いて、ステップ９０５で平均値をとり、合成結果とする。誤差範囲を超える値の判定を行うための具体的な方法の一例としては、予め十分な数の測定結果の分布を求めておき、測定した結果が標準偏差２σを越える場合は除外する、などが考えられる。
【００３４】
下り信号を利用して端末の位置検出を行う場合の実施例について図１８、図１９を用いて説明する。図１８はシステムの全体図と信号の流れを示している。基地局１００１、１００２、１００３は予め同期しているものとする。各基地局は無線端末１０００に対し測定用信号を順番に送信する。無線端末１０００は測定用信号１００６、１００７、１００８を順番に受信し、その受信タイミングサンプルを測定する。ダイバーシチ受信を行う場合、基地局は時間、使用アンテナ、周波数のいずれかを切替える。また、端末も時間、端末位置、周波数のいずれかを変化させる。その後、再度測定用信号の送信を行い、端末は測定用信号を受信、蓄積する。ｍ回の測定の後、無線端末は受信タイミングサンプルの合成を行い、合成受信タイミングから伝搬時間差を求め、端末座標を計算する。下り信号を利用する場合の無線端末の構成を図１９に示す。無線端末は複数の測定用信号をメモリ２００６に蓄積する。相関器２００７は各測定用信号を用いて遅延プロファイルを作成する。制御部２００５は各遅延プロファイルを元に受信タイミングサンプルを測定する。また、制御部２００５は各受信タイミングサンプルを合成し、合成受信タイミングを計算する。
【００３５】
【発明の効果】
一般に受信タイミングの測定結果は時間や環境の変化などの要因により変化する。そのため、複数の受信タイミングサンプルを蓄積し、平均値をとることで誤差の少ない測定結果を得ることができる。さらに、時間や位置、周波数を変更しながら測定を行うことにより、異なった伝搬環境を経由した測定用信号を得られるため、平均化の効果をさらに高めることができる。
【００３６】
また、重み付けを利用した平均化では、受信レベルの大きな信号や相関値波形の形状が理想形に近い信号に大きな重みを付加する。このような信号はマルチパスによる影響が少ない信号であると考えられるため、受信タイミングサンプルの平均化の際に大きな重みを与えることで、精度を高めることができる。
【００３７】
また、伝搬環境によっては平均化を行っても誤差が０に収束しない場合には、誤差の平均値を補正値として合成結果に適用することで、誤差を０に近づけることができる。さらに、補正値を受信タイミングサンプルの分散に従って決定することで、その時々の測定環境に応じた適切な補正値を決定することができる。このことから、受信タイミングの平均化結果の精度を高めることができる。
【００３８】
以上の様に、本発明により、無線通信システムにおける位置検出システムにおいて、測定誤差増大の主要因となっているマルチパスの影響を低減し、端末の測位精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】測位システム全体図。
【図２】無線基地局の構成。
【図３】計算サーバの処理フロー。
【図４】タイミング測定用の相関波形の一例。
【図５】受信タイミング合成手順の一例。
【図６】時間平均処理のフロー。
【図７】位置平均処理のフロー。
【図８】時間と位置の平均処理フロー。
【図９】周波数平均処理のフロー。
【図１０】位置平均処理における基地局構成。
【図１１】周波数平均処理における基地局構成。
【図１２】サンプルの重み付けを行う処理フロー。
【図１３】補正値による補正を行う処理フロー。
【図１４】分散値に基づく補正値の決定する処理フロー。
【図１５】誤差の大きい結果を除外する処理フロー。
【図１６】ＧＰＳ測定結果の平均化例。
【図１７】基地局間同期手順の一例。
【図１８】下り信号を用いて位置検出を行う場合のシステム構成例。
【図１９】下り信号を用いて位置検出を行う場合の端末構成例。
【図２０】基地局の構成例。
【符号の説明】
１０：無線端末  、１１、１２、１３：無線基地局、１４：位置計算サーバ、１５：有線ネットワーク、１６、１７、１８：測定用信号
２０：無線基地局、２１：通信部、２２：ＢＢ部、２３：ＲＦ部、２４：タイミング測定部、２５：制御部、２６：メモリ、２７：アンテナ
３０：位置計算サーバ、３１：測定用信号、３２：遅延プロファイル作成部、３３：遅延プロファイル、３４：受信タイミング測定部、３５：受信タイミングサンプル、３６：受信タイミング合成部、３７：受信タイミング、３８：測位計算部、３９：端末座標、４０：基地局、４１：測定用信号、４２：有線ネットワーク
５０：無線基地局、５１：通信部、５２：ＢＢ部、５３：ＲＦ部、５４：タイミング測定部、５５：制御部、５６：メモリ、５７：アンテナセレクタ、５８：アンテナ
６０：無線基地局、６１：通信部、６２：ＢＢ部、６３：ＲＦ部、６４：タイミング測定部、６５：制御部、６６：メモリ、６７：アンテナ、６８：周波数切替部
７０：無線端末、７１、７２、７３：無線基地局、７４：位置計算サーバ、７５：優先ネットワーク
８０：無線基地局、８１：通信部、８２：ＢＢ部、８３：ＲＦ部、８４：タイミング測定部、８５：制御部、８６：メモリ、８７：相関器、８８：アンテナ
１００：測定用信号の蓄積手段、１０１：遅延プロファイルの作成手段、１０２：受信タイミングの計算手段、１０３：時間／位置／周波数の変更手段、１０４：複数受信タイミングの合成手段
２００：測定用信号の蓄積手段、２０１：遅延プロファイルの作成手段、２０２：受信タイミングの計算手段、２０３：任意時間待機、２０４：受信タイミングサンプルの平均化
３００：測定用信号の蓄積手段、３０１：遅延プロファイルの作成手段、３０２：受信タイミングの計算手段、３０３：アンテナ切替、３０４：受信タイミングサンプルの平均化
４００：測定用信号の蓄積手段、４０１：遅延プロファイルの作成手段、４０２：受信タイミングの計算手段、４０３：任意時間待機、４０４：アンテナ切替、４０５：受信タイミングサンプルの平均化
５００：測定用信号の蓄積手段、５０１：遅延プロファイルの作成手段、５０２：受信タイミングの計算手段、５０３：周波数切替え、５０４：受信タイミングサンプルの平均化
６００：測定用信号の蓄積手段、６０１：遅延プロファイルの作成手段、６０２：Ｓ／Ｎ比の計算、６０３：重みの計算、６０４：受信タイミングの計算手段、６０５：時間／位置／周波数の変更手段、６０６：受信タイミングサンプルの平均化
７００：測定用信号の蓄積手段、７０１：遅延プロファイルの作成手段、７０２：受信タイミングの計算手段、７０３：時間／位置／周波数の変更手段、７０４：受信タイミングサンプルの平均化、７０５：補正値の適用
８００：測定用信号の蓄積手段、８０１：遅延プロファイルの作成手段、８０２：受信タイミングの計算手段、８０３：時間／位置／周波数の変更手段、８０４：受信タイミングサンプルの平均化、８０５：受信タイミングサンプルの分散値を計算、８０６：分散値に基づき補正値を決定、８０７：補正値の適用
９００：測定用信号の蓄積手段、９０１：遅延プロファイルの作成手段、９０２：受信タイミングの計算手段、９０３：時間／位置／周波数の変更手段、９０４：推定誤差範囲を超える結果を除外、９０５：複数受信タイミングの合成手段
１０００：無線端末  、１００１、１００２、１００３：無線基地局、１００４：位置計算サーバ、１００５：有線ネットワーク、１００６、１００７、１００８：測定用信号
２０００：無線基地局、２００１：通信部、２００２：ＢＢ部、２００３：ＲＦ部、２００４：タイミング測定部、２００５：制御部、２００６：メモリ、２００７：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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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