(57)【要約】      （修正有）【課題】基地局が非同期のＷＣＤＭＡ方式移動体電話網においてＬＭＵを基地局毎に設置することなく測位対象移動機端末に正確な時刻を知らせたり、ＯＴＤＯＡ方式による測位を可能とし安価で信頼性高い、短時間に測位可能でしかも高精度の測位システムを提供する。【解決手段】参照時間に同期している信号を発生する信号発生源と、前記信号の発生源とは同期していない信号を発生する第２の信号発生源と、前記第１、第２の信号発生源からの信号伝播時間と信号の伝播速度から信号発生源までの距離を特定し受信地点の位置を決定する測位システムにおいて、前記第１の信号発生源の信号のみを受信して受信位置（Ｐ）と時刻を特定し前記時刻によって前記第２の信号発生源の信号の所定イベントの受信時刻（ＴR）を計測し、Ｐと前記第２の信号発生源の位置（Ｑ）から前記第２の信号発生源が所定イベントを発生した時刻（ＴT）を計算し、測位端末は前記ＴTを基準に使用し前記第１の信号発生源の受信を行い測位を行う。【選択図】図１
2004279409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照時間に同期して信号を発生する複数の第１の信号発生源と、前記第1の信号発生源とは同期していない信号を発生する単数または複数の第２の信号発生源と、計測手段と、制御手段と、前記第１および第２の信号発生源信号を受信する受信手段を持つ測位端末と、前記制御手段と前記測位端末間で通信する通信手段とを備えた測位システムにおいて、
前記計測手段は、前記第１の信号発生源の信号を受信した位置（Ｐ）と前記参照時間を特定し、前記位置（P）において前記参照時間によって前記第２の信号発生源の信号の所定イベントの受信時刻（ＴR）を計測し、
前記制御手段は、前記計測手段が計測した前記計測手段の位置（Ｐ）と前記第２の信号発生源の位置（Ｑ）から前記計測手段と前記第２の信号発生源の相対距離｜Ｐ−Ｑ｜を算出し、前記｜Ｐ−Ｑ｜を信号伝搬速度で除算し、前記計測手段と前記第２の信号発生源間の信号伝搬時間（ｔ）を算出し、ＴR−ｔを持って前記第２の信号発生源が所定イベントを発生した時刻（ＴT）を計算し、
前記測位端末は前記時刻（ＴT）を基準に使用し、前記第１の信号発生源からの信号の受信を行い、前記測位端末の測位を行うことを特徴とする測位システム。
【請求項２】
参照時間に同期して信号を発生する複数の第１の信号発生源と、前記第１の信号発生源とは同期していない信号を発生する単数または複数の第２の信号発生源と、前記各々の第２の信号発生源に付随する計測手段と、制御手段と、前記第１および第２の信号発生源信号を受信する受信手段を持つ測位端末と、前記制御手段と前記測位端末間で通信する通信手段とを備えた測位システムにおいて、
前記計測手段は、前記第１の信号発生源の信号を受信した位置（Ｐ）と前記参照時間を特定し、前記参照時間によって前記第２の信号発生源の信号の所定イベントの受信時刻（ＴR）を計測し、
前記制御手段は、前記計測手段が計測した前記計測手段の位置（Ｐ）と前記第２の信号発生源の位置（Ｑ）から前記計測手段と前記第２の信号発生源の相対距離｜Ｐ−Ｑ｜を算出し、前記｜Ｐ−Ｑ｜を信号伝搬速度で除算し、前記計測手段と前記第２の信号発生源間の信号伝搬時間（ｔ）を算出し、ＴR−ｔをもって前記各々の第２の信号発生源が所定イベントを発生した時刻（ＴT）を計算し、
前記測位端末は前記時刻（ＴT）を基準に使用し、前記第１の信号発生源からの信号または前記第２の信号発生源からの信号を受信し、前記第２の信号発生源からの信号は前記時刻（ＴT）により前記第１、第２の信号発生源の非同期性を補正し利用して、前記測位端末の測位を行うことを特徴とする測位システム。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１の信号発生源はＧＰＳ衛星であることを特徴とする測位システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記第２の信号発生源は移動通信網用の基地局であることを特徴とする測位システム。
【請求項５】
請求項４において、
前記計測手段は移動機端末であり、前記Ｐおよび前記ＴRを計測し、計測した前記Ｐおよび前記ＴRを前記移動通信網内に有る前記制御手段に対して自主的に知らせることを特徴とする測位システム。
【請求項６】
請求項４において、
前記計測手段は移動機端末であり、前記移動通信網内に有る制御手段からの要求により前記Ｐおよび前記ＴRを計測し、計測した前記Ｐおよび前記ＴRを前記制御手段に知らせることを特徴とする測位システム。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、
前記第２の信号発生源はテレビ放送局であることを特徴とする測位システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を移動体電話網などで支援し測位を行う測位システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
全地球上での測位システムとしてＧＰＳが稼動している。ＧＰＳでは衛星から発生された信号を受信し衛星までの距離を特定し受信地点の位置を検出する。そのためＧＰＳでは衛星が信号を発生した時の位置と時刻を知る必要がある。衛星位置の情報は衛星自身からアルマナック、エフェメリス情報として発信されており衛星を受信してそれらを得ることができるが全情報を受信するのに１５分程度の時間がかかる。また正確な時刻情報は通常供給が困難なため衛星４つからの信号を受信し三次元位置座標および時刻の４つの未知数をもつ連立方程式から位置と時刻を割り出す。従来の技術としてこれら衛星位置情報や時刻など測位に必要な情報を衛星信号からでなくたとえば移動体電話網などの別のルートで取得し測位にかかる時間や精度を著しく向上させることができるネットワーク支援型ＧＰＳがある。ＷＣＤＭＡ方式の移動体電話ではネットワーク支援型ＧＰＳによる測位方法が３ＧＰＰ（Ｔｈｉｒｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ  Ｐｒｏｊｅｃｔ）にて規格化されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
また、ＧＰＳでは緯度、経度、高度の３次元位置座標と時刻を検出するために最低４つ、また高度は地表と仮定し緯度、経度の２次元位置座標と時刻を検出するためには最低３つの衛星信号を受信する必要がある。室内や都会のビルの谷間などでは衛星への視界条件が悪く必ずしも必要数の衛星信号が受信できない場合がある。このような場合、電話網の基地局電波信号を衛星信号に見たてて測位する技術が知られており非特許文献１にはＯＴＤＯＡ（Ｏｂｓｅｒｖｅｄ  Ｔｉｍｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｏｆ  Ａｒｒｉｖａｌ）方式測位技術として規格化されている。第３図は非特許文献１において規定されている従来のネットワーク支援型ＧＰＳの原理を示す図である。ＳＡＳ（Ｓｔａｎｄ  Ａｌｏｎｅ  Ｓｅｒｖｉｎｇ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｃｅｎｔｅｒ）１２はＧＰＳ衛星信号を受信し位置検出に必要なアルマナックやエフェメリスデータを取得する、またＳＡＳ１２のある位置は既知でありこの既知の位置とＧＰＳ信号からの測位結果の違いから測位誤差を修正するためのデータも生成が可能である。更にＳＡＳ１２はＲＮＣ（Ｒａｄｉｏ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１３ａが行うべきＳＭＬＣ（Ｓｅｒｖｉｎｇ  Ｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｃｅｎｔｅｒ）の機能の一部を実行することもある。ＲＮＣ1３ａは基地局１５ａを制御し測位に必要なシーケンスコントロールや無線資源の管理を行う。ＲＮＣ１３ａは測位対象の移動機端末（ＵＥ：Ｕｓｅｒ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）の測位能力によってＳＡＳ１２から必要な支援データを特定し測位シーケンスにしたがって基地局１５ａを通じてＵＥ１６に送信する。ＵＥが測位するに必要な時刻タイミングは基地局１５ａが送信したパイロット信号等を利用できる。一般にＷＣＤＭＡ方式では基地局とＧＰＳ衛星は同期しておらず基地局毎に設置されたＬＭＵ（Ｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）がＧＰＳタイムとのずれを測定する。ＬＭＵには基地局に無線で接続されるタイプＡと有線で接続されるタイプＢがある。
【０００４】
【非特許文献１】３ＧＰＰ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ＴＳ２５．３０５Ｖ５．４．０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように従来のＷＣＤＭＡ方式の移動体電話網においてネットワーク支援型ＧＰＳを実現しようとすると、何ら同期関係がない無線アクセス網の基地局から発せられる信号とＧＰＳ生成から発生させられる信号の間の時間的なずれを計測する装置（ＬＭＵ）が基地局毎に必ず必要である。
【０００６】
また、従来のＯＴＤＯＡ技術でも基地局同士の信号が同期していないため基地局間のタイミング差を何らかの方法で計測する必要がありやはり基地局毎にＬＭＵを設置し基地局間の信号のタイミング差を検出していた。
【０００７】
本発明の目的はこの基地局が非同期のＷＣＤＭＡ方式移動体電話網においてＬＭＵを基地局毎に設置することなく測位対象移動機端末に正確な時刻を知らせたり、ＯＴＤＯＡ方式による測位を可能とし安価で信頼性高い測位システムを実現することにある。
【０００８】
本発明の他の目的はＬＭＵの設置無しに短時間に測位可能でしかも高精度の測位システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の測位システムは、参照時間に同期して信号を発生する複数の第１の信号発生源と、前記第1の信号発生源とは同期していない信号を発生する単数または複数の第２の信号発生源と、計測手段と、制御手段と、前記第１および第２の信号発生源信号を受信する受信手段を持つ測位端末と、前記制御手段と前記測位端末間で通信する通信手段とを備えた測位システムにおいて、前記計測手段は、前記第１の信号発生源の信号を受信した位置（Ｐ）と前記参照時間を特定し、前記位置（P）において前記参照時間によって前記第２の信号発生源の信号の所定イベントの受信時刻（ＴR）を計測し、前記制御手段は、前記計測手段が計測した前記計測手段の位置（Ｐ）と前記第２の信号発生源の位置（Ｑ）から前記計測手段と前記第２の信号発生源の相対距離｜Ｐ−Ｑ｜を算出し、前記｜Ｐ−Ｑ｜を信号伝搬速度で除算し、前記計測手段と前記第２の信号発生源間の信号伝搬時間（ｔ）を算出し、ＴR−ｔを持って前記第２の信号発生源が所定イベントを発生した時刻（ＴT）を計算し、前記測位端末は前記時刻（ＴT）を基準に使用し、前記第１の信号発生源からの信号の受信を行い、前記測位端末の測位を行うことを特徴とする。
【００１０】
上記構成を取ることにより、条件の良いところに在圏する移動機端末を使用し、基地局信号の発信タイミングを計測し、この時刻を測位対象移動機端末に知らせることにより、ＬＭＵを基地局毎に設置しなくても測位対象移動機端末は正確な時刻を知ることができ、測位時間を短縮できる効果がある。また、ＬＭＵが必要ないのでシステムの構築にかかるコストも縮小できる効果がある。
【００１１】
また本発明の測位システムは、参照時間に同期して信号を発生する複数の第１の信号発生源と、前記第1の信号発生源とは同期していない信号を発生する単数または複数の第２の信号発生源と、前記各々の第2の信号発生源に付随する計測手段と、制御手段と、前記第１および第２の信号発生源信号を受信する受信手段を持つ測位端末と、前記制御手段と前記測位端末間で通信する通信手段とを備えた測位システムにおいて、前記計測手段は、前記第１の信号発生源の信号を受信した位置（Ｐ）と前記参照時間を特定し、前記参照時間によって前記第２の信号発生源の信号の所定イベントの受信時刻（ＴR）を計測し、前記制御手段は、前記計測手段が計測した前記計測手段の位置（Ｐ）と前記第２の信号発生源の位置（Ｑ）から前記計測手段と前記第２の信号発生源の相対距離｜Ｐ−Ｑ｜を算出し、前記｜Ｐ−Ｑ｜を信号伝搬速度で除算し、前記計測手段と前記第２の信号発生源間の信号伝搬時間（ｔ）を算出し、ＴR−ｔをもって前記第２の信号発生源が所定イベントを発生した時刻（ＴT）を計算し、前記測位端末は前記時刻（ＴT）を基準に使用し、前記第１の信号発生源からの信号または前記第２の信号発生源からの信号を受信し、前記第２の信号発生源からの信号は前記時刻（ＴT）により前記第１、第２の信号発生源の非同期性を補正し利用して、前記測位端末の測位を行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明の上記構成によれば、高価なＬＭＵの設置無しに、測位対象移動機端末が基地局からの所定信号の受信時刻を計測することにより、この値と条件の良いところの移動機端末が計測して割り出したＴTを用いて測位対象移動機端末と基地局までの距離を割り出すことができ、ＧＰＳ衛星が必ずしも必要数有視界に無い場合でも測位が可能となる効果を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、基地局信号タイミングを移動機端末に測定させているので、ＬＭＵを特別に配備することなく基地局どうしが同期していない移動電話網システムにおいても、基地局信号により正確な時刻を測位端末に知らせることができ測位端末はこの時刻を使用して短い測位時間で高精度の測位を行うことができる。
【００１４】
また本発明によれば、ＬＭＵを使用することなく基地局タイミングを移動機端末により測定し、基地局信号の位相を決定でき基地局信号とＧＰＳ衛星を用いて必要数のＧＰＳ信号が受信できない場合にも測位を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（実施例１）
図１は本発明に係る測位システムの要部を示す図である。参照局８はＧＰＳ衛星の信号を受信し測位に必要なアルマナックやエフェメリスデータを取得する。また参照局８の位置は既知であり、この位置とＧＰＳ信号から得られた測位結果を比較し測位補正データも生成する。得られたデータはＳＡＳ７に蓄えられる。移動機端末ａ３は前回の測位位置からおおよその位置や時刻を知っていたり、測位に必要な十分な数の衛星を良好に受信できる条件の良いところに在圏する端末である。ＲＮＣ６はＳＭＬＣの機能を持ち測位に必要な資源管理やシーケンスの制御を行う。移動機端末ｂ４が測位するターゲット端末である。おのおのの移動機端末は図２に示すようにＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信機９と移動体電話機として作動するためのＷＣＤＭＡベースバンド処理部１０を持っている。
【００１６】
ＧＰＳ衛星１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、ＧＰＳ時間と呼ばれる参照時間に原子時計の精度で時間合わせされＧＰＳ時間に同期し信号を発する。ＧＰＳを使って測位を行った時には位置の他にこのＧＰＳ時間を検出できる。
【００１７】
移動機端末ａ３は、前回の測位によりＧＰＳ時間を知って端末に内蔵する時計を較正し、正確な時間を知っていたり、また正確な時刻がわからなくても十分な信号強度で衛星１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの電波を受信でき、単独で測位が可能な移動機端末である。ＲＮＣ６は、基地局ａ２ａを通じて移動機端末ａ３に定期的に現在位置Ｐ（Ｐは位置座標をあらわすベクトル量）と基地局ａ２ａが発した信号の特定イベントを観測したＧＰＳ時刻ＴRを尋問し、その結果から基地局ａ２ａが信号の特定イベントを発信したＧＰＳ時刻ＴTを計算する。基地局が発生する特定イベントとしては、たとえば基地局から発せられるパイロット信号のフレーム境界や特定のシステムフレーム番号（例えばシステムフレーム番号０）の発信などが都合がよい。なぜならばＧＰＳでは２０ミリ秒に１ビットの情報が送られており、一方ＷＣＤＭＡのフレームは１０ミリ秒に設定されているため計算がやりやすい。またすべての移動機端末はセル内に在圏する時はパイロット信号を受信し、フレームタイミングを知っているため、測位のために特別な信号を新たに設ける必要がない。図２ではＷＣＤＭＡベースバンド処理部１０からＧＰＳ受信機９へはこのフレームタイミングおよび／またはシステムフレーム番号が渡される。
【００１８】
時刻ＴRから時刻ＴTの割り出しは以下のように実行される。基地局ａ２ａの位置Ｑは既知であり以下の関係式から計算が可能である。
【００１９】
（数１）  ＴT＝ＴR−｜Ｐ−Ｑ｜／ｃ
ただし、ｃは光速である。また｜Ｐ−Ｑ｜はＰ，Ｑ間の距離を表し、さらに
（数２）  ｔ＝｜Ｐ−Ｑ｜／ｃ
は電波が基地局ａ２ａから移動機端末３まで伝播するために必要な時間である。移動機端末ａ３は例え条件がよい場所にあっても、測位に必要なアルマナックデータやエフェメリスデータは衛星からすべてを取得するには１０数分を要し実際的ではないので、通常はＳＡＳ７に蓄えられた支援データをＲＮＣ６を通じて取得し利用する。
【００２０】
すべての移動機端末は、電源がオンになると基地局信号を検索し現在在圏するセルを特定しＲＮＣ６に報告する。従ってＲＮＣ６はセル内に在圏するすべての移動機端末のリストを持っている。ＲＮＣ６はこのリストに従って定期的に条件のよいところの移動機端末にＰおよびＴRを尋問し、ＴTを常に新しい状態に保つ。あるいは移動機端末が条件のよい位置にいる場合に自主的に定期的にＰおよびＴRを報告させてもよい。もちろん条件のよい場所にある移動機端末は一台ではなく、通常は複数ありＲＮＣ６はこれらすべての端末からの報告を利用し最小２乗法などの計算法によりより精度の高いＴTを決定できる。
【００２１】
移動機端末ｂ４は、室内やビルの谷間など非常に条件の悪い場所にある端末である。このような場所でも衛星信号を何回も積算することにより感度を高め測位することが可能である。しかしながら、正確な時刻を知り積算を開始する時刻をある程度絞り込まないと信号が検出できるまでに非常に長い時間がかかり、事実上測位が不可能となる。移動機端末ｂ４は、基地局ａ２ａのパイロット信号とＲＮＣ６が算出したＴTからおおよその時刻を計算することができる。すなわち移動機端末ｂ４が受信した特定フレームの受信時刻Ｔは、以下の式で表すことができる。
【００２２】
（数３）  Ｔ＝ＴT＋ｎｘ１０ミリ秒＋ＴP
ここにｎはＴTが観測されてから移動機端末ｂ４が該フレームを受信するまでに基地局ａ２ａが発したフレームの数、ＴPは基地局ａ２ａから移動機端末ｂ４まで信号が伝達する時間である。１フレーム時間（１０ミリ秒）は３ＧＰＰ規格により±０．０５ｐｐｍ以内にコントロールされており、ＴTの更新がある程度の頻度をもって行われていれば誤差は小さい。またＴPは特定できないので無視して利用する。
【００２３】
移動機端末ｂ４は、ＲＮＣ６からＳＡＳ７で提供される支援データとＴから衛星信号の検索窓を限定し信号検出を行い測位する。
【００２４】
移動端末ｂ４は、Ｔを知って検索窓を限定することにより、条件が悪くても４つの衛星を受信し、移動端末ｂ４の３次元位置および時刻を未知数とする４つの連立方程式を得てその位置を知ることができる。
【００２５】
移動端末ｂ４は、またＴを知って検索窓を限定することにより、条件が悪くても３つの衛星信号を受信し、移動端末ｂ４の２次元位置および時刻を未知数とする３つの連立方程式を得てその位置を知ることができる。
【００２６】
式（数３）のＴはＧＰＳ時間の代用とすることができ基地局の位置も既知であるので基地局信号をＧＰＳ信号の代用とすることが可能である。すなわち、移動端末ｂ４は３つの衛星と１つの基地局信号を受信し、移動端末ｂ４の３次元位置および時刻を未知数とする４つの連立方程式を得てその位置を知ることができる。式（数３）において、ＴPは基地局と移動端末ｂ４間の距離（位置座標）を含む未知数であり、また移動端末ｂ４が観測したＴにはＧＰＳ時刻との差分（未知数）が含まれるがこれを４つの方程式のうちのひとつとして使用することができる。
【００２７】
移動端末ｂ４は、また２つの衛星と１つの基地局信号を受信し、移動端末ｂ４の２次元位置および時刻を未知数とする３つの連立方程式を得てその位置を知ることができる。
【００２８】
移動端末ｂ４は、また２つの衛星と２つの基地局信号を受信し、移動端末ｂ４の３次元位置および時刻を未知数とする４つの連立方程式を得てその位置を知ることができる。
【００２９】
この場合、隣接するそれぞれの基地局のＴTもそのサービスエリア内の条件のよい場所に在圏する移動機端末を使って、上記に述べたような方法によりＲＮＣ６に蓄えられており測位端末３に配信されることは言うまでもない。
【００３０】
以下同様に移動端末ｂ４は、受信できた衛星と基地局信号の合計が４の時、移動端末ｂ４の３次元位置および時刻を未知数とする４つの連立方程式を得てその位置を知ることができる。また受信できた衛星と基地局の合計が３の時は、２次元位置と時刻を知ることができる。ここで、衛星または基地局の数が０の時も含まれる。すなわち、例えば受信できた基地局数が３あれば衛星がまったく受信できなくても2次元位置の確定ができる。
【００３１】
また、基地局信号を基準に使用しなくても、たとえばテレビ局電波の同期信号やラジオ放送電波に埋めこんだ特定の信号等の信号を基準とすることもできる。特に第３世代移動体電話の特徴であるマルチメディア機能強化に伴いテレビ受像機を内蔵する移動機端末のような場合には効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による測位システムの図。
【図２】本発明による測位システムに使用される移動機端末をあらわすブロック図。
【図３】従来のＷＣＤＭＡ方式移動電話システムにおける測位システムを示す図。
【符号の説明】
【００３３】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ・・・ＧＰＳ衛星
２ａ、２ｂ・・・基地局
３・・・移動機端末ａ
４・・・移動機端末ｂ
６・・・ＲＮＣ（ＳＭＬＣ）
７・・・ＳＡＳ
【図１】
2004279409.tif 000003
【図２】
2004279409.tif 000004
【図３】
2004279409.tif 000005