(57)【要約】【課題】端末の位置測定の精度向上と所要時間の短縮を両立させる。【解決手段】基地局間非同期システムにおける端末の位置測定時の基地局間の時計合せに、過去の位置測定時の基地局間の時計合せに用いた情報を利用する。これらの情報を用いた多項式近似や回帰直線近似により今回の位置測定時の基地局間の時計合せを実施する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号を用いて移動端末の位置を測定する方法において、各基地局が無線通信を実施し、当該無線通信に使用した信号の送信時刻と受信時刻を前記各基地局が各々記録する第一のステップと、移動端末によって送信された信号を前記各基地局が受信し、当該受信信号の受信時刻を前記各基地局が各々記録する第二のステップと、前記第一のステップと前記第二のステップの記録結果と、過去に実施した移動端末の位置測定の際に実施された前記第一のステップの記録結果を用いて、前記各基地局が所有している時計の間のずれ量を計算する第三のステップと、前記第二のステップの記録結果と、前記第三のステップで得られたずれ量を用いて、前記移動端末と前記各基地局の間の信号の伝搬距離の差を求める第四のステップと、前記第四のステップで得られた伝搬距離の差を用いて、前記移動端末の位置を算出する第四のステップを含むことを特徴とする移動端末の位置測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の第三のステップにおいて、過去に実施した移動端末の位置測定の際に実施された前記第一のステップの記録結果のうち、新しいものから順に予め定められた個数分を使用すること特徴とする移動端末の位置測定方法。
【請求項３】
請求項１記載の第三のステップにおいて、過去に実施した移動端末の位置測定の際に実施された前記第一のステップの記録結果のうち、現在の時刻と、現在の時刻から予め定められた時間だけ戻った時刻の間に実施された前記第一のステップの記録結果を使用することを特徴とする移動端末の位置測定方法。
【請求項４】
請求項１記載の第三のステップにおいて、現在の時刻と、現在の時刻から予め定められた時間だけ戻った時刻の間に実施された位置計算の回数と、予め定められた値を比較して小さな方の値を選択し、過去に実施した移動端末の位置測定の際に実施された前記第一のステップの記録結果のうち、新らしいものから順に前記選択された値に等しい個数の前記記録結果を使用することを特徴とする移動端末の位置計算方法。
【請求項５】
ネットワークを介して複数の基地局と接続され、前記複数の基地局と移動端末との間で送受信される信号の送受信タイミングを用いて前記移動端末の位置を計算するサーバー装置において、前記複数の基地局が無線通信を実施し、当該無線通信に使用した信号の送信時刻と受信時刻を前記複数の基地局が各々記録した第一の記録値と、移動端末によって送信された信号を前記各基地局が受信し、当該受信信号の受信時刻を前記複数の基地局が各々記録した第二の記録値を、予め定められたプロトコルに従って前記複数の基地局から受け取るネットワーク通信部と、前記第一の記録値を格納する格納部と、前記格納部に格納された過去の第一の記録値の中から、予め定められた条件に合致する第一の記録値を取り出す制御部と、前記第一の記録値と前記第二の記録値と前記取り出された過去の第一の記録値を用いて、前記複数の基地局間の時計のずれを算出する基地局間時計調整部と、前記第二の記録値と前記基地局間調整部で算出された時計のずれを用いて、前記複数の基地局と移動端末の間の信号の伝搬距離の差を算出する伝搬距離差算出部と、前記伝搬距離差算出部で算出された伝搬距離の差を用いて、前記移動端末の位置を計算する位置計算部を備えることを特徴とするサーバー装置。
【請求項６】
請求項５に記載の制御部において、過去に実施した移動端末の位置測定の際に前記複数の基地局が各々記録した前記過去の第一の記録値のうち、新らしいものから順に予め定められた個数の前記過去の第一の記録値を前記格納部から取り出すことを特徴とするサーバー装置。
【請求項７】
請求項５に記載の制御部において、過去に実施した移動端末の位置測定の際に前記複数の基地局が各々記録した前記過去の第一の記録値のうち、現在の時刻と、現在の時刻から予め定められた時間だけ戻った時刻の間に実施された位置測定の際に記録された前記過去の第一の記録値を前記格納部から取り出すことを特徴とするサーバー装置。
【請求項８】
請求項５に記載の制御部において、現在の時刻と、現在の時刻から予め定められた時間だけ戻った時刻の間に実施された位置計算の回数と、予め定められた値を比較して小さな方の値を選択し、過去に実施した移動端末の位置測定の際に前記複数の基地局が各々記録した前記過去の第一の記録値のうち、新らしいものから順に前記選択された値に等しい個数の前記過去の第一の記録値を前記格納部から取り出すことを特徴とするサーバー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線信号を用いて移動端末の現在位置を測定するための位置測定方法及び位置計算を実施するサーバ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線ＬＡＮシステムの信号を用いて端末の現在位置を測定する方法としては、例えばどう出願人が先に出願した特願２００２−２６０７７２に開示されている方法がある。以下では特願２００２−２６０７７２における端末の現在位置測定方法を説明する。
【０００３】
図５は端末の位置測定機能を備える無線ＬＡＮシステムの構成の一例を示す。複数の基地局（図５では例として３つの基地局１、２、３とする）は、公衆網や移動通信網から構成されるネットワーク５を介して、サーバ６と接続されている。端末４はこれらの基地局を介して、サーバ６と情報のやり取りを行う。
【０００４】
図６は図５のシステムにおいて端末の位置を測定するための従来の方法の第一例を表す。ステップ１００では、各基地局間が独自に所有する時計Ｃｉ（ｔ）（ｉ＝１，２，３）をある一つの基地局が所有する時計に合わせるための信号処理を実施する。具体的には例えば、基地局１が第一の信号を時刻ｔ＝ｔＮ０に送信する。この際基地局１は、第一の信号を送信した時点で基地局１所有の時計が示していた値Ｔｐ１＿ｂ１＝Ｃ１（ｔＮ０）を記録する。基地局２及び基地局３は上記第一の信号を受信する。この際基地局２及び基地局３は、第一の信号を受信した時点でそれぞれの基地局所有の時計が示していた値Ｒｐ１＿ｂｋ＝Ｃｋ（ｔＮ０）（ｋ＝２，３）を記録する。
【０００５】
ステップ１０１では端末位置を決定するために必要な信号処理を実施する。具体的には、移動端末４がｔ＝ｔＮ１に第二の信号を送信する。基地局１〜３は上記第二の信号を受信する。この際基地局１〜３は、第二の信号を受信した時点でそれぞれの基地局所有の時計が示していた値Ｒｐ２＿ｂｋ＝Ｃｋ（ｔＮ０）（ｋ＝１，２，３）を記録する。
【０００６】
ステップ１０２では、ステップ１００での信号処理結果を用いて、各基地局間の時計のずれを計算する。具体的には、ｔ＝ｔＮ１における基地局１と基地局ｋ（ｋ＝２，３）の時計のずれＥｂ１＿ｂｋ（ｔＮ１）を数式１を用いて計算する。ここでｃは光速、（Ｘｉ，Ｙｉ）（ｉ＝１，２，３）は基地局ｉの座標を表す。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
ステップ１０３では、ステップ１０１での信号処理結果と、ステップ１０２で求めた各基地局間の時計のずれを用いて、端末から各基地局までの距離の差を求める。具体的には、端末から基地局１までの距離と、端末から基地局ｋ（ｋ＝２，３）までの距離の差Ｄｂ１＿ｂｋを数式２を用いて計算する。ここでｃは光速を表す。
【０００９】
【数２】
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【００１０】
ステップ１０４ではステップ１０３で得られた距離差を用いて端末位置を計算する。具体的には数式３を（Ｘ，Ｙ）について解くことにより、端末位置を求める。
【００１１】
【数３】
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【００１２】
図７は図５のシステムにおいて端末の位置を測定するための従来の方法の第二例を表す。図６に示した従来の方法の第一例と同じステップには同じ記号を付してある。ステップ１００及びステップ１０１は前記の従来の方法の第一例と同じ処理を実施する。
【００１３】
ステップ１０５では、ステップ１０１と同様に、各基地局間が独自に所有する時計Ｃｉ（ｔ）（ｉ＝１，２，３）をある一つの基地局が所有する時計に合わせるための信号処理を実施する。具体的には例えば、基地局１が第三の信号を時刻ｔ＝ｔＮ２に送信する。この際基地局１は、第三の信号を送信した時点で基地局１所有の時計が示していた値Ｔｐ３＿ｂ１＝Ｃ１（ｔＮ２）を記録する。基地局２及び基地局３は上記第三の信号を受信する。この際基地局２及び基地局３は、第三の信号を受信した時点でそれぞれの基地局所有の時計が示していた値Ｒｐ３＿ｂｋ＝Ｃｋ（ｔＮ２）（ｋ＝２，３）を記録する。
【００１４】
ステップ１０６では、ステップ１００及びステップ１０５での信号処理結果を用いて、各基地局間の時計のずれを計算する。具体的には、ｔ＝ｔＮ１における基地局１と基地局ｋ（ｋ＝２，３）の時計のずれＥｂ１＿ｂｋ（ｔＮ１）を数式４を用いて計算する。ここでｃは光速、（Ｘｉ，Ｙｉ）（ｉ＝１，２，３）は基地局ｉの座標を表す。
【００１５】
【数４】
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【００１６】
ステップ１０３及びステップ１０４は前記の従来の方法の第一例と同じ計算を実施し、端末の位置を算出する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
無線ＬＡＮシステムは基地局間非同期システムであり、各基地局が所有する時計のずれは時間とともに変動する。図５の例で、例えば基地局１が所有する時計Ｃ１（ｔ）と基地局２が所有する時計Ｃ２（ｔ）のずれ量Ｅｂ１＿ｂ２（ｔ）は図８のように時間とともに変動する。これは各基地局が所有する発信器の発信周波数の誤差に起因する。数式２で示したように、端末位置を計算するためにはｔ＝ｔＮ１における時計のずれＥｂ１＿ｂ２（ｔＮ１）が必要となる。ところが従来の方法の第一例では、数式１に示したように、ｔ＝ｔＮ１における時計のずれＥｂ１＿ｂ２（ｔＮ１）をｔ＝ｔＮ０における時計のずれＥｂ１＿ｂ２（ｔＮ０）で近似している。従って従来の方法の第一例では、数式３で計算された端末位置には、図８のＥｂ１＿ｂ２（ｔＮ１）−Ｅｂ１＿ｂ２（ｔＮ０）に相当する誤差が含まれることになる。例えばＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格に準拠した無線ＬＡＮシステムの場合、基地局には２５［ｐｐｍ］の周波数精度が求められる。発信器の発信周波数誤差が正規分布に従うとすると、図８のＥｂ１＿ｂ２（ｔＮ１）−Ｅｂ１＿ｂ２（ｔＮ０）は距離換算で標準偏差５［ｍ］程度の値となる。従って従来の方法の第一例では、この値と同程度の標準偏差を持つ誤差が端末の位置検出結果に含まれることになり、端末の位置情報を用いたサービスの利便性が低下する。
また、従来の方法の第二例では、数式４で示したように、ｔ＝ｔＮ１における時計のずれを、ｔ＝ｔＮ０及びｔＮ２における時計のずれから近似して求めている。よって従来の方法の第二例は、時計のずれの時間変動に起因する位置検出誤差を、従来の方法の第一例と比較して小さく抑えることができる。しかし、従来の方法の第二例は従来の方法の第一例と比較して、図７のステップ１０５が追加されたことにより、端末の位置検出に要する時間が長くなる。具体的には、従来の方法の第二例で位置検出に要する時間のほとんどが図７のステップ１００、１０１及び１０５に要するものであり、これらのステップはほぼ同じ時間を要する。従って、従来の方法の第二例で位置検出に要する時間は、ステップ１０５を必要としない従来の方法の第一例と比較して、約１．５倍となる。このため、従来の方法の第二例では端末の位置検出に要する時間が長くなり、利用者の要求に対するレスポンスが悪くなるため、位置情報サービスの利便性が低下する。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明の位置計算方法では、各基地局が無線通信を実施し、当該無線通信に使用した信号の送信時刻と受信時刻を前記各基地局が各々記録する第一のステップと、移動端末によって送信された信号を前記各基地局が受信し、当該受信信号の受信時刻を前記各基地局が各々記録する第二のステップと、前記第一のステップと前記第二のステップの記録結果と、過去に実施した移動端末の位置測定の際に実施された前記第一のステップの記録結果を用いて、前記各基地局が所有している時計の間のずれ量を測定する第三のステップと、前記第二のステップの記録結果と、前記第三のステップで得られたずれ量を用いて、前記移動端末と前記各基地局の間の信号の伝搬距離の差を求める第四のステップと、前記第四のステップで得られた伝搬距離の差を用いて、前記移動端末の位置を算出する第四のステップを含む。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明を適用した場合の端末の位置測定方法を図１に示す。図６に示した従来の位置測定方法と同一の処理ステップには同一の記号を付してある。ステップ１００及びステップ１０１は前記の従来の位置計算方法の第一例と同じ処理を実施する。
【００２０】
ステップ１０７では、ステップ１００での信号処理結果と、過去の位置測定の際に実施したステップ１００での信号処理結果を用いて、各基地局間の時計のずれを計算する。図２のように端末の位置測定が連続して実施される場合を考える。なお、図２のような場合は、ある端末に対して、当該端末の位置測定を連続的に実施する必要があるサービス、例えば目的地までのナビゲーションサービス、を提供する場合に発生する。また、別な例として、無線ＬＡＮのサービスエリア内に複数の端末が存在し、これらの端末が位置情報サービスを要求した場合にも、上記複数の端末それぞれの位置測定を実施する必要があるため、図２のように位置測定が連続して実施される場合が発生する。
【００２１】
以下では、今回の位置測定をＮ回目の位置測定、前回（１回前）の位置測定をＮ−１回目の位置測定、ｖ回前の位置測定をＮ−ｖ回目の位置測定のように呼び、それぞれ時刻ｔ＝ｔＮ、ｔ＝ｔＮ−１及びｔ＝ｔＮ−ｖに実施されることとする。また、Ｎ−ｖ回目の位置測定（ｖ＝０，１，．．．）の際に実施されたステップ１００の信号処理結果を用いて、数式１で求められる時計のずれをＥｂ０＿ｂｋ＿Ｎ−ｖとする。更に、Ｎ−ｖ回目の位置測定のステップ１００で、図５の基地局１によって送信された第一の信号を基地局ｋ（ｋ＝２，３）が受信した時点で記録されたそれぞれの時計の値をＲｐ１＿ｂｋ＿Ｎ−ｖ、Ｎ−ｖ回目の位置測定のステップ１０１で、端末によって送信された第二の信号を基地局ｋ（ｋ＝１，２，３）が受信した時点で記録されたそれぞれの時計の値をＲｐ２＿ｂｋ＿Ｎ−ｖとする。
【００２２】
ステップ１０７における基地局間時計調整方法の第一例を以下で説明する。例えばｋ＝０と１の場合、すなわち今回と前回の位置測定の際に実施されたステップ１００の信号処理結果を用いてそれぞれ数式１で算出された時計ずれＥｂ０＿ｂｋ＿Ｎ及びＥｂ０＿ｂｋ＿Ｎ−１を利用する場合、数式２で必要となる時計ずれＥｂ１＿ｂｋ（ｋ＝２，３）は、数式５においてｔ＝Ｒｐ２＿ｂｋ＿Ｎを代入することにより求めることができる。
【００２３】
【数５】
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【００２４】
ステップ１０７における基地局間時計調整方法の第二例を以下で説明する。一般にｋ＝０、１．．．．Ｌの場合、すなわち今回と過去Ｌ回分の位置測定の際に実施されたステップ１００の信号処理結果を用いてそれぞれ数式１で算出された時計ずれＥｂ０＿ｂｋ＿Ｎ、Ｅｂ０＿ｂｋ＿Ｎ−１、．．．Ｅｂ０＿ｂｋ＿Ｎ−Ｌを利用する場合、数式２で必要となる時計ずれＥｂ１＿ｂｋ（ｋ＝２，３）は、例えば数式６に示すｔのＬ次多項式においてｔ＝Ｒｐ２＿ｂｋ＿Ｎを代入することにより求めることができる。
【００２５】
【数６】
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【００２６】
ステップ１０７における基地局間時計調整方法の第三例を以下で説明する。今回と過去Ｌ回分の位置測定の際に実施されたステップ１００の信号処理結果を用いてそれぞれ数式１で算出された時計ずれＥｂ０＿ｂｋ＿Ｎ、Ｅｂ０＿ｂｋ＿Ｎ−１、．．．Ｅｂ０＿ｂｋ＿Ｎ−Ｌを利用する場合、数式２で必要となる時計ずれＥｂ１＿ｂｋ（ｋ＝２，３）は、例えば数式７に示す回帰直線近似においてｔ＝Ｒｐ２＿ｂｋ＿Ｎを代入することにより求めることができる。
【００２７】
【数７】
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【００２８】
ステップ１０７における基地局間時計調整方法の上記第二例と第三例で用いられるパラメータＬの値は、予め定められた値を用いれば良い。また、パラメータＬの別な与え方として、図３に示すように、今回の位置測定（Ｎ回目の位置測定）が実施される時刻ｔＮと、ｔＮから予め定められた時間Δｔ０だけ遡った時刻ｔＮ−Δｔ０の間に実施された位置測定の回数をＬとしても良い。さらに上記の２つの方法を組み合わせた方法を用いても良い。例えば、時刻ｔＮと時刻ｔＮ−Δｔ０の間に実施された位置測定の回数Ｌ１と、予め定められた値Ｌ０を比較して、値の小さな方をＬとしても良い。
【００２９】
また、ステップ１０７における基地局間時計調整方法の上記第一例、第二例及び第三例において、今回の位置測定（Ｎ回目の位置測定）と前回の位置測定（Ｎ−１回目の位置測定）の間の時間差が予め定められた時間差Δｔ１より大きな場合は、今回の位置測定方法として、従来の方法の第一例または第二例を用いても良い。
【００３０】
ステップ１０３では、ステップ１０１での信号処理結果と、ステップ１０７で求めた各基地局間の時計のずれを用いて、端末から各基地局までの距離の差を求める。具体的には、従来の方法の第一例と同様に数式２を用いて計算する。
【００３１】
ステップ１０４ではステップ１０３で得られた距離差を用いて端末位置を計算する。具体的には、従来の方法の第一例と同様に、数式３を解くことにより端末位置を求める。
【００３２】
図４は本発明の位置計算方法を実現する際のサーバ６の構成例を示す。ネットワーク通信部２００は、サーバ６と基地局１〜３がネットワーク５を介して予め定められたプロトコルに従って情報をやり取りするための制御を行う。ここで、サーバ６が各基地局から受け取る情報としては基地局間の時計合せ情報と端末の位置計算に必要な情報がある。基地局間の時計合せ情報としては、例えば基地局１が第一の信号を送信した時点で基地局１所有の時計が示していた値Ｔｐ１＿ｂ１、及び基地局２及び３が第一の信号を受信した時点で各基地局所有の時計が示していた値Ｒｐ１＿ｂｋ（ｋ＝２，３）がある。また、端末位置の計算に必要な情報としては、例えば端末が送信した第二の信号を基地局１〜３が受信した時点で各基地局所有の時計が示していた値Ｒｐ２＿ｂｋ（ｋ＝１，２，３）がある。
【００３３】
時計調整履歴制御部２０２は上記基地局間の時計合せ情報を、履歴として時計調整履歴格納部２０３に格納するための制御を行う。また時計調整履歴制御部２０２は、今回の位置測定用の基地局間時計合せに使用する時計合せ情報の履歴の数Ｌを、図１のステップ１０７の説明で述べたパラメータＬの決定方法を用いて決定する。更に時計調整履歴制御部２０２は、上記履歴の数Ｌに対応する基地局間の時計合せ情報の履歴を、時計調整履歴格納部２０３から読み出して、基地局間時計調整部２０１へ伝達する。
【００３４】
基地局間時計調整部２０１は図１のステップ１０７の処理を実施する。すなわち、基地局間時計調整部２０１は、ネットワーク通信部２００を介して各基地局から受け取った情報と、時計調整履歴制御部２０２から入力される基地局間の時計合せ情報の履歴を用いて、数式５、数式６及び数式７に記載の方法で今回の位置測定時の各基地局間の時計のずれを求める。
【００３５】
伝搬距離差計算部２０４は図１のステップ１０３の処理を実施する。すなわち、伝搬距離差計算部は基地局間時計調整部２０１から入力される各基地局間の時計のずれと、ネットワーク通信部２００を介して各基地局から受け取った端末の位置計算に必要な情報を用いて、数式２に記載の方法で、端末から第一の基地局までの距離と、端末から第一の基地局以外の基地局までの距離の差を計算する。
【００３６】
位置計算部２０５は図１のステップ１０４の処理を実施する。すなわち、伝搬距離差２０４から入力される距離差を用いて、数式３に記載の方程式を解くことにより、端末位置を算出する。
【００３７】
【発明の効果】
本発明を用いることにより、端末の位置測定の精度向上と、所要時間の短縮が可能となる。これにより、位置情報サービスの高精度化と高速化が可能となり、利便性の向上を図ることができる。
【００３８】
具体的には、基地局間の時計合せに過去の履歴を用いることにより、基地局間の時計合せの精度が向上する。このため、従来の方法の第一例の場合に発生する標準偏差５［ｍ］程度の位置測定誤差を、標準偏差１［ｍ］程度に低減することができる。
【００３９】
また、基地局間の時計合せに過去の履歴を用いることにより、図７に記載の従来の方法の第二例のステップ１０５を省略することが可能となる。ここで、従来の方法の第二例ではステップ１００、１０１及び１０５が端末の位置測定に要する時間の大部分を占め、それぞれのステップはほぼ同程度の時間を要する。従って、本発明を用いることにより、従来の方法の第二例と同程度の精度の端末の位置測定を、従来の方法の第二例と比較して所要時間を３３％程度削減して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位置測定方法。
【図２】端末の位置測定の繰返しの例。
【図３】今回の位置測定に使用する履歴の選択方法の例。
【図４】本発明の位置測定方法を実施するサーバの構成。
【図５】端末の位置測定機能を備える無線ＬＡＮシステムの例。
【図６】従来の位置測定方法の第一例。
【図７】従来の位置測定方法の第二例。
【図８】時刻と基地局間の時計のずれ量の関係の例。
【符号の説明】
１、２、３…基地局
４…端末
５…ネットワーク
６…サーバー
１０…時刻と基地局間の時計のずれ量の関係
１００、１０５…基地局間時計調整用信号処理ステップ
１０１…位置測定用信号処理ステップ
１０２、１０６…従来の基地局間時計調整ステップ
１０３…伝搬距離差計算ステップ
１０４…位置計算ステップ
１０７…本発明の基地局間時計調整ステップ
２００…ネットワーク通信部
２０１…基地局間時計調整部
２０２…時計調整履歴制御部
２０３…時計調整履歴格納部
２０４…伝搬距離差計算部
２０５…位置計算部。
【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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