(57)【要約】  位置と基準位置との一致を判定するための装置（３０）であって、固定配置された無線送信機からの無線信号がその位置で受信され、その位置において、固定配置された無線送信機の無線信号の特性（ＭＰ（ｉ））を与えるための手段（３２）を有し、与えられた無線信号の特性は、無線送信機を識別するための送信機識別を含み、無線送信機を、基準位置において事前に記録された送信機識別がその位置において与えられた送信機識別と同一である第１の数（Ｎｅｑ）の無線送信機、および基準位置において事前に記録された送信機識別とその位置において与えられた送信機識別とが異なる第２の数（Ｎｎｅｑ）の無線送信機に分離するための手段（３４）と、無線信号の与えられた特性（ＭＰ（ｉ））に基づいて、その位置についてのマッチングの度合を決定するための手段（３９）とをさらに備え、第１の数（Ｎｅｑ）の無線送信機の特性（３６）および第２の数（Ｎｎｅｑ）の無線送信機の特性（３７，３８）の両方は、マッチングの度合の決定に考慮され、第１の数の無線送信機の特性および第２の数の無線送信機の特性は、マッチングの度合を別々に入力する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準位置との位置の一致を判定するための装置（３０）であって、固定配置された無線送信機からの無線信号が前記位置において受信され、
前記位置において、前記固定配置された無線送信機の前記無線信号の特性（ＭＰ（ｉ））を与えるための手段（３２）を備え、
与えられた前記無線信号の特性は、前記無線送信機を識別するための送信機識別を含み、
前記装置は、
前記無線送信機を、基準位置において事前に記録された送信機識別が前記位置において与えられた送信機識別と同一である第１の数（Ｎｅｑ）の無線送信機、および基準位置において事前に記録された送信機識別と前記位置において与えられた送信機識別とが異なる第２の数（Ｎｎｅｑ）の無線送信機に分離するための手段（３４）と、
前記無線信号の前記与えられた特性（ＭＰ（ｉ））に基づいて、前記位置についてのマッチングの度合を決定するための手段（３９）とをさらに備え、
前記第１の数（Ｎｅｑ）の無線送信機の特性（３６）および前記第２の数（Ｎｎｅｑ）の無線送信機の特性（３７，３８）の両方は、マッチングの度合の決定に考慮され、
前記第１の数の無線送信機の特性および前記第２の数の無線送信機の特性は、前記マッチングの度合を別々に入力する、装置。
【請求項２】
前記第２の数（Ｎｎｅｑ）の無線送信機は、
前記位置においてのみ与えられかつ基準位置において事前に記録されていなかった送信機識別、または、基準位置においてのみ事前に記録されかつ前記位置においてあたえられなかった送信機識別のいずれかを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の数（Ｎｅｑ）の無線送信機の特性（３６）は、前記第２の数（Ｎｎｅｑ）の無線送信機の特性（３７，３８）よりも強く重み付けされる、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記無線信号の特性（ＭＰ（ｉ））は、前記無線信号の電磁的特性を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
決定するための手段（３９）は、前記第１の数（Ｎｅｑ）の無線送信機の基準位置における事前に記録された電磁的特性と前記位置において与えられた電磁的特性との間の差（ΔＲＳＳＩｎ）に基づいて、前記位置についての前記マッチングの度合を決定するように形成される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
決定するための手段（３９）は、前記差（ΔＲＳＳＩｎ）の合計がより小さいほど、その位置をより高いマッチングの度合に関連付けられるように形成される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記無線信号の特性（ＭＰ（ｉ））を与えるための手段（３２）は、前記位置において前記無線信号の受信電界強度に関連した特性を与えるように形成される、先行する請求項の１つに記載の装置。
【請求項８】
前記無線信号の特性（ＭＰ（ｉ））を与えるための手段（３２）は、前記位置において、前記無線信号のＲＳＳＩ値、受信電力スペクトラム、または信号ノイズ電力比を与えるように形成される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記分離するための手段（３４）は、前記位置においてほとんど受信されず、基準位置において事前に記録された特性はあるが前記位置における特性がない、複数（Ｎｎｈ）の無線送信機を、前記第２の数（Ｎｎｅｑ）の無線送信機から選択するように形成される、先行する請求項の１つに記載の装置。
【請求項１０】
決定するための手段（３９）は、前記位置において受信されない前記無線送信機のうちの１つに、マリュス値（Ｍｎｈ，ｍ（））を関連付けるように形成される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
決定するための手段（３９）は、前記無線送信機が基準位置において過去にどれくらい確実に受信され得たかに依存して、前記位置においてほとんど受信されない無線送信機に前記マリュス値（Ｍｎｈ，ｍ（））を関連付けるように形成される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
決定するための手段（３９）は、受信電界強度に関連した特性に依存して、前記位置において受信されない無線送信機に前記マリュス値（Ｍｎｈ，ｍ（））を関連付けるように形成される、請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１３】
決定するための手段（３９）は、前記位置において受信されない前記無線送信機の前記マリュス値の合計（ΣＭｎｈ，ｍ（））がより小さいほど、前記位置をより高いマッチングの度合に関連付けるように形成される、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記分離するための手段（３４）は、基準位置において事前に記録された電磁的特性はないが前記位置において与えられた電磁的特性はある、前記位置において追加して受信された複数（Ｎｈｔｍ）の無線送信機を、前記第２の数（Ｎｎｅｑ）の無線送信機から選択するように形成される、先行する請求項の１つに記載の装置。
【請求項１５】
決定するための手段（３９）は、前記位置において追加して受信された無線送信機に、マリュス値（Ｍｈｔｍ，ｒ（））を関連付けるように形成される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
決定するための手段（３９）は、その無線信号の前記受信電界強度に関連した特性に依存して、前記位置において追加して受信された無線送信機に、前記マリュス値（Ｍｈｔｍ，ｒ（））を関連付けるように形成される、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
決定するための手段（３９）は、前記位置において追加して受信された無線送信機の前記マリュス値の合計（ΣＭｈｔｍ，ｒ（））がより小さいほど、前記位置をより高いマッチングの度合に関連付けるように形成される、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
前記無線信号の特性を決定するための手段（３２）は、ＷＬＡＮ（wireless local area network）無線信号の特性を決定するように形成される、先行する請求項の１つに記載の装置。
【請求項１９】
ナビゲーション装置であって、
先行する請求項のいずれか１つに記載の、基準位置と現在の位置とのマッチングの度合を決定するための装置（３０）と、
決定されたマッチングの度合に基づいて、前記現在の位置の推定値を出力するための手段とを備える、ナビゲーション装置。
【請求項２０】
前記マッチングの度合を決定するための装置（３０）は、前記現在の位置と制限された数の基準位置との間の、各マッチングの度合を形成するように形成され、
前記制限された数の基準位置は、前記現在の位置に対する前の位置の推定値の、予め定められた近傍にある、請求項１９に記載のナビゲーション装置。
【請求項２１】
前記推定値を出力するための手段は、制限値よりも上または下のマッチングの度合を有する複数の基準位置の平均値に基づいて、前記推定値を決定するとともに出力するように形成される、請求項１９または２０に記載のナビゲーション装置。
【請求項２２】
基準位置との位置の一致を判定するための方法であって、固定配置された無線送信機からの無線信号が前記位置において受信され、
前記位置において、前記固定配置された無線送信機の前記無線信号の特性（ＭＰ（ｉ））を与えるステップを備え、
与えられた前記無線信号の特性は、前記無線送信機を識別するための送信機識別を含み、
前記方法は、
前記無線送信機を、基準位置において事前に記録された送信機識別が前記位置において与えられた送信機識別と同一である第１の数（Ｎｅｑ）の無線送信機、および基準位置において事前に記録された送信機識別と前記位置において与えられた送信機識別とが異なる第２の数（Ｎｎｅｑ）の無線送信機に分離するステップと、
前記無線信号の前記与えられた特性（ＭＰ（ｉ））に基づいて、前記位置についてのマッチングの度合を決定するステップとをさらに備え、
前記第１の数（Ｎｅｑ）の無線送信機の特性（３６）および前記第２の数（Ｎｎｅｑ）の無線送信機の特性（３７，３８）の両方は、マッチングの度合の決定に考慮され、
前記第１の数の無線送信機の特性および前記第２の数の無線送信機の特性は、前記マッチングの度合を別々に入力する、方法。
【請求項２３】
コンピュータ上で実行され、請求項２２に記載の位置の特定方法を実行するためのプログラムコードを有する、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基準位置との位置の一致またはマッチングを判定するための装置および方法に関し、たとえば、具体的には、無線通信ネットワークにおける位置決めまたはナビゲーティング携帯端末のために用いられ得る。
【背景技術】
【０００２】
携帯端末を有する人を見つけるために、様々な位置決め技術が利用可能である。位置決め、および／または、屋外でのナビゲーションのための、おそらく最も知られているシステムは、衛星援助測位システム（ＧＰＳ）である。ビル内部および／または屋内領域における、位置決めおよび／またはナビゲーションに関しては、赤外線システム、ＲＦＩＤ（無線ＩＣタグ：radio frequency identification）システム、または、ＩＥＥＥ８０２．１１  ＷＬＡＮ（wireless local area network）の電界強度評価のような、様々なアプローチが知られている。現在、ＧＰＳシステムが、屋外領域のためだけの信頼できる方法として利用可能である。より最近の拡張としては、高感度受信器や、いわゆるＡ−ＧＰＳ（assisted GPS）などが、ビル内でも使用可能な技術の創作の試みを示している。ここで、Ａ−ＧＰＳは、衛星ベースのＧＰＳシステムと、携帯無線ネットワークからのいわゆる援助情報の受信とを結合したものである。しかしながら、現在のところ、これらの技術は、所望の平均精度が得られていない。赤外線システムおよびＲＦＩＤシステムは、一般的に完全な範囲で利用可能ではないし、特別な前提条件を満たさなければならない。
【０００３】
たとえば、ＷＬＡＮ標準に基づいた、ワイヤレス無線ネットワークの普及の増大によって、これらのワイヤレスネットワークは、新しい位置決め方法のための基礎として役立っている。
【０００４】
一般的に、これまで使用されてきた位置決め方法は、たとえば、三角測量、近接関係（neighborhood relations）、電界強度評価を用いたラテレーションの時間測定によるラテレーションなどがある。これらの方法は、固定送信機および／または基地局の位置が知られてなくてはいけないか、あるいはその位置決め方法によって覆われる範囲における典型的な位置において事前に教示（training）が行われるかのいずれかが行なわれる位置決め方法である。
【０００５】
ＷＬＡＮベースの位置決めシステムにおいては、基本的な方法として、いわゆる受信信号強度（received signal strength：ＲＳＳ）フィンガープリント法がしばしば採用される。この方法は、現在位置において受信された、および／または、受信可能ないくつかの無線局の無線信号の信号強度が、場所または位置を一意的に特徴付ける、という想定に基づいている。複数の基準場所あるいは基準位置について、対応する無線信号の電界強度と同様に、そこで受信したおよび／または受信可能な無線局の識別に関するデータベースが存在するならば、現在位置は、現在の測定値（送信機識別および信号強度値）から、現在測定された測定値とデータベースの基準値との間のマッチングを実行することによって推定され得る。各基準点については、このマッチングは、その事前に記録された測定値および／または基準値が、現在位置の現在の測定値と、どれくらい類似しているかを評価する。そして、最も類似している基準点が、現在の場所を推定する。
【０００６】
基準データベースについては、十分な数の地点における試験測定によって、信号強度が実験的に決定される。それによって、試験測定が実行された各位置に関して、それぞれに関連した受信電界強度および品質を有する基地局（アクセスポイント）のリストが創られる。ＷＬＡＮの実行例においては、このような基準データベースは、たとえば以下のようなパラメータを含み得る。
【０００７】
【表１】
2010540916.tif 000003
【０００８】
つまり、表は以下の情報を含む。
−  基準点識別（ＲＩＤ）
−  受信局のＭＡＣアドレス
−  アクセスポイントの受信電界強度（ＲＳＳＩ；４６５６０は−４６．５６０ｄｂｍを意味する。）
−  デカルト・メートル座標における位置（ｘ，ｙ，ｚ；２４５８３は２４５．８３ｍを意味する。）、そして、
−  測定値が捕捉された時間
ＷＬＡＮ信号は、理論的には相対的に低い電界強度のみにおいて測定されるべきであるが、「測定可能」か「測定可能でない」かに関して相対的に信頼できない振る舞いを示す。ＰＧＳ（パーセント表示）のコラムは、この局が、測定値を捕捉する期間にどれくらい多くの回数見られたかを、パーセント単位で示したものである。（すなわち、ＰＧＳ＝９０は、その局が、１０回の測定において、平均９回測定されたことを意味する。）ＰＧＳ値は、各無線送信機について、基準位置および／または基準測定パケットの教示の際に判断され、その信頼性の評価基準として理解されるべきである。ある測定の時間枠内においては、たとえば２００ｍｓの固定サンプリング間隔により、無線送信機からの定められた数の可能な測定値が存在する。ＰＧＳ値は、潜在的に可能な測定値に関して測定時間枠内に本当に測定された無線送信機の（ＲＳＳＩ）値のパーセンテージ値である。基準位置は、較正（キャリブレーション）期間の理想的な場合は、より長い時間枠（たとえば、６から１０秒）にわたって、たとえば２００ｍｓごとに捕捉される。この点において、図５は、特定の無線送信機の受信信号の波形の例を示し、その無線送信機は、測定位置において相対的に信頼性が低くのみ受信され得る。１０秒の測定時間枠にわたって、その特定無線送信機は、約３秒間だけ受信可能であり、この無線送信機について約３０％のＰＧＳ値を生じる。
【０００９】
位置決めのために、現在捕捉された測定値はデータベースと比較される。最も類似している基準値、または最も類似している基準値の積分値が、現在位置として受け入れられる。マッチングのために、様々な方法が可能であり、最も広く用いられているのは、信号空間における最短距離法（least distance）である。
【００１０】
ＲＳＳフィンガープリント法は、屋内および屋外の領域において、よい結果を与える。固定無線送信機の設定場所が知られる必要がない、という事実によって、その方法は、未知のインフラを有する未知の環境にもよく適する。マッチングのためのフィンガープリント法のアプローチは、固定された、不変のインフラを想定している。多くの知られたソリューションは、さらに、各無線送信機の信号がどこででも受信され得る限定した領域を想定している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
基準位置を用いて現在位置の一致またはマッチングを判定するために、基準位置において事前に記録された送信機識別がその位置において与えられた送信機識別と同一である複数の無線送信機のＲＳＳＩ値は、しばしば、従来の方法で互いに比較される。同一の送信機識別を有する無線送信機同士間のＲＳＳＩ値の差が小さいほど、現在位置と基準位置との一致の可能性がより高くなる。しかしながら、この手法は、誤った位置の推定の危険性があり、たとえば、基準位置において事前に記録された送信機識別がその位置において与えられた送信機識別と同一である無線送信機の数が少ない場合、それによって、ＲＳＳＩ値の差も小さく判断され、誤って推定された一致が良いものであると導き得る。
【００１２】
この背景から始めて、本発明の目的は、先行技術に関して改善された、現在測定された値と事前に記録された基準値とのマッチングについての概念を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的は、請求項１の特徴を有する装置、請求項１９に従うナビゲーション装置、および請求項２２に従う方法によって達成される。
【００１４】
本発明のさらなる実施形態は、本発明に係る方法を実行するためのコンピュータプログラムである。
【００１５】
現在の（地理的な）位置において、現在与えられたおよび／または測定された、固定配置された無線送信機の値および／または特性（たとえば、送信機識別および信号強度値）と、考慮された（地理的な）基準位置において事前に記録された基準値および／または特性との間のマッチングが、その位置において現在測定された無線信号の特性および基準位置において事前に記録された無線信号の基準値の、一種のフィルタリングによって達成され得ることが、本発明の成果である。ここで、無線信号は、基準位置において事前に記録された送信機識別が現在位置において与えられた送信機識別と同一である第１の数の無線送信機と、基準位置において事前に記録された送信機識別と現在位置において与えられた送信機識別とが異なる、第２の数の無線送信機とに分割される。すなわち、送信機識別が現在位置においてのみ与えられ、かつ基準位置において事前に記録されていないか、あるいは、送信機識別が基準位置においてのみ事前に記録され、かつ現在位置においては与えられていないか、のいずれかである。
【００１６】
無線送信機識別用の送信機識別（たとえば、ＭＡＣアドレス）および付随の信号強度値（ＲＳＳＩ：received signal strength indicator；受信信号強度指標）を含む、現在位置において測定された測定値の集合は、以下においては測定パケット（measurement packet：ＭＰ）として参照されるものとする。本発明の好ましい実施形態によれば、現在位置における与えられた測定値および基準位置において事前に記録された測定値が、３つのグループにプレフィルタリングされる。一方、全ての無線送信機は、マッチングに内在する基準測定パケットにも含まれる測定パケットから分離される。現在位置において受信され、基準測定パケットから逸脱する（聞こえすぎる）無線送信機は、基準位置におけるものであるはずがないことを暗に意味している。現在位置に加えて受信されたこれらの無線送信機は、直接マッチング、すなわち現在の測定パケットと基準測定パケットにおいて同じ送信機識別を有する無線送信機間のマッチングにおいては用いられることができない。さらに、現在位置において受信されなかった（聞こえなかった）無線送信機は、基準位置の基準データまたは基準測定パケットにリストアップされ得る。現在位置において受信されなかったこれらの無線送信機および／またはそれらの測定値は、特別な処理も必要とし、したがって、直接マッチング、すなわち現在の測定パケットと基準測定パケットにおいて同じ送信機識別を有する無線送信機間のマッチングに供給されない。
【００１７】
マッチングユニットは、現在位置における現在の測定値を、問題となっている基準データのすべての基準点とマッチングする。すなわち、現在の位置と問題となっているすべての基準点との間のマッチングの度合が判断される。マッチングされた基準点および／または位置の量は、たとえばスタート位置として携帯端末の最後の位置を採用し、ユーザはそれ以来固定の最大距離以上はその最後の位置からは動いていないことを想定することによって任意的に制限され得る。比較されるべき基準点の制限は、動作モデル（movement model）、現在位置決定の品質、演算能力制限または記憶制限などの要因によって、ダイナミックに行なわれ得る。
【００１８】
基準測定パケットと現在の測定パケットとの各比較において、現在位置において受信された測定値と事前に記録された基準位置の測定値がどれくらい良くマッチしているかを定める、マッチングの度合が判定される。その位置に関するマッチングの度合の判定は、無線信号の与えられた特性に基づいて行なわれ、第１の数の無線送信機の特性および第２の数の無線送信機の特性の両方が、マッチングの度合の判定において考慮され、かつ第１の数の無線送信機の特性および第２の数の無線送信機の特性は、マッチングの度合を別々に入力する。第１の数の無線送信機においては、事前に記録されたその位置における送信機識別は、現在位置において与えられた送信機識別と一致する。第２の数の無線送信機においては、送信機識別は、現在位置においてのみ与えられかつ基準位置においては事前に記録されなかったか、あるいは、基準位置においてのみ事前に記録されかつ現在位置においては与えられないか、のいずれかである。
【００１９】
好ましい実施形態によれば、第１の数の無線送信機の特性は、第２の数の無線送信機の特性よりも、より強く重み付けされる。これは、基準位置において事前に記録された送信機識別がその位置において与えられた送信機識別と一致するような送信機の数は、マッチングの度合の演算において、基準位置において事前に記録された送信機識別とその位置において与えられた送信機識別と異なるような第２の数の無線送信機、すなわち、送信機識別がその位置でのみ与えられかつ基準位置において事前に記録されなかったか、あるいは、基準位置においてのみ事前に記録されかつ現在位置においては与えられない無線送信機の数よりも、より強く考慮されることを意味する。第１および第２の数の特性の重みは、たとえば、相補的に他方を補完する。
【００２０】
さらに好ましい実施形態およびさらなる実行例は、従属請求項のの主題である。
送信機識別が現在位置でのみ受信されかつ基準位置において事前に記録されなかった無線送信機の測定値を含み、さらに、基準位置においてのみ事前に記録されかつ現在位置においては受信されない無線送信機を含むことによって、現在位置と基準位置との間のマッチングの度合の判定精度を、著しく増加することができる。このことは、位置決めおよび／または、ナビゲーション結果の顕著な改善をもたらし得る。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態は、添付の図面を参照して、以下においてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に従う、現在位置と基準位置との間の一致を判定する方法を図示するためのフローチャートである。
【図２】一連の測定パケットの一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に従う、現在位置と基準位置との間の一致を判定するための装置の概略図である。
【図４】本発明の実施形態に従う、位置のマッチングの度合を判定するための手段のブロック図である。
【図５】信頼性が低く受信され得る無線送信機の典型的な波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
後続の説明に関しては、同じまたは類似の機能要素は、異なる実施形態において同じ参照番号を含み、したがって、これらの機能要素の説明は、以下に図示される様々な実施形態において互いに相互交換が可能であることが注目されるべきである。
【００２４】
次に、図１〜図４に基づいて、現在の地理的位置と地理的な基準位置との一致またはマッチングを判定するための発明の概念が説明される。
【００２５】
基準位置を得るために、ユーザは、たとえば、教示のフェーズにおいて、後の位置決めに使用するために、無線のフィンガープリントをデータベースの一部として記録する。実際には、教示は、たとえば、ＰＤＡやスマートフォンを用いて行なわれ得る。目標の周辺の地理的マップは、たとえば、ビットマップとしてファイルされる。教示の際には、ユーザは、マップ上に現在位置をマークし、測定値の捕捉を開始する。実際には、より高密度の教示点は、位置決め時の演算量を明らかに増加するが、結果を著しく改善することはほとんどないことが判明した。
【００２６】
しかしながら、手作業でフィンガープリントを収集することは、制限された領域内でのみ実行可能である。都市部や市街地の中心部においては、いわゆるキャリブレーションボックス（calibration box）が、この目的のために採用され得る。これらは、高精度な慣性センサ（たとえば、加速度センサおよび電子コンパス）を併用した、高精密ＧＰＳユニット（いわゆる、ディファレンシャルＧＰＳ）を有する。これらのキャリブレーションボックスは、都市および市街地を通過して移動するときに、手動介入なくフィンガープリントを収集し得る。ディファレンシャルＧＰＳを介した位置決めは、位置判定について、ＧＰＳシステムが故障した場合でも最大２０分間継続するが、高精度慣性センサ技術によって都市環境においても数十センチの平均精度を可能にする。したがって、たとえば、屋根で覆われた道路は、キャリブレーションボックスについては、全く問題を生じない。
【００２７】
図１は、まず、携帯端末の現在位置と基準位置との一致を判定する方法を図示するためのフローチャートである。
【００２８】
図１に概略的に図示された一致を認識する方法は、現在位置における固定配置された無線送信機の無線信号の特性を認識および／また提供する第１のステップＳ１を備え、判定および／または提供された無線信号の特性は、無線送信機を識別する送信機識別を含む。したがって、これは、特に、無線送信機の送信機識別は、ステップＳ１において認識されることを意味する。さらに、本発明の好ましい実施形態においては、無線信号の、受信電界強度、受信パワースペクトラム、信号−ノイズ電力比（ＳＮＲ：Ｓ／Ｎ比）、入射角、伝播時間、偏極または位相場所（phase location）のような、無線信号の電磁的特性が認識される。
【００２９】
第２のステップＳ２においては、無線信号および／またはその無線信号に関連する無線送信機は、基準位置において事前に記録された送信機識別が現在位置において与えられた送信機識別と同一である第１の数Ｎｅｑの無線送信機と、基準位置において事前に記録された送信機識別と現在位置において与えられた送信機識別とが異なる、第２の数Ｎｎｅｑの無線送信機とに分離および／またはフィルタリングされる。すなわち、送信機識別が現在位置においてのみ与えられ、かつ基準位置において事前に記録されていないか、あるいは、送信機識別が基準位置においてのみ事前に記録され、かつ現在位置においては与えられていないか、のいずれかである。実施形態によれば、第２のステップＳ２は、さらに、第２の数Ｎｎｅｑの無線送信機から、現在位置において受信されなかった無線送信機、すなわち基準位置における事前に記録された特性はあるが現在位置において与えられた特性がない無線送信機の数Ｎｎｈを選択するためのサブステップを含む。現在位置において受信されなかった無線送信機の数Ｎｎｈが大きいほど、現在位置が基準位置に、より対応しそうにないことになる。さらに、ステップＳ２は、さらなるサブステップを含み、そのサブステップにおいては、基準位置においては事前に認識された電磁的特性はないが、現在位置において与えられた電磁的特性がある、現在位置において追加で受信された無線送信機の数Ｎｈｔｍが、第２の数Ｎｎｅｑから選択される。現在位置において追加で受信された無線送信機の数Ｎｈｔｍが大きいほど、現在位置が基準位置に、より対応しそうにないことになる。したがって、第２の数Ｎｎｅｑの無線送信機は、現在位置において受信されなかった無線送信機の数Ｎｎｈおよび現在位置において追加で受信された無線送信機の数Ｎｈｔｍから、Ｎｎｅｑ＝（Ｎｎｈ＋Ｎｈｔｍ）によって得られる。
【００３０】
ステップＳ１から与えられた無線信号の特性に基づいて、マッチングの度合および／または現在位置のための距離値ａｃｃが第３のステップＳ３で判定され、第１の数Ｎｅｑの無線送信機の特性および第２の数数Ｎｎｅｑの無線送信機の特性の両方が、マッチングの度合の判定において考慮され、かつ第１の数Ｎｅｑの無線送信機の特性および第２の数Ｎｎｅｑの無線送信機の特性は、マッチングの度合を別々に入力する。実施形態によれば、第１の数Ｎｅｑの無線送信機の特性は、第２の数数Ｎｎｅｑの無線送信機の特性よりもより強く重み付けされ、以下において詳細に取り扱われる。
【００３１】
本発明の実施携帯によれば、無線信号の特性を認識および／または提供するステップＳ１は、たとえば、ＷＬＡＮ利用可能なＰＤＡ、ブルートゥース利用可能なＰＤＡ、または携帯電話のような、携帯端末および／またはクライアントによって実行される。この目的を達成するために、クライアントは固定配置された無線送信機の無線信号の特性を認定および／または提供するための手段を備え、その特性は、一般に、固定配置された無線送信機の識別および、受信電界強度、受信スペクトラムまたは受信Ｓ／Ｎ比のような、電磁的信号特性によって特徴付けられる。識別および／または固定配置された無線送信機の特徴を識別することは、たとえば、ＭＡＣ（media access control）アドレス、基地局識別（base station identification）、またはセル識別（cell identification）であり得る。
【００３２】
固定配置された無線送信機の無線信号の特性は、いわゆる測定パケットＭＰ（ｉ）と結合される。この事実は、図２において例示される。
【００３３】
図２は，ＷＬＡＮネットワークからの、３つの時間的に連続した測定パケットＭＰ（１），ＭＰ（２），ＭＰ（３）、すなわちｉ＝１，２，３を例示したものであり、測定パケットＭＰ（ｉ）は、複数のＭＡＣアドレス２２および関連したＲＳＳＩ値、ＲＳＳＩｋ（ｉ）を含み、インデックスｋは、ｋ番目の無線送信機を示す。これは、クライアントによって受信された、固定配置された無線送信機のＭＡＣアドレスおよびそれらのＲＳＳＩ値は、時間間隔ごとに、測定パケットＭＰ（ｉ）に結合されることを意味する。
【００３４】
図３は、本発明の実施形態に従う、現在位置と基準位置との一致を判定するための装置３０を示す。ここで、固定配置された無線送信機および／または基地局は、現在位置において受信され得る。
【００３５】
この目的を達成するために、装置３０は、現在位置において固定配置された無線送信機の無線信号の特性を提供するための手段３２を備え、提供された無線信号の特性は、無線送信機を識別するＭＡＣアドレスのような送信機識別を含む。この目的を達成するために、手段３２は、電磁的特性のような無線信号の特性を受信するための受信アンテナ３３と結合され得る。実際、前に説明した測定パケットＭＰ（ｉ）は、無線信号の特性によって意味され得る。認定され、および/または提供された測定パケットＭＰ（ｉ）は、無線信号および／またはそれらに関連した無線送信機を、第１の数Ｎｅｑの無線送信機と第２の数Ｎｎｅｑの無線送信機とに分離するための手段３４へ与えられる。ここで、第１の数Ｎｅｑの無線送信機は、考慮された基準位置において事前に記録された送信機識別が、現在位置において判定された送信機識別と一致する無線送信機を含む。第２の数Ｎｎｅｑ＝（Ｎｎｈ＋Ｎｈｔｍ）の無線送信機は、送信機識別が、その位置においてのみ与えられかつ基準位置において事前に記録されなかったか、基準位置においてのみ事前に記録されかつその位置においては与えられないかのいずれかの無線送信機を含む。第１の数Ｎｅｑの無線送信機および第２の数Ｎｎｅｑの無線送信機を判定するために、分離するための手段３４は、複数の基準位置からの無線信号の事前に記録された特性、すなわち基準測定パケットが記憶されたデータベース３５と結合され得る。これは、データベース３５が、たとえば、各々が基準位置と関連した、事前に記録された様々な測定パケットを含むことを意味する。これらの、事前に記録された測定パケットは、その後に、基準測定パケットＲＰとして参照されるべきものである。したがって、手段３４は、無線信号を２つのグループに分離する。第１のグループ３６は、第１の数Ｎｅｑの無線送信機の無線信号の特性を含み、一方、第２のグループ３７，３８は、第２の数Ｎｎｅｑの無線送信機の無線信号の特性を含む。すでに前述したように、第２のグループ３７，３８は、現在位置において受信されなかった無線送信機の無線信号の特性のグループと、その位置において追加で受信された無線送信機からの無線信号の特性３８のグループにさらに再分割され得る。
【００３６】
装置３０は、現在位置に関するマッチングの度合を判定するための手段３９をさらに含み、これは分離するための手段３４およびデータベース３５の両方に結合され得る。手段３９は、無線信号の与えられた特性３６，３７，３８に基づいて、マッチングの度合を判定するように形成され、第１の数Ｎｅｑの無線送信機の無線信号の特性３６および第２の数Ｎｎｅｑの無線送信機の無線信号の特性３７，３８は、マッチングの度合および／または距離値ａｃｃの判定において考慮され、第１の数Ｎｅｑの無線送信機の無線信号の特性３６および第２の数Ｎｎｅｑの無線送信機の無線信号の特性３７，３８は、マッチングの度合を別々に入力、すなわち別々に重み付けされる。
【００３７】
手段３２は、いずれの場所および／またはいずれの位置においても、異なる信号強度のさまざまな基地局および／または無線送信機の信号を、付随の送信機識別とともに提供する。ＷＬＡＮネットワークの場合、このような電子的フィンガープリントは、各ＷＬＡＮ機器および／またはＷＬＡＮ無線送信機についての固有のＭＡＣアドレス、およびそれらに付随する受信信号強度のリストを含み、これによって現在位置を特徴付ける。どこに無線送信機があるかということは重要ではない。
【００３８】
位置決めは、実質的に、２つのステップで構成される。第１は、現在測定された測定パケットと、データベース３５内のフィンガープリントおよび／または基準測定パケットとのマッチングであり、第２は、一方は適切な位置候補の選択であり、同様に他方は、重み付けおよび候補位置の推定位置への結合である。
【００３９】
マッチングのフェーズでは、現在測定された測定パケットＭＰ（ｉ）とデータベース３５内の基準測定パケットＲＰとの偏差が判定される。実際、本発明に従う装置３０の手段３４および３９は、この目的を提供する。
【００４０】
マッチングのフェーズにおいて記憶された様々な基準位置から、現在位置についての可能性のある候補位置を見つけ出すために、手段３９は、現在測定された測定パケットと基準位置において事前に記録された基準測定パケットとの間のマッチングの度合を判定する。マッチングの度合および／または距離値ａｃｃ判定するための手段３９の概略的なブロック回路図が、図４に示される。
【００４１】
すでに前述したように、手段３９は、入力側に、第１の数Ｎｅｑの無線送信機の電磁的特性３６、たとえばＲＳＳＩ値が供給される。さらに、ＲＳＳＩ値のような、第２の数Ｎｎｅｑの無線送信機電磁的特性３７，３８が、手段３９の入力に現れる。ここで、第１の数Ｎｅｑの無線送信機の特性３６は、現在位置において測定された信号特性と、基準位置において事前に記録された信号特性の両方を含む。
【００４２】
実施形態によれば、ブロック４１において、基準位置において事前に記録された信号特性と第１の数Ｎｅｑの無線送信機の現在位置において与えられた電磁的特性との差が形成される。たとえば、基準位置において事前に記録された送信機識別が現在位置において与えられた送信機識別と一致する無線送信機のＲＳＳＩ値の差が形成される。これらのＲＳＳＩ値偏差ΔＲＳＳＩ１からΔＲＳＳＩＮｅｑは、加算ブロック４２へ与えられ、この加算ブロックは、Ｎｅｑ個のＲＳＳＩ値偏差ΔＲＲＳＩｎ（ｎ＝１，…．Ｎｅｑ）を加算して合計値ΣΔＲＳＳＩｎを算出する。Ｎｅｑは、測定パケットおよび基準パケットの両方にある無線送信機の第１の数Ｎｅｑである。関数ΔＲＳＳＩは、２つの信号強度値間の距離を算出する。デシベル（ｄｂ）単位の、測定値のユークリッド距離が、たとえば、距離関数として選択され得る。この接続において、したがって、距離は空間的距離を意味するものではなく、数学的な偏差を意味するものである。ブロック４２による加算に引き続いて、合計値ΣＲＳＳＩｎは、重み因子ＥＱＷを用いて、すなわちＥＱＷ・ΣＲＳＳＩｎとして重み付けされる。ここで、ＥＱＷは０と１との間の重みを定義し、測定値の距離および／または信号強度値ΣΔＲＳＳＩｎの距離が、現在位置における無線送信機と比較して、聞こえすぎる、あるいは、ほとんど聞こえないということに関して、どれくらい強く重要であるかを示している。
【００４３】
もし、この時点でマッチングの度合の演算が停止された場合、現在位置に関してより適した基準位置よりも、実際にはよくマッチングしていない基準位置が、候補として選択される可能性がある。この例として、現在位置と比較して、第１の基準位置についてＮｎｅｑ＝１が得られた場合、すなわち、基準測定パケットと現在の測定パケットの間で、１つだけの無線送信機識別がマッチングしたと仮定する。偶然にもマッチングする測定パケットの対応するＲＳＳＩ値が、たとえば２．５ｄＢ離れていた場合、ΣΔＲＳＳＩ１／Ｎｎｅｑ＝２．５ｄＢが得られる。さらに、現在位置と比較して、第２の基準位置についてＮｎｅｑ＝３の結果を得た場合、すなわち、基準測定パケットと現在の測定パケットの間で、３つの無線送信機識別がマッチングしたと仮定する。対応するＲＳＳＩ値が、たとえば、２ｄＢ，３ｄＢおよび４ｄＢ離れていた場合には、全体でΣΔＲＳＳＩｎ／Ｎｅｑ＝３ｄＢ得られる。結果として、第２の基準点は、第１の基準点よりも悪いと評価され、これは推定誤差を引きおきす。本発明の実施形態は、このような推定誤差を防止および／または少なくとも低減し得る。
【００４４】
参照番号３７は、現在位置において受信されなかったＮｎｈの数の無線送信機、すなわち、基準位置において事前に記録された特性はあるが、その位置で与えれる特性がない無線送信機から、すなわち現在位置において受信され得ない無線送信機からの無線信号の特性を特徴付ける。ブロック４３において、マリュス関数および／またはマリュス値Ｍｎｈ，ｍ（）  （ｍ＝１，…，Ｎｎｈ）が、受信されなかった無線送信機の各々について定義され得る。これは、マリュス値Ｍｎｈ，ｍ（）  （ｍ＝１，…，Ｎｎｈ）が、基準値内にはあるが現在の測定値内にはない各局について定義され得ることを意味する。これは、たとえば、受信されなかった対応する局が、過去に基準位置において、どれくらい信頼性高く受信され得たかということに依存し得る。受信されなかった局の以前の良い受信能力の場合、すなわち、高いＲＳＳＩ値である場合、たとえば、高いマリュス値が結果として得られる。したがって、実施形態によれば、マリュス値Ｍｎｈ，ｍ（）  （ｍ＝１，…，Ｎｎｈ）は、現在位置において受信されなかった局の基準ＲＳＳＩ値に直接的に比例し得る。さらに、マリュス関数Ｍｎｈ，ｍ（）  （ｍ＝１，…，Ｎｎｈ）は、受信されなかった対応する無線送信機のＰＧＳ値と結合され得る。基準データベースにおける小さなＰＧＳ値は、たとえば、対応するマリュス値Ｍｎｈ，ｍ（）  （ｍ＝１，…，Ｎｎｈ）の小さな値のみを導き得る。これは、たとえば、以下の式、Ｍｎｈ，ｍ（ＰＧＳ）＝固定マリュス＋ダイナミックマリュス、によって計算され得る。ここで、ダイナミックマリュス＝固定マリュス＊ＰＧＳ／１００である。したがって、実施形態によれば、受信されなかった無線送信機に関する、マリュス値についての関数Ｍｎｈ，ｍ（）  （ｍ＝１，…，Ｎｎｈ）は、受信電界強度に関連する特性、および、モデルと同様に、たとえば環境や測定値の品質などの基準点において事前に記録された特性に依存する。現在位置において受信されなかった無線送信機についてのＭｎｈ個のマリュス値Ｍｎｈ，ｍ（）  （ｍ＝１，…，Ｎｎｈ）は、ブロック４４に引き渡されて、受信されなかった無線送信機のＭｎｈ個のマリュス値の第１の合計値ΣＭｎｈ，ｍ（）を決定する。
【００４５】
現在位置において追加で受信されたＮｈｔｍ個の無線送信機からの無線信号の特性は、参照番号３８で与えられる。それによって意味されることは、基準位置において事前に記録された電磁的特性はないが、現在位置において与えられた電磁的特性はあるような無線送信機である。ブロック４５においては、マリュス関数Ｍｈｔｍ，ｒ（）  （ｒ＝１，…，Ｎｈｔｍ）および／またはマリュス値は、現在位置において追加で受信された無線送信機の各々に関連付けられ得る。これは、基準位置においては見つけられなかったが、現在の測定値内に含まれる無線送信機について、マリュス値Ｍｈｔｍ，ｒ（）  （ｒ＝１，…，Ｎｈｔｍ）が定義され得ることを意味する。ここで、マリュス値Ｍｈｔｍ，ｒ（）  （ｒ＝１，…，Ｎｈｔｍ）についての関数は、モデルと同様に、たとえば環境、測定値の品質、基準データの時代などの、無線送信機の現在のＲＳＳＩ測定値にも依存する。本発明の一実施形態によれば、これは、判定するための手段３９は、マリュス値Ｍｈｔｍ，ｒ（）  （ｒ＝１，…，Ｎｈｔｍ）が現在の位置において追加で受信された無線送信機と関連するように形成され、無線信号の受信電界強度に関連した特性、たとえばＲＳＳＩ値に依存することを意味する。したがって、実施形態によれば、マリュス値Ｍｈｔｍ，ｒ（）  （ｒ＝１，…，Ｎｈｔｍ）は、現在位置において追加で受信された局の基準ＲＳＳＩ値に直接的に比例する。さらに、マリュス関数Ｍｈｔｍ，ｒ（）  （ｒ＝１，…，Ｎｈｔｍ）は、追加で受信された対応する無線送信機のＰＧＳ値に結合され得る。たとえば、基準データベース内のより小さいＰＧＳ値は、対応するマリュス関数Ｍｈｔｍ，ｒ（）  （ｒ＝１，…，Ｎｈｔｍ）のより小さい値を導き得る。
【００４６】
追加で受信された無線送信機のＮｈｔｍ個のマリュス値は、加算ブロック４６に引き渡されて、Ｎｈｔｍ個のマリュス値を加算して第２の合計値ΣＭｈｔｍ，ｒ（）とする。
【００４７】
実施形態によれば、受信されなかった無線送信機のマリュス値の第１の合計値ΣＭｎｈ，ｍ（）、および追加で受信された無線送信機の第２の合計値ΣＭｈｔｍ，ｒ（）は、加算され、かつ重み因子（１−ＥＱＷ）で重み付けられる。すなわち、（１−ＥＱＷ）・（ΣＭｈｔｍ，ｒ（）＋ΣＭｎｈ，ｍ（））である。
【００４８】
最後に、実施形態によれば、基準位置において事前に記録された電磁的特性および第１の数Ｎｅｑの無線送信機のその位置において与えられた電磁的特性の間の差の、重み付けされた合計値ＥＱＷ・ΣΔＲＳＳＩｎと、マリュス値の重み付けされた合計値（１−ＥＱＷ）・（ΣＭｈｔｍ，ｒ（）＋ΣＭｎｈ，ｍ（））は、（Ｎｅｑ＋Ｍｎｈ＋Ｎｈｔｍ）で正規化されて、現在位置と考慮された基準位置との間の距離値ａｃｃが得られる。距離値ａｃｃは、たとえば、
【００４９】
【数１】
2010540916.tif 000004
【００５０】
に従って計算される。
距離値ａｃｃが式（１）に従って定められる場合、現在位置と考慮された基準位置との間の一致がより大きいほど、距離値ａｃｃはより小さくなる。これは、一致がより大きいほど、差の合計値ΣＲＳＳＩｎがより小さくなり、かつマリュス値の合計値ΣＭｎｈ，ｍ（），ΣＮｈｔｍ，ｒ（）がより小さくなることを意味する。実施形態によれば、距離値ａｃｃは、マッチングの度合に対応する。
【００５１】
他の実施形態によれば、マッチングの度合は、距離値ａｃｃの逆数とすることもでき、または、ａｃｃが１より大きくなることがない場合には、（１−ａｃｃ）によって計算することもできる。これは、距離ａｃｃがより小さいほど、マッチングの度合がより大きくなることを意味する。もちろん、他の計算法則もまた同様に可能であり、第１の数Ｎｅｑの無線送信機の特性および第２の数Ｎｎｅｑ＝（Ｎｎｈ＋Ｎｈｔｍ）の無線送信機の特性は、マッチングの度合を別々に入力する。
【００５２】
本発明の実施形態においては、したがって、追加で受信されたまたは受信されなかった局の各々は、距離ａｃｃを増加する。フィンガープリントおよび現在の測定値における異なる局の処理は、精度に影響を与える。すなわち、記憶された基準フィンガープリントでは見つからないが、現在の測定において現れた局は、このフィンガープリントは適していないという事実に関する強力な指標を与える。
【００５３】
広い領域においては、式（１）に従った、記憶された全ての基準フィンガープリントについての距離計算は、多くの時間がかかり得る。したがって、基準フィンガープリントの事前選択が有利である。端末の最終計算位置は、すでに現在位置の目安を与え得る。周囲のデジタルマップは、さらに候補の数を制限し得る。しかしながら、このような領域制限は危険ももたらす。推定された位置が見当違いである場合は、位置決めはもはや回復できず、その「最も悪い」位置で立ち往生してしまう。すなわち、それは、常に、候補位置の絶対的品質を検査する問題でもある。たとえば、非常に弱いＲＳＳＩ値のために、最良の候補の絶対的品質が悪すぎる場合、マッチングは領域制限を用いないで再スタートされるべきである。マッチングフェーズの終わりにおいて、複数の可能性のある場所および／または候補位置が、現在位置について決定され得た推定から得られる。
【００５４】
マッチングフェーズにおいて決定された最良の位置候補は、本発明に従う装置３０を含むナビゲーション装置における、いわゆる位置計算フェーズのために採用される。この目的を達成するために、本発明に従うナビゲーション装置は、装置３０によって通信されたマッチングの度合および／または距離ａｃｃに基づいて、現在位置についての推定を出力するための手段をさらに含む。
【００５５】
その位置についての推定を出力するための手段は、マッチングの度合および／または距離ａｃｃについてのデフォルトの制限値より高くないかまたは低い候補位置から、携帯端末の位置および／または位置の推定を計算する。ここで、個々の位置はあまり考慮されないが、むしろ全体の動きの状況において配置される。その結果は、端末の現在位置についての推定を表わしている。
【００５６】
簡単な実現例は、たとえば、候補位置の加重平均値の計算である。値は、候補位置のマッチングの度合、たとえば、マッチングの度合の逆数に依存し、ここでは、平均化において候補位置の重みが形成される。この、いわゆるｋ−加重再近隣法（k-weighted nearest neighbor method）は、実に妥当な結果を与える。平均位置決め誤差は、数メートルである。
【００５７】
しかしながら、現在位置についての推定は、より複雑な方法、たとえば、ベイズ法やマルコフ連鎖のような確率計算によっても決定され得る。ここで、全体の経路をその後に考慮し、かつ最適化することによって、個々の位置推定における誤差を補償することが基本的な考え方である。最も可能性のある経路の計算は、周囲のマップのような追加のデータをさらに含み得る。カルマンフィルタのような動作推定フィルタもまた採用され得る。このようなフィルタは、最終位置に基づいて、動作方向、速度および加速度を推定し、将来の予測を確立する。予測と推定位置との間のマッチングは、信じ難い動きやジャンプを認識し、かつ修正し得る。
【００５８】
マッチングおよび位置計算フェーズにおいて、周囲のデジタルマップは、重要な追加の情報を与え得る。可能性のある経路を見ることができる周囲のデジタルマップは、不可能な動きを認識すること、および不可能な動きを可能な経路へ修正することに役立つ。それによって、位置決め精度は著しく増加し得る。デジタルマップは、アクセスできない領域（ネガティブマップ）のみを含む、可能性のある経路（アクティブマップ）により構成されるか、あるいは、床、壁またはドアのような構造的な状態（リアルマップ）を表わすかのいずれかであり得る。車両ナビゲーションの分野においては、ポジティブマップを採用することが慣例である。これらは、道路および経路だけでなく重要なメタデータ（たとえば、一方通行道路の運転方向や速度制限）も含む。ポジティブマップは、アクセス可能な道路および経路が土地のほんの一部を占めるだけなので、ここでは意味がある。
【００５９】
しかしながら、建物やホールの中、または、工場の敷地内では、経路はちょっとした障害物によって制限されるのみである。ここでは、ネガティブマップまたはリアルマップが、明らかなものである。車両ナビゲーションに関するポジティブマップは、（ＧＤＦ、ＳＩＦまたはＡｒｃＶｉｅｗのような）いくつかの標準フォーマットで、商業的に利用可能であるが、建物の中および周囲のマップについては、今のところ、標準は開発されていない。従前のＷＬＡＮ位置決め法は、ユーザに対して、適切なフォーマットでの周囲のマップを確立することを残し、専用ツールとして支援を提供する。基本情報は、ビットマップまたはＣＡＤ図から、しばしば取得され得る。したがって、通りや公共の建物に加えて建物の詳細をも含む、町あるいは都市および全国的なナビゲーションに適した３Ｄ（３次元）マップの開発は、マップフォーマットの標準化に向けての重要なステップである。
【００６０】
要約すると、状況に依存するが、本発明の概念は、ソフトウェアにおいても実現されることが指摘される。実行例は、対応する方法が実行可能なようなプログラム可能なコンピュータシステムおよび／またはマイクロコントローラと協同できる電子的な読取可能な制御信号を有するデジタル記憶媒体、具体的には、フロッピディスク、ＣＤまたはＤＶＤであり得る。したがって、一般的に、本発明は、コンピュータおよび／またはマイクロコントローラ上で実行されたときに、本発明の方法を実行するための機械で読み取り可能なキャリア上に記憶されたプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品でもある。したがって、言い換えれば、本発明は、コンピュータおよび／またはマイクロコントローラ上で実行されたときに、その方法を実行するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムとして実現され得る。
【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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【国際調査報告】
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