(57)【要約】【課題】  無線通信システムの端末位置を検出する位置検出システムで、端末周辺の複数基地局と端末間の信号到達時間を三角測量の原理によって求める位置検出方法において、位置検出時間の短縮化を図る。【解決手段】  本発明は、端末周辺の複数基地局と端末間で送信される信号の受信電力情報と端末の位置情報とを対応させたデータベースを作成し、位置検出の際に得られる受信電力情報からデータベース検索によって位置情報を求める手段と、信号到達時間を利用して位置を求める手段を並列に処理することにより、早く位置情報が求められた手段の結果を使用することによって位置検出時間の短縮化を実現する。また、受信電力情報をもちいて、信号到達時間を利用して位置を計算する際に解の探索範囲を絞るまた、信号到達時間差を利用した位置検出で求めた位置情報と受信電力情報の対応をデータベースに記録することで、自動的にデータベースの作成・更新がなされる。【選択図】  図６
2005123662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端装置末と、該端末装置と無線通信を行える複数の基地局と、該複数の基地局とネットワークを介して接続されるサーバ装置とを有する端末位置検出システムにおける位置検出方法であって、
上記サーバ装置は、第１または第２の位置検出処理の少なくともいずれかにより上記端末装置の位置を検出し、
上記第１の位置検出処理は、上記複数の基地局のうちの１の基地局と上記端末装置との間で送受信される信号を該１の基地局以外の複数の他の基地局で受信し、該受信信号の該複数の他の基地局のそれぞれにおける受信タイミング情報を上記サーバ装置において収集し、上記複数の受信タイミングと該複数の他の基地局の位置情報とを用いて該端末装置の位置を計算する処理であって、
上記第２の位置検出処理は、上記端末装置と上記複数の他の基地局との間で送受信される信号を受信した受信信号の受信電力についての測定情報を上記サーバ装置において収集し、上記複数の受信電力についての測定情報を用いて上記サーバ装置に予め蓄積される受信電力測定情報データベースを検索して上記端末装置の位置を決定する処理であって、上記受信電力測定情報データベースは、位置情報と該位置情報が示す位置に対応する上記複数の他の基地局での受信電力測定情報とを対応させて記憶するデータベースであり、上記測定情報は、該受信信号の受信電力または受信タイミングであって、
上記サーバ装置は、上記受信電力データベースに蓄積された情報に基づいて、上記第２の位置検出処理を行うか否かを判断することを特徴とする位置検出方法。
【請求項２】
請求項１記載の位置検出方法であって、上記サーバ装置は、上記第１の位置検出処理と、上記第２の位置検出処理とを並列して行い、いずれかより早く終了した方の位置検出処理の結果により決定される上記端末装置の位置情報を出力することを特徴とする位置検出方法。
【請求項３】
請求項１記載の位置検出方法であって、上記受信電力測定情報データベースに蓄積される情報は、上記第１の位置検出処理によって上記端末装置の位置を決定し、該決定された位置に該端末装置があるときの上記受信信号電力の測定情報を該サーバ装置において収集し、上記決定された位置と該測定情報受信電力とを対応させて記憶することによって蓄積されることを特徴とする位置検出方法。
【請求項４】
請求項１記載の位置検出方法であって、上記サーバ装置は、上記第２の位置検出処理を行って位置範囲を決定し、該位置範囲内の複数の位置について位置検出誤差を評価し、誤差が最も小さい位置を上記端末装置の位置とすることを特徴とする位置検出方法。
【請求項５】
請求項１記載の位置検出方法であって、上記受信電力についての情報は、上記複数の基地局から送信される信号を上記端末装置で受信して測定される受信電力についての情報であることを特徴とする位置検出方法。
【請求項６】
請求項１記載の位置検出方法であって、上記受信電力についての情報は、上記端末装置から送信される信号を上記複数の基地局で受信して測定される受信電力についての情報であることを特徴とする位置検出方法。
【請求項７】
請求項１記載の位置検出方法であって、上記サーバ装置は、上記第１および第２の位置検出処理のいずれかを実行することを決定し、実行すると決定された位置検出処理に必要な情報を上記複数の基地局に要求することを特徴とする位置検出方法。
【請求項８】
無線通信システムで端末装置の位置を検出する端末位置検出システムであって、
端装置末と、該端末装置と無線通信を行える複数の基地局と、該複数の基地局とネットワークを介して接続されるサーバ装置とを有し、
上記サーバ装置は、位置検出処理部と、受信電力測定情報データベースを含む記憶装置とを有し、
上記位置検出処理部は、第１または第２の位置検出処理の少なくともいずれかにより上記端末装置の位置を検出し、
上記第１の位置検出処理は、上記複数の基地局のうちの１の基地局と上記端末装置との間で送受信される信号を該１の基地局以外の複数の他の基地局で受信した受信信号の該複数の他の基地局のそれぞれにおける受信タイミング情報を収集し、上記複数の受信タイミングと該複数の他の基地局の位置情報とを用いて該端末装置の位置を計算する処理であって、
上記第２の位置検出処理は、上記端末装置と上記複数の他の基地局との間で送受信される信号を受信した受信信号の受信電力についての測定情報を収集し、上記複数の受信電力についての測定情報を用いて上記記憶装置に予め記憶された受信電力測定情報データベースを検索して上記端末装置の位置を決定する処理であって、
上記測定情報受信電力データベースは、位置情報と該位置情報が示す位置に対応する上記複数の他の基地局での受信電力測定情報とを対応させて記憶するデータベースであり、上記測定情報は、該受信信号の受信電力または受信タイミングであって、
上記位置検出処理部は、上記受信電力測定情報データベースに蓄積された情報に基づいて、上記第２の位置検出処理を行うか否かを判断することを特徴とする端末位置検出システム。
【請求項９】
請求項８記載の端末位置検出システムであって、上記サーバ装置の上記位置検出処理部は、上記第１の位置検出処理と、上記第２の位置検出処理とを並列して行い、いずれかより早く終了した方の位置検出処理の結果により決定される上記端末装置の位置情報を出力することを特徴とする端末位置検出システム。
【請求項１０】
請求項８記載の端末位置検出システムであって、
上記受信電力測定情報データベースに蓄積される情報は、上記第１の位置検出処理によって上記端末装置の位置を決定し、該決定された位置に該端末装置があるときの上記受信電力の測定情報を該サーバ装置において収集し、上記決定された位置と該測定情報受信電力とを対応させて記憶することによって蓄積されることを特徴とする端末位置検出システム。
【請求項１１】
請求項８記載の端末位置検出システムであって、上記位置検出処理部は、上記第２の位置検出処理を行って位置範囲を決定し、該位置範囲内の複数の位置について位置検出誤差を評価し、誤差が最も小さい位置を上記端末装置の位置とすることを特徴とする端末位置検出システム。
【請求項１２】
請求項８記載の端末位置検出システムであって、上記受信電力についての情報は、上記複数の基地局から送信される信号を上記端末装置で受信して測定される受信電力についての情報であることを特徴とする端末位置検出システム。
【請求項１３】
請求項８記載の端末位置検出システムであって、上記受信電力についての情報は、上記端末装置から送信される信号を上記複数の基地局で受信して測定される受信電力についての情報であることを特徴とする端末位置検出システム。
【請求項１４】
端装置末と、該端末装置と無線通信を行える複数の基地局と、該複数の基地局とネットワークを介して接続されるサーバ装置とを有する端末位置検出システムのサーバ装置であって、
位置検出処理部と、測定情報データベースを含む記憶装置とを有し、
上記位置検出処理部は、第１または第２の位置検出処理の少なくともいずれかにより上記端末装置の位置を検出し、
上記第１の位置検出処理は、上記複数の基地局のうちの１の基地局と上記端末装置との間で送受信される信号を該１の基地局以外の複数の他の基地局で受信した受信信号の該複数の他の基地局のそれぞれにおける受信タイミング情報を上記複数の他の基地局から収集し、上記複数の受信タイミングと該複数の他の基地局の位置情報とを用いて該端末装置の位置を計算する処理であって、
上記第２の位置検出処理は、上記端末装置と上記複数の他の基地局との間で送受信される信号を受信した受信信号の測定情報を上記複数の他の基地局から収集し、上記複数の測定情報を用いて上記記憶装置に予め記憶された測定情報データベースを検索して上記端末装置の位置を決定する処理であって、
上記測定情報データベースは、位置情報と該位置情報が示す位置に対応する上記複数の他の基地局での測定情報とを対応させて記憶するデータベースであり、上記測定情報は、該受信信号の受信電力または受信タイミングであって、
上記位置検出処理部は、上記測定情報データベースに蓄積された情報に基づいて、上記第２の位置検出処理を行うか否かを判断することを特徴とするサーバ装置。
【請求項１５】
請求項１４記載のサーバ装置であって、上記位置検出処理部は、上記第１の位置検出処理と、上記第２の位置検出処理とを並列して行い、いずれかより早く終了した方の位置検出処理の結果により決定される上記端末装置の位置情報を出力することを特徴とするサーバ装置。
【請求項１６】
請求項１４記載のサーバ装置であって、上記測定情報データベースに蓄積される情報は、上記第１の位置検出処理によって上記端末装置の位置を決定し、該決定された位置に該端末装置があるときの上記測定情報を該複数の基地局から収集し、上記決定された位置と該測定情報とを対応させて記憶することによって蓄積されることを特徴とする端末位置検出システム。
【請求項１７】
請求項１４記載のサーバ装置であって、上記位置検出処理部は、上記第２の位置検出処理を行って位置範囲を決定し、該位置範囲内の複数の位置について位置検出誤差を評価し、誤差が最も小さい位置を上記端末装置の位置とすることを特徴とするサーバ装置。
【請求項１８】
請求項１４記載のサーバ装置であって、上記受信電力についての情報は、上記複数の基地局から送信される信号を上記端末装置で受信して測定される受信電力についての情報であることを特徴とするサーバ装置。
【請求項１９】
請求項１４記載のサーバ装置であって、上記受信電力についての情報は、上記端末装置から送信される信号を上記複数の基地局で受信して測定される受信電力についての情報であることを特徴とするサーバ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動端末または固定端末の位置検出を実現する無線通信システムおよびその位置検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話などに代表される移動通信システムでは、GPS（Global Positioning System）システムを利用した位置検出がよく知られている。複数のGPS衛星からの電波をGPS受信機によって受信し、各GPS衛星からの距離を求め、三角測量の原理によって端末の受信位置を算出するものである。また、位置が既知である固定GPS受信機でGPS衛星からの電波を受信し、検出した位置と予めわかっている位置とを比較することで測定誤差を測り、近くにいるGPS受信者の誤差を取り除くDGPS（ディファレンシャルGPS）を使用する方法が知られている。
【０００３】
GPSあるいはDGPSを使用する位置検出方法は、少なくともGPS衛星からの電波を受信できることが前提であるため、GPS信号が受信できない場所では、端末の位置検出をすることができない。
【０００４】
GPSあるいはDGPSを利用しない位置検出方法が掲載された文献としては、特開平０９−２４７７３７号公報（特許文献３）がある。この文献では、移動通信システムの複数基地局からの受信した信号の電界を測定し、基地局と端末間の距離を推定し推定距離を用いて三角測量する方法のほか、端末が通信中の基地局の位置を特定することで端末の位置を検出する方法について開示している。
【０００５】
受信電界を使う位置検出方法では、マルチパスフェージングやシャドウイングなど、レベル変動の影響を受けやすく誤差が大きいため、位置検出精度が劣化してしまう。
【０００６】
測定精度を向上する従来の技術としては、例えば特公平６−９３６５０号公報（特許文献１）があげられる。特公平６−９３６５０号公報（特許文献１）では、受信電界強度レベルの電界強度地図をあらかじめ用意しておき、複数の基地局からの電界強度地図から端末の位置を特定する。この方法は、電界強度地図の作成が困難であり、また周辺のレイアウトが変更された場合に再度地図を作る必要がある。
【０００７】
他に測定精度を向上する従来の技術としては、例えば、特開２０００−２４４９６７号公報（特許文献２）がある。特開２０００−２４４９６７号公報では、受信電界強度から推定された距離には誤差が大きいことから、通信している基地局と端末間の往復伝搬時間により推定される距離の誤差が小さいことを利用して測定精度を向上する。また、受信電界強度から推定する距離の精度を高めるために、GPSシステムを利用して求めた正確な位置情報をもとに電波伝搬のパラメータを修正する。
【０００８】
他に測定精度を向上する従来の技術としては、電子情報通信学会2003年3月総合大会講演論文集B-5-203、荻野他、“無線LAN統合アクセスシステム(１)”（非特許文献１）およびB-5-204、恒原他、“無線LAN統合アクセスシステム(２)”（非特許文献２）があげられる。無線LAN（LAN：Local Area Network）システムを用いて、端末から各基地局までの伝搬時間差（TDOA：Time Difference Of Arrival）を測定し、三角測量の原理を用いて端末位置を測定する。前記、特開２０００−２４４９６７号公報では、受信強度から距離を推定する誤差より、伝搬時間差から距離を推定する誤差の方が少ないと記述している。前記、特開２０００−２４４９６７号公報では、通信中の基地局と端末間の距離のみ伝搬時間を用いているが、無線LANシステムを用いたTDOAによる位置検出方法では、周辺の基地局すべてに対して伝搬時間差を計測するので位置検出精度が向上する。
【０００９】
しかし、前記、無線LANシステムを用いた位置検出方法では、１回の測定を行なう毎に、非同期なクロックで動作する基地局間の時間差をあわせ、かつすべての基地局と端末間の伝搬時間差を計算し、三角測量の原理に従って解を求めるため、計算処理量が多く位置検出するまで長く時間がかかるという問題があげられる。
【００１０】
【特許文献１】特公平６−９３６５０号公報
【００１１】
【特許文献２】特開２０００−２４４９６７号公報
【特許文献３】特開平０９−２４７７３７号公報
【非特許文献１】荻野他、“無線LAN統合アクセスシステム(１)”、総合大会講演論文集、電子情報通信学会2003年3月、B-5-203,
【非特許文献２】恒原他、“無線LAN統合アクセスシステム(２)”、総合大会講演論文集、電子情報通信学会2003年3月、B-5-204,
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、無線通信システムにおいて、位置検出精度を保ちつつ位置検出時間を短縮することができる無線システム、そのシステムを構成するサーバ、基地局および端末、並びに、そのシステムにおける端末の位置検出方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の問題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる無線通信システムにあっては、複数の基地局からの受信電力を測定する手段と、通信中の基地局から送信された信号に対して応答する手段を持つ少なくとも一つの端末と、前記基地局から送信された信号と端末からの応答信号から信号到達時間の情報を収集する手段を持つ基地局と、前記端末で測定した受信電力の情報と、前記基地局で収集した信号到達時間情報を要素とするデータベースと、前記データベースの情報を活用して、受信電力情報からデータベース検索によって位置情報を求める手段と、信号到達時間情報から三角測量の原理によって位置情報を求める手段とを有するサーバによって構成されるシステムであって、データベース検索によって位置情報を求める手段と三角測量の原理で位置情報を求める手段を並列に処理することによって、位置検出時間を短縮することを特徴とする位置検出方法を提供する。
【００１４】
この発明によれば、信号到達時間情報から三角測量の原理によって位置情報を求める際に、受信電力情報を活用することによって、位置情報を計算する範囲を絞ることが可能となり、計算時間を短縮することができる。
【００１５】
また、前記複数の基地局は、端末から通信中の基地局に対する応答信号の受信電力を測定する手段を持ち、前記サーバのデータベースの要素として複数基地局で収集した受信電力情報を用いることによって、受信電力情報からデータベース検索によって位置情報を求める手段と、信号到達時間情報から三角測量の原理によって位置情報を求める手段を並列に処理することによって位置検出時間を短縮することができる。
【００１６】
この発明によれば、端末に複数の基地局からの受信電力情報を収集する手段が不要となるため、端末に求められる機能が少なくなり構成が簡単になる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、端末周辺の複数基地局と端末間の信号到達時間差を利用した位置検出方法と、端末周辺にある複数の基地局が定期的に送信しているビーコンの端末における受信電力情報、または端末が送信した信号を端末周辺の基地局が受信した受信電力情報を利用した位置検出方法を並列に処理することにより、早く求まった位置検出結果を利用することにより、位置検出時間の短縮を図ることができる。
【００１８】
また、前記の信号到達時間差を利用した位置検出方法において、位置を計算する際に、受信電力情報のデータベースを活用することにより、おおよその位置が求まるため、解の探索範囲が絞られるため、位置計算の計算処理量を低減し、信号到達時間差を利用した位置検出時間の短縮化も図ることができる。
【００１９】
また、信号到達時間差を利用した位置検出で求めた地点情報と受信電力情報の対応をとることにより、データベースの自動作成を可能とし、基地局を設置する前に事前に受信電力の地図をマニュアルで作成する手間が省ける。かつ、周辺のレイアウトに変化が生じても、データベースが更新されるため、自動的に受信電力の地図が修正されることになる。
【００２０】
また、端末が送信した信号を端末周辺の基地局が受信した受信電力情報を利用した位置検出方法を用いる実施例では、ICMPプロトコルが端末に標準実装されている場合は、特別な機能の追加が不要となり、一般的な汎用端末の位置検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００２２】
図１に、本発明にかかる無線通信システムの構成、および端末の位置検出を行なうためのシステム構成図を示す。
【００２３】
複数の基地局１０２ａ・１０２ｂ・１０２ｃと、基地局１０２ａ・１０２ｂ・１０２ｃの受信可能範囲内にある１０３と、端末１０３の位置を計算するために必要な情報を収集したデータベース１０４を記憶装置に記憶して持つサーバ１０１とから構成される無線通信システムである。  なお、サーバ１０１のデータベースと位置を計算する機能を端末１０３または基地局１０２ａ・１０２ｂ・１０２ｃのいずれかに持つシステム構成もあり、必ずしもサーバ１０１を必要とするものではない。
【００２４】
本発明にかかる無線通信システムでは、後に述べる受信電力を利用した位置検出方法と信号到達時間差を利用した位置検出方法を併用することにより、位置検出時間の短縮化およびデータベース１０４を自動生成することにより設備設置時の工数削減を可能とすることを特徴とする。
【００２５】
図２に、受信電力を利用した位置検出方法の原理説明図を示す。複数の基地局１０２ａ・１０２ｂ・１０２ｃ・１０２ｄが定期的に送信しているビーコン信号を各地点で受信した受信電力値をデータベースに記録することによって、既知である各地点の座標値と受信電力の対応関係を記録する。図２の例では、データベース１０４に受信電力の一定時間の平均値を示しているが、受信電力の変動を表す分散値などをあわせて記録してもよい。
【００２６】
位置を検出する際は、作成したデータベース１０４の情報と、端末が測定した受信電力平均値・分散値の相関関係を調べ、最も相関が高いと思われる地点の座標値を位置情報として求める。相関関係の求め方の例として、対応するデータの差分の二乗和を最小とする最小二乗誤差法があげられる。
【００２７】
図３に受信電力を利用した位置検出方法の制御フロー図を示す。
上記に述べた受信電力を利用した位置検出方法では、データベース１０４の情報を作成するフェーズと活用するフェーズに分けられる。
【００２８】
データベース１０４を作成するフェーズでは、端末が複数の基地局から定期的に送信されているビーコン信号を受信し、各々のビーコン信号に対する受信電力の平均値と分散値を求め、求めたデータを受信電力情報としてサーバに通知して、データベースに登録する。また、端末がどの地点にいるかを表す地点情報も一緒にサーバに通知することで、地点情報と受信電力情報の対応をとることができる。
【００２９】
上記に述べた従来の技術では、端末の地点情報を取得するために、位置検出サービスを開始する前に各地点ごとにデータを取得してはデータベースに登録する必要があった。本発明では、後述の信号到達時間差を利用した位置検出方法で求めた地点情報を活用することによって、地点情報と受信電力情報の対応関係を自動生成することができる。
【００３０】
データベース１０４を活用するフェーズでは、端末は複数の基地局から定期的に送信されているビーコン信号を受信し、各々のビーコン信号に対する受信電力の平均値と分散値を求め、この受信電力情報と位置要求をあわせてサーバに通知する。サーバでは、データベース１０４を検索して、端末から送られてきた受信電力情報と相関の高い地点を求める。求められた地点の座標値を位置情報として決定する。決定された位置情報は、例えば端末に通知される。
【００３１】
図４に、信号到達時間差を利用した位置検出方法の原理説明図を示す。端末１０３は、基地局１０２ａから送信された測位信号を受信すると測位信号応答を基地局１０２ａに返す。仮に、基地局１０２ａと基地局１０２ｂが同期した時計で端末１０３からの測位信号応答の到達時間を計測できたとすると、端末１０３から基地局１０２ｂまでの到達時間T2と端末１０３から基地局１０２ｃまでの到達時間T3の到達時間差T3‐T2を求めることができる。端末１０３から基地局１０２ｂまでの距離をD2、基地局１０２ｃまでの距離をD3とすると、次式（１）が成立する。
【００３２】
【数１】
2005123662.tif 000003
【００３３】
基地局１０２ｃ・１０２ｄに対しても同様に考えて、次式（２）が成立する。
【００３４】
【数２】
2005123662.tif 000004
【００３５】
端末の座標を（X，Y，Z）とし、基地局iの座標を（Xi，Yi，Zi）とすると、基地局iと端末の距離Diは、次式（３）で求められる。
【００３６】
【数３】
2005123662.tif 000005
【００３７】
よって、式（１）（２）に対して（３）式を代入することによって、連立方程式を解くことによって端末の座標（X，Y，Z）を求める。
【００３８】
このとき、端末から基地局iへの測位信号応答の到達時間Tiには誤差が含まれるため、最小二乗誤差法や最急勾配法などにより誤差を最小とする座標の解を求める。また、各基地局における測定の基準となるそれぞれの時計が非同期な場合、例えば到達時間差T3‐T2に非同期な誤差が含まれる。
【００３９】
基地局iの時計fi(t)を絶対時刻tと誤差Oiの和としてfi(t)= t + Oiとし、絶対時刻t0に送信した信号が絶対時刻tiに到達したとき、到達時間差Tiは、次式（４）で表すことができる。
【００４０】
【数４】
2005123662.tif 000006
【００４１】
よって到達時間差 は、次式（５）で表すことができる。
【００４２】
【数５】
2005123662.tif 000007
【００４３】
この誤差を解消するために、基地局１０２ａからの測位信号を基地局１０２ｂ・１０２ｃで受信して到達時間Tab、Tacを測定すると、到達時間差Tab‐Tacは、次式（６）で与えられる。
【００４４】
【数６】
2005123662.tif 000008
【００４５】
基地局１０２ａから基地局１０２ｂへの距離をDabとし、基地局１０２ａから基地局１０２ｃへの距離をDacとすると、次式（７）が成り立つ。
【００４６】
【数７】
2005123662.tif 000009
【００４７】
各基地局の座標値は既値であるため、式（５）（６）（７）から誤差成分を削除して絶対時刻の時間差t3‐t2を求めることができる。
到達時間差T3‐T2 の測定値の代わりに絶対時刻時間差t3‐t2を用いて、上記の連立方程式（１）（２）（３）を解くことにより端末の座標位置を求めることができる。
【００４８】
図５に、信号到達時間差を利用した位置検出方法の制御フロー図を示す。以下の説明において、端末とサーバ装置は基地局１（基準基地局と呼ぶ）を介して通信を行い、基地局２−４（測定基地局と呼ぶ）において、端末と基準基地局間で送受信される信号を受信して受信タイミングを測定することとする。端末からの位置要求をサーバが受け取ると、サーバは端末が通信している基地局（基準基地局）の周波数チャネルの情報を含む測位準備要求の制御信号を端末周辺の基地局（測定基地局）に対して送信する。
【００４９】
各測定基地局は、測位準備要求を受信すると、測位準備要求に記載された周波数チャネルに切替えて、測位信号と測位信号応答を受信できる状態になったら測位準備完了をサーバに通知する。
【００５０】
サーバは、対象となる全ての測定基地局から測位準備完了を受け取ると、測位信号を端末に対して送信する。端末は、測位信号を受信すると、サーバに対して測位信号応答を返信する。端末周辺の測定基地局は、測位信号と測位信号応答信号を受信したら、受信時刻と受信信号を信号到達時間情報としてサーバに通知する。
【００５１】
サーバでは、上記に述べた式（１）から（７）の連立方程式を解くことによって端末位置を計算する。求まった座標を位置情報通知として端末に通知する。
【００５２】
図６に、本発明の実施形態における位置検出方法の制御フロー図を示す。端末から位置要求がサーバに対して送られると、サーバの位置計算スレッドは、上記に述べた信号到達時間差を利用した位置検出を行なう。この位置計算に時間がかかるため、その間に端末から位置要求のリクエストを受けた場合は、サーバのデータベース検索スレッドによって上記に述べた受信電力を利用した位置検出を行ない、端末に位置検出結果を通知する。信号到達時間差を利用した位置検出と並列に、受信電力を利用した位置検出を行なうことで、端末に位置検出結果を早く通知することができる。
【００５３】
また、位置検出スレッドが求めた端末の位置情報と受信電力情報を対応させ、データベースを新規作成または更新し、以降の受信電力を利用した位置検出のデータベースとして活用する。
【００５４】
なお、基地局を設置した初期に、データベースの情報がない場合には、地点毎に受信電力の測定データを収集して手動でデータベースに登録するシステムとしてもよいし、受信電力による位置検出に十分なデータベースが蓄積されるまではデータベース検索スレッドを使わずに位置検出を行い、位置計算スレッドによる位置計算結果でデータベースを自動生成するシステムとしてもよい。後者の場合には、十分なデータベースが構築されるまで、端末からの位置要求がない場合にもサーバ装置の判断により適切な端末に測位信号を送信して位置検出を行い、データベースを蓄積するようにしてもよい。ここで、適切な端末とは、データ通信を行っていない端末や、通信する基地局の変化が少なく位置の変動が少ないと想定される端末などであって、位置検出とあわせて受信電力測定が行われ、測定結果がサーバに通知される。
【００５５】
図７に、本発明の別の実施形態における位置検出方法の制御フロー図を示す。端末から位置要求がサーバに対して送られると、信号到達時間差を利用した位置検出を行なうと同時に、受信電力を測定するために、サーバから端末に対して電力測定信号を送信する。端末は、電力測定信号を受け取ると電力測定信号応答をサーバに返信する。
【００５６】
端末の周辺の基地局は、端末から送信された電力測定信号応答を受信して受信電力を測定し、サーバに受信電力情報として測定結果を通知する。サーバは受信電力情報を、端末周辺の基地局から収集すると、データベース検索を行なって端末の位置を求め、端末に位置情報通知によって通知する。
【００５７】
位置計算スレッドによって求めた端末の位置情報と、基地局で受信した受信電力情報を対応させたデータベースを新規作成または更新する。
【００５８】
この方法では、端末で受信電力を測定する機能を持つ必要がないため、端末の構成を簡略化することができる。
【００５９】
図８に、本発明の実施形態における位置計算方法の高速化およびデータベース自動生成の説明図を示す。信号到達時間差を利用した位置検出を行なうときに、上記の式（１）から（７）の連立方程式を解く必要があるため、計算量が多い。最小二乗誤差法の場合は、候補となる端末の座標が多数あるため、計算時間がかかる。最急勾配法では初期に設定した座標によっては、ローカルミニマム点が解として求まり正しい解が得られない場合がある。本発明によれば、データベース１０４を活用することによって、端末または基地局が測定した受信電力情報と相関の高い地点が候補としてわかるため、相関の高い地点近傍の複数の位置について連立方程式の位置検出誤差を評価し、誤差が最も小さい位置を求めることで計算量を減らすことができる。また、信号到達時間差を利用して求まった解をデータベース１０４にフィードバックすることで、データベース１０４が随時最新の状態に更新されるため、受信電力を用いた位置検出の精度も向上する。
【００６０】
また、図８では受信電力値をデータベース１０４に記録した例を示しているが、信号到達時間差を利用した位置計算終了後は、各基地局と端末間の信号到達時間差の情報が求まるため、データベース１０４に記録してもよい。
【００６１】
図９に、本発明の実施形態におけるサーバの構成図を示す。サーバ１０１は、基地局との通信処理を行なう有線インタフェース９０６と、位置検出を行なうために基地局・端末を制御するプロトコル処理を行なう制御信号処理部９０１と、基地局から信号到達情報を収集する信号到達時間データ収集部９０４と、端末あるいは基地局から受信電力情報を収集する受信電力データ収集部９０５と、上記収集したデータを格納するデータベース１０４と、前記データベース１０４に格納されたデータを用いて、到達時間差による三角測量による位置計算を行なう位置計算スレッド９０２と、受信電力情報を用いてデータベース検索を行なうことで位置を求めるデータベース検索スレッド９０３とを含む構成となる。
【００６２】
位置計算スレッド９０２とデータベース検索スレッド９０３が並列に処理する構成であるため、制御信号処理部９０１は早く求まった位置情報を端末に通知することができる。
【００６３】
また、制御信号処理部９０１は位置計算スレッド９０２とＤＢ検索スレッド９０３の両方に位置要求を行って並列に位置を求めてもよいし、位置計算スレッド９０２に対してのみ、またはＤＢ検索スレッド９０３にのみ位置要求を行って位置計算を実行させることもできる。この切り替えの判断としては、あらかじめ設定されたモードに従って位置計算方法を固定的に実行する方法と、運用中にダイナミックに切り替える方法がある。ダイナミックに切り替える方法を以下に述べる。
【００６４】
まず、位置計算スレッド９０２とＤＢ検索スレッド９０３の両方によって位置計算を実行する。ＤＢ検索スレッド９０３では、受信電力データ収集部９０５から得られる受信電力を検索キーとしてデータベース１０４を検索する。具体的には、データベースに記録されている受信電力値と測定された受信電力値の差分の二乗和を調べ、二乗和が最小のものを位置として求める。または、ＤＢ検索スレッド９０３は、信号到達時間データ収集部９０４から得られる信号到達時間差を検索キーとして、データベース１０４を検索することもできる。データベースに記録されている信号到達時間差と測定された信号到達時間差の差分の二乗和を求め、二乗和が最小のものを位置として求める。
二乗和がある閾値を超えている場合は、ＤＢ検索スレッド９０３の位置計算結果が不確定であるとして、ＤＢ検索スレッドの実行を停止し、位置計算スレッド９０２による位置計算を行う。位置計算スレッド９０２による位置計算があらかじめ定められた試行回数を超えた場合、データベース１０４に十分なデータが蓄えられたものと判断して、ＤＢ検索スレッド９０３による位置検索を再開する。ＤＢ検索スレッド９０３で前記二乗和がある閾値以下である場合は、ＤＢ検索スレッド９０３で求めた位置検出結果が確かなものであると判断して、位置計算スレッド９０２を停止する。位置計算スレッド９０２は、前記二乗和がある閾値を超えていれば再開される。
また、初期起動時には、データベース１０４に何もデータが記録されていないため、位置計算スレッド９０２による位置計算をあらかじめ定められた試行回数実行して、データベース１０４に十分なデータを蓄えてから、ＤＢ検索スレッド９０３による位置計算を実行する。
【００６５】
図１０に、本発明の実施形態における基地局の構成図を示す。基地局１０２ａは、サーバ１０１との通信処理を行なう有線インタフェース１０１２と、位置検出を行なうためのプロトコル処理を行なう制御信号処理部１０１１と、無線区間の信号を送受信するためのアンテナ１００１と、アンテナ１００１で送受信する信号処理を行なう無線モジュール１００２と、無線モジュール１００２で処理した信号の受信電力を測定する受信電力測定部１００９と、無線モジュール１００２から位置検出用の信号を蓄えるメモリ１００８を備えた位置検出モジュール１００７と、位置検出モジュール１００７から測位信号と測位信号応答を選択・抽出する到達時間収集部１０１０とを含む構成となる。
【００６６】
無線モジュール１００２は、有線インタフェース１０１２から無線区間へ送信する信号を規定された無線通信方式で変調するベースバンド送信部１００５と、ベースバンド送信部１００５からのディジタル信号をアナログ信号へ変換するD/A変換処理とフィルタ処理・電力増幅を行なう無線送信部１００３と、アンテナ１００１からの受信信号に対するフィルタ処理とアナログ信号からディジタル信号に変換するA/D変換処理を行なう無線受信部１００４と、無線受信部１００４からの信号を規定の無線通信方式で復調するベースバンド受信部１００６とで構成される。
【００６７】
到達時間収集部１０１０は、ベースバンド受信部１００６で復調した後、受信信号に記載されている基地局アドレスと端末アドレス、測位信号あるいは測位信号応答を表すデータタイプを調べ、メモリに格納されたタイムスタンプとベースバンド受信部１００６に格納されたタイムスタンプを比較することによって、メモリから所望のデータを取り出すことができる。
【００６８】
受信電力測定部１００９は受信電力情報を、到達時間収集部１０１０は信号到達時間情報を生成し、有線インタフェース１０１２を介してサーバに通知する。
【００６９】
制御信号処理部１０１１は、測位準備要求の制御信号に含まれる周波数チャネルに設定を行ない、測位準備完了の制御信号をサーバに通知する。
【００７０】
図１１に、本発明の実施形態における端末の構成図を示す。端末１０３は、無線区間の信号を送受信するためのアンテナ１１０１と、基地局１０２ａとの無線通信処理を行なう無線モジュール１００２と位置検出信号のプロトコル処理を行なう制御信号処理部１１０７と、無線モジュール１００２で受信した信号の受信電力を測定する受信電力測定部１１０８とを含む構成となる。
【００７１】
無線モジュール１１０２は、基地局１０２ａの無線モジュール１００２と基本的に同じ構成要素を持つ。
【００７２】
制御信号処理部１１０７は、測位信号に対しては測位信号応答を、電力測定信号に対しては電力測定信号応答を返信する機能を有する。例えば、ICMP（Internet Control Message Protocol）プロトコルに準拠し、ICMP Echo機能を標準実装した端末であれば、上記の測位信号・電力測定信号としてPingコマンドを用いてもよい。この場合、端末に制御信号処理部１１０７を特別に追加する必要がない。
【００７３】
また、受信電力測定部１１０８は、周辺の基地局が送信するビーコン信号の受信電力を測定し、受信電力情報を通信中の基地局を介してサーバに通知する。受信電力情報を基地局が収集してサーバに通知する場合は、受信電力測定部１１０８の機能は不要となり、端末の構成を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明にかかる無線通信システムの構成、および端末の位置検出を行なうためのシステム構成図。
【図２】受信電力を利用した位置検出方法の原理説明図。
【図３】受信電力を利用した位置検出方法の制御フロー図。
【図４】信号到達時間差を利用した位置検出方法の原理説明図。
【図５】信号到達時間差を利用した位置検出方法の制御フロー図。
【図６】本発明の実施形態における位置検出方法の制御フロー図。
【図７】本発明の別の実施形態における位置検出方法の制御フロー図。
【図８】本発明の実施形態における位置計算方法高速化およびデータベース自動生成の説明図。
【図９】本発明の実施形態におけるサーバの構成図。
【図１０】本発明の実施形態における基地局の構成図。
【図１１】本発明の実施形態における端末の構成図。
【符号の説明】
【００７５】
１０１  サーバ、１０２a・１０２ｂ・１０２ｃ・１０２ｄ  基地局、１０３  端末、１０４  データベース、
９０１  制御信号処理部、９０２  位置計算スレッド、９０３  データベース検索スレッド、９０４  信号到達時間データ収集部、９０５  受信電力データ収集部、９０６  有線インタフェース、
１００１  アンテナ、１００２  無線モジュール、１００３  無線部送信部、１００４  無線部受信部、１００５  ベースバンド送信部、１００６  ベースバンド受信部、１００７  位置検出モジュール、１００８  メモリ、１００９  受信電力測定部、１０１０  到達時間収集部、１０１１  制御信号処理部、１０１２  有線インタフェース、
１１０１  アンテナ、１１０２  無線モジュール、１１０３  無線送信部、１１０４  無線受信部、１１０５  ベースバンド送信部、１１０６  ベースバンド受信部、１１０７  制御信号処理部、１１０８  受信電力測定部。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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