(57)【要約】【課題】    広い屋内となっても装置自体を簡素化した上で、屋内でのマルチパスの影響を受けにくく、屋内移動体の位置をより正確に検出できる、無線LAN システムによる屋内移動体の位置検出方法を提供することである。【解決手段】  無線LAN 基地局装置11と各々が独立して接続された高周波アンテナ1a〜1hと、屋内移動体に備えられた無線LAN 子機9aとを有し、前記各高周波アンテナ1a〜1hは、指向性を有するアンテナ素子6a、6bを有するとともに、屋内14に格子状に配列されており、高周波アンテナ1a〜1hに平行で一定幅を有する通信エリア15a 〜15d および16a 〜16d を持ち、特定屋内移動体の無線LAN 子機9aと、前記互いに交差する二本の高周波アンテナ1g、1bとの通信状況によって、特定屋内移動体の位置を判断することである。【選択図】        図４
2005109700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線LAN システムによる屋内移動体の位置検出方法であって、無線LAN 基地局装置と各々が独立して接続された複数本の高周波アンテナを屋内に配列するとともに、無線LAN 基地局装置と無線通信する際の識別情報を与えられた無線LAN 子機を屋内移動体に備え、前記高周波アンテナの構成を、指向性を有するアンテナ素子を複数個間隔を開けて高周波線路に配置したものとして、この高周波線路に平行で一定幅を有する通信エリアを持たせる一方、これら高周波アンテナを前記屋内に互いに間隔を開けて格子状に配列することによって、屋内通信エリアを確保するとともに、互いに交差するいずれか二本の高周波アンテナが屋内の任意の位置にある前記移動体の無線LAN 子機に対して同時に無線通信可能とし、特定屋内移動体の無線LAN 子機と、前記互いに交差する二本の高周波アンテナとの通信状況によって、特定屋内移動体の位置を判断することを特徴とする無線LAN システムによる屋内移動体の位置検出方法。
【請求項２】
前記高周波線路が、グランド層に誘電体層と信号線とを順次積層した高周波マイクロストリップ線路である請求項１に記載の無線LAN システムによる屋内移動体の位置検出方法。
【請求項３】
前記高周波マイクロストリップ線路に配置したアンテナ素子の隣り合うもの同士の偏波を変えた請求項２に記載の無線LAN システムによる屋内移動体の位置検出方法。
【請求項４】
前記各無線LAN 基地局装置で送受信する周波数チャネルを互いに異なるものとする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無線LAN システムによる屋内移動体の位置検出方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項の無線LAN システムによる屋内移動体の位置検出方法に用いる装置であって、屋内に配列され、無線LAN 基地局装置と各々が独立して接続された、複数本の高周波アンテナと、屋内移動体に備えられ、無線LAN 基地局装置と無線通信する際の識別情報を与えられた無線LAN 子機とを有し、前記各高周波アンテナは、指向性を有するアンテナ素子を、複数個間隔を開けて高周波線路に配置した構成を有するとともに、前記屋内に互いに間隔を開けて格子状に配列されていることを特徴とする、無線LAN システムによる屋内移動体の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線LAN システムを用いた、屋内における移動体の位置検出方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に屋外では、携帯型端末あるいは移動型端末に対して、その端末の位置情報を提供するシステムとしては、GPS(グローバル・ポジショニング・システム) がある。このGPS は衛星からの電波を受信し、処理することにより、端末の現在位置を把握するものである。
【０００３】
しかし、屋内では、衛星からの電波を受信できない、あるいは受信しにくいために、GPS は使用できない。このような屋内は、ビルなどのオフィス内、あるいは工場、倉庫、病院などの構内、一般の住宅内や事務所内の屋内、テントなどの大型仮設構造物やイベント会場、展示場の屋内などが例示される。
【０００４】
これに対し、上記屋内におけるフォークリフトなどの移動体の位置検出のために、無線LAN システム（区域内無線通信網) を用いた位置検出装置が提案されている (特許文献１参照) 。
【０００５】
この位置検出装置は、倉庫などの屋内天井に、無線LAN 基地局装置である通信モデムと接続された複数本の高周波アンテナを、互いの電波の円形の伝播範囲が重なり合い、かつ円形の伝播範囲が屋内の全域をカバーするように、互いに間隔を開けて配置している。そして、フォークリフトに搭載された車上機 (無線LAN 子機) と、前記無線LAN 基地局装置との間で、前記各高周波アンテナを介して通信を行い、配置された各高周波アンテナにおける、車上機からの無線信号の電波強度を比較する。更に、各高周波アンテナにおける電波強度の比較結果に基づいて、フォークリフトがどの高周波アンテナに近いかを判別して、フォークリフトの位置を検出する。
【特許文献１】特開平7-154848号公報 (第1 〜2 頁、図1)
【０００６】
ここで、無線LAN システムは、無線LAN 基地局装置 (親機) と、屋内 (区域内) に配置された多数の無線LAN 子機との間で、広い周波数帯域の高周波（以下、電波、電磁波とも言う）を用いて通信が行われるもので、屋内 (区域内) における無線通信網を形成するものである。この通信のためには、無線LAN 基地局装置に接続される高周波アンテナが必要である。そして、この高周波アンテナを構成する、高周波の導波路（高周波線路）と、この高周波線路上に配置されるアンテナ素子とが不可欠である。この高周波線路は、ステンレス、鋼、銅、アルミニウムなどの導電性金属からなる導波管か、同軸ケーブルのような導波管以外のマイクロ波伝送路の他に、場所を多くとらず、簡便に設置できるストリップ状の高周波線路 (高周波マイクロストリップ線路) が使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記した特許文献１の移動体の位置検出装置は、倉庫の天井に配置された各高周波アンテナにおける、車上機 (無線LAN 子機) からの無線信号の電波強度を比較することがポイントとなる。
【０００８】
しかし、屋内無線LAN システム特有の問題でもあるが、車上機からの無線信号は、無線LAN 基地局装置に接続される各高周波アンテナで受信される直接波以外に、フォークリフトの近くに必然的に存在する壁、棚などの物体による反射波 (マルチパス) を生じやすい。このため、各高周波アンテナにおける受信波は、車上機からの直接波と複数個の反射波との合成波となりやすい。このような反射波が多く存在する場合には、最も車上機に近い高周波アンテナの電波強度が最も高くなるとは限らない。このため、このような反射波が多く存在する限り、移動体の位置検出に誤差が出やすいという欠点がある。  
【０００９】
特に、工場や倉庫などの広い建屋エリア内を想定すると、電波を反射しやすい金属製の構造物 (天井、壁、柱、装置、機械など) が多くなる。このため、建屋天井に配した無線LAN 基地局アンテナを通じて無線LAN システムによる無線通信を行なうと、送信点から受信点までに、直接波だけでなく、さまざまな伝搬路を経由して届く波であるマルチパスが発生しやすい。このため、高周波アンテナおよび移動体の無線LAN 子機アンテナで受信できる信号レベルが大幅に下がり、かつマルチパス成分が増えるため、受信S/N が低下して、高速通信が困難になる。したがって、移動体の位置検出に誤差が出やすくなる。この問題は通常の屋内用の無線LAN システムでも起こるし、広い建屋エリア内ではより顕著な問題となる。
【００１０】
また、高周波アンテナの電波の伝播範囲には限界があるため、広いエリアの屋内となるほど、設置する高周波アンテナが増え、それにともなって、基地局装置である通信モデム (制御装置) と接続するケーブル数も増すという煩雑さがある。例えば、特許文献１において、屋内を4 ×4 の区画に分けてフォークリフトの位置を判定する場合、高周波アンテナを総計で16個用意して、各高周波アンテナに接続した16本のケーブルを、単一の基地局装置 (制御装置) まで施設する必要がある。
【００１１】
したがって、屋内無線LAN システムを用いて、屋内移動体の位置を検出する場合、装置自体を煩雑化せずに、前記反射波 (マルチパス) による影響を排除した上で、移動体の位置検出を精度良く行なうことが重要な課題となる。
【００１２】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであって、その目的は、装置自体を簡素化した上で、屋内移動体の位置をより正確に検出できる、無線LAN システムによる屋内移動体の位置検出方法および装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の無線LAN システムによる屋内移動体の位置検出方法の要旨は、無線LAN 基地局装置と各々が独立して接続された複数本の高周波アンテナを屋内に配列するとともに、無線LAN 基地局装置と無線通信する際の識別情報を与えられた無線LAN 子機を屋内移動体に備え、前記高周波アンテナの構成を、指向性を有するアンテナ素子を複数個間隔を開けて高周波線路に配置したものとして、この高周波線路に平行で一定幅を有する通信エリアを持たせる一方、これら高周波アンテナを前記屋内に互いに間隔を開けて格子状に配列することによって、屋内通信エリアを確保するとともに、互いに交差するいずれか二本の高周波アンテナが屋内の任意の位置にある前記移動体の無線LAN 子機に対して同時に無線通信可能とし、特定屋内移動体の無線LAN 子機と、前記互いに交差する二本の高周波アンテナとの通信状況によって、特定屋内移動体の位置を判断することである。
【００１４】
また、この本発明方法に用いるための、無線LAN システムによる屋内移動体の位置検出装置としての要旨は、屋内に配列され、無線LAN 基地局装置と各々が独立して接続された、複数本の高周波アンテナと、屋内移動体に備えられ、無線LAN 基地局装置と無線通信する際の識別情報を与えられた無線LAN 子機とを有し、前記各高周波アンテナは、指向性を有するアンテナ素子を、複数個間隔を開けて高周波線路に配置した構成を有するとともに、前記屋内に互いに間隔を開けて格子状に配列されていることである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明における高周波アンテナ (無線LAN 基地局アンテナまたは無線LAN 基地局装置に接続された高周波アンテナ: 以下、特別に指定しない限り、全て同じ意味) は、指向性を有するアンテナ素子を複数個間隔を開けて、高周波線路に配置した構成を有している。
【００１６】
本発明では、指向性を有するアンテナ素子を高周波線路に配置した構成とすることで、高周波アンテナは、前記高周波線路に平行で一定幅を有する通信エリアを持つ。更に、本発明では、このような構成を有する高周波アンテナが、屋内の上方や下方に格子状に配置されて、配列された高周波アンテナが、屋内の必要な通信エリア全域を確保（カバー）する。
【００１７】
したがって、互いに交差するいずれか二本の高周波アンテナが、屋内の任意の位置にある前記移動体の無線LAN 子機に対して、同時に無線通信可能とされる。この結果、特定屋内移動体の子機の、前記互いに交差するいずれか二本の高周波アンテナを介した二個の基地局装置との同時通信状況によって、特定屋内移動体の屋内における縦と横の座標（位置）を判断することができる。
【００１８】
本発明では、更に、指向性を有するとともに、好ましくは隣り合うもの同士の偏波を変えたアンテナ素子を高周波線路に配置した構成とする。このため、前記した、従来の、各高周波アンテナにおける、屋内移動体の子機からの無線信号の電波強度を比較する方式に比して、移動体の近くに必然的に存在する壁、棚などの物体による反射波 (マルチパス) の影響を受けにくい。即ち、移動体の屋内のいずれの位置によっても、反射波の影響を受けずに、常時いずれか二本の高周波アンテナを介した基地局装置との通信状況が確保でき、移動体の正確な位置検出が可能である。
【００１９】
また、広いエリアの屋内となっても、前記した、従来の位置検出装置ほど、設置する高周波アンテナなどを増やす必要はなく、それにともなって、基地局装置である通信モデム (制御装置) と接続するケーブル数も増すという煩雑さが無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態を以下に図を用いて説明する。先ず、本発明の前提となる屋内用の無線LAN システムを図5 を用いて説明する。図5 は屋内用の無線LAN システムを示す概念図である。
【００２１】
図5 において、無線LAN 基地局用アンテナを構成する高周波アンテナ (高周波線路)1a は、例えば屋内の天井に沿って設けられている。この高周波アンテナは、無線LAN 移動局としての屋内移動体の端末アンテナとの見通しを良くするために、天井など、屋内の上方 (区域の上方) に位置させることが好ましい。ただ、屋内の環境や使用条件によっては、高周波アンテナを、床など、屋内の下方 (区域の下方) に位置させても良い。また、これら高周波アンテナの上方配置と下方配置とを屋内のエリア毎に適宜組み合わせても良い。
【００２２】
この高周波アンテナ1aの一方の端部は無反射終端器とされ、他方の端部に、同軸ケーブル12などを介して、無線LAN 基地局装置 (無線LAN 親局装置、無線LAN 親機とも言う)11 が接続されている。この無線LAN 基地局装置11はイーサケーブル13などを介して、屋内移動体位置検出装置10に接続されている。この位置検出装置10はハブ(HUB: スター状に端末を接続するマルチポートレピータ: 信号再生、中継機能を有するLAN 構成装置) と、無線LAN 基地局装置11と通信している無線LAN 移動局の情報を収集・処理・表示する装置からなる。この位置検出装置10を、更に接続線を通じて外部ネットワークと接続しても良い。
【００２３】
他方、図5 において、9a、9b、9cは、屋内を任意に移動する、人、輸送機、物などの移動体に搭載された子機 (無線LAN 移動局: パソコン等などの移動局端末) を示す。これら子機 9a 、9b、9cは、例えば、各々その端末用無線LAN カード5 に組み込まれているアンテナ素子を用いて、無線LAN 基地局の高周波アンテナ1 におけるアンテナ素子6a、6bとの通信を行なう。これら端末用無線LAN カード5 には、個々の移動体毎に、無線通信する際の個別の識別情報が与えられている。
【００２４】
移動体としては、人、フォークリフトなどの輸送車、運搬車などが想定されるが、これらの移動体に、前記端末用無線LAN カード5 などの無線通信機能を有する子機9a、9b、9cが内蔵あるいは外付けされている。また、フォークリフトなどの場合には、子機を含む専用端末を取りつけても良い。
【００２５】
ここにおいて、高周波アンテナ1 では、前記アンテナ素子6a、6bに指向性を持たせることによって、高周波アンテナ1 が、後述する高周波線路に平行で一定幅を有する通信エリアを持つようにしている。
【００２６】
また、高周波アンテナ1 は、好ましくは、隣り合うアンテナ素子6a、6b同士の偏波を変えた上で、後述する高周波線路に、複数個間隔を開けて交互に配置した構成を有している。これは、屋内の任意の位置にある前記屋内移動体の子機に対し、前記したように、互いに交差するいずれか二本の高周波アンテナにおける各々のアンテナ素子が同時に無線通信可能なものとするためである。また、隣り合うアンテナ素子6a、6b同士の高周波の混信による、マルチパスフェージングの影響を排除するためである。隣り合うアンテナ素子6a、6b同士の偏波を変えない場合、一部に、高周波の打ち消し合いで、通信できない領域が生じる可能性がある。この領域が小さいなど、位置検出に不都合が生じない場合は、隣り合うアンテナ素子6a、6b同士の偏波を変える手段を採用する必要は無い。しかし、この領域が大きいなど、位置検出に不都合が生じる場合には、この手段を採用することが好ましい。
【００２７】
アンテナ素子6a、6b同士の間隔は、高周波アンテナ1(アンテナ素子) を取り付ける位置 (天井) などの高さと、アンテナ素子6a、6bの指向性を考慮して決定される。例えば、高周波アンテナ1 を取り付ける位置が3mの高さで、アンテナ素子6a、6bの指向性が±45度の場合は、6m間隔で配置すれば良い。
【００２８】
以上のような高周波アンテナ (無線LAN 基地局アンテナ) の構成を前提に、以下、図1 〜4 を用いて、屋内移動体の位置検出の実施態様を以下に説明する。
【００２９】
図1 は、本発明に用いる位置検出装置の一実施態様を示す平面図である。図2 は、図1 の位置検出装置における、屋内横方向 (図の左右方向) の高周波アンテナの通信エリアを示す平面図である。図3 は、図1 の位置検出装置における、屋内縦方向 (図の上下方向) の高周波アンテナの通信エリアを示す平面図である。また、図4 は、図1 〜3 を前提に、屋内の移動体を検出する態様を示す平面図である。
【００３０】
先ず、図1 において、前記図5 〜7 で説明した構成の高周波アンテナであって、同じ構成の高周波アンテナ1a〜1hが8 本、屋内の上方である、例えば屋内の天井14に間隔を開けて互いに平行および交差するように、格子状に配置されている。このように、無線LAN 基地局側の高周波アンテナを、天井などの屋内の上方に配置することで、屋内を移動する移動体の無線LAN 端末アンテナに対し、見通しが取れるようになり、直接波による信号成分が高まる。
【００３１】
屋内の横方向 (図の左右方向) には、高周波アンテナ1a、1b、1c、1dの4 本が間隔を開けて互いに平行に配置されてる。また、屋内縦方向 (図の上下方向) には、高周波アンテナ1e、1f、1g、1hの4 本が間隔を開けて互いに平行に配置されてる。そして、これら屋内横方向の高周波アンテナ1a、1b、1c、1dと、屋内縦方向高周波アンテナ1e、1f、1g、1hとは、互いに直交すべく交差するように、格子状に配置されている。
【００３２】
これら各高周波アンテナは、屋内に設置された無線LAN 基地局装置11a 〜11h である通信モデムと、各々独立して接続されている。即ち、高周波アンテナ1aは基地局装置11a に、高周波アンテナ1bは基地局装置11b に、高周波アンテナ1cは基地局装置11c に、高周波アンテナ1dは基地局装置11d に、高周波アンテナ1eは基地局装置11e に、高周波アンテナ1fは基地局装置11f に、高周波アンテナ1gは基地局装置11g に、高周波アンテナ1hは基地局装置11h に、各々独立して接続されている。これらの無線LAN 基地局11は、各々イーサケーブル13a 〜13h などを介して、共通する屋内移動体位置検出装置10に接続されている。
【００３３】
このように、本発明では、屋内エリアに対し、格子状に高周波アンテナを設けて、各高周波アンテナに無線LAN 基地局装置を独立して接続する。このため、屋内エリアの縦方向にN 本、横方向にN 本の高周波アンテナと基地局装置とが必要となり、合計2 ×N 本の高周波アンテナと基地局装置とが必要となる。これに対し、前記従来の特許文献1 の方式では、例えば、屋内エリアの縦方向にN 本、横方向にN 本の高周波アンテナを設ける場合、N 2 本の高周波アンテナとケーブルが必要となる。したがって、移動体の位置検出精度を高めるために、このN 数を増す必要がある場合や、屋内エリアが広い場合には、本発明と従来方式との高周波アンテナ必要個数の差はより大きくなり、本発明の利点が増す。
【００３４】
ここで、前記各高周波アンテナは、指向性を有するアンテナ素子を、複数個間隔を開けて高周波線路に配置した構成を有している。このため、各高周波アンテナ (高周波線路) に平行で一定幅を有する無線LAN の通信エリアを持つ。例えば、図2 に示すように、屋内横方向に配置された高周波アンテナ1aは、屋内横方向 (図の左右方向) に平行で一定幅を有する通信エリア15a を有している。このため、屋内の横方向に平行に配置された高周波アンテナ1a、1b、1c、1dの4 本によって、前記図2 の屋内横方向の通信エリア15a 、15b 、15c 、15d が確保される。
【００３５】
また、同様に、図3 に示すように、屋内の縦方向 (図の上下方向) に平行に配置された高周波アンテナ1e、1f、1g、1hの4 本によって、図3 の屋内縦方向の通信エリア16a 、16b 、16c 、16d が確保される。したがって、上記高周波アンテナを、屋内の天井などに、互いに間隔を設けた格子状に配置することにより、これら横と縦との通信エリアが重なりあって、図4 に示すように、屋内の移動体との必要通信全エリア（移動体の屋内移動全エリア）がカバーされる。
【００３６】
この際、注意すべきは、縦同士あるいは横同士の隣接する高周波アンテナにおける通信エリアがうまく重なり合うようにして、移動体との通信がいずれの高周波アンテナでもできないようなポイントを作らないようにする。各高周波アンテナの通信エリア幅は、基地局装置11からの送信パワーや、アンテナ素子と高周波線路との結合度を調整することによって調整可能である。また、無線通信の変調方式を変更することによっても、復調に必要なS/N を制御することに相当するので、通信エリア幅を調整可能である。例えば、高次の変調方式を使えば、より狭い通信エリア幅や範囲でしか通信できなくなる。
【００３７】
以上のような構成の無線LAN を用いた位置検出装置を用いて、屋内移動体の位置を検出する方法を図4 を用いて以下に説明する。今、移動体9aが図4 に示す位置 (実線の丸印) にいる場合、移動体9aの子機は、子機の通信可能エリア (電波の伝播範囲) 内にあり、かつ、高周波アンテナ側からも子機との通信可能エリア内にあって、子機側のアンテナとの偏波を同じくする、高周波アンテナにおけるアンテナ素子と交信する。
【００３８】
即ち、図4 に示す位置の場合、移動体9aの子機は、上記上記条件に合致する、屋内の縦方向に配置された高周波アンテナ1gにおけるアンテナ素子6aと、屋内の横方向に配置された高周波アンテナ1bにおけるアンテナ素子6aとの2 本のアンテナ素子と同時に交信する。しかし、周囲の環境によっては、移動体9aに最も近いアンテナ素子6aからの高周波が、マルチパスにより、通信するために十分な電力に達しない場合もある。
【００３９】
この際、高周波アンテナ1g、1bにおける、前記アンテナ素子6aと隣り合うアンテナ素子6bを、アンテナ素子6aと、子機側のアンテナとの偏波が異ならせておくと、アンテナ素子6aに代わって、移動体9a (図5 の無線LAN 子機5)との通信を行う。移動体9 の子機は周波数チャネルを走査して基地局の周波数チャネルを調べ、それが見つかれば、その基地局の周波数チャネルを使用するように構成されているからである。このように、高周波アンテナ1g、1bにおける隣り合うアンテナ素子同士の偏波を異ならせておくと、マルチパスの影響を排除でき、通信状態が確保できる。また、各高周波アンテナにおける、隣り合うアンテナ素子同士の送受信が互いに干渉し合わない。
【００４０】
更に、移動体9aが図4 の点線の位置 (図の下方) に移動した場合、上記高周波アンテナ1gにおけるアンテナ素子6a (上記アンテナ素子6aよりも下方で点線の子機側のアンテナと直近のアンテナ素子6a) との交信は継続される。この結果、子機側のアンテナと、高周波アンテナ1gとの交信は依然継続される。
【００４１】
一方、子機側のアンテナと、交信エリア可能範囲外となった、上記高周波アンテナ1bにおけるアンテナ素子6aとの交信は断たれる。と同時に、これに代わって、横方向に配置された高周波アンテナ1cにおける子機側のアンテナと直近のアンテナ素子6aが交信を開始する。この結果、移動体9aが移動しても、常時、縦と横との2 本の高周波アンテナとの交信が確保され、移動体9aの移動後の位置 (屋内における縦と横、謂わばx とy との座標) が継続的に検出できる。
【００４２】
以上のような、子機側のアンテナと、互いに交差する2 本の高周波アンテナとの通信状況において、例えば、高周波アンテナ1gを介した無線LAN 基地局11g と、高周波アンテナ1bを介した無線LAN 基地局11b との、移動体9a (図5 の無線LAN 子機5)との通信は、各イーサケーブル13g 、13b を各々介して、屋内移動体位置検出装置10に入力される。
【００４３】
位置検出装置10は、移動体9aからの固有の識別信号を含むデータを読み取り、互いに交差する縦と横の二本の高周波アンテナ1g、1bとの同時通信状況から、移動体9aの位置を、二本の高周波アンテナ1g、1bとの交差位置 (座標) であると判断する。より具体的には、移動体9aの位置を、高周波アンテナ1gにおけるアンテナ素子6aと高周波アンテナ1bにおけるアンテナ素子6aとに、同時通信できる位置であると判断する。
【００４４】
また、移動体9 が複数の場合に、位置検出装置10は、全ての無線LAN 基地局11とデータ通信して、各無線LAN 基地局11と通信している各移動体9 の子機5 の識別信号情報を得、これらの情報を総合して、各移動体9 の現在位置を判別し、必要により表示するようにしても良い。
【００４５】
この際、各無線LAN 基地局11で送受信する周波数チャネルは同一でも良い。移動体9 の子機5 が使用する周波数チャネルは基地局の周波数チャネルに依存する。即ち、前記した通り、移動体9 の子機5 は周波数チャネルを走査して基地局の周波数チャネルを調べ、それが見つかれば、その基地局の周波数チャネルを使用するように構成されている。但し、この場合には、ある無線機 (2 個の基地局および移動体の子機) が通信のためにデータを送信している時間は、それ以外の他の無線機はデータ送信を行なわないようにする。この同一周波数チャネル使用の場合、同じ周波数チャネルを時間的に分割して使用するので、無線機数が多いほど、データ送信時に衝突が起こりやすくなるという問題がある。
【００４６】
このような場合には、各無線LAN 基地局11で送受信する周波数チャネルを異なるものとすることが好ましい。例えば、図1 における屋内の縦方向の基地局装置11a 、11b 、11c 、11d を同じ周波数チャネル、横方向の基地局装置11e 、11f 、11g 、11h とを、前記縦方向の基地局装置とは異なる、同じ周波数チャネルとしても良い。この場合、子機側の周波数チャネルは、縦方向と横方向との2 本の高周波アンテナと同時交信する必要があるために、縦方向の基地局装置の周波数チャネルと横方向の基地局装置の周波数チャネルとを併せ持つ必要がある。
【００４７】
更に、隣り合う基地局装置同士で互いに異なる周波数チャネルを使用すれば、電波干渉することなく、通信速度が向上し、位置検出の高速化に寄与する。例えば、図1 における屋内の縦方向の基地局装置11a と11c とは周波数チャネルNo.1を使用し、縦方向の基地局装置11b と11d とは周波数チャネルNo.2を使用し、横方向の基地局装置11e と11g とは周波数チャネルNo.3を使用し、横方向の基地局装置11f と11h とは周波数チャネルNo.4を使用する。現在は、2.4GHz帯や5.2GHz帯などで、屋内無線LAN の機器を使用できるため、このように複数の周波数チャネルを同時に使うことができる。この場合、子機側の周波数チャネルは、移動体の位置検出精度の必要性に応じて、周波数チャネルNo.1〜4 までの一種または二種以上を選択して持つ。
【００４８】
次に、本発明で使用する高周波アンテナのより具体的な構成の態様を以下に説明する。図6 は無線LAN システム用の高周波アンテナ (高周波線路) を示し、(a) は高周波アンテナ1aの斜視図、(b) は高周波アンテナ1aの断面図である。図7 は高周波アンテナにおける円偏波アンテナ素子を示す斜視図である。
【００４９】
なお、以下の説明は、高周波アンテナを構成する高周波線路の好ましい態様として、グランド層に誘電体層と信号線とを順次積層した高周波マイクロストリップ線路構造について行なう。本発明では、無線LAN 基地局用アンテナを構成する高周波線路として、他に、ステンレス、鋼、銅、アルミニウムなどの導電性金属からなる導波管や、同軸ケーブルのような導波管以外のマイクロ波伝送路でも使用できるが、図6 のような高周波マイクロストリップ線路1aに比べて、上記薄さや可撓性、施工性などの諸特性が劣る。
【００５０】
図6(a)において、高周波アンテナ1aを構成する高周波線路は、区域内の無線LAN システムに必要な長さを有する長尺の薄板形状をしている。図6(a)、(b) において、高周波線路の断面 (厚み) 方向の構造は、導体材料からなるグランド層3 に、誘電材料からなる誘電体層2 と導体材料からなる高周波誘導用の信号線4 とを記載順に順次積層した高周波マイクロストリップ線路構造を有する。信号線4 は高周波線路の長手方向に配設されている。ここにおいて、高周波線路は可撓性を有してなる。なお、高周波線路の底面に、両面接着テープや接着シートなどの公知の粘着性材料や粘着層を設け、高周波線路の着脱、設置を容易としても良い。
【００５１】
このようなストリップ状の高周波線路は、高周波マイクロストリップ線路とも称され、導電性材料からなる一対の長尺グランド層に、誘電材料からなる長尺誘電体層と、信号線とを順次積層した高周波マイクロストリップ線路に、指向性を有するアンテナ素子を複数個間隔を開けて配置した構成を有している。このような高周波マイクロストリップ線路は、可撓性を有し、線路自体が目的に応じて自在に変形でき、無線LAN システム区域内の設置条件に応じて障害物を越える乃至迂回するなどして、マクロ的に設置する場合に適している。また、設置作業や設置場所への運搬などの取り扱いも簡便である。
【００５２】
次に、アンテナ素子を設けた高周波アンテナの具体的な構成を図7 に示す。図7 において、高周波アンテナ1aにおけるアンテナ素子6a、6bは、円偏波アンテナ素子であるパッチアンテナからなる。このパッチアンテナの基本構造は、例えば誘電材料からなる誘電体板8 と導体材料からなるパッチ (放射板)7とを順次積層して構成される。そして、これら各パッチアンテナは、図6 の高周波線路の信号線4 上に配置されて、信号線4 と電気的に結合されている。
【００５３】
前記した図5 の例では、アンテナ素子6a、6bに指向性を持たせるために、また、隣り合うアンテナ6a、6b同士の高周波の混信による、マルチパスフェージングの影響を排除するために、隣り合うパッチアンテナ同士の旋回方向を互いに異ならせている。即ち、パッチアンテナ6aを右回りの右円偏波アンテナ素子とし、これと隣り合うパッチアンテナ6bを左回りの左円偏波アンテナ素子とし、これらの円偏波アンテナ素子を交互に配置している。
【００５４】
上記パッチ7 を構成する導電性材料は高周波線路のグランド層を構成する前記導電性材料と同じ金属材料が適用できる。また、誘電体8aを構成する誘電材料は、前記高周波線路の誘電体を構成する低損失な樹脂誘電体材料と同じ材料が選択される。
【００５５】
なお、パッチアンテナと高周波線路の信号線4 との電気的な結合の手段は、前記信号線上にパッチアンテナを配置する以外に適宜の手段が採用可能である。例えば、信号線4 の脇にパッチアンテナを配置し、給電線を配設して電気的に結合することでもできる。
【００５６】
上記パッチアンテナの構成によって、高周波アンテナ1aへのアンテナ素子6a、6bの取り付けや取り外しが容易となる。したがって、屋内のレイアウトの変更など、無線LAN システムのアンテナ配置の変更が生じた場合でも、高周波アンテナによって、屋内エリア全体をカバーできている場合には、基本的には、新しいレイアウトに応じて、パッチアンテナの取り付けや取り外しだけで済み、高周波線路自体の設置工事をやり直す必要がない。また、アンテナ素子の結合度、利得等の主要特性に対し、使用する無線周波数の補正が必要な場合なども、パッチアンテナの側の放射板と誘電体の材質や厚さなどの条件を調節する、乃至適応する条件に調節したパッチアンテナを使用することにより簡便に補正できる。
【００５７】
以上のようなパッチアンテナを用いた上で、前記アンテナ素子の指向性とするために、また、隣り合うアンテナ素子6a、6b同士の高周波の混信による、マルチパスフェージングの影響を軽減するために、本実施態様では、パッチアンテナを円偏波のアンテナ素子6a、6bとし、かつ、右回りの右円偏波アンテナ素子と左回りの左円偏波アンテナ素子など、互いに旋回方向の異なる円偏波アンテナ素子を、高周波アンテナ1aに、複数個交互に間隔を開けて配置する。
【００５８】
パッチアンテナに、円偏波アンテナ素子として旋回方向を持たせるためには、図7 に示すように、四角 (矩形) 形状のパッチ7 の相対向する2 つの角 (隅角部) を落とした (切り欠いた) 形状とする。この図7 においては、隣り合うパッチアンテナ6aを右旋回の右円偏波アンテナ素子とし、パッチアンテナ6bを左旋回の左円偏波アンテナ素子としている。このため、図7 に示すように、右円偏波アンテナ素子であるパッチアンテナ6aは図7 の左上と右下との相対向する二つの角を落とし、左円偏波アンテナ素子であるパッチアンテナ6bは図7 の右上と左下との相対向する二つの角を落としている。
【００５９】
このパッチ7 の相対向する二つの角の切り欠きの方向を変えることによって、円偏波アンテナ素子の右円偏波か左円偏波かの、アンテナ旋回方向を制御することができる。なお、このパッチ (放射板)7の平面的な形状とアンテナ旋回方向の制御は、図7 で示した四角形状以外や角部の切り欠以外にも、円偏波アンテナ素子とでき、またアンテナ旋回方向を制御できるものであれば、適宜の形状が選択できる。
【００６０】
一方、移動体に搭載する子機側の高周波アンテナも、円偏波アンテナ素子であるパッチアンテナなどを含め、上記無線LAN 基地局側高周波アンテナと基本的には同じ構成とすることができる。アンテナ旋回の向きが異なる複数の円偏波アンテナ素子が、基地局側高周波アンテナと移動体側高周波アンテナの両方に存在する場合、よりマルチパスの影響を受けにくく、良好な通信性が確保され、移動体の位置検出が確実となる。
【００６１】
ここで、前記図6 〜7 の高周波アンテナ1aの誘電体層2 は、信号線4 側の誘電体層2 表面にグランド層を設けず、この表面側を全面的に開口しても、高周波の損失が生じないような条件が適宜選択される。一般的に、高周波線路からの高周波の損失は、放射損、導体損、誘電損に大別される。この内、放射損を小さくするためには、誘電体層2 の誘電率を高くすることが好ましい。この誘電率は、誘電体層2 を構成する誘電材料自体の誘電率と誘電体層2 の厚みから定まる。このため、誘電率が高くなるように誘電材料と誘電体層の厚みを選択することが好ましい。但し、誘電率が高い材料や誘電体層の厚みが厚くなるほど可撓性がなくなるので、可撓性が必要な場合には、これを考慮して、最適な材料と誘電体層の厚みとを選択する。
【００６２】
また、前記導体損は信号線4 の電気伝導度が高いほど小さくなるため、高周波線路に必要な電気伝導度から、信号線4 の最適電気伝導度を決定することが好ましい。更に、誘電損は誘電体層2 を構成する誘電材料自体によって定まるので、低誘電損材料を選択することが好ましい。ただ、誘電体層2 の幅と厚みは、無線LAN システムに必要な信号の周波数と高周波の損失との関係で、ある程度の幅と厚みは必要である。この点、例えば、オフィスなどの標準的な屋内の無線LAN システムを基準とすると、0.1 〜2.0mm の厚み、幅は10〜50mm程度とすることが好ましい。
【００６３】
したがって、誘電体層2 の誘電材料は、上記好適範囲から選択される誘電体層2 の幅と厚みを前提に、高周波の放射損が生じず、誘電損失が低い材料を選択することが好ましい。誘電材料自体は、テフロン (登録商標) 、ポリイミド、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ビニール、マイラなどの樹脂誘電体材料から、例えば誘電損失の目安 (パラメーター) となる誘電正接が0.02以下と低い材料を単独の組成乃至複数混合した組成として選択、使用することが好ましい。これらの樹脂誘電材料は、組成などの条件設定により、高周波線路に必要な所望の可撓性を保持しうる。
【００６４】
高周波アンテナ1aにおける高周波線路の全体の厚みは、高周波線路の断面積や体積を少なくする目的からして、2mm 以下のできるだけ薄い方が好ましい。したがって前記グランド層3 や信号線4 の厚みも、この目的からして、できるだけ薄い方が好ましい。グランド層3 の厚みは、必要薄板強度を保証できれば、0.2mm 以下の厚みとすることが好ましい。また、グランド層3 の幅は、誘電体層2 を被覆して高周波の損失を抑制するために、上記誘電体層2 の幅に対応したものとする。
【００６５】
グランド層3 を構成する導電性材料は、銅、アルミニウム、錫、金、ニッケル、ハンダなどの金属、合金や、これらの金属、合金が各々複合、積層、あるいは樹脂基体などにメッキされた種々の態様が良導電性金属材料として、適宜選択される。これらの中でも、薄板に加工容易で、かつ薄板が、上記誘電材料に見合った可撓性を有し、更に必要薄板強度を有する金属材料が好ましい。
【００６６】
高周波誘導用の信号線4 も、上記良導電性金属材料の、細線や薄板が選択される。なお信号線4 は、図2 の高周波線路1aに示すように、誘電体層2 上に突設乃至載置しても良く、また誘電体層2 内に埋設して高周波線路1aの長手方向に配設しても良い。
【００６７】
以上のような構成の高周波マイクロストリップ線路は、薄く可撓性を有するため、長尺の板状だけではなく、高周波線路を巻き取った長尺のコイル状などとして、製造、運搬、施工などの取り扱いが容易である。しかも、伝搬される高周波が低損失であるなど、高周波線路としての基本特性に優れている。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上説明したように、本発明によれば、広い屋内となっても装置自体を簡素化した上で、屋内でのマルチパスの影響を受けにくく、屋内移動体の位置をより正確に検出できる、無線LAN システムによる屋内移動体の位置検出装置を提供できる。このため、本発明は、大型の構造物や建屋、工場、会場など、より広い屋内の位置検出装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明屋内移動体位置検出装置の実施態様を示す平面図である。
【図２】図1 の位置検出装置における、屋内横方向の高周波アンテナの通信エリアを示す平面図である。
【図３】図1 の位置検出装置における、屋内縦方向の高周波アンテナの通信エリアを示す平面図である。
【図４】屋内の移動体を検出する態様を示す平面図である。
【図５】本発明の前提となる屋内用の無線LAN システムの1 実施態様を示す概念図である。
【図６】無線LAN システムにおける高周波アンテナ (高周波線路) の１実施態様を示し、図6(a)は斜視図、図6(b)は断面図である。
【図７】円偏波アンテナ素子を設けた高周波アンテナの１実施態様を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７０】
１：高周波アンテナ、２：誘電体層、３：グランド層、４：信号線、
５：端末用無線LAN カード、６：パッチアンテナ、７：パッチ、
８：誘電体層、９：移動体側端末、10：位置検出装置、11：基地局装置、
12：同軸ケーブル、13：イーサケーブル、14：屋内天井、15：通信エリア、
16：通信エリア、
【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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