(57)【要約】    【構成】  位置追跡システム１０は、携帯通信端末１２の方向を探索するもので、同一セル別の携帯通信端末１２ａが同一セル内にあると想定される携帯通信端末１２を呼び出し、この発呼に応答して携帯通信端末１２が基地局１６に電波を送信する。制御チャネルまたは情報チャネルにおいてこの携帯通信端末１２から基地局１６へ送信する電波をＤＯＡ探知機１４が受信し、携帯通信端末１２が使用する周波数を判別した後、ＤＯＡ探知機１４がその送信電波の到来方向を探知または判別する。    【効果】  公衆無線インフラを変更したりする必要がないので、簡単かつ安価なシステムで対象携帯通信端末の方向が探知できる。【選択図】  図１
2005045747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発呼に応答して制御チャネルで基地局へ応答電波を送信し、ついで情報チャネルへ移行する携帯通信端末の位置を追跡する方法であって、
(a) 前記制御チャネルにおける前記応答電波を受信して前記携帯通信端末が使用する周波数を判別し、
(b) 前記判別した周波数を用いて、アンテナのビームを複数の方位に走査して前記応答電波を受信することによって方位毎の受信信号強度を取得し、そして
(c) 最大受信信号強度を示す方位を前記携帯通信端末の方向として特定する、位置追跡方法。
【請求項２】
前記基地局は、制御チャネルに含まれる一斉呼出チャネルにおいて、前記携帯通信端末にその携帯通信端末の識別番号を送信し、
前記ステップ(a) は
(a1) 前記一斉呼出チャネルを受信して前記基地局から前記携帯通信端末へ送られる前記識別番号を取得し、
(a2) 前記制御チャネルに含まれる報知チャネルを受信して制御チャネル構造を取得し、
(a3) 前記識別番号および前記制御チャネル構造に基づいて前記周波数を特定する、請求項１記載の位置追跡方法。
【請求項３】
前記携帯通信端末は前記制御チャネルに含まれる個別セル用チャネルで前記応答電波を前記基地局へ送信し、
前記(a3) では前記個別セル用チャネルの周波数を特定する、請求項２記載の位置追跡方法。
【請求項４】
前記携帯通信端末は前記個別セル用チャネルにおいて前記応答電波を前記基地局へ複数回送信し、前記複数回の応答電波の少なくとも１つを利用して前記ステップ(b) および(c) を実行する、請求項１ないし３のいずれかに記載の位置追跡方法。
【請求項５】
前記携帯通信端末から前記基地局へは、着信無線状態報告および認証応答、ならびに必要に応じてレベル測定応答が前記応答電波として送信される、請求項４記載の位置追跡方法。
【請求項６】
発呼に応答して制御チャネルで基地局へ応答電波を送信し、ついで情報チャネルへ移行する携帯通信端末の位置を、携帯型電波到来方向探知機を用いて追跡する位置追跡装置であって、
前記携帯型電波到来方向探知機は
ビーム方向を走査できるアンテナ装置、
前記制御チャネルにおける前記応答電波を受信して前記携帯通信端末が使用する周波数を判別する周波数判別手段、
前記判別した周波数を用いて、前記アンテナのビームを複数の方位に走査して前記応答電波を受信することによって方位毎の受信信号強度を取得する信号強度取得手段、および
最大受信信号強度を示す方位を前記携帯通信端末の方向として特定する方位特定手段を含む、位置追跡装置。
【請求項７】
発呼に応答して制御チャネルで基地局へ応答電波を送信し、ついで情報チャネルへ移行する携帯通信端末の位置を追跡する方法であって、
(a) 前記制御チャネルにおいて前記基地局が前記携帯情報端末に無線チャネル指定信号を送信する周波数を判別し、
(b) 前記無線チャネル指定信号を受信することによって前記携帯情報端末の前記情報チャネルにおける使用周波数とスロット番号を特定し、
(c) 前記特定した周波数とスロット番号において、アンテナのビームを複数の方位に走査して前記情報チャネルにおいて前記携帯情報端末が前記基地局へ送信する信号を受信することによって方位毎の受信信号強度を取得し、そして
(d) 最大受信信号強度を示す方位を前記携帯通信端末の方向として特定する、位置追跡方法。
【請求項８】
前記携帯情報端末は前記無線チャネル指定信号に応答して同期バーストを前記基地局に対して送信し、
前記ステップ(c) では前記同期バースト信号を受信する、請求項７記載の位置追跡方法。
【請求項９】
前記基地局は前記同期バースト信号によって同期が確立したとき前記携帯情報端末に対して呼設定信号を送信し、前記携帯情報端末は前記呼設定信号に応答して前記基地局に対して呼出信号を送信し、
前記ステップ(c) では前記呼出信号を受信する、請求項８記載の位置追跡方法。
【請求項１０】
前記携帯情報端末は前記無線チャネル指定信号に応答して同期バーストを前記基地局に対して送信し、前記基地局は前記同期バースト信号によって同期が確立したとき前記携帯情報端末に対して呼設定信号を送信し、前記携帯情報端末は前記呼設定信号に応答して前記基地局に対して呼出信号を送信し、
前記ステップ(c) では前記呼出信号を受信する、請求項７記載の位置追跡方法。
【請求項１１】
発呼に応答して制御チャネルで基地局へ応答電波を送信し、ついで情報チャネルへ移行する携帯通信端末の位置を、携帯型電波到来方向探知機を用いて追跡する位置追跡装置であって、
前記携帯型電波到来方向探知機は
ビーム方向を走査できるアンテナ装置、
前記制御チャネルにおいて前記基地局が前記携帯情報端末に無線チャネル指定信号を送信する周波数を判別する手段、
前記無線チャネル指定信号を受信することによって前記携帯情報端末の前記情報チャネルにおける使用周波数とスロット番号を特定する手段、
前記特定した周波数とスロット番号において、アンテナのビームを複数の方位に走査して前記情報チャネルにおいて前記携帯情報端末が前記基地局へ送信する信号を受信することによって方位毎の受信信号強度を取得する手段、および
最大受信信号強度を示す方位を前記携帯通信端末の方向として特定する手段を備える、位置追跡装置。
【請求項１２】
発呼に応答して制御チャネルで基地局へ応答電波を送信し、ついで情報チャネルへ移行し、その情報チャネルにおいて通話ボタンを操作することによって通話が開始される、携帯通信端末の位置を追跡する方法であって、
(a) 前記通話ボタンが操作される前に前記携帯情報端末から前記基地局に送信される送信信号および前記通話ボタンが操作される前に前記基地局から前記携帯情報端末に送信される送信信号の少なくとも一方を受信することによって前記制御チャネルおよび前記情報チャネルの少なくとも一方で前記携帯通信端末が使用する周波数を判別し、
(b) 前記判別した周波数を用いて、アンテナのビームを複数の方位に走査して前記携帯情報端末が前記基地局へ送信する電波を受信することによって方位毎の受信信号強度を取得し、そして
(c) 最大受信信号強度を示す方位を前記携帯通信端末の方向として特定する、位置追跡方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は無線位置追跡方法および装置に関し、特にたとえば、電子制御導波器アレーアンテナ(Electronically Steerable Passive Array Radiator Antenna：以下、「アレーアンテナ」という。)装置を用いる携帯型電波到来方向探知機と、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）やＰＤＣ（Personal Digital Cellular）のような携帯通信端末のための無線公衆インフラとを利用した、新規な無線位置追跡方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＨＳやＧＰＳ（Global Positioning System）を利用した無線位置追跡システムが商用サービスとして提供されている。これらの一例が、非特許文献１〜４にそれぞれ開示されている。
【０００３】
ＰＨＳを利用したシステムでは、移動機が複数の無線基地局からそれぞれ送信される電波の信号強度を測定し、その結果を位置情報センタへ報告する。位置情報センタでは、多点測量方式の位置特定アルゴリズムなどを利用して、移動機の位置を特定する。
【０００４】
ＧＰＳを利用したシステムでは、３つないし４つのＧＰＳ人工衛星からの電波を受信して緯度、経度（必要に応じて高度）を計算する。
【非特許文献１】大野友義、山本竜治、大塚裕幸「ＰＨ網を用いた高精度位置情報システムの開発」２０００  信学ソ大、Ｂ−５−１７２、Ｓｅｐ.２０００
【非特許文献２】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌｏｃｕｓ．ｎｅ．ｊｐ
【非特許文献３】塩見正「ＧＰＳ利用超精密測位システム」信学誌、Ｖｏｌ．７０，Ｎｏ．５，５１２−５２３  Ｍａｙ  １９８７
【非特許文献４】村田一郎、村上亮「ＧＰＳ−人工衛星による精密測位システム」日本測地学会（編）、ｐｐ１２１−１４０  （社）日本測量協会  東京  １９８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＰＨＳを利用するシステムでは、条件がよければ５０ｍ程度の位置精度が得られるものの、システムとして大規模なものとなり、高価である。
【０００６】
一方、ＧＰＳを利用するシステムでは位置精度は１０ｍ程度にまで高精度にし得るが、専用のＧＰＳ受信機が必要になるので、同様に高価となる。
【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、より簡単かつ安価なシステムで、精度よく位置追跡が可能な、無線位置追跡方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、発呼に応答して制御チャネルで基地局へ応答電波を送信し、ついで情報チャネルへ移行する携帯通信端末の位置を追跡する方法であって、(a) 制御チャネルにおける応答電波を受信して携帯通信端末が使用する周波数を判別し、(b) 判別した周波数を用いて、アンテナのビームを複数の方位に走査して応答電波を受信することによって方位毎の受信信号強度を取得し、そして(c) 最大受信信号強度を示す方位を携帯通信端末の方向として特定する、位置追跡方法である。
【０００９】
請求項１の発明では、携帯通信端末から基地局へ送られる応答電波を受信して周波数を特定し、その周波数でアンテナビームを走査しながら方向を判別するので、無線公衆インフラをそのまま利用できるため、簡単かつ安価に携帯通信端末の位置追跡が可能となる。
【００１０】
請求項２の発明は、基地局は、制御チャネルに含まれる一斉呼出チャネルにおいて、携帯通信端末にその携帯通信端末の識別番号を送信し、ステップ(a) は(a1) 一斉呼出チャネルを受信して基地局から携帯通信端末へ送られる識別番号を取得し、(a2) 制御チャネルに含まれる報知チャネルを受信してその制御チャネルの構造を取得し、(a3) 識別番号および制御チャネル構造に基づいて周波数を特定する、請求項１記載の位置追跡方法である。
【００１１】
この請求項２では、一斉呼出チャネル（ＰＣＨ）で識別番号（実施例では下位２オクテットの１０進数表現（ｎ））を取得し、報告チャネル（ＢＣＣＨ）で携帯通信端末から基地局へ送られる制御チャネル構造（実施例では、Ｆ１（Ｓ）〜ＦＮｃ（Ｓ）：ゾーン内制御チャネルの周波数番号(スロット番号)、ＮＣ:ゾーン内制御チャネルの数、ＮＰ：制御
チャネル当たりのＰＣＨ群分け数）を取得し、この１０進数および制御チャネル構造に基づいて、当該携帯通信端末の使用スロット位置すなわち周波数を特定する。したがって、対象携帯通信端末が使用する周波数が正確に特定できる。
【００１２】
請求項３の発明は、携帯通信端末は制御チャネルに含まれる個別セル用チャネルで応答電波を基地局へ送信し、(a3) では個別セル用チャネルの周波数を特定する、請求項２記載の位置追跡方法である。
【００１３】
請求項３では、個別セル用チャネルの周波数が特定され、したがって、その周波数での携帯通信端末から基地局への応答電波を受信することになる。
【００１４】
請求項５では、携帯通信端末から基地局へは、着信無線状態報告および認証応答、ならびに必要に応じてレベル測定応答が応答電波として送信されるが、請求項４ではそれらの少なくとも１回において、ステップ(b) および(c) を実行する。
【００１５】
請求項６の発明は、発呼に応答して制御チャネルで基地局へ応答電波を送信し、ついで情報チャネルへ移行する携帯通信端末の位置を、携帯型電波到来方向探知機を用いて追跡する位置追跡装置あって、携帯型電波到来方向探知機はビーム方向を走査できるアンテナ装置、制御チャネルにおける応答電波を受信して携帯通信端末が使用する周波数を判別する周波数判別手段、判別した周波数を用いて、アンテナのビームを複数の方位に走査して応答電波を受信することによって方位毎の受信信号強度を取得する信号強度取得手段、および最大受信信号強度を示す方位を携帯通信端末の方向として特定する方位特定手段を含む、位置追跡装置である。
【００１６】
請求項６においても、請求項１と同様に、携帯型電波到来方向探知機によって携帯通信端末の方向が特定できる。
【００１７】
請求項７の発明は、発呼に応答して制御チャネルで基地局へ応答電波を送信し、ついで情報チャネルへ移行する携帯通信端末の位置を追跡する方法であって、(a) 前記制御チャネルにおいて前記基地局が前記携帯情報端末に無線チャネル指定信号を送信する周波数を判別し、(b) 前記無線チャネル指定信号を受信することによって前記携帯情報端末の前記情報チャネルにおける使用周波数とスロット番号を特定し、(c) 前記特定した周波数とスロット番号において、アンテナのビームを複数の方位に走査して前記情報チャネルにおいて前記携帯情報端末が前記基地局へ送信する信号を受信することによって方位毎の受信信号強度を取得し、そして(d) 最大受信信号強度を示す方位を前記携帯通信端末の方向として特定する、位置追跡方法である。
【００１８】
請求項７では、たとえば止まり木チャネルのＢＣＣＨを受信することによって共通制御チャネル構造を取得するとともに対象携帯情報端末の着信識別番号の下位２オクテットの１０進数表現（ｎ））を取得することによって、情報チャネル（ＴＣＨ）において、基地局から携帯通信端末へ無線チャネル指定（ＳＣＣＨ）信号を送信するための周波数を特定する。そして、この周波数でＳＣＣＨを受信する。ＳＣＣＨの無線チャネル指定情報によって対象携帯情報端末が情報チャネル（ＴＣＨ）で使用可能な周波数とスロット番号とが指定されるので、ステップ(c) では、その周波数のそのスロット番号を設定し、アンテナビームを走査しながら携帯情報端末から基地局へ送信される信号を受信することによって方向を判別する。したがって、請求項１の発明と同様に、無線公衆インフラをそのまま利用できるため、簡単かつ安価に携帯通信端末の位置追跡が可能となる。
【００１９】
請求項８の発明は、携帯情報端末は無線チャネル指定信号に応答して同期バーストを基地局に対して送信し、ステップ(c) では同期バースト信号を受信する、請求項７記載の位置追跡方法である。
【００２０】
請求項８では、携帯情報端末から基地局へ送信される同期バーストを受信する。この同期バーストは、携帯情報端末と基地局との同期がとれるまで繰り返し送信されるので、同期バーストを用いれば、確実に位置追跡が行える。
【００２１】
請求項９の発明は、基地局は同期バースト信号によって同期が確立したとき携帯情報端末に対して呼設定信号を送信し、携帯情報端末は呼設定信号に応答して基地局に対して呼出信号を送信し、ステップ(c) では呼出信号を受信する、請求項８記載の位置追跡方法である。
【００２２】
同期バーストによって携帯情報端末と基地局との間で同期が確立すると基地局は呼設定（ＳＡＣＣＨ）信号を携帯情報端末へ送信し、それに応答して携帯情報端末は基地局へ呼出（ＳＡＣＣＨ）信号を送信するが、請求項９では、この呼出信号を受信することによって、方位を判別する。したがって、同期バーストを外しても呼出信号が使えるので、より確実に方位を特定できる。
【００２３】
請求項１０の発明は、携帯情報端末は無線チャネル指定信号に応答して同期バーストを基地局に対して送信し、基地局は同期バースト信号によって同期が確立したとき携帯情報端末に対して呼設定信号を送信し、携帯情報端末は呼設定信号に応答して基地局に対して呼出信号を送信し、ステップ(c) では呼出信号を受信する、請求項７記載の位置追跡方法である。
請求項１０では、請求項９と同様に、同期バーストを外しても呼出信号が使えるので、より確実に方位を特定できる。
【００２４】
請求項１１の発明は、発呼に応答して制御チャネルで基地局へ応答電波を送信し、ついで情報チャネルへ移行する携帯通信端末の位置を、携帯型電波到来方向探知機を用いて追跡する位置追跡装置であって、携帯型電波到来方向探知機はビーム方向を走査できるアンテナ装置、制御チャネルにおいて基地局が携帯情報端末に無線チャネル指定信号を送信する周波数を判別する手段、無線チャネル指定信号を受信することによって携帯情報端末の情報チャネルにおける使用周波数とスロット番号を特定する手段、特定した周波数とスロット番号において、アンテナのビームを複数の方位に走査して情報チャネルにおいて携帯情報端末が基地局へ送信する信号を受信することによって方位毎の受信信号強度を取得する手段、および最大受信信号強度を示す方位を携帯通信端末の方向として特定する手段を備える、位置追跡装置である。
【００２５】
請求項１１においても、請求項７と同様に、携帯型電波到来方向探知機によって携帯通信端末の方向が特定できる。
【００２６】
請求項１２の発明は、発呼に応答して制御チャネルで基地局へ応答電波を送信し、ついで情報チャネルへ移行し、その情報チャネルにおいて通話ボタンを操作することによって通話が開始される、携帯通信端末の位置を追跡する方法であって、(a) 通話ボタンが操作される前に携帯情報端末から基地局に送信される送信信号および通話ボタンが操作される前に基地局から携帯情報端末に送信される送信信号の少なくとも一方を受信することによって制御チャネルおよび情報チャネルの少なくとも一方で携帯通信端末が使用する周波数を判別し、(b) 判別した周波数を用いて、アンテナのビームを複数の方位に走査して携帯情報端末が基地局へ送信する電波を受信することによって方位毎の受信信号強度を取得し、そして(c) 最大受信信号強度を示す方位を携帯通信端末の方向として特定する、位置追跡方法である。
【００２７】
請求項１２では、通話ボタンが押されるまでに請求項１の方法および／または請求項７の方法を利用して対象携帯情報端末の位置追跡が行える。
【発明の効果】
【００２８】
この発明によれば、無線公衆インフラを利用して簡単かつ安価なシステムで、対象とする携帯通信端末の方向を容易に探知できる。
【００２９】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１に示すこの発明の実施例の無線位置追跡システム１０は、たとえばＰＤＣである携帯通信端末１２を位置追跡対象とするもので、携帯型電波到来方向探知機（Hand-held Direction Of Arrival (DOA) finder）:以下、単に「ＤＯＡ探知機」ということがある。）１４を用いてその携帯通信端末１２の位置を特定する。よく知られているように、携帯情報端末１２には通話ボタン１３が設けられ、この通話ボタン１３を押すことによって、通話することができる。ただし、この発明では、対象となる携帯情報端末１２の通話ボタン１３が押される前に携帯情報端末１２の方位や位置を特定しようとするものである。なぜなら、携帯情報端末の位置追跡が典型的には遭難救助の場面で行われることを考えれば、携帯情報端末１２の所有者に通話ボタン１３の押圧を要求することは現実的ではないからである。
【００３１】
具体的には、まず、（１）別の携帯通信端末１２ａが同一セル内にあると想定される携帯通信端末１２を呼び出す（発呼）。この発呼に応答して追跡対象の携帯通信端末１２が基地局１６に電波を送信する。（２）この携帯通信端末１２から基地局１６へ送信する電波をＤＯＡ探知機１４が受信し、ＤＯＡ探知機１４が後述のようにしてその電波の到来方向を探知または判別することによって、（３）携帯通信端末１２の位置を追跡する。
【００３２】
この実施例に用いられ得るＤＯＡ探知機１４の一例が図２ならびに図３に示される。図２の実施例はモノポールアレーアンテナを用い、図３の実施例ではモノポールアンテナに代えてダイポールアンテナを利用する。
【００３３】
このようなＤＯＡ探知機１４は、たとえば特開２００３−１１４４６８号公報に詳細に開示されているところであるが、ここでは、この実施例の理解に必要な範囲でＤＯＡ探知機１４を説明する。
【００３４】
ＤＯＡ探知機１４は、円筒形状の筐体１８、およびこの筐体１８の下面中央から下方に延び、かつユーザが手で持つための手持ち部２０を含む。筐体１８の上面上には、アレーアンテナ装置２２が設けられる。アレーアンテナ装置２２は、具体的には、筐体の上面の中央部に配置される接地導体２４と、その中央部およびその周囲に、１つの励振素子２６および複数（この実施例では６つ）の非励振素子２８が配置される。励振素子２６および非励振素子２８ａ−２８ｆは、図３からよく分かるように、それぞれ上述の接地導体２４からは電気的に絶縁されている。非励振素子２８ａ−２８ｆは励振素子２６を中心とするたとえば半径Ｒ＝λ／４（λ：波長）の円周上の位置に互いに６０°の間隔で配置される。また、図２に示すように、環状に配置された非励振素子２８ａ−２８ｆの外側に、複数の（この実施例では３０°毎に１２個の）ＬＥＤ３０が配置される。このＬＥＤ３０は、判別した電波到来方向を各非励振素子２８ａ−２８ｆの方向または位置に対応させて表示するためのものである。
【００３５】
上述のように、アレーアンテナ装置２２の励振素子２６は、１／４波長のアンテナ素子であり、接地導体２４と電気的に絶縁されていて、また、各非励振素子２８ａ−２８ｆは、それぞれ可変リアクタンス素子３２を介して、接地導体２４に対して高周波的に接地される。また、励振素子２６および非励振素子２８ａ−２８ｆの物理長は同一に設定されている。そして、たとえば可変リアクタンス素子３２がインダクタンス性（Ｌ性）を有するときは、可変リアクタンス素子３２は延長コイルとして機能することになり、それが接続された非励振素子２８の電気長は励振素子２６に比較して長くなる。そのために、その非励振素子２８は反射器として働く。一方、可変リアクタンス素子３２がキャパシタンス性（Ｃ性）を有するときは、可変リアクタンス素子３２は短縮コンデンサとなり、それが接続された非励振素子２８の電気長が励振素子２６に比較して短くなる。そのために、その非励振素子２８は導波器として働く。
【００３６】
したがって、アレーアンテナ装置２２において、各非励振素子２８ａ−２８ｆに接続された可変リアクタンス素子３２のリアクタンス値を変化させることにより、アレーアンテナ装置２２の平面指向特性を変化させることができる。つまり、この実施例のＤＯＡ探知機１４では、電波到来方向を探知するフェーズドアレーアンテナとして、図２または図３で示すアレーアンテナ装置２２を利用する。
【００３７】
このアレーアンテナ装置２２の平面指向性がたとえば図４に示される。図４を参照すれば、実施例のアレーアンテナ装置２２では、８９３ＭＨＺ、９２５ＭＨｚ、９５８ＭＨｚのそれぞれの周波数で、帯域は６５ＭＨｚと比較的広帯域ではあるが、概ね同じ指向性が得られることがわかる。また、発明者等による実験の結果、Ｆ／Ｂ比は１０ｄＢ以上、利得は２ｄＢｉ以上で、角度識別力は、０°と６０°とで２ｄＢであった。
【００３８】
また、この図３に示す実施例のアレーアンテナ装置では、給電ポートは中心の１つの励振素子のみであるため、ＲＦ受信系などを１系統にできる。周囲の６つの非励振素子には可変リアクタンス素子（バラクタダイオード）とバイアス回路のみが装荷されており、上述のように、印加する直流電圧によって可変リアクタンス素子の容量を変化させ、それぞれの素子の結合量を変化させ、空間ステージで電磁的に信号を合成するが、その装荷されたバラクタは逆バイアスで動作させるため、低消費電力化も可能となる。また、代表的な素子間隔と素子長はそれぞれλ／４、λ／２で、たとえば９２５ＭＨｚの場合には、非励振素子の環状配置の直径（２Ｒ）および高さが１６．２ｃｍであって、片手で持ち運びできる大きさになると考えられる。また、ビーム走査の速度は可変リアクタンス素子のＣＲ時定数で制限されるが、市販のシリコンバラクタダイオード(たとえば「１ＳＶ２８７」)であれば、その値は１７．１ｐｓｅｃ．と小さいため、高速な走査が可能となる。
【００３９】
このように、実施例のＤＯＡ探知機１４がアレーアンテナ装置２２を用いることによって、携帯型の電波到来方向探知機として必要な機能やスペックを充足できることが理解される。しかしながら、他の形式の走査型アンテナ（フェーズドアレーアンテナ）が利用可能であることはもちろんである。
【００４０】
図５に示すように、ＤＯＡ探知機１４において、アレーアンテナ装置２２（図５の実施例では図３のダイポールアンテナ素子を用いたアレーアンテナ装置である）によって対象携帯通信端末１２から基地局１６への応答電波を傍受した受信信号は、同軸ケーブル３４を介してＬＮＡ（低雑音増幅器）３６に入力されて増幅され、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）３８を経てミキサ４０に入力される。他方、このミキサ４０には発振器４２からの局発信号が与えられる。したがって、ミキサ４０は受信信号を所定の中間周波信号にダウンコンバートする。中間周波信号は、ＢＰＦ４４および増幅器４６によって増幅され、検波器４８で検波される。
【００４１】
検波器４８から出力された検波信号（包絡線信号）はＡ／Ｄ変換器５０によってディジタル信号として、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）５２に与えられる。このディジタル信号はそのときアレーアンテナ装置２２が受信した電波の電界強度を示すデータ（ＲＳＳＩ値）となる。なお、ＤＳＰ５２は上述のように主ビームの方向を変えるためにリアクタンス値セットをＤ／Ａ変換器５６を介して各可変リアクタンス素子３２に印加する。
【００４２】
具体的には、この実施例では、３０°間隔で１２の方向に対して主ビームを向けるための各リアクタンス値セット（６個の可変リアクタンス素子に対する６個のリアクタンス値を１つのセットとする。）を、ＲＯＭ５４内に予めリアクタンス値セットテーブルとして格納しておき、１つの方向に主ビームを向けるとき、ＤＳＰ５２がそのテーブルから１つのリアクタンス値セットを読み出してＤ／Ａ変換器５６を介して各可変リアクタンス素子３２に設定する。
【００４３】
ＤＳＰ５２はまた、電波到来方向を判別または探知したとき、ドライバ５８を介してＬＥＤ３０を点灯し、その電波到来方向を表示する。ただし、ＤＳＰ５２で実行される電波到来方向判別の具体的動作は、先の公開公報に詳細に説明されているので、ここではこれ以上の説明は省略する。
【００４４】
この実施例のＤＯＡ探知機１４の主要諸元を表１に示すが、用いるＤＯＡ探知機の性能がこれに限定されるものではないことは当然である。
【００４５】
【表１】
2005045747.tif 000003
図１の実施例のシステム１０において携帯通信端末１２の位置追跡を行うために必要な条件は、（１）探索対象となる携帯通信端末から継続して電波を送信させること、（２）探索対象となる携帯通信端末の送信周波数とタイムスロットとを特定すること、（３）バッテリ動作が可能なＤＯＡ探知機で探索対象となる携帯通信端末のバースト信号を受信してその方位を特定することである。このうち条件（３）については図２〜図５に示す実施例のＤＯＡ探知機１４で充足されることは先に説明したとおりであり、この点についての繰り返しの説明は省略する。
【００４６】
ここで、図１の実施例に用いる携帯通信端末１２としてのＰＤＣのチャネル構成（機能チャネル）を図６に示す。図１実施例で携帯通信端末１２が発信機として機能するのは、主に通話状態で情報チャネル（ＴＣＨ）を用いているときである。しかし、以下に示す表２のＰＤＣの主要諸元に示されるように、ＴＣＨのキャリア周波数とタイムスロット数は非常に多く、また、そのキャリア周波数とタイムスロットが無線回線制御局で決定されることや、移動局主導型チャネル切替えが生じることを考えると、探索対象となる携帯通信端末のＴＣＨの周波数ならびにタイムスロットを瞬時に特定することは難しい。
【００４７】
一方、報知チャネル（ＢＣＣＨ）や共通制御チャネル（ＣＣＣＨ）の周波数は、ある程度限定されているため特定し易い。また、一斉呼出チャネル（ＰＣＨ）であれば、ＢＣＣＨに含まれる制御チャネル構造情報から、Ｆ１（Ｓ）〜ＦＮｃ（Ｓ）：ゾーン内制御チャネルの周波数番号(スロット番号)、ＮＣ:ゾーン内制御チャネルの数、ＮＰ：制御チャネル当たりのＰＣＨ群分け数がわかる。さらに、探索対象となる携帯通信端末の移動局番号の下位２オクテットの値の１０進表現をｎとすると、（１）式から探索対象となる携帯通信端末が待ち受けている周波数番号ＩＦとＰＣＨ群の番号ＩＰとが特定できる。したがって、その上り信号である個別セル用チャネル（ＳＣＣＨ）の周波数を特定できる。そのため、この実施例のシステム１０では、（１）式を用いて、探索対象となる携帯通信端末が待ち受けている周波数番号（ＩＦ）とＰＣＨ群の番号（ＩＰ）とから個別セル用チャネル（ＳＣＣＨ）の周波数およびスロット番号を取得する。
【００４８】
【表２】
2005045747.tif 000004
【００４９】
【数１】
2005045747.tif 000005
なお、ユーザパケットチャネル（ＵＰＣＨ）に関しては、同様にその周波数は特定できるが、タイムスロットを特定することが困難なため、位置追跡システムには適応しないと考えられる。
【００５０】
さらに、携帯通信端末がＳＣＣＨを用いて基地局へ電波を送信する制御シーケンスは、発信、着信、位置登録、パケット発信、パケット着信などである。特に、着信では、図７に示すように、ＰＣＨでの基地局からの発呼に対して、０．５ｓｅｃ．以内に着信無線状態報告（ＳＣＣＨ）を送信し、引き続き、基地局からの認証要求（ＳＣＣＨ）に対する認証応答（ＳＣＣＨ）を送信し、オプションで基地局からのレベル測定要求（ＳＣＣＨ）に対するレベル測定応答（ＳＣＣＨ）を送信する。この手順を繰り返して行うことで、携帯通信端末１２からは連続的にバースト信号が送信される。さらに、ＳＣＣＨは情報チャネルＴＣＨに移行する前の制御シーケンスであるため、探索対象となる携帯通信端末を携帯している被災者が呼び出しに応答しなくても電波を発信する。そこで、この実施例では、対象携帯通信端末１２に割り当てられているＳＣＣＨの周波数とスロット番号とをバースト信号（応答信号）を傍受することによって特定し、先に述べた方法で、その電波の到来方向を探索することによって、対象携帯通信端末１２の位置を追跡する。
【００５１】
図１の実施例のシステム１０における位置追跡制御シーケンスが図７に示され、その動作フローチャートが図８および図１０にそれぞれ示される。
【００５２】
最初に、図８の最初のステップＳ１で、図１に示す別の携帯通信端末１２ａで、探索対象となる携帯通信端末１２を発呼（発信）する。そうすると、探索対象となる携帯通信端末１２は、無線基地局１６を経由して発呼（ＰＣＨ）により呼び出される。そこで、次のステップＳ２では、ＤＯＡ探知機１４でもそのＰＣＨを受信し、探索対象となる携帯通信端末１２に一時的に付与される着信識別番号を取得する。つまり、このステップＳ２で、ＤＯＡ探知機１４のＤＳＰ５２は、その識別番号の下位２オクテット（８ビットバイト）の値の１０進数表現（ｎ）を取得する。
【００５３】
他方、探索対象となる携帯通信端末１２では、無線基地局１６からの発呼に対して、着信無線状態報告をＢＣＣＨで送信する。この報知チャネルによる応答は探索対象となる携帯通信端末の全方位に発信するビーコンとして機能する。そこで、ＤＯＡ探知機１４では、ステップＳ３で、対象携帯通信端末１２から送信されるＢＣＣＨを傍受して、当該制御チャネル（ＣＣＨ）の構造、すなわちＦ１（Ｓ）〜ＦＮｃ（Ｓ）：ゾーン内制御チャネルの周波数番号(スロット番号)、ＮＣ:ゾーン内制御チャネルの数、ＮＰ：制御チャネル当たりのＰＣＨ群分け数を取得する。
ＤＯＡ探知機１４のＤＳＰ５２は、ステップＳ４で先に示した（１）式に従った計算を実行し、ステップＳ５で、ＤＳＰ５２は、（１）式の実行の結果、対象とする携帯通信端末１２が待ち受けている一斉呼出チャネル（ＰＣＨ）の周波数とスロット番号とを取得する。
【００５４】
図９は図８の実施例に従って特定したタイムスロットの例を示すが、この図９に示す例では、ＮＣ＝３、ＮＰ＝３とすると、ＰＣＨはＮＣ×ＮＰ＝９群分されている。そこで、識別番号（移動局番号）ｎ＝９として（１）式で計算すると、ｎ´＝９、ＮＣ＝３、ＮＰ＝３となり、対象携帯通信端末１２のスロット番号ＦＮｃ（Ｓ）は、図９に示す「Ｐ９」となる。
【００５５】
このようにして、ＤＯＡ探知機１４は、対象携帯通信端末１２のＳＣＣＨの周波数を知ることができる。したがって、次のステップＳ６では、ＤＯＡ探知機１４は、受信周波数を探索対象となる携帯通信端末が送信するＳＣＣＨの周波数に設定し、それ以後、図１０に従って、対象携帯通信端末１２の位置を追跡する。ただし、その周波数は、図５では図示していないが、ＤＳＰ５２内にＰＬＬ（位相同期ループ）を設けることによって正確に設定することができる。
【００５６】
図１０ではまず、ＤＯＡ探知機１４は、対象携帯通信端末１２からの着信無線状態報告（図７）の電波を傍受して、対象携帯通信端末１２の位置を追跡する。図１０の最初のステップＳ１１はＰＣＨの立ち上がりをトリガとして開始されるが、このステップＳ１１では、まず、先に設定したＳＣＣＨの着信識別番号が対象とする携帯通信端末１２のそれと一致するＳＣＣＨの時間範囲（たとえば０．５ｓｅｃ．）を指定する。そして、ステップＳ１２において、アンテナを走査しながらこの時間０．５ｓｅｃ．以内に送信される無線状態報告を受信する。すなわち、先に説明した方法で、ＤＯＡ探知機１４のＤＳＰ５２（図５）がＲＯＭ５４に設定されているリアクタンス値セットテーブルからリアクタンス値セットを１つずつ順次読み出してＤ／Ａ変換器５６を介して各可変リアクタンス素子に設定することによって、１２方位の受信信号強度を得る。各方位毎の受信信号強度（ＲＳＳＩ値）はその都度バッファ（図示せず）に蓄えられ、その後互いに比較され、最大強度を示した方位を電波到来方向と推定する。そして、ステップＳ１３で、推定結果に応じて、到来方向を表示するための１２個のＬＥＤ３０（図２）のうちの１個を駆動する。ただし、表示方法はこれに限らない。
【００５７】
次に、ＤＯＡ探知機１４は、携帯通信端末１２からの図７に示す認証応答の電波を傍受して、ステップＳ１４−Ｓ１６で、携帯通信端末１２の位置追跡を行う。具体的な方法は先のステップＳ１１−Ｓ１３と同様であるが、ここでは、ステップＳ１４においては、ＳＣＣＨの選択のために、ＳＣＣＨのレイヤ２部に含まれる移動局番号を利用する。つまり、このステップＳ１４では、レイヤ２部に含まれる移動局番号が対象携帯通信端末１２と一致するＳＣＣＨの時間範囲を指定して、次のステップＳ１５で、先のステップＳ１２と同じようにして、電波到来方向を推定する。そして、ステップＳ１６で、推定した方位をＬＥＤで表示する。
【００５８】
ＤＯＡ探知機１４ではさらに、対象携帯通信端末１２の図７に示すレベル測定応答においても、その電波を傍受することによって、ステップＳ１７−Ｓ１９を実行し、方位を推定し、表示する。ただし、ステップＳ１７−Ｓ１９は、先のステップＳ１４−Ｓ１６と全く同様であるため、ここでは重複する説明は省略する。
【００５９】
このようにして、図１実施例では、対象携帯通信端末１２から基地局１６へ送信する応答電波をＤＯＡ探知機１４が傍受することによって、その電波の到来方向すなわち携帯通信端末１２の位置を推定する。この推定した結果は、ＬＥＤ３０（図２）で表示するようにしてもよく、たま、図示しないがたとえばＰＤＡ（Personal Digital Assistance）をＤＯＡ探知機１４に接続して、そのＰＤＡの画面で表示するようにしてもよい。
【００６０】
なお、このような位置追跡システムに用いるＤＯＡ探知機１４としては、次の性能が求められると考えられる。（１）迅速なアンテナビームステアリングが可能で、リアルタイム性を備えること。（２）軽量化やバッテリ動作が可能で、携帯型であること。（３）受信周波数を携帯通信端末が送信するＳＣＣＨの周波数に設定できること。（４）角度分解能が３０°以内であること。（４）受信機のダイナミックレンジが広く、探索可能距離が広範であることである。特に、電波到来方向の推定だけでなく、位置追跡するためには、ＤＯＡ探知機の１４の小型化は重要となる。また、同一セル内で探索するために、少なくとも５００ｍ以上の探知可能距離が必要になると考えられる。また、探索に要する時間を考えると、連続使用可能時間は４時間程度になることが望ましい。
【００６１】
これに対して、発明者等が実験で使用したＤＯＡ探知機では、全１２方位へのビーム走査完了時間は１ｍｓｅｃ．であった。探索対象となる携帯通信端末が送信するＳＣＣＨのタイムスロット長はたとえば６．６７ｍｓｅｃ．であり、したがって、実施例のＤＯＡ探知機１４では、１バースト内での方向推定には十分なリアルタイム性を有する。そして、対象携帯通信端末１２の使用するＳＣＣＨの周波数は実施例の方法に従って正しく解析し、設定することができる。また、先に説明した程度の大きさ（直径１６．２ｃｍ）となるため、携帯性はあり、しかも実験で使用したＤＯＡ探知機でバッテリ駆動で４時間以上の連続使用可能時間を確認した。
【００６２】
このように、図１の実施例の位置追跡システム１０では、携帯型電波到来方向探知機１４と、たとえばＰＤＣのような携帯通信端末およびそれのための無線公衆インフラを利用することによって、専用の送受信機を用いる必要や公衆無線インフラを変更する必要がないので、簡単な構成で、しかも安価に位置追跡システムを実現することができる。
【００６３】
ただし、上述の実施例では、対象携帯通信端末１２に発呼をかけるために別の携帯通信端末１２ａを用いた。しかしながら、図１１に示すように、ＤＯＡ探知機１４にそのような発呼機能を設けるようにしてもよい。すなわち、上での説明からわかるように、発呼のための携帯通信端末１２は、対象携帯通信端末１２を発呼するだけでそれと通話する必要はなく、いわゆる「ワン切り（呼出音を１回だけ鳴らして切ること）」でよいので、ＤＯＡ探知機１４にそのような発呼機構を設けることは簡単である。
【００６４】
図１１の実施例では、たとえば携帯通信端末にあるようなテンキーを含む呼出キー６０を設け、ＤＳＰ５２がそのキー信号に応じて発呼機構６２に指令を与える。応じて、発呼機構が該当の電話番号を有する携帯通信端末１２に発呼をかけ、その後ＤＳＰ５２は、携帯通信端末１２からの送信電波を傍受できた時点で発呼機構６２に停止指令を与える。この実施例によれば、ＤＯＡ探知機１４だけで携帯通信端末１２の位置追跡ができる。
【００６５】
さらに、図１実施例では、携帯通信端末１２の方位Ｅ（γ、θ、φ）を推定することによって追跡するようにした。しかしながら、図１２に示す実施例のように２台のＤＯＡ探知機１４ａおよび１４ｂを用いれば、いわゆる三角測量の原理で対象携帯通信端末１２の位置を特定することもできる。すなわち、この実施例では、２つのＤＯＡ探知機１４ａおよび１４ｂでそれぞれ異なる方位情報（γ１、θ１、φ１）および（γ２、θ２、φ２）を得ることができ、この２つの方位情報と２つのＤＯＡ探知機１４ａおよび１４ｂ間の距離Ｌとに基づいて携帯通信端末１２の位置を特定することができる。
【００６６】
上述の実施例では、携帯通信端末のＴＣＨの周波数ならびにタイムスロットを瞬時に特定することは難しいという理由で、ＰＣＨにおいて探索対象となる携帯通信端末が待ち受けている周波数番号（ＩＦ）とＰＣＨ群の番号（ＩＰ）とから個別セル用チャネル（ＳＣＣＨ）の周波数およびスロット番号を取得するようにした。
しかしながら、発明者等の実験によれば、ＴＣＨにおいて基地局から携帯情報端末へ送信される無線チャネル指定（ＳＣＣＨ）を傍受できれば、そのＳＣＣＨが探索対象となる携帯通信端末の使用可能周波数およびスロット番号を指定するので、ＴＣＨにおいても、通話ボタン１３（図１）を押す前に、携帯情報端末１２の方位を特定できることがわかった。
【００６７】
詳しく説明すると、図７の「レベル測定応答」の後、ＴＣＨに移行するが、このＴＣＨでは、図１３に示すように、基地局から携帯情報端末へ無線チャネル指定（ＳＣＣＨ）を送信する。そして、携帯情報端末では、この無線チャネル指定によって指定された周波数およびスロット番号によって、同期バーストを基地局へ繰り返し送信する。この同期バーストは両者間で同期が確立するまで、たとえばＰＬＬ（位相同期ループ）が引き込むまで、繰り返し送信される。したがって、この発明の他の実施例は、ＴＣＨにおいて携帯情報端末から基地局へ繰り返し送信される同期バーストを傍受することによって、携帯情報端末の位置を追跡しようとするものである。
【００６８】
ただし、同期確立後携帯情報端末から基地局へ送信される呼出信号（ＳＡＣＣＨ）を受信または傍受することによっても、ＴＣＨにおいて携帯情報端末の位置追跡が可能である。
【００６９】
この実施例においては、ＴＣＨにおいて基地局から携帯情報端末へ無線チャネル指定信号を送信する周波数をまず特定しなければ、この無線チャネル指定信号を傍受することができないので、止まり木チャネル（基地局から携帯情報端末への片方向チャネルであって携帯情報端末が電源を投入したときに最初に捕捉するチャネル）のＢＣＣＨを受信することによって、無線チャネル指定信号が送信される周波数をまず特定する。
【００７０】
つまり、図１４のステップＳ２１で、別の携帯情報端末１２ａ（図１）を用いて止まり木チャネルのＢＣＣＨを受信し、ステップＳ２２で、先のステップＳ３（図８）と同様に、共通制御チャネル構造（Ｎｃ，Ｎｐ）を取得する。そして、次のステップＳ２３で、ステップＳ４（図８）と同じ（１）式の一部を用いて計算し、ステップＳ２４で、基地局から携帯情報端末へ上記無線チャネル指定信号を送信するための周波数を特定する。
【００７１】
その後、ステップＳ２５において、この携帯情報端末１２ａから対象携帯情報端末１２（図１）へ発呼し、ステップＳ２６で無線チャネル指定信号を受信することによって、対象携帯情報端末１２のＴＣＨにおける周波数とスロット番号とを特定する。そして、ステップＳ２７において、ＤＯＡ探知機１４に、ステップＳ２６で特定した周波数およびスロット番号を設定し、このＤＯＡ探知機１４（図１）で対象携帯情報端末１２からＴＣＨで送信される信号を受信できるようにする。
【００７２】
一方、ステップＳ２５で対象携帯情報端末１２に発呼をかけたので、この発呼に応じて、対象携帯情報端末１２が、やがて、図１３に示すように、基地局１６（図１）へ向けて同期バーストを送信することになる。そこで、ステップＳ２８では、ステップＳ２７で設定した周波数およびスロット番号で待ち受けることによってこの同期バーストを受信または傍受する。ただし、このとき、先のステップＳ１２、Ｓ１５、Ｓ１８（図１０）などと同様に、アンテナを走査しながらこの同期バーストを受信する。すなわち、ＤＯＡ探知機１４のＤＳＰ５２（図５）がＲＯＭ５４に設定されているリアクタンス値セットテーブルからリアクタンス値セットを１つずつ順次読み出してＤ／Ａ変換器５６を介して各可変リアクタンス素子に設定することによって、１２方位の受信信号強度を得る。各方位毎の受信信号強度（ＲＳＳＩ値）はその都度バッファ（図示せず）に蓄えられ、その後平均化処理などを行うことによって電波到来方向を推定する。そして、ステップＳ２９で、推定結果に応じて、たとえば到来方向を表示するための１２個のＬＥＤ３０（図２）のうちの１個を駆動する。
【００７３】
このようにして、図１３および図１４に示す実施例では、ＴＣＨにおいて通話ボタン１３が押される前に、対象携帯情報端末１２の位置を追跡することができる。
【００７４】
ただし、先に述べたように、同期バーストに代えて、あるいはそれと併用して、呼出信号（ＳＡＣＣＨ）を利用することもできる。この場合には、当然、図１４のステップＳ２８ではアンテナ方位を走査しながら、同期バーストに代えて呼出信号を受信することになる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】図１はこの発明の一実施例の無線位置追跡システムを示す図解図である。
【図２】図２は図１実施例に用いられる携帯型電波到来方向（ＤＯＡ）探知機を示す図解図である。
【図３】図３は図２に示すＤＯＡ探知機に用いられるアレーアンテナ装置を示す図解図である。
【図４】図４は図２の７素子モノポール型アレーアンテナ装置の平面指向性を周波数をパラメータにして示すグラフである。
【図５】図５は図２に示すＤＯＡ探知機の内部構成を示すブロック図である。
【図６】図６は図１実施例で用いられるＰＤＣのチャネル構成を示す図解図である。
【図７】図７は図１実施例における位置追跡シーケンスを示す図解図である。
【図８】図８は図１実施例の動作を示すフロー図である。
【図９】図９は図８実施例に従って特定したタイムスロットを示す図解図である。
【図１０】図１０は図１実施例の動作を示すフロー図である。
【図１１】図１１はＤＯＡ探知機の変形例を示すブロック図である。
【図１２】図１２は図１実施例を用いて携帯通信端末の位置を特定する方法を示す図解図である。
【図１３】図１３はこの発明の他の実施例における位置追跡シーケンスを示す図解図である。
【図１４】図１４は図１３に示す他の実施例の動作を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０  …位置追跡システム
１２  …対象とする携帯通信端末
１４、１４ａ、１４ｂ  …ＤＯＡ探知機
１６  …基地局
２２  …アレーアンテナ装置
３０  …ＬＥＤ
５２  …ＤＳＰ
【図１】
2005045747.tif 000006
【図２】
2005045747.tif 000007
【図３】
2005045747.tif 000008
【図４】
2005045747.tif 000009
【図５】
2005045747.tif 000010
【図６】
2005045747.tif 000011
【図７】
2005045747.tif 000012
【図８】
2005045747.tif 000013
【図９】
2005045747.tif 000014
【図１０】
2005045747.tif 000015
【図１１】
2005045747.tif 000016
【図１２】
2005045747.tif 000017
【図１３】
2005045747.tif 000018
【図１４】
2005045747.tif 000019