(57)【要約】【課題】無線端末における無線通信のリソースの消費を抑制しつつ、基地局間のタイミング誤差の影響を除外することにより高い精度で無線端末の位置を推定することが可能な無線通信システム、基地局および端末位置推定方法を提供する。【解決手段】本発明にかかる無線通信システムの構成は、無線端末、基地局、および管理サーバを含み、複数の基地局は、自局と他の基地局とのフレームのずれを管理サーバに通知し、無線端末が接続要求信号を送信するとき、それぞれの基地局が接続要求信号をそれぞれ受信してその受信タイミングを管理サーバに通知し、管理サーバは、複数の基地局から通知されたフレームのずれおよび受信タイミングを取得し、フレームのずれおよび受信タイミングに基づいて無線端末と複数の基地局との間の距離遅延を算出することにより、無線端末の位置を推定することを特徴とする。【選択図】図２
2016184861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線端末、該無線端末と無線通信を行う複数の基地局、および該複数の基地局を管理する管理サーバを含む無線通信システムであって、
前記複数の基地局は、
自局と他の基地局とのフレームのずれを前記管理サーバに通知し、
前記無線端末が接続要求信号を送信するとき、それぞれの基地局が該接続要求信号をそれぞれ受信してその受信タイミングを前記管理サーバに通知し、
前記管理サーバは、
前記複数の基地局から通知されたフレームのずれおよび受信タイミングを取得し、
前記フレームのずれおよび前記受信タイミングに基づいて前記無線端末と複数の基地局との間の距離遅延を算出することにより、前記無線端末の位置を推定することを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
複数の基地局から通知されたフレームのずれ、および無線端末が接続要求信号を送信するときにそれぞれの基地局が該接続要求信号をそれぞれ受信してその受信タイミングに基づいて、前記無線端末と複数の基地局との間の距離遅延を算出することにより、前記無線端末の位置を推定することを特徴とする管理サーバ。
【請求項３】
無線端末と無線通信を行う複数の基地局、および該複数の基地局を管理する管理サーバによって該無線端末の位置を推定する端末位置推定方法であって、
前記複数の基地局は、
自局と他の基地局とのフレームのずれを前記管理サーバに通知し、
前記無線端末が接続要求信号を送信するとき、それぞれの基地局が該接続要求信号をそれぞれ受信してその受信タイミングを前記管理サーバに通知し、
前記管理サーバは、
前記複数の基地局から通知されたフレームのずれおよび受信タイミングを取得し、
前記フレームのずれおよび前記受信タイミングに基づいて前記無線端末と複数の基地局との間の距離遅延を算出することにより、前記無線端末の位置を推定することを特徴とする端末位置推定方法。
【請求項４】
無線端末と無線通信を行う基地局であって、
自局と他の基地局とのフレームのずれを、当該基地局を管理する管理サーバに通知し、
前記無線端末が接続要求信号を送信するとき、該接続要求信号の受信タイミングを前記管理サーバに通知することを特徴とする基地局。
【請求項５】
他の基地局からの制御信号を受信することで、前記ずれを算出することを特徴とする請求項４に記載の基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線端末、無線端末と無線通信を行う複数の基地局、および複数の基地局を管理する管理サーバを含む無線通信システム、かかる無線通信システムに含まれる基地局、ならびに複数の基地局および管理サーバによって無線端末の位置を推定する端末位置推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線端末の位置情報を取得する方法として、無線端末に搭載されたＧＰＳ装置が利用されている。しかしながら、ＧＰＳ装置を搭載すると無線端末のコストが増大してしまうため、必ずしもすべての無線端末に搭載されているとは限らない。したがって、ＧＰＳ装置を利用した方法であると、ＧＰＳ装置が搭載されていない無線端末の位置を特定することができないという問題があった。またＧＰＳ装置を動作させると無線端末の消費電力が増大してしまうため、ユーザが機能を無効化してしまう場合もある。
【０００３】
ＧＰＳ装置が搭載されていない場合や、ＧＰＳ装置が有効でない場合の無線端末の位置を推定する方法として、ＧＰＳ装置が発達するより前から、電波を用いて３点測距する方法が知られている。例えば特許文献１には、無線端末と複数の基地局との無線信号の送受信を用いた方法が開示されている。特許文献１では、移動体端末（無線装置）と基地局との往復遅延時間によって、それらの間の距離を算出している。また移動体端末と隣接基地局との間の受信電力によって、それらの間の距離を算出している。そして、算出した移動体端末および基地局間の距離、ならびに移動体端末および隣接基地局間の距離に基づいて移動体端末の位置を推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５９５３６２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法であると、隣接基地局との距離を算出するために、無線端末は、接続先の基地局だけでなく隣接基地局との無線通信も行わなくてはならない。このため、無線端末における無線通信のリソースを大幅に消費してしまうおそれがある。また基地局や隣接基地局間にはフレームのずれ（タイミング誤差）が生じることがあるが、特許文献１の方法であるとこのタイミング誤差の影響を除外できないため、無線端末の位置推定精度が低下してしまうことが懸念される。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑み、無線端末における無線通信のリソースの消費を抑制しつつ、基地局間のタイミング誤差の影響を除外することにより高い精度で無線端末の位置を推定することが可能な無線通信システム、基地局、管理サーバおよび端末位置推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明にかかる無線通信システムの代表的な構成は、無線端末、該無線端末と無線通信を行う複数の基地局、および該複数の基地局を管理する管理サーバを含む無線通信システムであって、前記複数の基地局は、自局と他の基地局とのフレームのずれを前記管理サーバに通知し、前記無線端末が接続要求信号を送信するとき、それぞれの基地局が該接続要求信号をそれぞれ受信してその受信タイミングを前記管理サーバに通知し、前記管理サーバは、前記複数の基地局から通知されたフレームのずれおよび受信タイミングを取得し、前記フレームのずれおよび前記受信タイミングに基づいて前記無線端末と複数の基地局との間の距離遅延を算出することにより、前記無線端末の位置を推定することを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明にかかる管理サーバの代表的な構成は、複数の基地局から通知されたフレームのずれ、および無線端末が接続要求信号を送信するときにそれぞれの基地局が該接続要求信号をそれぞれ受信してその受信タイミングに基づいて、前記無線端末と複数の基地局との間の距離遅延を算出することにより、前記無線端末の位置を推定することを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明にかかる端末位置推定方法の代表的な構成は、無線端末と無線通信を行う複数の基地局、および該複数の基地局を管理する管理サーバによって該無線端末の位置を推定する端末位置推定方法であって、前記複数の基地局は、自局と他の基地局とのフレームのずれを前記管理サーバに通知し、前記無線端末が接続要求信号を送信するとき、それぞれの基地局が該接続要求信号をそれぞれ受信してその受信タイミングを前記管理サーバに通知し、前記管理サーバは、前記複数の基地局から通知されたフレームのずれおよび受信タイミングを取得し、前記フレームのずれおよび前記受信タイミングに基づいて前記無線端末と複数の基地局との間の距離遅延を算出することにより、前記無線端末の位置を推定することを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明にかかる基地局の代表的な構成は、無線端末と無線通信を行う基地局であって、自局と他の基地局とのフレームのずれを、当該基地局を管理する管理サーバに通知し、無線端末がある基地局に対して接続要求信号を送信するとき、接続対象でない周辺の基地局も接続要求信号をそれぞれ受信してその受信タイミングを管理サーバに通知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、無線端末における無線通信のリソースの消費を抑制しつつ、基地局間のタイミング誤差の影響を除外することにより高い精度で無線端末の位置を推定することが可能な無線通信システム、基地局、管理サーバおよび端末位置推定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態にかかる無線通信システムを説明する図である。
【図２】本実施形態の無線通信システムにおける動作を説明するシーケンス図である。
【図３】制御信号のモニタリングについて説明する図である。
【図４】本実施形態の端末位置推定方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１４】
図１は、本実施形態にかかる無線通信システム１００を説明する図である。以下、図１に示す無線通信システム１００の説明と併せて、かかる無線通信システム１００に含まれる基地局、および無線通信システム１００における端末位置推定方法についても詳述する。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の１００は、無線端末１１０、かかる無線端末１１０と無線通信を行う複数の基地局（基地局Ａ・基地局Ｂ・基地局Ｃ）、および複数の基地局を管理する管理サーバ１３０を含んで構成される。本実施形態では、無線端末１１０が無線信号の送受信をする基地局、すなわち接続対象となるとして基地局Ａを例示し、その他の基地局である基地局Ｂおよび基地局Ｃを周辺基地局として例示する。
【００１６】
なお、本実施形態では、複数の基地局として３つの基地局を例示したが、基地局の数はこれに限定するものではない。基地局の数は、接続対象の基地局および２つ以上の周辺基地局、すなわち３つ以上であればよく、周辺基地局の数は適宜変更することが可能である。また以下の説明において基地局Ａ〜基地局Ｃを特に区別しない場合には、単に基地局と称する。
【００１７】
図２は、本実施形態の無線通信システムにおける動作を説明するシーケンス図である。図２に示すように、本実施形態の無線通信システム１００では、複数の基地局は、自局以外の他の基地局が送信する制御信号（以下、ＣＣＨと称する）をモニタリングし、自局と他の基地局とのフレームのずれを算出する（ステップＳ２０２、ステップＳ２０４、ステップＳ２０６）。
【００１８】
図３は、制御信号のモニタリングについて説明する図であり、図３（ａ）は通常時の通信フレームを例示していて、図３（ｂ）はＣＣＨモニタリング時の通信フレームを例示している。図３（ａ）および（ｂ）に示すように、基地局の通信フレームは、無線端末１１０に対して無線信号を送信する４つの下りスロット（以下、ＤＬと称する）、および無線端末１１０からの無線信号を受信する４つの上りスロット（以下、ＵＬと称する）によって１フレームが構成されている。
【００１９】
通常時、すなわち従来のように他の基地局のＣＣＨを受信しない場合には、図３（ａ）に示すように、ＤＬの第１スロットを無線端末１１０へのＣＣＨ送信用に使用している。またＵＬの第１スロットは、無線端末１１０からのＣＣＨ受信用に使用される。
【００２０】
図３（ｂ）に示すように、本実施形態の無線通信システム１００では、ＵＬに関しては通常時と同様にＤＬの第１スロットにおいて無線端末１１０へのＣＣＨを送信する。一方、ＵＬでは、第１スロットを無線端末１１０からのＣＣＨ受信用に使用しつつ、第２スロット〜第４スロットまでを、可能な限り他の基地局からのＣＣＨの受信に用いる。これにより、他の基地局のＣＣＨのモニタリングおよび受信が可能となる。なお上記の「可能な限り」とは、当該スロットが空いている場合に使用することを意味している。例えば、基地局Ｂにおいて他の無線端末が通信をしていたら（ＴＣＨ）、無線端末との通信を優先する。
【００２１】
図４は、本実施形態の端末位置推定方法を説明する図である。図４（ａ）はフレームのずれおよび受信タイミングを説明する図であり、図４（ｂ）は基地局と無線端末間の距離の算出について説明する図である。なお、図４では、周辺基地局として基地局Ｂを例示しているが、これに限定するものではなく、基地局Ｃにおいても同様の方法でフレームのずれおよび受信タイミングを算出することができる。
【００２２】
例えば図４（ａ）の１段目の左に示すように、基地局Ａのフレーム（およびＣＣＨ）の開始時を基準とする。このとき、図４（ａ）の４段目の左に示すように、基地局Ａと基地局Ｂとのフレームのずれがｔ１であったとする。このように他の基地局とのフレームのずれを算出したら、基地局はフレームのずれを管理サーバ１３０に通知する（ステップＳ２１２、ステップＳ２１４、ステップＳ２１６）。そして、管理サーバ１３０は、複数の基地局から通知されたフレームのずれを取得する。
【００２３】
次に、無線端末１１０から、ある基地局（本実施形態では基地局Ａ）に対する接続要求信号（以下、ＳＣＣＨと称する）が送信される（ステップＳ２２２）。基地局Ａは接続要求信号を受信すると、無線端末１１０に対して割当信号を送信する（ステップＳ２２８）。
【００２４】
ここで、上述したように無線端末１１０が接続対象の基地局Ａに対してＳＣＣＨを送信するとき、本実施形態の無線通信システム１００では、接続対象でない周辺の基地局である基地局Ｂおよび基地局ＣもそのＳＣＣＨをそれぞれ受信する（ステップＳ２２４、ステップＳ２２６）。そして、基地局Ａ〜基地局Ｃは、ＳＣＣＨを受信した受信タイミングをそれぞれ算出する（ステップＳ２３２、ステップＳ２３４、ステップＳ２３６）。
【００２５】
例えば図４（ａ）の１段目の右に示す例では、基地局ＡがＳＣＣＨを受信したタイミングはｔ２であり、図４（ａ）の４段目の右に示す例では、基地局ＢがＳＣＣＨを受信したタイミングはｔ５である。
【００２６】
ＳＣＣＨを受信したタイミングを算出したら、基地局はそれぞれ受信タイミングを管理サーバ１３０に通知する（ステップＳ２４２、ステップＳ２４４、ステップＳ２４６）。そして、管理サーバ１３０は、複数の基地局から通知された受信タイミングを取得する。
【００２７】
上述したように複数の基地局からのフレームのずれおよび受信タイミングを取得したら、管理サーバ１３０は、それらに基づいて無線端末１１０と複数の基地局との間の距離遅延（距離による遅延時間）を算出し、無線端末１１０の位置（端末位置）を推定する（ステップＳ２５０）。
【００２８】
接続対象の基地局である基地局Ａおよび無線端末１１０の場合、図４（ａ）の２段目の左および（ｂ）に示すように、基地局Ａと無線端末１１０との間の距離により、基地局Ａから送信されたＣＣＨが無線端末１１０において受信される際、ｔ４分の距離遅延が生じる。
【００２９】
そして、無線端末１１０から基地局Ａに対してＳＣＣＨを送信する際にも同じくｔ４分の距離遅延が生じる（図４（ａ）の１段目の右、２段目の左と同じものである２段目の右を参照）。このため、基地局Ａにおける受信タイミングｔ２（基地局Ａにおいてフレーム開始からＳＣＣＨを受信するまでの時間）を２で除算することにより、基地局Ａと無線端末１１０との距離遅延ｔ４、ひいては基地局Ａから無線端末１１０までの距離を推定することができる。
【００３０】
ここで、仮に基地局Ａと基地局Ｂとにフレームのずれがなかった場合、図４（ａ）の３段目の右に示すように、基地局ＢがＳＣＣＨを受信した受信タイミングｔ３は、基地局Ａと無線端末１１０との距離遅延ｔ４、および基地局Ｂと無線端末１１０との距離遅延ｔ６の和となる。したがって、基地局Ａと無線端末１１０との距離遅延ｔ４が算出されれば、基地局Ｂと無線端末１１０との距離遅延ｔ６、ひいてはそれらの間の距離が推定される。
【００３１】
一方、基地局Ａと基地局Ｂとにフレームのずれがあった場合、図４（ａ）の４段目の右および（ｂ）に示すように、フレームのずれが生じていることから、基地局ＢがＳＣＣＨを受信した受信タイミングｔ５から、基地局Ａと無線端末１１０との距離遅延ｔ４を単に減算しただけでは基地局Ｂと無線端末１１０との距離遅延ｔ６を求めることができない。
【００３２】
そこで本実施形態の無線通信システム１００および端末位置推定方法では、まず、上述したように基地局Ａと基地局Ｂとのフレームのずれｔ１を取得している。
【００３３】
そして、基地局Ａと基地局Ｂのフレームずれｔ１と基地局Ｂの実際のＳＣＣＨの受信タイミングｔ５の和と、基地局Ａと無線端末１１０の距離遅延ｔ４と基地局Ｂと無線端末１１０との距離遅延ｔ６の和が等しい。このことから、「ｔ６＝ｔ１＋ｔ５−ｔ４」の式によって、基地局Ｂと無線端末１１０との距離遅延ｔ６、ひいてはそれらの間の距離を推定することができる。
【００３４】
なお、図４において示したフレーム、ＣＣＨおよびＳＣＣＨの時間の長さは、簡便に表現したものであって、実際の長さとは関係が無い。
【００３５】
上述したように、各基地局と無線端末１１０間の距離を推定したら、管理サーバ１３０は、図１に示すように各基地局から無線端末１１０までの距離を半径とした円１２２ａ・１２２ｂ・１２２ｃをシミュレーションし、それらの円の交点を無線端末１１０の位置として推定する。なお、円をシミュレーションする際には、かかる円を、幅を有するドーナツ状とすることが好ましい。これにより、受信タイミング位置の誤差や、マルチパス環境による伝播路の差による誤差を低減することができる。
【００３６】
上記説明したように、本実施形態の無線通信システム１００および端末位置推定方法によれば、基地局間のフレームのずれ、および受信タイミングに基づいて無線端末１１０と基地局との距離遅延を算出することにより、基地局間のタイミング誤差の影響を排除することができる。したがって、より高い精度で無線端末１１０の位置を推定することが可能となる。また本実施形態では、無線端末１１０は接続先の基地局のみと無線信号の送受信をすればよく、他の周辺基地局に対して特段の無線信号を送信したり受信したりする必要がない。したがって、無線端末１１０における無線通信のリソースの消費を抑制しつつ、上述した効果を得ることが可能である。また、無線端末１１０は従来と同様の通信をすればよいだけであるから、既存の全ての無線端末に対して本発明を用いて位置を推定することが可能である。
【００３７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、無線端末、無線端末と無線通信を行う複数の基地局、および複数の基地局を管理する管理サーバを含む無線通信システム、かかる無線通信システムに含まれる基地局、ならびに複数の基地局および管理サーバによって無線端末の位置を推定する端末位置推定方法として利用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１００…無線通信システム、１１０…無線端末、１２２ａ…円、１２２ｂ…円、１２２ｃ…円、１３０…管理サーバ、Ａ、Ｂ、Ｃ…基地局
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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