JP2006080681A - 位置検出システムおよび位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＤＭＡの電波を用いて移動局の位置検出を行うことができる位置検出システムおよび位置検出方法を提供することを目的とする。
【解決手段】複数の基地局との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う移動通信システムにおける移動局の位置を検出する位置検出システムであって、複数の基地局は、互いに異なる周波数で電波を送信し、基地局間の同期をとる局間同期手段と、移動局が受信した電波から、伝搬遅延量を測定する遅延量測定手段と、伝搬遅延量に基づいて、移動局の位置を検出する位置検出手段とを備えることにより達成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、符号分割多元接続方式を用いた位置検出システムおよび位置検出方法に関する。

移動通信では、非常時用あるいは新サービス提供の手段として、位置情報の必要性が高まっている。位置情報は、ＧＰＳ(Global Positioning System)を用いたり、ＣＤＭＡ(Code Division Multiple Access)の遅延プロファイルを用いたりして得ることができる。

例えば、パイロット信号の移動局への到着時間を示すパイロットチャネル信号情報を受信し、このパイロットチャネル信号情報および複数の基地局の位置を示す基地局情報に基づいて、一組の位置誤差コスト関数を最小化することによって、移動局の位置を推定する測位システムがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１８０１８６号公報

しかしながら、上述した背景技術には以下の問題がある。

ＧＰＳによる位置検出は、屋内では使用できない問題がある。

また、ＣＤＭＡの遅延プロファイルを用いた位置検出は、屋内でも使用可能であるが、もともと位置検出が目的ではないために位置検出の精度が悪い上、遠近問題から位置を検出できるエリアが限られる問題がある。この遠近問題に関して、ある基地局が電波を出しているときは他の基地局は電波を出さないようにし、時分割で電波の送信を制御する方法もあるが、現行のシステムを改造せねばならず、周波数利用効率も損なわれる問題がある。また、この方法は、局間が非同期であるシステムには適用できない問題がある。

また、マルチパスの影響で、特に都市内において、１００ｍ〜２００ｍの誤差が生じる場合があり、用途によっては利用できない問題がある。

そこで、本発明の目的は、ＣＤＭＡの電波を用いて、あまり基地局を改造することなく、検出精度を改善し、移動局の位置検出を行うことができる位置検出システムおよび位置検出方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の位置検出システムは、複数の基地局との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う移動通信システムにおける移動局の位置を検出する位置検出システムであって、複数の基地局は、互いに異なる周波数で電波を送信し、基地局間の同期をとる局間同期手段と、移動局が受信した電波から、伝搬遅延量を測定する遅延量測定手段と、伝搬遅延量に基づいて、移動局の位置を検出する位置検出手段とを備える。

このように構成することにより、移動局は複数の基地局からの信号を受信でき、受信した信号から位置を検出することができる。

また、本発明の他の位置検出システムは、複数の基地局との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う移動通信システムにおける移動局の位置を検出する位置検出システムであって、複数の基地局は、互いに異なる周波数で電波を送信し、電波の伝搬遅延量から、基地局間の電波の送信タイミング差を計算する送信タイミング差計算手段と、移動局が受信した電波の伝搬遅延量を測定する遅延量測定手段と、送信タイミング差および伝搬遅延量に基づいて、移動局の位置を検出する位置検出手段とを備える。

このように構成することにより、基地局が非同期の場合においても、基地局間の電波の送信タイミング差を計算することができ、送信タイミング差および伝搬遅延量に基づいて、移動局の位置を検出することができる。

また、本発明の他の位置検出システムは、複数の基地局との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う移動通信システムにおける移動局の位置を検出する位置検出システムであって、複数の基地局は、互いに異なる周波数で電波を送信し、各基地局と移動局との間を往復する電波の伝搬遅延量を測定する遅延量測定手段と、伝搬遅延量から各基地局と移動局との絶対距離を求め、移動局の位置を検出する位置検出手段とを備える。

このように構成することにより、基地局が非同期の場合においても、各基地局と移動局との間を往復する電波の伝搬遅延量を測定することができ、移動局の位置を検出することができる。

また、本発明の他の位置検出システムは、複数の基地局との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う移動通信システムにおける移動局の位置を検出する位置検出システムであって、基地局は、セルを複数のセクタに角度分割し、セクタ毎に異なる拡散コードを用いて通信を行い、移動局が受信した電波から、拡散コード毎の受信レベルを測定する受信レベル測定手段と、拡散コード毎の受信レベルに基づいて、移動局の方位を検出する方位検出手段と、方位に基づき、移動局の位置を検出する位置検出手段とを備える。

このように構成することにより、移動局が受信した電波から、拡散コード毎の受信レベルを測定でき、移動機の基地局に対する方位を求めることができる。

また、本発明の位置検出方法は、複数の基地局との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う移動通信システムにおける移動局の位置を検出する位置検出方法であって、同期した複数の基地局が、互いに異なる周波数で電波を送信するステップと、移動局が、電波を受信するステップと、移動局が受信した電波から、伝搬遅延量を測定するステップと、伝搬遅延量に基づいて、移動局の位置を検出するステップとを有する。

このようにすることにより、移動局は複数の基地局から受信した電波から位置を検出することができる。

また、本発明の他の位置検出方法は、複数の基地局との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う移動通信システムにおける移動局の位置を検出する位置検出方法であって、複数の基地局が、互いに異なる周波数で電波を送信するステップと、電波の伝搬遅延量から、基地局間の電波の送信タイミング差を計算するステップと、移動局が電波を受信するステップと、移動局が受信した電波の伝搬遅延量を測定するステップと、送信タイミング差および伝搬遅延量に基づいて、移動局の位置を検出するステップとを有する。

このようにすることにより、基地局が非同期の場合においても、基地局間の電波の送信タイミング差および伝搬遅延量に基づいて、移動局の位置を検出することができる。

また、本発明の位置検出方法は、複数の基地局との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う移動通信システムにおける移動局の位置を検出する位置検出方法であって、複数の基地局が、互いに異なる周波数で電波を送信するステップと、各基地局と移動局との間を往復する電波の伝搬遅延量を測定するステップと、伝搬遅延量から各基地局と移動局との絶対距離を求め、移動局の位置を検出するステップとを有する。

このようにすることにより、基地局が非同期の場合においても、各基地局と移動局との間を往復する電波の伝搬遅延量から、移動局の位置を検出することができる。

また、本発明の他の位置検出方法は、複数の基地局との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う移動通信システムにおける移動局の位置を検出する位置検出システムであって、基地局が、セルを角度分割したセクタ毎に異なる拡散コードを用いて電波を送信するステップと、移動局が電波を受信するステップと、移動局が受信した電波から、拡散コード毎の受信レベルを測定するステップと、拡散コード毎の受信レベルに基づいて、移動局の方位を検出するステップと、方位に基づき、移動局の位置を検出するステップとを有する。

このようにすることにより、移動局が受信した電波から、拡散コード毎の受信レベルを測定し、移動機の基地局に対する方位を求めることができる。

本発明の実施例によれば、ＣＤＭＡの電波を用いて移動局の位置検出を行うことができる位置検出システムおよび位置検出方法を実現できる。

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。

本発明の第１の実施例にかかる移動通信システムについて、図１を参照して説明する。

本実施例にかかる移動通信システムは、移動局１００と、複数の基地局とを備える。各基地局は異なる周波数で電波を送信する。例えば、各基地局は異なる電気通信事業者に属し、第１の電気通信事業者に属する第１の基地局１１０と、第２の電気通信事業者に属する第２の基地局１２０と、第３の電気通信事業者に属する第３の基地局１３０とを備える。

移動局１００は、アンテナを介して、各基地局から異なる周波数で送信される電波を受信する受信機１０１と、受信機１０１と接続され、各基地局から到来した電波の相対的な遅延を測定する遅延時間測定部１０２と、遅延時間測定部１０２と接続され、測定された相対遅延から移動局１００の位置を検出する位置検出部１０３と、位置検出部１０３と接続され、各基地局の位置を記憶する基地局位置データベース１０４とを備える。

第１の基地局１１０は、アンテナを備え、周波数Ｆ_１の電波を送信する送信機１１１と、送信機１１１と接続され、各基地局間で時間同期を行う局間同期装置１１２とを備える。例えば、局間同期装置１１２としてＧＰＳを備えるようにしてもよい。なお、図１において、各基地局内の上り信号の受信系は、その記載を省略する。第２の基地局１２０および第３の基地局１３０については、第１の基地局１１０と同様の構成であり、第２の基地局１２０が周波数Ｆ_２の電波を送信し、第３の基地局１３０が周波数Ｆ_３の電波を送信する。

ＣＤＭＡでは、基地局間で同一周波数を用い、お互いに異なった拡散符号で拡散され、電波が送信される。このため、移動局が自基地局に近づく程、自基地局から送信された電波の受信レベルが相対的に高まって、干渉により他の基地局から送信された信号を受信できなくなる。

確かな品質で受信できるのはほとんどの場所で自基地局からの電波のみであり、基地局間の境界領域でのみ複数の基地局からの電波を受信することができる。したがって、複数の基地局からの距離を伝搬遅延で求めて、３点測量の原理で位置を特定することは困難である。

その対策として、上述したように各移動局からの電波を時分割で送信するようにして、お互いの干渉を避ける方法があるが、現行のシステムを改造しなければならず、周波数利用効率も損なわれてしまう。

以上の問題を解決する手段として、本実施例では、複数の電気通信事業者に属する各基地局から送信される電波を用いる。異なる電気通信事業者は異なる周波数で電波を通信しているため、移動局１００は、送信された電波をお互いに干渉なく同時に受信することができる。例えば、３電気通信事業者がＣＤＭＡ方式の移動通信システムを同一エリアで運用し、第１の基地局１１０、第２の基地局１２０および第３の基地局１３０は、周波数がＦ_１、Ｆ_２およびＦ_３の電波を送信する場合、移動局１００は、受信周波数を切替えることにより、第１の基地局１１０、第２の基地局１２０および第３の基地局１３０から送信される電波を受信できる。各基地局は、局間同期装置１１２、１２２および１３２、例えばＧＰＳにより同期している。このため、移動局１００は、受信した各基地局から送信された電波から、各基地局までの距離を求め、この距離から３角法により移動局１００の位置を検出することができる。

例えば、移動局１００は、３基の基地局から送信された電波の相対遅延を測定し、この相対遅延をもとに、各基地局からの距離を算出し、自移動局１００の位置を検出する。例えば、移動局１００は、各基地局を中心に算出した距離を半径とし円を描き、これら３つの円の交点を自移動局１００の位置とする。３つの円が交わらない場合には、３つの円の重なった領域の中心を自移動局１００の位置としてもよい。

同一電気通信事業者内では、送信波と受信波とが同一の周波数となるため、送受間干渉により、他の同一電気通信事業者に属する基地局からの送信波を受信することができない。しかし、本実施例では、異なる電気通信事業者に属する基地局から送信される電波を利用するため、異なる周波数の電波を利用でき、他の基地局の送信波を受信することができる。

実際に、基地局の制御信号を移動局が受信して、遅延プロファイルを求めた結果について、図２を参照して説明する。

図２（ａ）に示すように、基地局から送信された制御信号を移動局で受信し、その受信信号の基準点に対する遅延プロファイルを、遅延プロファイル測定装置を用いて求めた。その結果、図２（ｂ）に示すように、基準点と移動局それぞれの位置に設置されたアンテナ出力を示す２つのパルスが観測された。２つのパルスの時間差から、基準点と移動局との相対距離を求めることができる。本実施例においては、３基の基地局から送信された電波の相対遅延から、各基地局からの相対距離を算出することができる。

本実施例においては、各基地局がＧＰＳにより同期を取る場合について説明したが、他の基地局から送信される電波を受信し、同期信号を検出することにより局間同期を確立するようにしてもよい。例えば、ある基地局をマスター局、他の基地局をスレーブ局に設定し、スレーブ局はマスター局が送信する電波からクロックを検出して、自スレーブ局のクロックを決め、チップ単位で同期を計るようにしてもよい。

この場合においても、同一電気通信事業者内では、同一周波数の電波が送信されるため、スレーブ局においてマスター局の電波を検出することは、不可能であるが、異なる複数の電気通信事業者の基地局から送信される電波を利用することにより、スレーブ局はマスター局のクロックを検出することができる。このようにすることにより、ＧＰＳが使えない場合においても、移動局の位置を求めることができる。

次に、本発明の第２の実施例について、図３を参照して説明する。

本実施例にかかる移動通信システムは、各基地局が局間同期を実施しない場合に、移動局１００の位置を検出する。

本実施例にかかる移動通信システムは、上述した実施例と同様に、移動局１００と、複数の基地局とを備える。各基地局は異なる周波数で電波を送信する。例えば、各基地局は異なる電気通信事業者に属し、第１の電気通信事業者に属する第１の基地局１１０と、第２の電気通信事業者に属する第２の基地局１２０と、第３の電気通信事業者に属する第３の基地局１３０とを備える。

移動局１００は、図１を参照して説明した移動局に受信機１０１および位置検出部１０３と接続され、基地局間の送信タイミング差の情報を抽出する基地局間送信タイミング差情報抽出部１０５を備える。

第１の基地局１１０は、アンテナを備え、周波数Ｆ_１で電波を送信する送信機１１１と、アンテナを備え、異なる周波数、例えば周波数Ｆ_１、Ｆ_２およびＦ_３の電波を受信する受信機１１３と、受信機１１３と接続され、受信機１１３が受信した電波の遅延時間を測定する遅延時間測定部１１４と、各基地局の位置を記憶する基地局位置データベース１１６と、遅延時間測定部１１４、送信機１１１および基地局位置データベース１１６と接続され、基地局間の送信タイミング差、すなわち各基地局、例えば第１の基地局１１０、第２の基地局１２０および第３の基地局１３０から送信される電波のクロックずれを計算する基地局間送信タイミング差計算部１１５とを備える。

第２の基地局１２０は、アンテナを備え、周波数Ｆ_２で電波を送信する送信機１２１を備える。第３の基地局１３０は、アンテナを備え、周波数Ｆ_３で電波を送信する送信機１３１を備える。

第１の基地局１１０の受信機１１３は、第１の基地局１１０、第２の基地局１２０および第３の基地局１３０から送信された周波数Ｆ_１、Ｆ_２およびＦ_３の電波を受信する。遅延時間測定部１１４は、受信機１１３により受信された周波数Ｆ_１、Ｆ_２およびＦ_３の電波の遅延時間を測定し、基地局間送信タイミング差計算部１１５に入力する。

基地局間送信タイミング差計算部１１５は、入力された遅延時間と基地局位置データベース１１６に記憶された各基地局の位置とから、各基地局から送信される電波の送信タイミングの差を計算し、その結果を送信機１１１に入力する。送信機１１１は、入力された基地局間送信タイミング差を移動局１００に送信する。

移動局１００では、受信機１０１により基地局間送信タイミング差が受信されると、基地局間送信タイミング差情報抽出部１０５は、基地局間送信タイミング差の情報を抽出し、位置検出部１０３に入力する。

一方、第１の基地局１１０、第２の基地局１２０および第３の基地局１３０により送信された電波は、受信機１０１においても受信され、遅延時間測定部１０２において、各基地局から到来した電波の相対的な遅延が測定され、その結果は位置検出部１０３に入力される。位置検出部１０３は、基地局間送信タイミング差、相対遅延および基地局位置データベースに記憶された各基地局の位置の情報に基づいて、各基地局と移動局との距離を求め、この距離から、例えば３角法により移動局１００の位置を検出する。

本実施例では、第１の基地局１１０に、送信機１１１、受信機１１３、遅延時間測定部１１４、基地局間送信タイミング差計算部１１５および基地局位置データベース１１６を備える場合について説明したが、第２の基地局１２０に備えるようにしてもよいし、第３の基地局１３０に備えるようにしてもよい。

また、基地局に備えることができない場合には、送信機１１１、受信機１１３、遅延時間測定部１１４、基地局間送信タイミング差計算部１１５および基地局位置データベース１１６を備える装置を、モニタ局として新たに備えるようにしてもよい。

次に、本発明の第３の実施例にかかる移動通信システムについて、図４を参照して説明する。

本実施例にかかる移動通信システムは、各基地局と移動局１００との間を往復する電波の時間遅延を測定し、各基地局と移動局１００との絶対距離を求めることにより、移動局の位置を検出する。

本実施例にかかる移動通信システムは、上述した実施例と同様に、移動局１００と、複数の基地局とを備える。各基地局は異なる周波数で電波を送信する。例えば、各基地局は異なる電気通信事業者に属し、第１の電気通信事業者に属する第１の基地局１１０と、第２の電気通信事業者に属する第２の基地局１２０と、第３の電気通信事業者に属する第３の基地局１３０とを備える。

移動局１００は、アンテナと、アンテナと接続された送受分波器１０７と、送受分波器１０７と接続された送信機１０６および受信機１０１と、送信機１０６および受信機１０１と接続された遅延時間測定部１０２と、遅延時間測定部１０２と接続された位置検出部１０３と、位置検出部１０３と接続された基地局位置データベース１０４とを備える。

第１の基地局１１０は、周波数Ｆ_１で電波を送信する送信機１１１と、送信機１１１と接続され、アンテナを備え、送受信号を合成する送受分波器１１７と、送受分波器１１７および送信機１１１と接続され、周波数Ｆ´_１の電波を受信する受信機１１３とを備える。第２の基地局１２０および第３の基地局１３０は、第１の基地局１１０と同様の構成であり、第２の基地局１２０が周波数Ｆ_２、Ｆ´_２の電波を送受信し、第３の基地局１３０が周波数Ｆ_３、Ｆ´_３の電波を送受信する。

移動局１００の送信機１０６は、電波を第１の基地局１１０に送信するとともに、送信した旨の情報を遅延時間測定部１０２に入力する。移動局１００が送信した電波は、第１の基地局１１０の受信機１１３に受信される。送信機１１１は、入力された信号の応答信号を移動局１００に送信する。移動局１００の受信機１０１は、第１の基地局１１０から送信された電波を受信すると、その受信信号を遅延時間測定部１０２に入力する。遅延時間測定部１０２は、移動局１００と第１の基地局１１０との間を往復する電波の伝搬遅延時間の測定を行い、その結果を位置検出部１０３に入力する。

移動局１００は、第２の基地局１２０および第３の基地局１３０に対しても、第１の基地局１１０と同様に伝搬遅延時間の測定を行う。

位置検出部１０３は、伝搬遅延時間から、自移動局１００と各基地局との間の距離を求め、この距離から、例えば３角法により移動局１００の位置を検出する。

このようにすることにより、基地局間の同期を確立することなく、各基地局から送信される異なる周波数の電波を利用して移動局１００の位置を検出することができる。

本実施例においては、位置検出を行う機能、すなわち、伝搬遅延測定を行う遅延時間測定部１０２および位置検出部１０３を移動局１００に備える場合について説明したが、各基地局に備えるようにしてもよい。この場合、各基地局において、伝搬遅延測定が行われ、その結果に基づいて基地局と移動局１００との距離が求められ、その結果が移動局１００に送信される。移動局１００は、各基地局と移動局１００との距離に基づいて位置検出を行う。このようにすることにより、移動局１００を小型化することができる。

また、上述した実施例においては、３基の基地局と移動局１００との間の伝搬遅延時間から、各基地局と移動局１００との距離を求め、求めた距離に基づいて、移動局１００の位置を求める場合について説明したが、２基の基地局と移動局１００との間の伝搬遅延時間から、移動局１００の位置を求めるようにしてもよい。

この場合、移動局１００の位置として２ヶ所の候補が得られた場合、この測定以前に求められた移動局の位置情報に近いほうを現在の移動局の位置とし、それ以外の位置情報を棄却する。このようにすることにより、２基の基地局からの情報だけでも、移動局の位置の推定ができるため、推定可能な場所率や平均推定精度を向上させることができる。

次に、本発明の第４の実施例にかかる移動通信システムについて説明する。

本実施例にかかる移動通信システムは、第１から第３の実施例において説明した移動通信システムの機能を組み合わせたものである。

本実施例にかかる移動局の動作について、図５を参照して説明する。

ここでは、既に、例えば３基の基地局を用いて移動局の位置の推定がされ、所定時間経過後に、新たに移動局の位置を推定する場合について説明する。

移動局は、３基の基地局からの距離測定が可能であるか否かの判断を行う（ステップＳ５０２）、３基の基地局からの距離測定が可能である場合（ステップＳ５０２：ＹＥＳ）、３点測量の原理で移動局の位置推定を行う（ステップＳ５０４）。

一方、３基の基地局からの距離測定が可能でない場合（ステップＳ５０２：ＮＯ）、２基の基地局からの距離測定が可能であるか否かの判断を行う（ステップＳ５０６）。２基の基地局からの距離測定が可能である場合（ステップＳ５０６：ＹＥＳ）、２基の基地局において、各基地局の位置を中心、基地局と移動局との距離を半径として円を形成したときの交点を求め（ステップＳ５０８）、前回の推定位置に近い交点を移動局の推定位置とする（ステップＳ５１０）。

一方、２基の基地局からの距離測定が可能ではない場合（ステップＳ５０６：ＮＯ）、終了する。

次の測定でも、２基の基地局からの距離しか求められない場合には同様の動作を繰り返す。３基の基地局からの距離が求められる場合に、初期の推定方法、すなわち３点測量の原理での位置推定方法を行う。１基の基地局からの測定のみ可能である場合、または全く距離測定ができなかったときは、位置推定を省略して、初期の段階、すなわちステップＳ５０２に戻る。

次に、本発明の第５実施例にかかる移動通信システムについて、図６を参照して説明する。

本実施例にかかる移動通信システムは、１基の基地局にアクセスすることにより、移動局１００の方位の検出を行い、検出した方位を用いて位置検出を行う。

山間地や電波の届きにくい場所では、３基の基地局にアクセスすることが困難な場合がある。その対策として方位検出を提案する。一般に基地局アンテナはセクタ構成を採用しており、方向によって異なる拡散コードで送信する。したがって、拡散コード間の受信レベルを比較することにより、移動局の方位を検出することができる。方位が分かれば、１基あるいは２基の基地局で移動局の位置を特定することができる。

本実施例にかかる移動通信システムは、上述した実施例と同様に、移動局１００と、複数の基地局とを備える。各基地局は異なる周波数で電波を送信する。例えば、各基地局は異なる電気通信事業者に属し、第１の電気通信事業者に属する第１の基地局１１０と、第２の電気通信事業者に属する第２の基地局１２０と、第３の電気通信事業者に属する第３の基地局１３０とを備える。

移動局１００は、アンテナと、アンテナと接続された受信機１０１と、受信機１０１と接続された各コードの受信レベル検出器１０８と、各コードの受信レベル検出器１０８と接続された位置検出部１０３と、位置検出部１０３と接続された基地局位置データベース１０４とを備える。

各基地局は、複数の指向性アンテナと、各指向性アンテナと接続された複数の送信機とを備える。例えば、６セクタの場合には、６本の指向性アンテナと、各指向性アンテナと接続された６基の送信機とを備える。本実施例においては、移動局１００は、各基地局の６本のアンテナから送信される電波のうち３本のアンテナから送信される電波を受信できる場合について説明する。したがって、図６には、３本の指向性アンテナと、各指向性アンテナと接続された３基の送信機を示す。

第１の基地局１１０は、拡散コード１_１（以下、コードと略記）で拡散し、周波数Ｆ_１で送信する送信機１１１_１と、コード２_１で拡散し、周波数Ｆ_１で送信する送信機１１１_２と、コード３_１で拡散し、周波数Ｆ_１で送信する送信機１１１_３とを備える。

第２の基地局１２０は、コード１_２で拡散し、周波数Ｆ_２で送信する送信機１２１_１と、コード２_２で拡散し、周波数Ｆ_２で送信する送信機１２１_２と、コード３_２で拡散し、周波数Ｆ_２で送信する送信機１２１_３とを備える。

第３の基地局１３０は、コード１_３で拡散し、周波数Ｆ_３で送信する送信機１３１_１と、コード２_３で拡散し、周波数Ｆ_３で送信する送信機１３１_２と、コード３_３で拡散し、周波数Ｆ_３で送信する送信機１３１_３とを備える。

例として、移動局１００と第１の基地局１１０とがアクセスすることにより位置検出を行う場合について、図７を参照して説明する。

図７は、基地局あるいは、送信アンテナの送信特性を上から見た図である。セルは６セクタに分割され、セクタ毎に備えられたアンテナからは異なるコードで拡散された電波が送信される。例えば、図７（ａ）に示すように、セクタ１からはコード１_１で拡散された電波、セクタ２からはコード２_１で拡散された電波、セクタ３からはコード３_１で拡散された電波が送信される。

移動局１００の受信機１０１は、第1の基地局１１０から送信された電波を受信し、受信信号を各コードの受信レベル検出器１０８に入力する。各コードの受信レベル検出器１０８は、電波の受信レベルをコード毎に検出する。例えば、図７（ａ）に示すように、移動局１００は、セクタ２の領域内に在圏し、セクタ２に対応する送信機からの電波とともに、セクタ１に対応する送信機からの電波およびセクタ3に対応する送信機からの電波を受信する。

各送信機から送信される電波の受信レベルは、図７（ｂ）に示すように、セクタ２に対応する送信機からの電波が最も高く、続いて、セクタ１に対応する送信機からの電波の受信レベル、セクタ３に対応する送信機からの電波の受信レベルとなる。これら３基の送信機から送信された電波の受信レベルから移動局１００の第１の基地局１１０に対する方位を求めることができる。

同様に、第２の基地局１２０にアクセスすることにより第２の基地局１２０に対する移動局１００の方位を求める。

位置検出部１０３は、基地局位置データベース１０４に記憶されている各基地局の位置情報と、各基地局に対する移動局１００の方位の情報から移動局１００の位置を求める。例えば、各基地局から求められた方向に引いた線の交点を移動局１００の位置と推定する。

このようにすることにより、基地局間を同期させることなく、２基の基地局で移動局の位置を検出することができる。

実際に、６セクタから送信される電波の受信レベルを測定した結果について、図８を参照して説明する。

図８（ａ）に示すように、基地局から各セクタ方向に、コード番号、１２６４、１２８０、１２９６、１３１２、１３２８および１３４４で拡散された電波を送信し、１〜６の計測ポイントで受信レベルの測定を行った。

各計測ポイントでは、各コードに対する受信レベルを求めた。結果を図８（ｂ）に示す。

計測ポイント１では、コードが１３４４の受信レベルが高く、他のコードの受信レベルは低くほぼ同様の値である。計測ポイント２では、コードが１３２８の受信レベルが高く、他のコードの受信レベルは低くほぼ同様の値である。計測ポイント３では、コードが１３１２の受信レベルが高く、これに続いて、１２９６、１３２８が高い。計測ポイント４では、コードが１２９６の受信レベルが高く、他のコードの受信レベルは低くほぼ同様の値である。計測ポイント５では、コードが１２８０の受信レベルが高く、他のコードの受信レベルは低くほぼ同様の値である。計測ポイント６では、コードが１２６４の受信レベルが高く、これに続いて、１２８０が高い。

このように、各コードの相対受信レベルを求めることにより、移動局の基地局に対する方向を求めることができる。

本実施例においては、３セクタに対応する送信機から送信された電波から移動局の方位を求める場合について説明したが、１セクタの受信レベルから方位を求めるようにしてもよい。この場合、±３０度の精度で移動局の方位を検出できる。

次に、本発明の第６の実施例にかかる移動通信システムについて、図9を参照して説明する。

本実施例にかかる移動通信システムは、各基地局からの伝搬遅延および移動局の方位情報から移動局の位置を求める。

本実施例にかかる移動局１００は、図４を参照して説明した移動局に、受信機１０１および位置検出部１０３に接続された各コードの受信レベル検出器１０８を備える。

第１の基地局１１０は、コード１_１で拡散し、周波数Ｆ_１で送信する送信機１１１_１と、送信機１１１_１と接続された受信機１１３_１と、送信機１１１_１および受信機１１３_１と接続された送受分波器１１７_１と、コード２_１で拡散し、周波数Ｆ_１で送信する送信機１１１_２と、送信機１１１_２と接続された受信機１１３_２と、送信機１１１_２および受信機１１３_２と接続された送受分波器１１７_２と、コード３_１で拡散し、周波数Ｆ_１で送信する送信機１１１_３と、送信機１１１_３と接続された受信機１１３_３と、送信機１１１_３および受信機１１３_３と接続された送受分波器１１７_３とを備える。第２の基地局１２０および第３の基地局１３０は、第１の基地局と同様の構成である。

移動局１００と第1の基地局１１０とがアクセスすることにより位置検出を行う場合について説明する。移動局１００の受信機１０１は、第1の基地局１１０から送信された電波を受信し、受信信号を各コードの受信レベル検出器１０８に入力する。各コードの受信レベル検出器１０８は、電波の受信レベルをコード毎に検出し、検出した受信レベルに基づいて、移動局１００の第１の基地局１１０に対する方位を求める。

また、遅延時間測定部１０２において、第１の基地局１１０と移動局１００との間を往復する電波の時間遅延を測定し、第１の基地局１１０と移動局１００との絶対距離を求める。位置検出部１０３は、求められた方位と距離から移動局１００の位置を求める。

上述したように、各基地局からの遅延情報、または方位情報のみで位置を求めることができるが、これら全ての情報を用いることにより、より正確な値を得ることができる。

本実施例では、各基地局からの遅延情報および方位情報を用いて、移動局の位置を検出する場合について説明したが、この場合、信頼度を高めるために、各情報の信頼性に比例した重みをつけるようにしてもよい。

例えば、移動局１００の位置を推定する場合に用いる推定式として、式（１）および式（２）を用いる。
東経の推定値Ｘ＝Ｘ_１×Ｗ_１＋Ｘ_２×Ｗ_２ （１）
北緯の推定値Ｙ＝Ｙ_１×Ｗ_１＋Ｙ_２×Ｗ_２ （２）
ここで、Ｘ_１は遅延から推定した位置の東経値、Ｙ_１は遅延から推定した位置の北緯値、Ｘ_２は方位から推定した位置の東経値、Ｙ_２は方位から推定した位置の北緯値である。また、Ｗ_１は遅延による推定の重み、Ｗ_２は方位による推定の重みであり、Ｗ_１＋Ｗ_２＝１である。
このように、全ての情報を用い、各情報の信頼性に比例した重みをつけることにより正確な値を得ることができる。

次に、本発明の第７の実施例にかかる移動通信システムについて、図１０を参照して説明する。

都市内の伝搬特性はマルチパスの影響で極めて複雑であり、測定誤差は避け得ない。しかし伝搬環境はほぼ不変なので測定結果は常に再現する。そこで、当該エリアであらかじめ測定された各基地局からの伝搬遅延情報を多次元データベースとして伝搬遅延等情報データベース１０９に記憶し、位置検出時の測定データとデータベースとの相関の強さをもとに位置を最尤推定する。

本実施例にかかる移動通信システムは、上述した実施例と同様に、移動局１００と、複数の基地局とを備える。各基地局は異なる周波数で電波を送信する。例えば、各基地局は異なる電気通信事業者に属し、第１の電気通信事業者に属する第１の基地局１１０と、第２の電気通信事業者に属する第２の基地局１２０と、第３の電気通信事業者に属する第３の基地局１３０とを備える。

移動局１００は、各基地局から異なる周波数、例えば、周波数Ｆ_１、Ｆ_２およびＦ_３で送信される電波を、アンテナを介して受信する受信機１０１と、受信機１０１と接続され、各基地局から到来した電波の相対的な遅延を測定する遅延時間測定部１０２と、遅延時間測定部１０２と接続され、測定された相対遅延から移動局１００の位置を検出する位置検出部１０３と、位置検出部１０３と接続され、伝搬遅延情報を記録する伝搬遅延等情報データベース１０９とを備える。

第１の基地局１１０は、周波数Ｆ_１で電波を送信する送信機１１１を備える。
第２の基地局１２０および第３の基地局１３０は、第１の基地局１１０と同様の構成であり、第２の基地局１２０および第３の基地局１３０は周波数Ｆ_２およびＦ_３で電波を送信する。

位置検出時の測定データとデータベースとの相関の強さはユークリッド距離によって評価する。この場合、データベースにある基地局からの遅延値と測定によって求めた遅延値の差を「距離」とみなし、各基地局からの「距離」の２乗の和の平方根がユークリッド距離となる。

例えば、移動局１００は、図１１に示すような各基地局からの遅延量データベースを備え、この遅延量データベースからユークリッド距離を算出する。例えば、東経が１０列目、北緯が５行目のユークリッド距離は、式（３）のように表される。
ユークリッド距離＝√((DA-2)²+(DB-3.4)²+(DC-1)²) （３）
ここで、ＤＡは基地局Ａからの遅延量、ＤＢは基地局Ｂからの遅延量、ＤＣは基地局Ｃからの遅延量である。

式（３）を用いて、ユークリッド距離を算出し、ユークリッド距離データを求める。求めたユークリッド距離データからユークリッド距離が最小となる位置に対応する緯度および経度が推定位置となる。

測定植がデータベース値と一致していれば「距離」は０となるため、ユークリッド距離も０となり、データベースで対応する地点が求める地点となる。通常は測定誤差等により「距離」が０となることは稀であり、ユークリッド距離が最も小さい地点を推定地点とする。

最尤推定では、全く異なった場所でもユークリッド距離が最小となる場合が確率的に存在する。測定誤差の出かたによっては、異なった地点を選んでしまう可能性もある。そこで、過去の推定位置と比較し、時間的に移動不可能である位置が推定された場合は、棄却して直近の過去の位置を適用する。

また、遅延量を求める場合に、図１２（ａ）に示すように、過去の移動量を外挿してピークを選択するようにしてもよい。また、図１２（ｂ）に示すように他の２基の基地局から求めた位置情報を用いて最適なピークを選択するようにしてもよい。

また、伝搬遅延推定では、マルチパスによって誤差が生じる。そこで、求めた遅延プロファイルから、マルチパスの少ない場合は推定値の尤度が高いとし、マルチパスが多く観測された場合は推定値の尤度が低いと判定して、上述した推定式における重み付けを調整するようにしてもよい。

また、正しい伝搬遅延値を得るには、遅延プロファイルから先行波を検出することが重要である。その際に、過去の位置と移動速度・方向ならびに他の基地局からの遅延時間の変化を参考にして予想される遅延時間を推定し、その位置の近傍のピークを推定遅延時間とするようにしてもよい。

また、位置を判断するためにデータベースを予め準備しておくことが必要である。全てのエリアのデータを移動局に蓄えておくことは不可能である。そこで移動局の存在率の高いエリアは、移動局がデータを記憶しておき、データのないエリアでは基地局から必要に応じてデータをダウンロードする。地物の変化によりデータを更改する必要がある場合も同様である。

また、データベースへのデータの蓄積および更新を行うためには、測定車を用意して常時測定する方法が最も一般的であるが経済的でない。その代わりに、一般のＧＰＳを搭載した携帯電話を利用して、通常使用時にＧＰＳによる位置、伝搬遅延、方位、受信レベル等のデータを基地局に報知させ、ネットワークでそれらの情報の蓄積ならびにアップデートを行うようにしてもよい。

次に、本発明の第８の実施例にかかる移動通信システムについて、図１３を参照して説明する。

本実施例にかかる移動通信システムは、最尤推定のデータとして、到来方向をも加えたものである。

本実施例にかかる移動通信システムは、図９を参照して説明した基地局と、図９を参照して説明した移動局において、基地局位置データベースの代わりに伝搬遅延等情報データベース１０９を備える。

伝搬遅延等情報データベースは、遅延量および到来方向に関するデータベースである。

このように構成することにより、多くの情報を用いて位置推定を行うことができるため、位置推定精度を高めることができる。ただし、推定方位は推定誤差が大きいので、確からしさに比例した重み付けをする。例えば、移動局１００の位置を推定する場合に用いる推定式として、式（１）および式（２）を用いる。

次に、本発明の第９の実施例にかかる移動通信システムについて、図１４を参照して説明する。

本実施例にかかる移動通信システムは、最尤推定のデータとして、受信電力をも加えたものである。

本実施例にかかる移動通信システムは、図１０を参照して説明した基地局と、図１０を参照して説明した移動局に、受信機１０１および位置検出部１０３と接続された受信電力検出部１４０を備える。

受信電力検出部１４０は、各基地局からの電波の受信レベルを測定し、伝搬損失を求める。

伝搬遅延等情報データベース１０９は、遅延量および伝搬損失に関するデータベースである。

このように構成することにより、多くの情報を用いて位置推定を行うことができるため、位置推定精度を高めることができる。ただし、受信レベルは推定誤差が大きいので、確からしさに比例した重み付けをする。例えば、移動局１００の位置を推定する場合に用いる推定式として、式（４）および式（５）を用いる。
東経の推定値Ｘ＝Ｘ_１×Ｗ_１＋Ｘ_２×Ｗ_２＋Ｘ_３×Ｗ_３ （４）
北緯の推定値Ｙ＝Ｙ_１×Ｗ_１＋Ｙ_２×Ｗ_２＋Ｙ_３×Ｗ_３ （５）
ここで、Ｘ_１は遅延から推定した位置の東経値、Ｙ_１は遅延から推定した位置の北緯値、Ｘ_２は方位から推定した位置の東経値、Ｙ_２は方位から推定した位置の北緯値、Ｘ_３は伝搬損失から推定した位置の東経値、Ｙ_３は伝搬損失から推定した位置の北緯値である。また、Ｗ_１は遅延による推定の重み、Ｗ_２は方位による推定の重み、Ｗ_３は伝搬損失による推定の重みであり、Ｗ_１＋Ｗ_２＋Ｗ_３＝１である。

次に、本発明の第１０の実施例にかかる移動通信システムについて説明する。

本実施例にかかる移動通信システムは、第１から第９の実施例において説明した移動通信システムの機能を組み合わせたものである。

本実施例にかかる移動局の動作について、図１５を参照して説明する。

ここでは、既に、例えば３基の基地局を用いて移動局の位置の推定がされ、所定時間経過後に、新たに移動局の位置を推定する場合について説明する。

移動局は、当該エリアのデータベースが存在するか否かを判断する（ステップＳ１５０２）。当該エリアのデータベースが存在する場合（ステップＳ１５０２：ＹＥＳ）、最尤推定により移動局の位置を求める（ステップ１５０４）。

一方、当該エリアのデータベースが存在しない場合（ステップＳ１５０２：ＮＯ）、移動局は、３基の基地局からの距離測定が可能であるか否かの判断を行う（ステップＳ１５０６）、３基の基地局からの距離測定が可能である場合（ステップＳ１５０６：ＹＥＳ）、３点測量の原理で移動局の位置推定を行う（ステップＳ１５０８）。

一方、３基の基地局からの距離測定が可能でない場合（ステップＳ１５０６：ＮＯ）、２基の基地局からの距離測定が可能であるか否かの判断を行う（ステップＳ１５１０）。２基の基地局からの距離測定が可能である場合（ステップＳ１５１０：ＹＥＳ）、２基の基地局において、各基地局の位置を中心に基地局と移動局との距離を半径として円を形成したときの交点を求め（ステップＳ１５１２）、前回の推定位置に近い交点を移動局の推定位置とする（ステップＳ１５１４）。

一方、２基の基地局からの距離測定が可能ではない場合（ステップＳ１５１０：ＮＯ）、１基の基地局からの距離と、この基地局に対する移動局の方位から移動局の位置を推定する（ステップＳ１５１６）。

次に、本発明の第１１の実施例にかかる移動通信システムについて説明する。

本実施例にかかる移動通信システムは、マルチパスにより伝搬遅延推定誤差が生じる対策として、基地局に受信専用のアダプティブアレーアンテナを設置する。アダプティブアレーアンテナは放射ビームの向きを電子的に制御することができる。放射ビームを当該移動局に向けることにより、マルチパスが減って、より正確な推定距離を得る。

ただし、放射ビームを移動局に向けるには、移動局の位置を予め求める必要がある。そこで当該移動局の位置は直ぐ前の測定で推定された位置と仮定して、その仮定された位置の方向に受信専用アレーアンテナの放射ビームを向けるようにする。

このようにすることにより、位置推定精度を向上させることができる。

以上説明したように、本実施例によれば、携帯電話の電波を用いて高精度に移動局の位置を求めることができる。その結果、ＧＰＳを適用できない屋内を含めたヒューマンナビゲーションが初めて可能になると共に、よりマイクロセル化した移動通信システムにおいて重要となる、移動局の位置情報の精度を改善させることができる。

本発明にかかる位置検出システムおよび位置検出方法は、符号分割多元接続方式を用いた移動通信システムに適用できる。

本発明の一実施例にかかる移動通信システムの機能ブロック図である。 遅延プロファイルの測定結果を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかる移動通信システムの機能ブロック図である。 本発明の一実施例にかかる移動通信システムの機能ブロック図である。 本発明の一実施例にかかる移動通信システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施例にかかる移動通信システムの機能ブロック図である。 移動局におけるセクタ毎の受信レベルを示す説明図である。 移動局におけるセクタ毎の受信レベルの測定結果を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかる移動通信システムの機能ブロック図である。 本発明の一実施例にかかる移動通信システムの機能ブロック図である。 本発明の一実施例にかかる移動局における最尤推定におけるデータベースを示す説明図である。 過去の情報から遅延プロファイル中の最適なピークを選ぶ方法を示す説明図である。 本発明の一実施例にかかる移動通信システムの機能ブロック図である。 本発明の一実施例にかかる移動通信システムの機能ブロック図である。 本発明の一実施例にかかる移動通信システムの動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 移動局
１１０、１２０、１３０ 基地局

Claims (10)

1. 複数の基地局との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う移動通信システムにおける移動局の位置を検出する位置検出システムであって：
   前記複数の基地局は、互いに異なる周波数で電波を送信し、
   基地局間の同期をとる局間同期手段；
   前記移動局が受信した電波から、伝搬遅延量を測定する遅延量測定手段；
   前記伝搬遅延量に基づいて、前記移動局の位置を検出する位置検出手段；
   を備えることを特徴とする位置検出システム。
2. 複数の基地局との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う移動通信システムにおける移動局の位置を検出する位置検出システムであって：
   前記複数の基地局は、互いに異なる周波数で電波を送信し、
   前記電波の伝搬遅延量から、基地局間の前記電波の送信タイミング差を計算する送信タイミング差計算手段；
   前記移動局が受信した前記電波の伝搬遅延量を測定する遅延量測定手段；
   前記送信タイミング差および前記伝搬遅延量に基づいて、前記移動局の位置を検出する位置検出手段；
   を備えることを特徴とする位置検出システム。
3. 複数の基地局との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う移動通信システムにおける移動局の位置を検出する位置検出システムであって：
   前記複数の基地局は、互いに異なる周波数で電波を送信し、
   各基地局と移動局との間を往復する電波の伝搬遅延量を測定する遅延量測定手段；
   前記伝搬遅延量から前記各基地局と前記移動局との絶対距離を求め、前記移動局の位置を検出する位置検出手段；
   を備えることを特徴とする位置検出システム。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の位置検出システムにおいて：
   移動局の位置に対応する各基地局からの伝搬遅延量情報を記録する伝搬遅延量情報記憶手段；
   を備え、
   前記位置検出手段は、測定した伝搬遅延量と前記伝搬遅延量情報とのユークリッド距離を求め、前記ユークリッド距離から最尤推定により移動局の距離を検出することを特徴とする位置検出システム。
5. 複数の基地局との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う移動通信システムにおける移動局の位置を検出する位置検出システムであって：
   基地局は、セルを複数のセクタに角度分割し、セクタ毎に異なる拡散コードを用いて通信を行い、
   移動局が受信した電波から、拡散コード毎の受信レベルを測定する受信レベル測定手段；
   前記拡散コード毎の受信レベルに基づいて、前記移動局の方位を検出する方位検出手段；
   前記方位に基づき、前記移動局の位置を検出する位置検出手段；
   を備えることを特徴とする位置検出システム。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の位置検出システムにおいて：
   前記移動局の位置に対応する各基地局からの方位情報を記録する方位情報記録手段；
   を備え、
   前記位置検出手段は、前記方位情報に基づいて、移動局の位置を検出することを特徴とする位置検出システム。
7. 複数の基地局との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う移動通信システムにおける移動局の位置を検出する位置検出方法であって：
   同期した複数の基地局が、互いに異なる周波数で電波を送信するステップ；
   前記移動局が、前記電波を受信するステップ；
   前記移動局が受信した電波から、伝搬遅延量を測定するステップ；
   前記伝搬遅延量に基づいて、前記移動局の位置を検出するステップ；
   を有することを特徴とする位置検出方法。
8. 複数の基地局との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う移動通信システムにおける移動局の位置を検出する位置検出方法であって：
   複数の基地局が、互いに異なる周波数で電波を送信するステップ；
   前記電波の伝搬遅延量から、基地局間の前記電波の送信タイミング差を計算するステップ；
   前記移動局が前記電波を受信するステップ；
   前記移動局が受信した前記電波の伝搬遅延量を測定するステップ；
   前記送信タイミング差および前記伝搬遅延量に基づいて、前記移動局の位置を検出するステップ；
   を有することを特徴とする位置検出方法。
9. 複数の基地局との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う移動通信システムにおける移動局の位置を検出する位置検出方法であって：
   複数の基地局が、互いに異なる周波数で電波を送信するステップ；
   各基地局と移動局との間を往復する電波の伝搬遅延量を測定するステップ；
   前記伝搬遅延量から前記各基地局と前記移動局との絶対距離を求め、前記移動局の位置を検出するステップ；
   を有することを特徴とする位置検出方法。
10. 複数の基地局との間でＣＤＭＡ方式により通信を行う移動通信システムにおける移動局の位置を検出する位置検出システムであって：
    基地局が、セルを角度分割したセクタ毎に異なる拡散コードを用いて電波を送信するステップ；
    移動局が前記電波を受信するステップ；
    移動局が受信した電波から、拡散コード毎の受信レベルを測定するステップ；
    前記拡散コード毎の受信レベルに基づいて、前記移動局の方位を検出するステップ；
    前記方位に基づき、前記移動局の位置を検出するステップ；
    を有することを特徴とする位置検出方法。