JP4378838B2

JP4378838B2 - 移動局端末，移動体無線通信システム及び方法

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Publication number: JP4378838B2
Application number: JP2000115827A
Authority: JP
Inventors: 雅博宇野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2000-04-11
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2020-04-11
Also published as: JP2001298768A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置が検出される移動局端末，移動局の位置検出機能を備えた移動体無線通信システム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セルラ方式による移動体無線通信システムにおいて、移動局が複数の基地局からの送信信号を受信する場合、移動局と各基地局との位置関係を計算することによって移動局の位置を特定することができる。
【０００３】
この場合、各基地局と移動局との間の信号伝播時間Ｔ_dを観測する。信号伝播時間Ｔ_dは、位置検出装置に送信される。位置検出装置では、Ｔ_dと、予め既知である各基地局の位置情報を用いた三辺測量を行うことによって移動局の位置を算出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特に移動体通信の場合、基地局から送信される信号は、建物等の障害物により散乱・反射されるため、実際の信号は、複数の散乱波となって、異なる行路長をもった複数の伝送路を伝播されて移動局に到来している。これを、マルチパスフェーディングという。このマルチパスフェーディングによって、移動局における受信信号の到達時刻には、各伝送路の行路長差に相当する時間差が生じる。また移動局で受信する信号強度は、ランダムに変化することとなる。
【０００５】
したがって、到達時刻から算出される基地局と移動局との間の信号伝播時間Ｔ_dは、マルチパスフェーディングによって発生した複数の散乱波のうちのどの散乱波の到達時刻を選択するかによって変動する。即ち、計算される基地局と移動局との間の距離は変化してしまう。
【０００６】
特に、基地局と移動局とが遮蔽されている場合、送受信される信号は、直線距離で直接伝播することができず、マルチパスフェーディングによって発生した散乱波のみが伝播される。
【０００７】
そのため、基地局と移動局とが遮蔽されている場合やマルチパスフェーディングが起こる条件下では、正確な到達時刻、即ち正確な基地局と移動局との間の距離を算出することが困難になるという問題がある。
【０００８】
仮に、到来時間が１μｓずれたときの基地局と移動局との間の距離の誤差を計算すると、下記計算式により、誤差は３００ｍ程度となることが判る。
【０００９】
３００，０００，０００［ｍ／ｓ］×１［μｓ］＝３００［ｍ］
電波の伝播速度が大気中で約３００，０００，０００ｍ／ｓであること、及び散乱波の到来時間の分布が、例えば郊外において最大数十μｓ，市街地において最大数μｓであることを考慮すると検出される位置に数百ｍ〜数ｋｍ単位の誤差を生じることになるが、従来の位置検出装置では、誤差を含んだ状態で表示されるという問題点があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、移動局の位置検出機能を備えた移動体無線通信システムにおいて、検出される位置の精度を算出することが可能な移動体無線通信システムを提供すること目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明に係る移動局端末は、複数の基地局との間で無線により互いに通信を行い、上記複数の基地局との通信における信号伝播時間から検出された位置情報を受信する移動局端末であって、上記複数の基地局から送信されて移動局端末に到達する複数の到来波を受信する受信手段と、受信される上記複数の到来波の信号強度を信号別に時間軸にて分解測定し、上記複数の到来波の信号強度の時間分布を検出する信号検出手段と、上記信号強度の時間分布から位置情報の精度を算出する精度算出手段と、上記到来波を受信した時刻と、上記到来波に対する応答を上記基地局に対して送信した時刻との送受信時間差を検出する時間差検出手段と、上記複数の基地局に対して上記送受信時間差を送信する送信手段と、上記位置情報と上記精度とを表示する表示手段とを備える。
【００１２】
このような移動局端末は、信号検出手段において、受信される複数の信号の信号強度を信号別に時間軸にて分解測定して複数の信号の信号強度の時間分布を検出し、精度検出手段において、信号強度の時間分布から位置情報の精度を算出して、表示手段においてこれを表示する。
【００１３】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る移動体無線通信システムは、複数の基地局と移動局と間の信号伝播時間から移動局の位置情報を検出する移動体無線通信システムにおいて、上記移動局と無線により互いに通信を行い、上記移動局に対して信号を送信した時刻と、上記信号に対する応答を上記移動局から受信した時刻との基地局送受信時間差を検出する複数の基地局と、上記複数の基地局から送信されて上記移動局に到達する複数の到来波を受信する受信手段と、受信される上記複数の到来波の信号強度を信号別に時間軸にて分解測定し、上記複数の到来波の信号強度の時間分布を検出する信号検出手段と、上記信号強度の時間分布から上記位置情報の精度を算出する精度算出手段と、上記到来波を受信した時刻と、上記到来波に対する応答を上記基地局に対して送信した時刻との移動局受送信時間差を検出する時間差検出手段と、上記複数の基地局に対して上記移動局受送信時間差を送信する送信手段と、上記位置情報と上記精度とを表示する表示手段とを備える移動局端末と、上記基地局送受信時間差と上記移動局受送信時間差とから上記移動局の位置を検出する位置検出装置とを備える。
【００１４】
このような移動体無線通信システムは、移動局の信号検出手段において、受信される複数の信号の信号強度を信号別に時間軸にて分解測定して複数の信号の信号強度の時間分布を検出し、精度検出手段において、位置検出装置で算出された位置情報の精度を信号強度の時間分布から算出して、表示手段においてこれを表示する。
【００１５】
更に、上述した目的を達成するために、本発明に係る移動体無線通信方法は、複数の基地局と移動局と間の信号伝播時間から移動局の位置を検出する移動体無線通信方法において、上記移動局と無線により互いに通信を行う複数の基地局との間で、上記移動局に対して信号を送信した時刻と、上記信号に対する応答を上記移動局から受信した時刻との基地局送受信時間差を検出する基地局送受信時間差検出工程と、上記複数の基地局から送信されて上記移動局に到達する複数の到来波を受信する受信工程と、上記移動局において受信される上記複数の到来波の信号強度を、信号別に時間軸にて分解測定し、上記複数の到来波の信号強度の時間分布を検出する信号検出工程と、上記信号強度の時間分布から上記移動局の位置の精度を算出する精度算出工程と、上記到来波を受信した時刻と、上記到来波に対する応答を上記基地局に対して送信した時刻との移動局受送信時間差を検出する時間差検出工程と、上記複数の基地局に対して上記移動局受送信時間差を送信する送信工程と、上記基地局送受信時間差と上記移動局受送信時間差とから上記移動局の位置を検出する位置検出工程と、上記移動局の上記位置情報と上記精度とを表示する表示工程とを備える。
【００１６】
このような移動体無線通信方法は、信号検出工程において、受信される複数の信号の信号強度を信号別に時間軸にて分解測定して複数の信号の信号強度の時間分布を検出し、精度検出工程において、位置検出工程で算出された位置情報の精度を信号強度の時間分布から算出して、表示工程においてこれを表示する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
本発明の実施の形態の一構成例として示す移動体無線通信システムは、互いに通信が可能な複数の基地局と移動局との間で送受信される信号の伝播時間から移動局の位置を算出するセルラ方式による移動体無線通信システムであって、更に、建物等の障害物により散乱・反射されて複数の散乱波となって異なる行路長を有する複数の散乱波として移動局に到来するマルチパスフェーディング下において、移動局に到来する基地局からの各散乱波の強度と到来時間の分布を検出することによって、ここで算出される移動局の位置の精度を決定するものである。
【００１９】
このような移動体無線通信システム１の概略を、図１に示す。移動体無線通信システム１は、移動局２と、基地局３，基地局４及び基地局５とが無線により互いに通信可能とされ、更に、基地局３乃至基地局５に接続されて各基地局から位置検出に必要なデータを受信する位置検出装置６を備えている。
【００２０】
移動局２は、例えば携帯型通信端末であり、ここでは携帯型電話機である。移動局２の構成について、図２を用いて説明する。
【００２１】
移動局２は、基地局からの信号を受信する高周波受信回路１０と、アナログ信号をデジタル信号へと変換するアナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１１と、受信信号の信号強度を時間軸にて分解測定する遅延プロファイル検出回路１２と、信号強度から後述の位置情報の精度を算出する精度検出回路１３と、入力される信号を復調する復調回路１４と、受信した信号に対する応答を送信するまでの時間を検出する送受信タイミング差検出回路１５と、信号を変調して出力する変調回路１６と、デジタル信号をアナログ信号へと変換するデジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換器１７と、基地局へと信号を送信する高周波送信回路１８と、位置情報及び携帯型電話機である当該移動局の操作に関する情報を表示する表示部１９と、基地局からの種々の信号を受信する、及び／又は基地局へと種々の信号を送信するアンテナ２０とを少なくとも備えている。
【００２２】
上述の移動局２において、高周波受信回路１０は、アンテナ２０を介して、基地局３，基地局４及び基地局５からのアナログ信号を受信し、Ａ／Ｄ変換器１１へと送る。
【００２３】
Ａ／Ｄ変換器１１は、高周波受信回路１０からのアナログ信号をデジタル信号へと変換して遅延プロファイル検出回路１２へと送る。
【００２４】
遅延プロファイル検出回路１２は、Ａ／Ｄ変換器１１からのデジタル信号の信号強度を時間軸で分解し、信号強度の時間分布（以下、遅延プロファイルと記す。）を検出する。遅延プロファイル検出回路１２は、検出した遅延プロファイルを精度検出回路１３へと送る。また、遅延プロファイル検出回路１２は、Ａ／Ｄ変換器１１から入力されるデジタル信号を送受信タイミング差検出回路１５へと送る。
【００２５】
精度検出回路１３は、遅延プロファイルから位置情報の精度を決定し、決定された位置情報の精度を示すデータを表示部１９へと送る。
【００２６】
復調回路１４は、Ａ／Ｄ変換器１１からの信号を復調して表示部１９へと送る。
【００２７】
送受信タイミング差検出回路１５は、複数の散乱波となって到来する基地局からの信号の中で、最も早い信号が到達した時刻と、最も遅い信号が到達した時刻とをカウントし、前者と後者との時間差（以下、移動局送受信タイミング差と記す。）を算出する。移動局送受信タイミング差は、移動局２に到達する散乱波の到達時刻のタイムラグを示している。移動局送受信タイミング差は、位置検出装置６において移動局２の位置を算出する際に使用されるため基地局に対して返信される。送受信タイミング差検出回路１５は、この移動局送受信タイミング差を示すデータを変調回路１６へと送る。
【００２８】
変調回路１６は、送受信タイミング差検出回路１５からの移動局送受信タイミング差を示すデータを変調して高周波送信回路１８へと送る。
【００２９】
Ｄ／Ａ変換器１７は、変調回路１６からのデジタル信号をアナログ信号へと変換し、高周波送信回路１８へと送る。
【００３０】
高周波送信回路１８は、アンテナ２０を介してＤ／Ａ変換器１７からのデジタル信号を各基地局に対して送信する処理を行う。
【００３１】
表示部１９は、検出された移動局２の位置情報、及び位置情報の精度等を受信し表示する。また表示部１９は、当該移動局２の携帯型電話機としての他の設定の設定や通話に係る諸事項の表示も行うが、詳細については省略する。
【００３２】
アンテナ２０は、各基地局から送信される信号を受信し、高周波受信回路１０へと送る。或いは高周波送信回路１８からの信号を各基地局に対して送信する。
【００３３】
移動体無線通信システム１において、基地局３，基地局４及び基地局５は、移動局２との間で信号の送受信を行う。また、基地局３乃至基地局５は、移動局２に対してある信号を送信した時刻と、当該信号に対する応答を移動局２から受信した時刻とをカウントし、前者と後者との時間差（以下、基地局送受信タイミング差と記す。）を算出する。
【００３４】
基地局送受信タイミング差は、基地局から送信された信号が再び戻ってくるまでの時間を示しており、基地局送受信タイミング差は、移動局２に到達する信号のタイムラグを示す移動局送受信タイミング差を含んでいる。各基地局は、この基地局送受信タイミング差と移動局２から送られる移動局送受信タイミング差とを、位置検出装置６に対して送信する。
【００３５】
基地局３乃至基地局５は、信号を送受信するためのアンテナ及び信号の送受信に必要な他の構成を備えているが、詳細の説明は省略する。
【００３６】
位置検出装置６は、基地局３乃至基地局５と接続されて、基地局３，基地局４及び基地局５と移動局２との距離から移動局２の位置を決定する装置である。位置検出装置６は、先述の移動局送受信タイミング差と基地局送受信タイミング差とから、基地局と移動局２との間の信号の伝播時間から、移動局２と各基地局との距離を計算し、更に移動局２の位置を決定する。
【００３７】
上述のような移動体無線通信システム１をスペクトラム拡散無線通信システムに適用した場合について具体的に説明する。スペクトラム拡散無線通信システムでは、各基地局と移動局との間で信号の送受信を行う際、当該信号に拡散信号を乗算して通信を行っている。この拡散信号には、一般に擬似ランダム（Pseudorandom Noise）系列が用いられている。この擬似ランダム系列を式（１）及び式（２）に示す。
【００３８】
【数１】

【００３９】
【数２】

【００４０】
ただしｃ_nは、基地局拡散信号を示す。ｘ_nは、基地局送信信号を示す。ｓ_nは、送信符号を示す。ｒ_nは、移動局逆拡散後信号を示す。ｃ’_nは、移動局で用意した拡散信号を示す。σ²は、拡散信号の相関が取れない場合の残留雑音電力を示す。
【００４１】
擬似ランダム信号を拡散信号として使用すると、拡散信号が乗算された当該信号を受信する受信局は、同一の拡散信号をタイミング良く相関計算する（これを、逆拡散と称する。）ことによってのみ当該信号を復調できるという特徴を有している。
【００４２】
つまり、移動局では、基地局の拡散信号ｃ_nと同じ信号を予め用意し、タイミングを合わせて受信信号ｘ_nに逆拡散信号を乗算することによって基地局の送信信号を復調することができる。
【００４３】
拡散符号の周期は、通常、送信しようとする信号の周期の整数倍とすることが好ましく、このとき移動局における逆拡散として示す式（１）及び式（２）のｎの範囲は、一般に、４〜２５６程度となる。ここで、拡散符号の位置符号をチップと呼び、拡散符号の周期を１チップ長と呼ぶ。１チップ長は、例えば１／３．８４Ｈｚとされている。
【００４４】
また、各基地局の擬似ランダム系列は、異なる系列或いは異なるタイミングを使用している。これは、移動局２と各基地局との間の通信が混信しないようにするためである。
【００４５】
本発明の実施の形態として示す移動体無線通信システム１をスペクトラム拡散無線通信システムに適用した場合、上記移動局２における遅延プロファイル検出回路１２には、例えば、いわゆるマッチドフィルタ（整合フィルタ）を使用することができる。遅延プロファイル検出回路１２の構成と動作について、図３を用いて以下に説明する。
【００４６】
図３に示すように、遅延プロファイル検出回路１２は、信号サンプルを遅延させるための遅延器３０乃至３４と、遅延された信号サンプルに係数を乗算するための係数演算器３５と、係数乗算された信号サンプルの絶対値をとる絶対値回路３６とを有している。
【００４７】
アンテナ２０を介して高周波受信回路１０に入力された基地局から送信された信号は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１１でデジタル信号へと変換される。このときの標本化周波数は、拡散信号のチップレート或いはその整数倍であることが一般的である。
【００４８】
遅延プロファイル検出回路１２に送られた信号は、図３に遅延器３０乃至３４として示すＮ個の遅延器に入力される。
【００４９】
Ａ／Ｄ変換器１１が１サンプル採取すると同時に、遅延器は、受信信号サンプルを１チップ分遅延する。各遅延器に蓄えられた受信信号サンプルは、係数演算器３５に入力されることによって係数が乗算される。乗算された信号は、絶対値回路３６において絶対値が取られて出力される。即ち、この遅延プロファイル検出回路１２は、ＦＩＲ（Finite Impulse Response；有限インパルス応答）フィルタを構成している。このときの乗算係数として、前述の式（１）に示す拡散符号系列ｃ_nを設定すると先述した逆拡散を行うことができる。
【００５０】
１つの基地局にかかる遅延プロファイル検出時間は、ある一定の値とするのが一般的である。遅延プロファイル検出時間は、伝送路の遅延特性により選択されるが、移動局２における遅延プロファイル検出回路１２では拡散信号ｃ_nを変化させながら各基地局から送信される信号の遅延プロファイルを測定する際の遅延プロファイル検出時間を、例えば６２．５μｓと決めている。
【００５１】
また、遅延プロファイル検出回路１２は、図２及び図３には図示しないが移動局内に移動局内タイマを有し、拡散信号のチップ程度の分解能で時刻を計測する機能を有している。遅延プロファイル検出回路１２は、その時刻を合わせて出力することができる。このようなマッチドフィルタである遅延プロファイル検出回路１２は、従来の位置検出装置に使用していたものを使用することができる。
【００５２】
遅延プロファイル検出回路１２が、Ａ／Ｄ変換器１１からのデジタル信号の遅延プロファイルを検出して精度検出回路１３及び送受信タイミング差検出回路１５へと送出する動作を図４に示す。
【００５３】
遅延プロファイル検出回路１２は、図示しない制御回路に制御されて、ステップＳ１において、全基地局を観測したか否かの判別を行う。全基地局の観測が終了していない場合は、ステップＳ２に進んで、残る基地局が使用している拡散信号系列ｃを選択して、６２．５μｓ間の観測を行う。全基地局の観測が終了している場合は、遅延プロファイルの検出を終了する。
【００５４】
ステップＳ３において、決められた観測期間（６２．５μｓ）だけ観測されたか否かの判別を行う。所定時間の観測が終了した場合、ステップＳ１へと戻る。
【００５５】
所定時間の観測が終了しない場合は、ステップＳ４において、引き続きＡ／Ｄ変換器１１からのデジタル信号を観測する。
【００５６】
その後、ステップＳ５において、移動局内タイマの時刻を保存して、精度検出回路１３及び送受信タイミング差検出回路１５へと、デジタル信号を送ってステップＳ３へと戻る。
【００５７】
移動体無線通信システム１において、遅延プロファイル検出回路１２からの出力信号は、従来の位置検出装置と同様に送受信タイミング差検出回路１５に送られるのに加えて、精度検出回路１３にも送られる。
【００５８】
次に、移動体無線通信システム１において、各基地局と移動局２との間で信号が送受信される際の各部の動作について具体的に説明する。基地局から送信された信号は、実際には建物等に反射して散乱及び屈折を繰り返しながら伝播された後、複数の散乱波となって移動局２に到達する。この現象を、マルチパスフェーディングという。
【００５９】
図５に、各基地局から送信される信号が、移動局２に対して伝播される様子を示す。図５では、基地局３から移動局２に対して電波が送信される際の電波の経路を示している。ｌは、基地局３から移動局２へと直接伝播する直接波の行路を示し、ｌ’，ｌ”は、例えば建物等の障害物７，８において反射された後、移動局２に到達する散乱波の行路を示している。
【００６０】
したがって、基地局から送信されて移動局に到達する到来波には、図５に示すように、移動局２に対して直接伝播される行路長ｌの直接波と、障害物７，８で反射されて異なる行路長ｌ’，ｌ”の散乱波とが含まれることになる。
【００６１】
移動局２で受信された信号（以降、到来波と記す。）は、アンテナを介して高周波受信回路１０に入力され、当該高周波受信回路１０において選択・増幅される。到来波は、建物等に反射することによって生じる複数の散乱波を含んでいる。
【００６２】
到来波は、Ａ／Ｄ変換器１１において、デジタル信号に変換される。変換されて得られたデジタル信号は、遅延プロファイル検出回路１２に送られる。
【００６３】
到来波は、遅延プロファイル検出回路１２において、散乱波毎の成分に分解される。各散乱波は、散乱・屈折の度合の違いによってそれぞれ異なる行路長ｌを有するため、それぞれ異なる到来時間を有している。また、信号強度も散乱波によってそれぞれ異なる。したがって各散乱波は、遅延プロファイル検出回路１２によって、図６及び図７に示すようなスペクトルとして検出される。
【００６４】
最も早く到達する到来波の信号強度が最も大きい場合の遅延プロファイルを図６に示し、最も早く到達する到来波の信号強度が他の到来波の強度に比べて小さい場合或いは他の到来波の強度と同程度の場合の遅延プロファイルを図７に示す。図６は、最も早く到達する到来波が直接波である場合のスペクトルを示している。また、図７は、最も早く到達する到来波が直接波ではない場合のスペクトルを示している。したがって図７は、基地局と移動局とが遮蔽されている場合の遅延プロファイルを示している。
【００６５】
送受信タイミング差検出回路１５は、遅延プロファイルのスペクトルから、最も早く到達する到来波の到達時刻Ｔ₂と最も遅く到達する到来波の到達時刻Ｔ₃とをカウントし、前者と後者の時間差（以下、移動局送受信タイミング差Ｔ_mと記す。）を算出する。ここでＴ₂及びＴ₃は、後述の図９に対応する記号である。
【００６６】
図８は、移動局２に到来する異なる強度の信号が全て到来した後に、移動局２が信号の送信を開始する様子を示したものである。
【００６７】
移動局送受信タイミング差Ｔ_mは、基地局から送信される強度の異なる信号の各々が、移動局２へと到来するときの時間分布を示している。送受信タイミング差検出回路１５は、基地局３乃至基地局５に対して、それぞれ移動局送受信タイミング差Ｔ_mを算出している。移動局２は、散乱波を全て受信すると、この信号に対応する応答を基地局に対して送信する。
【００６８】
移動局送受信タイミング差Ｔ_mは、移動局２に到達する散乱波のタイムラグを示している。移動局送受信タイミング差Ｔ_mは、位置検出装置６において移動局２の位置を算出する際に使用されるため基地局に対して返信される。送受信タイミング差検出回路１５は、このＴ_mを示すデータを変調回路１６へと送る。変調回路１６は、送受信タイミング差検出回路１５からの時間差を示すデータを変調してＤ／Ａ変換器１７でアナログ信号に変換した後、高周波送信回路１８へと送る。移動局送受信タイミング差Ｔ_mは、アンテナ２０を通じて各基地局に送信される。
【００６９】
移動体無線通信システム１において基地局３，基地局４及び基地局５が移動局２との間で信号の送受信を行う際、基地局が信号を送信した時刻と移動局２から送信されたこの信号に対する応答を受信する時刻との間には、図９に示すような時間差が生じる。
【００７０】
図９において、Ｔ₁は、基地局から信号が送信された時刻を示す。Ｔ₂は、上述したように、伝送過程で散乱されて複数の散乱波となった当該信号のうち移動局２に最も早く到達した、即ち最短距離を通って到達した散乱波の到達時刻を示し、Ｔ₃は、最も遅く到達した、即ち最長距離を通って到着した散乱波の到達時刻を示す。Ｔ₄は、移動局２からの応答が基地局に到達した時刻を示す。
【００７１】
基地局３乃至基地局５は、移動局２に対してある信号を送信した時刻Ｔ₁と、当該信号に対する応答を移動局２から受信した時刻Ｔ₄とをカウントし、前者と後者の時間差（以下、基地局送受信タイミング差Ｔ_bと記す。）を算出する。
【００７２】
基地局送受信タイミング差Ｔ_bは、基地局から送信された信号に対しての応答が為されるまでの時間を示しており、Ｔ_bは、移動局送受信タイミング差Ｔ_mを含んでいる。
【００７３】
各基地局は、この基地局送受信タイミング差Ｔ_bと、移動局２から送られる上述の移動局送受信タイミング差Ｔ_mとを、位置検出装置６に対して送信する。
【００７４】
位置検出装置６では、送られた移動局送受信タイミング差Ｔ_mと基地局送受信タイミング差Ｔ_bとから、基地局と移動局２との間で信号を送信する際の伝播時間Ｔ_dを、各基地局に対して算出する。基地局送受信タイミング差Ｔ_bから、移動局送受信タイミング差Ｔ_mを減算して求められる時間差は、信号が基地局と移動局２との間を往復する時間を示している。従って伝播時間Ｔ_dは、以下に示す式（３）によって算出することができる。
【００７５】
【数３】

【００７６】
基地局ｎと移動局２との間の信号の伝播時間Ｔ_dとを用いると、基地局と移動局２との間の距離は、次式（４）で決定される。
【００７７】
【数４】

【００７８】
ただし、ｃは、信号の伝播速度であり、大気中では、約３，０００，０００ｍ／ｓとして計算することができる。
【００７９】
算出された移動局２と各基地局との間の距離ｌ_nを用いて三辺測量を行うことによって移動局２の位置を知ることができる。基地局の位置情報、即ち位置座標は既知であり、基地局ｎの座標は（ｘ_n，ｙ_n）で表されるものとする。
【００８０】
三辺測量とは、測量時等に地表各点の相対位置を明らかにする目的で行なわれる地点間距離測定方法であり、三辺測量を用いることによって、中心を基地局，半径を基地局及び移動局２との間の距離とする各円が互いに重なり合う部分に移動局２が位置すると決定される。
【００８１】
基地局３，基地局４及び基地局５を中心とする半径ｌ_nの円は、次式（５），（６），（７）の方程式の解（ｘ_m，ｙ_m）として算出される。
【００８２】
【数５】

【００８３】
【数６】

【００８４】
【数７】

【００８５】
位置検出装置６は、算出された移動局２の位置情報を、基地局を介して移動局２に送信する。移動局２では、アンテナ２０を介して位置情報を受信する。位置情報は、表示部１９に表示される。
【００８６】
遅延プロファイル検出回路１２からの出力は、送受信タイミング差検出回路１５を介して位置検出装置６に返信されるだけでなく、精度検出回路１３にも送られている。精度検出回路１３では、遅延プロファイルから位置情報の精度を決定する。
【００８７】
図６に示す遅延プロファイルのように、最も早く到達した到来波（以下、最速到来波と記す。）が最も大きな信号強度である場合、この信号は、基地局から移動局２に直接到来した到来波（直接波）であると予想されるため、移動局２の位置情報の精度は高い。また、図７に示す遅延プロファイルのように、最速到来波の信号強度が他の到来波の強度に比べて小さい場合、或いは他の到来波の強度と同程度の場合、この到来波は、基地局から移動局２に直接到来した到来波（直接波）ではないと予想されるため、移動局２の位置情報の精度は低い。このように最速到来波の信号強度を検出することによって、移動局２の位置情報の精度を決めることができる。
【００８８】
以上説明したように移動体無線通信システム１は、精度検出回路１３において最速到来波の信号強度を検出することにより、位置検出装置６で算出される移動局２の位置情報の精度を決定することができる。
【００８９】
したがってユーザは、マルチパスフェーディング下で検出される移動局位置の誤差の程度を知ることができる。
【００９０】
或いは、遅延プロファイルの観測結果のスペクトルの広がりを位置情報の精度を算出するための指標とすることもできる。
【００９１】
一例として、最速到来波の到達時刻を基準とした遅延プロファイルの分散から求める場合について示す。以下に示す式（８）は、遅延プロファイルの分散を算出する式であり、式（８）の計算を行うことによって到来波を構成する散乱波の分散を知ることができる。式（８）を用いて、１つの基地局に対して１つの分散を計算する。
【００９２】
【数８】

【００９３】
上述の式（８）において、Ｐは、最速到来波の信号強度を示す。τ_mは、最速到来波の到達時刻を示す。ｐ（τ）は、遅延プロファイルの形状を表す関数を示す。σ_n ²は、遅延プロファイルの分散を示す。
【００９４】
ここで求められる分散（σ_n ²）を、変形遅延スプレッドと称する。式（８）において、変形遅延スプレッド（σ_n ²）が小さいほど、移動局に到来する到来波の散乱が少ないことを示し、最速到来波の信号強度が直接波によるものであると判断できる。即ち、変形遅延スプレッド（σ_n ²）が小さいほど、検出された移動局の位置情報の精度が高いといえ、変形遅延スプレッド（σ_n ²）が大きいほど直接波が受信されていないと判断できるため、検出された移動局の位置情報の精度が低いといえる。
【００９５】
このように、変形遅延スプレッド（σ_n ²）の値を決められた値毎に段階分けすることにより、算出される移動局２の位置情報の精度を区分することができる。
【００９６】
更に、変形遅延スプレッド（σ_n ²）からは、誤差の程度を知ることもできる。式（８）により求められる変形遅延スプレッド（σ_n ²）の次元は、時間の二乗であることから、推定誤差をΔｒ［ｍ］とすると、推定誤差Δｒは、次式（９）により計算することができる。
【００９７】
【数９】

【００９８】
ただし、σ_n ²は、基地局ｎに対する変形遅延スプレッドを示し、ｃは、振動の伝播速度（大気中では、約３，０００，０００［ｍ／ｓ］である。）を示す。
【００９９】
例えばΔｒが５０ｍより小さい値（Δｒ＜５０ｍ）の場合、算出される移動局２の位置情報の精度が高く、Δｒが１００ｍより大きい値（Δｒ＞１００ｍ）の場合、算出される移動局２の位置情報の精度が低く、Δｒが５０ｍと１００ｍとの間の値（５０ｍ＜Δｒ＜１００ｍ）である場合、位置情報の精度は中程度であるとすることができる。
【０１００】
精度検出回路１３が、位置情報の精度を決定する動作を図１０に示す。
【０１０１】
ステップＳ１０において、精度検出回路１３は、遅延プロファイル検出回路１２からのデジタル信号を入力する。
【０１０２】
ステップＳ１１において、精度検出回路１３は、式（８）から変形遅延スプレッドを算出する。
【０１０３】
精度検出回路１３は、ステップＳ１２において、変形遅延スプレッドの値に応じて精度を決定する。
【０１０４】
ステップＳ１３において、決定した精度を示すデータを表示部１９へと送る。表示部１９は、精度を表示する。
【０１０５】
表示の仕方は、高・中・低のように表示することもできるが、σ_n ²の値を更に明確に段階分けして、例えば変形遅延スプレッドの値がある値の範囲にある場合は、信頼度が何％である、というように細かく分類して表示するようにしてもよい。また、上述した式（９）によって求められる推定誤差Δｒの値を表示してもよい。
【０１０６】
位置情報と精度とを表示部１９に表示した例を図１１に模式的に示す。図１１において移動局２の位置情報は、緯度・経度によって表示され、更に、この位置情報の精度が高・中・低の３段階で表示されている。
【０１０７】
以上説明したように、移動体無線通信システム１は、精度検出回路１３において、遅延プロファイル検出回路１２で検出される遅延プロファイルのスペクトルの広がりを変形遅延スプレッドとして計算することによって、位置検出装置６で算出された移動局２の位置情報の精度を決定することができる。
【０１０８】
したがってユーザは、マルチパスフェーディング下で検出される移動局位置の誤差の程度を更に詳細な値として知ることができる。
【０１０９】
なお、位置検出装置６は、基地局３乃至基地局５に接続される以外に、何れかの基地局に備えられていてもよい。更に、基地局を統括する役割を有するような上位の基地局等に備えられていてもよい。
【０１１０】
精度検出回路１３は、位置検出装置６に組み込むことも可能である。この場合、遅延プロファイル検出回路１２によって検出された遅延プロファイルのデータが、移動局２から基地局を介して位置検出装置６へと伝送される。
【０１１１】
更に、表示される位置情報は、緯度・経度による表示だけでなく、算出された緯度・経度付近を表す他の情報を表示するようにしてもよい。例えば位置検出装置６によって算出された緯度・経度を、具体的な「住所」として表示してもよい。
【０１１２】
本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【０１１３】
【発明の効果】
本発明に係る移動局端末は、信号検出手段において、受信される複数の信号の信号強度を信号別に時間軸にて分解測定して複数の信号の信号強度の時間分布を検出し、精度検出手段において、信号強度の時間分布から位置情報の精度を算出して、表示手段においてこれを表示する。
【０１１４】
したがって、本発明に係る移動局端末は、移動局の位置情報の精度を算出して表示することを可能にする。これによりユーザは、マルチパスフェーディング下で検出される移動局の位置情報の精度を知ることができる。
【０１１５】
また、本発明に係る移動体無線通信システムは、移動局の信号検出手段において、受信される複数の信号の信号強度を信号別に時間軸にて分解測定して複数の信号の信号強度の時間分布を検出し、精度検出手段において、位置検出装置で算出された位置情報の精度を信号強度の時間分布から算出して、表示手段においてこれを表示する。
【０１１６】
したがって、本発明に係る移動体無線通信システムは、位置検出装置で算出された移動局の位置情報の精度を算出して表示することを可能にする。これによりユーザは、マルチパスフェーディング下で検出される移動局の位置情報の精度を知ることができる。
【０１１７】
更に、本発明に係る移動体無線通信方法は、信号検出工程において、受信される複数の信号の信号強度を信号別に時間軸にて分解測定して複数の信号の信号強度の時間分布を検出し、精度検出工程において、位置検出工程で算出された位置情報の精度を信号強度の時間分布から算出して、表示工程においてこれを表示する。
【０１１８】
したがって、本発明に係る移動体無線通信方法は、移動局の位置情報の精度を算出して表示することを可能にする。これによりユーザは、マルチパスフェーディング下で検出される移動局の位置情報の精度を知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態として示す移動体無線通信システムの概略を説明するブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態として示す移動体無線通信システムが備える移動局の内部構成を説明するブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態として示す移動体無線通信システムが備える遅延プロファイル検出回路の内部構成を説明するブロック図である。
【図４】遅延プロファイル検出回路の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態として示す移動体無線通信システムにおいて、基地局からの信号が、障害物に反射されて移動局に伝播される際の信号の伝送路を説明する図である。
【図６】基地局から送信される信号の散乱波のうち、最も早く到達する到来波の信号強度が最も大きい場合の散乱波スペクトルを示す遅延プロファイル図である。
【図７】基地局から送信される信号の散乱波のうち、最も早く到達する到来波の信号強度が他の到来波の強度に比べて小さい場合或いは他の到来波の強度と同程度の場合の散乱波スペクトルを示す遅延プロファイル図である。
【図８】本発明の実施の形態として示す移動体無線通信システムが備える送受信タイミング差検出回路が算出する移動局送受信タイミング差Ｔ_mを説明する図である。
【図９】基地局と移動局との間の信号の伝播時間Ｔ_dを説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態として示す精度検出回路が、位置情報の精度を決定する動作を示すフローチャートである。
【図１１】移動局の位置情報と当該位置情報の精度とが表示部に表示されている様子を模式的に示した模式図である。
【符号の説明】
０移動体無線通信システム、２移動局、３，４，５基地局、６位置検出装置、７，８障害物、１０高周波受信回路、１１Ａ／Ｄ変換器、１２遅延プロファイル検出回路、１３精度検出回路、１４復調回路、１５送受信タイミング差検出回路、１６変調回路、１７Ｄ／Ａ変換器、１８高周波送信回路、１９表示部、２０アンテナ、３０，３１，３２，３３，３４遅延器、３５係数演算器、３６絶対値回路

Claims

複数の基地局との間で無線により互いに通信を行い、上記複数の基地局との通信における信号伝播時間から検出された位置情報を受信する移動局端末であって、
上記複数の基地局から送信されて移動局端末に到達する複数の到来波を受信する受信手段と、
受信される上記複数の到来波の信号強度を信号別に時間軸にて分解測定し、上記複数の到来波の信号強度の時間分布を検出する信号検出手段と、
上記信号強度の時間分布から位置情報の精度を算出する精度算出手段と、
上記到来波を受信した時刻と、上記到来波に対する応答を上記基地局に対して送信した時刻との送受信時間差を検出する時間差検出手段と、
上記複数の基地局に対して上記送受信時間差を送信する送信手段と、
上記位置情報と上記精度とを表示する表示手段とを備える
移動局端末。
上記精度算出手段は、上記複数の基地局から送信されるそれぞれの信号が散乱されて生じる上記それぞれの信号に対応する散乱波の中で最も早く到達する最速到来波の信号強度を、送信元である基地局毎に検出する
請求項１記載の移動局端末。
上記精度算出手段は、上記信号検出手段から送られる上記信号強度の時間分布から、上記複数の基地局から送信されるそれぞれの信号が散乱されて生じる上記それぞれの信号に対応する散乱波の分散を、送信元である基地局毎に算出する
請求項１記載の移動局端末。
複数の基地局と移動局と間の信号伝播時間から移動局の位置情報を検出する移動体無線通信システムにおいて、
上記移動局と無線により互いに通信を行い、上記移動局に対して信号を送信した時刻と、上記信号に対する応答を上記移動局から受信した時刻との基地局送受信時間差を検出する複数の基地局と、
上記複数の基地局から送信されて上記移動局に到達する複数の到来波を受信する受信手段と、受信される上記複数の到来波の信号強度を信号別に時間軸にて分解測定し、上記複数の到来波の信号強度の時間分布を検出する信号検出手段と、上記信号強度の時間分布から上記位置情報の精度を算出する精度算出手段と、上記到来波を受信した時刻と、上記到来波に対する応答を上記基地局に対して送信した時刻との移動局受送信時間差を検出する時間差検出手段と、上記複数の基地局に対して上記移動局受送信時間差を送信する送信手段と、上記位置情報と上記精度とを表示する表示手段とを備える移動局端末と、
上記基地局送受信時間差と上記移動局受送信時間差とから上記移動局の位置を検出する位置検出装置とを備える
移動体無線通信システム。
上記精度算出手段は、上記複数の基地局から送信されるそれぞれの信号が散乱されて生じる上記それぞれの信号に対応する散乱波の中で最も早く到達する最速到来波の信号強度を、送信元である基地局毎に検出する
請求項４記載の移動局無線通信システム。
上記精度算出手段は、上記信号検出手段から送られる上記信号強度の時間分布から、上記複数の基地局から送信されるそれぞれの信号が散乱されて生じる上記それぞれの信号に対応する散乱波の分散を、送信元である基地局毎に算出する
請求項４記載の移動局無線通信システム。
複数の基地局と移動局と間の信号伝播時間から移動局の位置を検出する移動体無線通信方法において、
上記移動局と無線により互いに通信を行う複数の基地局との間で、上記移動局に対して信号を送信した時刻と、上記信号に対する応答を上記移動局から受信した時刻との基地局送受信時間差を検出する基地局送受信時間差検出工程と、
上記複数の基地局から送信されて上記移動局に到達する複数の到来波を受信する受信工程と、
上記移動局において受信される上記複数の到来波の信号強度を、信号別に時間軸にて分解測定し、上記複数の到来波の信号強度の時間分布を検出する信号検出工程と、
上記信号強度の時間分布から上記移動局の位置の精度を算出する精度算出工程と、
上記到来波を受信した時刻と、上記到来波に対する応答を上記基地局に対して送信した時刻との移動局受送信時間差を検出する時間差検出工程と、
上記複数の基地局に対して上記移動局受送信時間差を送信する送信工程と、
上記基地局送受信時間差と上記移動局受送信時間差とから上記移動局の位置を検出する位置検出工程と、
上記移動局の上記位置情報と上記精度とを表示する表示工程とを備える
移動体無線通信方法。
上記精度算出工程では、上記複数の基地局から送信されるそれぞれの信号が散乱されて生じる上記それぞれの信号に対応する散乱波の中で最も早く到達する最速到来波の信号強度を、送信元である基地局毎に検出する
請求項７記載の移動局無線通信方法。
上記精度算出工程では、上記信号検出手段から送られる上記信号強度の時間分布から、上記複数の基地局から送信されるそれぞれの信号が散乱されて生じる上記それぞれの信号に対応する散乱波の分散を、送信元である基地局毎に算出する
請求項７記載の移動局無線通信方法。