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JP2003116164A - 測位システム、測位サーバ、無線基地局及びそれに用いる端末位置推定方法 - Google Patents

測位システム、測位サーバ、無線基地局及びそれに用いる端末位置推定方法

Info

Publication number
JP2003116164A
JP2003116164A JP2001307008A JP2001307008A JP2003116164A JP 2003116164 A JP2003116164 A JP 2003116164A JP 2001307008 A JP2001307008 A JP 2001307008A JP 2001307008 A JP2001307008 A JP 2001307008A JP 2003116164 A JP2003116164 A JP 2003116164A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
terminal
base stations
positioning server
radio
estimating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001307008A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuhiro Okanoue
和広 岡ノ上
Hiroshi Furukawa
浩 古川
Shuntaro Yamazaki
俊太郎 山崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP2001307008A priority Critical patent/JP2003116164A/ja
Priority to US10/254,772 priority patent/US7013150B2/en
Priority to EP02022249A priority patent/EP1301057B1/en
Priority to DE60232428T priority patent/DE60232428D1/de
Priority to CNB021457301A priority patent/CN1225920C/zh
Publication of JP2003116164A publication Critical patent/JP2003116164A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/0009—Transmission of position information to remote stations
    • G01S5/0018—Transmission from mobile station to base station
    • G01S5/0036—Transmission from mobile station to base station of measured values, i.e. measurement on mobile and position calculation on base station
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
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    • G01S5/0252—Radio frequency fingerprinting
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  • Remote Sensing (AREA)
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  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無線通信システムにおいて端末に付加装置を
追加せずに、端末位置に応じた情報サービスを容易かつ
精度よく提供する際に、端末の位置を精度よく推定可能
な端末位置推定方法を提供する。 【解決手段】 測位サーバ１は端末４の位置を測定する
ために、位置測定プローブメッセージを端末４に送信す
る。複数の無線基地局３−１〜３−３は端末４からその
応答として同報される応答メッセージを受信し、受信レ
ベル、遅延分散を推定し、その結果を測位サーバ１に送
信する。測位サーバ１は電波伝搬推定部とその推定結果
を記憶するデータベースとを持ち、無線基地局３−１〜
３−３の測定結果とデータベースにおける電波伝搬の推
定結果とを照合することで、端末４の位置を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は測位システム、測位
サーバ、無線基地局及びそれに用いる端末位置推定方法
に関し、特に無線通信システムを利用する端末の位置を
容易かつ高精度に検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯電話に代表されるように、場
所にとらわれない無線通信システムを利用して、ユーザ
が存在する位置に則したサービスが提供されるようにな
ってきており、一般に、このサービスは位置情報サービ
スと呼ばれている。
【０００３】位置情報サービスの例を図９及び図１０を
用いて説明する。図９は従来のシステム構成例を示すブ
ロック図である。図９において、２１は測位サーバ、２
００はインタネット、２２はコンテンツサーバ、２３−
１〜２３−３は無線基地局、Ｃ１〜Ｃ３は無線基地局２
３−１〜２３−３が担当するセル、２４は端末をそれぞ
れ示している。
【０００４】端末２４はセルＣ−２に存在し、基地局２
３−２を介してインタネット２００上の測位サーバ２１
やコンテンツサーバ２２との通信を行っている。端末２
４のユーザが、例えば付近にあるレストラン等といった
端末２４の存在位置に則した情報（位置関連情報）を入
手する場合を考える。
【０００５】この場合には、例えば、図１０に示すよう
な手順を適用することができる。端末２４は、まず、測
位サーバ２１に対して位置検出要求メッセージ（図１０
のＤ１）を送信する。測位サーバ２１はこのメッセージ
を受信すると、端末２４の位置を測位し、端末２４の位
置を含む位置情報応答メッセージ（図１０のＤ２）を端
末２４に送信する。
【０００６】端末２４の位置としては、例えば端末２４
が接続している基地局の位置、端末２４が存在する緯度
経度等がある。端末２４はコンテンツサーバ２２に対し
て、測位サーバ２１から得られた位置を含む位置情報関
連情報要求メッセージ（図１０のＤ３）を送信する。コ
ンテンツサーバ２２はこの要求メッセージに基づいて、
要求された情報（図１０のＤ４）を端末２４に提供す
る。
【０００７】端末２４の位置として、端末２４が接続し
ている無線基地局２３−１〜２３−３の位置を用いる場
合、比較的に容易に実現することができるが、端末２４
の位置の精度として無線基地局２３−１〜２３−３単位
の分解能しか得られない。
【０００８】端末２４の位置の精度を上げるための一つ
の方法としては、ＧＰＳ（グローバルポジショニングシ
ステム：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙ
ｓｔｅｍ）に代表される測位専用システムを用いること
が知られている。この方法では、端末位置の緯度・経度
といった詳細情報を得ることができる。しかしながら、
測位専用システムを用いるための設備が必要になる。
【０００９】また、特開平１１−２７５６３２号公報に
は、ＧＰＳのようなシステムを用いずに、位置の分解能
をあげる方法が示されている。この方法では、端末が複
数の無線基地局から送信された電波の電界強度を測定
し、その測定結果を電界強度データベース、無線基地局
データベースを有する測位サーバに送信し、測位サーバ
が上述したデータベースの値と測定結果とを照合し、無
線基地局単位よりも細かい分解能で端末の位置を出力し
ている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の端末位
置推定方法では、端末の受信電界強度測定精度にも依存
するが、図１１に示すように、受信電界強度が等しい値
として推定される領域が点ではなく、面となる場合が多
い。図１１において、４１は無線基地局、４０−１，４
０−２は受信電界強度が等しいと判断される領域をそれ
ぞれ示している。
【００１１】例えば、領域４０−２が無線基地局４１か
ら送信された電波の受信電界強度＝Ｘと測定される領域
とすれば、無線基地局４１からの電波の受信電界強度が
Ｘと測定される端末は領域４０−２内に含まれることを
判断することができる。
【００１２】この端末が複数の無線基地局から送信され
る電波の受信電界強度を測定し、各無線基地局で端末が
存在すると判断される存在領域の積をとることによっ
て、端末位置をより高い分解能で推定することができ
る。しかしながら、無線基地局数が少ない場合には、端
末位置の推定分解能が粗くなってしまうという問題があ
る。
【００１３】また、端末が複数の無線基地局からの電波
の電界強度を測定するため、端末が無線基地局からの電
波の電界強度の測定装置を１つしかもたない場合、測定
時間を要する可能性があり、測定中に端末の移動が生じ
る可能性もある。この測定時間は端末が複数の測定装置
を持つことで解消することができるが、端末が複数の測
定装置を持つことで、端末の大きさ、コスト、消費電力
にインパクトを与える可能性がある。
【００１４】そこで、本発明の目的は上記の問題点を解
消し、無線通信システムにおいて端末に付加装置を追加
せずに、端末位置に応じた情報サービスを容易かつ精度
よく提供する際に、端末の位置を精度よく推定すること
ができる測位システム、測位サーバ、無線基地局及びそ
れに用いる端末位置推定方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明による測位システ
ムは、端末に無線リンクで接続可能な複数の無線基地局
と、前記端末の位置を推定する測位サーバとがネットワ
ークで接続され、予め設定された複数の領域からなるサ
ービスエリア内における前記端末の位置を推定する測位
システムであって、前記端末から送信された信号を受信
信号として受信する受信機能と、前記受信機能で受信し
た受信信号から前記端末と前記無線基地局との間の電波
伝搬環境を測定する測定機能と、前記測定機能による測
定結果を前記測位サーバに送信する機能とを前記複数の
無線基地局各々に備え、前記サービスエリアの複数の領
域各々における電波伝搬環境の推定結果を記憶する記憶
機能と、前記記憶機能に記憶された前記推定結果と前記
複数の無線基地局各々からの前記測定結果とを照合して
前記端末の位置を推定する推定機能とを前記測位サーバ
に備えている。
【００１６】本発明による測位サーバは、端末に無線リ
ンクで接続可能な複数の無線基地局にネットワークで接
続され、予め設定された複数の領域からなるサービスエ
リア内における前記端末の位置を推定する測位サーバで
あって、前記サービスエリアの複数の領域各々における
電波伝搬環境の推定結果を記憶する記憶機能と、前記記
憶機能に記憶された前記推定結果と前記複数の無線基地
局各々からの前記測定結果とを照合して前記端末の位置
を推定する推定機能とを備えている。
【００１７】本発明による無線基地局は、端末に無線リ
ンクで接続可能な複数の無線基地局と、前記端末の位置
を推定する測位サーバとがネットワークで接続され、予
め設定された複数の領域からなるサービスエリア内にお
ける前記端末の位置を推定する測位システムを構成する
無線基地局であって、前記端末との通信を行う送受信部
から構成される第１の無線系と、前記測位サーバから得
られる情報に基づいて前記位置を検出する端末から送信
された信号を受信する受信部から構成される第２の無線
系とを備えている。
【００１８】本発明による端末位置推定方法は、端末に
無線リンクで接続可能な複数の無線基地局と、前記端末
の位置を推定する測位サーバとがネットワークで接続さ
れ、予め設定された複数の領域からなるサービスエリア
内における前記端末の位置を推定する端末位置推定方法
であって、前記端末からの要求に応じて前記端末から受
信した受信信号を基に前記端末と前記無線基地局との間
の電波伝搬環境を測定してその測定結果を前記測位サー
バに送信するステップと前記複数の無線基地局各々に備
え、前記サービスエリアの複数の領域各々における電波
伝搬環境の推定結果を記憶する記憶機能の前記推定結果
と前記複数の無線基地局各々からの前記測定結果とを照
合して前記端末の位置を推定するステップとを前記測位
サーバに備えている。
【００１９】すなわち、本発明の端末位置推定方法は、
端末と無線リンクで接続可能な複数の無線基地局と測位
サーバとがネットワークで接続され、無線基地局が通信
サービスを提供する複数の領域からなるサービスエリア
内における端末の位置を推定する方法において、複数の
無線基地局各々が、端末から送信された信号を受信信号
として受信する機能と、受信信号から該端末と該無線基
地局との間の電波伝搬環境を測定結果として推定する機
能と、測定結果を測位サーバに送信する機能とを有し、
測位サーバが、サービスエリアの複数の領域における電
波伝搬を推定する機能と、サービスエリアの複数の領域
における電波伝搬環境推定結果を記憶する機能と、複数
の無線基地局からの測定結果と電波伝搬環境推定結果と
を照合し、端末の位置を推定する機能とを有している。
【００２０】本発明の端末位置推定方法では、電波伝搬
環境推定結果が、複数の無線基地局から送信された電波
のサービスエリア内の複数の領域における受信信号レベ
ルとインパルス応答とからなる。
【００２１】本発明の端末位置推定方法では、電波伝搬
環境推定結果が、複数の無線基地局から送信された電波
のサービスエリア内の複数の領域における受信信号レベ
ルと遅延分散とからなる。
【００２２】本発明の測位サーバは、端末と無線リンク
で接続可能な複数の無線基地局とネットワークで接続さ
れ、端末の位置を推定する位置検出サーバにおいて、複
数の無線基地局が無線通信サービスを提供する複数の領
域からなるサービスエリアに対し、複数の無線基地局か
ら送信される電波の伝搬環境を推定する電波伝搬推定部
と、電波伝搬推定部の推定結果を記憶するデータベース
と、端末から送信された信号に基づいて複数の無線基地
局各々で測定された電波伝搬推定結果を入力し、電波伝
搬推定部との照合をとって端末の位置を推定する位置推
定部とを有している。
【００２３】本発明の無線基地局は、端末と無線リンク
で接続可能な複数の無線基地局と測位サーバとがネット
ワークで接続され、無線基地局が通信サービスを提供す
る複数の領域からなるサービスエリア内における端末の
位置を検出するシステムを構成する無線基地局におい
て、該無線基地局と接続している端末との通信を行う送
受信部から構成される無線系と、測位サーバから得られ
る情報に基づいて位置を検出する端末から送信された信
号を受信することができるように設定可能な受信部から
構成される無線系とを有している。
【００２４】無線回線で接続される送受信点間の無線伝
搬環境は、線形フィルタでモデル化することが可能であ
り、その振幅特性と位相特性（遅延特性）とを求めるこ
とで完全に記述することができる。
【００２５】特開平１１−２７５６３２号公報で用いて
いる受信電界強度は、送信電力と受信点までの減衰を示
す振幅特性とで与えられ、位相特性の情報は利用されて
いない。本発明は振幅特性を位相特性と併用すること
で、端末の存在する位置をより高精度で検出することが
可能になる。つまり、受信電界強度がほぼ等しい受信点
間を識別するためには、位相特性（遅延特性）がその有
力な情報となる。
【００２６】また、電波伝搬特性は送受信点間を入れ替
えても同一なものであるから、端末が複数の無線基地局
から送信された電波に基づいて無線伝搬環境を測定する
結果と、複数の無線基地局が端末から送信された電波に
基づいて無線伝搬環境を測定する結果とは等しい。した
がって、複数の無線基地局が端末から送信された電波に
基づいて無線伝搬環境を測定し、その結果に基づいて端
末の位置を推定する方が、推定時間を短縮することが可
能となり、端末移動の影響も抑圧することが可能とな
る。
【００２７】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例による
測位システムの構成を示すブロック図である。図１にお
いて、Ａはサービスエリア、１は測位サーバ、２はコン
テンツサーバ、３−１〜３−３は無線基地局、４は端
末、１００はインタネットをそれぞれ示している。
【００２８】測位サーバ１と、コンテンツサーバ２と、
無線基地局３−１〜３−３とはそれぞれインタネット１
００に直接接続されており、相互に通信を行うことがで
きる。また、端末４は無線基地局３−１〜３−３を介し
てコンテンツサーバ２に蓄積される情報を入手すること
ができる。
【００２９】サービスエリアＡは無線基地局３−１〜３
−３によって無線通信可能な範囲であり、端末４はサー
ビスエリアＡ内でのみ通信を行うものとする。また、サ
ービスエリアＡは端末４の位置を推定する分解能に応じ
て細かい領域に分割される。この分割された領域を位置
推定単位エリアとする。
【００３０】図２は図１のサービスエリアＡの分割例を
示す図である。図２において、サービスエリアＡは正方
格子状に分割されている。この分割例では位置推定単位
エリアがほぼ同型となるが、異なる形状の位置推定単位
エリアに分割することも可能である。
【００３１】また、図２に示す分割例では２次元の平面
を分割しているが、高さ方向を考慮し、位置推定単位エ
リアを３次元の空間として定義することもできる。本実
施例ではサービスエリアＡを図２に示すような正方格子
状に分割し、横方向、縦方向に番号をつけ、（横方向の
番号、縦方向の番号）という形式で各位置推定単位エリ
アを識別するものとする。
【００３２】ここで、位置推定単位エリアの大きさはサ
ービスエリアＡ全体に対してどの程度の精度で端末４の
位置を推定するかによって定まり、端末４の位置を高精
度で推定する場合には各位置推定単位エリアの大きさを
小さくし、粗い推定でかまわない場合には各位置推定単
位エリアの大きさを大きくする。
【００３３】一方、基地局３−１〜３−３（図２中では
アンテナで表示）は上記の位置推定単位エリアに関係な
く、サービスエリアＡ全体をカバーできるように配置さ
れている。基地局３−１〜３−３の配置にあたっては、
建物の構造や什器の配置等によって制限されるが、基地
局３−１〜３−３は位置推定単位エリアとは無関係に配
置され、それぞれのセルａ〜ｄ内にある端末４と無線リ
ンクで接続される。
【００３４】これに対し、基地局３−１〜３−３がすで
に配置されている場合には、それらの基地局３−１〜３
−３によってカバー可能なようにサービスエリアＡを設
定し、そのサービスエリアＡを各位置推定単位エリアに
分割することも可能である。
【００３５】図３は本発明の一実施例による測位システ
ムの動作を示すシーケンスチャートである。これら図１
〜図３を参照して図１に示すシステム構成において端末
４がその位置に関連した情報をコンテンツサーバ２から
入手する手順について説明する。
【００３６】端末４のユーザがその位置に関連した情報
が必要になると、端末４を操作し、端末識別子（以下、
端末ＩＤとする）を含む位置関連情報要求メッセージＢ
１をコンテンツサーバ２へ送信する。コンテンツサーバ
２は端末ＩＤを含む位置要求メッセージＢ２を測位サー
バ１に送信し、端末ＩＤで識別される端末４の位置を要
求する。
【００３７】測位サーバ１はこのメッセージを受信する
と、無線基地局３−１〜３−３に対して、端末ＩＤを含
む測定要求メッセージＢ３〜Ｂ５を送信する。このメッ
セージを受信した無線基地局３−１〜３−３は、端末Ｉ
Ｄで識別される端末４からの信号を受信することができ
るように、例えば、周波数の調整等の準備を行う。さら
に、測位サーバ１は端末４に対して位置情報プローブメ
ッセージＢ６を送信する。
【００３８】端末４は位置情報プローブメッセージを受
信すると、位置情報応答メッセージＢ７を同報メッセー
ジとして送信する。無線基地局３−１〜３−３は端末４
から送信された位置情報応答メッセージを受信する課程
で、受信信号レベル及び通信路インパルスレスポンスを
推定し、測定結果メッセージＢ８〜Ｂ１０として端末Ｉ
Ｄとともに、測位サーバ１へ送信する。
【００３９】測位サーバ１は無線基地局３−１〜３−３
からの測定結果を基に位置推定単位エリア処理Ｂ１１を
行い、端末４が存在すると推定される位置推定単位エリ
アと端末ＩＤとを含む位置応答メッセージＢ１２を位置
要求メッセージの応答として、コンテンツサーバ２に送
信する。コンテンツサーバ２は端末４の存在する位置と
して、位置応答メッセージに含まれる位置推定単位エリ
アを得ると、位置関連情報要求メッセージの応答とし
て、位置に応じた情報Ｂ１３を端末４へ送信する。
【００４０】尚、位置関連情報要求メッセージＢ１、位
置情報プローブメッセージＢ６、情報提供メッセージＢ
１３は端末４が接続している無線基地局３−１〜３−３
を介して転送されるが、情報の流れを明確化するため
に、図３では無線基地局３−１〜３−３による中継を省
いている。
【００４１】図４は図１の測位サーバ１の構成例を示す
ブロック図である。図４において、１１は入力端子を、
１２はメッセージ制御部を、１３は位置推定単位エリア
情報データベースを、１４は電波伝搬推定部を、１５は
推定結果データベースを、１６は位置推定単位エリア推
定部を、１７は送信キューを、１８は出力端子をそれぞ
れ示している。
【００４２】入力端子１１からは測位サーバ１に対する
制御メッセージが入力される。制御メッセージはインタ
ネット１００を介して入力されるメッセージや図示せぬ
キーボードのように測位サーバ１に直接接続される装置
から入力されるものもある。
【００４３】制御メッセージとしては、例えば位置要求
メッセージ、測定結果メッセージ、データベース更新メ
ッセージ等がある。位置要求メッセージは端末ＩＤを含
み端末ＩＤで識別される端末４の位置の測位要求であ
り、測定結果メッセージは端末ＩＤと無線基地局３−１
〜３−３で測定した端末位置を推定するために必要な該
端末４の送信周波数等の情報であり、データベース更新
メッセージは新たな無線基地局を設置した際の位置やサ
ービスエリア内の建物、什器等の構造物情報からなる位
置推定単位エリア情報の変化等、推定結果データベース
１５を更新するためのメッセージである。
【００４４】入力端子１１を介して入力されるメッセー
ジに応じて、測位サーバ１の動作を制御する。つまり、
メッセージ制御部１２は位置要求メッセージの入力制
御、測定結果メッセージの入力制御、位置推定単位エリ
ア情報データベース１３の更新制御、推定結果データベ
ース１５の更新制御を行う。
【００４５】位置要求メッセージの入力制御は端末ＩＤ
を含む測定要求メッセージを作成し、送信キュー１７及
び出力端子１８を介して無線基地局３−１〜３−３に送
信する制御である。測定結果メッセージの入力制御はメ
ッセージに含まれる測定結果を位置推定単位エリア推定
部１６に転送し、端末ＩＤで識別される端末４の位置を
推定し、推定結果を送信キュー１７及び出力端子１８を
介して位置要求メッセージの送信元に向けて送信する制
御である。
【００４６】位置推定単位エリア情報データベース１３
の更新制御は新規に設置された無線基地局の位置、サー
ビスエリアＡ内の構造物の変化等の位置推定単位エリア
情報の変化が生じた時に位置推定単位エリア情報データ
ベース１３を更新する制御である。推定結果データベー
ス１５の更新制御は位置推定単位エリア情報データベー
ス１３が更新された時にその情報を基に電波伝搬推定部
１４にて推定される電波伝搬状況で推定結果データベー
ス１５を更新する制御である。
【００４７】電波伝搬推定部１４はあるアルゴリズムに
したがって、位置推定単位エリア情報データベース１３
に蓄積された建物や什器といった伝搬環境を構成する構
造物の情報や無線基地局３−１〜３−３の位置、あるい
は新規に設置された無線基地局の位置とその新規に設置
された無線基地局によるサービスエリアＡ内の構造物の
変化等を基に、仮想的な面構成や空間構成において得ら
れる受信信号レベル及び遅延分散等のパラメータを推定
し、それら推定したパラメータを推定結果データベース
１５に出力する。
【００４８】ここで、電波伝搬推定部１４で用いられる
アルゴリズムとしては、例えば、Ｊｏｈｎ Ｗ．ＭｃＫ
ｏｗｎ ａｎｄ Ｒ． Ｌｅｅ Ｈａｍｉｌｔｉｏｎ，
Ｋｒ．，“Ｒａｙ Ｔｒａｃｉｎｇ ａｓ ａ Ｄｅｓ
ｉｇｎ Ｔｏｏｌ ｆｏｒＲａｄｉｏ Ｎｅｔｗｏｒｋ
ｓ”（ＩＥＥＥ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｍａｇａｚｉｎｅ，
ｐｐ．２７−３０，Ｎｏｖ．１９９１）に示されるレイ
トレーシング法がある。
【００４９】レイトレーシング法では送信点から送信さ
れる電波を複数本の光線（レイ）に近似し、各レイの伝
搬に対する反射や回折等を考慮して送信点からある受信
地点までの伝搬損失、到達する遅延波の遅延時間を予測
することができる。よって、電波伝搬推定部１４はレイ
トレーシング法を用いて各無線基地局から送信された電
波に対する建物や什器といった伝搬環境を構成する構造
物の影響を考慮することで、図２に示すサービスエリア
Ａ内の各位置推定単位エリアにおける伝搬環境を示すパ
ラメータである受信信号レベル及び遅延分散等を推定
し、推定結果データベース１５に出力する。
【００５０】推定結果データベース１５は図２に示すサ
ービスエリアＡ内の各位置推定単位エリアにおける受信
信号レベル及び遅延分散等の上記の電波伝搬推定部１４
で推定された推定結果を記憶している。
【００５１】尚、本実施例では建物や什器といった伝搬
環境を構成する構造物の情報や無線基地局３−１〜３−
３の位置等からなる位置推定単位エリア情報を位置推定
単位エリア情報データベース１３に蓄積しているが、上
記の位置推定単位エリア情報をメッセージ制御部１２に
入力されるメッセージ内に記述し、メッセージ制御部１
２から電波伝搬推定部１４に直接入力するようにしても
よく、この場合には位置推定単位エリア情報データベー
ス１３が不要となる。
【００５２】図５は図４の推定結果データベース１５に
おける記憶内容を示す図である。図５において、推定結
果データベース１５は図２に示すサービスエリアＡ内の
各位置推定単位エリアを縦方向、横方向で示す表を管理
し、各無線基地局から送信された電波の受信信号レベル
や遅延分散等の推定結果を記憶する。尚、この表では無
線基地局＃１〜＃３の３つの無線基地局の場合の例を示
しているが、記憶する無線基地局数を増やすことも可能
である。
【００５３】図５において、（縦＝２、横＝２）で識別
される位置推定単位エリアには基地局＃１〜＃３の推定
結果、つまり基地局＃１（受信レベル−５０ｄＢｍ，遅
延分散１０マイクロ秒）、基地局＃２（受信レベル−６
０ｄＢｍ，遅延分散１５マイクロ秒）、基地局＃３（受
信レベル−７０ｄＢｍ，遅延分散２５マイクロ秒）が記
憶されている。
【００５４】位置推定単位エリア推定部１６では各無線
基地局３−１〜３−３から送信されてきた測定結果メッ
セージに含まれる測定結果が入力されると、これら測定
結果と上記の推定結果データベース１５の表で管理され
る推定結果とを比較して端末４の位置を推定する。
【００５５】図６は図４の位置推定単位エリア推定部１
６の動作例を示すフローチャートであり、図７は図４の
位置推定単位エリア推定部１６で用いる処理テーブルの
構成例を示す図である。これら図１〜図７を参照して位
置推定単位エリア推定部１６による端末４の位置の推定
動作について説明する。
【００５６】まず、位置推定単位エリア推定部１６は考
慮する無線基地局数をＮ＿ＡＰという変数に代入すると
ともに、端末４が存在すると判断する条件（存在条件）
を設定する（初期設定ステップ）（図６ステップＳ
１）。ここで、存在条件とは端末４がどの位置推定単位
エリアに存在するかを推定するための条件であり、例え
ば推定結果データベース１５に記憶されているデータと
測定結果との差が用いられる。
【００５７】具体的に説明すると、ある位置推定単位エ
リア（ｉ，ｊ）に端末４が存在する条件として、位置推
定単位エリア（ｉ，ｊ）における図５中の受信レベルと
測定結果の受信レベルとの差の絶対値が３ｄＢ以内、か
つ位置推定単位エリア（ｉ，ｊ）における図５中の遅延
分散と測定結果の遅延分散との差の絶対値が２０マイク
ロ秒以内というように設定される。
【００５８】続いて、位置推定単位エリア推定部１６は
Ｎ＿ＡＰから１を減じ、評価する無線基地局を設定し
（無線基地局更新ステップ）（図６ステップＳ２）、設
定された無線基地局に対する各位置推定単位エリアに対
する存在条件を評価する準備を行う（１無線基地局測定
結果抽出ステップ）（図６ステップＳ３）。
【００５９】その後に、位置推定単位エリア推定部１６
は存在条件を評価して、端末４が存在しうる位置推定単
位エリアを抽出する（１無線基地局候補エリア導出ステ
ップ）（図６ステップＳ４）。
【００６０】位置推定単位エリア推定部１６はＮ＿ＡＰ
が「０」より大きければ、評価していない無線基地局が
存在するため、無線基地局更新ステップ（図６ステップ
Ｓ２）に戻り、Ｎ＿ＡＰが「０」であれば、全ての無線
基地局を評価したことになるため、次のステップに進む
（無線基地局評価完了判断ステップ）（図６ステップＳ
５）。
【００６１】位置推定単位エリア推定部１６は無線基地
局評価完了判断ステップ（図６ステップＳ５）におい
て、次のステップに進む直前に、図７に示すような表を
構成する。この表は、無線基地局数が３の場合を示して
いるが、無線基地局数が他の数の場合にも拡張すること
ができる。
【００６２】図７に示す表においては、縦、横で各位置
推定単位エリアを規定している。各無線基地局＃１〜＃
３から電波を送信した場合、位置推定単位エリア推定部
１５は各位置推定単位エリアにおける受信信号レベル、
遅延分散を推定結果データベース１５に記憶される図５
に示す表から抽出し、各無線基地局＃１〜＃３での測定
結果との差を求める（１無線基地局測定結果抽出ステッ
プ）（図６ステップＳ３）。
【００６３】また、位置推定単位エリア推定部１６は得
られた結果に基づき、各無線基地局＃１〜＃３から見
て、各位置推定単位エリアに存在するか否かを存在条件
に基づいて評価し、存在判定行に、存在しうる場合に
“１”、存在しない場合に“０”を入れる（１無線基地
局候補エリア導出ステップ）（図６ステップＳ４）。さ
らに、位置推定単位エリア推定部１６はこの表におい
て、例えば端末４がある無線基地局＃３から遠方にあ
り、電波が届かない場合に測定不能という意味で“９９
９”を代入している。
【００６４】図７において、（縦＝１、横＝１）で識別
される位置推定単位エリアには「基地局＃１」（存在判
定“１”，受信レベル差“２ｄＢ”，遅延分散差“１０
マイクロ秒”）、「基地局＃２」（存在判定“０”，受
信レベル差“−２０ｄＢ”，遅延分散差“５０マイクロ
秒”）、「基地局＃３」（存在判定“０”，受信レベル
差“−１ｄＢ”，遅延分散差“１００マイクロ秒”）が
入っている。
【００６５】（縦＝１、横＝２）で識別される位置推定
単位エリアには「基地局＃１」（存在判定“１”，受信
レベル差“−２ｄＢ”，遅延分散差“−１０マイクロ
秒”）、「基地局＃２」（存在判定“１”，受信レベル
差“３ｄＢ”，遅延分散差“−２０マイクロ秒”）、
「基地局＃３」（存在判定“０”，受信レベル差“−３
０ｄＢ”，遅延分散差“−２マイクロ秒”）が入ってい
る。
【００６６】（縦＝２、横＝１）で識別される位置推定
単位エリアには「基地局＃１」（存在判定“０”，受信
レベル差“２０ｄＢ”，遅延分散差“５マイクロ
秒”）、「基地局＃２」（存在判定“０”，受信レベル
差“−３０ｄＢ”，遅延分散差“−２マイクロ秒”）、
「基地局＃３」（存在判定“９９９”，受信レベル差
“９９９”，遅延分散差“９９９”）が入っている。
【００６７】（縦＝２、横＝２）で識別される位置推定
単位エリアには「基地局＃１」（存在判定“１”，受信
レベル差“２ｄＢ”，遅延分散差“１０マイクロ
秒”）、「基地局＃２」（存在判定“１”，受信レベル
差“−２ｄＢ”，遅延分散差“−１０マイクロ秒”）、
「基地局＃３」（存在判定“１”，受信レベル差“３ｄ
Ｂ”，遅延分散差“−２０マイクロ秒”）が入ってい
る。
【００６８】位置推定単位エリア推定部１６は図７に示
す表の存在判定欄が全ての無線基地局＃１〜＃３に対し
て、存在しうると判定（図４では“１”が代入されてい
る）された位置推定単位エリアを検出する［図４の場合
には（縦＝２、横＝２）で識別される位置推定単位エリ
ア］（位置推定単位エリア検索ステップ）（図６ステッ
プＳ６）。
【００６９】さらに、位置推定単位エリア推定部１６は
検出された位置推定単位エリア数を考慮し、存在条件の
変更を行うか否かを判断する（位置推定完了判断ステッ
プ）（図６ステップＳ７）。存在条件の変更は、例えば
存在しうる位置推定単位エリアが多数検出された場合に
存在条件を厳しくする方向で変更、存在しうる位置推定
単位エリアが検出されない場合に存在条件を緩める方向
で変更とすることで実現する。端末が存在すると推定さ
れる位置推定単位エリアが必要十分であれば、このフロ
ーを修了し、端末が存在する位置推定単位エリアを出力
する。
【００７０】位置推定単位エリア推定部１６は存在条件
の変更を行うと判断されると、上記のような存在条件の
変更を行い（存在判定条件更新ステップ）（図６ステッ
プＳ８）、１無線基地局候補エリア導出ステップ（図６
ステップＳ４）に戻る。
【００７１】図８は図１の無線基地局３−１〜３−３の
構成例を示すブロック図である。図８において、３１は
入出力端子を、３２はメッセージ制御部を、３３は主信
号用無線部を、３３１は送受信制御部を、３３３は主信
号用受信部を、３３４は送信部を、３３２はスイッチ
を、３３５は送受信アンテナを、３４は位置測定用無線
部を、３４１は位置推定受信部を、３４２は受信アンテ
ナをそれぞれ示している。尚、図８においては無線基地
局３−１〜３−３を無線基地局３としている。
【００７２】入出力端子３１はインタネット１００に接
続され、測位サーバ１、コンテンツサーバ２との間でパ
ケットをやり取りする。メッセージ制御部３２は無線通
信系−有線通信系（インタネット１００）を中継するた
めのフォーマット変換、入力端子３１からのメッセージ
を分析し、主信号用無線部３３、位置測定用無線部３４
を適切に起動するものである。また、送受信制御部３３
１は送信部３３４の制御、無線通信系の再送制御を行う
ものである。さらに、無線系としては位置測定用無線部
３４と主信号用無線部３３との２系統を持つ。
【００７３】位置測定用無線部３４は位置推定受信部３
４１と受信アンテナ３４２とから構成され、メッセージ
制御部３２からの設定に基づいて端末４から送信される
位置情報応答メッセージを受信し、測定結果として伝搬
環境を示すパラメータである受信信号レベル及び遅延分
散等を推定してメッセージ制御部３２へ出力する。
【００７４】一方、主信号用無線部３３は送受信制御部
３３１と、送信部３３４と、主信号系受信部３３３と、
スイッチ３３２と、送受信アンテナ３３５とから構成さ
れ、この無線基地局３に接続している端末４とインタネ
ット１００との間のユーザデータを中心としたパケット
を中継するものである。
【００７５】接続している端末４宛てのパケットが入出
力端子３１から入力されると、メッセージ制御部３２は
送受信制御部３３１へ転送する。送受信制御部３３１は
送信部３３４、スイッチ３３２に送信パケットがあるこ
とを通知して送信準備を行った後、このパケットを送信
部３３４、スイッチ３３２、送受信アンテナ３３５を介
して送信する。スイッチ３３２は、通常、主信号用受信
部３３３と送受信アンテナ３３５とを接続している。
【００７６】一方、端末４から送信されたパケットは送
受信アンテナ３３５、スイッチ３３２、主信号用受信部
３３３を介して、送受信制御部３３１で受信される。さ
らに、このパケットはメッセージ制御部３２、入出力端
子３１を介してインタネット１００に転送される。
【００７７】図３に示すシーケンスを用いてこの無線基
地局３の動作について説明する。端末４から送信される
位置関連情報要求メッセージＢ１は、端末４が接続され
ている無線基地局３のみが受信する。このメッセージは
送受信アンテナ３３５、スイッチ３３２、主信号用受信
部３３３を介して送受信制御部３３１に供給される。
【００７８】送受信制御部３３１では伝送誤りに対する
再送制御を行い、正しく受信されたパケットをメッセー
ジ制御部３２へ転送する。メッセージ制御部３２は無線
通信フォーマットをインタネット１００で用いられるフ
ォーマットへ変換し、コンテンツサーバ２に向けて入出
力端子３１を介して送信する。
【００７９】測位サーバ１から送信される測定要求メッ
セージＢ３〜Ｂ５は、入出力端子３１を介してメッセー
ジ制御部３２で受信される。メッセージ制御部３２はこ
のメッセージを分析し、位置測定用無線部３４に対し
て、端末ＩＤで識別される端末（この例では端末４）か
ら送信される位置情報応答メッセージＢ７を受信するこ
とができるように周波数の設定を行う。
【００８０】測位サーバ１から端末４に向けて送信され
る位置情報プローブメッセージＢ６は端末４が接続して
いる無線基地局３のみに転送され、入力端子３１、メッ
セージ制御部３２、送受信制御部３３１、送信部３３
４、スイッチ３３２、送受信アンテナ３３５を介して端
末４へ転送される。
【００８１】端末４から同報メッセージとして送信され
る位置情報応答メッセージＢ７は、位置推定受信部３４
１で受信される。位置推定受信部３４１では位置を推定
するための伝搬パラメータを抽出し、メッセージ制御部
３２へ転送する。メッセージ制御部３２は入力された値
を測定結果メッセージＢ８〜Ｂ１０として測位サーバ１
へ転送する。
【００８２】コンテンツサーバ２から送信される情報提
供メッセージＢ１３は端末４が接続される無線基地局３
のみに転送され、位置情報プローブメッセージＢ６の時
と同様の経路を通って端末４へ転送される。
【００８３】位置推定受信部３４１は端末４から送信さ
れる位置情報応答メッセージＢ７を用いて、受信信号レ
ベルや通信路インパルスレスポンスから得られる遅延分
散等の伝搬パラメータを推定する。この推定には、例え
ば無線パケットに付加されるプリアンブル信号を用いる
ことができる。プリアンブル信号では送信されたデータ
を正しく復調するために、受信信号レベルの測定やマル
チパスフェージングによる歪を等化する等化器の設定の
ために通信路インパルスレスポンス推定を行うものであ
る。これらの結果に基づいて、位置を推定するための伝
搬パラメータを抽出する。
【００８４】このように、ＧＰＳのような外部装置を用
いずに、端末４から送信された信号によって測定される
電波伝搬環境に基づき、精度よく端末４の位置を推定
し、端末４の位置に則した情報サービスを提供すること
ができる。
【００８５】また、位置を推定する測位サーバ１は電波
伝搬推定部１４を有しており、電波伝搬推定部１４が構
造物の変化等に応じて推定結果を推定結果データベース
１５に記憶するので、無線基地局の新規追加、構造物の
変化等に迅速に対応することができる。
【００８６】さらに、無線基地局３が位置検出用の無線
系（位置測定用無線部３４）を有することで、接続して
いる端末４の通信に影響を及ぼすことなく、端末４の位
置を精度よく推定することができる。
【００８７】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、端末に無
線リンクで接続可能な複数の無線基地局と、端末の位置
を推定する測位サーバとがネットワークで接続され、予
め設定された複数の領域からなるサービスエリア内にお
ける端末の位置を推定する測位システムにおいて、複数
の無線基地局各々が、端末から受信した受信信号からそ
の端末と無線基地局との間の電波伝搬環境を測定し、こ
の測定結果を測位サーバに送信し、測位サーバが、サー
ビスエリアの複数の領域各々における電波伝搬環境の推
定結果を記憶し、その記憶された推定結果と複数の無線
基地局各々からの測定結果とを照合して端末の位置を推
定することによって、無線通信システムにおいて端末に
付加装置を追加せずに、端末位置に応じた情報サービス
を容易かつ精度よく提供する際に、端末の位置を精度よ
く推定することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による測位システムの構成を
示すブロック図である。
【図２】図１のサービスエリアの分割例を示す図であ
る。
【図３】本発明の一実施例による測位システムの動作を
示すシーケンスチャートである。
【図４】図１の測位サーバの構成例を示すブロック図で
ある。
【図５】図４のデータベースにおける記憶内容を示す図
である。
【図６】図４の位置推定単位エリア推定部の動作例を示
すフローチャートである。
【図７】図４の位置推定単位エリア推定部で用いる処理
テーブルの構成例を示す図である。
【図８】図１の無線基地局の構成例を示すブロック図で
ある。
【図９】従来例のシステム構成例を示すブロック図であ
る。
【図１０】従来例の動作例を示すシーケンスチャートで
ある。
【図１１】受信レベルの違いに基づいた位置推定による
同一位置と推定されるエリアの例を示す図である。
【符号の説明】
１ 測位サーバ ２ コンテンツサーバ ３，３−１〜３−３ 無線基地局 ４ 端末 １１，３１ 入力端子 １２，３２ メッセージ制御部 １３ 位置推定単位エリア情報データベース １４ 電波伝搬推定部、 １５ 推定結果データベース １６ 位置推定単位エリア推定部 １７ 送信キュー １８ 出力端子 ３３ 主信号用無線部 ３４ 位置測定用無線部 １００ インタネット ３３１ 送受信制御部 ３３２ スイッチ ３３３ 主信号受信部 ３３４ 送信部 ３３５ 送受信アンテナ ３４１ 位置推定受信部 ３４２ 受信アンテナ Ａ サービスエリア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 俊太郎 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 5J062 AA08 BB05 CC18 5K067 AA33 BB21 DD44 DD57 EE02 EE10 EE24 FF03 HH21 JJ51 JJ54

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 端末に無線リンクで接続可能な複数の無
    線基地局と、前記端末の位置を推定する測位サーバとが
    ネットワークで接続され、予め設定された複数の領域か
    らなるサービスエリア内における前記端末の位置を推定
    する測位システムであって、 前記端末から送信された信号を受信信号として受信する
    受信機能と、前記受信機能で受信した受信信号から前記
    端末と前記無線基地局との間の電波伝搬環境を測定する
    測定機能と、前記測定機能による測定結果を前記測位サ
    ーバに送信する機能とを前記複数の無線基地局各々に有
    し、 前記サービスエリアの複数の領域各々における電波伝搬
    環境の推定結果を記憶する記憶機能と、前記記憶機能に
    記憶された前記推定結果と前記複数の無線基地局各々か
    らの前記測定結果とを照合して前記端末の位置を推定す
    る推定機能とを前記測位サーバに有することを特徴とす
    る測位システム。
  2. 【請求項２】 前記電波伝搬環境の推定結果は、前記複
    数の無線基地局各々から送信された電波の前記サービス
    エリア内における受信信号レベル及びインパルス応答か
    らなることを特徴とする請求項１記載の測位システム。
  3. 【請求項３】 前記電波伝搬環境の推定結果は、前記複
    数の無線基地局各々から送信された電波の前記サービス
    エリア内における受信信号レベル及び遅延分散からなる
    ことを特徴とする請求項１記載の測位システム。
  4. 【請求項４】 前記測位サーバは、少なくとも前記複数
    の無線基地局各々の位置と前記複数の領域各々の構造物
    の配置とを基に前記サービスエリアの複数の領域各々に
    おける電波伝搬環境を推定する推定機能を含むことを特
    徴とする請求項１から請求項３のいずれか記載の測位シ
    ステム。
  5. 【請求項５】 端末に無線リンクで接続可能な複数の無
    線基地局にネットワークで接続され、予め設定された複
    数の領域からなるサービスエリア内における前記端末の
    位置を推定する測位サーバであって、 前記サービスエリアの複数の領域各々における電波伝搬
    環境の推定結果を記憶する記憶機能と、 前記記憶機能に記憶された前記推定結果と前記複数の無
    線基地局各々からの前記測定結果とを照合して前記端末
    の位置を推定する推定機能とを有することを特徴とする
    測位サーバ。
  6. 【請求項６】 少なくとも前記複数の無線基地局各々の
    位置と前記複数の領域各々の構造物の配置とを基に前記
    サービスエリアの複数の領域各々における電波伝搬環境
    を推定する推定機能を含むことを特徴とする請求項５記
    載の測位サーバ。
  7. 【請求項７】 端末に無線リンクで接続可能な複数の無
    線基地局と、前記端末の位置を推定する測位サーバとが
    ネットワークで接続され、予め設定された複数の領域か
    らなるサービスエリア内における前記端末の位置を推定
    する測位システムを構成する無線基地局であって、 前記端末との通信を行う送受信部から構成される第１の
    無線系と、 前記測位サーバから得られる情報に基づいて前記位置を
    推定する端末から送信された信号を受信する受信部から
    構成される第２の無線系とを有することを特徴とする無
    線基地局。
  8. 【請求項８】 端末に無線リンクで接続可能な複数の無
    線基地局と、前記端末の位置を推定する測位サーバとが
    ネットワークで接続され、予め設定された複数の領域か
    らなるサービスエリア内における前記端末の位置を推定
    する端末位置推定方法であって、 前記端末からの要求に応じて前記端末から受信した受信
    信号を基に前記端末と前記無線基地局との間の電波伝搬
    環境を測定してその測定結果を前記測位サーバに送信す
    るステップと前記複数の無線基地局各々に有し、 前記サービスエリアの複数の領域各々における電波伝搬
    環境の推定結果を記憶する記憶機能に記憶された前記推
    定結果と前記複数の無線基地局各々からの前記測定結果
    とを照合して前記端末の位置を推定するステップとを前
    記測位サーバに有することを特徴とする端末位置推定方
    法。
  9. 【請求項９】 前記電波伝搬環境の推定結果は、前記複
    数の無線基地局各々から送信された電波の前記サービス
    エリア内における受信信号レベル及びインパルス応答か
    らなることを特徴とする請求項８記載の端末位置推定方
    法。
  10. 【請求項１０】 前記電波伝搬環境の推定結果は、前記
    複数の無線基地局各々から送信された電波の前記サービ
    スエリア内における受信信号レベル及び遅延分散からな
    ることを特徴とする請求項８記載の端末位置推定方法。
  11. 【請求項１１】 前記測位サーバが、少なくとも前記複
    数の無線基地局各々の位置と前記複数の領域各々の構造
    物の配置とを基に前記サービスエリアの複数の領域各々
    における電波伝搬環境を推定するようにしたことを特徴
    とする請求項８から請求項１０のいずれか記載の端末位
    置推定方法。
  12. 【請求項１２】 前記端末の位置を推定するステップ
    は、前記サービスエリアの複数の領域各々毎に前記複数
    の無線基地局各々の前記測定結果との照合結果を基に前
    記端末が前記複数の領域のいずれに存在するかを推定す
    るようにしたことを特徴とする請求項８から請求項１０
    のいずれか記載の端末位置推定方法。
  13. 【請求項１３】 初期時に設定された存在条件を前記端
    末が前記複数の領域のいずれに存在するかを推定するよ
    うにしたことを特徴とする請求項１２記載の端末位置推
    定方法。
  14. 【請求項１４】 前記存在条件として、前記記憶機能に
    記憶された前記推定結果と前記複数の無線基地局各々か
    らの前記測定結果との差を用いるようにしたことを特徴
    とする請求項１３記載の端末位置推定方法。
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