CN1249449C - 移动体通信***中的测位***和位置算出方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供根据来自3个基站装置的位置信息确定移动台装置的位置同时在移动台装置上显示出相关的地图信息,有效地灵活使用位置信息的移动体通信***中的测位***和位置计算方法。在该测位***和位置计算方法中,基站装置20的位置通知装置21发出位置信息的通知,移动台装置30的距离差计算装置32从来自3个基站装置的位置信息计算移动台装置与各个基站装置的距离差,用位置测定装置33从位置信息和距离差测定移动台装置30的位置。
Description
技术领域
本发明涉及移动体通信***中的测位***,特别涉及根据来自3个基站的位置信息,或根据最初来自3个基站以及以后来自2个基站的位置信息确定移动台位置的移动体通信***中的测位***和位置算出方法。
背景技术
现在,在移动体通信***中,作为用于知道基站自身位置的装置,是依靠利用人造卫星的GPS(全球定位***)的测位***。
此外,在现在的PDC(个人数字蜂窝式)或PHS(个人手持式电话***)的移动体通信***中,有从基站取得位置,向他人提供位置信息的业务,但是不具备移动台装置自身测定它的位置的装置。
但是,在CDMA(码分多址)移动体通信***中,已经有根据来自基站的位置信息,移动台装置本身取得它的位置信息的技术。
这种已有技术是在平成7年(1995年)7月21日公开的专利7-181242号“测位***”(申请人:索尼股份有限公司,发明者:杉田武弘)中公布的。
这种已有技术是在CDMA方式的数字移动体通信***中,用4个基站的坐标和被发射的信号的传输时间,移动台得到4个基站的PN符号的发射时的时间差,算出移动台位置的技术。
可是,在依靠已有的GPS的测位***中,因为需要为了利用GPS的专用接收机和为了接收来自人造卫星的电波的专用***,所以装置的价格很高而且尺寸变得很大,这是个问题。
此外,在上述的日本平成7年公开的专利7-181242号“测位***”中,虽然在它的说明书中的[0034]中指出“为了确定移动台所在位置,必须接收至少来自3个基站的信号。而且,能够接收的基站越多则越能提高推定的精度。”,但是始终只说明通过得到来自4个基站的坐标确定移动台位置的方法,而不说明只用3个基站算出移动台位置的方法。
所以,为了使用4个基站的坐标算出移动台的位置信息,基础架构发生很大变化,此外,由于算出位置的计算变得复杂使移动台消耗的电力增大,这是个问题。
进一步,在上述的“测位***”中,关于确定了移动台位置后的处理,只记述向基站或管理局发射还是向别的地方传输,而没有考虑移动台持有者如何能有效地利用算出的移动台位置信息的问题。
发明内容
本发明的目的是提供移动体通信***中的测位***和位置算出方法,该测位***和位置算出方法打算根据来自3个基站的位置信息,或根据最初来自3个基站的位置信息以及以后来自2个基站的位置信息确定移动台的位置,同时根据适当的确定的位置信息在移动台上显示出地图信息,有效地灵活使用位置信息。
本发明是装备有固定站装置和移动台装置的移动体通信***中的测位***,固定站装置将它的位置信息通知给移动台装置,移动台装置根据由3个固定站装置通知的位置信息和测定的固定站装置之间的位相差计算移动台装置和各个固定站装置之间的距离差,从通知的位置信息和距离差测定该的移动台装置的位置,并显示出测定的位置信息,同时将测定的位置信息通知固定站装置,固定站装置根据通知的移动台装置的位置信息将适当的地图信息通知给移动台装置,进一步,移动台装置将由固定站装置通知的地图信息显示出来,只用来自3个固定站装置的位置信息确定移动台装置的位置,进一步能够用位置信息和地图信息在移动台装置上显示出确定的位置,所以能够简化***的构成,并能够有效地灵活使用移动台装置的位置信息。
此外,本发明是装备有基站装置和移动台装置的移动体通信***中的测位***的位置算出方法,从由3个基站装置通知的位置信息和测定的基站装置之间的位相差计算移动台装置和各个基站装置之间的距离差,作为初值设定,将移动台装置和第1个基站装置的推定距离作为假定距离,也从假定距离假定与其它基站装置的距离,用假定的与各个基站装置的距离和由各个基站装置通知的位置信息算出移动台装置的假定位置,反复将算出距离回送为假定距离直到从算出的假定位置求得的与第1个基站装置的算出距离和与第1个基站装置的假定距离之差变小为止,将算出距离与假定距离之差非常小时的假定位置作为移动台装置的位置的位置算出方法,所以能够用简单的逻辑电路精度优良地算出位置,进一步,由于使设定初值的推定距离与实际的距离近似,能够缩短算出位置的处理时间。
此外,本发明是装备有固定站装置和移动台装置的移动体通信***中的测位***,固定站装置将它的位置信息通知给移动台装置,移动台装置从由3个固定站装置通知的固定站装置的位置信息和测定的固定站装置之间的位相差算出该移动台装置的位置,将该位置作为上一次的位置信息存储起来,以后,从由2个固定站装置通知的固定站装置的位置信息和测定的固定站装置之间的位相差计算移动台装置与各个基站装置之间的距离差,从将固定站装置的位置信息和距离差存储起来的移动台装置的上一次的位置信息,算出该移动台装置的位置,将算出的位置信息显示出来,同时将算出的位置信息通知给固定站装置,固定站装置根据通知的移动台装置的位置信息将适当的用户信息通知给移动台装置,进一步,移动台装置将由固定站装置通知的用户信息显示出来,最初用来自3个固定站装置的位置信息确定移动台装置的位置,以后只用来自2个固定站装置的位置信息确定移动台装置的位置,进一步能够用位置信息和用户信息在移动台装置上显示出确定的位置,所以能够简化***的构成,并且即便只有很少的基站地点也能够连续地测定位置,进一步,能够有效地灵活运用移动台装置的位置信息。
附图说明
图1是与本发明的第一个实施形态有关的移动体通信***中的测位***的功能构成的方框图。
图2是与本发明的第一个实施形态有关的移动体通信***中的测位***的构成的方框图。
图3是用于说明与本发明的第一个实施形态有关的移动体通信***中的测位***的处理的概略图。
图4是表示与本发明的第一个实施形态有关的CDMA移动体通信***中的位相差,扩展符号的开始时间,扩展符号的周期及扩展符号的码片区间的时间图。
图5是表示与本发明的第一个实施形态有关的测位***的移动台装置的控制部分中的处理的操作程序图。
图6是用于说明适应本发明的第一个实施形态的实施例的概略图。
图7是表示与本发明的第二个实施形态有关的测位***的移动台装置的控制部分中的位置算出处理的操作程序图。
图8是用于说明与本发明的第三个实施形态有关的移动体通信***中的测位***的概略的概略图。
图9是与本发明的第三个实施形态有关的移动体通信***中的测位***的构成的方框图。
图10是表示与本发明的第三个实施形态有关的测位***的移动台装置的控制部分中依靠2个点算出位置的位置算出方法的处理的操作程序图。
具体实施方式
参照诸图对本发明的实施形态进行说明。
另外,以下说明的功能实现装置,如果是能够实现该功能的装置,则不管是什么样的电路或装置,都可以通过软件来实现功能的一部分或全部。进一步,既可通过多个电路来实现功能实现装置,也可通过单个电路来实现多个功能实现装置。
与本发明的第一个实施形态有关的移动体通信***中的测位***是装备有由交换站装置和基站装置构成的固定站装置与移动台装置的移动体通信***中的测位***,其中固定站装置将它的位置信息通知给移动台装置,移动台装置从由3个固定站装置通知的位置信息和测定的固定站装置之间的位相差计算移动台装置和各个固定站装置之间的距离差,从通知的位置信息和距离差测定该移动台装置的位置,在显示测定的位置信息同时,将测定的位置信息通知固定站装置,固定站装置根据通知的移动台装置的位置信息将适当的地图信息通知移动台装置,进一步,移动台装置将由固定站装置通知的地图信息显示出来的。
因此,只用来自3个固定站装置的位置信息确定移动台装置的位置,进一步将确定的位置作为位置信息在移动台装置上显示出来,此外,因为用相关的地图信息进行显示,所以能够简化***的构成,同时能够有效地灵活使用移动台装置的位置信息。
我们用图1和图2说明与本发明的第一个实施形态有关的移动体通信***中的测位***(第一种测位***)。图1是与本发明的第一个实施形态有关的移动体通信***中的测位***的功能构成的方框图,图2是与本发明的第一个实施形态有关的移动体通信***中的测位***的构成的方框图。
第一种测位***,如图1所示,基本上由交换站装置10,基站装置20和移动台装置30构成,交换站装置10装备有地图信息存储装置11和地图信息通知装置12,基站装置20装备有位置通知装置21,地图信息通知装置22和用于发射接收的天线23,移动台装置30装备有用于发射接收的天线31,距离差计算装置32,位置测定装置33,位置通知装置34和地图信息显示装置35。
另外,在图1中,只画出了一个基站装置20,可是为了取得移动台装置30的位置必须有另外两个基站装置。
基站装置20的位置通知装置21是将基站装置自身的位置通知给移动台装置30的装置,移动台装置30的距离差计算装置32是计算与各个基站装置20之间的距离差的装置,位置测定装置33是根据由任意3个基站装置通知的位置和这些基站装置之间的距离差,测定移动台装置自身的位置的装置,位置通知装置34是将移动台装置30测定的自身位置通知基站装置20或交换站装置10等的通信网一方的装置的装置。
交换站装置10的地图信息存储装置11是将移动台装置30的移动范围内的地图信息存储起来的装置,地图信息通知装置12是根据由移动台装置30通知的位置信息从地图信息存储装置11取得移动台装置30周边的地图信息,通过基站装置20通知移动台装置30的装置。
基站装置20的地图信息通知装置22是将由交换站装置10通知的地图信息通知给有位置信息通知的移动台装置30的装置。
移动台装置30的地图信息显示装置35是显示由基站装置20通知的地图信息的装置。
下面,用图2说明为了实现上述装置的具体构成。
第一种测位***,如图2所示,作为具体的构成,交换站装置10装备有地图信息存储部分13,交换控制部分14和电路控制部分15,基站装置20装备有天线23,电路控制部分24,控制部分25,信号处理部分26和发射接收放大部分27,移动台装置30装备有天线31,发射接收放大部分36,信号处理部分37,控制部分38和显示部分39。
现在说明图1的功能实现装置与图2的构成之间的对比。
地图信息存储装置11通过地图信息存储部分13,地图信息通知装置12通过交换控制部分14和电路控制部分15来实现。
位置通知装置21通过控制部分25,信号处理部分26和发射接收放大部分27,地图信息通知装置22通过电路控制部分24,控制部分25,信号处理部分26和发射接收放大部分27来实现。
距离差计算装置32通过发射接收放大部分36和信号处理部分37,位置测定装置33通过控制部分38,位置通知装置34通过控制部分38,信号处理部分37和发射接收放大部分36,地图信息显示装置35通过控制部分38和显示部分39来实现。
下面,用图2和图3说明第一种测位***的构成中的处理工作。图3是用于说明与本发明的第一个实施形态有关的移动体通信***中的测位***的处理的概略图。
在基站装置20a,基站装置20b,基站装置20c上,将表示自身位置的位置信息(X1,Y1,Z1),(X2,Y2,Z2)和(X3,Y3,Z3)从控制部分25传送到信号处理部分26,在信号处理部分26上用是伪随机数系列的扩展符号p1或p2或p3对上述的位置信息进行调制,然后通过来自发射接收放大部分27的经过天线23的电波向移动台装置30发射。
但是,位置信息是日本测地***三维坐标等的三维正交坐标系。
另外,例如常常通过用报知信道来发射位置信息。
又,p1,p2,p3的扩展符号开始时间是相同的。但是,即便在***误了各个基站装置间的发射定时的情形中,因为从各个基站装置通过报知信道等发射它的补偿值,所以通过对它的补偿值进行补正,也能够与本发明同样地进行工作。
在移动台装置30,接收基站装置20从天线31发射的电波,并将这个信号从发射接收放大部分36传送到信号处理部分37。
然后在信号处理部分37,用扩展符号p1或p2或p3,进行与这个信号的同步处理及信号的解调处理,测定基站装置20a与基站装置20b的住相差d1,基站装置20a与基站装置20c的位相差d2和基站装置20b与基站装置20c的位相差d3。
然后,将在信号处理部分37测定的位相差和经解调的信号,即各个基站装置20的位置信息(X1,Y1,Z1),(X2,Y2,Z2)和(X3,Y3,Z3)传送到控制部分。
但是,作为位相差,如图4所示用码片区间数表示扩展符号开始时间的差,同步,信号的解调及位相差的测定方法一般地是按众所周知的方法来对待的。图4是表示与本发明的第一个实施形态有关的CDMA移动体通信***中的位相差,扩展符号开始时间,扩展符号的周期与扩展符号的码片区间的时间图。
又,移动台装置30和3个基站装置20a,20b,20c的距离Li(i=1,2,3)比电波在展符号的一个周期中的传播距离的二分之一还要短。
如果用t(时间)表示扩展符号的一个周期,用V表示电波的传播速度,则这个条件如下列公式所示。
[公式1]
Li<Vt/2 ……(1)
移动台装置30的控制部分38用由信号处理部分37传送的各个基站装置20之间的位相差d1,d2,d3计算移动台装置30与各个基站装置20的距离差,从这个距离差和取得的各个基站装置的位置信息(X1,Y1,Z1),(X2,Y2,Z2)和(X3,Y3,Z3)计算自身的位置(x,y,z),将这个计算的位置(x,y,z)传送到显示部分39和信号处理部分37。
另外,将在后面具体地述说用于实现移动台装置30与各个基站装置20的距离差的计算装置和移动台装置30的位置的计算装置的方法。
移动台装置30的显示部分39显示出由控制部分38传送的移动台装置30自身的位置(x,y,z)。
下面,移动台装置30的控制部分38对一个基站装置20和交换站装置10按顺序执行呼叫连接的各步骤。
在图3的例子中,对基站装置20a和交换站装置10按顺序执行呼叫连接的各步骤。
但是,呼叫连接的顺序是按照一般使用的方法进行的。
呼叫连接后,移动台装置30的控制部分38将测定的自身位置(x,y,z)的信息传送给信号处理部分37,在信号处理部分37用扩展符号p1对这个信息进行调制,通过来自发射接收放大部分36经过天线31发射的电波向基站装置20a发射。
基站装置20a的控制部分25接收经过用在天线23,发射接收放大部分27和信号处理部分26中的扩展符号p1对信号进行解调后的移动台装置30的位置(x,y,z)的信息,经过电路控制部分24将这个信息传送给交换站装置10。
交换站装置10的交换控制部分14接收来自电路控制部分15的移动台装置30的位置(x,y,z)的信息,从地图信息存储部分13取得关于移动台装置30的位置(x,y,z)的周边的地图,住所,主要设施等的地图信息。
然后,交换站装置10的交换控制部分14将从地图信息存储部分13取得的关于移动台装置30的位置(x,y,z)的周边的地图,住所,主要设施等的地图信息经过电路控制部分15传送给基站装置20a。
基站装置20a的控制部分25接收来自电路控制部分24的关于移动台装置30的位置(x,y,z)周边的地图,住所,主要设施等的地图信息,用信号处理部分26中的扩展符号p1对这个地图信息进行调制后,从发射接收放大部分27和天线23向移动台装置30发射。
移动台装置30的控制部分38通过天线31,发射接收放大部分36和信号处理部分37取得经过扩展符号p1解调的,基站装置20a发射的关于移动台装置30的位置(x,y,z)周边的地图,住所,主要设施等的地图信息,将这个地图信息传送给显示部分39。
移动台装置30的显示部分39显示出由控制部分38传送过来的关于移动台装置30的位置(x,y,z)周边的地图,住所,主要设施等的地图信息。
如上所述,移动台装置30的利用者能够掌握自己的位置(x,y,z)及周围的地图,住所,主要设施等的地图信息。
其次,为了在移动台装置30的控制部分38上实现从测定的各个基站装置之间的位相差d1,d2,d3计算移动台装置30与各个基站装置的距离差的装置,和用这些距离差及各个基站装置的位置信息(X1,Y1,Z1),(X2,Y2,Z2),(X3,Y3,Z3)测定自身位置(x,y,z)的装置的方法如下所示。
关于移动台装置30与基站装置20a,基站装置20b,基站装置20c的距离L1,L2,L3,令电波的传播速度为V,扩展符号的每个单位时间的码片区间数为R,则移动台装置30和各个基站装置20的距离差L1-L2,L1-L3及L2-L3可以从位相差d1,d2,d3按照下列公式计算出来。
[公式2]
L1-L2=V×d1/R ……(2)-1
L1-L3=V×d2/R ……(2)-2
L2-L3=V×d3/R ……(2)-3
此外,为了计算移动台装置30的位置(x,y,z),根据用上式求得的移动台装置30和各个基站装置20的距离差,在控制部分38上,在[公式3]中求得使dx,dy,dz最小的x′,y′,z′。
这时的x′,y′,z′成为要求的移动台装置30的坐标x,y,z。
[公式3]
AΔ=F ……(3)
例如,令高度方向的误差,即z的补正值dz=0,首先用3个基站装置的位置的平均值,即x′=(X1+X2+X3)/3,y′=(Y1+Y2+Y3)/3,z′=(Z1+Z2+Z3)/3作为x′,y′,z′的初值,从AΔ=F的条件式求得dx,dy。
然后,将这些dx,dy代入[公式4]的式子中求得x,y,将求得的x,y作为x′,y′,再次从AΔ=F的条件式求得dx,dy。
[公式4]
x=x’+dx ……(4)-1
y=y’+dy ……(4)-2
z=z’+dz ……(4)-3
进行这样的反复计算直到dx和dy的绝对值|dx|和|dy|小于1为止。
然后,将这时的x′,y′作为移动台装置30的位置坐标x,y。
另外,移动台装置30的位置坐标z为(Z1+Z2+Z3)/3。
又,[公式3][公式4][公式5][公式6]都是按照一般使用的方法导出的。
[公式5]
[公式6]
S′i=[(Xi-x’)2+(Yi-y’)2+(Zi-z’)2]1/2 ....(6)
(i=1,2,3)
如下所述地,说明上述的[公式3][公式4][公式5][公式6]等式的导出过程。
关于移动台装置30与基站装置20a,基站装置20b,基站装置20c的距离L1,L2,L3,令距离差D1=L1-L2,D2=L1-L3,D3=L2-L3,则能用测定值(位相差)d1,d2,d3和测定值d1,d2,d3的测定误差给出的残差v1,v2,v3按照下列公式将D1,D2,D3表示出来。
D1=L1-L2=V×d1/R+v1…[1]
D2=L1-L3=V×d2/R+v2…[2]
D3=L2-L3=V×d3/R+v3…[3]
其中,V表示电波的传播速度,R表示扩展符号的每个单位时间的码片区间数。
此外,假定移动台装置30的位置为(x,y,z),则能够如下地表示D1,D2,D3。
D1=L1-L2={(X1-x)2+(Y1-y)2+(Z1-z)2}1/2
-{(X2-x)2+(Y2-y)2+(Z2-z)2}1/2…[4]
D2=L1-L3={(X1-x)2+(Y1-y)2+(Z1-z)2}1/2
-{(X3-x)2+(Y3-y)2+(Z3-z)2}1/2…[5]
D3=L2-L3={(X2-x)2+(Y2-y)2+(Z2-z)2}1/2
-{(X3-x)2+(Y3-y)2+(Z3-z)2}1/2…[6]
这里,分别用假定值x′,y′,z′和它们的补正值dx,dy,dz将x,y,z的值表示如下。
x=x’+dx …[7]
y=y’+dy …[8]
z=z’+dz …[9]
然后,将[7][8][9]式代入[4][5][6]式,假定dx,dy,dz相对于x,y,z非常小,按照泰勒展开式进行线性化得到下列的表达式。
D1=S1-S2+a1·dx+b1·dy+c1·dz
-(a2·dx+b2·dy+c2·dz)…[10]
D2=S1-S3+a1·dx+b1·dy+c1·dz
-(a3·dx+b3·dy+c3·dz)…[11]
D3=S2-S3+a2·dx+b2·dy+c2·dz
-(a3·dx+b3·dy+c3·dz)…[12]
其中,ai,bi,ci(i=1,2,3)和Si(i=1,2,3)如下所示。
ai=-(Xi-x’)/S’i …[13]
bi=-(Yi-y’)/S’i …[14]
ci=-(Zi-z’)/S’i …[15]
Si={(Xi-x’)2+(Yi-y’)2+(Z i-z’)2}1/2 …[16]
用上述的[1][2][3]及[10][11][12]式导出下列的观测方程式。
v1=(a1-a2)dx+(b1-b2)dy+(c1-c2)dz
+S1-S2-V×d1/R …[17]
v2=(a1-a3)dx+(b1-b3)dy+(c1-c3)dz
+S1-S3-V×d2/R …[18]
v3=(a2-a3)dx+(b2-b3)dy+(c2-c3)dz
+S2-S3-V×d3/R …[19]
这里,能够用下列的行列式如下地表示[17][18][19]。
[公式7]
v=AΔ-F …[20]
当v=0时,[20]式如下所示。
AΔ=F …[21]
所以,因为移动台装置30的控制部分38能够从[21]式求得dx,dy,dz,所以通过将它们代入[7][8][9]式能够计算出自身的位置(x,y,z)。
下面,用图5说明在移动台装置30的控制部分38上的处理流程。图5是表示移动台装置的控制部分中的处理的操作程序图。
控制部分38输入来自信号处理部分37的各个基站装置20的位置信息(X1,Y1,Z1),(X2,Y2,Z2)和(X3,Y3,Z3)(S1~S3),同时输入各个基站装置20之间的位相差d1,d2,d3(S4)。
下面,计算移动台装置30和各个基站装置20的距离差D1,D2,D3(S5)。计算方法如下所示。
D1=L1-L2=V×d1/R
D2=L1-L3=V×d2/R
D3=L2-L3=V×d3/R
进一步,用下列公式算出假定值x′,y′,z′作为设定的初值。
x’=(X1+X2+X3)/3
y’=(Y1+Y2+Y3)/3
z’=(Z1+Z2+Z3)/3
但是,我们设定计数值n=0,x的补正值dx=0,y的补正值dy=0(S6)。
下面,进行x′,y′的更新处理(S7)。更新的式子如下所示。
x′=x′+dx
y′=y′+dy
但是,在第一次迭代中,因为初值dx=0,dy=0,所以原封不动地采用在处理步骤S6中计算的x′,y′。
下面,从[公式3]的条件式AΔ=F计算dx,dy,同时计数值n增加1(S8)。
然后,判定是否dx的绝对值|dx|<1,并且dy的绝对值|dy|<1(S9),如果|dx|<1而|dy|不小于1(“否”的情形),则回到处理步骤S7。在处理步骤S7,用计算得到的dx,dy,对x′,y′进行更新,进一步,在处理步骤S8,从条件式AΔ=F计算dx,dy。
又,处理步骤S9的判定结果为|dx|<1并且|dy|<1时(“是”的情形),前进到处理步骤S10。
在处理步骤S10中,令x=x′,y=y′,z=z′,确定x,y,z。另外,用z=(Z1+Z2+Z3)/3求得z。
然后,将x,y,z输出到显示部分39,同时输出到信号处理部分37(S11)。
这样,在控制部分38,算出了移动台装置30的位置。
第一种测位***是适用于CDMA移动体通信***的,通过用该测位***,移动台装置30的利用者不利用需要专用的接收装置和天线的GPS,就能掌握自己现在的所在地及周围的地图,住所及主要设施等的地图信息。
如果用第一种测位***,因为只用来自3个基站装置20a,20b,20c的位置信息,就能确定移动台装置30的位置,将确定的位置作为坐标,在移动台装置30的显示部分39上显示出来,同时根据这个位置信息,交换站装置10接收存储的相关的地图信息,在显示部分39上显示出来,所以产生能够使***构成简易化,进一步,通过取得地图信息能够有效地灵活使用移动台装置的位置信息的效果。
我们用图6说明用本发明的第一个实施形态,根据移动台装置30与任意的3个基站装置20a,20b,20c之间的距离差和由这些基站装置20a,20b,20c通知的位置信息,测定自身位置的一个具体例子。
在图6中,各个基站装置20a,20b,20c用扩展符号p1,p2,p3对在日本测地***三维坐标中的各个位置信息(X1=-4000000m,Y1=3300000m,Z1=3700000m),(X2=-4004000m,Y2=3302000m,Z2=3700000m),(X3=-4001000m,Y3=3306000m,Z3=3700100m)进行调制,并经常通过报知信道将它们发射出去。另外,各个基站装置的扩展符号的开始时间是相同的。
扩展符号p1,p2,p3的每个单位时间的码片区间数R为3.84Mcps或4.096Mcps,是***的固有值。此外,周期t为10ms(毫秒)。又,电波的传播速度V为299792458m/s。
然后,从这时的[公式1]的条件可见移动台装置和各个基站装置的距离要比Vt/2=1498962m短。
在移动台装置30的信号处理部分37,分别如下地测定基站装置20a与基站装置20b的位相差d1,基站装置20a与基站装置20c的位相差d2和基站装置20b与基站装置20c的位相差d3。
d1=38,d2=30,d3=8
这时,在控制部分38如下地计算自身的位置(x,y,z)。
从3个基站装置20a,20b,20c的坐标的平均值分别得到x,y,z的假定值x′,y′,z′:x′=-4001667,y′=3302667,z′=3700033。
然后,将x′,y′,z′代入[公式8]。
[公式8]
其次,将dz=0代入[公式8]。
[公式9]
从[公式9]求得dx,dy。
dx=-933,dy=1170
将dx,dy代入[公式4]的(4)-1,(4)-2,(4)-3,求得x,y。
x=-4002600,y=3303837
取x,y作为x′,y′,代入[公式3]的条件式,求得dx,dy。
然后,反复进行[公式4][公式3]的计算处理直到|dx|和|dY|小于1为止。
按照以上的顺序进行计算时的x′,y′和dx,dy的值如[表1]所示。
[表1]
x′,y′和dx,dy的计算结果
重复次数 | x′ | y′ | dx | dy |
1 | -4001667 | 3302667 | -933 | 1170 |
2 | -4002600 | 3303837 | -385 | 162 |
3 | -4002985 | 3303999 | -32 | 18 |
4 | -4003017 | 3304017 | -0.3 | 0.2 |
所以,求得移动台装置30的位置如下。
x=-4003017m
y=3304017m
z=3700033m
如果用适应本发明的第一个实施形态的实施例,则通过用依靠来自3个基站装置20a,20b,20c的位置信息的简易手法,可产生能算出移动台装置30的位置,并能低成本地实现通信网的基础架构的效果。
下面,参照诸图说明本发明的第二个实施形态。
因为与本发明的第二个实施形态有关的移动体通信***中的测位***的位置算出方法是根据由3个基站装置通知的位置信息和测定的基站台装置之间的位相差来计算移动台装置和各个基站装置之间的距离差,作为设定的初值,将移动台装置和第1个基站装置的推定距离作为假定距离,也从假定距离假定与其它的基站装置的距离,用假定的与各个基站装置的距离和由各个基站装置通知的位置信息算出移动台装置的假定位置,反复将算出距离回送为假定距离,直到从算出的假定位置求得的与第1个基站装置的算出距离与和第1个基站装置的假定距离之差变小为止,将算出距离与假定距离之差变得非常小时的假定位置作为移动台装置位置的位置算出方法,所以能够用简单的逻辑电路精度优良地算出位置,进一步,通过使设定为初值的推定距离与实际距离近似,能够缩短位置算出的处理时间。
因为与本发明的第二个实施形态有关的移动体通信***中的测位***(第二种测位***)和图1,图2所示的与本发明的第一个实施形态有关的测位***有完全相同的构成,所以我们在这里略去对它的说明。
但是,和与第一个实施形态有关的测位***不同之处是与第二个实施形态有关的测位***的移动台装置30的控制部分38根据由信号处理部分37传送的各个基站装置20之间的位相差d1,d2,d3计算移动台装置30与各个基站装置20的距离差,从这些距离差和取得的各个基站装置的位置信息(X1,Y1,Z1),(X2,Y2,Z2)和(X3,Y3,Z3)计算自身的位置(x,y),将这个计算得到的位置(x,y)传送到显示部分39和信号处理部分37。
这里,作为与第二个实施形态有关的测位***的移动台装置30的特征,在计算自身的位置时,能够不管由于各个基站装置的位置和地表的曲率引起的高度方向上的差,即z分量的差,将移动台装置30的位置作为放在二维正交坐标系中的(x,y)来求移动台装置30的位置,以后在移动台装置30内处理的移动台装置30的自身位置是在(x,y)的二维坐标系中处理的点和与在三维坐标系中进行处理求得位置的第一个实施形态有关的测位***不同。
其次,用于实现在移动台装置30的控制部分38根据测定的各个基站装置之间的位相差d1,d2,d3计算移动台装置30与各个基站装置的距离差的装置和从这些距离差及各个基站装置的位置信息(X1,Y1,Z1),(X2,Y2,Z2),(X3,Y3,Z3)测定自身的位置(x,y)的装置的方法如下所示。
另外,在本方法中,能够不管由于各个基站装置的位置和地表面的曲率引起的高度方向上的差,即z分量的差,作为放在二维正交坐标系中的(x,y)求得移动台装置30的位置。
关于移动台装置30与基站装置20a,基站装置20b,基站装置20c的距离L1,L2,L3,令电波的传播速度为V,扩展符号的每个单位时间的码片区间数为R,则移动台装置30与各个基站装置20的距离差L1-L2,L1-L3和L2-L3可以从位相差d1,d2,d3按照下列公式计算出来。
[公式10]
L1-L2=V×d1/R
L1-L3=V×d2/R
L2-L3=V×d3/R
这里,从在[公式10]中所示的(L1-L2)和(L1-L3)的关系,能够如[公式11]那样地推定L1,L2,L3。
[公式11]
L1=1
L2=1-V×d1/R
L3=1-V×d2/R
可是,在[公式11]中,l是L1的推定值,对该测定的精度没有影响。所以能够用某个适当的固定值来代替l。
此外,L1,L2,L3也能够用各个基站装置20a,20b,20c的位置信息的二维正交坐标系的值(X1,Y1),(X2,Y2),(X3,Y3)和移动台装置30的位置(x,y),如[公式12]那样地表示出来。
[公式12]
然后,从上述的[公式12],x,y能够如[公式13]那样地表示出来。
[公式13]
因此,在移动台装置30,用电波的传播速度为V,扩展符号的每个单位时间的码片区间数为R和位相差d1,d2,d3,从[公式10]求得距离差L1-L2,L1-L3,用移动台装置30与基站装置20a的距离L1的推定值l,从[公式11],求假定的L2,L3,从用由各个基站装置20a,20b,20c通知的位置信息的二维正交坐标系的值(X1,Y1),(X2,Y2),(X3,Y3)和推定值l求得的假定距离L1,L2,L3,由[公式13]求得移动台装置30的假定位置(x,y),使用求得的x,y,由[公式12]算出L1,将算出的L1作为算出距离L1′。
因为这个算出距离L1′是由根据推定值1求得的假定位置(x,y)算出的距离,所以推定值l和算出距离L1′之差的绝对值比所要的值大时,将算出的算出距离L1′作为假定距离L1重复上述的处理,重复进行上述的处理,直到假定距离L1和从根据假定距离L1求得的假定位置(x,y)算出的算出距离L1′之间的差的绝对值比所要的值小为止,变得比所要的值小时的(x,y)就成为移动台装置30的位置。
如上所述,也可以用适当的固定值代替推定值l,可是推定值l越接近实际的移动台装置30与基站装置20a的距离L1,越能使推定的L1和计算结果的L1′之间的差变小的重复计算的次数减少。因此,为了更加减少用于在移动台装置30上测定自身位置的计算时间,希望能够设定接近实际的移动台装置30与基站装置20a的距离L1的推定值l。
因此,作为一种得到高精度的推定值的方法是测定传输损失,从测定的传输损失算出移动台装置30与基站装置20a的距离,用算出的距离作为推定值的方法。
一般地,可以用,例如,下列[公式14]所示的近似式求得基站与移动台的距离和传输损失的关系,这是众所周知的。另外,如下所示的[公式14]是从电气通信协会出版的田中良一著的“简易的数字通信”一书的2.1.3章第11页的奥村曲线引用来的。
[公式14]
其中,Rb:传输损失(dB),f:频率(MHz),
h1:基站装置20的天线高度(m),
h2:移动台装置30的天线高度(m)
因此,具体地说,例如,这是在各个基站装置20a,20b,20c装备有将自身电波的发射功率值发射给移动台装置30的发射装置,移动台装置30装备有测定从这些基站装置接收的电波的接收功率值的测定装置,在移动台装置30装备有测定接收的这些基站装置的发射功率值与测定的这些基站装置的接收功率值之差即传输损失的测定装置的那种CDMA移动体通信***中,在移动台装置30上,测定传输损失,用上述的[公式14]从测定的传输损失算出距离l,将算出的距离l用作上述的L1的推定值的方法。
但是,这是一个为了简单地求高精度的推定值l的例子,对这个方法没有什么限制。
下面,用图7说明在移动台装置30的控制部分38中算出自身位置的位置算出处理流程。图7是表示在移动台装置的控制部分的位置算出处理的操作程序图。
控制部分38输入来自信号处理部分37的各个基站装置20的位置信息(X1,Y1,Z1),(X2,Y2,Z2)和(X3,Y3,Z3)(S21~S23),同时输入各个基站装置20之间的位相差d1,d2,d3(S24)。
下面,计算移动台装置30与各个基站装置20的距离差L1-L2,L1-L3(S25)。计算方法如下所示。
L1-L2=V×d1/R
L1-L3=V×d2/R
进一步,作为初值的设定,将推定值设定为假定距离L1(S26),用L1和在步骤S25算出的距离差,按照[公式11]计算L2,L3(S27),用L1,L2,L3,按照[公式13]计算假定位置x,y(S28),用算出的x,y(S28),按照[公式13]求得算出距离L1′(S29)。
然后,求假定距离L1与在步骤S29求得的算出距离L1′之间的差的绝对值,判断这个值是否比所要的值(图7中是1)小(S30),不小(“否”)时,将在步骤S29求得的算出距离L1′代入假定距离L1进行更新(S31),重复进行步骤S27~S30。
另一方面,在步骤S30,差的绝对值比所要的值(图7中是1)小时(“是”),决定用在步骤S28求得的假定位置x,y作为移动台装置30的位置(S32),将x,y输出到显示部分39,同时输出到信号处理部分37(S33),结束位置算出处理。
第二种测位***是适用于CDMA移动体通信***的测位***,用第二种测位***,移动台装置30的利用者不利用需要专用的接收装置和天线的GPS,就可以掌握自己的现在所在地及周围的地图,住所及主要设施等的地图信息。
如果用第二种测位***,则能产生如下效果,即通过只用由3个基站装置20a,20b,20c通报的位置信息和来自各个基站装置的位相差确定移动台装置30的位置,将确定的位置作为坐标在移动台装置30的显示部分39上显示出来,同时交换站装置10根据这个位置信息接收存储的相关地图信息,在显示部分39上显示出来,能够简化***的构成,进一步能够通过取得地图等有效地灵活使用移动台装置的位置信息。
此外,在第二种测位***中,因为将移动台装置30与第一个基站装置20的距离的推定值l作为假定距离L1,从假定距离L1算出与其它两个基站装置20之间的假定距离,从算出的假定距离求得移动台装置的假定位置(x,y),再求得从求得的假定位置(x,y)到第一个基站的实际的算出距离L1′,反复进行这个运算直到假定距离L1与算出距离L1′之差变小为止,所以可产生能用简单的逻辑电路进行高精度的位置测定的效果。
此外,在上述的算出位置的逻辑电路中,如果最初用设定的移动台装置与第1个基站装置的距离的推定值l,例如,从传输损失求得的距离,作为初值,则因为用与实际距离相当近似的值作为推定值,所以直到假定距离L1与算出距离L1′之差变小为止反复进行的逻辑电路的反复次数减少,从而可产生能高速化地进行位置算出处理的效果。
如果将与第二个实施形态有关的位置算出方法用于上述的实施例,则能够用依靠来自3个基站装置20a,20b,20c的位置信息的简易方法,算出移动台装置30的位置,从而产生能够低成本地实现通信网的基础架构的效果。
下面,参照诸图说明本发明的第三个实施形态。
与本发明的第三个实施形态有关的移动体通信***中的测位***是装备有由交换站装置和基站装置构成的固定站装置与移动台装置的移动体通信***中的测位***,在该测位***中,固定站装置将它的位置信息通知给移动台装置,最初,移动台装置从由3个固定站装置通知的位置信息和测定的固定站装置之间的位相差,计算移动台装置和各个固定站装置之间的距离差,从通知的位置信息和距离差算出该移动台装置的位置,将算出位置信息作为上一次的位置信息存储起来,以后,从由2个固定站装置通知的位置信息和测定的固定站装置之间的位相差计算移动台装置与各个固定站装置之间的距离差,从通知的固定站装置的位置信息和距离差与存储的移动台装置的上一次的位置信息算出该移动台装置的位置,将算出的位置信息作为上一次的位置信息存储起来,将算出的位置信息显示出来,同时将算出的位置信息通知固定站装置,固定站装置根据通知的移动台装置的位置信息将适当的用户信息通知移动台装置,进一步,移动台装置将由固定站装置通知的用户信息显示出来。
因此,因为最初用来自3个固定站装置的位置信息确定移动台装置的位置,以后,只用来自2个固定站装置的位置信息确定移动台装置的位置,进一步能够将确定的位置作为位置信息在移动台装置上显示出来,又用相关的用户信息进行显示,所以能够简化***的构成,并且即便只有很少的基站地点也能够通过连续指定测定位置,进一步,能够有效地灵活使用移动台装置的位置信息。
我们用图8说明与本发明的第三个实施形态有关的移动体通信***中的测位***(第三种测位***)。图8是用于说明与本发明的第三个实施形态有关的移动体通信***中的测位***的概略的概略图。
在第三种测位***中,在基站装置20a,基站装置20b,基站装置20c上,用是伪随机数系列的扩展符号p1或p2或p3对表示自身位置的位置信息(X1,Y1),(X2,Y2)和(X3,Y3)进行调制,并将经调制的位置信息发射给移动台装置130。
然后,首先,在移动台装置130,从由任意3个基站装置(这里是基站装置20a,基站装置20b,基站装置20c)通知的位置信息和各个基站装置之间的位相差,计算与基站之间的距离差,移动台装置130从这些位置信息和与基站装置的距离差测定自身的位置(x,y),并将它作为上一次的位置信息(x′,y′)存储在移动台装置130内。
然后,移动台装置130能够在下一次测定以后,从由任意2个基站装置(例如基站装置20a,基站装置20b)通知的这些基站装置的位置信息和上述的存储的上一次的位置信息(x′,y′),求得移动台装置130与各个基站装置的距离差,测定自身的移动后的位置(x,y)。
但是,位置信息是表示在二维正交坐标系中的。
此外,在各个基站装置20是同步的,或各个基站装置20是不同步的情形中,移动台装置130能够例如通过报知信道知道它们的时间差,可是,这里,当各个基站装置20是同步时,扩展符号p1,p2,p3的扩展符号开始时间成为相同的。另外例如经常通过报知信道发射位置信息。
下面,我们用图9说明与本发明的第三个实施形态有关的移动体通信***中的测位***(第三种测位***)的构成。图9是与本发明的第三个实施形态有关的移动体通信***中的测位***的构成的方框图。
如图9所示,第三种测位***基本上由交换站装置10,基站装置20和移动台装置130构成,交换站装置10装备有交换控制部分14,电路控制部分15和用户信息存储部分16,基站装置20装备有天线23,电路控制部分24,控制部分25,信号处理部分26和发射接收放大部分27,移动台装置130装备有天线31,发射接收放大部分36,信号处理部分37,控制部分138,显示部分39和存储部分40。
另外,在图9中,只画出了一个基站装置20,可是为了取得移动台装置130的位置,最初必须有另外两个基站装置。以后,只需要另一个基站装置。
此外,交换站装置10的用户信息存储部分16根据由移动台装置130测定的位置信息,将用于显示与它相关的信息的信息内容存储起来,作为具体的例子,根据移动台装置130的位置信息,将用于与它相关的周边的地图显示出来的地图信息存储起来。此外,作为另一个具体的例子,根据移动台装置130的位置信息,将用于显示与它相关的周边地图的地图信息存储起来。此外,作为另一个具体的例子,根据移动台装置130的位置信息,将用于显示它的位置的住所的住所信息存储起来。此外,不限定于地图信息和住所信息,将与位置相关的各种信息都存储起来,能够取得与位置相关的各种用户信息并将它们显示出来。
这里,对图9的构成与权利要求书中的功能实现装置之间的对比进行说明。
在基站装置20,控制部分25,信号处理部分26,发射接收放大部分27和用于发射接收的天线23与将基站装置自身的位置通知给移动台装置130的位置通知装置相当,电路控制部分24,控制部分25,信号处理部分26和发射接收放大部分27与将由交换站装置10通知的用户信息通知给适当的移动台装置的用户信息通知装置相当。
此外,在移动台装置,用于发射接收的天线31,发射接收放大部分36,信号处理部分37,依靠控制部分138的三个点算出位置的位置算出装置41和存储部分40与依靠三个点测定位置的位置测定装置相当,用于发射接收的天线31,发射接收放大部分36,信号处理部分37,依靠控制部分138的二个点算出位置的位置算出装置42和存储部分40与依靠二个点测定位置的位置测定装置相当,控制部分138和显示部分39与显示位置信息的位置信息显示装置相当。
此外,在交换站装置10,用户信息存储部分16与用户信息存储装置相当,交换控制部分14和电路控制部分15与用户信息通知装置相当。
另外,在以后的说明中,根据测定的移动台装置的位置信息,用显示它的周边的地图信息等的情形作为例子加以说明。不限于地图信息的显示,能够根据测定的位置信息,将预先存储在交换站装置10上的用户信息存储部分16中的各种用户信息(例如,地图,住所,事件信息等)发射给移动台装置,用发射的信息进行显示等。
因为本发明的第三个实施形态是以在移动台装置130,用由基站装置通知的位置信息和位相差算出移动台装置的位置的方法为特征的,所以在本发明的第三个实施形态中对实现位置算出的构成进行说明。
在移动台装置130,用于算出移动台装置的位置的构成是在控制部分138内的,依靠三个点算出位置的位置算出装置41和依靠二个点算出位置的位置算出装置42。
这里,依靠三个点算出位置的位置算出装置41是用由3个基站装置20通知的位置信息和各个基站装置之间的位相差计算基站之间的距离差,从这些位置信息和与基站装置的距离差测定自身的位置(x,y),将上一次的位置信息作为(x′,y′)存储在存储部分40中的装置。
另外,用在上述的第一个实施形态和第二个实施形态中说明的位置算出方法,对根据来自3个基站装置的位置信息确定移动台装置的位置的方法进行考察。
而,依靠二个点算出位置的位置算出装置42是本发明的特征部分,是用由任意2个基站装置通知的这些基站装置的位置信息和测定的这2个基站装置的位相差,求得移动台装置130与这些基站装置的距离差,从存储在上述的存储部分40中的上一次的移动台装置130的位置信息(x′,y’)算出自身移动后的位置(x,y)并将它存储起来的装置。
下面,用从上一次的位置信息(x′,y′)和2个基站装置的位置信息(X1,Y1),(X2,Y2)测定自身位置(x,y)的例子,对在移动台装置130的控制部分138,依靠二个点算出位置的位置算出装置42的具体实现方法进行说明。
首先,移动台装置130从信号处理部分37取得由任意两个基站装置,在这里是基站装置20a和基站装置20b通知的位置信息(X1,Y1),(X2,Y2),又从信号处理部分37取得与扩展符号p1,p2的位相差d1。
另外,关于位相差的定义,如以前所示的日本平成11年公布的专利11-323759中详细说明的那样。
因此,关于存储在存储部分40中的移动台装置130的上一次位置(x′,y′)和基站装置20a的(X1,Y1)或基站装置20b的(X2,Y2)的距离L1,L2,如[公式15]那样的关系成立。
[公式15]
又,能够用L1与扩展符号p1,p2的位相差d1如[公式16]那样地将L2表示出来。但是,在[公式16]中,V表示电波的传播速度,R表示扩展符号的每个单位时间的码片区间数,关于码片区间的定义,如以前所示的日本平成11年公布的专利11-323759中详细说明的那样。
[公式16]
L2=L1-V×d1/R
在这里,将存储在存储部分40中的移动台装置130的上一次位置(x′,y′)作为要求的移动台装置130的位置(x,y)的假定值,用移动量(补正值)dx,dy表示位置(x,y)时,能得到
x=x′+dx,y=y′+dy
因此,当dx,dy非常小于x,y时,按照泰勒展开式进行线性化,能将[公式15]表示成[公式17]。
[公式17]
a1dx+b1dy=L1-S1
a2dx+b2dy=L2-S2
将上述的[公式17]用矩阵表示出来时,如[公式18]所示。
[公式18]
其中,
从上述的[公式18]求得dx,dy,通过x=x′+dx,y=y′+dy求得移动台装置130的算出位置(x,y)。
然后,重复上述的计算直到dx,dy的绝对值分别变成非常小的所要的值(例如1)为止,如果dx,dy的绝对值两者都比1小,或重复了特定的次数(例如10次),则将这时的算出位置(x,y)作为移动台装置130的位置。
在这里,用图10对依靠二个点算出位置的位置算出装置42的具体处理内容进行说明。图10是表示在移动台装置的控制部分中依靠2个点算出位置的位置算出装置的处理的程序操作图。
在控制部分138依靠2个点算出位置的位置算出装置的处理是输入来自信号处理部分37的两个基站装置20的位置信息(X1,Y1),(X2,Y2)和两个基站装置20之间的位相差d1(S41),从存储部分40读入上一次的位置信息(x′,y′)(S42),在计算循环次数的变数n中代入初值0(S43)。
然后,用从存储部分40读出的上一次的位置信息(x′,y′)作为要求的位置(x,y)的假定位置,从[公式15]通过计算求得移动台装置130与基站装置20a的假定距离L1(S44),用[公式16]通过计算求得移动台装置130与基站装置20b的假定距离L2′(S45)。
然后,用从存储部分40读出的上一次的位置信息(x′,y′)作为要求的位置(x,y)的推定位置(x′,y′),从这些X1,Y1,X2,Y2,x′,y′,L1和L2′,用[公式18]通过计算求得dx,dy(S47),通过将求得的dx,dy加到x′,y′,求得算出位置(x,y)(S48)。
然后,使计数n增加1(S49),判断n是否小于10(S50),当n比10小时(“是”),判断dx,dy的绝对值是否小于1(S51),在两者都不小于1时(“否”),将在步骤S48求得的算出位置(x,y)代入推定位置(x′,y′)(S53),回到步骤S44,重复进行计算。
另一方面,在步骤S50,计数n增加到10以上时(“否”)和在步骤S51,dx,dy的绝对值两者都小于1时(“是”),将算出位置(x,y)作为移动台装置的位置,在将它们显示出来的同时,为了用于下一次的位置测定将它们存储在存储部分40中(S52),结束依靠二个点测定位置的位置测定处理。
下面,我们用图8,图9说明在第三种测位***的构成中的处理工作。
在图8,图9中,基站装置20a,基站装置20b,基站装置20c中,将自身的位置(X1,Y1),(X2,Y2)或(X3,Y3)作为位置信息,从控制部分25经过信号处理部分26,在信号处理部分26使用伪随机数系列的扩展符号p1或p2或p3进行调制,在发射接收放大部分29放大后,由天线23发射的电波将这些位置信息向移动台装置130发射。
然后,在移动台装置130,控制部分138通过天线31,发射接收放大部分36和信号处理部分37取得由任意3个基站装置(这里是基站装置20a,基站装置20b,基站装置20c)通知的位置信息,控制部分138取得在信号处理部分37求得的各个基站装置之间的位相差,作为依靠3个点算出位置的位置算出装置41的工作,首先用日本平成11年公布的专利11-323759中记载的方法,从这些已取得的各个基站装置的位置信息和位相差,计算移动台装置与各个基站装置之间的距离差,移动台装置130从这些位置信息和与基站装置的距离差测定自身的位置(x,y),并将它们存储在存储装置40中。
然后,移动台装置130能够在下一次测定以后,将存储在存储装置40中的位置信息作为上一次的位置信息(x′,y′),从由任意2个基站装置通知的这些基站装置的位置信息和移动台装置130与这些基站装置的距离差测定自身的位置(x,y),并将测定结果存储在存储部分40中。
然后,能够将用本发明的方法测定的移动台装置130的位置输出到显示部分39进行自身位置的显示,此外,输出到信号处理部分37,经过基站装置20发射到交换站装置10,在移动台装置130上进行与从交换站装置10取得的位置周边有关的地图信息的显示,或从交换站装置10取得的住所等的显示。
如果用与本发明的第三个实施形态有关的移动体通信***中的测位***和位置算出方法,因为只在最初的一次中,用来自3个以上的基站装置20的位置信息和位相差测定移动台装置130的位置,将测定的结果存储在存储部分中,以后,用存储的上一次的移动台装置130的位置信息和来自两个基站装置20的位置信息和位相差算出移动台装置130的位置,所以能够产生如果在只在最初的一次中3个以上的基站装置能够捕捉到的都市部分等的地域中能够测定自身的位置,则此后即便在2个以上的基站装置能够同时捕捉到的郊外的地域中,也能够连续地测定自身位置的效果。
然后,因为通过基站装置20将用上述方法测定的移动体装置的位置信息发射给交换站装置10,在交换站装置10取得与传送的位置信息对应的用户信息,将它发射给移动台装置130,在移动台装置130的显示部分39显示出地图信息或住所信息或各种用户信息,所以产生能够有效地灵活使用移动台装置的位置信息的效果。
根据本发明,这是在装备有固定站装置和移动台装置的移动体通信***中的测位***,因为在该测位***中,固定站装置将它的位置信息通知给移动台装置,移动台装置从由3个以上的固定站装置通知的位置信息和测定的固定站装置之间的位相差计算移动台装置与各个固定站装置之间的距离差,从通知的位置信息和距离差测定该移动台装置的位置,将测定的位置信息算显示出来,同时将测定的位置信息通知固定站装置,固定站装置根据通知的移动台装置的位置信息将适当的地图信息通知移动台装置,进一步,移动台装置将由固定站装置通知的地图信息显示出来,所以只用来自3个固定站装置的位置信息就能确定移动台装置的位置,进一步,因为能用位置信息和地图信息将确定的位置在移动台装置上显示出来,所以产生能够简化***的构成,并能够有效地灵活使用移动台装置的位置信息的效果。
根据本发明,因为是从由3个基站装置通知的位置信息和测定的基站台装置之间的位相差计算移动台装置和各个基站装置之间的距离差,作为初值的设定,将移动台装置和第1个基站装置的推定距离作为假定距离,也从假定距离假定与其它的基站装置的距离,用假定的与各个基站装置的距离和由各个基站装置通知的位置信息算出移动台装置的假定位置,反复将算出距离回送为假定距离直到从算出的假定位置求得的与第1个基站装置的算出距离和与第1个基站装置的假定距离之差变小为止,将算出距离与假定距离之差变得非常小时的假定位置作为移动台装置的位置的位置算出方法,所以产生能够用简单的逻辑电路精度优良地算出位置,进一步,由于设定为初值的推定距离与实际距离近似,所以能够缩短算出位置的处理时间的效果。
根据本发明,这是装备有固定站装置和移动台装置的移动体通信***中的测位***,在该测位***中,固定站装置将它的位置信息通知给移动台装置,移动台装置从由3个固定站装置通知的位置信息和测定的固定站装置之间的位相差算出该移动台装置的位置,将它作为上一次的位置信息存储起来,以后,从由2个固定站装置通知的位置信息和测定的固定站装置之间的位相差计算移动台装置与各个基站装置之间的距离差,从固定站装置的位置信息,距离差和存储的移动台装置的上一次的位置信息,算出该移动台装置的位置,并显示出算出的位置信息,同时将算出的位置信息通知固定站装置,固定站装置根据通知的移动台装置的位置信息将适当的用户信息通知移动台装置,进一步,移动台装置将由固定站装置通知的用户信息显示出来,最初用来自3个固定站装置的位置信息确定移动台装置的位置,以后只用来自2个固定站装置的位置信息确定移动台装置的位置,进一步能够用位置信息和用户信息在移动台装置上显示出确定的位置,所以产生能够简化***的构成,并且即便只有基站的很少的地点也能够连续地测定位置,进一步,能够有效地灵活使用移动台装置的位置信息的效果。
Claims (17)
1.一种移动体通信***中的测位***,它是装备有固定站装置和移动台装置的移动体通信***中的测位***,其中
所述的固定站装置将它的位置信息通知给所述的移动台装置,
所述的移动台装置根据由3个固定站装置通知的位置信息和测定的所述的固定站装置之间的位相差计算所述的移动台装置与所述的各个固定站装置之间的距离差,直到得到针对移动台装置的位置信息预先确定的最小修正值为止,根据所述的距离差计算该移动台装置的位置。
2.一种移动体通信***中的测位***,它是装备有固定站装置和移动台装置的移动体通信***中的测位***,其中
所述的固定站装置将它的位置信息通知给所述的移动台装置,
所述的移动台装置根据由3个固定站装置通知的位置信息和测定的所述的固定站装置之间的位相差计算所述的移动台装置与所述的各个固定站装置之间的距离差,作为假定值x’、y’、z’计算3个固定站装置的位置的平均值,根据所述距离的差和假定值计算修正值,通过将计算出的修正值相加而更新假定值,直到计算出的修正值满足特定条件为止,循环进行修正值的计算,进而更新假定值,在修正值满足特定条件时,将更新的假定值决定为移动台装置的位置x、y、z。
3.一种移动体通信***中的测位***,它的特征是它是
装备有交换站装置、基站装置和移动台装置的移动体通信***中的测位***,其中
所述的基站装置是向移动台装置发射该基站装置的位置信息的基站装置,
所述的移动台装置是根据由3个的基站装置发射的位置信息和测定的所述的各个基站装置之间的位相差计算所述的移动台装置与所述的各个基站装置之间的距离差,直到得到针对移动台装置的位置信息预先确定的最小修正值为止,根据所述的距离差计算该移动台装置的位置,将该计算出的位置信息发射给所述的交换站,同时将接收到的地图信息显示出来的移动台装置,
所述的交换站装置是将地图信息存储起来,根据由所述的移动台装置发射的位置信息从所述的存储的地图信息取得适当的地图信息,并发射给所述的移动台装置的交换站装置。
4.一种移动体通信***中的测位***,它是
装备有交换站装置、基站装置和移动台装置的移动体通信***中的测位***,其中
所述的基站装置是向所述的移动台装置发送该基站装置的位置信息的基站装置,
所述的移动台装置是根据由3个固定站装置通知的位置信息和测定的所述的固定站装置之间的位相差计算所述的移动台装置与所述的各个固定站装置之间的距离差,作为假定值x’、y’、z’计算3个固定站装置的位置的平均值,根据所述距离的差和假定值计算修正值,通过将计算出的修正值相加而更新假定值,直到计算出的修正值满足特定条件为止,循环进行修正值的计算,进而更新假定值,在修正值满足特定的条件时,将更新的假定值决定为移动台装置的位置x、y、z,并将决定的位置信息发送到所述交换站,同时显示所接收到的地图信息的移动台装置,
所述的交换站装置是将地图信息存储起来,根据由所述的移动台装置发射的位置信息从所述的存储的地图信息取得适当的地图信息,并发射给所述的移动台装置的交换站装置。
5.权利要求2或4所述的移动体通信***中的测位***,其中
特定条件是修正值的绝对值比1小。
6.一种位置算出方法,在该方法中,
取得第一个基站装置的位置信息(X1,Y1,Z1)、第二个基站装置的位置信息(X2,Y2,Z2)和第三个基站装置的位置信息(X3,Y3,Z3),
用电波的传播速度V、扩展符号的每个单位时间的码片区间数R,从所述的各个基站装置之间的位相差d1、d2、d3计算移动台装置与所述的各个基站装置的距离差L1-L2(=V×d1/R)、L1-L3(=V×d2/R)及L2-L3(=V×d3/R),
计算所述的3个基站装置的位置的平均值x′=(X1+X2+X3)/3,y′=(Y1+Y2+Y3)/3,z′=(Z1+Z2+Z3)/3,作为设定的初值,
用与求得的移动台装置的位置(x,y,z)对应的x,y,z的补正值dx,dy,dz和所述的x′,y′,z′表示(x,y,z),得到x=x′+dx,y=y′+dy,z=z′+dz,
根据这些x,y,z的式子和用所述的3个基站装置的位置及(x,y,z)表示所述的距离差的式子,当dx,dy,dz相对于x,y,z非常小时,按照泰勒展开式进行线性化,用令所述的位相差的误差为0时求得的条件式AΔ=F的行列式计算dx,dy,其中A是由用dx,dy,dz表示所述的移动台装置与所述的各个基站装置之间的距离差时的各个系数表示的行列式,Δ是dx,dy,dz的行列式,F是与所述的距离差有关的行列式,
将所述的计算得到的dx,dy代入所述的x=x′+dx,y=y′+dy,求得x,y,将该求得的x,y作为x′,y′,用所述的条件式AΔ=F进一步求出dx,dy,
反复进行所述的计算直到所述的计算得到的dx和dy的绝对值|dx|和|dy|小于1为止,将|dx|和|dy|小于1时的x′,y′作为x,y坐标,同时用z=(Z1+Z2+Z3)/3求得z坐标,由此计算所述的移动台装置的位置。
7.权利要求6中记载的位置算出方法,在该方法中,
用L1,L2,L3表示移动台装置与各个基站装置的距离时,所述的移动台装置与所述的各个基站装置的距离差由D1=L1-L2,D2=L1-L3,D3=L2-L3表示,
用所述的各个基站装置之间的位相差d1,d2,d3、电波的传播速度V、扩展符号的每个单位时间的码片区间数R、所述的位相差的测定误差给出的残差v1,v2,v3表示所述的距离差,得到
D1=L1-L2=V×d1/R+v1
D2=L1-L3=V×d2/R+v2
D3=L2-L3=V×d3/R+v3
进一步,用3个基站装置的位置坐标(X1,Y1,Z1),(X2,Y2,Z2),(X3,Y3,Z3)和求得的所述的移动台装置的位置坐标(x,y,z)表示所述的距离差,得到
D1=L1-L2={(X1-x)2+(Y1-y)2+(Z1-z)2}1/2
-{(X2-x)2+(Y2-y)2+(Z2-z)2}1/2
D2=L1-L3={(X1-x)2+(Y1-y)2+(Z1-z)2}1/2
-{(X3-x)2+(Y3-y)2+(Z3-z)2}1/2
D3=L2-L3={(X2-x)2+(Y2-y)2+(Z2-z)2}1/2
-{(X3-x)2+(Y3-y)2+(Z3-z)2}1/2
用假定值x′,y′,z′和它们的补正值dx,dy,dz表示x,y,z,得到
x=x’+dx
y=y’+dy
z=z’+dz
将所述的x,y,z的式子代入所述的D1,D2,D3的式子中,当dx,dy,dz相对于x,y,z非常小时,按照泰勒展开式进行线性化,得到
D1=S1-S2+a1·dx+b1·dy+c1·dz
-(a2·dx+b2·dy+c2·dz)
D2=S1-S3+a1·dx+b1·dy+c1·dz
-(a3·dx+b3·dy+c3·dz)
D3=S2-S3+a2·dx+b2·dy+c2·dz
-(a3·dx+b3·dy+c3·dz)
其中Si={(xi-x′)2+(Yi-y)2+(Zi-z)2}1/2,导出下列的观测方程,
v1=(a1-a2)dx+(b1-b2)dy+(c1-c2)dz
+S1-S2-V×d1/R
v2=(a1-a3)dx+(b1-b3)dy+(c1-c3)dz
+S1-S3-V×d2/R
v3=(a2-a3)dx+(b2-b3)dy+(c2-c3)dz
+S2-S3-V×d3/R
当v=0时,所述的观测方程变为
(a1-a2)dx+(b1-b2)dy+(c1-c2)dz
=V×d1/R-S1+S2
(a1-a3)dx+(b1-b3)dy+(c1-c3)dz
=V×d2/R-S1+S3
(a2-a3)dx+(b2-b3)dy+(c2-c3)dz
=V×d3/R-S2+S3
用行列式表示所述的3个式子时,得到
AΔ=F
其中,A是使用了a1,a2,a3,b1,b2,b3,c1,c2,c3的行列式,Δ是使用了dx,dy,dz的行列式,F是使用了V,d1,d2,d3,S1,S2,S3的行列式,
将所述的行列式AΔ=F作为条件式,计算所述的移动台装置的位置。
8.一种装备有基站装置和移动台装置的移动体通信***中的测位***的位置算出方法,其中
根据由3个基站装置通知的位置信息和测定的基站装置之间的位相差计算移动台装置与各个基站装置之间的距离差,作为初值的设定,将移动台装置和第1个基站装置的推定距离作为假定距离,也从假定距离假定与其它的基站装置的距离,用假定的与各个基站装置的距离和由各个基站装置通知的位置信息算出移动台装置的假定位置,反复将算出距离回送为假定距离直到从算出的假定位置求得的与第1个基站装置的算出距离和与第1个基站装置的假定距离之差变得比特定值小为止,将算出距离与假定距离之差变得比所述的特定值小时的假定位置作为移动台装置的位置。
9.一种位置计算方法,该方法的特征是
取得第一个基站装置的位置信息(X1,Y1,Z1)、第二个基站装置的位置信息(X2,Y2,Z2)和第三个基站装置的位置信息(X3,Y3,Z3),
用电波的传播速度V、扩展符号的每个单位时间的码片区间数R,根据所述的各个基站装置之间的位相差d1,d2,d3计算移动台装置与所述的各个基站装置的距离差L1-L2(=V×d1/R)、L1-L3(=V×d2/R),
作为初值的设定确定为所述的移动台装置与所述的第1个基站装置的距离的推定值l,并将它作为假定距离L1,
用所述的L1和所述的移动台装置与所述的各个基站装置的距离差的式子求得与其它的基站装置的假定距离L2,L3,
从所述的求得的L1,L2,L3及所述的各个基站装置的位置信息,求得所述的移动台装置的假定位置x,y,
从所述的求得的x,y和所述的第一个基站的位置信息(X1,Y1),求得其距离L1′作为算出距离,
将所述的L1′代入L1并重复所述的计算,直到所述的假定距离L1与所述的算出距离L1′之差的绝对值比特定值小为止,
将所述的差的绝对值比特定值小时的假定位置x,y作为所述的移动台装置的位置。
10.权利要求9中记载的位置算出方法,在该方法中,作为所述的移动台装置与所述的第1个基站装置的距离的推定值l,将从第1个基站装置到移动台装置的传输损失求得的距离初始设定为L1。
11.装备有固定站装置和移动台装置的移动体通信***中的测位***,其中
所述的固定站装置将它的位置信息通知所述的移动台装置,
所述的移动台装置从由3个固定站装置通知的固定站装置的位置信息和测定的所述的固定站装置之间的位相差计算所述的移动台装置与所述的各个固定站装置之间的距离差,从所述的固定站装置的位置信息和所述的距离差算出该移动台装置的位置,将所述的算出的移动台装置的位置信息作为上一次的位置信息存储起来,以后,从由2个固定站装置通知的固定站装置位置信息和测定的所述的2个固定站装置之间的位相差计算所述的移动台装置与所述的2个固定站装置的距离差,从所述的固定站装置的位置信息、所述的距离差和所述的存储的移动台装置的上一次的位置信息算出该移动台装置的位置,将所述的算出的位置信息作为上一次的位置信息存储起来。
12.权利要求11中记载的移动体通信***中的测位***,在该测位***中,
移动台装置将测定的位置信息通知固定站装置,
所述的固定站装置根据所述的被通知的所述的移动台装置的位置信息,将适当的用户信息通知给所述的移动台装置,
所述的移动台装置将由所述的固定站装置通知的用户信息显示出来。
13.一种移动体通信***中的测位***,它是
装备有交换站装置,基站装置和移动台装置的移动体通信***中的测位***,其中
所述的基站装置是向移动台装置发射该基站装置的位置信息的基站装置,
所述的移动台装置是从由3个基站装置发射的基站装置的位置信息和测定的所述的各个基站装置之间的位相差计算所述的移动台装置与所述的各个基站装置之间的距离差,从所述的基站装置的位置信息与所述的距离差算出该移动台装置的位置,将所述的算出的移动台装置的位置信息作为上一次的位置信息存储起来,以后,根据由2个基站装置通知的基站装置的位置信息和测定的所述的2个基站装置之间的位相差计算所述的移动台装置与所述的2个基站装置之间的距离差,根据所述的基站装置的位置信息、所述的距离差和所述的存储的移动台装置的上一次的位置信息算出该移动台装置的位置,将所述的算出的位置信息作为上一次的位置信息存储起来,将该算出的位置信息发射给所述的移动台装置同时显示接收的用户信息的移动台装置,
所述的交换站装置是将与来自所述的移动台装置的位置信息相关的用户信息存储起来,根据由所述的移动台装置发射的位置信息从所述的存储的用户信息取得适当的用户信息,并将它发射给所述的移动台装置的交换站装置。
14.一种移动体通信***中的测位***,它是
装备有交换站装置、基站装置和移动台装置的移动体通信***中的测位***,其中
所述的基站装置是装备有将该基站装置的位置信息通知给所述的移动台装置的位置通知装置、将由所述的交换站装置通知的用户信息通知给适当的移动台装置的用户信息通知装置的基站装置,
所述的移动台装置装备有:从由3个基站装置通知的基站装置的位置信息和测定的所述的各个基站装置之间的位相差计算所述的移动台装置与所述的各个基站装置之间的距离差,从所述的位置信息和所述的距离差算出该移动台装置的位置,将所述的算出的移动台装置的位置作为上一次的位置信息存储起来的依靠3个点测定位置的位置测定装置;从由2个基站装置通知的基站装置的位置信息和测定的所述的2个基站装置之间的位相差计算所述的移动台装置与所述的2个基站装置之间的距离差,从所述的基站装置的位置信息,所述的距离差和所述的存储的移动台装置的上一次的位置信息算出该移动台装置的位置,将所述的算出的移动台装置的位置作为上一次的位置信息存储起来的依靠2个点测定位置的位置测定装置;用于显示而输出该算出的位置信息,同时通知所述的交换站的位置通知装置;显示所述的用于显示而输出的位置信息,同时显示由所述的交换站装置通知的用户信息的用户信息显示装置,
所述的交换站装置是装备有存储用户信息的用户信息存储装置、根据由所述的移动台装置通知的位置信息从所述的用户信息存储装置取得该用户信息并通过所述的基站装置通知所述的移动台装置的交换站装置。
15.一种移动体通信***中的测位***,它是
装备有交换站装置、基站装置和移动台装置的移动体通信***中的测位***,其中
所述的基站装置装备有:输出显示该基站装置的位置的位置信息同时从所述的移动台装置取得该移动台装置的位置信息的控制部分;向所述的交换站装置发射所述的移动台装置的位置信息同时从所述的交换站装置接收用户信息的电路控制部分;用扩展符号对该基站装置的位置信息及所述的用户信息进行调制同时用所述的扩展符号对接收的所述的移动台装置的位置信息进行解调的信号处理部分;发射所述的被调制的信号同时接收来自所述的移动台装置的位置信息的发射接收放大部分,
所述的移动台装置装备有:接收从所述的基站装置发射的信号同时将信号发射给所述的基站装置的发射接收放大部分;进行接收信号的同步处理和用所述的扩展符号的解调处理,输出来自3个基站装置或2个基站装置的位置信息,测定各个基站装置之间的位相差同时为了通过所述的基站装置向所述的交换站装置发射计算得到的该移动台装置的位置信息,用所述的扩展符号进行调制的信号处理部分;从所述的3个基站装置之间的位相差计算所述的移动台装置和所述的3个基站装置之间的距离差,从所述的3个基站装置的位置信息和所述的距离差计算该移动台装置的位置,将它作为上一次的位置信息接收,以后,从所述的2个基站装置之间的位相差计算所述的移动台装置与所述的2个基站装置之间的距离差,从所述的2个基站装置的位置信息,所述的距离差和所述的上一次的位置信息计算该移动台装置的位置并予以接收的控制部分;将用所述的计算求得的移动台装置的位置信息作为上一次的位置信息存储起来的存储部分;和将所述的计算得到的位置信息显示出来同时将由所述的交换台装置发射的用户信息显示出来的显示部分,
所述的交换站装置装备有:将用户信息存储起来的用户信息存储部分;从所述的基站装置接收所述的移动台装置的位置信息同时发射用户信息的电路控制部分;和根据所述的接收的移动台装置的位置信息从所述的用户信息存储部分取得相关的用户信息,并将它输出到所述的电路控制部分的交换控制部分。
16.一种装备有基站装置和移动台装置的移动体通信***中的测位***的位置算出方法,在该方法中,
从由3个基站装置通知的位置信息和测定的基站装置之间的位相差计算移动台装置的位置,将所述的算出的位置信息作为上一次的位置信息(x′,y′)存储起来,
以后,从由2个基站装置通知的位置信息和测定的所述的基站装置之间的位相差计算移动台装置与各个基站装置之间的距离差,用所述的存储的上一次的位置信息(x′,y′)作为求得的移动台装置的推定位置的初值设定,
将来自与求得的移动台装置的位置(x,y)对应的所述的推定位置信息(x′,y′)的补正值作为dx,dy,
从由这些推定位置和所述的2个基站装置的位置求得的距离和由所述的测定的位相差求得的移动台装置与各个基站装置的距离差,当dx,dy相对于x,y非常小时,按照泰勒展开式进行线性化,计算dx,dy,
用所述的计算得到的dx,dy求得算出位置(x,y),用所述的求得的x,y作为推定位置(x′,y′),
反复将所述的算出位置回送为推定位置进行计算直到所述的计算得到的dx,dy变得比特定值小或重复了特定次数的计算为止,将dx,dy变得比所述的特定值小或重复了所述的特定次数的计算时的算出位置(x,y)作为移动台装置的位置。
17.一种装备有基站装置和移动台装置的移动体通信***中的位置算出方法,在该方法中,
将根据3个基站装置的位置信息和所述的各个基站装置之间的位相差求得的移动台装置的位置作为上次的位置信息(x′,y′)存储起来,
取得第一个基站装置的位置信息(X1,Y1)和第二个基站装置的位置信息(X2,Y2),
用电波的传播速度V、扩展符号的每个单位时间的码片区间数R,根据所述的各个基站装置之间的位相差d1,计算移动台装置与所述的各个基站装置的距离差L1-L2(=V×d1/R),
用所述的存储的上一次的位置信息(x′,y′)作为求得的移动台装置的推定位置的初值设定,
用与求得的移动台装置的位置(x,y)对应的x,y的补正值dx,dy和所述的推定位置(x′,y′)表示(x,y),得到x=x′+dx,y=y′+dy,z=z′+dz,
根据这些x,y的式子和用所述的2个基站装置的位置及推定位置(x′,y′)表示所述的距离差的式子,当dx,dy相对于x,y非常小时,按照泰勒展开式进行线性化,计算dx,dy,
将所述的计算得到的dx,dy代入所述的x=x′+dx,y=y′+dy,求得算出位置(x,y),
用所述的求得算出位置(x,y)作为推定位置(x′,y′)重复所述的计算直到所述的计算得到的dx,dy的绝对值|dx|,|dy|小于1或计算的重复次数达到了特定的次数为止,将|dx|和|dy|小于1或重复了只是所述的特定次数的计算时的算出位置(x,y)作为所述的移动台装置的位置。
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