JP2002031675A - 無線通信基地局、無線位置測定システム、送信タイミング測定装置ならびに位置測定センタ装置 - Google Patents

無線通信基地局、無線位置測定システム、送信タイミング測定装置ならびに位置測定センタ装置

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JP2002031675A JP2000221043A JP2000221043A JP2002031675A JP 2002031675 A JP2002031675 A JP 2002031675A JP 2000221043 A JP2000221043 A JP 2000221043A JP 2000221043 A JP2000221043 A JP 2000221043A JP 2002031675 A JP2002031675 A JP 2002031675A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】基地局装置とアンテナ間のケーブル等を原因と
した送信タイミングのオフセットを原因とする無線位置
測定での誤差が発生する。 【解決手段】各基地局装置にＧＰＳで同期した送信タイ
ミング測定手段を設け、フィードバック処理により送信
タイミングを補正する。あるいは送信タイミング測定手
段の測定結果をセンタ装置に送り、端末の要求に従って
送信タイミングオフセット値を端末に教えて補償させ
る。 【効果】無線基地局が持つ送信タイミングオフセットを
補償し、位置測定の精度を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はセルラ無線基地局を
使った位置測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平7-181242にセルラ無線基地局を使
った位置測定装置が示されている。端末は無線基地局が
送信する信号を受信し、その遅延量から基地局―端末間
の距離を求め、端末位置を計測するものである。
【０００３】CDMAの基地局装置には、GPSに同期して送
信タイミングを決定するシステムがある。図２はＧＰＳ
に同期するシステムの構成を示すものである。ＧＰＳ人
工衛星１，２，３は正確な時計機能をもっていてそれぞ
れ固有パタンの信号を送信している。それを受信したセ
ルラ無線基地局５，６，７は複数の受信電波の遅延量と
衛星の軌道情報から各基地局の位置と時間を割り出すこ
とができる。これにより各基地局はＧＰＳ衛星と同じく
正確な時計をもつことができる。従って各基地局は同期
がとれた正確なタイミングで基地局個別パタンの信号を
送信することが可能となる。端末４は上記基地局の場合
と同様の原理によって自身の位置を測定することができ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図2のとおり、各セル
ラ無線基地局は、電波伝搬上の障害物を避ける為に、建
物屋上等の見通し良い場所にアンテナを立てており、基
地局装置本体は屋内に配置している。ＧＰＳ衛星１，
２，３から送信される信号は、ＧＰＳ用のアンテナ１３
で受信され、ＧＰＳ受信機１４によって場所と時間が推
定される。基準クロック作成装置１５ではＧＰＳから推
定された時間情報をもとに独自に持つオシレータを校正
し、正確な時計を実現している。この基準クロック作成
装置１５内のオシレータで作成された基準クロックはベ
ースバンド部１２とＲＦ部１１に供給される。ベースバ
ンド部１２はアンテナから送信される信号を作成するブ
ロックであり、ＲＦ部１１はこれを無線周波数に変換
し、アンテナ１０から送信するブロックである。
【０００５】さて、位置測定を行う場合には、各基地局
のアンテナの位置とアンテナから実際に電波が出ている
時間が正確であることが要求される。ＧＰＳアンテナや
基地局アンテナは、ベースバンド装置と距離を離して置
かれているため、ケーブルを伝搬する為の時間がかか
る。また、基準クロック作成部やベースバンド部では波
形整形をするためのフィルタが入っており、これらで大
きな遅延が発生する。このため、実際にアンテナから電
波が送信される時間と、基地局装置が信号を出そうとし
た時間は異なる。この異なる時間差を本願では胃語、基
地局送信タイミングオフセットという。位置測定端末
は、基地局が信号を出そうとした時間が通知されるの
で、この基地局送信タイミングオフセットの分だけ位置
計算結果は異なることになる。
【０００６】なお、基地局は様々な場所に設置されてお
り、アンテナと基地局装置間を結ぶケーブルの長さは設
置場所により異なる。また新規に設置される基地局装置
は部品等も異なる為、フィルタで発生する遅延も異な
る。そのため、基地局送信タイミングオフセットは各基
地局固有のものである。
【０００７】ＧＰＳシステムにおいても、同様の考えか
らＤＧＰＳと呼ばれるシステムがあり、特開平9-311177
に従来例が記載されている。これは地上の位置の判明し
た点で、ＧＰＳを使って位置計算を行い、その補正情報
をＦＭ信号やインターネットを介して送信するものであ
る。これによって時々刻々変化する電離層伝搬での遅延
時間や衛星の軌道情報の補正を行うことができる。しか
しながら本方法はセルラ局を信号源とする位置測定シス
テムには使えない。なぜならセルラ基地局は地上にある
ため、近傍の基地局から送信される信号と遠方の基地局
から送信される信号との信号強度が大きく異なり、一つ
の観測局では同時に多数の基地局からの信号を測定する
ことができないという遠近問題があるからである。ま
た、GPS衛星の送信タイミングは変更不可能であり、上
述のとおり、補正情報を付加する方法しかなかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】基地局アンテナから送信
された信号を受信して、その受信タイミングを測定する
送信タイミング測定装置と、基地局の送信タイミングを
制御する送信タイミング制御手段とを有し、該送信タイ
ミング測定装置の結果から送信タイミング制御装置が規
定の送信タイミングで信号送信するようフィードバック
制御を行う。
【０００９】アンテナにおける送信タイミングを校正す
るため、基地局送信タイミングオフセットがなくなる。
【００１０】送信タイミング測定装置を基地局アンテナ
近傍に設置しているため、特開平9-311177のような観測
局を設置する場所を確保する必要がない。また、マルチ
パスによる影響もない。
【００１１】さらに、送信タイミング測定装置は各基地
局に設けられているので、遠近問題もない。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第1の実施例で
ある。基地局装置５，６，７はＧＰＳ衛星１，２，３よ
り信号を受信し同期している。その基地局から送信され
る信号をもとに無線端末４は自身の位置を検出する。各
基地局はＧＰＳ用アンテナ１３とセルラ用アンテナ１６
を持つ送信タイミング測定装置１８を具備している。こ
こでセルラ用アンテナ１６はセルラ受信機１７につなが
り、セルラ基地局のアンテナ１０から送信されている信
号を受信している。また同時にＧＰＳアンテナ１３はＧ
ＰＳ受信機１４につながり、ＧＰＳ衛星１〜３からの信
号を受信している。基準クロック作成回路１５では、Ｇ
ＰＳ受信機１４の位置とＧＰＳ受信機における時間から
内部クロックを校正して正確な基準クロックを作成し、
この基準クロックに同期してセルラ基地局からの信号の
タイミングを測定する。これによりセルラ基地局のアン
テナ１０から送信された信号がセルラ用アンテナ１６に
受信された正確な時刻を測定することができる。基地局
アンテナの位置を予め基準クロック作成装置１５に入力
しておくと、ＧＰＳ受信機で測定された位置との関係か
らアンテナから送信タイミング測定装置までの伝搬距離
が判明する。この距離を光速で割った値が伝搬時間であ
る。既に説明したようにセルラ用アンテナ１６とセルラ
受信機によって、基地局アンテナ１０から送信された信
号の正確な受信時刻が判明しているため、それから伝搬
時間を差し引くことで基地局アンテナ１０から電波が送
信された時刻が判明する。その送信された時間が正しい
値となるように基準クロック作成装置１５は基準クロッ
クを作成する。以下では基準クロック作成装置１５がど
のように基地局アンテナ１０から送信される信号のタイ
ミングを調整しているか例を挙げて説明する。
【００１３】受信ベースバンド部１２は、基地局アンテ
ナ１０から送信される信号のベースバンド信号を作成す
るユニットである。ベースバンド部で作成された信号は
ＲＦ部１１でキャリヤ周波数に変調された後に基地局ア
ンテナ１０から送信される。基地局アンテナから送信さ
れる信号のタイミングは上記基準クロックに同期してい
るため、送信される信号のタイミングは基準クロック作
成装置で制御可能となる。但し多数の無線端末が配下に
繋がる基地局は、急激にその送信信号のタイミングを変
化させることはできないため、上記基準クロックは、例
えば80ミリ秒といったフレーム毎に１／１６チップずつ
といった微小な“遅れ”や“進み”の調整を繰り返し
て、基地局アンテナから信号が送信される時間のずれを
なくしていく。
【００１４】図１でＲＦ部１１からベースバンド部１２
に向かう矢印は上り回線の受信動作を示している。また
基準クロック作成装置１５からＲＦ部１１に伸びている
矢印はＲＦ部内で必要となるキャリヤ周波数を作成する
ための基準クロックを基準クロック作成装置が作成して
いることを示している。
【００１５】上記第1の実施例でもＧＰＳ用アンテナ１
３やセルラ用アンテナ１６からそれぞれの受信機１４お
よび１７に入力されるまでにケーブル遅延が発生する。
また受信機内や基準クロック作成装置１５までのケーブ
ル遅延も考えられる。しかし電波による位置測定では、
各基地局から送信された信号の相対的な受信タイミング
差すなわちＴＤＯＡ（time difference of arrival）が
正確に求まれば端末位置の測定による誤差は発生しな
い。したがって上記遅延は同じケーブル長、部品を使っ
た装置によって構成される送信タイミング測定装置１８
を使えばその誤差は小さくすることができる。
【００１６】上記第１の実施例では基地局アンテナが１
台である場合を例に挙げて説明したがセクタアンテナの
ように複数のアンテナが設置されている場合も本発明は
効果がある。但し、共通の基準クロック作成装置を使い
共通制御している場合であって、個別のセクタアンテナ
ケーブルの長さが異なる場合は、第１の実施例では制御
できない。この場合セルラ受信機から判明する各セクタ
の遅延差を補償するため、セクタ間の遅延差を補償する
信号をベースバンド部にフィードバックする必要がある
（図２の１９の信号線）。本構成により、各セクタを個
別に制御することが可能となり、セクタ毎に送信タイミ
ングを調整することができる。
【００１７】上記第１の実施例では、正確な時間を測定
するためにＧＰＳ受信機を用いた例を説明したが、これ
に限らない。例えばセシウム時計等の原子時計各基地局
に設けてもよい。
【００１８】上記第１の実施例では、セルラ用のアンテ
ナは基地局装置のアンテナとは別の場所に設ける例を説
明したがこれに限らない。例えば基地局用のアンテナに
繋がるケーブルあるいはアンテナ素子にカプリングさせ
て取り出しても本発明の効果は変わらない。
【００１９】図３は、本発明の第２の実施例である。第
１の実施例との違いは、第2の実施例が基地局装置の送
信タイミングを調整しないことである。
【００２０】送信タイミング測定装置は、ＧＰＳ用アン
テナ１３とセルラ用アンテナ１６を持つ。ＧＰＳ受信機
１４はアンテナ１３が受信したＧＰＳ衛星からの信号か
ら送信タイミング測定装置２１が置かれている位置と正
確な時刻をもとめ、基準となるクロック信号を出力す
る。セルラ通信機２３は、基地局装置から送信された信
号を受信して、パイロット信号の受信されるタイミング
を測定する。測定の方法としては、例えば基地局が送信
しているパイロット信号に合わせたスライディング相関
器を使い、相関が大きくなる位相から受信信号タイミン
グを測定する方法がある。
【００２１】受信タイミング測定機２４はＧＰＳ受信機
１４で得られた正確なクロックに基づいてセルラ通信機
２３が測定したパイロット信号の受信タイミングの時刻
を測定する。そして測定された受信タイミングはメモリ
装置２５に蓄積される。パイロット信号は周期信号であ
るため、長時間の測定を行い、その結果を平均する方法
も本発明の範疇である。平均化によって受信タイミング
の測定精度を向上させることができる。一般に一回の測
定における誤差がσで、測定毎に誤差が独立な事象であ
るならば、Ｎ回の平均操作により誤差はσ／sqrt(Ｎ)に
下げることができる。
【００２２】メモリ装置に蓄積された受信タイミングは
制御装置２６によって送信タイミングの誤差情報に変換
される。誤差情報の作成方法は以下に説明される。
【００２３】制御装置２６には予め基地局アンテナの位
置が記憶されている。ＧＰＳ受信機１４の出力から送信
タイミング測定装置の位置は明らかになるから、その差
から基地局アンテナと送信タイミング測定装置間の距離
が判明する。これを光速で割ることで、電波がアンテナ
間の伝搬に必要となった時間が割りだせ、先に得られて
いる受信タイミングから基地局のアンテナ端における電
波の送信タイミングを測定することができる。測定され
た送信タイミングと、仕様から定まる基地局の送信タイ
ミングの差から送信タイミングの誤差が推定される。
【００２４】該制御装置２６は、求めた送信タイミング
の誤差情報を定期的にネットワーク２７につながるセン
タ装置２８に送っている。センタ装置２８への伝送方法
は有線であっても無線であっても本発明の効果は変わら
ない。受信タイミングの誤差情報（オフセット情報）
は、例えばセルラ通信装置２３を介してセルラ網を通じ
てセンタ装置２８に送られてもよい。センタ装置２８に
蓄積された情報は、端末４の位置測定の要求に従って端
末４にダウンロードされる。端末では位置計算を行う際
に、端末において測定した受信タイミングから誤差に伴
うオフセット分を差し引いて得られた補正後の受信タイ
ミング情報を使って位置計算を行う。位置計算の詳細な
方法は特開平7-181242に記されているためここでは省略
する。本実施例によれば基地局の送信タイミングはオフ
セットしたままであるが、そのオフセット値を位置計算
時に補償することができるため、正確な位置を計算でき
る。
【００２５】上記第2の実施例では、送信タイミング測
定装置を常設し、通信によって位置測定センタ装置に情
報を送る方法について説明したが、基地局装置はGPSに
同期しているものがある。この場合には一度測定してお
けば、送信タイミングの補正値は殆ど問題にならない程
度しか変化しない。従って１度送信タイミング測定装置
で測定して、その測定結果を位置測定センタ装置に蓄積
しておく方法も有効である。この場合、送信タイミング
測定装置は可搬式のものが便利である。いずれの場合に
おいてもGPSを利用すれば送信タイミング測定装置の位
置を求めることは容易である。したがって一つの解決手
段として、車載型の送信タイミング測定装置で様々な場
所において送信タイミングを測定し、その平均値によっ
て送信タイミング補正値を計算する方法も本発明の範疇
に含まれる。
【００２６】上記第2の実施例では、端末４において受
信タイミングを補正する装置を説明したが、これに限る
ものではない。例えばセンタ装置において補正を行うこ
とも本発明の範疇である。例えば、端末４は近傍基地局
の受信タイミングを測定し、その結果をセンタ装置２８
に送信する。センタ装置２８では、伝送されてきた情報
を基に送信タイミングのオフセットを補償し、端末の位
置計算を行う。位置の計算方法は上記第2の実施例と同
じである。計算結果である端末位置を端末４に回答する
ことで一連の作業を終了する。この様に送信タイミング
の補償や位置計算をどこで行うかは本発明の本質ではな
く、各基地局装置付近で測定された送信タイミングオフ
セット値をセンタ装置２８で一括管理し、必要に応じて
使用する装置構成は本発明の範疇である。
【００２７】ここで送信タイミング測定装置は、基地局
装置と同じ構造物に設置することが望ましい。さすれ
ば、課題で説明したマルチパスの影響を受けにくい。ま
た、測定局を置くための新たな場所を確保する必要もな
くなることから位置測定システムを運用するコストを下
げることができる。このことは当然ながら第１の実施例
についても同様である。
【００２８】また、基地局送信タイミングの測定につい
ては、特に時間間隔については説明しなかったが、その
間隔は連続である必要はない。各基地局はGPS等で同期
されている場合が殆どであることから１度タイミングを
補正すれば、或いはタイミングの補正値を測定すれば、
その値は長期にわたって保持される。通常その値は数時
間から数日の単位で変化することから少なくとも１時間
以上の間隔で補正は十分である。
【００２９】
【発明の効果】セルラ基地局を電波の発信源とする位置
測定システムにおいて、各基地局が持つ送信タイミング
の誤差を補償が可能となる。これにより端末位置の推定
精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を有する第１の実施例の構成を示す図。
【図２】従来技術の構成を示す図。
【図３】本発明を有する第２の実施例の構成を示す図。
【符号の説明】
1、２、３...ＧＰＳ衛星、４...測位用の端末、５、
６、７...基地局装置、１０...基地局アンテナ、１
１...基地局ＲＦ部、１２...基地局ベースバンド部、１
３...ＧＰＳ用アンテナ、１４...ＧＰＳ受信機、１
５...基準クロック作成装置、１６...セルラ用アンテ
ナ、１７...セルラ受信機、１８...送信タイミング測定
装置、１９...セクタ補正信号、２０、２１，２２...送
信タイミング測定装置、２３...セルラ通信機、２４...
送信タイミング測定装置、２５...メモリ装置、２６...
制御装置、２７...ネットワーク、２８...センタ装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土居 信数 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 5J062 CC16 EE05 FF01 5K067 AA21 BB04 CC10 EE02 EE10 HH21 HH23 JJ52

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基地局アンテナから送信された信号を受信
    して、その受信タイミングを測定する送信タイミング測
    定装置と、基地局の送信タイミングを制御する送信タイ
    ミング制御手段とを有し、該送信タイミング測定装置の
    結果と測定基準クロックとを用いて上記送信タイミング
    制御装置は上記基地局アンテナにおける送信タイミング
    の制御を行うことを特徴とする無線通信基地局。
  2. 【請求項２】請求項１記載の該送信タイミング測定装置
    は、ＧＰＳあるいは時計によって上記測定基準クロック
    を作成するクロック作成装置と、該送信タイミング測定
    装置に同期して無線通信基地局から送信される信号を受
    信する受信装置とを有することを特徴とする無線通信基
    地局。
  3. 【請求項３】複数の基地局から送信される特定信号の受
    信タイミングをそれぞれ測定する複数の送信タイミング
    測定装置と、該複数の送信タイミング測定装置が測定し
    た結果から得られる複数基地局の送信タイミングの補正
    値を蓄積する位置測定センタ装置と、上記複数の基地局
    の特定基地局から送信される特定信号の受信タイミング
    を測定する無線端末とを有し、上記位置測定センタ装置
    は上記無線端末からの要求に従って上記特定基地局の該
    補正値を該無線端末に送信し、該無線端末は該無線端末
    で測定された特定基地局からの信号の受信タイミングを
    上記補正値で補正して該無線端末位置を計算することを
    特徴とする無線位置測定システム。
  4. 【請求項４】複数の基地局から送信される特定信号の受
    信タイミングをそれぞれ測定する複数の送信タイミング
    測定装置と、該複数の送信タイミング測定装置が測定し
    た結果から得られる複数基地局の送信タイミングの補正
    値を蓄積する位置測定センタ装置と、上記複数の基地局
    の特定基地局から送信される特定信号の受信タイミング
    を測定する無線端末とを有し、上記無線端末は測定結果
    を該位置測定センタ装置に送信し、該位置測定センタ装
    置は蓄積されている送信タイミングの補正値を用いて受
    信タイミング補正を行い該無線端末の位置を計算するこ
    とを特徴とする無線位置測定システム。
  5. 【請求項５】請求項３又は４において、上記複数の送信
    タイミング測定装置の各々は、GPＳあるいは時計機能に
    よってタイミングを計測するタイミング測定装置と、該
    タイミング測定装置に同期して上記特定信号を受信する
    受信装置とを有する無線位置測定システム。
  6. 【請求項６】特定信号の受信タイミングをGPＳあるいは
    時計機能によってタイミングを計測するタイミング測定
    装置と、該タイミング測定装置に同期して基地局から送
    信される特定信号を受信する受信装置とを有する送信タ
    イミング測定装置。
  7. 【請求項７】請求項６において、該送信タイミング測定
    装置は、基地局アンテナと同一の建造物に設置されるこ
    とを特徴とする送信タイミング測定装置。
  8. 【請求項８】複数の基地局の特定信号の送信タイミング
    の補正値を蓄積する蓄積手段と、端末からの要求に応じ
    て該蓄積手段に蓄積された上記補正値を該端末に送信す
    る通信手段とを具備することを特徴とする位置測定セン
    タ装置。
  9. 【請求項９】請求項１において、該送信タイミング測定
    装置は、上記基地局アンテナに近接してカプリングによ
    り上記信号を受信することを特徴とする無線通信基地
    局。
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