JP2009133731A - 位置情報提供システムおよび屋内送信機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】屋内送信機200―1は、複数の衛星からのスペクトラム拡散信号である第1の測位信号とコンパチブルな第2の測位信号を用いて、位置情報を提供する。屋内送信機200―1は、自身が設置される場所を特定するための位置データを格納するEEPROM243と、位置データを含む第2の測位信号をスペクトラム拡散信号として生成するFPGA245と、スペクトラム拡散信号を送信する送信部251〜258とを備える。第2の測位信号は、第1の測位信号よりも短い周期で同一内容を繰り返すように生成される。
【選択図】図2
Description
System)、欧州におけるGalileo等のシステムを含むものとする。
図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る位置情報提供システム10について説明する。図1は、位置情報提供システム10の構成を表わす図である。位置情報提供システム10は、地上の上空約2万メートルの高度を飛行し、測位のための信号(以下、「測位信号」と表わす。)を発信するGPS(Global Positioning Satellite)衛星110,111,112,113と、位置情報を提供する装置として機能する位置情報提供装置100−1〜100−5とを備える。位置情報提供装置100−1〜100−5を総称するときは、位置情報提供装置100と表わす。位置情報提供装置100は、たとえば、携帯電話、携帯可能なカーナビゲーションシステムその他の移動体測位装置のように、従来の測位装置を有する端末である。
GPS衛星に搭載される送信機の構成については、周知であるので、以下では、GPS衛星に搭載される送信機の構成の概略について説明する。送信機120,121,122,123は、それぞれ、原子時計と、データを格納する記憶装置と、発振回路と、測位信号を生成するための処理回路と、処理回路によって生成された信号をスペクトラム拡散符号化するための符号化回路と、送信アンテナ等を有する。記憶装置は、エフェメリス、各衛星のアルマナック、電離層補正データ等を有する航法メッセージと、PRN−IDとを格納している。
図2を参照して、屋内送信機200−1について説明する。図2は、屋内送信機200−1のハードウェア構成を示すブロック図である。
無線I/F210は、無線通信のインタフェースであり、近距離無線通信、たとえば、ブルートゥース(Bluetooth)などや、PHS(Personal Handyphone System)や携帯電話網のような無線通信により、外部からのコマンドを受信したり、外部との間で設定パラメータやプログラム(ファームウェア等)のデータを受信したり、あるいは、必要に応じて外部にデータを送信するためのものである。
デジタル処理ブロック240は、無線I/F210からのコマンドに応じて、あるいは、プログラムに従って、屋内送信機200−1の動作を制御するプロセッサ241と、プロセッサ241に搭載され、プロセッサ241の実行するプログラムを記憶するRAM(Random Access Memory)242と、無線I/F210からのデータのうち、設定パラメータ等を記憶するためのEEPROM(Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory)243と、プロセッサ241の制御のもとに、屋内送信機200−1の送出するベースバンド信号を生成するフィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array:以下、「FPGA」と称す)245と、無線I/F210からの
データのうち、FPGA245のファームウェアを記憶するためのEEPROM244と、FPGA245から出力されるベースバンド信号をアナログ信号に変更してアナログブロック250に与えるデジタル/アナログコンバータ(以下、「D/Aコンバータ」と称す)247とを含む。
2)送信機ID
3)位置特定データ
4)放送通知データ(3〜4は、FPGA245内で、後に説明するように、受信機のハードウェアから見て、衛星からの航法メッセージとコンパチブルなフォーマットに整形される)
「位置特定データ」「放送通知データ」については後述する。
アナログ処理ブロック250は、デジタル処理ブロック240から出力されたビットストリームを用いて、1.57542GHzの搬送波を変調して送信信号を生成し、アンテナに送出する。その信号は、アンテナより発信される。
基準クロックI/Oブロック230は、デジタル処理ブロック240の動作を規定する
クロック信号、あるいは搬送波を生成するためのクロック信号を、デジタル処理ブロック240に供給する。
図3を参照して、屋内送信機200−1のEEPROM243に格納されるデータのデータ構造について説明する。
ここで、前述のように、PRN−ID、通信機名称、擬似拡散符号の符号パターン、位置特定データ、放送通知データは、無線インタフェース210を介して入力される他のデータに変更可能である。特に、放送通知データは、必要に応じて随時変更または更新される。たとえば、屋内送信機200−1がデパートに設置されている場合には、デパートの営業活動の1つとして、宣伝広告用のデータが当該運営管理者によって屋内送信機200−1に与えられてもよい。
まず、衛星からの航法メッセージを乗せた測位信号、たとえば、L1帯のC/Aコードにコンパチブルな信号の構造について説明する。
図4を参照して、衛星の送信機から送信される測位信号について説明する。
当該衛星の航行を管理する管制局によって逐次更新される、高精度な情報である。
以下では、屋内送信機200−1から送信される信号(地上補完信号)について説明する。
受信機ハードウェア及び信号処理ソフトウェアの共通化のために、信号仕様及びメッセージ仕様は共通化することが望ましい。信号の高周波特性(RF特性)は、使用するPRNコード系列を含めて、測位衛星からの測位信号(たとえば、GPS C/A信号)と共通の信号を使用する。また、メッセージ構造については、1ワード30ビット、フレーム先頭にプリアンブル8ビット、各ワードの後方に6ビットの符号誤り検出のためのパリティビットが設けられる。パリティ符号の算出アルゴリズムは、たとえば、GPS C/A信号と同一のアルゴリズムを用いる。
測位衛星からの測位信号(たとえば、GPS C/A信号)の航法メッセージの固定フォーマットを変更し、フレーム長可変のより短いメッセージフォーマットを採用する。
測位衛星からの測位信号(たとえば、GPS C/A信号)の航法メッセージの固定フォーマットを変更し、フレームの先頭ワードは、所定ビット長、たとえば、3ビット長のメッセージタイプIDを有し、利用目的、用途に応じて・送信機設置者が送信するメッセージの内容と送信順、頻度を設定できる構成とする。以下に例示として説明されるメッセージ仕様では、3ビットで設定可能なメッセージタイプIDのうち4タイプを定義し、残りはリザーブとして将来の新たな利用用途に使用可能とする。
各ワード中に、所定ビット長のカウンタビット、たとえば、3ビットのカウンタビットを付与し、送信されるワードごとに値をインクリメントする。このカウント値は、たとえば、111までカウントアップしたら000からカウントアップを繰り返す。このカウントアップにより、プリアンブルとワード尾部のパリティの関係が、所定の場所以外で偶然に一致して繰り返し出現するケースを排除し、確実にフレームの先頭を検出し、フレーム同期を確立して、誤った位置情報が出力されることを防止する。
GPSの近代化信号(L2C以降)では、メッセージ中にPRN―IDが送信されており、受信機は、捕捉したPRNコードとメッセージ中のPRN―IDが合敦しない場合は、直ちに誤捕捉であることが認識できる。しかし、たとえば、C/A信号の航法メッセージには、PRN―IDが含まれていない。このため、本発明では、誤捕捉を速やかに認識するために、屋内送信機用のメッセージのプリアンブルをGPS及びQZSS信号のプリアンブルと異なる値(ビットパターン)に設定する。
以下では、屋内送信機200−1から送信される信号(地上補完信号)の構造についてさらに説明する。
(1)RF特性
(1−1)信号構造
公称中心周波数は、たとえば、1575.42MHzであり、PRN拡散周波数は、たとえば、1.023MHzであり、PRN拡散変調方式は、たとえば、BPSK(Binary Phase Shift Keying)である。
地上補完信号は、単一の搬送波を持ち、衛星からの測位信号(たとえばC/A信号)のPRNコードと同一のコード系列である。
衛星からの測位信号(たとえばC/A信号)のワード構造、ビットレート、変調方式と同一である。
(2−1)ワード構造
1ワードは、衛星からの測位信号のワード長と同一のワード長、たとえば、30ビットで構成される。1ワードが30ビットの場合、1ワードには、たとえば、21ビットのデータビットと、3ビットのワードカウンタ、6ビットのパリティが含まれる。
各ワードには、ワードカウンタがある。屋内送信機200−1のFPGA245は、このワードカウンタの値を、ワードの送信毎に、所定数ずつ、たとえば、1ずつインクリメントする。
30ビットのワードの後方に付与されている所定ビット長、たとえば、6ビットの誤り検出符号(たとえば、パリティ符号)は、衛星からの測位信号と同一の符号、たとえば、(32,26)ハミング符号である。このパリティ符号により、ワードの区切り識別を支援する。
誤り検出符号の生成アルゴリズムおよび誤り検出アルゴリズムも、衛星からの測位信号の符号に対するのと同一のアルゴリズムを用いる。
図5は、地上補完信号のフレーム構造を示す図である。
各フレームの第1ワード先頭に付与されている8ビットのプリアンブルは、所定のビットパターンを有する。
各フレームの第1ワードのプリアンブルに続いて付与されている上述した3ビットのメッセージタイプID(MID)は、そのワードが含まれるフレームのフレーム長およびその内容を示している。
以下、図6の内容についてさらに説明する。
(2−7−1−1)メッセージタイプID”000” :位置情報1
メッセージタイプIDが、”000”の時、そのフレーム長は3ワードであり、その内容は位置情報である。
i)階数
第1ワードのビット12〜18は、その送信機が設置されている建物の階数を意味しており、その単位は階である。
第2ワードのビット1〜21をMSB(Most Significant Bit)側としてビットが並べられており、第1ワードのビット19を付加した合計22ビットは、その送信機の緯度を意味しており、その単位は「度」である。
第3ワードのビット1〜21をMSB側とし、第1ワードのビット20〜21を付加した合計23ビットは、その送信機の経度を意味しており、その単位は「度」である。
メッセージタイプIDが、”001”の時、そのフレーム長は4ワードであり、その内容は位置情報である。
i)階数
第1ワードのビット12〜20は、その送信機が設置されている建物の階数を意味しており、その単位は「階」である。
第2ワードのビット1〜21をMSBとし、第4ワードのビット17〜18を付加した合計23ビットは、その送信機の緯度を意味しており、その単位は「度」である。
第3ワードのビット1〜21をMSBとし、第4ワードのビット19〜21を付加した合計24ビットは、その送信機の経度を意味しており、その単位は「度」である。
第4ワードのビット1〜12ビットは、その送信機の高度を意味しており、その単位は「m(メートル)」である。
メッセージタイプIDが、”011”の時、そのフレーム長は1ワードであり、その内容はショートID(IDs)である。
ショートIDに対応するフレームでは、10ビットのショートIDメッセージが送信される。
メッセージタイプIDが、”100”の時、そのフレーム長は2ワードであり、その内容はミディアムID(IDM)である。
ミディアムIDに対応するフレームでは、10ビットのミディアムIDメッセージと、21ビットのミディアムIDメッセージが送信される。
図13を参照して、位置情報提供装置100について説明する。図13は、位置情報提供装置100のハードウェア構成を表わすブロック図である。
に接続されているダウンコンバータ406と、ダウンコンバータ406に電気的に接続されているA/D(Analog to Digital)コンバータ408と、A/Dコンバータ408に
電気的に接続されているベースバンドプロセッサ410と、ベースバンドプロセッサ41
0に電気的に接続されているメモリ420と、ベースバンドプロセッサ410に電気的に接続されているナビゲーションプロセッサ430と、ナビゲーションプロセッサ430に電気的に接続されているディスプレイ440とを備える。
された測位信号(デジタル変換処理後のデータ)の入力を受け付ける。ベースバンドプロセッサ410は、擬似雑音符号のレプリカとして、可能な遅延が反映された符号位相が異なる符号パターンを生成し、その符号パターンと受信された測位信号との相関の有無をそれぞれ検出する。生成される符号パターンの数は、たとえば、符号パターンのビット数の2倍である。一例として、たとえば、チップレートが1023ビットである場合、2分の1ビットずつの遅延、すなわち符号位相差を有する2046個の符号パターンが生成され得る。そして、各符号パターンを用いて、受信された信号との相関を取る処理が、実行される。ベースバンドプロセッサ410は、当該相関処理において、予め規定された強度以上の出力が検出された場合に、その符号パターンをロックし、当該符号パターンによって、その測位信号を発信した衛星を特定することができる。当該符号パターンのビット配列を有する擬似雑音符号は、1つしか存在しない。これにより、受信された測位信号をスペクトラム拡散符号化するために使用された擬似雑音符号が特定される。
位置情報提供装置100が備えるコリレータ部412の構成に代えて、複数のコリレータが用いられてもよい。この場合、測位信号をレプリカにマッチングさせるための処理が同時並行して実行されるため、位置情報の算出時間が短くなる。
以下、本発明の受信機の変形例2について説明する。
10によって生成されるデータを一時的に保持する。データ用ROM1348は、携帯電話1200に予め定められた動作を実行させるためのデータあるいはプログラムを格納している。CPU1310は、データ用ROM1348から当該データあるいはプログラムを読み出し、携帯電話1200に予め定められた処理を実行させる。
ーバ1230は、たとえば、周知のコンピュータシステムによって実現される。
通信IF1470とを含む。当該ハードウェアは、相互にデータバスによって接続されている。CD−ROM駆動装置1460には、CD−ROM1462が装着される。
OM、フラッシュROMなどの半導体メモリ等の固定的にプログラムを担持可能な媒体でもよい。
[地上補完信号の信号仕様の変形例]
なお、地上補完信号の信号仕様として、図5〜図12を参照して説明したが、以下に説明するような他の地上補完信号の信号仕様を採用することも可能である。
変形例では、フレーム先頭ワードを除く各ワード中に、所定ビット長のカウンタビット、たとえば、3ビットのカウンタビットを付与し、送信されるワードごとに値をインクリメントする。このカウント値は、たとえば、111までカウントアップしたら000からカウントアップを繰り返す。
マルチコリレータにより、屋内外の信号を常時サーチ、捕捉追尾することは携帯電話などの省電力が要求される機器にとって負担が大きい。屋内では、屋内送信機のみをサーチし、屋外では衛星信号と少なくとも1チャンネルの屋内信号のコードサーチを行なうようにすることが望ましい。メッセージ中に1ビットの屋内外識別支援フラグを含み、屋外との境界セル及び屋外に屋内送信機が設置される場合に1ビットを立てることとし、受信機は本ビットが1のときは屋外の衛星を捕捉するためのコードサーチを開始し、0のときは屋外の衛星を捕捉するためのコードサーチを終了する。
携帯電話に搭載されている一般的なGPS受信機は、たとえば8チャンネルを有し、同時に8衛星を捕捉・追尾することができる。また、通常これらの受信機では複数のコリレータによって衛星捕捉のための周波数及びコードサーチの時間を短縮している。
以下では、屋内送信機200−1から送信される信号(地上補完信号)の変形例の構造についてさらに説明する。
(3−1)ワード構造
1ワードは、衛星からの測位信号のワード長と同一のワード長、たとえば、30ビットで構成される。1ワードが30ビットの場合、1ワードには、たとえば、21ビットのデータビットと、3ビットのワードカウンタ、6ビットのパリティが含まれる。
フレーム先頭ワードを除く各ワードには、ワードカウンタがある。屋内送信機200−1のFPGA245は、このワードカウンタの値を、ワードの送信毎に、所定数ずつ、たとえば、1ずつインクリメントする。
図20は、変形例の地上補完信号のフレーム構造を示す図である。
各フレームの第1ワード先頭に付与されている8ビットのプリアンブルは、所定のビットパターンを有する。
各フレームの第1ワードのプリアンブルに続いて付与されている上述した3ビットのメッセージタイプID(MID)は、そのワードが含まれるフレームのフレーム長およびその内容を示している。
(3−6−1−1)メッセージタイプID”000” :位置情報1
メッセージタイプIDが、”000”の時、そのフレーム長は3ワードであり、その内容は位置情報である。
i)階数
第1ワードのビット12〜19は、その送信機が設置されている建物の階数を意味しており、その単位は階である。
第2ワードのビット1〜21をMSB(Most Significant Bit)側としてビットが並べられており、第1ワードのビット20,21を付加した合計23ビットは、その送信機の緯度を意味しており、その単位は「度」である。
第3ワードのビット1〜21をMSB側とし、第1ワードのビット22〜24を付加した合計24ビットは、その送信機の経度を意味しており、その単位は「度」である。
メッセージタイプIDが、”001”の時、そのフレーム長は4ワードであり、その内容は位置情報である。
i)階数
第1ワードのビット12〜20は、その送信機が設置されている建物の階数を意味しており、その単位は「階」である。
第2ワードのビット4〜24をMSBとし、第4ワードのビット18〜20を付加した合計24ビットは、その送信機の緯度を意味しており、その単位は「度」である。
第3ワードのビット4〜24をMSBとし、第4ワードのビット21〜24を付加した合計25ビットは、その送信機の経度を意味しており、その単位は「度」である。
第4ワードのビット1〜12ビットは、その送信機の高度を意味しており、その単位は「m(メートル)」である。
メッセージタイプIDが、”011”の時、そのフレーム長は1ワードであり、その内容はショートID(IDs)である。
ショートIDに対応するフレームでは、12ビットのショートIDメッセージが送信される。さらに、このフレームには、上述した「屋内外識別支援フラグ」(BDビット)が含まれる。
メッセージタイプIDが、”100”の時、そのフレーム長は2ワードであり、その内容はミディアムID(IDM)である。
ミディアムIDに対応するフレームでは、12ビットのミディアムIDメッセージと、21ビットのミディアムIDメッセージが送信される。さらに、このフレームにも、上述した「屋内外識別支援フラグ」(BDビット)が含まれる。
屋内信号と屋外の衛星からの信号を受信するチャンネルのハードウェア構成を同一にできるため、屋外、屋内用に専用のチャンネルを設ける必要がなく、受信環境に応じて、屋内外信号をサーチ、捕捉追尾するチャンネルを動的に切り替えることがより容易になる。受信機リソースを効率的に使用することができるため、消費電力の制約が大きい携帯機器、たとえば携帯電話にとって有利である。
ユーザが位置情報取得ボタンを押してから、位置情報が取得されるまでの時間を短縮することができる。
通常の衛星からの測位信号(たとえば、GPS C/A信号)の航法メッセージの固定フォーマットを変更し、フレームの先頭ワードは所定ビットの識別情報(メッセージタイプID)を有し、利用目的、用途に応じて、送信機設置者が送信するメッセージの内容と送信順、頻度を設定できる。
誤ったフレーム同期による誤った位置情報出力の可能性を本発明の方式によってフレーム同期を行うことによって排除することができる。緊急通報時の位置情報通知には、確実な位置情報取得が要求されるが、本方式採用により、屋内測位方式の信僻性を改善することができる。
通常の衛星からの測位信号(たとえば、GPS C/A信号)を受信した際に受信機内で行われる本発明の処理により、フレーム同期処理の最初のビット抽出とプリアンブルサーチで、誤捕捉を認識することができる。
Claims (11)
- 複数の衛星からのスペクトラム拡散信号である第1の測位信号を用いて、位置情報を提供することが可能な位置情報提供システムであって、
屋内送信機を備え、
前記屋内送信機は、
前記屋内送信機が設置される場所を特定するための位置データを格納する記憶手段と、
前記位置データを含む第2の測位信号をスペクトラム拡散信号として生成する生成手段と、
前記スペクトラム拡散信号を送信する送信手段とを含み、
前記位置情報提供システムは、位置情報提供装置をさらに備え、
前記位置情報提供装置は、
スペクトラム拡散信号を受信する受信手段と、
前記第1および第2の測位信号についての符号パターンに基づいて、前記受信手段により受信されたスペクトラム拡散信号に対応する符号パターンを特定する特定手段と、
前記特定手段によって特定された符号パターンを用いて復調することにより得られた信号に基づいて、前記第1および第2のいずれの測位信号が受信されたかを判断する判断手段と、
前記判断の結果に応じて処理を切り換えることにより、前記位置情報提供装置の位置情報を導出する位置情報導出手段と、
前記位置情報導出手段によって導出された位置情報を出力する出力手段とを備え、
前記第2の測位信号は、前記第1の測位信号よりも短い周期で同一内容のメッセージを繰り返す、位置情報提供システム。 - 前記第2の測位信号は、ワードを誤り検出の実行されるデータの送信単位とするとき、複数のワードを各々が含む複数のフレームから構成され、各フレームが含むワード数は可変に設定され、
前記フレームを構成するワードは、当該フレームを構成する前記ワード数を示す識別情報を有するワードを含む、請求項1記載の位置情報提供システム。 - 前記第2の測位信号は、ワードを誤り検出の実行されるデータの送信単位とするとき、複数のワードを各々が含む複数のフレームから構成され、
各前記フレームの先頭ワードは、受信時にフレーム同期をとるためのプリアンブル部分を含み、
各前記フレームの少なくとも前記先頭ワード以外のワードは、ワードデータの生成ごとに更新されるカウントデータを含む、請求項1または2記載の位置情報提供システム。 - ワードを誤り検出の実行されるデータの送信単位とするとき、
前記第1の測位信号は、第1の複数個のワードを各々が含む複数の第1のフレームから構成され、各前記第1のフレームは、受信時にフレーム同期をとるための第1のプリアンブル部分を含み、
前記第2の測位信号は、第2の複数個の前記ワードを各々が含む複数の第2のフレームから構成され、
各前記第2のフレームは、受信時にフレーム同期をとるための前記第1のプリアンブルとは異なるパターンを有する第2のプリアンブル部分を含む、請求項1〜3いずれか1項に記載の位置情報提供システム。 - 前記位置情報導出手段は、
単一の前記屋内送信機によって送信された前記第2の測位信号が受信された場合に、前記復調することにより得られた信号から前記位置データを取得し、
前記第2の測位信号が受信されない場合であって、複数の前記第1の測位信号が受信されたときに、複数の各前記スペクトラム拡散信号に基づいて前記位置情報を算出する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の位置情報提供システム。 - 前記位置情報提供装置は、通信回線を介して、識別データに関連付けられた位置関連情報を提供する通信装置と通信可能であり、
前記受信手段が前記第2の測位信号を受信すると、前記位置情報導出手段は、前記識別データに基づいて前記通信装置と通信することにより、前記識別データに関連付けられた位置関連情報を取得する、請求項2に記載の位置情報提供システム。 - 複数の衛星からのスペクトラム拡散信号である第1の測位信号とコンパチブルな第2の測位信号を用いて、位置情報を提供することが可能な屋内送信機であって、
前記屋内送信機が設置される場所を特定するための位置データを格納する記憶手段と、
前記位置データを含む第2の測位信号をスペクトラム拡散信号として生成する生成手段と、
前記スペクトラム拡散信号を送信する送信手段とを備え、
前記生成手段は、前記第2の測位信号を、前記第1の測位信号よりも短い周期で同一内容のメッセージを繰り返すように生成する、屋内送信機。 - 前記第2の測位信号は、ワードを誤り検出の実行されるデータの送信単位とするとき、複数のワードを各々が含む複数のフレームから構成され、各フレームが含むワード数は可変に設定され、
前記フレームを構成するワードは、当該フレームを構成する前記ワード数を示す識別情報を有するワードを含む、請求項7記載の屋内送信機。 - 前記第2の測位信号は、ワードを誤り検出の実行されるデータの送信単位とするとき、複数のワードを各々が含む複数のフレームから構成され、
各前記フレームの先頭ワードは、受信時にフレーム同期をとるためのプリアンブル部分を含み、
各前記フレームの少なくとも前記先頭ワード以外のワードは、ワードデータの生成ごとに更新されるカウントデータを含む、請求項7または8記載の屋内送信機。 - ワードを誤り検出の実行されるデータの送信単位とするとき、
前記第1の測位信号は、第1の複数個のワードを各々が含む複数の第1のフレームから構成され、各前記第1のフレームは、受信時にフレーム同期をとるための第1のプリアンブル部分を含み、
前記第2の測位信号は、第2の複数個の前記ワードを各々が含む複数の第2のフレームから構成され、
各前記第2のフレームは、受信時にフレーム同期をとるための前記第1のプリアンブルとは異なるパターンを有する第2のプリアンブル部分を含む、請求項7〜9のいずれか1項に記載の屋内送信機。 - 前記生成手段は、位置関連情報と関連づけられた識別データを含む第2の測位信号を生成する、請求項7に記載の屋内送信機。
Priority Applications (23)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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