JP3299927B2 - 移動体通信システム、および移動局の位置推定方法 - Google Patents
移動体通信システム、および移動局の位置推定方法Info
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Description
テム、および、そのシステム内に存在する移動局の位置
を推定するための方法に関するものである。
帯電話、PHS、ぺージャー等の移動体端末が廉価で供
給されるようになった。この結果、これらの移動体端末
を用いたサービスも多様化してきている。
器を用いた個人の位置認識サービスが周知である。たと
えば個人が携行する無線機から発信する電波を追尾する
ことにより、その個人の位置を特定する方式が知られて
いる。あるいは、各個人が携帯するIDカードに電波や
赤外線などの送受信機能を搭載し、入退室管理や行き先
表示を行うビル管理システムのような方式も知られてい
る。
やPHSの端末を用いて行うことが考えられる。この場
合、セル半径が小さいPHSシステムであれば、端末が
どのセルに存在しているかが判明すれば、その端末のお
およその位置を特定できる。しかし、これでも最大で数
百m(セル半径)程度の誤差が生じる。また、セル半径
の大きな携帯電話システムについては、このような方法
では誤差が大きくなり、実用的ではない。
帯電話などのセルラ電話システムにおいて、移動局の位
置をより正確に推定することが要請されている。この発
明は、そのような要請に鑑み、移動局の位置の推定をよ
り正確に行うことのできる方法およびシステムを提供す
ることを目的とする。
述したような課題を解決するため、以下のようなシステ
ム及び方法とした。
局に対して第1の信号を送信し、移動局から第1のフレ
ームと第2のフレームからなる第2の信号を受信する複
数の基地局と、複数の基地局を統括する統括局とから構
成される移動通信システムにおいて、各々の基地局は、
第2の信号の前記第1のフレームの強度値を測定して、
各々の基地局の受信強度値を出力する第1の手段と、第
2の信号の第1のフレームを用いて各々の基地局と移動
局との距離を測定する第2の手段とを有し、統括局は、
各々の基地局の位置と各々の距離を基にして移動局の位
置を推定する第3の手段と、基地局のうちいずれかを介
し、各々の受信強度値が所定の閾値を上回るように、移
動局に対して第2の信号の第1のフレームの送信電力を
段階的に増加させる指示をする第4の手段とを有し、移
動局は、基地局の送信タイミングと同期して、第1の信
号の送信電力の指示に従い第2の信号の第1のフレーム
の送信電力を段階的に増加させ、第2の信号の前記第2
のフレームの送信電力を通常の通信時の送信電力とする
第5の手段とを有することを特徴とする。
と、移動局に対して第1の信号を送信し、移動局から第
1のフレームと第2のフレームからなる第2の信号を受
信する複数の基地局と、複数の基地局を統括する統括局
とから構成される移動通信システムにおいて、移動局の
位置を推定する方法であって、各々の前記基地局は、第
2の信号の第1のフレームの強度値を測定して、各々の
基地局の受信強度値を出力する第1のステップと、第2
の信号の第1のフレームを用いて各々の基地局と移動局
との距離を測定する第2のステップとを有し、統括局
は、各々の基地局の位置と各々の距離を基にして移動局
の位置を推定する第3のステップと、基地局のうちいず
れかを介し、各々の受信強度値が所定の閾値を上回るよ
うに、移動局に対して第2の信号の第1のフレームの送
信電力を段階的に増加させる指示をする第4のステップ
とを有し、移動局は、基地局の送信タイミングと同期し
て、第1の信号の送信電力の指示に従い第2の信号の第
1のフレームの送信電力を段階的に増加させ、第2の信
号の第2のフレームの送信電力を通常の通信時の送信電
力とする第5のステップとを有することを特徴とする。
いて詳細に説明する。図1は、この発明における移動体
通信システムの概要を示す図である。図1において、こ
のシステムはセル1〜セル7まで、地域的に区分された
7つのセルを有する。ここでは、それぞれのセルを便宜
的に6角形で表しているが、実際のセルは地理的な制約
や、その他の理由により、さまざまな形を取り得ること
は当業者に容易に理解されることである。
ための基地局BSが配置されている。図1では、それぞ
れのセルにBS1〜BS7が配置されている状態が示さ
れている。また、移動局MSがセル3のエリア内に存在
している。
る。図1においては、各基地局と統括局との接続は、図
面の簡略化のために省略する。この、基地局と統括局と
の間の接続は、有線による接続であると、無線による接
続であると、いずれでも良い。統括局は、既存の公衆網
と接続されている。また、PMC(Position Managemen
t Center)と接続されている。ここでPMCは、個々の
移動局の位置推定、そのための統括局、基地局、移動局
の制御を行う。
て作動している。同期の確立のためには、統括局あるい
はいずれかの基地局にマスタ・クロックを有し、このマ
スタ・クロックをその他の基地局に供給しても良い。あ
るいは、各々の基地局が独自に、GPS(Grobal Posit
ioning System)を利用して同期を確立することも考え
られる。
概略ブロック図を示す。また、この概略ブロック図を用
いて、この発明の実施形態のシステムの動作を説明す
る。
器11を有する。この送信フレームクロック生成器11
において、下りフレームのためのフレームクロックが生
成される。前述した通り、各々の基地局で生成されるフ
レームクロックは同期している。基地局MSは、チャネ
ル符号化部12を有する。このチャネル符号化部12に
は、デジタル化された下り送信データと、送信フレーム
クロック生成器11で生成されるフレームクロックとが
供給される。チャネル符号化部12は、供給されるフレ
ームクロックを用いて、下り送信データを所定のフレー
ム長毎に切り出し、符号化する。ここで生成されたフレ
ームは、生成されるフレームクロックと同期がとれてい
る。基地局BSは次に、符号化されたフレームを変調器
13において変調して、移動局MSにあてて送信する。
た下りフレームを受信し、検波器21に入力する。検波
器21は、受信した下りフレームを復調し、得られた復
調データをチャネル復号化部22へ入力する。チャネル
複号化部22で復調データを復号することにより、復号
データが得られる。検波器21はまた、受信した下りフ
レームのフレームクロックを生成し、これを送信クロッ
ク生成器23へ入力する。送信フレームクロック生成器
23は、局部発振器(図示せず)を有しており、上り送
信データをフレーム化するためのフレームクロックを生
成する。
ロック生成器23は、一方では検波器21から下りフレ
ームのフレームクロックを供給されている。送信フレー
ムクロック生成器23は他方では、局部発振器(図示せ
ず)で、下りフレームのフレームクロックと同周期のフ
レームクロックを生成している。
ら2種類のフレームクロックの位相差を比較する。両者
の位相差が所定の値以上であった場合、送信フレームク
ロック生成器23は局部発振器で生成するフレームクロ
ックの位相をずらし、この位相を再び受信フレームのフ
レームクロックの位相と比較する。両者の位相差が所定
の許容範囲内に収まった場合、送信フレームクロック生
成器23は、生成したフレームクロックをチャネル符号
化部24に供給する。
クロック生成器23が生成したフレームクロックと、デ
ジタル化された送信データとが入力される。チャネル符
号化部24は、供給されるフレームクロックを用いて、
上り送信データを所定のフレーム長毎に切り出し、符号
化する。移動局MSは最後に、符号化されたフレームを
変調器25において変調して、基地局BSにあてて送信
する。
調器14に入力する。復調器14は、受信した上りフレ
ームを復調し、得られた復調データをチャネル復号化部
15へ入力する。チャネル複号化部15で復調データを
復号することにより、復号データが得られる。復調器1
4はまた、受信した上りフレームのフレームクロックを
生成し、これを比較器16に入力する。
成器11から、下りフレームのためのフレームクロック
も入力されている。比較器16は、送信フレームクロッ
ク生成器11から供給されるフレームクロックと、復調
器14から供給されるフレームクロックとの位相差を比
較し、両者の差を測定する。この測定結果は、プロセッ
サ17に入力される。プロセッサ17は、比較器16か
ら供給される位相差から、遅延時間Δtdを計算する。
送信されたフレームと同期したフレームを生成すれば良
い。このため移動局MSに時計機能を持つ必要がない。
したがって簡単なシステムを実現できる。
MSの送受信フレームのタイミングについて説明する。
フレームを送信する。この下りフレームは、時刻t1に
おいて移動局MSに受信される。移動局MSは基地局M
Sと同期しているため、同じく時刻t1において上りフ
レームを送信する。この上りフレームは、時刻t2にお
いて基地局BSで受信される。図4に示したように、M
Sが受信した下りフレームと、MSが送信する上りフレ
ームとの同期が完全にとれていれば、基地局BSの送信
フレームと受信フレームとの遅延時間Δtdは、基地局
BSと移動局MSとの間の往復の伝搬時間となる。
て詳細に説明する。移動局MSが、たとえばセル3のエ
リア内に進入してきたと仮定する。移動局MSがセル内
に進入してきたことは、たとえば移動局がアクセスチャ
ネルを用いてBS3にアクセスすることにより、あるい
は通話中ハンドオフ、アイドルハンドオフなどのシーケ
ンスにより、BS3において認識される。
MSがセル3に進入してきたことを認識して、これを統
括局を介してPMCに伝える。PMCは、BS3から送
られてきたメッセージを分析して、移動局MSがセル3
のエリア内に存在することを認識する。PMCは移動局
MSの位置測定シーケンスを以下のような手順で実行す
る。
の基地局をMSの位置測定に関与させるかを選定する。
この実施形態では、まず移動局MSが存在するセルの基
地局であるBS3を、位置測定のために選定する。この
BS3に加えて、セル3の周囲に配置されている基地局
の中から、たとえばBS1とBS2とを選定する。
においてはBS3)との間の通信に必要な程度の送信パ
ワーを発生しているに過ぎない。これは、必要以上の送
信パワーを出すことによるコチャンネル干渉や隣接チャ
ネル干渉の防止のため、またバッテリーの消耗を防ぐた
め等、いくつかの理由からである。しかしながら複数の
基地局により移動局の位置測定を行おうとする場合に
は、移動局MSは複数の基地局と通信する必要がある。
よって、位置測定に関与する基地局(この実施形態にお
いては、BS3に加えてBS1およびBS2)が、この
移動局の送出する信号を受信可能であるかどうか、まず
確認する必要がある。
て、移動局MSの移動局ID、チャネル等を通知する。
システムがTDMAであれば、移動局が用いている上り
タイムスロット等も通知することになるであろう。ある
いはシステムがCDMAであれば、移動局の用いている
拡散コード等も通知することになるであろう。ここでB
S3は、移動局MSが存在するセルに配置されている基
地局であるから、BS3に関しては、これら移動局MS
のデータはすでに認識している。よって、これらのデー
タの通知は、BS1、BS2に対して行うのみでも良
い。
て、移動局MSから受信した信号の受信電界強度を測定
するように指示する。各BSは、これに応じて移動局M
Sから到来する信号の受信電界強度を測定する。各基地
局において測定された移動局MSの受信電界強度は、統
括局を介してPMCに報告される。
受信電界強度を報告される。PMCはこの報告に基づ
き、移動局MSの送信パワーが位置測定のために十分で
あるか否かを判断する。換言すればPMCは、各基地局
から報告されてきた移動局MSの受信電界強度を、所定
の閾値と比較する。
信号の強度が所定の閾値を上回っていれば、移動局MS
に対するフレームパワーコントロールは行う必要がな
い。一方、各基地局が受信している信号の強度が所定の
閾値を下回っている場合は、PMCは移動局のフレーム
パワーコントロールを行う。
基地局において受信されている移動局MSの信号強度と
の差を算出する。これをもとに、各基地局において受信
される信号の強度が所定の閾値を上回るため、移動局M
Sに要求される送信パワーを計算する。そして、計算し
た結果を移動局MSに対して指示する。この指示は、統
括局およびBS3を介して移動局MSに伝えられる。
信パワーを上げるかということに関しても、併せて移動
局MSに指示する。移動局MSがPMCから指示された
パワーで送信する上りフレームは、任意の1フレームで
も、あるいは連続した数フレームでも、または間欠的に
連続する数フレームでも、さまざまな態様が考えられ
る。移動局MSは、PMCから指示されたフレームにつ
いて、指示された送信パワーで上りフレームを送出す
る。
ーを上げることにより、BS3に加えてBS1およびB
S2において、この移動局MSからの信号を受信するこ
とが可能となる。
渉の防止のため、以下のような制御も有効である。すな
わち送信パワーを段階的に上げていく制御である。以
下、より具体的に説明する。
時に、まずは通常の通信時よりも少しだけ大きなパワー
SPで送信する。これが各基地局(特にBS1ないしB
S2)において、十分な強度で受信されれば、移動局M
SはこのパワーSPでの送信を継続する。
地局での位置測定に不十分であった場合には、各基地局
は、その旨をPMCに報告する。PMCはこの報告を受
けて、移動局MSに対して、送信パワーの増加を指示す
る。すなわち移動局MSは、パワーSPからAPだけパ
ワーを増加して、その後の通信を行う。この段階で、各
基地局において十分な強度で受信されれば、移動局MS
はこのパワーSP+APでの送信を継続する。
局での位置測定に不十分であった場合には、移動局は以
後、パワーをAPずつ上げて送信を行う。ここで増分値
APは、パワーの増加毎に同じ値でも良いし、異なる値
でも良い。また、この増分値APは、移動局毎に異なる
値とすることもできる。さらに、この値APは、増加す
るだけでなく、伝搬状態の変化により、十分な受信電界
強度が得られるようになった時には減少させるような制
御を行うこともできる。
で段階的にパワーを上げていき、隣接基地局において十
分な受信電界強度が得られたパワーで以後の送信パワー
を固定する。このように移動局MSの送信パワーを段階
的に増加させていく制御を行うと、他の基地局や移動局
に対する干渉を低減することができる。
S1、BS2およびBS3に対して、移動局MSがどの
上りフレームの送信パワーを上げるのか通知する。各基
地局は、これに応じて移動局MSが送出する上りフレー
ムを受信する。これにより移動局MSの位置測定を行
う。
定 位置測定に関して、再度図3を参照して詳細に説明す
る。まずBS3が、時刻t0において移動局MSに対し
て下りフレームを送信すると、移動局MSはこの下りフ
レームを時刻t1において受信する。ここで移動局MS
が、上りフレームについて送信パワーを上げるように指
示されている場合、この上りフレームは時刻t1におい
て送信される。移動局の位置測定を行うBS1ないしB
S3は、PMCからの通知により、この時刻t1を移動
局MSの送信タイミングとして認識している。
の移動局と各基地局との距離に応じて遅延して、各基地
局において受信される。たとえばBS1は、この時刻t
1と、実際に移動局MSの送出したフレームを受信した
時刻との差を測定する。BS2も同様、時刻t1と、実
際に移動局MSの送出したフレームを受信した時刻との
差を測定する。この時間が、それぞれの基地局と移動局
MSとの間を信号が伝搬するのに要した時間である。よ
って、この伝搬時間を求めることによって、各基地局と
移動局MSとの距離を測定することができる。
様、時刻t1と、実際に移動局MSの送出したフレーム
を受信した時刻との差を測定することも可能である。ま
たBS3に関しては、前述したようにΔtdを測定し
て、その1/2を算出し、これによって移動局MSとの
距離を測定することもできる。
距離をPMCに報告する。PMCは、各基地局から報告
された距離をもとに、移動局MSの位置を推定する。す
なわち図4(a)に示すように、各基地局を中心とし
て、その基地局と移動局MSとの距離を半径とした円を
作成する。すると3つの円は1点で交わるため、この交
点を移動局MSの位置として推定する。
に、3つの円が1点で交わる可能性は小さいと考えられ
る。セルラシステムにおいては、基地局と移動局の間が
完全な直接波で到達する可能性は非常に小さい。現実に
はマルチパスの発生により、電波は移動局と基地局との
直線距離よりも長い伝搬路をたどる。従って基地局と移
動局との間の電波の伝搬時間もそれだけ長くなり、各基
地局は、移動局との距離を実際よりも大きく測定してし
まうことになる。
らず、図4(b)に示すような位置推定結果が求まるも
のと考えられる。このような状態では、3円の交点のう
ちP1ないしP3の3点のいずれかが、移動局MSの位
置として推定される。
らにこれらの3点をもとにして移動局の位置を推定する
ことができる。たとえば、この3点の外接円の中心を移
動局の位置として推定することが可能である。あるい
は、この3点の内接円の中心を移動局の位置として推定
することもできる。さらに、この3点の重心を求め、こ
れを移動局の位置として推定してもよい。
半径は、PHSシステムでは数百m、携帯電話システム
では数Kmである。従って、移動局が、あるセル内に存
在するというだけでは、その位置測定の誤差は数百mか
ら数Kmに及ぶ。しかしこの発明の位置測定方法によれ
ば、非常に精密な位置測定を行うことができる。この
時、3点のいずれかを移動局MSの所在地点と推定する
だけでもよいが、3点をもとに、さらに正確な位置測定
を行うことも可能である。
測定に関与する基地局は3つであることを例に説明し
た。しかし、これ以上の基地局が移動局の位置測定に関
与することも、この発明の範囲に含まれるものである。
移動局の位置測定に関与する基地局が多ければ、それだ
け円の交点が多くなり、すなわち側位点が多くなる。発
明者らの検討では、側位点が多ければ、それだけ精密な
位置測定を行うことができると考えられる。
測定した場合の測位誤差の例を示す。ここでは、横軸を
誤差円の半径、縦軸を誤差円内に移動局が存在する累積
確率とし、3つの基地局による位置測定、また6つの基
地局による位置測定を行った場合の評価結果を示した。
施形態において、点P1、P2、P3のいずれかの1点
を側位点とした時、累積確率が0.683すなわち誤差
円の半径が1sとなるところを正規化して、誤差円の半
径を1とする。
る位置測定を行った場合の累積確率、点線で示したもの
が、6基地局による位置測定を行った場合の累積確率で
ある。たとえば円の交点の重心を求める方法を採用した
場合、3基地局による位置測定では誤差円の半径が1の
ところで累積確率が約95%であることがわかる。また
6基地局による位置測定では、誤差円の半径が1のとこ
ろで累積確率が約99%であることがわかる。このよう
に、位置測定に関与する基地局の数を増やせば、それだ
け精密な位置測定を行うことができる。
位置測定に関与する基地局は、必ずしも3以上に限定さ
れるものではない。たとえば、現在通信中のBS3に加
えてBS1のみを位置測定に関与させる形態も考えられ
る。この場合は、各々の基地局で測定した距離をもとに
作成される円は2であり、この2点のいずれかを移動局
の位置として推定することもできる。この場合は、3点
(以上)の重心を求める実施形態に比較して位置測定の
精度は落ちることになるが、地理的な事情やトラフィッ
クの関係などで、3以上の基地局を位置測定に関与させ
ることができない場合に用いることができる。
受信電界強度を報告された結果、移動局MSの位置測定
に関与させる基地局を変更することも考えられる。すな
わち上述した実施形態に即して説明すると、当初はBS
3に加えてBS1、そしてBS2を移動局の位置測定に
関与させる基地局として選定した。しかし、パワー測定
の結果、BS1における移動局MSの信号の受信電界強
度が低い場合、BS1に代えてBS4に、移動局の位置
測定を行わせることもできる。
存在するセルに配置されている基地局(BS3)が移動
局の位遅測定に関与するようにしたが、状況に応じて、
それ以外の基地局が位置測定を行うようにしてもよい。
たとえば移動局がセル3内に存在する時、たとえばBS
1、BS2、BS4が位置測定を行うようにし、移動局
とトラフィックチャンネルで通信を行っているBS3
は、移動局の位置測定には関与しないような制御を行う
ことも考えられる。
したブロックとして説明したが、PMCは要するに移動
局の位置測定を行う機能を果たせばよい。従って、統括
局がPMCの機能を有しているようなシステムであって
も良い。すなわち、PMC自体はどこに配置されていて
も良い。
いて、基地局の送信タイミングと同期して、統括局から
の送信電力の指示に従い第2の信号の第1のフレームの
送信電力を制御し、第2の信号の第2のフレームの送信
電力を通常の通信時の送信電力とすることにより、各々
の受信強度値が所定の閾値を上回るように、第1の手段
にて測定される第2の信号の第1のフレームの送信電力
のみが段階的に増加し、第2の信号の第2のフレームの
送信電力が通常の通信時の送信電力とするので、最低限
必要な移動局の送信電力にて移動局の位置の推定が可能
になると共に、コチャンネル干渉や隣接チャネル干渉の
防止にも有効であるので、この発明の位置測定方法であ
れば、移動局の位置の推定をより正確に行うことのでき
る方法およびシステムを提供することが可能である。
示す図である。
ロック図である。
である。
る。
測位誤差の例を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 移動局と、移動局に対して第1の信号を
送信し、移動局から第1のフレームと第2のフレームか
らなる第2の信号を受信する複数の基地局と、複数の基
地局を統括する統括局とから構成される移動通信システ
ムにおいて、各々の 前記基地局は、前記第2の信号の前記第1のフレームの強度を測定し
て、各々の前記基地局の受信強度値を出力する第1の 手
段と、前記第2の信号の前記第1のフレームを用いて各々の前
記基地局と移動局との 距離を測定する第2の手段とを有
し、前記統括局は、 各々の前記基地局の位置と各々の前記距離より 移動局の
位置を推定する第3の手段と、 前記基地局のうちいずれかを介して、各々の前記受信強
度値が所定の閾値を上回るように、前記移動局に対し前
記第2の信号の前記第1のフレームの送信電力を段階的
に増加させる指示をする第4の手段とを有し、 前記移動局は、 前記基地局の送信タイミングと同期して、前記送信電力
の指示に従い前記第2の信号の前記第1のフレームの送
信電力を段階的に増加させ、前記第2の信号の前記第2
のフレームの送信電力を通常の通信時の送信電力とする
第5の手段と を有することを特徴とする移動体通信シス
テム。 - 【請求項2】 請求項1に記載の移動体通信システムに
おいて、 前記統括局の前記第3のステップは、 各々の前記基地局の位置と各々の前記距離を基にして、
各々の前記基地局の位置を中心とし各々の前記距離を半
径とした複数の円を作成し、 作成された各々の前記円が交わる交点より重心を求め、
この重心を前記移動局の位置として推定すること を特徴
とする移動体通信システム。 - 【請求項3】 移動局と、移動局に対して第1の信号を
送信し、移動局から第1のフレームと第2のフレームか
らなる第2の信号を受信する複数の基地局と 、複数の基
地局を統括する統括局とから構成される移動通信システ
ムにおいて、前記移動局の位置を推定する方法であっ
て、各々の 前記基地局は、前記第2の信号の前記第1のフレームの強度を測定し
て、各々の前記基地局の受信強度値を出力する第1の ス
テップと、前記第2の信号の前記第1のフレームを用いて各々の前
記基地局と移動局との 距離を測定する第2のステップと
を有し、前記統括局は、 各々の前記基地局の位置と各々の前記距離より 移動局の
位置を推定する第3のステップと、 前記基地局のうちいずれかを介して、各々の前記受信強
度値が所定の閾値を上回るように、前記移動局に対して
前記第2の信号の前記第1のフレームの送信電力を段階
的に増加させる指示をする第4のステップとを有し、 前記移動局は、 前記基地局の送信タイミングと同期して、前記送信電力
の指示に従い前記第2の信号の前記第1のフレームの送
信電力を段階的に増加させ、前記第2の信号の前記第2
のフレームの送信電力を通常の通信時の送信電力とする
第5のステップと を有することを特徴とする移動体通信
システムにおける位置推定方法。 - 【請求項4】 請求項3に記載の移動体通信システムに
おける位置推定方法において、 前記統括局の前記第3のステップは、 各々の前記基地局の位置と各々の前記距離を基にして、
各々の前記基地局の位置を中心とし各々の前記距離を半
径とした複数の円を作成し、 作成された各々の前記円が交わる交点より重心を求め、
この重心を前記移動局の位置として推定すること を特徴
とする移動体通信システムにおける位置推定方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01740098A JP3299927B2 (ja) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | 移動体通信システム、および移動局の位置推定方法 |
US09/237,794 US6477380B1 (en) | 1998-01-29 | 1999-01-27 | System and method for estimating location of mobile station |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP01740098A JP3299927B2 (ja) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | 移動体通信システム、および移動局の位置推定方法 |
Publications (2)
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