JP3590744B2 - 移動体通信システムにおける測位システム及び位置算出方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信システムにおける測位システムに係り、特に３つの基地局からの位置情報に基づいて移動局の位置を特定する移動体通信システムにおける測位システム及び位置算出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、移動体通信システムにおいて、移動局自体の位置を知るための手段として、人工衛星を利用したＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ）による測位システムがある。
また、現在のＰＤＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ ）やＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ−ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）の移動体通信システムには、基地局から位置を取得し、他者に位置情報を提供するサービスはあるものの、移動局装置自身がその位置を測定する手段を備えているものはない。
【０００３】
但し、ＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：符号分割多元接続）移動体通信システムにおいては、基地局からの位置情報を基に、移動局装置がその位置情報を取得する従来技術がある。
この従来技術は、平成７年（１９９５年）７月２１日公開の特開平７−１８１２４２号「測位システム」（出願人：ソニー株式会社、発明者：杉田武弘）である。
【０００４】
この従来技術は、ＣＤＭＡ方式ディジタル移動通信システムにおいて、４つの基地局の座標と送信される信号の伝搬時間とを用いて、移動機が４つの基地局のＰＮ符号の送信時の時間差を得て、移動機の位置を算出するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＧＰＳによる測位システムでは、ＧＰＳを利用するためには専用の受信器と、人工衛星からの電波を受信するための専用のアンテナが必要であるため、装置が高価で大きなものになるという問題点があった。
【０００６】
また、上記特開平７−１８１２４２号の「測位システム」では、その明細書中の［００３４］で、「移動局の所在を特定するには最低３つの基地局からの信号を受信しなければならい。しかし、受信できる基地局が多ければそれだけ推定精度は向上する。」として、４つの基地局からの座標を得ることで移動機の位置を特定することの説明に終始し、３つの基地局だけを用いて移動機の位置を算出する手法が説明されていない。
従って、４つの基地局の座標を使用するため、移動機の位置情報を算出するにはインフラ整備が大変であり、また、位置算出の計算が複雑となって移動機の消費電力を増大させるという問題点があった。
【０００７】
更に、上記「測位システム」では、移動機の位置が特定された後の処理に関して、基地局又は管理局に送信するか、他に転送するかの記述があるのみで、算出した移動機の位置情報を移動機の所持者が有効に利用できるとの配慮がなされていないものである。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、３つの基地局からの位置情報に基づき移動局装置の位置を特定すると共に、当該特定された位置の情報に基づいて地図情報を移動局装置に表示させて位置の情報の有効活用を図る移動体通信システムにおける測位システム及び位置算出方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、固定局装置と移動局装置とを備える移動体通信システムにおける測位システムであって、固定局装置はその位置情報を移動局装置に通知し、移動局装置は、３つの固定局装置から通知された位置情報と測定した固定局装置間の位相差とから移動局装置と各固定局装置間の距離の差を計算し、当該距離の差に基づき、補正値が最小となるような位置の値を当該移動局装置の位置とし、当該位置の情報を表示すると共に、当該位置の情報を固定局装置に通知し、固定局装置は、通知された移動局装置の位置の情報に基づいて該当する地図情報を移動局装置に通知し、更に移動局装置は、固定局装置から通知された地図情報を表示するものであり、３つの固定局装置からの位置情報だけで移動局装置の位置を特定し、更に特定された位置を移動局装置に位置の情報及び地図情報を用いて表示できるため、システム構成を簡易にすることができ、移動局装置の位置の情報を有効活用できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
尚、以下で説明する機能実現手段は、当該機能を実現できる手段であれば、どのような回路又は装置であっても構わず、また機能の一部又は全部をソフトウェアで実現することも可能である。更に、機能実現手段を複数の回路によって実現してもよく、複数の機能実現手段を単一の回路で実現してもよい。
【００１１】
本発明の移動体通信システムにおける測位システムは、交換局装置と基地局装置とから成る固定局装置と移動局装置とを備える移動体通信システムにおける測位システムであって、固定局装置はその位置情報を移動局装置に通知し、移動局装置は、３つの固定局装置から通知された位置情報と測定した固定局装置間の位相差とから移動局装置と各固定局装置間の距離の差を計算し、通知された位置情報と距離の差から当該移動局装置の位置を測定し、測定した位置の情報を表示すると共に、測定した位置の情報を固定局装置に通知し、固定局装置は、通知された移動局装置の位置の情報に基づいて該当する地図情報を移動局装置に通知し、更に移動局装置は、固定局装置から通知された地図情報を表示するものである。
【００１２】
これにより、３つの固定局装置からの位置情報だけで移動局装置の位置を特定し、更に特定された位置を移動局装置に位置の情報として表示し、また関連する地図情報を用いて表示するため、システム構成を簡易にすることができると共に、移動局装置の位置の情報を有効活用できるものである。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る移動体通信システムにおける測位システム（本測位システム）を図１，図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る移動体通信システムにおける測位システムの機能構成ブロック図であり、図２は、本発明の実施の形態に係る移動体通信システムにおける測位システムの構成ブロック図である。
【００１４】
本測位システムは、図１に示すように、基本的に、交換局装置１０と、基地局装置２０と、移動局装置３０とから構成され、交換局装置１０は、地図情報記憶手段１１と、地図情報通知手段とを備え、基地局装置２０は、位置通知手段２１と、地図情報通知手段２２と、送受信用のアンテナ２３とを備え、移動局装置３０は、送受信用のアンテナ３１と、距離の差計算手段３２と、位置測定手段３３と、位置通知手段３４と、地図情報表示手段３５とを備えている。
尚、図１には、基地局装置２０を１つしか描画していないが、移動局装置３０が位置を取得するには他に２つの基地局装置が必要となる。
【００１５】
基地局装置２０の位置通知手段２１は、基地局装置自身の位置を移動局装置３０に対して通知する手段であり、移動局装置３０の距離の差計算手段３２は、各基地局装置２０との間の距離の差を計算する手段であり、位置測定手段３３は、任意の３つの基地局装置から通知された位置とそれらの基地局装置間の距離の差によって移動局装置自身の位置を測定する手段であり、位置通知手段３４は、移動局装置３０が測定した自身の位置を基地局装置２０や交換局装置１０等の通信網側の装置に通知する手段である。
【００１６】
交換局装置１０の地図情報記憶手段１１は、移動局装置３０が移動する範囲内の地図情報を記憶する手段であり、地図情報通知手段１２は、移動局装置３０から通知された位置情報に基づいてその周辺の地図情報を地図情報記憶手段１１から取得し、基地局装置２０を介して移動局装置３０に通知する手段である。
【００１７】
基地局装置２０の地図情報通知手段２２は、交換局装置１０から通知された地図情報を位置情報の通知があった移動局装置３０に通知する手段である。
移動局装置３０の地図情報表示手段３５は、基地局装置２０から通知された地図情報を表示する手段である。
【００１８】
次に、上記手段を実現するための具体的構成を図２を用いて説明する。
本測位システムは、図２に示すように、具体的構成として、交換局装置１０が、地図情報記憶部１３と、交換制御部１４と、回線制御部１５とを備え、基地局装置２０が、アンテナ２３と、回線制御部２４と、制御部２５と、信号処理部２６と、送受信増幅部２７とを備え、移動局装置３０が、アンテナ３１と、送受信増幅部３６と、信号処理部３７と、制御部３８と、表示部３９とを備えている。
【００１９】
図１の機能実現手段と図２の構成との対比を説明する。
地図情報記憶手段１１は地図情報記憶部１３にて、地図情報通知手段１２は交換制御部１４及び回線制御部１５にて実現している。
位置通知手段２１は制御部２５及び信号処理部２６及び送受信増幅部２７にて、地図情報通知手段２２は回線制御部２４及び制御部２５及び信号処理部２６及び送受信増幅部２７にて実現している。
距離の差計算手段３２は送受信増幅部３６及び信号処理部３７にて、位置測定手段３３は制御部３８にて、位置通知手段３４は制御部３８及び信号処理部３７及び送受信増幅部３６にて、位置情報表示手段３５は制御部３８及び表示部３９にて実現されている。
【００２０】
次に、本測位システムの構成における処理動作を図２，図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る移動体通信システムにおける測位システムの処理を説明するために概略図である。
基地局装置２０ａ、基地局装置２０ｂ、基地局装置２０ｃにおいて、自身の位置を表す位置情報（Ｘ１ ，Ｙ１ ，Ｚ１ ）、（Ｘ２ ，Ｙ２ ，Ｚ２ ）、（Ｘ３ ，Ｙ３ ，Ｚ３ ）は制御部２５から信号処理部２６に送られ、信号処理部２６において擬似乱数系列である拡散符号ｐ１ またはｐ２ またはｐ３ によって変調され、送受信増幅部２７からアンテナ２３を経て電波により移動局装置３０に対して送信されている。
【００２１】但し、位置情報は、日本測地系三次元座標等の三次元直交座標系である。尚、位置情報は、例えば報知チャネルを用いることによって常に送信されている。また、ｐ１ ，ｐ２ ，ｐ３ の拡散符号開始時間は同一とする。但し、各基地局装置間の送信タイミングがずれているシステムの場合でも、そのオフセット値が各基地局装置より報知チャネル等により送信されているため、そのオフセット値を補正することで、本発明と同様に動作することが可能となるものである。
【００２２】
移動局装置３０では、アンテナ３１から基地局装置２０が送信した電波を受信し、その信号は送受信増幅部３６から信号処理部３７に送られる。
そして信号処理部３７において、拡散符号ｐ１ またはｐ２ またはｐ３ を用いて、その信号との同期処理及び信号の復調処理を行い、基地局装置２０ａと基地局装置２０ｂとの位相差ｄ１ 、基地局装置２０ａと基地局装置２０ｃとの位相差ｄ２ および基地局装置２０ｂと基地局装置２０ｃとの位相差ｄ３ を測定する。
【００２３】
そして、信号処理部３７で測定した位相差及び復調した信号、すなわち各基地局装置２０の位置情報（Ｘ１ ，Ｙ１ ，Ｚ１ ）、（Ｘ２ ，Ｙ２ ，Ｚ２ ）、（Ｘ３ ，Ｙ３ ，Ｚ３ ）は制御部３８に送られる。
但し、位相差とは、図４で示すように拡散符号の開始時間の差をチップ区間（ｃｈｉｐ）の数で表したものであり、同期、信号の復調及び位相差の測定方法は一般に良く知られた方法に拠る。図４は、本発明の実施の形態に係るＣＤＭＡ移動体通信システムにおける位相差、拡散符号開始時間、拡散符号の周期、及び拡散符号のチップ区間を示すタイムチャート図である。
【００２４】
また、移動局装置３０とそれら３つの基地局装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃとの距離Ｌｉ（ｉ＝１、２、３）は、拡散符号の一周期の間に電波が伝播する距離の２分の１よりも短いものとする。
拡散符号の１周期をｔ（時間）、電波の伝播速度をＶとすると、この条件は次の数式のように表される。
【００２５】
【数１】

【００２６】
移動局装置３０の制御部３８は、信号処理部３７から送られた各基地局装置２０間の位相差ｄ１ ，ｄ２ ，ｄ３ から移動局装置３０と各基地局装置２０の距離の差を計算し、その距離の差と取得した各基地局装置の位置情報（Ｘ１ ，Ｙ１ ，Ｚ１ ）、（Ｘ２ ，Ｙ２ ，Ｚ２ ）、（Ｘ３ ，Ｙ３ ，Ｚ３ ）によって自身の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を計算し、その計算した位置（ｘ，ｙ，ｚ）を表示部３９及び信号処理部３７に送る。
尚、移動局装置３０と各基地局装置２０の距離の差の計算手段および移動局装置３０の位置の計算手段を実現するための方法については具体的に後述する。
【００２７】
移動局装置３０の表示部３９は、制御部３８から送られた移動局装置３０自身の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を表示する。
【００２８】
次に、移動局装置３０の制御部３８は、１つの基地局装置２０及び交換局装置１０に対して呼接続の手順を行う。
図３の例では、基地局装置２０ａ及び交換局装置１０に対して呼接続の手順を行う。
但し、呼接続の手順は一般に用いられる方法による。
【００２９】
呼接続後、移動局装置３０の制御部３８は、測定した自身の位置（ｘ，ｙ，ｚ）の情報を信号処理部３７に送り、信号処理部３７ではその情報を拡散符号ｐ１ によって変調し、送受信増幅部３６からアンテナ３１を経て電波によって基地局装置２０ａに送信する。
【００３０】
基地局装置２０ａの制御部２５は、アンテナ２３、送受信増幅部２７及び信号処理部２６での拡散符号ｐ１ による信号の復調を経て、移動局装置３０の位置（ｘ，ｙ，ｚ）の情報を受信し、その情報を回線制御部２４を経て交換局装置１０に送信する。
【００３１】
交換局装置１０の交換制御部１４は、回線制御部１５より移動局装置３０の位置（ｘ，ｙ，ｚ）の情報を受信し、移動局装置３０の位置（ｘ，ｙ，ｚ）の周辺に関する地図、住所、主な施設等の地図情報を地図情報記憶部１３より取得する。
【００３２】
そして、交換局装置１０の交換制御部１４は、地図情報記憶部１３より取得した移動局装置３０の位置（ｘ，ｙ，ｚ）の周辺に関する地図、住所、主な施設等の地図情報を、回線制御部１５を経て基地局装置２０ａに送信する。
【００３３】
基地局装置２０ａの制御部２５は、回線制御部２４より移動局装置３０の位置（ｘ，ｙ，ｚ）の周辺に関する地図、住所、主な施設等の地図情報を受信し、その地図情報を信号処理部２６での拡散符号ｐ１ による変調を経て、送受信増幅部２７及びアンテナ２３より移動局装置３０に対して送信する。
【００３４】
移動局装置３０の制御部３８は、アンテナ３１、送受信増幅部３６及び信号処理部３７で拡散符号ｐ１ による復調を経て、基地局装置２０ａが送信した移動局装置３０の位置（ｘ，ｙ，ｚ）の周辺に関する地図、住所、主な施設等の地図情報を取得し、その地図情報を表示部３９に送る。
【００３５】
移動局装置３０の表示部３９は、制御部３８から送られた移動局装置３０の位置（ｘ，ｙ，ｚ）の周辺に関する地図、住所、主な施設等の地図情報を表示する。
以上のようにして、移動局装置３０の利用者は、自分の位置（ｘ，ｙ，ｚ）及び周囲の地図、住所、主な施設等の地図情報を把握することができる。
【００３６】
次に、移動局装置３０の制御部３８において、測定した各基地局装置間の位相差ｄ１ ，ｄ２ ，ｄ３ から移動局装置３０と各基地局装置との距離の差を計算する手段、およびその距離の差と各基地局装置の位置情報（Ｘ１ ，Ｙ１ ，Ｚ１ ）、（Ｘ２ ，Ｙ２ ，Ｚ２ ）、（Ｘ３ ，Ｙ３ ，Ｚ３ ）によって自身の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を測定する手段を実現するための方法を以下に示す。
【００３７】
移動局装置３０と基地局装置２０ａ、基地局装置２０ｂ、基地局装置２０ｃとの距離Ｌ１ ，Ｌ２ ，Ｌ３ について、電波の伝播速度をＶ、拡散符号の単位時間当たりのチップ区間の数をＲとし、移動局装置３０と各基地局装置２０との距離の差Ｌ１ −Ｌ２ ，Ｌ１ −Ｌ３ およびＬ２ −Ｌ３ は位相差ｄ１ ，ｄ２ ，ｄ３ から次式によって計算される。
【００３８】
【数２】

【００３９】
また、移動局装置３０の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を計算するためには、上式で求めた移動局装置３０と各基地局装置２０との距離の差に基づき、制御部３８において［数３］の式においてｄｘ，ｄｙ，ｄｚが最小となるようなｘ’，ｙ’，ｚ’を求める。
この時のｘ’，ｙ’，ｚ’が求める移動局装置３０の座標ｘ，ｙ，ｚとなる。
【００４０】
【数３】

【００４１】
例えば、高さ方向の誤差、即ちｚの補正値ｄｚ＝０とし、まずｘ’，ｙ’，ｚ’の初期値を３つの基地局装置の位置の平均値、即ちｘ’＝（Ｘ１ ＋Ｘ２ ＋Ｘ３ ）／３、ｙ’＝（Ｙ１ ＋Ｙ２ ＋Ｙ３ ）／３、ｚ’＝（Ｚ１ ＋Ｚ２ ＋Ｚ３ ）／３とし、ＡΔ＝Ｆの条件式からｄｘ，ｄｙを求める。
そして、そのｄｘ，ｄｙを［数４］の式に代入してｘ，ｙを求め、それをｘ’，ｙ’として再びＡΔ＝Ｆの条件式からｄｘ、ｄｙを求める。
【００４２】
【数４】

【００４３】
このような反復計算をｄｘとｄｙの絶対値｜ｄｘ｜及び｜ｄｙ｜が１より小さくなるまで行う。
そして、この時のｘ’，ｙ’が移動局装置３０の位置のｘ，ｙ座標となる。
尚、移動局装置３０の位置のｚ座標は（Ｚ１ ＋Ｚ２ ＋Ｚ３ ）／３である。
また、［数３］［数４］［数５］［数６］の式は一般に用いられる方法によって導出した。
【００４４】
【数５】

【００４５】
【数６】

【００４６】
下記に、上記［数３］［数４］［数５］［数６］の式の導出過程を説明する。移動局装置３０と基地局装置２０ａ、基地局装置２０ｂ、基地局装置２０ｃとの距離Ｌ１ ，Ｌ２ ，Ｌ３ について、距離の差Ｄ１ ＝Ｌ１ −Ｌ２ 、Ｄ２ ＝Ｌ１ −Ｌ３ 、Ｄ３ ＝Ｌ２ −Ｌ３ とすると、Ｄ１ ，Ｄ２ ，Ｄ３ は、測定値（位相差）ｄ１ ，ｄ２ ，ｄ３及び測定値ｄ１ ，ｄ２ ，ｄ３ の測定誤差が与える残差ｖ１ ，ｖ２ ，ｖ３を用いて次のように表すことができる。
Ｄ１ ＝Ｌ１ −Ｌ２ ＝Ｖ×ｄ１ ／Ｒ＋ｖ１ …［１］
Ｄ２ ＝Ｌ１ −Ｌ３ ＝Ｖ×ｄ２ ／Ｒ＋ｖ２ …［２］
Ｄ３ ＝Ｌ２ −Ｌ３ ＝Ｖ×ｄ３ ／Ｒ＋ｖ３ …［３］
但し、Ｖは電波の伝播速度を、Ｒは拡散符号の単位時間当たりのチップ区間の数を表す。
【００４７】
また、移動局装置３０の位置を（ｘ，ｙ，ｚ）と仮定すると、Ｄ１ ，Ｄ２ ，Ｄ３ は次のようにも表すことができる。
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］
【００４８】
ここで、ｘ，ｙ，ｚの値をそれぞれ仮定値ｘ’，ｙ’，ｚ’とその補正値ｄｘ，ｄｙ，ｄｚによって次のように表す。
ｘ＝ｘ’＋ｄｘ …［７］
ｙ＝ｙ’＋ｄｙ …［８］
ｚ＝ｚ’＋ｄｚ …［９］
そして、［４］［５］［６］式に、［７］［８］［９］式を代入し、ｄｘ，ｄｙ，ｄｚがｘ，ｙ，ｚに対して十分小さいとしてテーラーの展開式によって線型化を行うと下記のようになる。
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］
【００４９】
但し、ａｉ ，ｂｉ ，ｃｉ （ｉ＝１，２，３）およびＳｉ （ｉ＝１，２，３）は、次のように表される。
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＋（Ｚｉ −ｚ’）^２｝^１／２ …［１６］
【００５０】
以上［１］［２］［３］及び［１０］［１１］［１２］式より以下の観測方程式が導かれる。
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］
ここで、［１７］［１８］［１９］は下記の行列によって次のように表すことができる。
【００５１】
【数７】

【００５２】
ｖ＝ＡΔ−Ｆ …［２０］
ｖ＝０とする場合、［２０］式は次のように表される。
ＡΔ＝Ｆ …［２１］
従って、移動局装置３０の制御部３８は［２１］式からｄｘ，ｄｙ，ｄｚを求め、［７］［８］［９］式に代入することによって自身の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を計算することができる。
【００５３】
次に、移動局装置３０の制御部３８における処理フローを図５を用いて説明する。図５は、移動局装置の制御部における処理を示すフローチャート図である。
制御部３８は、信号処理部３７から各基地局装置２０の位置情報（Ｘ１ ，Ｙ１ ，Ｚ１ ）（Ｘ２ ，Ｙ２ ，Ｚ２ ）（Ｘ３ ，Ｙ３ ，Ｚ３ ）を入力する（Ｓ１〜Ｓ３）と共に、各基地局装置２０間の位相差ｄ１ ，ｄ２ ，ｄ３ を入力する（Ｓ４）。
【００５４】
次に、移動局装置３０と各基地局装置２０との距離の差Ｄ１ ，Ｄ２ ，Ｄ３ を計算する（Ｓ５）。計算方法は、以下の通りである。
Ｄ１ ＝Ｌ１ −Ｌ２ ＝Ｖ×ｄ１／Ｒ
Ｄ２ ＝Ｌ１ −Ｌ３ ＝Ｖ×ｄ２／Ｒ
Ｄ３ ＝Ｌ２ −Ｌ３ ＝Ｖ×ｄ３／Ｒ
【００５５】
更に、初期値設定として、仮定値ｘ’，ｙ’，ｚ’を以下の式で算出する。
ｘ’＝（Ｘ１ ＋Ｘ２ ＋Ｘ３ ）／３
ｙ’＝（Ｙ１ ＋Ｙ２ ＋Ｙ３ ）／３
ｚ’＝（Ｚ１ ＋Ｚ２ ＋Ｚ３ ）／３
但し、カウンタ値ｎ＝０、ｘの補正値ｄｘ＝０，ｙの補正値ｄｙ＝０と設定する（Ｓ６）。
【００５６】
次に、ｘ’，ｙ’の更新処理を行う（Ｓ７）。更新の式は、以下の通りである。
ｘ’＝ｘ’＋ｄｘ
ｙ’＝ｙ’＋ｄｙ
但し、１回目は、初期値がｄｘ＝０，ｄｙ＝０であるため、処理Ｓ６で計算したｘ’，ｙ’をそのまま採用する。
【００５７】
次に、［数３］の条件式ＡΔ＝Ｆからｄｘ，ｄｙを計算すると共に、カウンタ値ｎを＋１してインクリメントする（Ｓ８）。
そして、ｄｘの絶対値｜ｄｘ｜＜１であって、かつｄｙの絶対値｜ｄｙ｜＜１であるか判定し（Ｓ９）、｜ｄｘ｜＜１であってかつ｜ｄｙ｜＜１でなければ（Ｎｏの場合）、処理Ｓ７に戻る。処理Ｓ７では、計算されたｄｘ，ｄｙを用いて、ｘ’，ｙ’の更新を行い、更に処理Ｓ８で条件式ＡΔ＝Ｆからｄｘ，ｄｙを計算する。
また、処理Ｓ９の判定結果が、｜ｄｘ｜＜１であってかつ｜ｄｙ｜＜１である場合（Ｙｅｓの場合）、処理Ｓ１０に進む。
【００５８】
処理Ｓ１０では、ｘ＝ｘ’，ｙ＝ｙ’，ｚ＝ｚ’としてｘ，ｙ，ｚを決定する。尚、ｚは、ｚ＝（Ｚ１ ＋Ｚ２ ＋Ｚ３ ）／３で求めるものとする。
そして、ｘ，ｙ，ｚを表示部３９に出力すると共に、信号処理部３７に出力する（Ｓ１１）。
このようにして、制御部３８では、移動局装置３０の位置算出を実行するものである。
【００５９】
本測位システムは、ＣＤＭＡ移動体通信システムに適用されるものであり、本測位システムを用いることで、移動局装置３０の利用者は、専用の受信装置やアンテナが必要なＧＰＳを利用することなしに、自分の現在地及び周囲の地図、住所及び主な施設等の地図情報を把握することが可能になる。
【００６０】
本測位システムによれば、３つの基地局装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃからの位置情報だけで、移動局装置３０の位置を特定し、特定した位置を座標として移動局装置３０の表示部３９に表示させると共に、その位置の情報を基に交換局装置１０が記憶する関連地図情報を受信して表示部３９に表示させることで、システム構成を簡易にでき、更に移動局装置の位置の情報を地図等を入手することで有効活用できる効果がある。
【００６１】
【実施例】
本発明の実施の形態を用いて、移動局装置３０が任意の３つの基地局装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃとの間の距離の差と、それらの基地局装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃから通知された位置情報によって自身の位置を測定するする具体例を図６を用いて説明する。図６は、本実施例を説明するための概略図である。
【００６２】
図６において、各基地局装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、それぞれ日本測地系三次元座標による位置情報（Ｘ１ ＝−４００００００ｍ，Ｙ１ ＝３３０００００ｍ，Ｚ１ ＝３７０００００ｍ）、（Ｘ２ ＝−４００４０００ｍ，Ｙ２ ＝３３０２０００ｍ，Ｚ２ ＝３７０００００ｍ）、（Ｘ３ ＝−４００１０００ｍ，Ｙ３ ＝３３０６０００ｍ，Ｚ３ ＝３７００１００ｍ）を拡散符号ｐ１ ，ｐ２ ，ｐ３ によって変調し、報知チャネルによって常時送信している。尚、各基地局装置の拡散符号開始時間は同一である。
【００６３】
拡散符号ｐ１ ，ｐ２ ，ｐ３ の単位時間当たりのチップ区間の数Ｒは３．８４Ｍｃｐｓや４．０９６Ｍｃｐｓであり、システム固有の値である。また、周期ｔは１０ｍｓ（ミリ秒）である。また、電波の伝播速度Ｖは２９９７９２４５８ｍ／ｓとする。
そして、このとき［数１］の式の条件から、移動局装置と各基地局装置の距離はＶｔ／２＝１４９８９６２ｍより短いとする。
【００６４】
移動局装置３０の信号処理部３７において、基地局装置２０ａと基地局装置２０ｂとの位相差ｄ１ 、基地局装置２０ａと基地局装置２０ｃとの位相差ｄ２ 、基地局装置２０ｂと基地局装置２０ｃとの位相差ｄ３ がそれぞれ次のように測定されたとする。
ｄ１ ＝３８、ｄ２ ＝３０、ｄ３ ＝８
【００６５】
このとき、制御部３８では以下のようにして自身の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を計算する。
ｘ，ｙ，ｚの仮定値ｘ’，ｙ’，ｚ’を３つの基地局装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃの座標の平均値からそれぞれ、ｘ’＝−４００１６６７、ｙ’＝３３０２６６７、ｚ’＝３７０００３３とする。
そして、ｘ’，ｙ’，ｚ’を［数８］の式に代入する。
【００６６】
【数８】

【００６７】
次に、［数８］の式にｄｚ＝０を代入する。
【００６８】
【数９】

【００６９】
［数９］の式よりｄｘ，ｄｙを求める。
ｄｘ＝−９３３、ｄｙ＝１１７０
ｄｘ，ｄｙを［数４］の（４）−１、（４）−２、（４）−３の式に代入し、ｘ，ｙを求める。
ｘ＝−４００２６００、ｙ＝３３０３８３７
【００７０】
ｘ，ｙをｘ’，ｙ’とし、［数３］の条件式に代入して、ｄｘ，ｄｙを求める。
そして、｜ｄｘ｜及び｜ｄｙ｜が１より小さくなるまで［数４］［数３］の計算処理を繰り返す。
以上の手順によって計算を行ったときのｘ’，ｙ’及びｄｘ，ｄｙの値を［表１］に示す。
【００７１】
【表１】

【００７２】
従って、求める移動局装置３０の位置は次のようになる。
ｘ＝−４００３０１７ｍ
ｙ＝３３０４０１７ｍ
ｚ＝３７０００３３ｍ
【００７３】
本実施例によれば、３つの基地局装置２０ａ，２０ｂ，２０ｃからの位置情報により簡易な手法で、移動局装置３０の位置を算出することができ、通信網のインフラを低コストで実現できる効果がある。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、固定局装置と移動局装置とを備える移動体通信システムにおける測位システムであって、固定局装置はその位置情報を移動局装置に通知し、移動局装置は、３つの固定局装置から通知された位置情報と測定した固定局装置間の位相差とから移動局装置と各固定局装置間の距離の差を計算し、当該距離の差に基づき、補正値が最小となるような位置の値を当該移動局装置の位置とし、当該位置の情報を表示すると共に、当該位置の情報を固定局装置に通知し、固定局装置は、通知された移動局装置の位置の情報に基づいて該当する地図情報を移動局装置に通知し、更に移動局装置は、固定局装置から通知された地図情報を表示する測位システムとしているので、３つの固定局装置からの位置情報だけで移動局装置の位置を特定し、更に特定された位置を移動局装置に位置の情報及び地図情報を用いて表示できるため、システム構成を簡易にすることができ、移動局装置の位置の情報を有効活用できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る移動体通信システムにおける測位システムの機能構成ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る移動体通信システムにおける測位システムの構成ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る移動体通信システムにおける測位システムの処理を説明するために概略図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るＣＤＭＡ移動体通信システムにおける位相差、拡散符号開始時間、拡散符号の周期、及び拡散符号のチップ区間を示すタイムチャート図である。
【図５】移動局装置の制御部における処理を示すフローチャート図である。
【図６】本実施例を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１０…交換局装置、 １１…地図情報記憶手段、 １２…地図情報通知手段、１３…地図情報記憶部、 １４…交換制御部、 １５…回線制御部、 ２０…基地局装置、 ２１…位置通知手段、 ２２…地図情報通知手段、 ２３…アンテナ、 ２４…回線制御部、２５…制御部、 ２６…信号処理部、 ２７…送受信増幅部、 ３０…移動局装置、 ３１…アンテナ、 ３２…距離の差計算手段、 ３３…位置測定手段、 ３４…位置通知手段、 ３５…地図情報表示手段、３６…送受信増幅部、 ３７…信号処理部、 ３８…制御部、 ３９…表示部

Claims (8)

1. 固定局装置と移動局装置とを備える移動体通信システムにおける測位システムであって、
   前記固定局装置はその位置情報を前記移動局装置に通知し、
   前記移動局装置は、３つの固定局装置から通知された位置の情報と測定した前記固定局装置間の位相差とから前記移動局装置と前記各固定局装置間の距離の差を計算し、当該距離の差に基づき、補正値が最小となるような位置の値を当該移動局装置の位置とすることを特徴とする移動体通信システムにおける測位システム。
2. 固定局装置と移動局装置とを備える移動体通信システムにおける測位システムであって、
   前記固定局装置はその位置情報を前記移動局装置に通知し、
   前記移動局装置は、３つの固定局装置から通知された位置の情報と測定した前記固定局装置間の位相差とから前記移動局装置と前記各固定局装置間の距離の差を計算し、前記３つの固定局装置から通知された位置情報から前記３つの固定局装置の位置の平均値を当該移動局装置の位置の仮定値（ｘ′，ｙ′，ｚ′）とし、前記距離の差と前記仮定値に基づき補正値を算出し、当該算出された補正値を加算することで仮定値を更新し、当該算出された補正値が特定条件を満たすまで補正値の計算及び仮定値の更新を繰り返し、当該算出された補正値が前記特定条件を満たす場合に、前記仮定値を当該移動局装置の位置（ｘ，ｙ，ｚ）として決定することを特徴とする移動体通信システムにおける測位システム。
3. 交換局装置と、基地局装置と、移動局装置とを備える移動体通信システムにおける測位システムであって、
   前記基地局装置は、移動局装置に向けて当該基地局装置の位置情報を送信する基地局装置であり、
   前記移動局装置は、３つの基地局装置から送信された位置情報と、測定した前記各基地局装置間の位相差とから前記移動局装置と前記各基地局装置間の距離の差を計算し、当該距離の差に基づき、補正値が最小となるような位置の値を当該移動局装置の位置とし、当該位置の情報を前記交換局宛に送信すると共に、受信した地図情報を表示する移動局装置であり、
   前記交換局装置は、地図情報を記憶しており、前記移動局装置から送信された位置の情報に基づいて前記記憶する地図情報から該当する地図情報を取得して前記移動局装置宛に送信する交換局装置であることを特徴とする移動体通信システムにおける測位システム。
4. 交換局装置と、基地局装置と、移動局装置とを備える移動体通信システムにおける測位システムであって、
   前記基地局装置は、移動局装置に向けて当該基地局装置の位置情報を送信する基地局装置であり、
   前記移動局装置は、３つの基地局装置から送信された位置情報と、測定した前記各基地局装置間の位相差とから前記移動局装置と前記各基地局装置間の距離の差を計算し、前記３つの基地局装置から通知された位置情報から前記３つの基地局装置の位置の平均値を当該移動局装置の位置の仮定値（ｘ′，ｙ′，ｚ′）とし、前記距離の差と前記仮定値に基づき補正値を算出し、当該算出された補正値を加算することで仮定値を更新し、当該算出された補正値が特定条件を満たすまで補正値の計算及び仮定値の更新を繰り返し、当該算出された補正値が前記特定条件を満たす場合に、前記仮定値を当該移動局装置の位置（ｘ，ｙ，ｚ）として決定し、当該決定した位置の情報を前記交換局宛に送信すると共に、受信した地図情報を表示する移動局装置であり、
   前記交換局装置は、地図情報を記憶しており、前記移動局装置から送信された位置の情報に基づいて前記記憶する地図情報から該当する地図情報を取得して前記移動局装置宛に送信する交換局装置であることを特徴とする移動体通信システムにおける測位システム。
5. 請求項２又は４記載の移動体通信システムにおける測位システムであって、
   特定条件とは、補正値の絶対値が１より小さい場合であることを特徴とする移動体通信システムにおける測位システム。
6. 第１の基地局装置の位置情報（Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｚ1 ）と第２の基地局装置の位置情報（Ｘ2 ，Ｙ2 ，Ｚ2 ）と第３の基地局装置の位置情報（Ｘ3 ，Ｙ3 ，Ｚ3 ）を取得し、
   前記各基地局装置間の位相差ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 から電波の伝播速度Ｖ、拡散符号の単位時間当たりのチップ区間の数Ｒを用いて移動局装置と前記各基地局装置との距離の差Ｌ1 −Ｌ2 （＝Ｖ×ｄ1/Ｒ），Ｌ1 −Ｌ3 （＝Ｖ×ｄ2/Ｒ），Ｌ2 −Ｌ3 （＝Ｖ×ｄ3/Ｒ）を計算し、
   初期値設定として前記３つの基地局装置の位置の平均値ｘ’＝（Ｘ1 ＋Ｘ2 ＋Ｘ3 ）／３，ｙ’＝（Ｙ1 ＋Ｙ2 ＋Ｙ3 ）／３，ｚ’＝（Ｚ1 ＋Ｚ2 ＋Ｚ3 ）／３を計算し、
   求める移動局装置の位置（ｘ，ｙ，ｚ）に対するｘ，ｙ，ｚの補正値ｄｘ，ｄｙ，ｄｚと前記ｘ’，ｙ’，ｚ’を用いて（ｘ，ｙ，ｚ）を表すと、ｘ＝ｘ’＋ｄｘ，ｙ＝ｙ’＋ｄｙ，ｚ＝ｚ’＋ｄｚとなり、
   これらｘ，ｙ，ｚの式と前記距離の差を前記３つの基地局装置の位置及び（ｘ，ｙ，ｚ）を用いて表した式とから、ｄｘ，ｄｙ，ｄｚがｘ，ｙ，ｚに対して十分小さいとしてテーラー展開式によって線形化し、前記位相差の誤差を０として求めた条件式 ＡΔ＝Ｆ の行列式（但し、Ａは前記移動局と前記各基地局装置との距離の差をｄｘ，ｄｙ，ｄｚで表した場合の各係数によって表される行列、Δはｄｘ，ｄｙ，ｄｚの行列、Ｆは前記距離の差に関する行列）を用いて、ｄｘ，ｄｙを計算し、
   前記計算したｄｘ，ｄｙを前記ｘ＝ｘ’＋ｄｘ，ｙ＝ｙ’＋ｄｙに代入して、ｘ，ｙを求め、当該求めたｘ，ｙをｘ’，ｙ’として前記条件式ＡΔ＝Ｆを用いて更にｄｘ，ｄｙを計算し、
   前記計算したｄｘ，ｄｙの絶対値｜ｄｘ｜，｜ｄｙ｜が１より小さくなるまで上記計算を繰り返し、｜ｄｘ｜，｜ｄｙ｜が１より小さくなった時のｘ’，ｙ’をｘ，ｙ座標とすると共に、ｚ座標はｚ＝（Ｚ1 ＋Ｚ2 ＋Ｚ3 ）／３で求めることにより前記移動局装置の位置を計算することを特徴とする位置算出方法。
7. 移動局装置と各基地局装置との距離をＬ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 とすると、前記移動局装置と前記各基地局装置との距離の差はＤ1 ＝Ｌ1 −Ｌ2 ，Ｄ2 ＝Ｌ1 −Ｌ3 ，Ｄ3 ＝Ｌ2 −Ｌ3 で表され、
   前記距離の差を、前記各基地局装置間の位相差ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 、電波の伝播速度Ｖ、拡散符号の単位時間当たりのチップ区間の数Ｒ、前記位相差の測定誤差が与える残差ｖ1 ，ｖ2 ，ｖ3 を用いて表すと、
   Ｄ1 ＝Ｌ1 −Ｌ2 ＝Ｖ×ｄ1/Ｒ＋ｖ1
   Ｄ2 ＝Ｌ1 −Ｌ3 ＝Ｖ×ｄ2/Ｒ＋ｖ2
   Ｄ3 ＝Ｌ2 −Ｌ3 ＝Ｖ×ｄ3/Ｒ＋ｖ3
   となり、更に、３つの基地局装置の位置座標を（Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｚ1 ）（Ｘ2 ，Ｙ2 ，Ｚ2 ）（Ｘ3 ，Ｙ3 ，Ｚ3 ）と求める前記移動局装置の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）とから前記距離の差を表すと、
   Ｄ1 ＝Ｌ1 −Ｌ2 ＝｛(Ｘ1-ｘ)²＋(Ｙ1-ｙ)²＋(Ｚ1-ｚ)²｝^1/2 −｛(Ｘ2-ｘ)²＋(Ｙ2-ｙ)²＋(Ｚ2-ｚ)²｝^1/2Ｄ2 ＝Ｌ1 −Ｌ3 ＝｛(Ｘ1-ｘ)²＋(Ｙ1-ｙ)²＋(Ｚ1-ｚ)²｝^1/2 −｛(Ｘ3-ｘ)²＋(Ｙ3-ｙ)²＋(Ｚ3-ｚ)²｝^1/2Ｄ3 ＝Ｌ2 −Ｌ3 ＝｛(Ｘ2-ｘ)²＋(Ｙ2-ｙ)²＋(Ｚ2-ｚ)²｝^1/2 −｛(Ｘ3-ｘ)²＋(Ｙ3-ｙ)²＋(Ｚ3-ｚ)²｝^1/2
   となり、ｘ，ｙ，ｚを仮値ｘ’，ｙ’，ｚ’とその補正値ｄｘ，ｄｙ，ｄｚを用いて表すと、
   ｘ＝ｘ’＋ｄｘ
   ｙ＝ｙ’＋ｄｙ
   ｚ＝ｚ’＋ｄｚ
   となり、上記Ｄ1 ，Ｄ2 ，Ｄ3 の式に上記ｘ，ｙ，ｚの式を代入して、ｄｘ，ｄｙ，ｄｚがｘ，ｙ，ｚに対して十分小さいとしてテーラーの展開式によって線形化すると、
   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）
   となり、但し、Ｓi ＝｛(Ｘi-ｘ’)²＋(Ｙi-ｙ)²＋(Ｚi-ｚ)²｝^1/2
   であって、下記の観測方程式が導き出され、
   ｖ1 ＝(ａ1−ａ2)ｄｘ＋(ｂ1−ｂ2)ｄｙ＋(ｃ1−ｃ2)ｄｚ ＋Ｓ1 −Ｓ2 −Ｖ×ｄ1/Ｒｖ2 ＝(ａ1−ａ3)ｄｘ＋(ｂ1−ｂ3)ｄｙ＋(ｃ1−ｃ3)ｄｚ ＋Ｓ1 −Ｓ3 −Ｖ×ｄ2/Ｒｖ3 ＝(ａ2−ａ3)ｄｘ＋(ｂ2−ｂ3)ｄｙ＋(ｃ2−ｃ3)ｄｚ ＋Ｓ2 −Ｓ3 −Ｖ×ｄ3/Ｒ ｖ＝０とすると、前記観測方程式は、 (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 となり、前記３つの式を行列で表すと、 ＡΔ＝Ｆ 但し、Ａはａ1 ，ａ2 ，ａ3 ，ｂ1 ，ｂ2 ，ｂ3 ，ｃ1 ，ｃ2 ，ｃ3 を用いた行列であり、Δはｄｘ，ｄｙ，ｄｚを用いた行列であり、ＦはＶ，ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 ，Ｓ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 を用いた行列であり、
   前記行列式ＡΔ＝Ｆを条件式として、前記移動局装置の位置を計算することを特徴とする請求項６記載の位置算出方法。
8. 請求項２、４又は５記載の移動体通信システムにおける測位システムであって、
   移動局装置の位置（ｘ，ｙ，ｚ）におけるｚ座標は、３つの基地局装置の位置の平均値を用いることを特徴とする移動体通信システムにおける測位システム。

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