JP3750438B2 - 位置情報システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はＰＨＳ（Personal Handy Phone System）や携帯電話などの双方向性の携帯端末を利用して、携帯端末の現在位置を特定する位置情報システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の位置情報システムとしては、GPS（Global Positioning System）を利用したシステムがある。GPSシステムは複数のGPS衛星からの電波を受信し、各衛星から受信する携帯端末に電波が届く時間を計測し、距離を算出し、三角測量の原理にもとづき、携帯端末の現在位置を求めるものである。
【０００３】
また、ＰＨＳや携帯電話などの携帯端末を使用した位置情報システムも既に使用されている。これらは携帯端末からの電波を受信した基地局の位置から携帯端末の位置を推定し、位置情報としているシステムや、GPSと組み合わせて位置情報を得るシステムである。携帯端末による位置情報システムの課題は、
▲１▼携帯端末を低コストとする。
▲２▼建物内や地下街でも使用できる。
▲３▼位置誤差が少ない。
▲４▼離れた位置からも携帯端末の位置情報が得られる。
ことである。
【０００４】
図４は、従来のGPSを使用した位置情報システムの構成を示す図であり、図４において、５はGPS衛星、６は衛星からの電波を受信する携帯端末、Mは電波である。GPSを使用した位置情報システムは携帯端末６によりGPS衛星５からの電波Mを受信する。電波Mには、GPS衛星５の識別信号、衛星５の位置、衛星５からの電波到達時間が計測できるような信号が含まれている。したがって、GPS衛星５からの電波Mを携帯端末６が受信することにより、電波Mの到達時間からGPS衛星５と携帯端末６の距離が算出できる。よって、異なった三つ以上の複数のGPS衛星５からの電波Mを受信できれば、三角測量の原理を利用して、携帯端末６の位置情報が得られる。この場合は、携帯端末６の所持者は自己の位置情報を知ることができるが、離れた他者には、位置情報を伝えることができない。
【０００５】
図５は、従来のPHSを携帯端末に使用した位置情報システムの構成を示す図であり、図５で１は携帯端末、２は携帯端末との電波Pを送受信する基地局である。PHS携帯端末１を使用する位置情報システムには、▲１▼基地局の位置情報だけを利用する『１局方式』と▲２▼複数の基地局の位置情報と携帯端末と基地局間の電界強度を組み合わせて位置情報を得る『電界強度方式』がある。PHS用の基地局２の電波出力は、20ミリW〜500ミリWと非常に小さいため、一つの基地局２と携帯端末１との交信可能範囲は、半径100〜500ｍ程度である。 よって、PHSでは、交信している基地局２の位置を携帯端末１の位置とすることにより、位置情報を得ることができる。これが『１局方式』である。
【０００６】
しかし、位置は、携帯端末の位置ではなく、基地局の位置であるため、精度は約500ｍ以下である。『電界強度方式』は、１局方式よりも位置精度を高めるために、複数の基地局の位置情報を利用するものである。PHS携帯端末１から発信される電波を捕らえた一つの基地局２が複数の周辺の基地局２に同じPHS携帯端末１の電波強度の計測を要求する。こうして、複数の基地局２で計測された電波強度から強度が強い基地局２の位置に近いという重みづけを行い、位置情報の精度を上げるようにしている。
なお、基地局２の制御、基地局２からの位置情報管理は、センター３で行われる。そして、離れた他者のモニタ端末４には、センター３を介して情報が提供される。
【０００７】
また、携帯電話の基地局２のように送信出力が数十Wと大きい場合は、PHSと同様の方式で基地局２の位置を携帯端末１の位置とみなす方法では、一つの基地局２の携帯端末１と交信可能な距離が数ｋｍと大きいため、成立しない。
【０００８】
そこで、携帯電話を携帯端末１とした位置情報システムでは、図６に示すように携帯電話にGPS受信端末６を組み込んだものまたは、携帯電話１とGPS受信端末６を接続させ、位置をGPS衛星５からの電波で計測し、位置情報を得ている。離れた他者には、モニタ端末４にセンター３を介して、情報が提供される。このように、PHSと携帯電話を携帯端末とした場合は、携帯端末の持つ双方向性の通信機能により、離れた他者に携帯端末の位置情報を伝えることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来のGPS受信携帯端末６のみを使った位置情報システムでは、▲１▼他者に位置情報が伝えられない。▲２▼複数のGPS衛星からの電波が受信できる場所でなければ、使用できない。▲３▼GPS衛星は、米政府が運用する衛星であり、距離計測信号の精度は、世界情勢の変化により、操作されており、一定の精度を保証するものではない。などの問題があった。
【００１０】
PHSを携帯端末１とした位置情報システムは、基本的には、基地局２の位置を携帯端末１の位置としているため、位置精度が悪いという問題があった。
【００１１】
携帯電話を携帯端末とした位置情報システムでは、基地局の位置を端末の位置としては、位置精度がとれず、GPS受信端末などと組み合わせたシステムとなるため、▲１▼携帯端末が高価となる。▲２▼GPS衛星からの電波を受信しなければならないという問題があった。
【００１２】
この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、PHSまたは、携帯電話にCDMA（符号分割多元接続）方式が使われはじめたことに着目し、符号変調された電波により、▲１▼GPS衛星を必要とせず、▲２▼位置情報が高精度で得られ、▲３▼離れたところにも、携帯端末の位置情報が送れ、▲４▼携帯端末への回路の追加がほどんど不要なため、低コストな位置情報システムを提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による位置情報システムは、PHSまたは、携帯電話のCDMA方式に使用されている、符号変調を利用し、端末と基地局間の電波伝搬時間を計測し、端末と複数の基地局間の距離から、端末の位置を特定できるようにしたものである。
【００１４】
第２の発明による位置情報システムは、受信信号強度の高い基地局から得られた距離を符号長以内の距離とし、受信強度の弱い基地局から得られた距離に当該符号長に相当する距離を加算して位置を特定するようにし、 符号変調方式を利用して、距離を計測する時に生じる恐れのある距離の曖昧さを基地局で受信した、電界強度情報により、除去するようにしたものである。
【００１５】
第３の発明による位置情報システムは、端末からの信号の到来角度計測機能を持った基地局において、単独で端末の位置を特定できるようにしたものである。
【００１６】
第４の発明による位置情報システムは、第１〜第３の発明において、距離の算出に使用される端末内に信号の遅れを自動的に基地局に送出できるようにしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの実施の形態１を示す位置情報システムの構成図、図２は距離計測の方法を示す図である。図において１は携帯端末、２は基地局、３はセンター、４はモニター端末である。
【００１８】
図１、図２により、実施の形態１での動作を示す。図１に示すように携帯端末１は、他の携帯端末１と交信する時は、基地局２及び通信網・位置情報管理を行うセンター３を経由して、交信する。また、携帯端末１から離れた所より、携帯端末１の位置情報をモニターするモニター端末４もセンター３に接続されている。これらの構成は、従来の構成をそのまま、使用するものである。しかし、この発明では、携帯端末１と基地局２との交信電波Pに符号変調が使用されはじめたことに着目し、その特性を利用し、携帯端末１と複数の基地局２との距離を精度良く計測し、携帯端末１の位置情報を推定するものである。
【００１９】
符号変調は、交信電波Pを、図２で１例を示したような符号（図示した符号は、原理を説明するためにチップ数を２１で、示したが、通常の符号長はもっと長い）で変調し、スペクトラムを拡散させるものである。符号はある一定の規則に従い、発生され、一つの基地局のサービス地域内で使用される携帯端末には、それぞれ異なる符号が割り当てられる。したがって、特定の端末の位置情報を得たい時に、基地局２からその端末あてに電波Pを送信し、携帯端末１からの応答信号を復調し、符号がいくつずれたかを検出することにより、基地局２と携帯端末１の距離Rがチップ長の幅以内の誤差で計測できる。チップとはデジタル符号で変調をかける時の単位時間のことである。 基地局と携帯端末の距離R(m)は次のように求まる。
【００２０】
R＝C／2＊（t3−t1−T2） (1)
Cは光速 300（ｍ／μｓ）
t3 基地局で電波が受信された時間（μｓ）
t1 基地局から電波が送信された時間（μｓ）
T2 携帯端末での遅れ時間（μｓ）
【００２１】
R ＝ C ／２＊（T1 ＋ T３ ＋ T２ − T２） (2)
T1＝T3 端末と基地局間の電波到達時間
【００２２】
R ＝ts *N * 150 − T2 *150 (m) (3)
ts （μｓ） チップ長
N ずれた符号の数
ｔsは変調により決まり、T２は携帯端末の調整または、測定により、既知であるため、Nを計測することにより、端末１と基地局２の距離が計測される。
【００２３】
また、測定精度はチップ長によるため、用途に応じ適当に選択すれば、費用対効果が大きくできる。例えば、チップ長を0.1μｓとすれば、精度は15m程度となる。同様に3ヵ所以上の基地局２から、同じ携帯端末１との距離を測定し、三角測量の原理を利用すれば、携帯端末１の位置が特定できる。その情報はセンター３を介して、モニター端末４で知ることができる。なお、端末を携帯端末として、説明したが、もちろん、固定の端末の位置も同様に計測可能である。
【００２４】
また、送受信の符号コードを同じとして、説明したが、相手の符号が既知で、同期がとれれば、異符号でもよい。
【００２５】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２の動作を示す。前項で携帯端末１と基地局２の距離が求まることを示したが、例えば、チップ長を0.05μｓ、符号のフレーム長ｔfのなかのチップ数を1023とした場合、距離測定精度は約7.5ｍとなり、向上するが、約7.7ｋｍを越えて受信された携帯端末１の電波からは、距離計測の曖昧さが生じてしまう、これは、1023毎に同じ符号となるためである。但し、基地局２のPHSまたは携帯電話のサービス区域は通常数ｋｍ以内であり、他との干渉を防ぐために、電力制御をしており、三つ以上の基地局２のすべてで遠距離の信号が受信され、計測のすべてに曖昧さの発生するケースはないと考えられる。
【００２６】
そこで、図３に示した三角測量の原理で、測定誤差を考慮した範囲内に交点が得られない場合は、受信強度の一番、強い基地局から得られた距離を符号長以内の距離とし、受信強度が弱い基地局２から得られた距離に符号長に相当する距離を加算することにより、位置を特定できるようになる。これにより、回路を付加することなしに位置を特定できる。
【００２７】
実施の形態３．
現在の基地局には、端末１からの電波の到来角度信号を得る機能が付いていないが、CDMA方式の携帯端末が使われるようになると、同じサービス区域の端末が同じ周波数を同時に使用される。そのため、干渉を少なくするために基地局のアンテナを複数にして、特定の端末２にビームを向けるようにされる。これは、DBF（Digital Beam Forming）などの既知の技術を使えば、可能である。
【００２８】
このように端末１の電波到来角度が、測定できれば、この発明の実施の形態１の距離測定と併用することで単独の基地局で端末の位置が特定できる。
【００２９】
実施の形態４．
実施の形態１〜３の発明で、端末１と基地局２の距離を計測するためには、端末２の内部の遅れT2を知る必要がある。端末を一定値に調整することも、可能であるが、製作時等に遅れを計測し、その値を端末から基地局２に要求に応じて、または、定期的に送ることにより、精度の高い距離補正が可能となる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、符号変調を使用したPHSまたは携帯電話を位置情報を得る携帯端末として、使用しているため、▲１▼基地局が周辺にあれば、建物内や地下街でも使用できる、▲２▼位置誤差が少ない、▲３▼端末に双方向性があるため、離れた場所からも端末の位置情報が得られる、▲４▼端末、基地局とも、既存のシステムを利用できるため、低コストで構築できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示す位置情報システムの構成図である。
【図２】 この発明の距離計測の方法を示す図である。
【図３】 この発明の距離計測の補正方法を示す図である。
【図４】 従来のGPSによる位置情報システムの構成図を示す図である。
【図５】 従来のPHSによる位置情報システムの構成図を示す図である。
【図６】 従来の携帯電話による位置情報システムの構成図を示す図である。
【符号の説明】
１ 携帯端末、２ 基地局、３ センター、４ モニター端末、５ GPS衛星、６ GPS用の携帯端末。

Claims (1)

1. 所定の符号長を有する変調符号を用いて符号変調するＣＤＭＡ（符号分割多元接続）方式を適用した双方向性の端末と複数の基地局とを具備し、
   上記基地局から送信した信号に対する上記端末からの応答信号の上記変調符号の符号ずれから上記複数の基地局と上記端末との間の距離を各々計測し、上記距離を用いて三角測量の原理に基づき上記端末の位置を特定する位置情報システムであって、
   受信強度の強い基地局から得られた距離を上記符号長以内の距離とし、
   受信強度の弱い基地局と上記端末との距離を、上記受信強度の弱い基地局から得られた距離に上記符号長に相当する距離を加算した距離として用いて、
   上記端末の位置を特定することを特徴とする位置情報システム。

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