JP4479835B2 - 通信基地局、通信基地局の制御方法、通信基地局の制御プログラム及び測位方法 - Google Patents
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Description
ところが、測位装置は、衛星からの電波が建築物等に反射した間接波(以後、マルチパスと呼ぶ)が直接波に干渉した状態の電波を受信する場合がある。マルチパスは建築物等に反射する分、測位装置への到達が遅くなる。このマルチパスが直接波に干渉する結果として相関ピーク値がずれて、測位演算に大きな誤差が発生するという問題がある。なお、本明細書において、マルチパスが発生し易い環境をマルチパス環境と呼ぶ。
これに関連して、携帯電話機と一体になった測位装置について、通信基地局の位置が衛星電波を使用して算出した位置よりも精度が高いと判断した場合に、通信基地局の位置を利用する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。
また、通信基地局で算出したC/A(Coarse and Acquisition)コードのコードフェーズを、測位装置のコードフェーズとして使用することも考えられる。
また、通信基地局で算出したC/Aコードのコードフェーズは、測位装置の位置における真のコードフェーズとは異なるはずであるから、測位装置が通信基地局と通信可能であるという根拠だけで、一律に、通信基地局におけるコードフェーズを測位装置におけるコードフェーズとして使用すると、測位位置の精度が劣化する場合があるという問題がある。
そして、前記通信基地局は、前記差分算出手段によって、前記通信基地局が算出した前記コードフェーズと測位側コードフェーズとの差分を算出することができる。ここで、前記通信基地局と前記測位装置は、近接している場合であっても、その真の位置は異なるのが通常であるから、前記差分には、真の位置の相違による差分と、マルチパス以外による誤差による差分と、マルチパスによる誤差による差分が含まれる可能性がある。
そして、前記通信基地局は、前記差分評価手段によって、前記差分がマルチパス影響範囲内か否かを判断することができる。すなわち、前記通信基地局は、前記通信基地局が算出した前記コードフェーズと測位側コードフェーズとの間に差分があるというだけではなくて、その差分が、前記マルチパス影響範囲内であるか否かを判断することができる。
そして、前記通信基地局は、前記補正値送信手段を有するから、前記差分評価手段によって、前記差分が前記マルチパス影響範囲内であると判断した場合に、前記通信基地局が算出した前記コードフェーズを前記測位装置に送信することができる。
上述のように、前記通信基地局は、前記測位装置が前記通信基地局に近接した位置にあるか否かを認識することができるから、前記測位装置が前記通信基地局に近接した位置にあるという条件を満たし、かつ、前記差分が前記マルチパス影響範囲内であると判断した場合に、前記通信基地局が算出した前記コードフェーズを前記測位装置に送信することができる。前記測位装置が前記通信基地局に極めて近接した位置にあるという条件を満たせば、前記測位側コードフェーズはマルチパスの影響を受けていないとすれば、前記通信基地局が算出した前記コードフェーズとほぼ同一のはずである。このため、前記測位装置が、前記通信基地局が算出した前記コードフェーズを測位に使用することは妥当である。また、前記測位装置がマルチパスの信号を使用して算出した前記測位側コードフェーズを使用するのではなくて、近接する前記通信基地局が算出した前記コードフェーズを測位に使用することは妥当である。すなわち、前記測位装置の測位精度が向上する可能性が大きい。
これにより、通信基地局と通信可能な測位装置に対して、通信基地局におけるコードフェーズを使用することが妥当である条件を満たした場合にのみ、通信基地局におけるコードフェーズを提供することができる。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
図1に示すように、測位システム10は、GPS(Global Positioning System)衛星12a,12b,12c,12d,12e及び12fを有する。GPS衛星12a等は、それぞれ電波S1,S2,S3,S4,S5及びS6を送信することができる。GPS衛星12a等は測位衛星の一例である。
なお、測位衛星は、GPS衛星に限らず、広くSPSにおいて使用される衛星であってもよい。SPSは、GPSの他に、例えば、Galileo、準天頂衛星等を含む。
電波S1等には各種のコード(符号)が乗せられている。そのうちの一つがC/Aコードである。このC/Aコードは、1.023Mbpsのビット率、1,023bit(=1msec)のビット長の信号である。C/AコードScaは、1,023チップ(chip)で構成されている。C/Aコードは、衛星信号の一例である。
端末20は、測位機能を有する携帯電話機であり、C/Aコードを使用して現在位置を測位することができる。端末20は、測位装置の一例である。
図2に示すように、例えば、GPS衛星12aと端末20との間には、C/Aコードが連続的に並んでいると観念することができる。そして、GPS衛星12aと端末20との間の距離は、C/Aコードの長さ(約300キロメートル(km))の整数倍とは限らないから、コード端数部C/Aaが存在する。つまり、GPS衛星12aと端末20との間には、C/Aコードの整数倍の部分と、端数部分が存在する。C/Aコードの整数倍の部分と端数部分の合計の長さが擬似距離である。端末20は、3個以上のGPS衛星12a等についての擬似距離を使用して測位を行う。
本明細書において、C/Aコードの端数部C/Aaをコードフェーズ(位相)と呼ぶ。コードフェーズは、例えば、C/Aコードの1,023あるチップの何番目かで示すこともできるし、距離に換算して示すこともできる。
端末20は、コヒーレント処理において、コヒーレント時間が5msecであれば、5msecの時間において同期積算したC/AコードとレプリカC/Aコードとの相関値等を算出する。コヒーレント処理の結果、相関をとったときのコードフェーズと、相関値が出力される。
端末20は、インコヒーレント処理において、コヒーレント結果の相関値を積算することによって、相関積算値(インコヒーレント値)を算出する。
相関積算値が最大になったコードフェーズがコード端数C/Aaである。
基地局40は、専用回線65を介して端末20と他の端末の通信の仲介を行うことができる。
基地局40は、GPS受信機42を有し、GPS衛星12a等から電波S1等を受信することができる。
そして、基地局40は、C/Aコードのコードフェーズを算出することができる。
これに対して、端末20Bの位置のように周辺にビル13A及び13Bのような障害物がある場合には、例えば、電波S3は、ビル13Bに反射して、間接波(マルチパス)r3として端末20Bに到達する。
マルチパスr3の場合、直接波よりも伝播経路が長いから、端末20Bはコードフェーズを直接波の場合よりも長く算出する。この結果、測位位置の精度が劣化する。
なお、通信電波の伝播速度は既知である(光速)であるから、基地局40は、RTTを使用して、基地局40と端末20Bとの距離dを算出することができる。
また、基地局40は、通信電波を、例えば、4つのアンテナ(図示せず)を使用して送受信している。4つのアンテナは、例えば、それぞれ東西南北という4つの異なる方向に通信電波を送信し、端末20からの通信電波を受信する。そして、基地局40は、通信中の端末20が、どの方向の基地局40のアンテナからの通信電波を受信しているかについて、認識できるように構成されている。
図3は端末20の主なハードウエア構成を示す概略図である。
図3に示すように、端末20は、バス22を有する。
また、このバス22には、各種情報等を入力するための入力装置28、電源装置30、通信装置32、GPS装置34が接続されている。端末20は、GPS装置34によって、電波S1等を受信することができる。
また、このバス22には、各種情報を表示するための表示装置36が接続されている。
図4は基地局40の主なハードウエア構成を示す概略図である。
図4に示すように、基地局40は、バス42を有する。
また、このバス42には、各種情報等を入力するための入力装置50、電源装置52、通信装置54、GPS装置56、表示装置58及び時計60が接続されている。
なお、基地局40は、特定の端末20が、4つのアンテナのうちどのアンテナを使用して通信電波を送受信しているかを認識することができる。
基地局40は、時計60によって、RTT(図1参照)を計測することができる。
図5は、端末20の主なソフトウエア構成を示す概略図である。
図5に示すように、端末20は、各部を制御する端末制御部100、図3の通信装置32に対応する通信部102、GPS装置34に対応するGPS部104、表示装置36に対応する表示部106等を有する。
端末20は、また、各種プログラムを格納する第1記憶部110、各種情報を格納する第2記憶部150を有する。
アルマナック152aは、すべてのGPS衛星12a等(図1参照)の概略の軌道を示す情報である。アルマナック152aは、いずれのGPS衛星12a等の信号G1等からも、デコードして取得することができる。
エフェメリス152bは、各GPS衛星12a等(図1参照)の精密な軌道を示す情報である。例えば、GPS衛星12aのエフェメリス152bを取得するためには、GPS衛星12aからの信号G1を受信し、デコードして取得する必要がある。
端末20は、衛星軌道情報152を、測位のために使用する。
具体的には、制御部100は、アルマナック152aを参照して、現在時刻において観測可能なGPS衛星12a等を判断し、観測可能なGPS衛星12a等からの電波S1等を受信する。このとき、基準となる自己位置は、例えば、基地局40の位置を使用する。端末20は、基地局40の位置を示す情報を、通信中の基地局40から取得することができる。
端末制御部100は、例えば、GPS衛星12aについてのコードフェーズCPm1、GPS衛星12bについてのコードフェーズCPm2、GPS衛星12cについてのコードフェーズCPm3、GPS衛星12dについてのコードフェーズCPm4を算出する。
端末制御部100は、コードフェーズCPm1等を示すコードフェーズ情報154を第2記憶部150に格納する。なお、コードフェーズCPm1等を総称して端末コードフェーズCPmと呼ぶ。
基地局コードフェーズCPbは、端末20が受信している電波S1等がマルチパスである場合に、基地局40によって提供される情報である。
端末制御部100は、基地局コードフェーズCPbを示す補正情報156を第2記憶部150に格納する。
図6に示すように、端末制御部100は、例えば、GPS衛星12cについてのみki基地局コードフェーズCPb3を受信した場合には、GPS衛星12a,12b及び12dについては端末20が算出したコードフェーズCPm1,CPm2及びCPm4を使用する。そして、GPS衛星12cについては、コードフェーズCPm3の替わりに基地局コードフェーズCPb3を使用する。
端末制御部100は、コードフェーズCPm1,CPm2,CPm4及び、CPfを使用して現在位置を測位し、測位位置Pを算出する。
端末制御部100は、算出した測位位置Pを示す測位位置情報158を第2記憶部150に格納する。
図7は、基地局40の主なソフトウエア構成を示す概略図である。
図7に示すように、基地局40は、各部を制御する制御部200、図4の通信装置54に対応する通信部202、GPS装置56に対応するGPS部204、表示装置58に対応する表示部206、時計60に対応する計時部208等を有する。
基地局40は、また、各種プログラムを格納する第1記憶部210、各種情報を格納する第2記憶部250を有する。
具体的には、制御部200は、端末20に対して特定のフレーム(基地局フレームと呼ぶ)を送信し、その基地局フレームに対応して端末20が送信したフレーム(端末フレームと呼ぶ)を受信する。そして、特定の基地局フレームの送信時刻と、その基地局フレームに対応する端末フレームの受信時刻を計時部208によって計測することで、RTTを算出する。
このように、制御部200は、通信電波が基地局40と端末20との間を往復する往復時間(RTT)を算出する構成となっている。
制御部200は、算出したRTTを示すRTT情報254を第2記憶部250に格納する。
時間閾値αは、制御部200が、端末20が基地局40の通信可能エリア(セルとも呼ぶ)内に位置し、かつ、基地局40と十分に近い距離にあるとみなすことができる時間として規定されている。言い換えると、時間閾値αによって規定される時間範囲は、基地局40と端末20の位置が、ほぼ同一であるとみなすことができる程度に近接している場合の時間範囲として規定される。
RTTが0.7マイクロ秒(μs)であれば、基地局40から端末20へ通信電波が到達するための時間は、その2分の1の0.35マイクロ秒(μs)である。そして、通信電波は光速(約299792.456(m/ms))で伝播するから、基地局40と端末20との距離は、約105メートル(m)である。この距離は、後述のように、基地局40が算出したコードフェーズと端末20が算出したコードフェーズを比較して、端末20が算出したコードフェーズがマルチパスの影響を受けていると判断した場合には、基地局40が算出したコードフェーズを端末20に送信し、端末20は基地局40が算出したコードフェーズを測位に使用することが妥当な距離として規定する。
衛星信号受信プログラム216の内容は、上述の端末20の衛星信号受信プログラム112(図5参照)と同様である。
制御部200は、例えば、GPS衛星12aについてのコードフェーズCPb1、GPS衛星12bについてのコードフェーズCPb2、GPS衛星12cについてのコードフェーズCPb3、GPS衛星12dについてのコードフェーズCPb4を算出する。
RTTが予め規定した時間閾値α以下であれば、基地局40と端末20との距離は、極めて短いから、基地局40は端末20がコードフェーズの算出に使用したGPS衛星12a等とほぼ同じGPS衛星12a等から電波S1等を受信し、コードフェーズを算出することができる。
ここで、基地局40の電波S1等の受信環境は、オープンスカイであり、電波S1等の受信状態は良好であるから、コードフェーズCPb1等は、マルチパスの影響を受けておらず、極めて精度が高い。なお、コードフェーズCPb1等を総称してコードフェーズCPbと呼ぶ。
制御部200は、コードフェーズCPb1等を示すコードフェーズ情報258を第2記憶部250に格納する。
制御部200は、受信した端末コードフェーズ情報154を、端末コードフェーズ情報258として、第2記憶部250に格納する。
図8は、コードフェーズの比較を概念的に示している。
制御部200は、各GPS衛星12a等ごとに、差分CPdifを算出する。例えば、GPS衛星12aについての基地局コードフェーズCPb1と、GPS衛星12aについての端末コードフェーズCPm1との差分を算出する。そして、図8に示すように、差分CPdifを、c1チップ(chip)、c2チップというチップ単位で算出する。このチップは、C/Aコードを構成する基礎単位である。
制御部200は、算出した差分CPdifを示すコードフェーズ差分情報260を第2記憶部250に格納する。
閾値β以上は、差分範囲の一例である。コードフェーズ差分評価プログラム224と制御部200は、差分評価手段の一例である。
制御部200は、上述のRTT評価プログラムによって、RTTが時間閾値α以下であると判断した場合に、上述の衛星信号受信プログラム216、コードフェーズ算出プログラム218、端末コードフェーズ受信プログラム220、コードフェーズ差分算出プログラム222及びコードフェーズ差分評価プログラム224に基づいて、動作するようになっている。
上述のように、基地局40は、RTTが閾値α以下か否かを判断することができる。このため、基地局40は、端末20が、基地局40の通信領域(セル)内にあることだけではなくて、基地局40に近接した位置にあるか否かを認識することができる。
そして、基地局40は、基地局40が算出したコードフェーズCPbと端末コードフェーズCPmとの差分CPdifを算出することができる。ここで、基地局40と端末20が近接している場合であっても、双方の真の位置は異なるのが通常であるから、差分CPdifには、真の位置の相違による差分と、マルチパス以外による誤差による差分と、マルチパスによる誤差による差分が含まれる。
そして、基地局40は、差分CPdifが閾値β以上か否かを判断した場合に、基地局40が算出したコードフェーズCPbを端末20に送信することができる。
上述のように、基地局40は、端末20が基地局40に近接した位置にあるか否かを認識することができるから、端末20が基地局40に極めて近接した位置にあるという条件を満たし、かつ、差分CPdifが閾値β以上であると判断した場合に、基地局コードフェーズCPb1等を端末20に送信することができる。端末20が基地局40に極めて近接した位置にあるという条件を満たせば、端末コードフェーズCPmがマルチパスの影響を受けていないとすれば、基地局コードフェーズCPbとほぼ同一のはずである。このため、端末20が、基地局コードフェーズCPbを測位に使用することは妥当である。また、端末20がマルチパスの信号を使用して算出した端末コードフェーズCPmを使用するのではなくて、近接する基地局40が算出した基地局コードフェーズCPbを測位に使用することは妥当である。すなわち、端末20の測位精度が向上する可能性が大きい。
これにより、基地局40は、基地局40と通信可能な端末20に対して、基地局コードフェーズCPbを使用することが妥当である条件を満たした場合にのみ、基地局コードフェーズCPbを提供することができる。
図9は測位システム10の動作例を示す概略フローチャートである。
まず、基地局40が、端末20との間のRTTを算出する(図9のステップST1)。このステップST1は、伝播時間算出ステップの一例である。
基地局40は、RTTが時間閾値α以下であると判断すると、電波S1等を受信する(ステップST3)。このステップST3は、衛星信号受信ステップの一例である。
続いて、基地局40は、コードフェーズCPbを算出する(ステップST4)。このステップST4は、コードフェーズ算出ステップの一例である。
続いて、基地局40は、コードフェーズ差分CPdifを算出する(ステップST6)。このステップST6は、差分算出ステップの一例である。
基地局40は、少なくとも1つのコードフェーズCPdifが閾値β以上であると判断した場合には、端末20に、対応するGPS衛星12a等についての基地局コードフェーズCPb1等を送信する(ステップST8)。このステップST8は、補正値送信ステップの一例である。
続いて、端末20は、測位を行う(ステップST130。ステップST10において、端末20は、基地局コードフェーズCPbを受信したGPS衛星については基地局コードフェーズCPbを使用し、基地局コードフェーズCPbを受信していないGPS衛星については端末コードフェーズCPmを使用して測位を行う。
続いて、端末20は、測位位置Pを出力する(ステップST11)。
そして、基地局40は、上述のステップST7において,閾値β以上のコードフェーズ差分CPdifが存在しない場合にも、端末20に対して、基地局コードフェーズCPbを送信しない旨の通知を行う。
そして、端末20は、基地局コードフェーズCPbを受信したGPS衛星については基地局コードフェーズCPbを使用し、基地局コードフェーズCPbを受信していないGPS衛星については端末コードフェーズCPmを使用することによって、精度よく測位を行うことができる。
コンピュータに上述の動作例の伝播時間算出ステップと、伝播時間評価ステップと、衛星信号受信ステップと、コードフェーズ算出ステップと、測位側コードフェーズ受信ステップと、差分算出ステップと、差分評価ステップと、補正値装置ステップ等を実行させるための通信基地局の制御プログラムとすることができる。
また、このような通信基地局の制御プログラム等を記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体等とすることもできる。
本実施の形態とは異なり、基地局40の制御部200は、RTT情報254(図7参照)とコードフェーズ情報256を端末20に送信し、端末20がコードフェーズ差分CPdifを算出するようにしてもよい。
Claims (5)
- 測位衛星からの衛星信号を使用して測位する測位装置と通信可能な通信基地局であって、
前記測位装置との間を通信電波が伝播する伝播時間を算出する伝播時間算出手段と、
前記伝播時間が予め規定した時間許容範囲内か否かを判断する伝播時間評価手段と、
前記衛星信号の第1のコードフェーズを算出する第1コードフェーズ算出手段と、
前記測位装置が算出した前記衛星信号の第2のコードフェーズを受信する第2コードフェーズ受信手段と、
前記伝播時間が前記時間許容範囲内であり、且つ、前記第1のコードフェーズおよび前記第2のコードフェーズの差分値が、前記第2のコードフェーズがマルチパスの影響を受けている条件として予め規定された所定の値以上である場合に、前記第1のコードフェーズを前記測位装置に送信し、前記伝播時間が前記時間許容範囲内でない場合、又は、前記差分値が前記所定の値未満の場合には、前記第1のコードフェーズを送信しない旨の通知を前記測位装置に送信する第1コードフェーズ送信手段と、
を有する通信基地局。 - 請求項1に記載の通信基地局であって、
前記所定の値は、前記通信基地局および前記測位装置の間の距離と、前記第2のコードフェーズの算出誤差とに基づく値である、
通信基地局。 - 測位衛星からの衛星信号を使用して測位する測位装置と通信可能な通信基地局の制御方法であって、
前記測位装置との間を通信電波が伝播する伝播時間を算出することと、
前記伝播時間が予め規定した時間許容範囲内か否かを判断することと、
前記衛星信号の第1のコードフェーズを算出することと、
前記測位装置が算出した前記衛星信号の第2のコードフェーズを受信することと、
前記伝播時間が前記時間許容範囲内であり、且つ、前記第1のコードフェーズおよび前記第2のコードフェーズの差分値が、前記第2のコードフェーズがマルチパスの影響を受けている条件として予め規定された所定の値以上である場合に、前記第1のコードフェーズを前記測位装置に送信し、前記伝播時間が前記時間許容範囲内でない場合、又は、前記差分値が前記所定の値未満の場合には、前記第1のコードフェーズを送信しない旨の通知を前記測位装置に送信することと、
を含む通信基地局の制御方法。 - 測位衛星からの衛星信号を使用して測位する測位装置と通信可能な通信基地局の制御プログラムであって、前記通信基地局が有するコンピュータに、
前記測位装置との間を通信電波が伝播する伝播時間を算出する機能と、
前記伝播時間が予め規定した時間許容範囲内か否かを判断する機能と、
前記衛星信号の第1のコードフェーズを算出する機能と、
前記測位装置が算出した前記衛星信号の第2のコードフェーズを受信する機能と、
前記伝播時間が前記時間許容範囲内であり、且つ、前記第1のコードフェーズおよび前記第2のコードフェーズの差分値が、前記第2のコードフェーズがマルチパスの影響を受けている条件として予め規定された所定の値以上である場合に、前記第1のコードフェーズを前記測位装置に送信し、前記伝播時間が前記時間許容範囲内でない場合、又は、前記差分値が前記所定の値未満の場合には、前記第1のコードフェーズを送信しない旨の通知を前記測位装置に送信する機能と、
を実現させる通信基地局の制御プログラム。 - 測位衛星からの衛星信号を使用して測位する測位装置および前記測位装置と通信可能な通信基地局を用いる測位方法であって、
前記通信基地局が、前記測位装置との間を通信電波が伝播する伝播時間を算出することと、
前記通信基地局が、前記伝播時間が予め規定した時間許容範囲内か否かを判断することと、
前記通信基地局が、前記衛星信号の第1のコードフェーズを算出することと、
前記測位装置が、前記衛星信号の第2のコードフェーズを算出することと、
前記測位装置が、前記第2のコードフェーズを前記通信基地局に送信することと、
前記通信基地局が、前記第2のコードフェーズを受信することと、
前記通信基地局が、前記伝播時間が前記時間許容範囲内であり、且つ、前記第1のコードフェーズおよび前記第2のコードフェーズの差分値が、前記第2のコードフェーズがマルチパスの影響を受けている条件として予め規定された所定の値以上である場合に、前記第1のコードフェーズを前記測位装置に送信し、前記伝播時間が前記時間許容範囲内でない場合、又は、前記差分値が前記所定の値未満の場合には、前記第1のコードフェーズを送信しない旨の通知を前記測位装置に送信することと、
前記測位装置が、前記第1のコードフェーズを受信することと、
前記測位装置が、前記第1のコードフェーズを用いて測位を行うことと、
を含む測位方法。
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