JP4863966B2 - 移動無線局の位置を決定する測位システム、プログラムおよび位置決定方法 - Google Patents

移動無線局の位置を決定する測位システム、プログラムおよび位置決定方法 Download PDF

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Description

本発明は、移動無線端末の測位に関し、特に、例えば博物館、遊園地のような入場者が中を移動する場所および施設における彼らの携帯する移動無線端末の位置の決定に関する。
アクセス・ポイント(基地局)によって移動電話機の位置を決定してその電話機にその電話機の位置を伝えることは既知である。移動電話およびPHSで用いられている方法では、その電話機に最も近いアクセス・ポイントの位置によってその電話機の位置が決定される。その測位の精度または分解能は、PHSでは約100m〜約200mであり、移動電話では約800m以上である。
PHSで用いられている別の方法では、複数のアクセス・ポイントによって、移動電話機からの受信RF信号強度に従ってその電話機の位置が決定される。その測位精度は、約40m〜約70mである。
三角測量法に基づいて複数のアクセス・ポイントから移動無線端末までのRF信号の伝播時間に従ってその端末の位置を決定することは知られている。その測位精度は約10m〜約20mである。
しかし、RF信号の強度および伝送時間から位置を決定するそのような方法は、障害物のない小さな領域では有効であろうが、一般的には、ビルや壁によるマルチパス等の影響で電波環境が変化しやすく、機器および端末に応じた検出のばらつきが大きいので測位精度が低い。
GPS(global positioning system、汎地球測位システム)を利用して移動無線端末の位置を決定することは既知である。GPSのみを利用する方法では、測位精度は約30m〜約100mである。補助システムとともにGPSを利用する別の方法では、基準局で測定された位置情報に従ってGPSによるその移動無線端末の推定位置が補正される。その測位精度は約5m〜約50mである。これらの方法は、信号処理が複雑であり、GPS衛星の運用組織の意向によって任意の時点で精度が低下させられる可能性がある。また、GPSは、屋内およびビルの間において測位の精度が低い。
ゲルナーによって1995年2月16日付けで公開されたPCT出願公開公報WO95/04943号には、自走車両の追跡のためのモノパルス方位レーダ・システムが記載されている。このシステムは、自走車両に対する先行車の距離と角度から先行車の位置を決定する。このシステムは、移動端末の位置を決定するものではない。
国際公開公報WO95/04943号
加後によって1996年4月2日付けで公開された日本の特開平8−86864号公報(A)には、ETC(Electronic Toll Collection)システムにおいて、1レーンを4つのエリアに分け、異なる指向性の4つのアンテナからの受信信号を合成して、各エリアにおける進入車両の有無を検出することが記載されている。このシステムは、より広い範囲を高い精度でカバーするためには多数の小さなエリアと多数のそれぞれのアンテナが必要である。
特開平8−86864号公報
玉置、他によって1994年8月12日付けで公開された日本の特開平6−222124号公報(A)には、指向性アンテナを用いて、移動体から送信されたRF信号の実際の受信強度パターンを予め求めてある受信強度パターンとマッチングさせてその移動体の位置を決定することが記載されている。そのアンテナのサイズは比較的大きく、そのアンテナの指向性の制御には大きな装置が必要である。
特開平6−222124号公報
本発明の目的は、比較的狭い領域において移動無線端末の位置をより正確に決定することである。
本発明の別の目的は、移動無線端末の位置を決定するためのより簡単でより小さな構成を実現することである。
発明の概要
本発明の1つの特徴によれば、それぞれの位置が既知である少なくとも第1、第2および第3の基準無線局と、移動無線局とを含み、前記移動無線局の位置を決定する測位システムにおいて、前記移動無線局は、2つのアンテナと、前記2つのアンテナによって前記第1、第2および第3の基準無線局から受信したRF信号の位相差を検出し、その際、前記2つのアンテナからの2つの受信信号を2値化してラッチ手段を用いて前記2値化した2つの受信信号の一方の受信信号のタイミングでその他方の受信信号のレベルを判定して前記受信したRF信号の位相差が正かまたは負かを判定する検出手段と、前記受信したRF信号の前記位相差を変換して前記移動無線局における前記2つのアンテナの位置に対する所定の方向であって前記第1、第2および第3の基準無線局に対する任意の基準方向に対する前記受信したRF信号の入射の角度方向を測定する測定手段と、前記受信したRF信号に含まれる送信データから送信元識別情報を抽出する抽出手段と、前記第1の基準無線局の位置を表す第1のデータ、前記第2の基準無線局の位置を表す第2のデータおよび前記第3の基準無線局の位置を表す第3のデータを前記記憶手段に格納する記憶手段と、前記測定手段によって測定された前記任意の基準方向に対する前記第1の基準無線局の角度方向の第1の角度を表す情報および前記抽出手段によって抽出された前記第1の基準無線局の送信元識別情報の組を含む第4のデータ、前記測定手段によって測定された前記任意の基準方向に対する前記第2の基準無線局の角度方向の第2の角度を表す情報および前記抽出手段によって抽出された前記第2の基準無線局の送信元識別情報の組を含む第5のデータ、前記測定手段によって測定された前記任意の基準方向に対する前記第3の基準無線局の角度方向の第3の角度を表す情報および前記抽出手段によって抽出された前記第3の基準無線局の送信元識別情報の組を含む第6のデータを前記記憶手段に格納し、前記第1、第2および第3の基準無線局の前記第1、第2および第3のデータを決定し、前記記憶手段に格納された前記第1、第2、第3、第4、第5および第6のデータを、前記移動無線局および第1、第2および第3の基準無線局のそれぞれの位置の幾何学的関係に基づいて処理し、前記移動無線局の位置における前記任意の基準方向に対する前記第1の基準無線局の位置の前記第1の角度、前記第2の基準無線局の位置の前記第2の角度および前記第3の基準無線局の位置の前記第3の角度に基づいて前記移動無線局の位置を決定する処理手段と、を具えている。
本発明の別の特徴によれば、それぞれの位置が既知である少なくとも第1、第2および第3の基準無線局と、移動無線局と、前記移動無線局の位置を決定する機能を有するノード装置と、を含み、前記移動無線局の位置を決定する測位システムにおいて、前記移動無線局は、2つのアンテナと、前記2つのアンテナによって前記第1、第2および第3の基準無線局から受信したRF信号の位相差を検出し、その際、前記2つのアンテナからの2つの受信信号を2値化してラッチ手段を用いて前記2値化した2つの受信信号の一方の受信信号のタイミングでその他方の受信信号のレベルを判定して前記受信したRF信号の位相差が正かまたは負かを判定する検出手段と、前記受信したRF信号の前記位相差を変換して前記移動無線局における前記2つのアンテナの位置に対する所定の方向であって前記第1、第2および第3の基準無線局に対する任意の基準方向に対する前記受信したRF信号の入射の角度方向を測定する測定手段と、前記受信したRF信号に含まれる送信データから送信元識別情報を抽出する抽出手段と、前記測定手段によって測定された前記任意の基準方向に対する前記第1の基準無線局の角度方向の第1の角度を表す情報および前記抽出手段によって抽出された前記第1の基準無線局の送信元識別情報の組を含む第1のデータ、前記測定手段によって測定された前記任意の基準方向に対する前記第2の基準無線局の角度方向の第2の角度を表す情報および前記抽出手段によって抽出された前記第2の基準無線局の送信元識別情報の組を含む第2のデータ、および前記測定手段によって測定された前記任意の基準方向に対する前記第3の基準無線局の角度方向の第3の角度を表す情報および前記抽出手段によって抽出された前記第3の基準無線局の送信元識別情報の組を含む第3のデータを生成して送信する処理手段と、を具えている。前記ノード装置は、前記第1の基準無線局の位置を表す第4のデータ、前記第2の基準無線局の位置を表す第5のデータおよび前記第3の基準無線局の位置を表す第6のデータを格納する記憶手段と、前記移動無線局から受信した前記第4のデータ、前記第5のデータおよび前記第6のデータを前記記憶手段に格納し、前記第1、第2および第3の基準無線局の前記第1、第2および第3のデータを決定し、前記記憶手段に格納された前記第1、第2、第3、第4、第5および第6のデータを、前記移動無線局および第1、第2および第3の基準無線局のそれぞれの位置の幾何学的関係に基づいて処理し、前記移動無線局の位置における前記任意の基準方向に対する前記第1の基準無線局の位置の前記第1の角度、前記第2の基準無線局の位置の前記第2の角度および前記第3の基準無線局の位置の前記第3の角度に基づいて前記移動無線局の位置を決定する処理手段と、を具えている。
また、本発明は、上述の測位システムを実現するためのプログラムに関する。
また、本発明は、上述の測位システムを実現するための方法に関する。
発明の効果
本発明によれば、比較的狭い領域において移動無線端末の位置をより正確に決定でき、移動無線端末の位置を決定するためのより簡単でより小さな構成を実現できる。
図面において同じ要素には同じ参照番号が付されている。
図1は、本発明による、例えば博物館、遊園地のような入場者が中を移動する場所および施設において、屋内および/または屋外の複数のエリア62および64等において彼らが携帯する移動無線端末または局260および280の位置を決定するシステムの概略的構成を示している。各エリアの移動無線端末に情報を提供しその端末から情報を収集するサーバ110と、各エリア内の移動無線端末の位置を決定する位置決定装置120と、位置が固定されたアクセス・ポイント(基地局)200とが、有線ローカル・エリア・ネットワーク(LAN)50を介して接続されている。アクセス・ポイント200は、位置基準としての基準無線局でもある。サーバ110、位置決定装置120およびアクセス・ポイント200等は、地理的に互いに離して配置されていてもよく、公衆電話網または専用回線等を介して互いに接続されていてもよい。
サーバ110はプロセッサ112および記憶装置114を有する。プロセッサ112は記憶装置114に格納されているサーバ機能用のアプリケーション・プログラムに従って動作する。代替構成として、そのサーバ機能はプロセッサ112においてハードウェアの形態で実装されていてもよい。位置決定装置120はプロセッサ122および記憶装置124を有する。プロセッサ122は、記憶装置124に格納されている位置決定機能用のアプリケーション・プログラムに従って動作する。代替構成として、その位置決定機能はプロセッサ122においてハードウェアの形態で実装されていてもよい。但し、位置決定装置120を設けることなく、後で説明するように、その位置決定機能をサーバ110、アクセス・ポイント、他の基準無線局または移動無線端末のような別の装置で実行してもよい。
入場者は、移動無線端末260および280等を携帯して、屋内および/または屋外にあるエリア62およびエリア64に入りその中を移動しそこから出る。従って、移動無線端末260および280は、エリア62およびエリア64を含む屋内および/または屋外の領域を移動する。移動無線端末260および280の各々は、アクセス・ポイント200を介してサーバ110と通信してサーバ110から現在のその端末の位置に適する案内情報を受信してそれを視覚的にまたは音響的に表示する。
アクセス・ポイント200と、基準無線局220、230および240とが、エリア62およびエリア64をカバーする。基準無線局220、230および240は、無線でアクセス・ポイント200と通信しアクセス・ポイント200を介して互いに通信してもよい。代替構成として、基準無線局220、230および240は有線でLAN50に接続されていてもよい。その場所または施設における基準無線局200、220、230および240の位置A(x,y)、B(x,y)、C(x,y)およびD(x,y)は既知であるものとする。基準無線局220、230および240はその位置が固定されていることが好ましいが、その基準無線局は測位に影響を与えないときに位置が移動されるものであってもよい。
基準無線局200、220、230および240の各々は測位のための少なくとも1つのアンテナを有する。移動無線端末260および280の各々は測位のための少なくとも2つのアンテナを有する。基準無線局200、220、230および240および移動無線端末260および280は通信ノードである。基準無線局200、220、230および240の各々は移動無線端末260および280にその端末の位置(x,y)を決定するためのRF信号(電波)を送信する。その端末の位置(x,y)は、後で説明するように、移動無線端末260および280の各々によって受信されたそれらのRF信号に従って決定または検出される。
図2は、図1のシステムの変形であって、本発明による、屋内または屋外の複数のエリア62および64等において移動無線端末262および282の位置を決定する別のシステムの概略的構成を示している。サーバ110と、位置決定装置120と、位置が固定されたアクセス・ポイント202とが有線LAN50を介して接続されている。アクセス・ポイント202は基準無線局でもある。
移動無線端末262および282は、エリア62およびエリア64を含む屋内および/または屋外の領域を移動する。移動無線端末262および282の各々は、アクセス・ポイント202を介してサーバ110と通信してサーバ110から現在のその端末の位置に適する案内情報を受信してそれを視覚的にまたは音響的に表示する。
アクセス・ポイント202と、基準無線局222、232および242とが、エリア62およびエリア64をカバーする。基準無線局222、232および242は、無線でアクセス・ポイント202と通信しアクセス・ポイント202を介して互いに通信してもよい。基準無線局222、232および242は有線でLAN50に接続されていてもよい。その場所または施設における基準無線局202、222、232および242の位置A、B、CおよびDは既知であるものとする。基準無線局222、232および242はその位置が固定されていることが好ましいが、その基準無線局は測位に影響を与えないときに位置が移動されるものであってもよい。
基準無線局202、222、232および242の各々は測位のための少なくとも2つのアンテナを有する。移動無線端末262および282の各々は測位のための少なくとも1つのアンテナを有する。基準無線局202、222、232および242および移動無線端末262および282は通信ノードである。移動無線端末262および282の各々は基準無線局202、222、232および242にその端末の位置(x,y)を決定するためのRF信号を送信する。その端末の位置(x,y)は、後で説明するように、基準無線局202、222、232および242によって受信されたそのRF信号に従って決定される。
図3は、図1に示されている少なくとも1つのアンテナを有する基準無線局200、220、230および240、および図2に示されている少なくとも1つのアンテナを有する移動無線端末262および282を表す通信ノード300の概略的な装置構成を示している。ノード300は、アンテナ351、アンテナ351に結合された周波数変換器353、周波数変換器353に結合された変復調器355、変復調器355に結合された信号処理器370、およびROM、RAM等を含むメモリ372を有する。メモリ372は、処理器370用のプログラムおよびデータを格納する。
図1のアクセス・ポイント200の信号処理器370はLAN50に接続されている。基準無線局220、230および240の信号処理器370は、無線でアクセス・ポイント200の信号処理器370と通信しアクセス・ポイント200を介して互いに通信してもよい。代替構成として、基準無線局220、230および240の信号処理器370は有線でLAN50に接続されていてもよい。図2の移動無線局262および282の信号処理器370は無線でアクセス・ポイント200と通信する。
信号処理器370は、送信データと通信のための制御信号とを変復調器355に供給し、受信データと通信のための制御信号とをそれから受け取る。それらの制御信号は、信号処理器370を介して、サーバ110または位置決定装置120に送信されまたはそれから受信されるものであってもよい。送信データは送信元ID(識別子)を含んでいる。変復調器355によって送信データで変調されたキャリア信号は周波数変換器353でアップコンバートされてアンテナ351を介してRF信号として送信される。一方、アンテナ351によって受信されたRF信号は周波数変換器353で中間周波数(IF)にダウンコンバートされて変復調器355に供給され、そのダウンコンバートされた信号が変復調器355で復調されて受信データが生成され、その受信データが信号処理器370に供給される。
図4は、図1に示されている少なくとも2つのアンテナを有する移動無線端末260および280、および図2に示されている少なくとも2つのアンテナを有する基準無線局202、222、232および242を表す通信ノード400の概略的な装置構成を示している。ノード400は、2つのアンテナ411および451、アンテナ411および451にそれぞれ結合された周波数変換器413および453、周波数変換器413および453に結合された位相差検出器415、周波数変換器413および453に結合された変復調器455、変復調器455に結合されたID検出器457、信号処理器470、およびROM、RAM等を含むメモリ472を有する。信号処理器470は、位相差検出器415、変復調器455およびID検出器457に結合されている。メモリ472は、処理器470用のプログラムおよびデータを格納する。代替構成として、ID検出器457を設けることなく、検出器457のID検出機能を信号処理器470で行ってもよい。
図1の移動無線局260および280の信号処理器470は無線でアクセス・ポイント200と通信する。図2の基準無線局222、232および242の信号処理器470は、無線でアクセス・ポイント202の信号処理器470と通信しアクセス・ポイント202を介して互いに通信する。代替構成として、基準無線局222、232および242の信号処理器370は有線でLAN50に接続されていてもよい。
図4のノード400は、測位のために、図3のノード300からの送信RF信号をアンテナ411および451を介して受信する。ノード400としての図1の移動無線端末260および280の各々は、ノード300としての図1の基準無線局200、220、230および240からの異なる送信RF信号をぞれぞれ受信する。ノード400としての図2の基準無線局202、222、232および242は、ノード300としての図2の移動無線端末262および282からの異なる送信RF信号を受信する。
信号処理器470によって生成された送信データは変復調器455に供給され、変復調器455によって送信データで変調されたキャリアの信号は、周波数変換器413または453によってアップコンバートされて、アンテナ411または451を介してRF信号としてノード300に送信される。
アンテナ411および451を介して受信されたノード300からのRF信号はそれぞれの周波数変換器413および453で中間周波数(IF)にダウンコンバートされ、そのダウンコンバートされた受信信号は共に位相差検出器415に供給される。代替構成として、それぞれの周波数変換器413および453におけるダウンコンバート前の受信RF信号が共に位相差検出器415に供給されてもよい。周波数変換器413および453からのそのダウンコンバートされた両受信信号の一方または双方が変復調器455にも供給される。その両信号が変復調器455に供給されたときは、変復調器455によってその一方の信号上の受信データが選択されるかまたは良好な復調が行えるように双方が合成されるようにする。
図5は、ID検出器457によって検出された送信元IDとノード400の位相差検出器415によって検出された受信RF信号の位相差とに従って移動無線端末の位置を決定するためのフロー図を示している。その位置の決定は、対応する記憶装置124、114、472または372に格納されたプログラムに従って、位置決定装置120、サーバ110、ノード400またはノード300のプロセッサ122、112、470または370によって実行される。
図5のステップ501において、そのプロセッサ122、112、470または370は、送信元IDと受信RF信号の位相差を取得する。ステップ503において、その処理器は、その送信元IDと位相差から移動無線端末と基準ノードの間の相対的角度方向を求める。ステップ505において、処理器は、基準ノードの既知の位置、その送信元IDおよびその相対的角度方向からその移動無線端末の位置を決定する。
図6A〜6Dは、変復調器455によって復調された受信データDATA、DATAおよびDATA、位相差検出器415によって検出された位相差PDΔφ、ΔφおよびΔφ、位置決定用の角度方向データのフレーム、および決定された移動無線端末IDT1の位置データ(x,y)の関係を示している。
図4をも参照すると、変復調器455によって生成された図6Aの受信データDATA、DATAおよびDATAは信号処理器470に供給される。各ノード300からのその受信データはそのノード300の送信元IDを含んでいる。その受信データDATA、DATAおよびDATAは、図1の基準無線局200、220、230および240または図2の移動無線端末262および282等の送信元ID ID、IDおよびIDをそれぞれ含んでいる。その受信データDATA、DATAおよびDATAはID検出器457にも供給され、ID検出器457はその受信データ中の送信元ID ID、IDおよびIDを検出し抽出して信号処理器470に供給する。後で説明するような形で位相差検出器415によって検出された図6Bの位相差PDΔφ、ΔφおよびΔφは信号処理器470に供給される。
通信ノード400の信号処理器470は、位相差PDに基づいて移動無線端末260および280の角度方向を求め、その求めた角度方向を送信元IDと組み合わせて別のノードまたは装置に送信する。位相差からの角度方向の計算は、後で説明するような形態で位相差検出器415によって行われてもよい。図6Dに示されているように、図6Cの送信元IDと角度方向の組のフレームに従って、後で説明するようにして移動無線端末(IDT1)の位置(x,y)が決定される。送信元IDと角度方向の組(ID,θ)、(ID,θ)および(ID,θ)は、図6Dに示された移動無線端末の位置の決定のために、他の装置に、好ましくは位置決定装置120に送信される。その決定された位置は、その移動無線端末における利用のためにその移動無線端末に送信されてもよい。代替構成として、図1の移動無線端末260または280において、それらの角度方向の組を別の装置に送信せずに、その移動無線端末の位置を自己の信号処理器470で決定してもよい。
上述のように、ノード400の信号処理器470は図6Cの送信元IDと角度方向のフレームを別のノードに送信し、図6Dに示された位置の決定はその別のノードまたは装置で実行すればよい。例えば、信号処理器470が、そのフレームをアクセス・ポイント200または202およびLAN50を介して位置決定装置120に送信し、位置決定装置120がそれらのフレームに基づいてその位置を決定してもよい。例えば、信号処理器470が、そのフレームをアクセス・ポイント200または202およびLAN50を介してサーバ110に送信し、サーバ110はそれらの受信フレームに基づいてその位置を決定してもよい。例えば、信号処理器470が、そのフレームを1つの通信ノード300に送信し、通信ノード300の信号処理器370はその受信フレームに基づいてその位置を決定してもよい。例えば、アクセス・ポイント200または202の信号処理器370または470が、それらのフレームを他のノードから収集してそれらの受信フレームに基づいてその位置を決定してもよい。その位置の決定を移動無線端末240、260、242および262以外の装置で実行すれば、その移動無線端末における処理負荷を軽減できる。
代替構成として、ノード400の信号処理器470は、送信元IDと位相差PDの組(ID,Δφ)、(ID,Δφ)および(ID,Δφ)をそれぞれ含むフレーム(図示せず)をそれぞれ生成してその別のノードに送信してもよい。その角度方向および位置は、その別のノードまたは装置において、その受信した送信元IDと位相差PDに従って決定される。
基準無線局と移動無線端末の間の通信、従って通信ノード300および400の通信ユニットは、典型的には近距離無線通信規格、例えばブルートゥース規格または無線LAN規格に従う。ブルートゥース規格では、ISM帯と呼ばれる2.4GHz帯域(2.402〜2.480GHz)が使用され、パワー・クラス1〜3(1mW、2.5mW、100mW)が規定されており、そのクラスに応じて約10m〜約100mの範囲の近距離通信が可能である。その規格ではGFSK変調および周波数ホッピング方式が使用される。例えばIEEE802.11による無線LAN規格では、使用周波数2.4GHz帯(2.40〜2.497GHz)において、スペクトラム直接拡散方式およびDBPSK変調またはDQPSK変調で、または周波数ホッピング方式およびGFSK変調で通信を行う。
図7Aは、図1のシステムにおける各エリア内の1つの移動無線端末Tに対する3つの基準ノードまたは基準無線局A、BおよびCのそれぞれの求められた角度方向θ、θおよびθに従ってその端末Tの位置(x,y)を決定する方法を説明するのに役立つ。3つの基準ノードA、BおよびCの位置は既知である。
図7Aにおいて、移動無線端末Tが、後で説明するようにして決定された基準角度方向(角度の基準方向)または方位Rを持っているものとする。移動無線端末Tにおけるその基準方向Rと3つの基準ノードA、BおよびCとの間のそれぞれの求めた角度方向をそれぞれθ、θおよびθとする。3つの基準通信ノードA、BおよびCは図1の基準無線局200〜240のうちの3つである。基準ノードAおよびBの位置を結ぶ直線と基準ノードBおよびCの位置を結ぶ直線とがエリアの外に位置するように3つの基準ノードA、BおよびCを配置しておけば、基準ノードA、BおよびCの位置が既知であるから、求めた角度方向θ、θおよびθから移動無線端末Tの位置は一意的に決定できる。
但し、基準角度方向Rが何らかの手段で地理的に常に同じ方位を示すようにし、2つの基準ノードAおよびBの位置を結ぶ直線がエリアの外に位置するように基準ノードAおよびBを配置しておけば、端末Tにおける基準方向Rに対する2つの基準ノードの角度方向、例えばAおよびBの角度方向θおよびθから、移動無線端末Tの位置は一意的に決定できる。
図7Bは、図2のシステムにおける2つの基準ノードAおよびBに対する各エリア内の1つの移動無線端末Tのそれぞれの求められた角度方向θおよびθに従ってその端末Tの位置(x,y)を決定する方法を説明するのに役立つ。少なくとも2つの移動無線端末Tの求めた角度方向から、その移動無線端末Tの位置が決定される。2つの基準ノードAおよびBの位置は既知である。
図7Bにおいて、2つの基準通信ノードAおよびBがそれぞれの基準角度方向RおよびRを持っているものとする。2つの基準通信ノードAおよびBにおけるそれぞれの基準方向RおよびRと移動無線端末Tとの間のそれぞれの求めた角度方向をθおよびθとする。2つの基準通信ノードAおよびBは図2の基準無線局202〜242のうちの2つである。
2つの基準通信ノードAおよびBの基準角度方向RおよびRが互いに独立に(無関係に)決定されているときは、一方の基準通信ノードAにおけるその基準方向Rと他方のノードBの間の角度方向θ12と、他方の基準通信ノードBにおけるその基準方向Rと他方のノードAの間の角度方向θ21とが求められて、2つの基準通信ノードAおよびBの既知の位置と求めた角度方向θ12、θ21、θおよびθ(即ち(θ12−θ)および(θ21−θ))とから移動無線端末Tの位置が一意的に決定できる。その角度方向θ12およびθ21を求めるために、図4のノード400の形態の基準通信ノードAおよびBの各々は、図3のノード300からのRF信号と同様の、他方の基準通信ノード(400)BまたはAからその一方のアンテナ411または451を介して送信された送信元IDを含むRF信号を受信する。
一方、2つの基準通信ノードAおよびBの位置におけるそれぞれの基準角度方向または方位RとRの相対的関係が既知とし、基準ノードAおよびBの位置を結ぶ直線がエリアの外に位置するように基準ノードAおよびBを配置しておけば、2つの基準通信ノードAおよびBの位置が既知であるから、その既知の位置と基準方向RおよびRに対する求めた角度方向θおよびθから移動無線端末Tの位置は一意的に決定できる。
図8は、図4の通信ノード400の2つのアンテナANT1(411)およびANT2(451)によって受信されたRF信号またはそのRF信号上のIF信号の位相差に従ってRF信号の入射角度方向を求める手法を説明するのに役立つ。RF信号は、波長λ、例えば2.5GHz付近では約12cmを有する。アンテナANT1およびANT2は、水平な線上にあって、距離d(<λ/2)だけ離れており、例えば約3cm離れている。アンテナANT1およびANT2の双方の位置を含む直線をアンテナ基準線とする。アンテナ基準線に垂直な水平平面上の方向を基準角度方向Rとする。この基準方向Rを、図7Aおよび7Bにおける基準角度方向R、RおよびRとして用いると有利である。
図8において、通信ノード400の基準方向Rに対して水平に角度θで入射するRF信号は、アンテナANT1およびANT2によって受信されたときの行路差がd・sinθとなる。2つのアンテナANT1およびANT2の間の位相差は、Δφ=2π(d・sinθ)/λとなる。従って、基準方向Rに対するRF信号の入射角度方向はθ=Sin−1((λ/2πd)Δφ)となる。
図7Aに関連して説明したように移動無線端末Tの基準角度方向Rを地理的に常に同じ方位、例えばN極方向とする場合には、移動無線端末Tに設けることができるジャイロスコープ、コンパス等を用いて求められる基準角度方向Rに対する図8の基準角度方向Rの差によって、それぞれの求めた角度方向の値を補正すればよい。
図9は、受信RF信号に従って移動無線端末の角度方向θを求めるための処理のブロック図を示している。図9はその方向を求めるための処理のフロー図として見ることもできる。アンテナANT1 411によって受信されたRF信号は周波数変換器413でダウンコンバートされて中間周波数の信号Acos(ωt+φ)が生成される。ここで、Aは振幅、ωは角速度、φは初期位相を表す。アンテナANT2 451によって受信されたRF信号は周波数変換器453でダウンコンバートされて信号Acos(ωt+φ)が生成される。ここで、Aは振幅、ωは角速度、φは初期位相を表す。中間周波数は例えば50MHzである。代替構成として、前述のように、信号Acos(ωt+φ)およびAcos(ωt+φ)はダウンコンバート前のRF信号であってもよい。信号Acos(ωt+φ)およびAcos(ωt+φ)は位相差検出器415に供給される。
位相差検出器415において、信号Acos(ωt+φ)およびAcos(ωt+φ)は、それぞれリミッタ・アンプで形成された振幅補正器417および457によってそれぞれ振幅が補正されて正規化され、信号cos(ωt+φ)およびcos(ωt+φ)が生成される。
正規化された信号cos(ωt+φ)とcos(ωt+φ)の双方は、加算器419と減算器459に供給される。加算器419は両信号の和cos(ωt+φ)+cos(ωt+φ)=cos((φ−φ)/2)cos(ωt+(φ+φ)/2)を生成する。減算器459は両信号の差cos(ωt+φ)−cos(ωt+φ)=−sin((φ−φ)/2)sin(ωt+(φ+φ)/2)を表す信号を生成する。
その和および差の信号は2乗検波器422および462においてそれぞれ2乗され、レベル検出器424および464においてその和の2乗およびその差の2乗のレベル(大きさ)cos((φ−φ)/2)およびsin((φ−φ)/2)が求められて、除算器426に供給される。除算器426において、そのレベルに従って、sin((φ−φ)/2)/cos((φ−φ)/2)=tan((φ−φ)/2)が求められ、その平方根|tan((φ−φ)/2)|=tan(|φ−φ|/2)が求められて、位相差の絶対値|Δφ|=|φ−φ|が生成される。その位相差の絶対値|Δφ|が入射方向決定器480に供給される。レベル検出器424および464は、好ましくはA/D変換器を含んでいてディジタル信号を出力として供給する。
一方、その和の信号は、リミッタ・アンプで形成された振幅補正器434にも供給されて、その振幅が補正されて正規化されて信号cos(ωt+(φ+φ)/2))が生成される。その差の信号は、また、遅延素子442でπ/2の遅延を受け(sin((φ−φ)/2)cos(ωt+(φ+φ)/2))、それがリミッタ・アンプで形成された振幅補正器444に供給されて、その振幅が補正されて正規化されて信号sgn(φ−φ)cos(ωt+(φ+φ)/2)が得られる。ここで、x>0についてsgn(x)=+1であり、x<0についてsgn(x)=−1である。
振幅補正器434からの信号cos(ωt+(φ+φ)/2)と振幅補正器444からの信号sgn(φ−φ)cos(ωt+(φ+φ)/2)は加算器442で加算される。加算器442は、位相差φ−φ>0(ゼロ)(正)に対して値2を生成し、位相差φ−φ<0(ゼロ)に対して値0(ゼロ)(負)を生成する。加算器442の出力は、符号判定器444によって閾値処理されてそれが正(+)かまたは負(−)かが判定される。その正負の符号が、位相差(φ−φ)の符号として入射方向決定器480に供給される。
入射方向決定器480は、図8に関連して説明したような形態で、絶対位相差|Δφ|=|φ−φ|とその位相差の符号(+または−)とアンテナ間の距離dとからRF信号の入射角度方向θを求める。
代替構成として、入射方向決定器480の入射角度方向の決定の機能、または除算器426および入射方向決定器480の入射角度方向の決定の機能は、位相差検出器415ではなくて、ノード400の信号処理器470、別のノードまたは別の装置等で行ってもよい。その機能が別のノードまたは装置で行われる場合、図9においてレベル検出器424および464から除算器426へそれぞれ供給される2つのレベル信号と、符号判定器444から入射方向決定器480へ供給される符号信号とを、送信元IDと組み合わせてその別のノードまたは装置に送信し、例えばアクセス・ポイント200または202およびLAN50を介して位置決定装置120に送信するとよい。
図10は、図9のブロック図の変形であり、受信RF信号に従って移動無線端末の角度方向θを求めるための別の処理のブロック図を示している。図10もその方向を求めるための処理のフロー図として見ることもできる。図10の処理では、図9の除算器426および入射方向決定器480の代わりに入射方向決定用のROMテーブル482が設けられている。ROMテーブル482は、レベル検出器424および464からのその和の2乗およびその差の2乗のレベルcos((φ−φ)/2)およびsin((φ−φ)/2)と符号判定器444からの符号とをインデックスとして、RF信号の対応する入射方向θの値を出力として供給する。ROMテーブル482において、図8に関連して説明した式に従って、それらのインデックスと入射角度方向θの値とを関係付ける表が設けられている。
図11は、図10のブロック図の変形であり、受信RF信号から移動無線端末の角度方向θを求めるためのさらに別の処理のブロック図を示している。図11もその方向を求めるための処理のフロー図として見ることもできる。図11の処理では、図10の2乗検波器422および462およびレベル検出器424および464の代わりに、スイッチ420および430の間に2乗検波器423およびレベル検出器425が設けられている。スイッチ420は、切換制御信号で同期的に切り換えられて加算器419からの和cos((φ−φ)/2)cos(ωt+(φ+φ)/2)と、差−sin((φ−φ)/2)sin(ωt+(φ+φ)/2)とを交互に2乗検波器423およびレベル検出器425に供給する。スイッチ430は、その和の2乗とその差の2乗のレベルcos((φ−φ)/2)およびsin((φ−φ)/2)を交互にROMテーブル482に供給する。ROMテーブル482は、前述したのと同様に、RF信号の対応する入射角度方向θの値を出力として供給する。
代替構成として、図10および11において、ROMテーブル482を、位相差検出器415ではなくて、ノード400の信号処理器470、別のノードまたは別の装置等に設けて、そこで入射角度方向を決定してもよい。その入射角度方向の決定が別のノードまたは装置で行われる場合、レベル検出器424および464からまたはスイッチ430を介してレベル検出器425からROMテーブル482へ供給されるレベル信号と、符号判定器444からROMテーブル482へ供給される符号信号とを、送信元IDと組み合わせてその別のノードまたは装置に送信し、例えばアクセス・ポイント200または202およびLAN50を介して位置決定装置120に送信するとよい。
図12は、図9〜11の処理の代替構成として、受信RF信号から移動無線端末の方向を求めるための論理的処理のブロック図を示している。図12もその方向を求めるための処理のフロー図として見ることもできる。
図13A〜13Cは、絶対位相差を求めるための図12の諸信号の論理レベルを示している。図14Aおよび14Bは、位相差の符号を求めるための図12の諸信号の論理レベルを示している。
図12において、図4の周波数変換器413からの信号は2値化素子467に供給され、2値化素子467において閾値で処理されて2値信号Aが生成され、図4の周波数変換器453からの信号は2値化素子477に供給され、2値化素子477において閾値で処理されて2値信号Bが生成される。
2値化素子467からの信号Aは、排他的論理和EXOR469の一方の入力に供給される。2値化素子477からの信号Bは、EXOR469の他方の入力に供給される。EXOR469は信号Aと信号Bの排他的論理和をとってEXOR出力を供給する。図13Aおよび13Bは、信号Aの位相が信号Bの位相より進んでいるときの諸信号の関係を示している。図13Cは、信号Aの位相が信号Bの位相より遅れているときの諸信号の関係を示している。図13A〜13Cに示されているように、信号Aと信号Bの絶対位相差|Δφ|が大きくなるにしたがって、EXOR出力の各パルスの幅が大きくなる。EXOR出力の各パルスの幅は絶対位相差を表す。
EXOR469の出力は低域濾波器(LPF)472に供給され、LPF472によって濾波されて位相差がアナログ・レベルに変換される。LPF472からのアナログ信号はレベル検出器474によってそのアナログ・レベルがディジタル値として検出され、絶対位相差|Δφ|=|φ−φ|が生成される。絶対位相差|Δφ|は入射方向判定器486に供給される。
図12において、2値化素子477からの信号Bは、ラッチ素子437にも供給され、ラッチ素子437において2値化素子467からの信号Aの立ち上がり端縁(エッジ)のタイミングでラッチされる。
図14Aに示されているように、信号Aの位相が信号Bの位相より進んでいるときは、ラッチ素子437の出力は常にLレベルとなる。図14Bに示されているように、信号Aの位相が信号Bの位相より遅れているときは、ラッチ素子437の出力は常にHレベルとなる。ラッチ素子437からのHまたはLレベルを表す信号は符号判定器445に供給され、符号判定器445は、その信号がHレベルのときは正(+)の符号を入射方向判定器486に供給し、その信号がLレベルのときは負(−)の符号を入射方向決定器486に供給する。
入射方向決定器486は、図8に関連して説明したような形態で、絶対位相差|Δφ|=|φ−φ|とその位相差の符号(+または−)とアンテナ間の距離dとからRF信号の入射角度方向θを求める。入射方向決定器480は、図10と同様の、絶対位相差と符号とをインデックスとするROMテーブルを含んでいてもよい。
代替構成として、入射方向決定器486の入射角度方向の決定の機能は、位相差検出器415ではなくて、ノード400の信号処理器470、別のノードまたは別の装置等で行ってもよい。その機能が別のノードまたは装置で行われる場合、図12においてレベル検出器474から入射方向決定器486へ供給されるレベル信号と、符号判定器445から入射方向決定器486へ供給される符号信号とを、送信元IDと組み合わせてその別のノードまたは装置に送信し、例えばアクセス・ポイント200または202およびLAN50を介して位置決定装置120に送信するとよい。
図15Aおよび15Bは、複数の基準通信ノードを用いて異なる方法で端末の位置を決定する方法を説明するのに役立つ。図15Aおよび15Bにおいて、基準ノードAに対する端末Tの角度方向Dと基準ノードBに対する端末Tの角度方向Dの間の求められた角度をθABとし、基準ノードBに対する端末Tの角度方向Dと基準ノードCに対する端末Tの角度方向Dの間の求められた角度をθBCとし、基準ノードCに対する端末Tの角度方向Dと基準ノードAに対する端末Tの角度方向Dの間の求められた角度をθCAとする。
図1および2の位置決定装置120、図1および2のサーバ110、図4のノード400の信号処理器470、または図3のノード300の信号処理器370は、前述したように、送信元IDと角度方向の組(ID,θ)、(ID,θ)および(ID,θ)を取得して、移動無線端末Tの位置(x,y)を求める。
図7Aから、図1のシステムでは、3つより多い基準無線局を用いて移動無線端末の位置を決定する場合、角度方向の測定誤差によって基準無線局の異なる組み合わせに対して異なる複数の端末位置が得られることがあることが分かるであろう。図7Bから、図2のシステムでは、2つより多い基準無線局を用いて移動無線端末の位置を決定する場合、基準無線局の異なる組み合わせに対して異なる複数の端末位置が得られることがあることがわかるであろう。
図15Aにおいて、基準ノードAに対する端末Tの角度方向Dと基準ノードBに対する端末Tの角度方向Dに従って求めた端末Tの仮の位置と、基準ノードBに対する端末Tの角度方向Dと基準ノードCに対する端末Tの角度方向Dに従って求めた端末Tの仮の位置と、基準ノードCに対する端末Tの角度方向Dと基準ノードAに対する端末Tの角度方向Dに従って求めた端末Tの仮の位置とが一致しないときは、位置決定装置120、サーバ110または信号処理器470または370は、それらの求めた仮の位置の直交座標系(x,y)での平均を端末Tの適切な位置と決定する。代替構成として、それらの仮の位置を頂点とする多角形の重心を端末Tの適切な位置と決定してもよい。
図15Bにおいて、角度方向Dと角度方向Dに従って求めた端末Tの仮の位置と、角度方向Dと角度方向Dに従って求めた端末Tの仮の位置と、角度方向Dと角度方向Dに従って求めた端末Tの仮の位置とが一致しないときは、それらの求めた角度θAB、θBCおよびθCAの中の最も直角に近い1つの角度を有する仮の位置を端末Tの適切な位置と決定する。代替構成として、それらの角度θAB、θBCおよびθCAの中の最も直角に近い数個の角度を抽出し、その抽出された角度を有する仮の位置の平均を端末Tの適切な位置と決定してもよい。代替構成として、それらの角度の中の45度〜135度の範囲内のものを抽出し、その抽出された角度を有する仮の位置の平均を端末Tの適切な位置と決定してもよい。
図16は、図1における移動無線端末260および280の各々における2つのアンテナaおよびaの配置の例を示している。図16において、アンテナaおよびaは、移動無線端末260および280の上面に距離dを隔てて配置されている。アンテナaおよびaの各々は、一辺が約1cm以内のチップアンテナかまたは平面アンテナであることが好ましい。アンテナaおよびaの受信および送信RF信号強度パターンは水平の全ての方向にほぼ均一であり、アンテナaおよびaは、任意の方向の基準ノードのアンテナからのRF信号を受信できる。アンテナaおよびaは、好ましくは端末の内部に配置されており、外部に露出している必要はない。
図17Aおよび17Bは、図1における移動無線端末260および280における2つのアンテナの配置の別の例およびその受信RF信号強度パターンをそれぞれ示している。図17Aにおいて、1対のアンテナa11およびa12は、移動無線端末260および280の正面に距離dを隔てて配置されている。別の1対のアンテナa21およびa22は、移動無線端末260および280の背面に距離dを隔てて配置されている。アンテナa11、a12、a21およびa22の各々は、一辺が約1cm以内のチップアンテナかまたは平面アンテナであることが好ましい。1対のアンテナa11およびa12と別の1対のアンテナa21およびa22は、それぞれの面側により高い指向性を有し、受信および送信RF信号強度パターンはそれぞれの面側がより強い。アンテナa11およびa12およびアンテナa21およびa22は、好ましくは端末の内部に配置されており、外部に露出している必要はない。このように高い指向性の2対のアンテナを設けたことによって、移動無線端末260および280は任意の方向の基準ノードからのRF信号を受信でき、その入射方向が正面側であるかまたは背面側であるかを、エリアの配置を考慮することなく確定できる。
図2における基準無線局202、222および242は、図16または17と同様のアンテナの配置を持っていればよい。基準無線局202、222および242は、測位エリア62および64に向けられた指向性の高い1対のアンテナを用いればよく、それによってマルチパスの影響を低減できる。基準無線局202、222および242は、装置のサイズがもっと大きくてもよい場合は平行な2本のロッドアンテナを持っていてもよい。
以上の説明では、移動無線端末260〜282および基準無線局200〜242は概ね同じ水平面上にあり、それらのアンテナの間の高さの差と水平平面に対するその端末のアンテナ基準線の傾斜とが無視できるまたは誤差の範囲内のものと仮定して説明した。基準無線局200〜242の間の距離は例えば約5m〜約10mとする。基準無線局200〜242のアンテナの高さは例えば約1.5m〜約2mの範囲の値とする。移動無線端末260〜282のアンテナの高さは例えば約1m〜約1.5mの範囲とする。この場合の移動無線端末の測位の精度または分解能は約1m以内と期待される。
しかし、それらのアンテナの高さの差およびそのアンテナ基準線の傾斜が無視できないときは、基準無線局200〜242のアンテナの既知の高さおよびエリアの既知の地形に従って、方向および位置の3次元的な修正を行って移動無線端末260〜282の位置を求めればよい。
図4の通信ノード400において2つのアンテナaおよびaで受信したRF信号を処理する場合、位相差Δφは通信ノード400内の経路の回路の相違による誤差eを含むことがある。図18は、そのような経路の相違による誤差を補正するための2つのアンテナと2つの経路の間の接続を切り換えるためのスイッチSWを含む構成を示している。
まず、スイッチSWを第1の位置に置いて、アンテナaを介して受信したRF信号を図4における周波数変換器413を含む経路1に供給し、アンテナaを介して受信したRF信号を周波数変換器453を含む経路2に供給する。このときの位相差検出器415の出力に位相誤差eが存在するとする。検出された位相差はΔφ+eとなる。次に、スイッチSWを第2の位置に置いて、アンテナaを介して受信したRF信号を周波数変換器453を含む経路2に供給し、アンテナaを介して受信したRF信号を周波数変換器413を含む経路1に供給する。検出された位相差は−Δφ+eとなる。この誤差eを補正するために、2つの位相差の差をとると、誤差eが相殺されて2Δφが得られる。これを2で除算すると、補正されたΔφが得られる。
以上説明した実施形態は典型例として挙げたに過ぎず、その変形およびバリエーションは当業者にとって明らかであり、当業者であれば本発明の原理および請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱することなく上述の実施形態の種々の変形を行えることは明らかである。
(付記1) 移動無線局の位置を決定する装置であって、
第1の基準無線局の位置、第2の基準無線局の位置、前記移動無線局と前記第1の基準無線局の間の第1の相対的角度方向、および前記移動無線局と前記第2の基準無線局の間の第2の相対的角度方向から、前記移動無線局の位置を決定する手段を具える装置。
(付記2) 前記第1および第2の相対的角度方向は前記移動無線局の基準角度方向に対する前記第1および第2の基準無線局の角度方向である、付記1に記載の装置。
(付記3) 前記第1の相対的角度方向は、前記移動無線局によって受信された前記第1の基準無線局からの第1のRF信号に関連する第1の位相差から求められ、
前記第2の相対的角度方向は、前記移動無線局によって受信された前記第2の基準無線局からの第2のRF信号に関連する第2の位相差から求められるものである、付記1に記載の装置。
(付記4) 前記第1の相対的角度方向は前記第1の基準無線局の基準角度方向に対する前記移動無線局の角度方向であり、前記第2の相対的角度方向は前記第2の基準無線局の基準角度方向に対する前記移動無線局の角度方向である、付記1に記載の装置。
(付記5) 前記移動無線局の位置は、さらに前記第1の基準無線局と前記第2の基準無線局の間の第3の相対的角度方向に基づいて求められるものである、付記1に記載の装置。
(付記6) 前記第1の相対的角度方向は、前記第1の基準無線局によって受信された前記移動無線局からのRF信号に関連する第1の位相差から求められ、
前記第2の相対的角度方向は、前記第2の基準無線局によって受信された前記移動無線局からのRF信号に関連する第2の位相差から求められるものである、付記1に記載の装置。
(付記7) 前記位置を決定する手段は、前記第1と第2の基準無線局の位置、前記第1および第2の相対的角度方向、第3の基準無線局の位置、および前記移動無線局と前記第3の基準無線局の間の第3の相対的角度方向から、前記移動無線局の位置を決定するものである、付記1に記載の装置。
(付記8) 前記移動無線局の位置は、前記第1、第2および第3の相対的角度方向の間の3つの角度の中の少なくとも2つに従って求められるものである、付記7に記載の装置。
(付記9) 前記移動無線局である付記1に記載の装置。
(付記10) 前記第1または第2の基準無線局である付記1に記載の装置。
(付記11) 前記第1の基準無線局にローカル・エリア・ネットワークを介して接続された付記1に記載の装置。
(付記12) 無線局の角度方向を求める装置であって、
受信RF信号に関連する位相差から基準角度方向に対する前記無線局の角度方向を求める手段を具える装置。
(付記13) 前記RF信号は前記無線局から受信されたものである、付記12に記載の装置。
(付記14) 前記RF信号は前記無線局によって受信されたものである、付記12に記載の装置。
(付記15) 前記位相差は2つのアンテナの間での前記受信RF信号に関連する位相差である、付記12に記載の装置。
(付記16) 前記無線局である付記12に記載の装置。
(付記17) 前記無線局から前記RF信号を受信する付記12に記載の装置。(付記18) 前記位相差を受信する付記12に記載の装置。
(付記19) さらに、前記求めた角度方向から前記無線局の位置を決定する手段を具える、付記12に記載の装置。
(付記20) RF信号を受信する所定の距離隔てられた第1と第2のアンテナと、
前記第1と第2のアンテナの間での前記受信されたRF信号に関連する位相差を検出する手段と、
を具える無線機器。
(付記21) さらに、前記受信されたRF信号に含まれている送信元識別を検出する手段を具える、付記20に記載の無線機器。
(付記22) 情報処理装置用の記憶媒体に格納されたプログラムであって、
移動無線局と前記第1の基準無線局の間の第1の相対的角度方向を取得するステップと、
前記移動無線局と第2の基準無線局の間の第2の相対的角度方向を取得するステップと、
第1の基準無線局の位置、第2の基準無線局の位置、前記第1の相対的角度方向および前記第2の相対的角度方向から、前記移動無線局の位置を決定するステップと、
を実行させるよう動作可能なプログラム。
(付記23) 前記移動無線局によって受信された前記第1の基準無線局からの第1のRF信号に関連する第1の位相差から、前記第1の相対的角度方向を求めるステップと、
前記移動無線局によって受信された前記第2の基準無線局からの第2のRF信号に関連する第2の位相差から、前記第2の相対的角度方向を求めるステップと、
をさらに実行させるよう動作可能な、付記22に記載のプログラム。
(付記24) 前記位置を決定するステップは、さらに前記第1の基準無線局と前記第2の基準無線局の間の第3の相対的角度方向に基づいて、前記移動無線局の位置を決定するものである、付記22に記載のプログラム。
(付記25) 前記第1の基準無線局によって受信された前記移動無線局からのRF信号に関連する第1の位相差から、前記第1の相対的角度方向を求めるステップと、
前記第2の基準無線局によって受信された前記移動無線局からのRF信号に関連する第2の位相差から、前記第2の相対的角度方向を求めるステップと、
をさらに実行させるよう動作可能な、付記22に記載のプログラム。
(付記26) 位置を決定する前記ステップは、前記第1と第2の基準無線局の前記位置、前記第1および第2の相対的角度方向、第3の基準無線局の位置、および前記移動無線局と前記第3の基準無線局の間の第3の相対的角度方向から、前記移動無線局の位置を決定することを含むものである、付記22に記載のプログラム。
(付記27) 情報処理装置用の記憶媒体に格納されたプログラムであって、
受信RF信号に関連する位相差を取得するステップと、
前記位相差から基準角度方向に対する無線局の角度方向を求めるステップと、を実行させるよう動作可能なプログラム。
(付記28) 前記求めた角度方向から前記無線局の位置を決定するステップをさらに実行させるよう動作可能な、付記27に記載のプログラム。
(付記29) 移動無線局の位置を決定する方法であって、
前記移動無線局と前記第1の基準無線局の間の第1の相対的角度方向を取得するステップと、
前記移動無線局と第2の基準無線局の間の第2の相対的角度方向を取得するステップと、
第1の基準無線局の位置、第2の基準無線局の位置、前記第1の相対的角度方向および前記第2の相対的角度方向から、前記移動無線局の位置を決定するステップと、
を含む、方法。
(付記30) 前記移動無線局によって受信された前記第1の基準無線局からの第1のRF信号に関連する第1の位相差から、前記第1の相対的角度方向を求めるステップと、
前記移動無線局によって受信された前記第2の基準無線局からの第2のRF信号に関連する第2の位相差から、前記第2の相対的角度方向を求めるステップと、
をさらに含む、付記29に記載の方法。
(付記31) 前記位置を決定するステップは、さらに前記第1の基準無線局と前記第2の基準無線局の間の第3の相対的角度方向に基づいて、前記移動無線局の位置を決定するものである、付記29に記載の方法。
(付記32) 前記第1の基準無線局によって受信された前記移動無線局からのRF信号に関連する第1の位相差から、前記第1の相対的角度方向を求めるステップと、
前記第2の基準無線局によって受信された前記移動無線局からのRF信号に関連する第2の位相差から、前記第2の相対的角度方向を求めるステップと、
をさらに含む、付記29に記載の方法。
(付記33) 位置を決定する前記ステップは、前記第1と第2の基準無線局の前記位置、前記第1および第2の相対的角度方向、第3の基準無線局の位置、および前記移動無線局と前記第3の基準無線局の間の第3の相対的角度方向から、前記移動無線局の位置を決定することを含むものである、付記29に記載の方法。
(付記34) 無線局の角度方向を求める方法であって、
受信RF信号に関連する位相差を取得するステップと、
前記位相差から基準角度方向に対する前記無線局の角度方向を求めるステップと、
を含む、方法。
(付記35) 前記求めた角度方向から前記無線局の位置を決定するステップをさらに含む、付記34に記載の方法。
図1は、本発明による、屋内または屋外の複数のエリアにおいて移動無線端末の位置を決定するシステムの概略的構成を示している。 図2は、本発明による、屋内または屋外の複数のエリアにおいて移動無線端末の位置を決定する別のシステムの概略的構成を示している。 図3は、図1に示されている1つのアンテナを有する基準無線局、および図2に示されている1つのアンテナを有する移動無線端末を表す通信ノードの概略的な装置構成を示している。 図4は、図1に示されている2つのアンテナを有する移動無線端末、および図2に示されている2のアンテナを有する基準無線局を表す通信ノードの概略的な装置構成を示している。 図5は、処理器によって実行される、送信元IDと受信RF信号の位相差とに従って移動無線端末の位置を決定するためのフロー図を示している。 図6A〜6Dは、変復調器によって復調された受信データ、位相差検出器によって検出された位相差、位置決定用のデータ・フレーム、および決定された移動無線端末の位置データの関係を示している。 図7Aは、図1のシステムにおける各エリア内の1つの移動無線端末に対する3つの基準ノードのそれぞれの求められた角度方向に従ってその端末Tの位置を決定する方法、を説明するのに役立つ。 図7Bは、図1のシステムにおける2つの基準ノードに対する各エリア内の1つの移動無線端末Tのそれぞれの求められた角度方向に従ってその端末の位置を決定する方法を説明するのに役立つ。 図8は、図4の通信ノードの2つのアンテナによって受信されたRF信号の位相差に従ってRF信号の入射角度方向を求める方法を説明するのに役立つ。 図9は、受信RF信号に従って移動無線端末の角度方向を求めるための処理のブロック図を示している。 図10は、受信RF信号に従って移動無線端末の角度方向を求めるための別の処理のブロック図を示している。 図11は、受信RF信号に従って移動無線端末の角度方向を求めるためのさらに別の処理のブロック図を示している。 図12は、受信RF信号から移動無線端末の角度方向を求めるための論理的処理のブロック図を示している。 図13A〜13Cは、絶対位相差を求めるための図12の諸信号の論理レベルを示している。 図14Aおよび14Bは、位相差の符号を求めるための図12の諸信号の論理レベルを示している。 図15Aおよび15Bは、複数の基準通信ノードを用いて端末の位置を決定する方法を説明するのに役立つ。 図16は、図1における移動無線端末における2つのアンテナの配置の例を示している。 図17Aおよび17Bは、図1における移動無線端末における2つのアンテナの配置の別の例およびその受信RF信号強度パターンをそれぞれ示している。 図18は、経路の相違による位相差誤差を補正するためのスイッチを含む構成を示している。
符号の説明
50 LAN
62、64 エリア
110 サーバ
120 位置決定装置
200 アクセス・ポイントおよび基準無線局
220、230、240 基準無線局
260、280 移動無線端末

Claims (4)

  1. それぞれの位置が既知である少なくとも第1、第2および第3の基準無線局と、移動無線局とを含み、前記移動無線局の位置を決定する測位システムであって、
    前記移動無線局は、
    2つのアンテナと、
    前記2つのアンテナによって前記第1、第2および第3の基準無線局から受信したRF信号の位相差を検出し、その際、前記2つのアンテナからの2つの受信信号を2値化してラッチ手段を用いて前記2値化した2つの受信信号の一方の受信信号のタイミングでその他方の受信信号のレベルを判定して前記受信したRF信号の位相差が正かまたは負かを判定する検出手段と、
    前記受信したRF信号の前記位相差を変換して前記移動無線局における前記2つのアンテナの位置に対する所定の方向であって前記第1、第2および第3の基準無線局に対する任意の基準方向に対する前記受信したRF信号の入射の角度方向を測定する測定手段と、
    前記受信したRF信号に含まれる送信データから送信元識別情報を抽出する抽出手段と、
    前記第1の基準無線局の位置を表す第1のデータ、前記第2の基準無線局の位置を表す第2のデータおよび前記第3の基準無線局の位置を表す第3のデータを前記記憶手段に格納する記憶手段と、
    前記測定手段によって測定された前記任意の基準方向に対する前記第1の基準無線局の角度方向の第1の角度を表す情報および前記抽出手段によって抽出された前記第1の基準無線局の送信元識別情報の組を含む第4のデータ、前記測定手段によって測定された前記任意の基準方向に対する前記第2の基準無線局の角度方向の第2の角度を表す情報および前記抽出手段によって抽出された前記第2の基準無線局の送信元識別情報の組を含む第5のデータ、前記測定手段によって測定された前記任意の基準方向に対する前記第3の基準無線局の角度方向の第3の角度を表す情報および前記抽出手段によって抽出された前記第3の基準無線局の送信元識別情報の組を含む第6のデータを前記記憶手段に格納し、前記第1、第2および第3の基準無線局の前記第1、第2および第3のデータを決定し、前記記憶手段に格納された前記第1、第2、第3、第4、第5および第6のデータを、前記移動無線局および第1、第2および第3の基準無線局のそれぞれの位置の幾何学的関係に基づいて処理し、前記移動無線局の位置における前記任意の基準方向に対する前記第1の基準無線局の位置の前記第1の角度、前記第2の基準無線局の位置の前記第2の角度および前記第3の基準無線局の位置の前記第3の角度に基づいて前記移動無線局の位置を決定する処理手段と、
    を具えるものであることを特徴とする、
    測位システム。
  2. それぞれの位置が既知である少なくとも第1、第2および第3の基準無線局と、移動無線局と、前記移動無線局の位置を決定する機能を有するノード装置と、を含み、前記移動無線局の位置を決定する測位システムであって、
    前記移動無線局は、2つのアンテナと、前記2つのアンテナによって前記第1、第2および第3の基準無線局から受信したRF信号の位相差を検出し、その際、前記2つのアンテナからの2つの受信信号を2値化してラッチ手段を用いて前記2値化した2つの受信信号の一方の受信信号のタイミングでその他方の受信信号のレベルを判定して前記受信したRF信号の位相差が正かまたは負かを判定する検出手段と、前記受信したRF信号の前記位相差を変換して前記移動無線局における前記2つのアンテナの位置に対する所定の方向であって前記第1、第2および第3の基準無線局に対する任意の基準方向に対する前記受信したRF信号の入射の角度方向を測定する測定手段と、前記受信したRF信号に含まれる送信データから送信元識別情報を抽出する抽出手段と、前記測定手段によって測定された前記任意の基準方向に対する前記第1の基準無線局の角度方向の第1の角度を表す情報および前記抽出手段によって抽出された前記第1の基準無線局の送信元識別情報の組を含む第1のデータ、前記測定手段によって測定された前記任意の基準方向に対する前記第2の基準無線局の角度方向の第2の角度を表す情報および前記抽出手段によって抽出された前記第2の基準無線局の送信元識別情報の組を含む第2のデータ、および前記測定手段によって測定された前記任意の基準方向に対する前記第3の基準無線局の角度方向の第3の角度を表す情報および前記抽出手段によって抽出された前記第3の基準無線局の送信元識別情報の組を含む第3のデータを生成して送信する処理手段と、を具え、
    前記ノード装置は、前記第1の基準無線局の位置を表す第4のデータ、前記第2の基準無線局の位置を表す第5のデータおよび前記第3の基準無線局の位置を表す第6のデータを格納する記憶手段と、前記移動無線局から受信した前記第4のデータ、前記第5のデータおよび前記第6のデータを前記記憶手段に格納し、前記第1、第2および第3の基準無線局の前記第1、第2および第3のデータを決定し、前記記憶手段に格納された前記第1、第2、第3、第4、第5および第6のデータを、前記移動無線局および第1、第2および第3の基準無線局のそれぞれの位置の幾何学的関係に基づいて処理し、前記移動無線局の位置における前記任意の基準方向に対する前記第1の基準無線局の位置の前記第1の角度、前記第2の基準無線局の位置の前記第2の角度および前記第3の基準無線局の位置の前記第3の角度に基づいて前記移動無線局の位置を決定する処理手段と、を具えるものであることを特徴とする、
    測位システム。
  3. 記憶手段と、処理手段とを有する情報処理装置に用いられる、移動無線局における第1、第2および第3の基準無線局の角度方向に基づいて前記移動無線局の位置を決定するためのプログラムであって、
    前記記憶手段は、前記第1の基準無線局の既知の位置を表す第1のデータ、前記第2の基準無線局の既知の位置を表す第2のデータおよび前記第3の基準無線局の既知の位置を表す第3のデータを格納し、
    前記移動無線局において前記第1の基準無線局から2つのアンテナによって受信したRF信号の2つの受信信号を2値化してラッチ手段を用いて当該2値化した2つの受信信号の一方の受信信号のタイミングでその他方の受信信号のレベルを判定して当該2つの受信信号の位相差が正かまたは負かを判定することによってRF信号入射角度方向測定手段によって測定された前記移動無線局における前記2つのアンテナの位置に対する所定の方向であって前記第1、第2および第3の基準無線局に対する任意の基準方向に対する前記第1の基準無線局の角度方向の第1の角度を表す情報および前記第1の無線基準局の識別情報の組を含む第4のデータ、前記移動無線局において前記第2の基準無線局から前記2つのアンテナによって受信したRF信号の2つの受信信号を2値化して前記ラッチ手段を用いて当該2値化した2つの受信信号の一方の受信信号のタイミングでその他方の受信信号のレベルを判定して当該2つの受信信号の位相差が正かまたは負かを判定することによって前記測定手段によって測定された前記任意の基準方向に対する前記第2の基準無線局の角度方向の第2の角度を表す情報および前記第2の無線基準局の識別情報の組を含む第5のデータ、および前記移動無線局において前記第3の基準無線局から前記2つのアンテナによって受信したRF信号の2つの受信信号を2値化して前記ラッチ手段を用いて当該2値化した2つの受信信号の一方の受信信号のタイミングでその他方の受信信号のレベルを判定して当該2つの受信信号の位相差が正かまたは負かを判定することによって前記測定手段によって測定された前記任意の基準方向に対する前記第3の基準無線局の角度方向の第3の角度を表す情報および前記第3の無線基準局の識別情報の組を含む第6のデータを取得して前記記憶手段に格納し、前記第1、第2および第3の基準無線局の前記第1、第2および第3のデータを決定するステップと、
    前記記憶手段に格納された前記第1、第2、第3、第4、第5および第6のデータを、前記移動無線局、第1、第2および第3の基準無線局のそれぞれの位置の幾何学的関係に基づいて処理し、前記移動無線局の位置における前記任意の基準方向に対する前記第1の基準無線局の位置の前記第1の角度、前記第2の基準無線局の位置の前記第2の角度および前記第3の基準無線局の位置の前記第3の角度に基づいて前記移動無線局の位置を決定するステップと、
    を実行させるためのプログラム。
  4. 記憶手段と、処理手段とを有する情報処理装置において、移動無線局における第1、第2および第3の基準無線局の角度方向に基づいて前記移動無線局の位置を決定する位置決定方法であって、
    前記記憶手段は、前記第1の基準無線局の既知の位置を表す第1のデータ、前記第2の基準無線局の既知の位置を表す第2のデータおよび前記第3の基準無線局の既知の位置を表す第3のデータを格納し、
    前記処理手段を用いて、前記移動無線局において前記第1の基準無線局から2つのアンテナによって受信したRF信号の2つの受信信号を2値化してラッチ手段を用いて当該2値化した2つの受信信号の一方の受信信号のタイミングでその他方の受信信号のレベルを判定して当該2つの受信信号の位相差が正かまたは負かを判定することによってRF信号入射角度方向測定手段によって測定された前記移動無線局における前記2つのアンテナの位置に対する所定の方向であって前記第1、第2および第3の基準無線局に対する任意の基準方向に対する前記第1の基準無線局の角度方向の第1の角度を表す情報および前記第1の無線基準局の識別情報の組を含む第4のデータ、前記移動無線局において前記第2の基準無線局から前記2つのアンテナによって受信したRF信号の2つの受信信号を2値化して前記ラッチ手段を用いて当該2値化した2つの受信信号の一方の受信信号のタイミングでその他方の受信信号のレベルを判定して当該2つの受信信号の位相差が正かまたは負かを判定することによって前記測定手段によって測定された前記任意の基準方向に対する前記第2の基準無線局の角度方向の第2の角度を表す情報および前記第2の無線基準局の識別情報の組を含む第5のデータ、および前記移動無線局において前記第3の基準無線局から前記2つのアンテナによって受信したRF信号の2つの受信信号を2値化して前記ラッチ手段を用いて当該2値化した2つの受信信号の一方の受信信号のタイミングでその他方の受信信号のレベルを判定して当該2つの受信信号の位相差が正かまたは負かを判定することによって前記測定手段によって測定された前記任意の基準方向に対する前記第3の基準無線局の角度方向の第3の角度を表す情報および前記第3の無線基準局の識別情報の組を含む第6のデータを取得して前記記憶手段に格納し、前記第1、第2および第3の基準無線局の前記第1、第2および第3のデータを決定する工程と、
    前記処理手段を用いて、前記記憶手段に格納された前記第1、第2、第3、第4、第5および第6のデータを、前記移動無線局、第1、第2および第3の基準無線局のそれぞれの位置の幾何学的関係に基づいて処理し、前記移動無線局の位置における前記任意の基準方向に対する前記第1の基準無線局の位置の前記第1の角度、前記第2の基準無線局の位置の前記第2の角度および前記第3の基準無線局の位置の前記第3の角度に基づいて前記移動無線局の位置を決定する工程と、
    を含む位置決定方法。
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