JP2007218868A

JP2007218868A - 移動局の位置検出方法及びその移動局、位置検出装置、基地局

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Publication number: JP2007218868A
Application number: JP2006042895A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Saito; 雅之齋藤; Masaaki Mitsutake; 正明光武
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】基地局から移動局の往復時間を元に位置を算出する際の移動局での処理時間に対して考慮がなされた移動局の位置検出方法及びその移動局、基地局、位置検出装置を得ることを目的とする。
【解決手段】移動局３０から位置測位の要求があった場合に、すくなくとも３つ以上の各基地局２１〜２４が、位置検出装置１０の指令に基づいて移動局３０に対して測距信号を送信するステップと、移動局３０は、受信した前記測距信号に対してＡ／Ｄ変換した後、特定の符号を用いて拡散変調を行った移動局受信データを生成するステップと、位置検出装置１０は、受信した前記移動局受信データに対して特定の符号を用いて逆拡散を行い、前記逆拡散された前記移動局受信データを用いて前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を算出するステップとを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話等の移動局と、分散配置された複数の基地局を含む無線アクセス通信ネットワーク上における移動局の位置検出法に関するものである。

移動体通信システムにおける、移動局の位置検出方法には、複数の方法がある。例えば、第三世代移動体通信の標準規格である、"3GPP"（3rd Generation Partnership Project）には、以下の３つの方法が例として記載されている。

１つめは、"Cell ID Based positioning method"と呼ばれ、端末が接続している基地局のIDからその基地局がカバーしているエリアをマッピングすることにより、端末の位置情報を取得するものである。この方式を更に発展させ、移動局に、接続している基地局から移動局への電波伝搬時間を算出させ、基地局の位置情報、通信している移動局との送受信電波方向を基地局から受信することにより、移動局の位置検出精度を上げる、という発明が、例えば、特許文献１に開示されている。

２つめは、"OTDOA(Observed Time Difference Of Arrival:測定到達時間差法) network positioning method"と呼ばれ、移動局における複数基地局の電波受信の位相差を元に、端末位置を測定するもので、基地局間の同期装置により、基地局が同期していることが前提になっている。この考え方を発展させた発明が、例えば、特許文献２に開示されている。この特許文献２では、移動局における、複数基地局からの電波受信の位相差ではなく、それぞれの基地局と１つの移動局との往復通信時間（RTT:Round Trip Time：移動局と基地局間の往復通信時間。）を元に、移動局の位置を検出する方法が開示されている。

３つめは、"Network Assisted GPS positioning method" と呼ばれ、ネットワークからGPS補正情報等を端末側に送信し,通常のGPSより高精度な測位を実現する方式である。いずれも、３GPPに記載された方法であるが、第三世代（CDMA）だけでなく、第二世代の移動体通信でも適用されうる手法である。

尚、２つめの"OTDOA(Observed Time Difference Of Arrival:測定到達時間差法) network positioning method"においては、基地局間の同期装置により、基地局が同期していることが前提になっているが、文献４には、基地局にＧＰＳ受信機を備え、ＵＴＣ（協定世界時）情報と移動体通信基地局の位置情報を、基地局が、移動局に送信して移動局が識別符号を付した移動局情報が返送してくるまでの時間を利用して移動局の位置を求める発明が開示されている。

特開2002-40121号公報（図１）特表2003-533927号公報（図３）特開2001-250183号公報（図１）特開平10-48322号公報

"OTDOA network positioning method"は、移動局における複数基地局の電波受信の位相差を元に、端末位置を測定するもので、基地局間の同期装置により、基地局が同期していることが前提になっている。現在のW-CDMAネットワークは基地局間が同期しておらず、新規に基地局間同期装置を設置する必要があり、基地局間同期装置を設置しても、OTDOAのために基地局間の相対的なタイミング差を求めるのは、複雑になるため、システムの効率を低減させてしまう。OTDOAの前提である、基地局間が同期していなければならない、という問題を解決する発明を開示したのが特許文献２であるが、この方法は、移動局、基地局それぞれの受信時に、マルチパスタイミングを選択した場合、移動局の位置検出精度が極端に悪くなる、という問題を解決していない。

更に、特許文献４は、ＧＰＳ受信機から得られたＵＴＣに基地局が同期している。また基地局から移動局の往復時間を元に位置を算出することから、移動局での処理時間等の考慮はなされていない。

そこで、4つ以上のGPS衛星からの受信情報を元に端末の位置を測定する、"Network Assisted GPS positioning method"の特定精度（数ｍ）と同等の精度を維持しつつ上記課題を解決し得る移動局の位置検出方法及びその移動局、基地局、位置検出装置を得ることを目的とする。

この発明に係る移動局の位置検出方法は、各基地局間においての非同期の基準クロックを有する基地局制御回路が、ＧＰＳ受信データから基準時との差である時計補正データを求めて位置検出装置に送信するステップと、
移動局から位置測位の要求があった場合に、すくなくとも３つ以上の前記各基地局が、前記位置検出装置の指令に基づいて移動局に対して測距信号を送信するステップと、
前記移動局は、受信した前記測距信号に対してＡ／Ｄ変換した後、特定の符号を用いて拡散変調を行った移動局受信データを生成するステップと、
前記位置検出装置は、受信した前記移動局受信データに対して特定の符号を用いて逆拡散を行い、前記逆拡散された前記移動局受信データを用いて前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を算出するステップと、
前記位置検出装置は、前記前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を用いて前記移動局の測位結果を求め、前記移動局に前記測位結果を送信するステップとを備えたものである。

この発明に係る移動局の位置検出方法は、各基地局間においての非同期の基準クロックを有する基地局制御回路が、ＧＰＳ受信データから基準時との差である時計補正データを求めて位置検出装置に送信するステップと、
移動局から位置測位の要求があった場合に、すくなくとも３つ以上の前記各基地局が、前記位置検出装置の指令に基づいて移動局に対して測距信号を送信するステップと、
前記移動局は、受信した前記測距信号に対してＡ／Ｄ変換した後、特定の符号を用いて拡散変調を行った移動局受信データを生成するステップと、
前記位置検出装置は、受信した前記移動局受信データに対して特定の符号を用いて逆拡散を行い、前記逆拡散された前記移動局受信データを用いて前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を算出するステップと、
前記位置検出装置は、前記前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を用いて前記移動局の測位結果を求め、前記移動局に前記測位結果を送信するステップとを備えたことで、互いに非同期の基準クロックを有する基地局においても同期をとることができるとともに、各基地局間と移動局との距離の測定をより正確に行うことができる。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１である移動局の位置検出方法を実現する移動体通信ネットワークのシステム構成を示すブロック図である。

図１に示す移動体通信ネットワークのシステムは、位置検出装置１０、基地局２１〜２４、移動局３０から構成される。位置検出装置１０は、測距信号を出力する測距信号出力手段１０ａ、時計補正データを要求するとともに、基地局２１〜２４から返信された時計補正データを記憶する時計補正データ管理手段１０ｂ、逆拡散手段１０ｃ、位置測位手段１０ｄ及び各々の信号の基地局２１〜２４とのやり取りを行う入出力手段１０ｅ、電離層、対流圏等の影響を考慮した補正情報、例えばＤＧＰＳ補正情報やＦＫＰ（面補正）のＧＰＳ補正情報といった補正情報をＧＰＳ受信機ネットワーク網などから入手するＧＰＳ補正情報入手手段１０ｆとから構成されている。

基地局２１はＧＰＳアンテナ２１ａ、ＧＰＳアンテナに入力された受信信号に対して、所定の処理をおこなうＧＰＳ受信機２１ｂ及び、位置測定装置１０及び移動局３０との各々の信号の中継の制御を行う基地局制御回路２１ｃを備えている。尚、図示していないが、基地局２２〜２４においても同様の構成を備えており、基地局自体は図に示した４つのみに限られない。

移動局３０は、少なくとも、送受信用アンテナ３０ａ、受信信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３０ｂ及び、移動局の端末識別番号の付加、及び所定の符号を用いて拡散変調して移動局受信データを生成し、基地局２１〜２４へ送信させる制御回路３０ｃから構成されている。

次に移動局位置検出方法について説明する。
図２は、この発明の実施の形態１である移動局の位置検出方法を実現する移動体通信ネットワークのシステムにおける移動局の測位を行うフローチャートである。

まず、Ｓ１０１〜Ｓ１０５では、Ｗ−ＣＤＭＡ方式において非同期である各基地局の基地局制御回路２１ｃ〜２４ｃの各々について、ＧＰＳ受信信号を用いて、基準時と基地局制御回路２１ｃ〜２４ｃとのクロック基準の差である時計補正データを生成する過程を示している。また、Ｓ１０６〜Ｓ１１１については、移動局３０からの位置測位があった場合に移動局３０の位置測位を行う過程を示している。

まず、時計データを生成する過程について図２をメインに図１も用いて説明する。
Ｓ１０１において、位置検出装置１０内の時計補正データ管理手段１０ｂは、基地局２１〜２４の各々に対して時計補正データ要求を生成し、Ｓ１０２において、時計補正データ管理手段１０ｂが、入出力手段１０ｅに基地局２１〜２４に対して時計補正データ要求を送信させる。
尚、実際は、この時点では基地局２１〜２４に限定したものではなく、多数の基地局が存在するため、時計補正データ管理手段１０ｂは、基地局全体に対して、スケジューリングを組んで順次時計補正データの要求を送信することになる。

Ｓ１０３において、基地局２１〜２４内の基地局制御回路２１ｃ〜２４ｃが、時計補正データ要求を受信すると、ＧＰＳ受信データから得られる基準時と基地局制御回路２１ｃ〜２４ｃの基準クロックとの差分である時計補正データを生成する。基地局制御回路２１ｃ〜２４ｃは、ＧＰＳアンテナ２１ａ〜２４ａを経由して受信したＧＰＳ受信データと時計補正データとを、位置検出装置１０に送信する。尚、ＧＰＳ受信データには、擬似距離のデータが含まれている。
尚、基準時は、ＵＴＣ（世界標準時）またはＧＰＳ時である。
位置検出装置１０は、入出力手段１０ｅを経由して受信したＧＰＳ受信データと時計補正データとを時計補正データ管理手段１０ｂに入力する。時計補正データ管理手段１０ｂは、ＧＰＳ受信データから基準時を抽出して記憶するとともに、各基地局制御回路２１ｃ〜２４ｃの時計補正データを記憶する。

Ｓ１０４において、位置検出装置１０は、ＧＰＳネットワーク等からＧＰＳ補正情報入手手段１０ｆによって電離層、対流圏等の影響を考慮した補正情報、例えばＤＧＰＳ補正情報やＦＫＰ（面補正）のＧＰＳ補正情報といった補正情報を入手し、ＧＰＳ補正情報を生成する。
Ｓ１０５において、位置検出装置１０は、ＧＰＳ補正情報を基地局２１〜２４に送信する。基地局２１〜２４内のＧＰＳ受信機２１ｂ〜２４ｂは、各々受信したＧＰＳ補正情報に基づいて、電離層、対流圏等の影響に対する補正を行う。Ｓ１０４〜Ｓ１０５によって、基地局の位置、時刻について、より正確な基準位置、時刻を維持することができ、後に位置計測される移動局３０の位置精度の向上を図ることができる。

位置検出装置１０は定期的に時計補正データ要求を基地局２１〜２４に送信し、基地局２１〜２４は、ＧＰＳアンテナ２１ａ〜２４ａを経由して受信したＧＰＳ受信データを、基地局制御回路２１ｃ〜２４ｃを経由して定期的にＧＰＳ受信データを送信することで、Ｓ１０１〜ｓ１０３またはＳ１０５を繰り返す。したがって定期的に、各々の基地局２１〜２４に対する時計補正データを常に正しい値に維持することができる。

次に、移動局３０の位置測位を行う過程について図２をメインに図１も用いて説明する。
Ｓ１０６において、移動局３０が移動局の位置測位の要求を出した場合、基地局２１〜２４のいずれかを経由して受信した位置検出装置１０の測距信号出力手段１０ａは、基地局２１〜２４は移動局３０に対して測距信号を送信するように指示する。これをうけて基地局２１〜２４内の基地局制御回路２１ｃ〜２４ｃは、移動局３０に対して測距信号を送信する。基地局制御回路２１ｃ〜２４ｃから送信される測距信号には、各々の基地局制御回路２１ｃ〜２４ｃが送信する時間情報が含まれていると共に、後述する、拡散変調及び逆拡散処理によって移動局３０までの到達時間が検出されるような規則性のある信号となっている。

Ｓ１０７において、移動局３０は、受信した測距信号について、まず、Ａ／Ｄ変換する。そして、移動局３０は、デジタル化された測距信号に対して、端末識別番号を付加する。さらに、移動局３０は、デジタル化され、端末識別番号が付加された測距信号に対して、特定の符号を用いて拡散変調を行う。拡散変調が行われることで、拡散変調された移動局受信データを生成される。

Ｓ１０８において、移動局３０は、移動局受信データを基地局２１〜２４のすくなくともいずれが一つを経由して位置検出装置１０に送信する。

Ｓ１０９において、位置検出装置１０は、まず、拡散変調された移動局受信データを入力手段１０ｅを経由して逆拡散手段１０ｃに入力させる。逆拡散手段１０ｃは、拡散変調された移動局受信データに対して、端末識別番号を取得すると共に、特定の符号を用いて逆拡散を行うことにより、測距信号が移動局３０に到達してすぐに生成される移動局受信データから移動局３０に到達した時間を示すピークを生成する。

また、このピークはマルチパス等により、真の時間より遅れた時間で複数生成され、真の時間に対して、誤差を含むこととなる。逆拡散手段１０ｃは、マルチパスによるものを除去するために、例えば、ピークの閾値レベルを上げたり、ピークの立ち上りと立ち下りのエッジを検出し、その中間の時間を真の時間とする。また、逆拡散手段１０ｃは、他の方法もとることができる。

これら工程によって、逆拡散手段１０ｃが、マルチパス成分を除去し、基地局２１〜２４が移動局３０に向かって送信した測距信号の送信した時間と、移動局が受信した時間とから、逆拡散手段１０ｃが基地局２１〜２４から移動局３０に到達するまでの時間を算出することができる。また、拡散変調された移動局受信データをそのまま基地局２１〜２４を経由して位置検出装置１０の逆拡散手段１０ｃが入力して処理することで、拡散変調された分、１ｂｉｔあたりの時間が短くなるため、移動局３０が受信した時間をより正確に検出することができる。

また、基地局２１〜２４から移動局３０に到達するまでの時間と、時計補正データ、ＧＰＳ受信データとから位置測位手段１０ｄが移動局３０の位置測位の算出を行う。位置測位方法については後述する。

Ｓ１１０において、位置検出装置１０の位置測位手段１０ｄは、位置測位結果を基地局２１〜２４のいずれかを経由して移動局３０に測位結果を送信する。
Ｓ１１１において、移動局３０が移動局３０が持つ画面等に測位結果を表示する。

次に、時計補正データの算出方法及び位置測位方法について説明する。
図３は、図２におけるＳ１０９の移動局測位の理論式を用いて理論的に説明したブロック図である。

まず、（１）擬似距離観測方程式は、ＧＰＳ受信データから得られる擬似距離について誤差要因等について分解した擬似距離観測方程式である。ρ^ｋ _１は、ＧＰＳ受信データから得られた擬似距離、ｒ^ｋ _１は真の擬似距離、ｃは光速、δｔ_１は基地局制御回路２１ｃについての時計補正データ、δｔ^ｋは衛星時刻の誤差、δｏ^ｋ _１は衛星軌道誤差、δＩ^ｋ _１電離層誤差、δＴ^ｋ _１対流圏誤差、εはランダムノイズである。また下文字の数字は基地局２１〜２４の下一桁を示している。

このうち、衛星時刻の誤差、εはランダムノイズの誤差は小さく、位置測位計算をした際の影響は１ｍ以下程度であるのに対し、衛星軌道誤差、電離層誤差、対流圏誤差は加算すると位置測位計算をした際の影響は２０ｍ程度となり、無視できないものである。

次に、位置測位手段１０ｄは、基地局２１〜２４のＧＰＳ受信データから得られる擬似距離について基地局２１の擬似距離を基準として差分をとる。それが（２）観測値の１重差分である。

Δρ^ｋ _１２は、基地局２１と基地局２２のＧＰＳ受信データから得られた擬似距離差分、Δｒ^ｋ _１２は、基地局２１と基地局２２の真の擬似距離差分、δｔ_１２は、基地局制御回路２１ｃと基地局制御回路２２ｃとの時計補正データ差分（クロック誤差差分）、δε_１２は、基地局２１と基地局２２のＧＰＳ受信データのランダムノイズ差である。尚、他の下文字の数字の並びかたは、上記説明した、基地局２１と基地局２２の場合と同様の規則性を持っている。

（１）（２）式の比較から分かるように衛星時刻の誤差成分、衛星軌道誤差成分、電離層誤差成分、対流圏誤差成分がなくなっている。衛星軌道誤差成分、電離層誤差成分、対流圏誤差成分がなくなるのは、衛星から見た場合の各基地局２１〜２４は近いところにあるため、衛星軌道誤差成分、電離層誤差成分、対流圏誤差成分はみな同じとみてよいからである。

そして、（２）式についてδｔ_１２を求めるように展開すると（３）基地局２１〜２４の時計補正データ誤差が算出される。ここで、Δρ^ｋ _１２は基地局２１と基地局２２のＧＰＳ受信データから得られた擬似距離差分であるから求めることができ、各基地局２１〜２４の位置をＧＰＳ系の座標等で位置測位手段１０ｄが記憶しておく、またはその情報を取得できる状態にしておけば、衛星の軌道の理論値もわかることから、Δｒ^ｋ _１２も算出することができる。即ち、δｔ_１２を位置測位手段は算出することができる。

つぎに、基地局２１〜２４から移動局までの距離である（４）基地局測位における観測方程式をしめす。
ｄ_１は、基地局２１から移動局３０までの測定系誤差を含む測定時間から算出された距離、ｔ_ｕは移動局が測距信号を受信した時間、ｔ_１は基地局２１が測距信号を送信した時間、ｔは移動局３０の受信時の真の時間（基準時）、δｔ_ｕは移動局の処理時間による誤差、τ_１は、真の伝送時間、また下文字の数字は基地局２１〜２４の下一桁を示している。

基地局２１から移動局３０までの測定系誤差を含む測定時間から算出された距離ｄ１の場合について説明すると、ｔ_ｕは、ｔすなわち移動局３０の受信時の真の時間（基準時）に移動局のＡ/Ｄ変換や、拡散変調等を行った際の処理時間による誤差δｔ_ｕが加算されている。また、基地局２１が測距信号を送信した時間ｔ_１は、ｔすなわち移動局３０の受信時の真の時間（基準時）から正しい伝送時間を引いて、基地局制御回路２１ｃについての時計補正データδｔ_１が加算されたものである。

これを考慮して式展開すると、ｄ_１は、移動局３０の受信時の真の時間（基準時）ｔ項が消えて、真の伝送時間τ_１と拡散変調等を行った際の処理時間による誤差δｔ_ｕ、基地局制御回路２１ｃについての時計補正データδｔ_１がのこる。

よって（４）式についてｄ_１に対するｄ_２の差分Δｄ_１２をとると（５）移動局３０の位置に関する連立方程式が示される。すると、拡散変調等を行った際の処理時間による誤差δｔ_ｕ成分が消去される。τ_１２は、基地局２１から移動局３０までの真の伝送時間τ_１と、基地局２１から移動局３０までの真の伝送時間τ_２との時間差となる。
すると、Δｄ_１２は測定によって得られる値であり、前述する通り、δｔ_１２も求めることができるものである。すなわちτ_１２を求めることができる。

すなわち、ｃτ_１２は、基地局２１から移動局３０までの真の距離と基地局２２から移動局３０までの真の距離差となり、これが、ｃτ_１３、ｃτ_１４とあることから、基地局２１と基地局２２との距離差、基地局２１と基地局２３との距離差、基地局２１と基地局２４との距離差から各々形成される双曲線の交点によって、真の移動局３０までの位置１点を求めることができる。

尚、上記説明では、基地局４つを用いて説明したが、移動局３０が基地局と３つしか通信可能な状態とならない状態であっても、双曲線の交点を求めることは可能である。実際の運用状は３つでも実害とはならない。
また、移動局３０が基地局と３つと通信可能な状態において双曲線の交点を用いて移動局の位置を推定する方法は、"3GPP"（3rd Generation Partnership Project）の規格書における”ＴＳ２５．３０５Ｖ３．９．０”の第９章に”ＯＴＤＯＡ（ＯｂｓｅｒｖｅｄＴｉｍｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅＯｆＡｒｒｉｖａｌ）ｍｅｔｈｏｄ”に記載されている内容と同一となる。

したがって、各基地局２１〜２４間においての非同期の基準クロックを有する基地局制御回路２１ｃ〜２４ｃが、ＧＰＳ受信データから基準時との差である時計補正データを求めて位置検出装置１０に送信するステップと、
移動局３０から位置測位の要求があった場合に、すくなくとも３つ以上の各基地局２１〜２４が、位置検出装置１０の指令に基づいて移動局３０に対して測距信号を送信するステップと、
移動局３０は、受信した前記測距信号に対してＡ／Ｄ変換した後、特定の符号を用いて拡散変調を行った移動局受信データを生成するステップと、
位置検出装置１０は、受信した前記移動局受信データに対して特定の符号を用いて逆拡散を行い、前記逆拡散された前記移動局受信データを用いて前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を算出するステップと、
位置検出装置１０は、前記前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を用いて移動局３０の測位結果を求め、移動局３０に前記測位結果を送信するステップとを備えたことで、互いに非同期の基準クロックを有する基地局３０においても同期をとるのと同じ効果をえることができるとともに、各基地局２１〜２４間と移動局３０との距離の測定をより正確に行うことができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、図１におけるＧＰＳ補正情報を特に有効に利用していなかったが、本実施の形態においては、有効活用する場合について説明する。図、符号等については実施の形態１と同様である。

図１におけるＧＰＳ補正情報入手手段は、電離層、対流圏等の影響を考慮したＧＰＳ補正情報を生成する。図３の（１）擬似距離観測方程式について検討すると、２０ｍ程度の誤差を生むδｏ^ｋ _１は衛星軌道誤差、δＩ^ｋ _１電離層誤差、δＴ^ｋ _１対流圏誤差をＧＰＳ補正情報によって消すことができる。つまり、ＧＰＳ補正データを（１）擬似距離観測方程式に代入することで、比較的誤差の小さい衛星時刻誤差やランダムノイズ誤差を除けば、大きな誤差要因は、時計補正データδｔ_１のみとなり、これは基地局制御回路２１ｃ〜２４ｃの方で求めている。したがって、真の擬似距離ｒ^ｋ _１も予め基地局２１の位置として求めておけば算出可能であるから、δｔ_１の値を算出できる。従って直接（４）基地局測位における観測方程式に、δｔ_１の値を代入して直接ｄ_１の値を求めることができ、移動局３０の位置を求めることができる。誤差δｔ_ｕについては、移動局３０から基地局２１〜２４へ送信する際に情報として含めておけばよい。また、ない場合であっても（５）式へ導入すれば、実施の形態１と同様に移動局３０の位置を求めることができる。

したがって、実施の形態２においては、実施の形態１に対して、ＧＰＳ補正情報を使用することで、位置検出装置１０における算出をより簡単に行うことができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１や２における、移動局３０にもＧＰＳ受信機能を有した場合について説明する。尚、特に指示のない場合は、図、符号等については実施の形態１と同様である。

図４は、この発明の実施の形態３である移動局の位置検出方法を実現する移動体通信ネットワークのシステム構成を示すブロック図である。
実施の形態１の図１に対して、移動局３０に移動局ＧＰＳアンテナ３０ｄと擬似距離情報を含む移動局ＧＰＳ受信データ生成する移動局ＧＰＳ受信機３０ｅを備えている。尚、移動局ＧＰＳ受信機３０ｅ自身は、得られた擬似距離の情報から位置の計算はしない。

図５は、この発明の実施の形態３である移動局の位置検出方法を実現する移動体通信ネットワークのシステムにおける移動局の測位を行うフローチャートである。
Ｓ２０１〜Ｓ２０７までは実施の形態１における図２のＳ１０１からＳ１０７と同じであるので説明を省略する。

Ｓ２０８において、移動局３０は、移動局受信データを基地局２１〜２４の少なくともいずれか１つを経由して位置検出装置１０に送信すると共に、移動局ＧＰＳアンテナ３０ｄから受信し、移動局ＧＰＳ受信機３０ｅにて生成した移動局ＧＰＳ受信データも、制御回路３０ｃを経由し、基地局２１〜２４の少なくともいずれか１つを経由して位置検出装置１０に送信する。

Ｓ２０９において、位置検出装置１０は、実施の形態１と同様、拡散変調された移動局受信データを入力手段１０ｅを経由して逆拡散手段１０ｃに入力させる。逆拡散手段１０ｃは、実施の形態１の場合と同様に、基地局２１〜２４が移動局３０に向かって送信した測距信号の送信した時間と、移動局が受信した時間とから、逆拡散手段１０ｃが基地局２１〜２４から移動局３０に到達するまでの時間を算出する。

また、基地局２１〜２４から移動局３０に到達するまでの時間と、時計補正データ、ＧＰＳ受信データ、及び移動局ＧＰＳ受信データとから位置測位手段１０ｄが移動局３０の位置測位の算出を行う。位置測位方法については実施の形態１及び２の場合と同様である。
但し、本実施の携帯においては、基地局２１〜２４から移動局３０に到達するまでの時間と、時計補正データ、基地局２１〜２４のＧＰＳ受信データ、を用いて位置を求める手法と、移動局３０の移動局ＧＰＳ受信データを用いて位置を求める手法と二つを備えることとなる。すなわち実施の形態３における位置測位手段１０ｄはＧＰＳ測位の機能を有することとなる。

したがって、移動局３０を捉えている基地局の数や移動局ＧＰＳ受信データの受信状況、マルチパスの可能性等に応じて、この二つの移動局位置測位結果を使い分け測位結果を生成することができる。
例えば、例えば、移動局ＧＰＳ受信データのなかに、ＧＰＳ衛星からの信号が４つ以上ある場合は、移動局ＧＰＳ受信データを用いてＤＧＰＳの位置測位として計算することができるため、移動局ＧＰＳ受信データの位置測位結果を用いることができる。

移動局ＧＰＳ受信データのなかに、ＧＰＳ衛星からの信号が３つ以下場合は、位置測位手段１０ｄが求めた、移動局ＧＰＳ受信デ−タからもとめた位置測位結果と、基地局２１〜２４から移動局３０に到達するまでの時間と、時計補正データ、ＧＰＳ受信データからもとめた位置測位結果とを突き合わせて、より精度の高いと推定される結果を真の測位結果として生成することができるし、双方とも、マルチパス等の影響で位置測定結果が複数表れた場合に、双方の測位結果が重複してうるものを真の位置測位結果として生成することもできる。

移動局ＧＰＳ受信データのなかに、ＧＰＳ衛星からの信号がない場合は、基地局２１〜２４から移動局３０に到達するまでの時間と、時計補正データ、ＧＰＳ受信データからもとめた位置測位結果のみを真の位置測位結果として生成することができる。

Ｓ２１０において、位置検出装置１０の位置測位手段１０ｄは、位置測位結果を基地局２１〜２４のいずれかを経由して移動局３０に測位結果を送信する。
Ｓ２１１において、移動局３０が移動局３０が持つ画面等に測位結果を表示する。

したがって、実施の形態３においては、実施の形態１に対して、移動局ＧＰＳ受信データを利用して位置測位を行うことで、より正確な位置測位結果を提供することができる。尚、本実施の形態の内容の特に記載していない部分については、"3GPP"（3rd Generation Partnership Project）の規格書における”ＴＳ２５．３３１Ｖ３．１５．０”の第８．６．７．１９章に記載されたＵＥ−ａｓｓｉｓｔｅｄの処理内容と同一となる。

実施の形態４.
実施の形態４では、位置検出装置１０の位置測位手段１０ｄが、移動局ＧＰＳ受信データと、拡散された移動局受信データを用いて測位を行う場合について説明する。尚、本実施の形態においては、図、符号等については実施の形態３と同様である。

実施の形態３では、Ｓ２０９において、移動局ＧＰＳ受信データを用いた測位結果と、ＧＰＳ受信データを用いた測位結果との突合せを行い、適した結果を選択するようにした。
すなわち、実施の形態４では、移動局ＧＰＳ受信機３０ｅが、受信した移動局ＧＰＳ受信データが持つ測位できる衛星と、移動局３０が受信した測距信号に含まれる経由した基地局２１〜２４との中から、移動局ＧＰＳ受信データ及び拡散された移動局受信データを受信した位置検出装置１０の位置測位手段１０ｅが、すくなくとも４つの組を用いて測位計算することで、移動局３０の高精度測位演算を行ってもよい。
なぜなら、基地局２１〜２４は、予めその位置は把握されており、経由した拡散された移動局受信データはいわば、経由した基地局２１〜２４からの距離である。単純な例として、経由した基地局が２、移動局ＧＰＳ受信データから得られるＧＰＳ衛星の数が２の場合、２つの基地局の距離差から得られる線と、２つのＧＰＳ衛星の擬似距離差によって得えられる線との交点を移動局３０の位置として測位することも可能である。

したがって、移動局ＧＰＳ受信機３０ｅが、受信した移動局ＧＰＳ受信データが持つ測位できる衛星と、移動局３０が受信した測距信号に含まれる経由した基地局２１〜２４との中から、移動局ＧＰＳ受信データ及び拡散された移動局受信データを受信した位置検出装置１０の位置測位手段１０ｅが、すくなくとも４つの組を用いて測位計算することで、高精度測位を行うことができる。

実施の形態５.
実施の形態１〜４においては、特に基地局の選定方法については言及していなかった。しかし、移動局に対して、横１列に並んだ基地局を選ぶ場合と、四方を囲んだ基地局とを選ぶのでは、移動局を中心にして４方の基地局を選ぶ方が位置精度が向上する。
そこで、実施の形態５では、実施の形態１、２における基地局２１〜２４を選択する際、位置精度を向上させる基地局の選定を行う場合について説明する。尚、特に限定のない場合は、図、符号等については実施の形態１及び２と同様である。
他の方法も考えられるが、例えば、以下の手順で行う
（１）最初に選択した基地局により、位置検出装置１０は、移動体３０の位置を算出する(疎測位)。即ち、図２におけるＳ１０１〜ｓ１０９までを行う。
（２）疎測位した移動体３０の位置を中心にして、位置測位手段１０ｄは、疎測位した移動体３０の位置を中心として４方を囲むような位置にある基地局２１〜２４を選ぶ。
（３）選んだ基地局２１〜２４に対して、位置検出装置１０は、測距信号を送信するよう指令を出す。即ち図２におけるＳ１０６を行う。
（４）移動体３０は、選んだ基地局２１〜２４からの測距信号を受信すると、図２におけるＳ１０７〜ｓ１０８と同じ処理を行う。
（５）位置検出装置１０の位置検出手段１０ｄは、移動体３０からの拡散された移動局受信データを用いて、再測位する（精測位）。そして、その測位結果を移動局３０に送信し、移動局３０が画面等を通じて表示する。すなわち、図２におけるＳ１１９〜Ｓ１１１と同じ処理を行う。

従って、位置検出装置１０は、一度粗測位を行った後に、その測位結果に基づいて四方を囲んだ基地局となるよう、基地局２１〜２４を選定し、精測位を行うことで、より精度の高い測位結果を得ることができる。

この発明の実施の形態１である移動局の位置検出方法を実現する移動体通信ネットワークのシステム構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１である移動局の位置検出方法を実現する移動体通信ネットワークのシステムにおける移動局の測位を行うフローチャートである。図２におけるＳ１０９の移動局測位の理論式を用いて理論的に説明したブロック図である。この発明の実施の形態３である移動局の位置検出方法を実現する移動体通信ネットワークのシステム構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態３である移動局の位置検出方法を実現する移動体通信ネットワークのシステムにおける移動局の測位を行うフローチャートである。

符号の説明

１０位置検出装置、１０ａ測距信号出力手段、１０ｂ、時計補正データ管理手段、１０ｃ逆拡散手段、１０ｄ位置測位手段、１０ｅ入出力手段、１０ｆＧＰＳ補正情報入手手段、２１〜２４基地局、２１ａ〜２４ａＧＰＳアンテナ、２１ｂ〜２４ｂＧＰＳ受信器、２１ｃ〜２４ｃ基地局制御手段、３０移動局、３０ａ送受信用アンテナ３０ｂＡ／Ｄ変換器、３０ｃ制御回路、３０ｄ移動局ＧＰＳアンテナ、３０ｅ移動局ＧＰＳ受信機。

Claims

各基地局間においての非同期の基準クロックを有する基地局制御回路が、ＧＰＳ受信データから基準時刻との差である時計補正データを求めて位置検出装置に送信するステップと、
移動局から位置測位の要求があった場合に、すくなくとも３つ以上の前記各基地局が、前記位置検出装置の指令に基づいて前記移動局に対して測距信号を送信するステップと、
前記移動局は、受信した前記測距信号に対してＡ／Ｄ変換した後、特定の符号を用いて拡散変調を行った移動局受信データを生成するステップと、
前記位置検出装置は、受信した前記移動局受信データに対して特定の符号を用いて逆拡散を行い、前記逆拡散された前記移動局受信データを用いて前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を算出するステップと、
前記位置検出装置は、前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を用いて前記移動局の測位結果を求め、前記移動局に前記測位結果を送信するステップとを有することを特徴とする移動局の位置検出方法。
各基地局間においての非同期の基準クロックを有する基地局制御回路が、ＧＰＳ受信データから擬似距離の情報を含むＧＰＳ受信データを前記位置検出装置に送信するステップと、
移動局から位置測位の要求があった場合に、すくなくとも３つ以上の前記各基地局が、前記位置検出装置の指令に基づいて前記移動局に対して測距信号を送信するステップと、
前記移動局は、受信した前記測距信号に対してＡ／Ｄ変換した後、特定の符号を用いて拡散変調を行った移動局受信データを生成するステップと、
前記位置検出装置は、受信した前記移動局受信データに対して特定の符号を用いて逆拡散を行い、前記逆拡散された前記移動局受信データを用いて前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を算出するステップと、
前記位置検出装置は、各基地局から得られた前記擬似距離の情報を含むＧＰＳ受信データについて、一つの基地局における擬似距離と他の基地局における擬似距離との差分である観測値の１重差分を求め、前記観測地の１重差分を用いて求めた前記各基地局間の時計補正データ差分を求めるステップと、前記時計補正データ差分と、前記前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を用いて前記移動局の測位結果を求め、前記移動局に前記測位結果を送信するステップとを有することを特徴とする移動局の位置検出方法。
請求項１または２における移動局の位置検出方法において、
前記位置検出装置は、ＧＰＳネットワーク等から電離層、対流圏等の影響を考慮した補正情報であるＧＰＳ補正情報を生成し、前記各基地局に送信するステップと、
前記各基地局内のＧＰＳ受信機が、受信した前記ＧＰＳ補正情報に基づいて補正を行うステップとを有することを特徴とする移動局の位置検出方法。
請求項１または２における移動局の位置検出方法において、
前記移動局は、前記移動局に備えられた移動局ＧＰＳ受信機にて受信した移動局ＧＰＳ受信データを前記移動局受信データと共に、位置検出装置に送信するステップと、
前記位置検出装置は、受信した前記移動局ＧＰＳ受信データから前記移動局ＧＰＳ受信機が受信した衛星の数を算出するステップと、
前記位置検出装置は、受信できた衛星の数が４以上の場合は、前記移動局ＧＰＳ受信データに基づいて測位を行い、その結果を前記測位結果とするステップと、
前記位置検出装置は、受信できた衛星の数が３以下の場合は、前記移動局ＧＰＳ受信データに基づいて測位を行なった測位結果と、前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を用いて前記移動局の測位結果とからより精度の高い測位結果を前記測位結果とするステップと、
前記位置検出装置は、受信できた衛星の数が０の場合は、前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を用いて前記移動局の測位結果を前記測位結果とするステップとを有することを特徴とする移動局の位置検出方法。
各基地局間においての非同期の基準クロックを有する基地局制御回路が、ＧＰＳ受信データから基準時刻との差である時計補正データを求めて位置検出装置に送信する、または前記ＧＰＳ受信データから擬似距離の情報を含むＧＰＳ受信データを前記位置検出装置に送信するステップと、
移動局から位置測位の要求があった場合に、前記各基地局が、前記位置検出装置の指令に基づいて前記移動局に対して測距信号を送信するステップと、
前記移動局は、受信した前記測距信号に対してＡ／Ｄ変換した後、特定の符号を用いて拡散変調を行った移動局受信データを生成するステップと、
前記移動局は、前記移動局に備えられた移動局ＧＰＳ受信機にて受信した移動局ＧＰＳ受信データを前記移動局受信データと共に、位置検出装置に送信するステップと、
前記位置検出装置は、受信した前記移動局受信データに対して特定の符号を用いて逆拡散を行い、前記逆拡散された前記移動局受信データを用いて前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を算出するステップと、
前記位置検出装置は、受信した前記移動局ＧＰＳ受信データが持つ測位できる衛星と、移動局が受信した測距信号に含まれる経由した前記基地局との中から、あわせてすくなくとも４つの組を用いて測位結果を求め、前記移動局に前記測位結果を送信するステップとを有することを特徴とする移動局の位置検出方法。
各基地局間においての非同期の基準クロックを有する基地局制御回路が求めた、ＧＰＳ受信データから基準時との差である時計補正データを記憶する時計補正データ管理手段と、
移動局から位置測位の要求があった場合に、すくなくとも３つ以上の前記各基地局が、前記移動局に対して送信する測距信号を前記各基地局に対して指令信号を送信する測距信号出力手段と、
前記移動局が受信した前記測距信号に対してＡ／Ｄ変換後、特定の符号を用いて拡散変調を行った移動局受信データを受信し、前記移動局受信データに対して特定の符号を用いて逆拡散を行い、逆拡散された前記移動局受信データを用いて前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を算出する逆拡散手段と、
前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を用いて前記移動局の測位結果を求める位置測位手段とを備えたことを特徴とする位置検出装置。
移動局から位置測位の要求があった場合に、すくなくとも３つ以上の前記各基地局が、前記移動局に対して送信する測距信号を前記各基地局に対して指令信号を送信する測距信号出力手段と、
前記移動局が受信した前記測距信号に対してＡ／Ｄ変換後、特定の符号を用いて拡散変調を行った移動局受信データを受信し、前記移動局受信データに対して特定の符号を用いて逆拡散を行い、前記逆拡散された前記移動局受信データを用いて前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を算出する逆拡散手段と、
位置測位手段は、前記各基地局から得られた前記擬似距離の情報を含むＧＰＳ受信データについて、一つの基地局における擬似距離と他の基地局における擬似距離との差分である観測値の１重差分を求め、前記観測地の１重差分を用いて求めた前記各基地局間の時計補正データ差分を求め、前記観測地の１重差分を用いて求めた前記各基地局間の時計補正データ差分を求めると共に、前記時計補正データ差分と、前記前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を用いて前記移動局の測位結果を求めることを特徴とする位置検出装置。
請求項６または７における位置検出装置において、
前記逆拡散手段は、前記逆拡散された前記移動局受信データに含まれるマルチパス成分を除去した上で、前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を算出することを特徴とする位置検出装置。
請求項６または７における位置検出装置において、
ＧＰＳネットワーク等から電離層、対流圏等の影響を考慮した補正情報であるＧＰＳ補正情報を生成するＧＰＳ補正情報入手手段とを備えたことを特徴とする位置検出装置。
請求項６または７における位置検出装置において、
位置測位手段は、受信した前記移動局ＧＰＳ受信データから前記移動局ＧＰＳ受信機が受信した衛星の数を算出した結果、
受信できた衛星の数が４以上の場合は、前記移動局ＧＰＳ受信データに基づいて測位を行い、その結果を前記測位結果とし
受信できた衛星の数が３以下の場合は、前記移動局ＧＰＳ受信データに基づいて測位を行なった測位結果と、前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を用いて前記移動局の測位結果とからより精度の高い測位結果を前記測位結果とし、
受信できた衛星の数が０の場合は、前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を用いて前記移動局の測位結果を前記測位結果とすることを特徴とする位置検出装置。
移動局から位置測位の要求があった場合に、各基地局が、前記移動局に対して送信する測距信号を前記各基地局に対して指令信号を送信する測距信号出力手段と、
前記移動局が受信した前記測距信号に対してＡ／Ｄ変換後、特定の符号を用いて拡散変調を行った移動局受信データを受信し、前記移動局受信データに対して特定の符号を用いて逆拡散を行い、逆拡散された前記移動局受信データを用いて前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を算出する逆拡散手段と、
前記測距信号の送信時から前記移動局の着信時までの時間を用いると共に、受信した前記移動局ＧＰＳ受信データが持つ測位できる衛星と、移動局が受信した測距信号に含まれる経由した前記基地局との中から、あわせてすくなくとも４つの組を用いて前記移動局の測位結果を求める位置測位手段とを備えたことを特徴とする位置検出装置。
すくなくとも３つ以上の前記各基地局から受信した測距信号を受信すると、受信した前記測距信号に対してＡ／Ｄ変換をおこなうＡ／Ｄ変換機と、
前記位置検出装置に位置測位の要求を行うと共に、前記Ａ／Ｄ変換された前記測距信号に対して、特定の符号を用いて拡散変調を行った移動局受信データを生成する制御回路と、前記移動局受信データに基づいて測位計算された測位結果を表示することを特徴とする移動局。
請求項１２における移動局において、
ＧＰＳ受信信号を受信する移動局ＧＰＳアンテナと、前記移動局ＧＰＳアンテナから受信したＧＰＳ信号に基づいて、移動局ＧＰＳ受信データを生成する移動局ＧＰＳ受信機とを備えたことを特徴とする移動局。
衛星からの信号を受信するＧＰＳアンテナと、
前記信号に基づいて擬似距離の情報を含むＧＰＳ受信データを生成するＧＰＳ受信機と、各基地局間においての非同期の基準クロックを有し、ＧＰＳ受信データから基準時との差である時計補正データを求めて位置検出装置に送信する基地局制御回路とを有し、
前記基地局制御回路は、移動局からの位置測位要求を前記位置検出装置に転送し、前記位置検出装置からの指令に基づいて測距信号を前記移動局へと送信し、前記移動局からの前記逆拡散された前記移動局受信データを前記位置検出装置へと転送し、前記位置検出装置からの前記測位結果を前記移動局へと転送することを特徴とする基地局。
衛星からの信号を受信するＧＰＳアンテナと、
前記信号に基づいて擬似距離の情報を含むＧＰＳ受信データを生成するＧＰＳ受信機と、各基地局間においての非同期の基準クロックを有し、ＧＰＳ受信データを前記位置検出装置に送信する基地局制御回路とを有し、
前記基地局制御回路は、移動局からの位置測位要求を前記位置検出装置に転送し、前記位置検出装置からの指令に基づいて測距信号を前記移動局へと送信し、前記移動局からの前記逆拡散された前記移動局受信データを前記位置検出装置へと転送し、前記位置検出装置からの前記測位結果を前記移動局へと転送することを特徴とする基地局。
請求項１４または１５における基地局において、
前記基地局内のＧＰＳ受信機が、受信した前記ＧＰＳ補正情報に基づいて補正を行うことを特徴とする基地局。
請求項１または２における移動局の位置検出方法において、
前記位置測位手段が、移動体の前記測位結果を中心として４方を囲むような位置にある基地局を選び、前記選んだ基地局に対して、測距信号を送信するよう指令を出し、前記移動体の位置の再測位を行うステップとを有することを特徴とする移動局の位置検出方法。