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JP6867902B2 - Position estimator, position estimation method and computer program - Google Patents
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JP6867902B2 - Position estimator, position estimation method and computer program - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、位置推定装置、位置推定方法およびコンピュータプログラムに関する。 Embodiments of the present invention relate to position estimation devices, position estimation methods and computer programs.

近年、幅広い分野の製品がGPS(Global Positioning System)に代表される衛星測位システムによる測位に対応しており、GPSによる測位を活用したアプリケーションやサービスの利用が一般的になっている。複数のGPS衛星からの測距信号をGPS受信機が受信できることが、GPSによる測位を行うために必須である。屋外であればGPSによる測位が可能であるが、屋内、地下、海底又は地球外の天体などGPSの電波が到達しない場所ではGPSによる測位はできない。 In recent years, products in a wide range of fields have supported positioning by a satellite positioning system represented by GPS (Global Positioning System), and applications and services utilizing GPS positioning have become common. It is indispensable for GPS receivers to be able to receive ranging signals from a plurality of GPS satellites in order to perform GPS positioning. GPS positioning is possible outdoors, but GPS positioning is not possible in places where GPS radio waves do not reach, such as indoors, underground, the seabed, or extraterrestrial celestial bodies.

GPSを利用できない場所でも測位をするため、移動体通信の基地局が設置されている場所において、これらの電波を用いた測位を行うことが考えられる。受信信号強度を用いて距離を推定する方法や、到来時間(Time of Arrival:TOA)方式又は到来時間差(Time Difference of Arrival:TDOA)方式が存在する。受信信号強度を用いる方法は、事前にキャリブレーションが必要で、精密な測定が困難である。TOA方式やTDOA方式では、回折、反射や屈折があると受信側には時間的遅れた複数の電波が到達する多重波伝搬(マルチパス)が発生する。多重波伝搬やノイズがある場合においては、TOA方式やTDOA方式を用いても、測定精度を向上させるのが難しかった。 In order to perform positioning even in places where GPS cannot be used, it is conceivable to perform positioning using these radio waves in places where mobile communication base stations are installed. There are a method of estimating the distance using the received signal strength, an arrival time (Time of Arrival: TOA) method, or an arrival time difference (Time Difference of Arrival: TDOA) method. The method using the received signal strength requires calibration in advance, and it is difficult to make a precise measurement. In the TOA method and the TDOA method, if there is diffraction, reflection or refraction, multiple wave propagation (multipath) occurs in which a plurality of radio waves delayed in time arrive at the receiving side. When there is multilateration or noise, it is difficult to improve the measurement accuracy even if the TOA method or the TDOA method is used.

特許第5632843号Patent No. 5632843

本発明の実施形態は、高精度な位置推定を行う位置推定装置、位置推定方法およびコンピュータプログラムを提供する。 An embodiment of the present invention provides a position estimation device, a position estimation method, and a computer program for performing highly accurate position estimation.

本発明の実施形態としての位置推定装置は、受信タイミング特定部と、位置推定部とを備える。前記受信タイミング特定部は、複数の第1信号の受信信号と、所定の第2信号との演算に基づく複数の第3信号間の関係を用いて、前記複数の第1信号の受信タイミングを特定する。前記位置推定部は、前記受信タイミングに基づき、前記第1信号の送信元または受信先である第1無線通信装置の位置を推定する。 The position estimation device according to the embodiment of the present invention includes a reception timing specifying unit and a position estimation unit. The reception timing specifying unit specifies the reception timing of the plurality of first signals by using the relationship between the reception signals of the plurality of first signals and the plurality of third signals based on the calculation of the predetermined second signal. To do. The position estimation unit estimates the position of the first wireless communication device, which is the source or destination of the first signal, based on the reception timing.

第1の実施形態に係る無線測位システムの全体を示す図。The figure which shows the whole of the radio positioning system which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る無線測位システムの機能ブロック図。The functional block diagram of the radio positioning system which concerns on 1st Embodiment. 相互相関を用いた受信信号中のパターン信号検出の例を示す図。The figure which shows the example of the pattern signal detection in the received signal using cross-correlation. 相互相関信号の候補ピーク抽出及びピーク選択の例を示す図。The figure which shows the example of the candidate peak extraction and peak selection of a cross-correlation signal. 抽出された候補ピーク群を表すデータを格納したテーブル例を示す図。The figure which shows the example of the table which stored the data which shows the extracted candidate peak group. 第1の実施形態に係る測位サーバによる測位を示す図。The figure which shows the positioning by the positioning server which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る無線測位システムの処理フローを示す図。The figure which shows the processing flow of the radio positioning system which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る無線測位システムの機能ブロック図。The functional block diagram of the radio positioning system which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る無線測位システムの処理フローを示す図。The figure which shows the processing flow of the radio positioning system which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る無線測位システムの機能ブロック図。The functional block diagram of the radio positioning system which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る補間処理の例を示す図。The figure which shows the example of the interpolation processing which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る無線測位システムの処理フローを示す図。The figure which shows the processing flow of the radio positioning system which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る無線測位システムの機能ブロック図。The functional block diagram of the radio positioning system which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係る無線測位システムの機能ブロック図。The functional block diagram of the radio positioning system which concerns on 5th Embodiment. 第5の実施形態に係る端末による測位を示す図。The figure which shows the positioning by the terminal which concerns on 5th Embodiment. 第5の実施形態に係る無線測位システムの処理フローを示す図。The figure which shows the processing flow of the radio positioning system which concerns on 5th Embodiment. 第6の実施形態に係る無線測位システムの機能ブロック図。The functional block diagram of the radio positioning system which concerns on 6th Embodiment. 第6の実施形態に係る無線測位システムの処理フローを示す図。The figure which shows the processing flow of the radio positioning system which concerns on 6th Embodiment. 第7の実施形態に係る無線測位システムの全体を示す図。The figure which shows the whole of the radio positioning system which concerns on 7th Embodiment.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。また、図面において同一の構成要素は、同じ番号を付し、説明は、適宜省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Further, in the drawings, the same components are given the same number, and the description thereof will be omitted as appropriate.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の実施形態に係る無線測位システムの全体構成を模式的に示す図である。以下では図1を参照し、無線測位システムの概要について説明する。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of a radio positioning system according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, an outline of the wireless positioning system will be described with reference to FIG.

図1の無線測位システムは、基地局1a、1b、1cと、端末2と、本実施形態に係る位置推定装置である測位サーバ3とを備える。基地局1a、1b、1cは測位サーバとネットワーク5により接続されている。ネットワーク5は、データの送信が可能な電気的な媒体であればよく、有線LAN(Local Area Network)でも、無線LANでも、その他のインタフェースでも、それらの組み合わせでもよい。図1には3つの基地局が示されているが、これより多くの基地局が設置されていてもよい。また、図1に示されている端末は1台だが、端末の数は2台以上であってもよい。測位サーバは1台のみ図示されているが、複数台用意し、負荷分散や可用性の向上を図ることもできる。 The wireless positioning system of FIG. 1 includes base stations 1a, 1b, 1c, a terminal 2, and a positioning server 3 which is a position estimation device according to the present embodiment. The base stations 1a, 1b, and 1c are connected to the positioning server by the network 5. The network 5 may be an electrical medium capable of transmitting data, and may be a wired LAN (Local Area Network), a wireless LAN, other interfaces, or a combination thereof. Although three base stations are shown in FIG. 1, more base stations may be installed. Further, although the number of terminals shown in FIG. 1 is one, the number of terminals may be two or more. Although only one positioning server is shown in the figure, it is possible to prepare multiple positioning servers to improve load balancing and availability.

基地局1a、1b、1cは、一例としてIEEE802.11シリーズ又はその後継規格の無線LANアクセスポイント、あるいは、IEEE802.16シリーズ又はその後継規格の移動体通信向け基地局であるが、Bluetoothなどその他の方式によるものでもよい。基地局やLANアクセスポイントという装置名は例示であり、基地局やアクセスポイント以外の無線通信装置をもって代用させることも可能である。従って基地局やアクセスポイント以外の無線通信装置を、基地局1a、1b、1cの代わりに配置してもよい。基地局1a、1b、1cは、端末2から送信される測距信号を受信する受信機としての役割を有する。測距信号は、後述する所定の信号(パターン信号)を含む信号であり、端末2の位置推定を行うために用いられる。 The base stations 1a, 1b, and 1c are, for example, a wireless LAN access point of the IEEE802.11 series or its successor standard, or a base station for mobile communication of the IEEE802.16 series or its successor standard, but other base stations such as Bluetooth. It may be by the method. The device names such as a base station and a LAN access point are examples, and a wireless communication device other than the base station or the access point can be used as a substitute. Therefore, wireless communication devices other than base stations and access points may be arranged instead of base stations 1a, 1b, and 1c. The base stations 1a, 1b, and 1c have a role as a receiver for receiving the ranging signal transmitted from the terminal 2. The ranging signal is a signal including a predetermined signal (pattern signal) described later, and is used for estimating the position of the terminal 2.

端末2は、測距信号を基地局に向けて送信可能な無線通信装置を搭載している。データの送受信に用いる無線通信方式は、一例として、IEEE802.11シリーズ又はその後継規格の無線LAN、IEEE802.16シリーズ又はその後継規格の移動体通信方式であるが、Bluetoothなどその他の方式によるものでもよい。ただし、端末2の用いる無線通信方式は基地局1a、1b、1cが対応している無線通信方式と同一又は互換性のあるものである必要がある。 The terminal 2 is equipped with a wireless communication device capable of transmitting a ranging signal toward a base station. The wireless communication method used for transmitting and receiving data is, for example, the wireless LAN of the IEEE802.11 series or its successor standard, the mobile communication method of the IEEE802.16 series or its successor standard, but other methods such as Bluetooth are also used. Good. However, the wireless communication system used by the terminal 2 needs to be the same as or compatible with the wireless communication system supported by the base stations 1a, 1b, and 1c.

端末2の形態としては、タブレット、パソコン、スマートフォン、フィーチャーフォン、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、スマートウォッチ、ヘルスバンド、経路誘導装置、生体情報モニタ、非常用発信器、テレメトリー発信器、センサが搭載されたロボット、センサが搭載された車両、センサが搭載されたドローンなどが想定されるが、その他の形態のものであってもよい。 The form of the terminal 2 includes a tablet, a personal computer, a smartphone, a feature phone, a game machine, a digital camera, a video camera, a smart watch, a health band, a route guidance device, a biological information monitor, an emergency transmitter, a telemetry transmitter, and a sensor. A mounted robot, a vehicle equipped with a sensor, a drone equipped with a sensor, and the like are assumed, but other forms may also be used.

端末2が送信する測距信号のうち、基地局1aが受信するものを信号s、基地局1bが受信するものを信号s、基地局1cが受信するものを信号sとする。基地局1a、1b、1cはそれぞれ信号s、s、sより相互相関信号100a、100b、100cを生成し、ネットワーク5を介して測位サーバ3へ相互相関信号100a、100b、100cを送信する。相互相関信号の生成方法については後述する。 Among the ranging signals transmitted by the terminal 2, the signal s 1 is received by the base station 1a, the signal s 2 is received by the base station 1b, and the signal s 3 is received by the base station 1c. The base stations 1a, 1b, and 1c generate cross-correlation signals 100a, 100b, and 100c from the signals s 1 , s 2 , and s 3 , respectively, and transmit the cross-correlation signals 100a, 100b, and 100c to the positioning server 3 via the network 5. To do. The method of generating the cross-correlation signal will be described later.

測位サーバ3は、1以上のCPU(中央処理装置)、記憶装置、通信部を備え、OS(オペレーティングシステム)とアプリケーションが動作する計算機などの情報処理装置である。測位サーバ3は物理的な計算機であってもよいが、仮想計算機(Virtual Machine:VM)、コンテナ(container)又はこれらの組み合わせにより実現されるものであってもよい。1つ以上の物理計算機、仮想計算機、コンテナに測位サーバ3の機能を分担させてもよい。可用性の向上と負荷分散のために測位サーバ3の台数を増やした構成を用いることも排除されない。測位サーバの設置場所は、基地局の近傍であっても、リモートサイトのデータセンターなどであっても、複数個所に分散されていてもよく、特に問わない。 The positioning server 3 is an information processing device such as a computer that includes one or more CPUs (central processing units), a storage device, and a communication unit, and operates an OS (operating system) and an application. The positioning server 3 may be a physical computer, but may be realized by a virtual computer (VM), a container, or a combination thereof. The functions of the positioning server 3 may be shared by one or more physical computers, virtual computers, and containers. It is not excluded to use a configuration in which the number of positioning servers 3 is increased in order to improve availability and load balancing. The location of the positioning server may be near a base station, a data center at a remote site, or may be dispersed in a plurality of locations, and is not particularly limited.

図2は、第1の実施形態に係る無線測位システムの機能ブロック図である。以降では図2を参照しながら、無線測位システムを構成する各装置内の構成要素について説明をする。 FIG. 2 is a functional block diagram of the radio positioning system according to the first embodiment. Hereinafter, the components in each device constituting the wireless positioning system will be described with reference to FIG.

基地局1aは、無線送受信部10aと、時刻管理部11aと、記憶部12aと、相互相関算出部13aと、通信部14aと、アンテナ6aとを備える。 The base station 1a includes a wireless transmission / reception unit 10a, a time management unit 11a, a storage unit 12a, a cross-correlation calculation unit 13a, a communication unit 14a, and an antenna 6a.

無線送受信部10aは、無線通信機能を有する。IEEE802.11シリーズなどの無線LANを用いる場合、無線送受信部10aは無線LANモジュールとなる。IEEE802.16シリーズなどの移動体通信を用いる場合、無線送受信部10aはベースバンドプロセッサ、RFトランシーバ、増幅器、フィルタなどから構成される。これらの無線通信規格は例示であり、その他の無線通信方式を用いることもできる。無線送受信部10aは、アンテナ6aに接続されており、アンテナ6aを介して電波の送受信を行う。アンテナ6aは、無線送受信部10aに内蔵されていてもよいし、無線送受信部10aに外付けされていてもよい。 The wireless transmission / reception unit 10a has a wireless communication function. When a wireless LAN such as the IEEE 802.11 series is used, the wireless transmission / reception unit 10a becomes a wireless LAN module. When mobile communication such as the IEEE 802.16 series is used, the radio transmission / reception unit 10a is composed of a baseband processor, an RF transceiver, an amplifier, a filter, and the like. These wireless communication standards are examples, and other wireless communication methods can also be used. The wireless transmission / reception unit 10a is connected to the antenna 6a and transmits / receives radio waves via the antenna 6a. The antenna 6a may be built in the wireless transmission / reception unit 10a, or may be externally attached to the wireless transmission / reception unit 10a.

時刻管理部11aは、クロックまたはタイマなどを用いて、現在時刻の管理、時刻の調整及び経過時間の計測などの機能を提供し、更に無線測位システム全体での時刻同期に対応している。時刻の同期を行う手段は特に問わない。例えば、Precision Time Protocol(PTP)により高精度な時刻を持つマスタを参照する方法、Network Time Protocol(NTP)により外部のサーバと時刻同期を行う方法又は通信規格が備える時刻同期機能を使う方法などがある。時刻管理部11aは、ソフトウェアにより実現されるものでも、ハードウェアにより実現されるものでも、それらの組み合わせによるもののいずれでもよい。測位の精度を担保するためには、時刻管理部11aの計測誤差と、時刻同期時の誤差の双方を抑制する必要がある。 The time management unit 11a provides functions such as current time management, time adjustment, and elapsed time measurement by using a clock or a timer, and further supports time synchronization in the entire wireless positioning system. The means for synchronizing the time is not particularly limited. For example, a method of referencing a master having a highly accurate time by Precision Time Protocol (PTP), a method of synchronizing time with an external server by Network Time Protocol (NTP), or a method of using the time synchronization function provided in a communication standard, etc. is there. The time management unit 11a may be realized by software, by hardware, or a combination thereof. In order to ensure the accuracy of positioning, it is necessary to suppress both the measurement error of the time management unit 11a and the error at the time of time synchronization.

記憶部12aには、無線測位システムで測位の対象となる端末2に対して割り当てられた所定の信号であるパターン信号を保存することができる。なお、複数の端末が存在する場合、各端末のパターン信号は同一でも異なってもよい。記憶部は、例えばNANDフラッシュメモリ、NORフラッシュメモリ、MRAM、ReRAM,ハードディスク、光ディスクなどの不揮発性記憶デバイス又はDRAMなどの揮発性記憶デバイスのいずれか又はそれらの組み合わせから構成される。 The storage unit 12a can store a pattern signal, which is a predetermined signal assigned to the terminal 2 to be positioned by the wireless positioning system. When a plurality of terminals exist, the pattern signals of the terminals may be the same or different. The storage unit is composed of, for example, a non-volatile storage device such as a NAND flash memory, a NOR flash memory, an MRAM, a ReRAM, a hard disk, an optical disk, or a volatile storage device such as a DRAM, or a combination thereof.

相互相関算出部13aは、無線送受信部10aで受信された端末からの送信信号と、記憶部12aに保存された端末のパターン信号を用いて相互相関の計算を行う。相互相関の計算方法には様々なものが存在するが、一例として、下記の式(1)により求めることができる。

Figure 0006867902
この式(1)は連続関数についての相互相関の一例である。f(t)が端末のパターン信号であり、g(t)は無線送受信部10aで受信された端末からの送信信号であるとする。 The cross-correlation calculation unit 13a calculates the cross-correlation using the transmission signal from the terminal received by the wireless transmission / reception unit 10a and the pattern signal of the terminal stored in the storage unit 12a. There are various methods for calculating the cross-correlation, but as an example, it can be calculated by the following equation (1).
Figure 0006867902
This equation (1) is an example of cross-correlation for a continuous function. It is assumed that f (t) is a pattern signal of the terminal and g (t) is a transmission signal from the terminal received by the wireless transmission / reception unit 10a.

図3を参照し、相互相関の意味について説明する。ここでは都合上、連続関数を例にとり説明しているが、以下の議論は連続関数を離散データに置き換えても当てはまる。図3における横軸のt及びτは、時刻を表す。パターン信号90は式(1)におけるf(t)に該当し、端末のパターン信号である。一方、信号92は式(1)におけるg(t)に該当し、無線送受信部10aで受信された端末からの送信信号である。 The meaning of cross-correlation will be described with reference to FIG. Here, for convenience, the continuous function is taken as an example, but the following discussion is applicable even if the continuous function is replaced with discrete data. T and τ on the horizontal axis in FIG. 3 represent time. The pattern signal 90 corresponds to f (t) in the equation (1) and is a terminal pattern signal. On the other hand, the signal 92 corresponds to g (t) in the equation (1), and is a transmission signal from the terminal received by the wireless transmission / reception unit 10a.

相互相関算出部13aはパターン信号90をf(t−τ)のようにτだけずらし、シフトさせたパターン信号91を求めることができる。相互相関算出部13aは更にシフトさせたパターン信号91と信号92を乗じ、積分することにより、相互相関93を算出することができる。相互相関算出部13aは複数の値τについて相互相関93の計算を行うことが可能であるが、図3に示したようにパターン信号90をτだけずらすと、シフトさせたパターン信号91が信号92のパターン信号部分とマッチングすることがわかる。τ=τのときに最もよくパターン信号がマッチングしているため、相互相関93もτ=τのときにピークが出ている。 The cross-correlation calculation unit 13a can obtain the shifted pattern signal 91 by shifting the pattern signal 90 by τ as in f (t−τ). The cross-correlation calculation unit 13a can calculate the cross-correlation 93 by multiplying the further shifted pattern signal 91 and the signal 92 and integrating them. The cross-correlation calculation unit 13a can calculate the cross-correlation 93 for a plurality of values τ, but when the pattern signal 90 is shifted by τ 1 as shown in FIG. 3, the shifted pattern signal 91 becomes a signal. It can be seen that it matches the pattern signal portion of 92. Since the pattern signals match best when τ = τ 1 , the cross-correlation 93 also peaks when τ = τ 1.

受信した信号をデータとして取り出すためには、A/Dコンバータなどで周期的に信号をサンプリングする必要があるため、g(t)にあたる信号92は離散的となる。従って図3でパターン信号90、シフトされたパターン信号91、信号92及び相互相関93はすべて連続関数として描かれているが、実際の相互相関算出部13aの処理でこれらは離散的なデータとして扱われる。 In order to extract the received signal as data, it is necessary to periodically sample the signal with an A / D converter or the like, so that the signal 92 corresponding to g (t) is discrete. Therefore, although the pattern signal 90, the shifted pattern signal 91, the signal 92, and the cross-correlation 93 are all drawn as continuous functions in FIG. 3, they are treated as discrete data in the actual processing of the cross-correlation calculation unit 13a. Will be.

このように、計算対象のデータが離散的である場合、式(1)の連続関数の相互相関の代わりに、下記の式(2)の離散系における相互相関の式を使うことができる。

Figure 0006867902
In this way, when the data to be calculated is discrete, the cross-correlation equation in the discrete system of the following equation (2) can be used instead of the cross-correlation of the continuous function of the equation (1).
Figure 0006867902

離散データにおいては上記の式(2)を用いて、複数のτについて相互相関I(τ)を求める必要がある。ここでτはパターン信号90にあたるf(t)をシフトさせる量を表す。信号92にあたるg(t)がサンプリングされた周期に合わせ、ずらす量τも離散的な値をとるため、シフトさせたパターン信号91にあたるf(t−τ)も離散的に分布する。この結果、算出される相互相関I(τ)は信号g(t)のサンプリング周期に依存した離散的なデータ(サンプル)となる。すなわち、一定時間間隔の時刻と相互相関値(強度値)とを含むサンプル群となる。このような離散的な相互相関データを、以降では相互相関信号と呼ぶことにする。 For discrete data, it is necessary to obtain the cross-correlation I (τ) for a plurality of τ using the above equation (2). Here, τ represents the amount of shifting f (t) corresponding to the pattern signal 90. Since the amount of shift τ also takes a discrete value according to the period in which g (t) corresponding to the signal 92 is sampled, f (t−τ) corresponding to the shifted pattern signal 91 is also distributed discretely. As a result, the calculated cross-correlation I (τ) becomes discrete data (sample) depending on the sampling period of the signal g (t). That is, it is a sample group including the time at regular time intervals and the cross-correlation value (intensity value). Such discrete cross-correlation data will be referred to hereinafter as cross-correlation signals.

相互相関の計算精度を上げるため、離散的なデータを複数の計算領域に分割し、各計算領域についての平均値で減算し、標準偏差で割った下記の式(3)に示す正規化相互相関(normalized cross correlation:NCC)を用いることもできる。

Figure 0006867902
式(3)を用いることにより受信信号の強度に依存した相互相関の計算値の変動を抑制することができる。このように相互相関には種々の計算法や変形が存在するが、信号g(t)中のパターン信号f(t)の検出が可能であれば、そのいずれを用いてもよい。複数の相互相関の計算式による計測を繰り返し、最も誤検出が少なく正確なピーク検出ができる計算式を選択する処理を行ってもよい。 In order to improve the calculation accuracy of the cross-correlation, the discrete data is divided into a plurality of calculation areas, subtracted by the average value for each calculation area, and divided by the standard deviation. (Normalized cross correlation: NCC) can also be used.
Figure 0006867902
By using the equation (3), it is possible to suppress the fluctuation of the calculated value of the cross-correlation depending on the strength of the received signal. As described above, there are various calculation methods and variations in the cross-correlation, and any of them may be used as long as the pattern signal f (t) in the signal g (t) can be detected. The measurement by a plurality of cross-correlation calculation formulas may be repeated, and a process of selecting a calculation formula capable of performing accurate peak detection with the least false detection may be performed.

相互相関計算部13aはマイクロプロセッサ、ASIC、FPGA、PLDなどのハードウェア、ハードウェア上で動作するソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現されるものとする。相互相関計算部13aは更に相互相関信号の計算又は計算結果の保持のためにバッファを備えていてもよい。バッファは例えばNANDフラッシュメモリ、NORフラッシュメモリ、MRAM、ReRAM,ハードディスク、光ディスクなどの不揮発性記憶デバイス又はDRAMなどの揮発性記憶デバイスのいずれか又はそれらの組み合わせから構成される。 The cross-correlation calculation unit 13a shall be realized by hardware such as a microprocessor, ASIC, FPGA, PLD, software running on the hardware, or a combination thereof. The cross-correlation calculation unit 13a may further include a buffer for calculating the cross-correlation signal or holding the calculation result. The buffer is composed of, for example, a non-volatile storage device such as a NAND flash memory, a NOR flash memory, an MRAM, a ReRAM, a hard disk, an optical disk, or a volatile storage device such as a DRAM, or a combination thereof.

通信部14aは、データを含む信号を送受信する機能を有する。図2には示されていないが、冗長性確保のため基地局1aは複数の通信部を備えてもよい。物理インタフェースとしては、IEEE802.3シリーズで規格化されている有線のイーサネットでもよいし、無線LANなどの無線通信を用いるインタフェースでもよい。この場合、無線送受信部10aに係るハードウェアと通信部14aのハードウェアを共用させることができる。 The communication unit 14a has a function of transmitting and receiving signals including data. Although not shown in FIG. 2, the base station 1a may include a plurality of communication units in order to ensure redundancy. The physical interface may be a wired Ethernet standardized by the IEEE802.3 series, or an interface using wireless communication such as a wireless LAN. In this case, the hardware related to the wireless transmission / reception unit 10a and the hardware of the communication unit 14a can be shared.

ここまで基地局1aの構成要素及び機能について説明したが、基地局1b及び基地局1cの構成及び機能については基地局1aと同様であるとする。 Although the components and functions of the base station 1a have been described so far, it is assumed that the configurations and functions of the base station 1b and the base station 1c are the same as those of the base station 1a.

端末2は、無線送受信部20と、時刻管理部21と、記憶部22とを備える。 The terminal 2 includes a wireless transmission / reception unit 20, a time management unit 21, and a storage unit 22.

無線送受信部20は、無線により信号を送受信する機能を有する。IEEE802.11シリーズなどの無線LANを用いる場合、無線送受信部20は無線LANモジュールとなる。IEEE802.16シリーズなどの移動体通信を用いる場合、無線送受信部20はベースバンドプロセッサ、RFトランシーバ、増幅器、フィルタなどから構成される。これらの無線通信規格は例示であり、その他の無線通信方式を用いることもできる。ただし、各基地局の備える無線送受信部が対応している無線通信方式と同一又は互換性を有する方式を用いる必要がある。 The wireless transmission / reception unit 20 has a function of transmitting / receiving signals wirelessly. When a wireless LAN such as the IEEE 802.11 series is used, the wireless transmission / reception unit 20 becomes a wireless LAN module. When mobile communication such as the IEEE 802.16 series is used, the radio transmission / reception unit 20 is composed of a baseband processor, an RF transceiver, an amplifier, a filter, and the like. These wireless communication standards are examples, and other wireless communication methods can also be used. However, it is necessary to use a method that is the same as or compatible with the wireless communication method supported by the wireless transmitter / receiver provided in each base station.

無線送受信部20は、アンテナ7に接続されており、アンテナ7を介して電波の送受信を行う。アンテナ7は、無線送受信部20に内蔵されていてもよいし、無線送受信部20に外付けされていてもよい。 The wireless transmission / reception unit 20 is connected to the antenna 7 and transmits / receives radio waves via the antenna 7. The antenna 7 may be built in the wireless transmission / reception unit 20 or may be externally attached to the wireless transmission / reception unit 20.

時刻管理部21は、クロックまたはタイマを用いて、現在時刻の管理、時刻の調整及び経過時間の計測などの機能を提供し、更に測位システム全体での時刻同期に対応している。時刻の同期を行う手段は特に問わない。例えば、Precision Time Protocol(PTP)により高精度な時刻を持つマスタを参照する方法、Network Time Protocol(NTP)により外部のサーバと時刻同期を行う方法又は通信規格が備える時刻同期機能を使う方法などがある。時刻管理部21は、ソフトウェアにより実現されるものでも、ハードウェアにより実現されるものでも、それらの組み合わせによるもののいずれでもよい。測位の精度を担保するためには、時刻管理部21の計測誤差と、時刻同期時の誤差の双方を抑制する必要がある。 The time management unit 21 provides functions such as current time management, time adjustment, and elapsed time measurement by using a clock or a timer, and further supports time synchronization in the entire positioning system. The means for synchronizing the time is not particularly limited. For example, a method of referencing a master having a highly accurate time by Precision Time Protocol (PTP), a method of synchronizing time with an external server by Network Time Protocol (NTP), or a method of using the time synchronization function provided in a communication standard, etc. is there. The time management unit 21 may be realized by software, by hardware, or a combination thereof. In order to ensure the accuracy of positioning, it is necessary to suppress both the measurement error of the time management unit 21 and the error at the time of time synchronization.

記憶部22には、所定の信号であるパターン信号が保存されている。このパターン信号は、各基地局との間で共通に認識されているものであれば、パターン信号の種類については特に問わない。パターン信号は、後述する他の実施形態のようにチャネル推定(伝搬路推定)に用いるパイロット信号でもよい。記憶部22は、例えばNANDフラッシュメモリ、NORフラッシュメモリ、MRAM、ReRAM,ハードディスク、光ディスクなどの不揮発性記憶デバイス又はDRAMなどの揮発性記憶デバイスのいずれか又はそれらの組み合わせから構成される。 A pattern signal, which is a predetermined signal, is stored in the storage unit 22. The type of the pattern signal is not particularly limited as long as the pattern signal is commonly recognized by each base station. The pattern signal may be a pilot signal used for channel estimation (propagation path estimation) as in other embodiments described later. The storage unit 22 is composed of, for example, a non-volatile storage device such as a NAND flash memory, a NOR flash memory, an MRAM, a ReRAM, a hard disk, an optical disk, or a volatile storage device such as a DRAM, or a combination thereof.

ネットワーク5は、基地局1aと、基地局1bと、基地局1cと、測位サーバ3とを接続する。物理インタフェースは、有線のイーサネットでもよいし、無線LANなどその他の方式であってもよい。データ通信に使用する通信プロトコルはTCP/IPを想定するが、その他のプロトコル又はそれらの組み合わせであってもよい。図2に示されていないが、ネットワーク5の途中にスイッチ、ルータ、ロードバランサなどのネットワーク機器があってもよい。通信経路の冗長化のためにチーミングやポートトランキングを行ってもよい。 The network 5 connects the base station 1a, the base station 1b, the base station 1c, and the positioning server 3. The physical interface may be wired Ethernet or may be another method such as wireless LAN. The communication protocol used for data communication is assumed to be TCP / IP, but other protocols or a combination thereof may be used. Although not shown in FIG. 2, there may be network devices such as switches, routers, and load balancers in the middle of the network 5. Teaming and port trunking may be performed to make the communication path redundant.

測位サーバ3は、通信部30と、受信タイミング特定部31と、位置推定部32と、記憶部33とを備える。ネットワーク5が無線ネットワークの場合は、測位サーバ3はアンテナも備える。 The positioning server 3 includes a communication unit 30, a reception timing specifying unit 31, a position estimation unit 32, and a storage unit 33. When the network 5 is a wireless network, the positioning server 3 also includes an antenna.

通信部30は、データを含む信号を送受信する機能を有する。図2には示されていないが、冗長性確保のため測位サーバ3は複数の通信部を備えてもよい。物理インタフェースとしては、IEEE802.3シリーズで規格化されている有線のイーサネットでも、無線LANなどの無線通信を用いるモジュールでもよい。また、通信部30は冗長化されていてもよい。 The communication unit 30 has a function of transmitting and receiving signals including data. Although not shown in FIG. 2, the positioning server 3 may include a plurality of communication units in order to ensure redundancy. The physical interface may be a wired Ethernet standardized by the IEEE802.3 series or a module using wireless communication such as a wireless LAN. Further, the communication unit 30 may be made redundant.

受信タイミング特定部31は、相互相関信号のピークの時刻τを特定し、この時刻を該当する基地局が測距信号を受信したタイミングとして決定する。ここでは、図4を参照しながら受信タイミング特定部31で行われる処理について説明する。 The reception timing specifying unit 31 identifies the peak time τ of the cross-correlation signal, and determines this time as the timing at which the corresponding base station receives the ranging signal. Here, the processing performed by the reception timing specifying unit 31 will be described with reference to FIG.

まず、受信タイミング特定部31は通信部30より、基地局の識別子が付与された相互相関信号を受け取る。この識別子を参照することで、相互相関信号がどの基地局で受信された測距信号から生成されたものなのかを把握する。ここでは図4に示すように、測距信号sより基地局1aで求められた相互相関信号100a、測距信号sより基地局1bで求められた相互相関信号100b、測距信号sより基地局1cで求められた相互相関信号100cがそれぞれ得られる。 First, the reception timing specifying unit 31 receives the cross-correlation signal to which the base station identifier is assigned from the communication unit 30. By referring to this identifier, it is possible to grasp which base station the cross-correlation signal is generated from. Here, as shown in FIG. 4, the cross-correlation signal 100a obtained by the base station 1a from the distance measurement signal s 1, the cross-correlation signal 100b obtained by the base station 1b from the distance measurement signal s 2 , and the distance measurement signal s 3 The cross-correlation signals 100c obtained by the base station 1c can be obtained.

次に受信タイミング特定部31は相互相関信号100a、100b、100cのそれぞれについて、候補ピーク(時刻と強度値の組)の抽出処理を行う。候補ピークは、候補サンプルに対応する。多重波伝搬(マルチパス)が発生すると、相互相関信号に複数のピークが生ずる場合がある。この場合、これらのピークには、直接波以外の伝搬路やノイズより生じたピークも含まれ得る。ここでは、それぞれの相互相関信号について、直接波に起因するピークの候補となる複数の候補ピークの抽出を行う。 Next, the reception timing specifying unit 31 performs extraction processing of candidate peaks (set of time and intensity value) for each of the cross-correlation signals 100a, 100b, and 100c. Candidate peaks correspond to candidate samples. When multiple wave propagation (multipath) occurs, multiple peaks may occur in the cross-correlation signal. In this case, these peaks may include peaks generated by propagation paths other than direct waves and noise. Here, for each cross-correlation signal, a plurality of candidate peaks that are candidates for peaks caused by direct waves are extracted.

候補ピークの抽出処理が完了すると、基地局ごとに抽出した候補ピークに関するデータをまとめたテーブルが得られる。個々のデータは、時刻、受信機ID、端末ID及び相互相関値(強度値)を含む。得られたテーブルの例を、図5に示す。横1行がデータである。例えばデータ112は、時刻が000000433ナノ秒、受信機IDがs3、端末IDがXXXX、相互相関値(強度値)が0.90である。図5のテーブル111は図4における抽出された候補ピーク群110に相当する。以降では図5を参照しながら説明をする。 When the extraction process of the candidate peaks is completed, a table summarizing the data related to the candidate peaks extracted for each base station is obtained. The individual data includes the time, receiver ID, terminal ID and cross-correlation value (intensity value). An example of the obtained table is shown in FIG. One horizontal line is the data. For example, the data 112 has a time of 000000433 nanoseconds, a receiver ID of s3, a terminal ID of XXXXX, and a cross-correlation value (intensity value) of 0.90. Table 111 in FIG. 5 corresponds to the extracted candidate peak group 110 in FIG. Hereinafter, description will be given with reference to FIG.

受信機IDは、相互相関を算出する対象となった測距信号がどの基地局で受信されたのかを示す基地局の識別子である。基地局を識別可能な値であれば、受信機IDは何でもよい。受信機IDは、一例として、MACアドレスでもよいし、使用する通信規格で定義される識別子(IEEE802.11の場合、アソシエーションIDなど)でもよい。図では、便宜上、測距信号と同じパターン信号s1、s2、s3を用いて受信機IDを表している。 The receiver ID is an identifier of a base station indicating which base station received the ranging signal for which the cross-correlation is calculated. The receiver ID may be any value as long as the base station can be identified. As an example, the receiver ID may be a MAC address or an identifier defined in the communication standard to be used (in the case of IEEE802.11, an association ID or the like). In the figure, for convenience, the receiver ID is represented by using the same pattern signals s1, s2, and s3 as the distance measuring signal.

端末IDは相互相関を算出する対象となった測距信号を送信した端末の識別子である。端末IDは、一例として、MACアドレスでもよいし、使用する通信規格で定義される識別子(IEEE802.11の場合、アソシエーションIDなど)でもよい。テーブル111の例においては、便宜上、端末IDがすべてXXXXとなっているが、実際には端末の識別子が入れられる。 The terminal ID is an identifier of the terminal that has transmitted the distance measurement signal for which the cross-correlation is calculated. As an example, the terminal ID may be a MAC address or an identifier defined in the communication standard to be used (in the case of IEEE802.11, an association ID or the like). In the example of Table 111, the terminal IDs are all XXX for convenience, but the identifier of the terminal is actually entered.

次の候補クラスタ生成処理では、テーブル111に基づき、基地局(受信機)ごとに複数の候補ピークからピーク(時刻と相互相関値の組)を選択し、ひとまとまりの組にする。すなわち、テーブル111において、受信機IDであるs、s及びsのそれぞれについて、1つのデータを選択し一組とする。ここでは、このような基地局(受信機)ごとに選ばれた候補ピークの組み合わせをクラスタと呼ぶ。このピーク選択処理により選択された候補クラスタ群を模式的に示したのが図4における選択された候補クラスタ群110である。 In the next candidate cluster generation process, peaks (sets of time and cross-correlation values) are selected from a plurality of candidate peaks for each base station (receiver) based on Table 111 to form a set. That is, in Table 111, one data is selected for each of the receiver IDs s 1 , s 2 and s 3 to form a set. Here, the combination of candidate peaks selected for each base station (receiver) is called a cluster. The candidate cluster group 110 selected in FIG. 4 schematically shows the candidate cluster group selected by this peak selection process.

各候補ピーク群からの候補クラスタの選択は、各候補クラスタのピークの関係を解析することに基づき行われる。具体例として、図4に示したように、各受信機IDに対応する候補ピークがひとつずつ含まれるように候補ピークの組み合わせを生成する。クラスタ(ここではクラスタ110A、110B、110C)を生成し、クラスタ単位で比較を行い、1つのクラスタを選択する。クラスタ110A、110B、110Cの例では時刻が最も近接する、受信機IDの異なる候補ピークがクラスタとしてまとめられている。ここでは同じ候補ピークが複数のクラスタに属さない場合を想定するが、同じ候補ピークが複数のクラスタに属する場合を許容してもよい。このようにクラスタを構成するのは、一般的に時刻が近接しているデータは類似した伝搬路に対応していると推測されるからである。例えば、異なる基地局によって受信されていても、複数回の反射を経て、直接波より長い伝搬路をたどった測距信号は、到達時刻が直接波の測距信号より後になる。 The selection of candidate clusters from each candidate peak group is based on analyzing the relationship between the peaks of each candidate cluster. As a specific example, as shown in FIG. 4, a combination of candidate peaks is generated so that one candidate peak corresponding to each receiver ID is included. Clusters (here, clusters 110A, 110B, 110C) are generated, comparison is performed for each cluster, and one cluster is selected. In the example of clusters 110A, 110B, and 110C, candidate peaks having the closest time and different receiver IDs are grouped as a cluster. Here, it is assumed that the same candidate peak does not belong to a plurality of clusters, but a case where the same candidate peak belongs to a plurality of clusters may be allowed. The reason for forming a cluster in this way is that it is generally presumed that data whose times are close to each other correspond to similar propagation paths. For example, a distance measurement signal that has been received by different base stations but has undergone multiple reflections and has followed a propagation path longer than the direct wave has an arrival time later than the distance measurement signal of the direct wave.

候補クラスタの選択方法の別の例として、相互相関信号のうち相互相関の値(強度値)がしきい値以上となるサンプル(時刻と強度値の組)同士を、候補クラスタとして組み合わせる方法がある。しきい値は、固定値であっても、入力される相互相関信号に応じて値が変動するもののいずれでもよい。例えば、正規化されていない相互相関を用いる場合は、入力される相互相関信号によって、ピークの高さが変動することが予想されるため、一例として、入力された相互相関信号の平均値をしきい値として用いることができる。 As another example of the selection method of the candidate cluster, there is a method of combining samples (set of time and intensity value) whose cross-correlation value (intensity value) is equal to or higher than the threshold value among the cross-correlation signals as a candidate cluster. .. The threshold value may be a fixed value or one whose value fluctuates according to the input cross-correlation signal. For example, when using unnormalized cross-correlation, it is expected that the peak height will fluctuate depending on the input cross-correlation signal. Therefore, as an example, the average value of the input cross-correlation signals is used. It can be used as a threshold value.

候補クラスタの選択方法の別の例として、時刻による絞込みをしてもよい。例えば、時刻の早いものから順番にピークを選び組み合わせる方法、一定の時刻より前のピークのみを選択し組み合わせる方法がある。このように時刻が相対的に遅いピークを選択から外すことにより、直接波に比べて長い経路となるその他の伝搬路より生じたピークを取り除くことができる。 As another example of the method of selecting candidate clusters, narrowing down by time may be performed. For example, there are a method of selecting and combining peaks in order from the earliest time, and a method of selecting and combining only peaks before a certain time. By excluding the peak whose time is relatively late in this way from the selection, it is possible to remove the peak generated from the other propagation path which is a longer path than the direct wave.

更に、ピークどうしの時刻差である時間軸上の距離を比較し、しきい値以上であっても他のピークより大きく離れたピークについては、組み合わせる候補ピークとしての選択から除外する方法もある。この方法を用いることにより、直接波以外の伝搬路だけでなくノイズにより生じたピークを除外することができる。 Further, there is also a method of comparing the distances on the time axis, which is the time difference between peaks, and excluding peaks that are more than the threshold value but farther than other peaks from the selection as candidate peaks to be combined. By using this method, it is possible to exclude not only propagation paths other than direct waves but also peaks caused by noise.

他に、ピークを含む一定時間範囲内(たとえば隣接するサンプルを含まない近傍の範囲)において時間積分をし、積分値が相対的に小さくなるピークについては組み合わせるための選択肢から外す方法もある。第1の実施形態において相互相関信号は離散データであるため、例えば時間積分は区分求積法を用いて近似的な計算を行う。この方法によっても、ノイズにより偶発的に生じたピークを除くことが可能である。 Another method is to perform time integration within a certain time range including peaks (for example, a range in the vicinity that does not include adjacent samples), and exclude peaks with relatively small integrated values from the options for combining. Since the cross-correlation signal is discrete data in the first embodiment, for example, the time integral is approximately calculated by using the segmental quadrature method. This method also makes it possible to remove peaks accidentally generated by noise.

以上のような処理を経てなおピークが密集して(たとえば一定の短い距離の範囲内に)複数個存在する場合は、密集しているサンプルのうち、相互相関の値が最大のピークのみを選択して組み合わせてもよい。 If multiple peaks are still dense (for example, within a certain short distance) after the above processing, only the peak with the largest cross-correlation value is selected from the dense samples. May be combined.

次の最終的な位置推定に用いられるクラスタの選択処理では、生成された候補クラスタ群から、最終的に1つのクラスタを選択する。すなわち、テーブル111において、受信機IDであるs、s及びsのそれぞれについて、1つのデータを選択する。クラスタ選択処理により選択されたピーク群を模式的に示したのが図4における選択されたクラスタ120である。この選択されたクラスタ120に含まれるピーク群が、端末2の測位に用いられるピークである。すなわち、これらのピークを用いて、位置推定部32において各基地局と端末との間の距離の計測と端末2の位置推定が行われる。 In the cluster selection process used for the next final position estimation, one cluster is finally selected from the generated candidate clusters. That is, in the table 111, one data is selected for each of the receiver IDs s 1 , s 2 and s 3. The selected cluster 120 in FIG. 4 schematically shows the peak group selected by the cluster selection process. The peak group included in the selected cluster 120 is the peak used for the positioning of the terminal 2. That is, using these peaks, the position estimation unit 32 measures the distance between each base station and the terminal and estimates the position of the terminal 2.

各候補クラスタ群からの最終的な位置推定に用いられるクラスタの選択は、各候補クラスタ内のピーク群の関係を解析することに基づき行われる。 The cluster selection used for the final position estimation from each candidate cluster group is based on analyzing the relationship between the peak groups in each candidate cluster group.

クラスタを生成した際に、クラスタ内に他の2つの候補ピークに比べて、大きく離れた(たとえば一定距離以上離れた)候補ピークが発生する場合がある。例えば、クラスタ内において、受信機ID_s3の候補ピークが孤立して最も遅い時刻に存在している場合がある。そのような候補ピークは、他の基地局から受信された測距信号より多くの反射が発生しており、長い伝搬路をたどっていると推測される。従って、そのような候補ピークを含むクラスタは選択から除外すことも考えられる。 When a cluster is generated, candidate peaks that are far apart (for example, separated by a certain distance or more) may occur in the cluster as compared with the other two candidate peaks. For example, in the cluster, the candidate peak of receiver ID_s3 may be isolated and exist at the latest time. It is presumed that such a candidate peak has more reflections than the ranging signals received from other base stations and follows a long propagation path. Therefore, clusters containing such candidate peaks may be excluded from the selection.

クラスタ単位での比較には、いくつかの基準を用いることができる。1つは、クラスタ内の候補ピークの相互相関の値の平均値、最小値または最大値が最大のクラスタを選択する方法がある。平均値、最小値または最大値が最大のクラスタは直接波に対応している可能性が高いという推測に基づいている。電磁波が物質に当たると、その一部は物質に吸収され、その一部は物質を透過し、残りが反射することが知られている。電磁波の一種である電波の反射波は、反射率が高い場合でも入射波に比べてエネルギーが減衰するから、相互相関の値が小さいクラスタは反射波に対応している可能性が高いと推測される。この基準を適用する場合、図4ではクラスタ110Bが選択される。 Several criteria can be used for cluster-by-cluster comparisons. One is to select the cluster with the largest average value, minimum value, or maximum value of the cross-correlation values of the candidate peaks in the cluster. It is based on the speculation that the cluster with the highest mean, minimum or maximum is likely to correspond to the direct wave. It is known that when an electromagnetic wave hits a substance, a part of it is absorbed by the substance, a part of it passes through the substance, and the rest is reflected. Since the reflected wave of radio waves, which is a type of electromagnetic wave, has a lower energy than the incident wave even when the reflectance is high, it is presumed that clusters with a small mutual correlation value are likely to correspond to the reflected wave. To. When applying this criterion, cluster 110B is selected in FIG.

2つめは、クラスタ内の相互相関の値の平均値、最小値または最大値が小さいクラスタを選択から除外する方法がある。例えば、平均値が最小のクラスタのみを選択から除外する処理ある。他には、各クラスタ内の相互相関の値の平均値に加え、全クラスタの相互相関の値の平均値も求め、前者の値が後者の値を下回ったクラスタを選択対象から除外する方法もある。他のクラスタに比べ、相互相関の値の平均値が低い場合、誤検出が発生している可能性がある。この方法を用いることにより、誤検出されたピークを除去することができる。この基準を適用する場合、例えば図4のクラスタ110Cが選択から除外される。 The second method is to exclude the cluster having the smaller average value, minimum value, or maximum value of the cross-correlation value in the cluster from the selection. For example, there is a process of excluding only the cluster having the smallest average value from the selection. Another method is to find the average value of the cross-correlation values of all clusters in addition to the average value of the cross-correlation values in each cluster, and exclude the clusters whose former value is less than the latter value from the selection target. is there. If the average cross-correlation value is lower than in other clusters, false positives may have occurred. By using this method, erroneously detected peaks can be removed. When applying this criterion, for example, cluster 110C in FIG. 4 is excluded from selection.

3つめは、最早時刻、最遅時刻、または平均時刻が、最も時刻が早いまたは遅いクラスタを選択し、それを代表的なデータ行として選ぶ方法である。例えば、クラスタに含まれるデータの最早時刻を特定し、クラスタ間で最早時刻を比較し、最も早い最早時刻のクラスタを選択する。直接波に比べ、反射波は長い伝搬路となるため、時刻が早いクラスタは直接波に対応していると推測できる場合に、この基準が適用できる。この基準を適用する場合、図4ではクラスタ110Aが選択される。 The third method is to select the cluster with the earliest or latest time, or the earliest time, or the average time, and select it as a representative data row. For example, identify the earliest time of data contained in a cluster, compare the earliest times between clusters, and select the cluster with the earliest earliest time. Since the reflected wave has a longer propagation path than the direct wave, this criterion can be applied when it can be inferred that the cluster with an earlier time corresponds to the direct wave. When applying this criterion, cluster 110A is selected in FIG.

4つめは、クラスタ内のサンプルの時刻差を基準に選択を行う方法である。具体的には各クラスタ内において時間軸上で隣接する候補ピークの時刻差を求め、これらの時刻差の平均値または最小値または最大値が、最小または最大となるクラスタを選ぶ処理を行う。例えば時刻差の平均値が最小のクラスタを選択する。もし、基地局1a、1b、1cの設置場所が互いに近接しているが、端末2がいずれの基地局からも大きく離れており、基地局1aと端末2間の距離と、基地局1bと端末2間の距離と、基地局1cと端末2間の距離がほぼ等しいと仮定できる場合、この選択を行うことで、正しいピークを選択できる場合がある。例えば時刻差の平均値が最小のクラスタを選択する場合、図4ではクラスタ110Cが選択される。 The fourth method is to make a selection based on the time difference of the samples in the cluster. Specifically, the time difference between adjacent candidate peaks on the time axis in each cluster is obtained, and the process of selecting the cluster in which the average value, the minimum value, or the maximum value of these time differences is the minimum or maximum is performed. For example, select the cluster with the smallest average time difference. If the installation locations of the base stations 1a, 1b, and 1c are close to each other, but the terminal 2 is far away from any of the base stations, the distance between the base station 1a and the terminal 2 and the distance between the base station 1b and the terminal If it can be assumed that the distance between the two is approximately equal to the distance between the base station 1c and the terminal 2, the correct peak may be selected by making this selection. For example, when selecting the cluster having the smallest average time difference, the cluster 110C is selected in FIG.

以上で述べた基準のいずれかを単体で適用することもできるが、複数の基準を組み合わせて適用してもよい。例えば、まず2つめの基準を適用し、相互相関の値が小さいクラスタを取り除いた後、3つめの基準を適用し、時刻が早いクラスタを取り出す処理を実行することができる。測位サーバの設定により、適用する基準を切り替えられる実装を行ってもよい。設定の切り替えは、保守員の操作を契機に行われるものでも、測位サーバが測位システムの設置環境を診断したときの診断結果に基づいて行われるもののいずれでもよい。 One of the criteria described above can be applied alone, but a plurality of criteria may be applied in combination. For example, it is possible to first apply the second criterion, remove the cluster having a small cross-correlation value, then apply the third criterion, and execute the process of extracting the cluster with the earlier time. Implementation may be performed in which the applicable standard can be switched depending on the setting of the positioning server. The setting may be switched either by the operation of the maintenance staff or by the diagnosis result when the positioning server diagnoses the installation environment of the positioning system.

このように異なる基地局(受信機)間で候補ピークを組み合わせて複数のクラスタを生成し、端末と基地局との間の直接波を反映していると推測されるクラスタを選択することにより、直接波以外の伝搬路や他の端末の測距信号より生じたピークを誤選択する可能性を低減できる。 By combining candidate peaks between different base stations (receivers) to generate multiple clusters in this way and selecting clusters that are presumed to reflect the direct wave between the terminal and the base station. It is possible to reduce the possibility of erroneously selecting a peak generated from a propagation path other than a direct wave or a ranging signal of another terminal.

位置推定部32では、受信タイミング特定部31で選択したピーク群120を用いて端末の位置推定を行う。例としてTOA方式の場合の位置推定を示す。各基地局と端末とは時刻同期されているため、端末が測距信号を送信した送信時刻は予め分かっている。この時刻は、各基地局が測位サーバ3に通知してもよいし、測位サーバ3で事前に把握していてもよい。また、各基地局で測距信号が受信された受信時刻は、ピーク群120に含まれる各基地局に対応するピークの時刻である。よって、受信時刻と送信時刻の差分に基づき、測距信号が端末から送信されてから、各基地局で受信されるまでの所要時間が分かる。この所要時間を光速度cで乗じることにより、端末と各基地局との間の距離を求めることができる。各種の計算は、測位サーバ3上のプログラムがCPU、記憶領域などの計算資源を使って行うことができるが、処理の高速化のために専用のハードウェアなどを用いてもよい。 The position estimation unit 32 estimates the position of the terminal using the peak group 120 selected by the reception timing identification unit 31. As an example, the position estimation in the case of the TOA method is shown. Since each base station and the terminal are time-synchronized, the transmission time at which the terminal transmits the ranging signal is known in advance. This time may be notified to the positioning server 3 by each base station, or may be known in advance by the positioning server 3. Further, the reception time at which the ranging signal is received at each base station is the peak time corresponding to each base station included in the peak group 120. Therefore, based on the difference between the reception time and the transmission time, the time required from the transmission of the ranging signal from the terminal to the reception at each base station can be known. By multiplying this required time by the speed of light c, the distance between the terminal and each base station can be obtained. Various calculations can be performed by the program on the positioning server 3 using computational resources such as a CPU and a storage area, but dedicated hardware or the like may be used to speed up the processing.

各基地局と端末との間の距離と、各基地局の位置情報とを用いることで、端末の位置を計算することが可能である。例えば、各基地局の位置を中心とし、各基地局で求めた端末との距離を半径とした円を描いたとき、すべての円が交差する点を端末位置として推定することができる。2次元のTOA方式では、位置推定に3つの基地局が端末からの測距信号を受信する必要があるところ、本実施形態では基地局1a、1b、1cと3つの基地局が存在するため、端末2の位置を推定することができる。4つ以上の基地局が存在する場合は、そのうち端末2と無線通信が可能な3つ以上の基地局を利用すればよい。存在する基地局が2つの場合は、端末2の位置を2つの候補に(2つの円が交差する2つの点に)絞り込むことができる。本実施形態は、基地局が2つの場合に、端末の位置を2つの候補に絞り込むのに用いることにも有効である。 By using the distance between each base station and the terminal and the position information of each base station, it is possible to calculate the position of the terminal. For example, when a circle is drawn with the position of each base station as the center and the distance to the terminal obtained by each base station as the radius, the point where all the circles intersect can be estimated as the terminal position. In the two-dimensional TOA system, three base stations need to receive distance measurement signals from terminals for position estimation, but in this embodiment, there are three base stations, base stations 1a, 1b, and 1c. The position of the terminal 2 can be estimated. When there are four or more base stations, three or more base stations capable of wireless communication with the terminal 2 may be used. When there are two base stations, the position of the terminal 2 can be narrowed down to two candidates (two points where two circles intersect). This embodiment is also effective for narrowing down the position of the terminal to two candidates when there are two base stations.

基地局および端末が例えば1つの部屋のように大きな起伏や段差がない環境に設置されている場合、2次元の位置推定を行えば足りることが多いと考えられる。しかし、複数のフロアや、大きな起伏または段差のある環境では、高低差まで含めた3次元的な位置推定が必要な場合がある。このような場合、TOA方式では、円モデルの代わりに球モデルを用いると、端末の高さまで推定することができる。たとえばこの場合TOA方式を用いて位置を推定したい場合、4つ以上の基地局を利用することで、端末の位置を1つの位置に推定することができる。 When the base station and the terminal are installed in an environment where there are no large undulations or steps such as one room, it is considered that it is often sufficient to perform two-dimensional position estimation. However, in an environment with a plurality of floors or a large undulation or step, it may be necessary to estimate the position three-dimensionally including the height difference. In such a case, in the TOA method, if a sphere model is used instead of the circle model, the height of the terminal can be estimated. For example, in this case, when it is desired to estimate the position using the TOA method, the position of the terminal can be estimated to one position by using four or more base stations.

TDOA方式による端末の位置の推定を行うこともできる。TDOA方式を用いる場合、2つの基地局の組を生成し、組ごとに、2つの基地局の位置を焦点とする双曲線を描き、各基地局のピークの到達時間差を元に、双曲線の交点の中から端末の位置を推定することができる。2次元の位置推定を行う場合、理論的な解を求めるために4つ以上の基地局が測距信号を受信する必要である。3次元の位置推定をする場合は双曲線の代わりに双曲面を描く必要があり、測距信号を受信する基地局は5つ必要となる。 It is also possible to estimate the position of the terminal by the TDOA method. When using the TDOA method, a pair of two base stations is generated, a hyperbola that focuses on the positions of the two base stations is drawn for each pair, and the intersection of the hyperbolas is based on the difference in arrival time of the peaks of each base station. The position of the terminal can be estimated from the inside. When performing two-dimensional position estimation, it is necessary for four or more base stations to receive distance measurement signals in order to obtain a theoretical solution. When estimating the position in three dimensions, it is necessary to draw a hyperboloid instead of a hyperbola, and five base stations that receive the ranging signal are required.

2次元のTDOA方式の場合に端末からの測距信号を受信する基地局の数が4台より多い場合に、これらの基地局の中から4つ以上の基地局の組み合わせを複数生成し、それぞれの組み合わせごとの位置推定結果を用いて、位置推定の精度の検証を行って、精度の高い位置推定を実現してもよい。また、通信可能な基地局全てを用いてもよい。 In the case of the two-dimensional TDOA system, when the number of base stations receiving the ranging signal from the terminal is more than four, a plurality of combinations of four or more base stations are generated from these base stations, and each of them is generated. The accuracy of the position estimation may be verified by using the position estimation result for each combination of the above, and the position estimation with high accuracy may be realized. Moreover, you may use all the base stations which can communicate.

例えば、5つの基地局が、ある端末からの測距信号を受信し、そこから3つの基地局からの情報を用いてTOA方式で位置推定を行う場合、基地局の組み合わせは=10通り存在する。このように複数の組み合わせについて位置推定を行い、安定した位置推定が実現できているかを検証してもよい。または、複数の位置推定結果を比較し、他の計算結果から逸脱した組み合わせを除外してもよい。あるいは、複数の位置推定の結果の平均値を利用したりすることもできる。また3つ以上の受信機を用いてもよい。ここで述べたことは、TOA方式およびTDOA方式のいずれの場合についても当てはまる。 For example, when five base stations receive a distance measurement signal from a certain terminal and perform position estimation by the TOA method using information from the three base stations, the combination of base stations is 5 C 3 = 10. There is a street. In this way, position estimation may be performed for a plurality of combinations to verify whether stable position estimation can be realized. Alternatively, a plurality of position estimation results may be compared and combinations deviating from other calculation results may be excluded. Alternatively, the average value of the results of a plurality of position estimations can be used. Further, three or more receivers may be used. What has been said here applies to both the TOA method and the TDOA method.

TOA方式およびTDOA方式は例示であり、他に位置推定に用いることができる方法があれば、それを利用してもよい。 The TOA method and the TDOA method are examples, and if there is another method that can be used for position estimation, it may be used.

記憶部33は、位置推定部32で計算した端末の位置情報を保存する。端末の位置情報は、測位サーバ3又はその他の計算機上で動作するプログラムにより参照可能な形式で保存されるものとする。プログラムの種類および用途については特に問わない。保存フォーマットは任意でよく、XML、JSON、CSVなどでもよいし、その他の形式でもよい。 The storage unit 33 stores the position information of the terminal calculated by the position estimation unit 32. The location information of the terminal shall be stored in a format that can be referenced by a program running on the positioning server 3 or other computer. The type and use of the program are not particularly limited. The storage format may be arbitrary, and may be XML, JSON, CSV, or any other format.

位置推定部32は、推定した端末の位置情報を含む端末位置マップを生成してもよい。図6に端末位置マップ330の例を示す。端末位置マップは、推定した端末の位置を視覚的に表している。短い周期で端末の位置推定を行って、端末位置マップ330をリアルタイムに更新することで、端末の移動履歴を表示してもよい。位置推定は、周期的に実行されるものでも、ユーザの指令を受けて実行されるものでも、所定のイベントの発生が検出されたときに実行されるものであってもよい。図6の端末位置330aは端末2の位置を表している。 The position estimation unit 32 may generate a terminal position map including the estimated position information of the terminal. FIG. 6 shows an example of the terminal position map 330. The terminal position map visually represents the estimated terminal position. The movement history of the terminal may be displayed by estimating the position of the terminal in a short cycle and updating the terminal position map 330 in real time. The position estimation may be executed periodically, may be executed in response to a user's command, or may be executed when the occurrence of a predetermined event is detected. The terminal position 330a in FIG. 6 represents the position of the terminal 2.

記憶部33は、例えばNANDフラッシュメモリ、NORフラッシュメモリ、MRAM、ReRAM,ハードディスク、光ディスクなどの不揮発性記憶デバイス又はDRAMなどの揮発性記憶デバイスのいずれか又はそれらの組み合わせから構成される。図2において記憶部33は測位サーバ3の内部に配置されているが、記憶部33はサーバ3の内部のものである必要はない。例えば、外付けのストレージ装置、サーバ3とネットワークで接続されたストレージサーバ、外部のデータセンター内のクラウドストレージなど各種の記憶領域を利用することも可能である。 The storage unit 33 is composed of, for example, a non-volatile storage device such as a NAND flash memory, a NOR flash memory, an MRAM, a ReRAM, a hard disk, an optical disk, or a volatile storage device such as a DRAM, or a combination thereof. Although the storage unit 33 is arranged inside the positioning server 3 in FIG. 2, the storage unit 33 does not have to be inside the server 3. For example, it is possible to use various storage areas such as an external storage device, a storage server connected to the server 3 via a network, and cloud storage in an external data center.

これまで、例として端末2が送信した測距信号s、s、sを用いて位置推定を行う場合について説明を行った。しかし本発明の実施形態に係る無線測位システムは1つの端末だけでなく、複数の端末が存在する場合に、これらの端末についても並列的に位置推定を行うことができる。 So far, as an example, a case where position estimation is performed using the ranging signals s 1 , s 2 , and s 3 transmitted by the terminal 2 has been described. However, the wireless positioning system according to the embodiment of the present invention can perform position estimation in parallel not only for one terminal but also for a plurality of terminals.

図7は第1の実施形態に係る無線測位システム全体の処理を表したフローチャートである。本処理の前提として、無線測位システム内のいくつかの時刻が同期されているものとする。例えば、2次元のTOA方式の位置推定で端末の位置を1つに特定する場合、少なくとも3つの基地局と、端末との時刻が同期されている必要がある。したがって、基地局1a、1b、1cのそれぞれにおける端末2からの測距信号の受信時刻と、端末2からの測距信号の送信時刻とに基づき、端末との距離を求められる。また、3次元のTOA方式の位置推定の場合は、少なくとも4つの基地局と端末との時刻が同期されている必要がある。2次元のTDOA方式の位置推定で端末の位置を1つに特定する場合では、少なくとも4つの基地局を用い、その中で少なくともTDOA取得のために組になる基地局同士は同期されている必要がある。3次元のTDOA方式の位置推定の場合は、少なくとも5つの基地局を用い、その中で少なくともTDOA取得のために組になる基地局同士は時刻が同期されている必要がある。 FIG. 7 is a flowchart showing the processing of the entire wireless positioning system according to the first embodiment. As a premise of this process, it is assumed that some times in the wireless positioning system are synchronized. For example, when the position of a terminal is specified as one by the position estimation of the two-dimensional TOA method, it is necessary that the times of at least three base stations and the terminal are synchronized. Therefore, the distance to the terminal can be obtained based on the reception time of the distance measurement signal from the terminal 2 and the transmission time of the distance measurement signal from the terminal 2 in each of the base stations 1a, 1b, and 1c. Further, in the case of three-dimensional TOA position estimation, it is necessary that the times of at least four base stations and terminals are synchronized. When the position of the terminal is specified as one by the two-dimensional TDOA method position estimation, at least four base stations must be used, and at least the base stations to be paired for TDOA acquisition must be synchronized with each other. There is. In the case of three-dimensional TDOA method position estimation, at least five base stations must be used, and at least the base stations to be paired for TDOA acquisition need to be time-synchronized with each other.

また、事前に端末のパターン信号が各基地局と共有されている。端末のパターン信号は予め、使用する無線通信規格で定められていても良いし、基地局間で連携して、端末に対して使用するパターン信号を決定してもよい。または、端末がパターン信号を決定して、各基地局に通知してもよい。なお、この場合、セキュリティ確保のため、パターン信号の情報を端末で暗号化して送信し、各基地局で復号してもよい。暗号化方式については特に問わない。各基地局では位置推定の対象となる端末のパターン信号を記憶部に保持する。 In addition, the pattern signal of the terminal is shared with each base station in advance. The pattern signal of the terminal may be defined in advance by the wireless communication standard to be used, or the pattern signal to be used for the terminal may be determined in cooperation between the base stations. Alternatively, the terminal may determine the pattern signal and notify each base station. In this case, in order to ensure security, the pattern signal information may be encrypted and transmitted by the terminal and decrypted by each base station. The encryption method is not particularly limited. Each base station holds the pattern signal of the terminal to be the target of position estimation in the storage unit.

ステップS101で、位置推定の対象となる端末2は、パターン信号を含む測距信号を各基地局(1a〜1c)へ送信する。パターン信号は、例えばフレームのプリアンブルやヘッダに配置して送信することができる。 In step S101, the terminal 2 to be the target of position estimation transmits a ranging signal including a pattern signal to each base station (1a to 1c). The pattern signal can be transmitted by arranging it in the preamble or header of the frame, for example.

ステップS102で、各基地局は端末2からの測距信号を受信し、測距信号と、予め記憶部に保持しているパターン信号とに基づき、相互相関の演算を行うことにより、相互相関信号を得る。相互相関の計算の詳細については、相互相関算出部13aの説明で述べた通りである。 In step S102, each base station receives the distance measurement signal from the terminal 2 and performs a cross-correlation calculation based on the distance measurement signal and the pattern signal previously held in the storage unit to obtain a cross-correlation signal. To get. The details of the calculation of the cross-correlation are as described in the explanation of the cross-correlation calculation unit 13a.

ステップS103で、各基地局は、相互相関信号に端末2の識別子を付加して、測位サーバ3へ送信する。端末2の識別子に加えて、端末2が測距信号を送信した送信時刻を表す情報を付加してもよい。この送信時刻は、予め各基地局で把握していてもよいし、端末2が送信する測距信号にこの送信時刻が付加されていてもよい。測距サーバ3でこの送信時刻を事前に把握していてもよい。 In step S103, each base station adds the identifier of the terminal 2 to the cross-correlation signal and transmits it to the positioning server 3. In addition to the identifier of the terminal 2, information indicating the transmission time at which the terminal 2 transmitted the distance measurement signal may be added. The transmission time may be known in advance by each base station, or the transmission time may be added to the ranging signal transmitted by the terminal 2. The distance measuring server 3 may know the transmission time in advance.

ステップS104で、測位サーバ3は、各基地局から受信した相互相関信号のそれぞれから候補ピーク群を抽出する。抽出する候補ピークの個数は予め定められていてもよい。ステップS104で実行される具体的な処理は、測位サーバ3の受信タイミング特定部31の説明で述べた通りである。 In step S104, the positioning server 3 extracts a candidate peak group from each of the cross-correlation signals received from each base station. The number of candidate peaks to be extracted may be predetermined. The specific processing executed in step S104 is as described in the description of the reception timing specifying unit 31 of the positioning server 3.

ステップS105で、測位サーバは、候補ピーク群を基地局間で比較して候補クラスタ群を生成し、その中から測位に用いるクラスタを1つ選択する。一例として、候補ピークを基地局間で組み合わせて、候補ピークの複数の組み合わせ(クラスタ)を生成し、その中から最終的に1つの組み合わせを選択する。ステップS105で実行される具体的な処理は、測位サーバ3の受信タイミング特定部31の説明で述べた通りである。 In step S105, the positioning server compares the candidate peak group between the base stations to generate a candidate cluster group, and selects one cluster to be used for positioning from the candidate cluster group. As an example, candidate peaks are combined between base stations to generate a plurality of combinations (clusters) of candidate peaks, and finally one combination is selected from the combinations (clusters). The specific processing executed in step S105 is as described in the description of the reception timing specifying unit 31 of the positioning server 3.

ステップS106で、測位サーバ3は端末の測位(位置推定)を行うことにより、端末2の位置情報を求める。測位サーバ3は、求めた端末2の位置情報を記憶部33に保存する。端末2の測位の具体的な処理は、測位サーバ3の位置推定部32の処理に係る説明で述べた通りである。 In step S106, the positioning server 3 obtains the position information of the terminal 2 by performing the positioning (position estimation) of the terminal. The positioning server 3 stores the obtained position information of the terminal 2 in the storage unit 33. The specific processing of the positioning of the terminal 2 is as described in the description relating to the processing of the position estimation unit 32 of the positioning server 3.

(第2の実施形態)
第1の実施形態では、パターン信号を利用して相互相関信号を生成し、相互相関信号を利用して端末の位置推定を行った。第2の実施形態では、パターン信号としてパイロット信号を用い、伝搬路推定(チャネル推定)を行って求めた伝搬路の周波数特性を逆フーリエ逆変換(IFFT)して得られるインパルス応答を利用して、端末の位置推定を行う。なお、逆フーリエ変換を高速に行うため、実行する逆フーリエ変換は、逆離散フーリエ変換でもよい(以下同様)。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the pattern signal is used to generate a cross-correlation signal, and the cross-correlation signal is used to estimate the position of the terminal. In the second embodiment, a pilot signal is used as the pattern signal, and an impulse response obtained by performing inverse Fourier transform (IFFT) on the frequency characteristics of the channel obtained by performing channel estimation (channel estimation) is used. , Estimate the position of the terminal. Since the inverse Fourier transform is performed at high speed, the inverse Fourier transform to be executed may be an inverse discrete Fourier transform (the same applies hereinafter).

図8は、第2の実施形態に係る無線測位システムの機能ブロック図である。以下では第1の実施形態に係る図2の機能ブロック図と比較をしながら図8について説明をする。 FIG. 8 is a functional block diagram of the radio positioning system according to the second embodiment. Hereinafter, FIG. 8 will be described with reference to the functional block diagram of FIG. 2 according to the first embodiment.

基地局1aについては、図2の記憶部12a及び相互相関算出部13aは、図8では記憶部15a、チャネル推定部16a及びIFFT部17aに置き換わっている。基地局1b、1cについても、同様に構成要素が置き換えられている。 Regarding the base station 1a, the storage unit 12a and the cross-correlation calculation unit 13a in FIG. 2 are replaced with the storage unit 15a, the channel estimation unit 16a, and the IFFT unit 17a in FIG. The components of the base stations 1b and 1c are similarly replaced.

端末2についてみると、図2の記憶部22が、図8ではパイロット信号を記憶する記憶部23に置き換わっている。測位サーバ3については構成要素の変更はない。 Looking at the terminal 2, the storage unit 22 in FIG. 2 is replaced with the storage unit 23 that stores the pilot signal in FIG. There is no change in the components of the positioning server 3.

記憶部15aには、予め定めたパターンのビット列またはシンボル列を含むパイロット信号が保存される。端末と基地局との間でパイロット信号のパターンは事前に共有されている。パイロット信号は、使用する無線通信規格で定められたものでもよい。記憶部15aは、例えばNANDフラッシュメモリ、NORフラッシュメモリ、MRAM、ReRAM,ハードディスク、光ディスクなどの不揮発性記憶デバイス又はDRAMなどの揮発性記憶デバイスのいずれか又はそれらの組み合わせから構成される。 The storage unit 15a stores a pilot signal including a bit string or a symbol string of a predetermined pattern. The pattern of the pilot signal is shared in advance between the terminal and the base station. The pilot signal may be defined by the wireless communication standard to be used. The storage unit 15a is composed of, for example, a non-volatile storage device such as a NAND flash memory, a NOR flash memory, an MRAM, a ReRAM, a hard disk, an optical disk, or a volatile storage device such as a DRAM, or a combination thereof.

チャネル推定部16aは、端末からの受信信号に含まれるパイロット信号を、記憶部15aに保存されている既知のパイロット信号と比較し、端末および基地局間の伝搬路を推定する。これにより複数の周波数ごとに振幅および位相の変動に関する情報を含む伝搬路の周波数特性を得る。位置推定を高精度の行うため、周波数領域での補間を行ってもよい。周波数領域に補間には、線形補間、FIRフィルタを用いた補間が存在するが、特に補間方式は問わない。 The channel estimation unit 16a compares the pilot signal included in the reception signal from the terminal with the known pilot signal stored in the storage unit 15a, and estimates the propagation path between the terminal and the base station. As a result, the frequency characteristics of the propagation path including information on the fluctuation of the amplitude and the phase for each of a plurality of frequencies are obtained. Interpolation in the frequency domain may be performed in order to perform position estimation with high accuracy. Interpolation in the frequency domain includes linear interpolation and interpolation using an FIR filter, but the interpolation method is not particularly limited.

IFFT部17aでは、伝搬路の周波数特性を逆フーリエ変換することでインパルス応答を導出する。導出されるインパルス応答は、時間軸での遅延、信号の減衰及び位相回転の情報を含む。インパルス応答は、到来時刻にピークがたつような関数になる。従って、インパルス応答を、第1の実施形態の相互相関信号の代わりに利用できる。逆フーリエ変換は各種の高速フーリエ変換アルゴリズムを用いて行ってもよい。逆フーリエ変換を行う際に、IFFTのポイント数を増やすことで分解能を上げてもよい。インパルス応答は、分解能に応じた時間間隔で配置された複数の振幅値(強度値)の列として構成される。 The IFFT unit 17a derives an impulse response by performing an inverse Fourier transform on the frequency characteristics of the propagation path. The derived impulse response includes time axis delay, signal attenuation and phase rotation information. The impulse response is a function that peaks at the time of arrival. Therefore, the impulse response can be used instead of the cross-correlation signal of the first embodiment. The inverse Fourier transform may be performed using various fast Fourier transform algorithms. When performing the inverse Fourier transform, the resolution may be increased by increasing the number of IFFT points. The impulse response is configured as a sequence of a plurality of amplitude values (intensity values) arranged at time intervals according to the resolution.

伝搬路の推定は、受信信号に含まれるパイロット信号は、記憶部15aに保存されている既知のパイロット信号との演算の一例に相当する。また、インパルス応答または伝搬路の周波数特性の信号は、当該演算により得られる信号の一例に相当する。 The estimation of the propagation path corresponds to an example of calculation in which the pilot signal included in the received signal is calculated with a known pilot signal stored in the storage unit 15a. Further, the signal of the frequency characteristic of the impulse response or the propagation path corresponds to an example of the signal obtained by the calculation.

端末2の記憶部23には、パイロット信号のパターンが保存されている。記憶部23は、例えばNANDフラッシュメモリ、NORフラッシュメモリ、MRAM、ReRAM,ハードディスク、光ディスクなどの不揮発性記憶デバイス又はDRAMなどの揮発性記憶デバイスのいずれか又はそれらの組み合わせから構成される。 The pilot signal pattern is stored in the storage unit 23 of the terminal 2. The storage unit 23 is composed of, for example, a non-volatile storage device such as a NAND flash memory, a NOR flash memory, an MRAM, a ReRAM, a hard disk, or an optical disk, or a volatile storage device such as a DRAM, or a combination thereof.

測位サーバ3の受信タイミング特定部31は、各基地局から受信したインパルス応答から候補ピーク群を抽出する。測位サーバ3は、抽出された候補ピーク群から、基地局(受信機)ごとにピーク(時刻と相互相関値の組)を選択しひとまとまりの組(候補クラスタ)にする。各候補ピーク群からの候補クラスタの選択は、各受信機の候補ピーク群の関係を解析することに基づき行われてもよい。この処理は、先に第1の実施形態に係る測位サーバ3の受信タイミング特定部31の説明で述べたものと同様である。 The reception timing specifying unit 31 of the positioning server 3 extracts a candidate peak group from the impulse response received from each base station. The positioning server 3 selects a peak (a set of time and a cross-correlation value) for each base station (receiver) from the extracted candidate peak group to form a group (candidate cluster). The selection of the candidate cluster from each candidate peak group may be performed based on the analysis of the relationship between the candidate peak groups of each receiver. This process is the same as that described above in the description of the reception timing specifying unit 31 of the positioning server 3 according to the first embodiment.

受信タイミング特定部31は、各候補クラスタ群から測位に用いるクラスタを1つ選択する。この処理は、先に第1の実施形態に係る測位サーバ3の受信タイミング特定部31の説明で述べたものと同様である。 The reception timing specifying unit 31 selects one cluster to be used for positioning from each candidate cluster group. This process is the same as that described above in the description of the reception timing specifying unit 31 of the positioning server 3 according to the first embodiment.

図9は第2の実施形態に係る無線測位システム全体の処理を表したフローチャートである。以下では第1の実施形態に係る図7のフローチャートと比較をしながら図9について説明をする。図7と同じ説明は適宜省略する。 FIG. 9 is a flowchart showing the processing of the entire wireless positioning system according to the second embodiment. Hereinafter, FIG. 9 will be described with reference to the flowchart of FIG. 7 according to the first embodiment. The same description as in FIG. 7 will be omitted as appropriate.

ステップS201で端末2は、パイロット信号を含む測距信号を各基地局(1a〜1c)へ送信する。パイロット信号は例えばフレームのヘッダやプリアンブルに含めてもよいし、スキャッタードパイロットシンボルのように、データシンボル中にパイロット信号を分散させてもよく、方法は特に問わない。 In step S201, the terminal 2 transmits a ranging signal including a pilot signal to each base station (1a to 1c). The pilot signal may be included in the header or preamble of the frame, for example, or the pilot signal may be dispersed in the data symbol such as the scattered pilot symbol, and the method is not particularly limited.

ステップS202で各基地局は受信信号に含まれるパイロット信号と、予め記憶部(15a〜15c)に保存されているパイロット信号のパターンとを用いて、伝搬路推定(チャネル推定)をすることにより、端末2から各基地局への伝搬路の周波数特性を得る。チャネル推定の処理の詳細は、先にチャネル推定部16aの説明で述べた通りである。 In step S202, each base station estimates the propagation path (channel estimation) using the pilot signal included in the received signal and the pattern of the pilot signal stored in the storage units (15a to 15c) in advance. Obtain the frequency characteristics of the propagation path from the terminal 2 to each base station. The details of the channel estimation process are as described above in the description of the channel estimation unit 16a.

ステップS203で各基地局は、ステップS202で得られた周波数特性に逆フーリエ変換を実行することによりインパルス応答を導出する。ステップS203で行われる処理の詳細については、IFFT部17aの説明で述べた通りである。 In step S203, each base station derives an impulse response by performing an inverse Fourier transform on the frequency characteristics obtained in step S202. The details of the process performed in step S203 are as described in the description of the Fourier unit 17a.

ステップS204で各基地局はインパルス応答の信号に、端末2の識別子を付加して測位サーバ3へ送信する。 In step S204, each base station adds the identifier of the terminal 2 to the impulse response signal and transmits it to the positioning server 3.

ステップS205で測位サーバ3は、各基地局から受信したインパルス応答から候補ピーク群を抽出する。 In step S205, the positioning server 3 extracts a candidate peak group from the impulse response received from each base station.

測位サーバ3は、基地局間で候補ピーク群を比較し、候補ピーク群を基地局間で比較して候補クラスタ群を生成し、各候補クラスタ群から測位に用いるクラスタを1つ選択する。ステップS205で実行される処理は、先に第1の実施形態に係る測位サーバ3の受信タイミング特定部31の説明で述べたものと同様である。 The positioning server 3 compares the candidate peak groups between the base stations, compares the candidate peak groups between the base stations to generate a candidate cluster group, and selects one cluster to be used for positioning from each candidate cluster group. The process executed in step S205 is the same as that described above in the description of the reception timing specifying unit 31 of the positioning server 3 according to the first embodiment.

なお、測位サーバ3において、IFFTを低分解能で行った場合に、得られたインパルス応答に、2次補間、多項式補間などの補間処理を行ってもよい。これにより、候補ピークの抽出処理・ピーク選択処理における分解能の向上をはかることができる。また、ピーク選択を第1の実施形態で説明した候補ピークに対する時間積分を利用して行う場合に、候補ピーク群に対して補間を行い、補間されたピークを利用して、当該候補ピークに対する積分値を算出してもよい。この補間処理は候補クラスタ生成後に行ってもよい。 In the positioning server 3, when the Fourier is performed with a low resolution, the obtained impulse response may be subjected to interpolation processing such as quadratic interpolation and polynomial interpolation. As a result, it is possible to improve the resolution in the extraction processing and peak selection processing of candidate peaks. Further, when the peak selection is performed by using the time integration for the candidate peak described in the first embodiment, the candidate peak group is interpolated, and the interpolated peak is used to integrate the candidate peak. The value may be calculated. This interpolation process may be performed after the candidate cluster is generated.

ステップS206で測位サーバ3の位置推定部32は、端末の測位(位置推定)を行って端末の位置情報を取得する。測位サーバ3は、端末の位置情報を記憶部33に保存する。 In step S206, the position estimation unit 32 of the positioning server 3 performs positioning (position estimation) of the terminal and acquires the position information of the terminal. The positioning server 3 stores the position information of the terminal in the storage unit 33.

第2の実施形態の位置推定は、第1の実施形態でピークの誤検出が発生したり、計測試験を繰り返したりしても、明確なピークを抽出できない場合の代替処理として実行することもできる。また、第2の実施形態の位置推定をまず実行し、インパルス応答で明確なピークを抽出できない場合に、代替処理として第1の実施形態の位置推定を実行してもよい。無線測位システムの設置環境に合わせ、より誤差の少ない位置推定ができる処理を保守員に選択させることも可能である。 The position estimation of the second embodiment can also be executed as an alternative process when a clear peak cannot be extracted even if a peak is erroneously detected in the first embodiment or the measurement test is repeated. .. Further, the position estimation of the second embodiment may be executed first, and when a clear peak cannot be extracted by the impulse response, the position estimation of the first embodiment may be executed as an alternative process. It is also possible to let maintenance personnel select a process that can estimate the position with less error according to the installation environment of the wireless positioning system.

チャネル推定の機能は無線LANや移動体通信を含む多くの無線通信機器が備えるものになっている。また、高速伝送のために変調方式としてOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)を無線通信方式に採用する例が増えてきており、フーリエ変換及び逆フーリエ変換は多くの無線通信装置内で行われている。特に無線LANの物理層回路(OFDM送信回路)は逆フーリエ変換をする機能を備えている。無線LANや移動体通信の場合は、既存の無線通信チップなどが有する機能を活用し、最小限のカスタム化で第2の実施形態の位置推定をすることができる。 The channel estimation function is provided in many wireless communication devices including wireless LAN and mobile communication. Further, for high-speed transmission, an example of adopting OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) as a modulation method as a wireless communication method is increasing, and Fourier transform and inverse Fourier transform are performed in many wireless communication devices. In particular, the physical layer circuit (OFDM transmission circuit) of the wireless LAN has a function of performing an inverse Fourier transform. In the case of wireless LAN or mobile communication, the position of the second embodiment can be estimated with a minimum of customization by utilizing the functions of the existing wireless communication chip or the like.

(第3の実施形態)
第1の実施形態において、相互相関信号のサンプル間隔は測距信号のサンプリング周期により定まっていた。つまり、相互相関信号のサンプル間隔は、装置に実装されているA/Dコンバータの性能に依存する。
(Third Embodiment)
In the first embodiment, the sample interval of the cross-correlation signal is determined by the sampling period of the distance measuring signal. That is, the sample interval of the cross-correlation signal depends on the performance of the A / D converter mounted on the apparatus.

例えば、A/Dコンバータのサンプリング周波数が160MHzである場合、サンプル間隔は6.25ナノ秒となり、最大で約1.9mの測定誤差が生じてしまう可能性がある。このように、高いサンプリング周波数のA/Dコンバータを使ったとしても、サンプリング周波数に応じた測定誤差が出てしまう。 For example, when the sampling frequency of the A / D converter is 160 MHz, the sample interval is 6.25 nanoseconds, and there is a possibility that a measurement error of about 1.9 m may occur at the maximum. In this way, even if an A / D converter having a high sampling frequency is used, a measurement error corresponding to the sampling frequency will occur.

第3の実施形態においては、このような測定誤差の影響を軽減するために、相互相関信号に対して補間を行い、相互相関信号の時間分解能を上げる。 In the third embodiment, in order to reduce the influence of such measurement error, the cross-correlation signal is interpolated to increase the time resolution of the cross-correlation signal.

図10は第3の実施形態に係る無線測位システムの機能ブロック図である。 FIG. 10 is a functional block diagram of the radio positioning system according to the third embodiment.

第3の実施形態に係る無線測位システムの構成は、測位サーバ3の受信タイミング特定部31の中に補間部31aが追加されている点を除けば、図2に示した第1の実施形態に係る無線測位システムと同一である。 The configuration of the radio positioning system according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 2, except that the interpolation unit 31a is added to the reception timing specifying unit 31 of the positioning server 3. It is the same as the wireless positioning system.

補間部31aは、受信タイミング特定部31における候補クラスタの生成処理が実行される前に、各基地局から受信した相互相関信号の補間処理を行う。補間処理を行う範囲は、相互相関信号の全体であっても、相互相関の値がしきい値以上の値をとるサンプルの周辺のみでもよい。図11に補間の例を示す。しきい値以上のサンプル71の周辺(隣接するサンプルとの間の領域)にのみ補間を行うことで、サンプル72、72が追加されている。なお、補間を行うことで、当該サンプルよりも強度値が大きいサンプルが補間される場合もありうる。補間対象となる範囲またはサンプルを限定することにより、処理負荷を軽減させることができる。補間の方法には2次関数を用いた補間、多項式を用いた補間、スプライン補間などがあるが、その他の補間を行ってもよい。 The interpolation unit 31a performs the cross-correlation signal interpolation processing received from each base station before the candidate cluster generation processing in the reception timing specifying unit 31 is executed. The range in which the interpolation processing is performed may be the entire cross-correlation signal or only the periphery of the sample in which the cross-correlation value is equal to or higher than the threshold value. FIG. 11 shows an example of interpolation. Samples 72 and 72 are added by interpolating only around the sample 71 above the threshold value (the area between the adjacent samples). By performing interpolation, a sample having an intensity value larger than that of the sample may be interpolated. The processing load can be reduced by limiting the range or sample to be interpolated. Interpolation methods include interpolation using a quadratic function, interpolation using a polynomial, spline interpolation, and the like, but other interpolation may be performed.

補間部31aは、候補クラスタの生成処理後、最終的に位置推定に用いるクラスタの選択処理を行う前に、補間処理を行ってもよい。すなわち基地局ごとに、候補ピーク群の全体、または特定の条件を満たす候補ピークの周辺で、補間を行ってもよい。特定の条件を満たす候補ピークの例としては、強度値がしきい値未満、またはしきい値以上の候補ピークがある。また候補ピーク群の平均以上の強度値、または平均未満の強度値を有する候補ピークがある。なお、補間を行うことで、元々存在していたサンプル(時刻と強度値の組)よりも強度値が大きいサンプルが補間される場合もありうる。 The interpolation unit 31a may perform the interpolation processing after the candidate cluster generation processing and before the cluster selection processing finally used for the position estimation. That is, for each base station, interpolation may be performed on the entire candidate peak group or around the candidate peaks that satisfy specific conditions. An example of a candidate peak that satisfies a specific condition is a candidate peak whose intensity value is less than or equal to the threshold value. In addition, there is a candidate peak having an intensity value above or below the average of the candidate peak group. By performing interpolation, a sample having an intensity value larger than that of the originally existing sample (set of time and intensity value) may be interpolated.

このように、相互相関信号または候補ピーク群に補間を行うことで、ピークの検出精度が更に上がることが期待できる。 By interpolating the cross-correlation signal or the candidate peak group in this way, it can be expected that the peak detection accuracy will be further improved.

図12は、第3の実施形態に係る無線測位システム全体の処理を表したフローチャートである。ここでは相互相関信号の補間を行う場合を例に説明する。 FIG. 12 is a flowchart showing the processing of the entire radio positioning system according to the third embodiment. Here, the case of interpolating the cross-correlation signal will be described as an example.

ステップS304で測位サーバが相互相関信号を補間してから候補ピーク群の抽出処理を実行される点を除けば、図12のフローチャートは第1の実施形態に係る処理を表した図7のフローチャートと処理は同様である。 Except for the fact that the positioning server interpolates the cross-correlation signal in step S304 and then executes the extraction process of the candidate peak group, the flowchart of FIG. 12 is the same as the flowchart of FIG. 7 showing the process according to the first embodiment. The process is similar.

このように候補クラスタの生成及びクラスタ選択を行う前に、相互相関信号に対して補間を行うことにより、より正確なピークの時刻を特定することができるようになり、位置推定の精度を向上させることができる。これによりA/Dコンバータのサンプリング間隔の起因する測定誤差の影響を軽減することが可能である。 By interpolating the cross-correlation signals before generating candidate clusters and selecting clusters in this way, it becomes possible to specify more accurate peak times and improve the accuracy of position estimation. be able to. This makes it possible to reduce the influence of measurement error due to the sampling interval of the A / D converter.

なお、図10では測位サーバ3に補間部31aが配置されているが、代わりに各基地局において、相互相関信号を補間し、補間後の信号を測位サーバ3に送信してもよい。 In FIG. 10, the interpolation unit 31a is arranged on the positioning server 3, but instead, each base station may interpolate the cross-correlation signal and transmit the interpolated signal to the positioning server 3.

(第4の実施形態)
第1の実施形態及び第3の実施形態では、各基地局で相互相関信号の算出を行い、相互相関信号を測位サーバへ送信し、測位サーバが相互相関信号を用いた処理を行っていた。第4の実施形態では、各基地局の処理の一部を、測位サーバ側に集約させる。
(Fourth Embodiment)
In the first embodiment and the third embodiment, each base station calculates the cross-correlation signal, transmits the cross-correlation signal to the positioning server, and the positioning server performs processing using the cross-correlation signal. In the fourth embodiment, a part of the processing of each base station is integrated on the positioning server side.

具体的には、各基地局は端末から受信した測距信号をそのまま、測位サーバへ転送する。測位サーバ側で相互相関信号の算出、補間、ピークの抽出・選択から端末位置の計算までの処理を実行する。 Specifically, each base station transfers the ranging signal received from the terminal as it is to the positioning server. On the positioning server side, processing from calculation of cross-correlation signal, interpolation, extraction / selection of peak to calculation of terminal position is executed.

図13は、第4の実施形態に係る無線測位システムの機能ブロック図である。以下では第3の実施形態に係る図10のブロック図との差異を中心に説明する。 FIG. 13 is a functional block diagram of the radio positioning system according to the fourth embodiment. Hereinafter, the difference from the block diagram of FIG. 10 according to the third embodiment will be mainly described.

第4の実施形態に係る無線測位システムにおいて、基地局1a、1b、1cは相互相関算出部を備えていない。 In the radio positioning system according to the fourth embodiment, the base stations 1a, 1b, and 1c do not have a cross-correlation calculation unit.

図13の基地局1a、1b、1cは端末から受信した測距信号に、自局を識別する受信機IDを付与して、測位サーバ3へ転送する。 The base stations 1a, 1b, and 1c of FIG. 13 assign a receiver ID that identifies their own station to the distance measurement signal received from the terminal, and transfer the signal to the positioning server 3.

第4の実施形態に係る測位サーバ3には、記憶部34及び相互相関算出部35が追加されている。 A storage unit 34 and a cross-correlation calculation unit 35 are added to the positioning server 3 according to the fourth embodiment.

記憶部34は、端末のパターン信号を記憶する。具体的には、端末の識別子にパターン信号を対応づけて記憶する。パターン信号が全端末で共通の場合は、端末の識別子をパターン信号に対応づけなくてよい。 The storage unit 34 stores the pattern signal of the terminal. Specifically, the pattern signal is associated with the identifier of the terminal and stored. When the pattern signal is common to all terminals, it is not necessary to associate the terminal identifier with the pattern signal.

以降の処理の流れは第3の実施形態に係る無線測位システムと同様である。 The subsequent processing flow is the same as that of the radio positioning system according to the third embodiment.

このように、各基地局の処理の一部を測位サーバ側に集約することにより、測位サーバ3の有するCPU時間、記憶領域などの計算資源を有効に活用した処理の高速化が期待できる。また、相互相関算出部35、補間部31a、受信タイミング特定部31、位置推定部32がすべて測位サーバ3にまとめられているため、各基地局のメンテナンスにかかる負担を軽減でき、全体的なシステム保守が容易になる。例えば、これらの機能がサーバ3上のプログラムにより実現されている場合、処理の修正や変更は測位サーバ3上のプログラムの改変のみで対応ができる。 By consolidating a part of the processing of each base station on the positioning server side in this way, it is expected that the processing speed can be increased by effectively utilizing the computing resources such as the CPU time and the storage area of the positioning server 3. Further, since the cross-correlation calculation unit 35, the interpolation unit 31a, the reception timing identification unit 31, and the position estimation unit 32 are all integrated in the positioning server 3, the burden of maintenance of each base station can be reduced, and the overall system Easy maintenance. For example, when these functions are realized by a program on the server 3, modifications and changes in processing can be handled only by modifying the program on the positioning server 3.

第4の実施形態では、相互相関信号を用いた測位を例に説明したが、第2の実施形態で説明したインパルス応答を用いた測位の場合についても、同様に基地局の処理の一部を測位サーバ側に集約できる。例えば、基地局で行っていたチャネル推定、補間、逆フーリエ変換などの処理の一部を測位サーバ3に行わせることが可能である。 In the fourth embodiment, the positioning using the cross-correlation signal has been described as an example, but in the case of the positioning using the impulse response described in the second embodiment, a part of the processing of the base station is similarly performed. It can be aggregated on the positioning server side. For example, it is possible to have the positioning server 3 perform a part of the processing such as channel estimation, interpolation, and inverse Fourier transform performed in the base station.

(第5の実施形態)
これまで説明した第1から第4の実施形態では、端末が測距信号を各基地局に向けて送信し、測位サーバ側で端末の位置推定を行っていた。第5の実施形態では逆に各基地局から端末に向けて測距信号が送信され、端末側で自端末の位置推定を行う。
(Fifth Embodiment)
In the first to fourth embodiments described so far, the terminal transmits a ranging signal to each base station, and the positioning server side estimates the position of the terminal. On the contrary, in the fifth embodiment, the distance measurement signal is transmitted from each base station to the terminal, and the position of the own terminal is estimated on the terminal side.

図14は第5の実施形態に係る無線測位システムの機能ブロック図である。 FIG. 14 is a functional block diagram of the radio positioning system according to the fifth embodiment.

第5の実施形態に係る無線測位システムは基地局1a、基地局1b、基地局1c、端末2及び管理サーバ4から構成される。3台の基地局から測距信号を送信することで、端末2で自端末の位置推定を行う。すなわち本実施形態に係る端末は、自端末の位置を推定する位置推定装置を搭載している。 The radio positioning system according to the fifth embodiment includes a base station 1a, a base station 1b, a base station 1c, a terminal 2, and a management server 4. By transmitting distance measurement signals from the three base stations, the terminal 2 estimates the position of the own terminal. That is, the terminal according to the present embodiment is equipped with a position estimation device that estimates the position of the own terminal.

TOA方式2次元の位置推定を行う場合を想定する。TOA方式で3次元の位置推定を行う場合は、少なくとも4つの基地局から測距信号を送信する必要がある。その場合、不足する台数の基地局を追加すればよい。基地局の数は4つ又は5つ以上あってもよい。基地局の数がこれより多い場合は、全ての基地局、またはそのうち一部の基地局が端末へ測距信号を送信することもできる。または、TDOA方式で3次元の位置推定を行う場合では、少なくとも5つの基地局から測距信号を送信する必要があり、その場合も同様に不足する台数の基地局を追加すればよい。 It is assumed that the TOA method two-dimensional position estimation is performed. When performing three-dimensional position estimation by the TOA method, it is necessary to transmit distance measurement signals from at least four base stations. In that case, the shortage of base stations may be added. The number of base stations may be four or five or more. If the number of base stations is larger than this, all the base stations, or some of them, can also transmit the ranging signal to the terminal. Alternatively, when performing three-dimensional position estimation by the TDOA method, it is necessary to transmit distance measurement signals from at least five base stations, and in that case as well, an insufficient number of base stations may be added.

各方式で必要な台数よりも多くの基地局から端末に向けて測距信号を送信することも可能である。例えば、TOA方式により2次元の位置推定を行う場合に5つの基地局から端末に向けて測距信号が送信されている場合、そこから3台の基地局のみを位置推定に用いるときの基地局の組み合わせは=10通り存在することになる。複数の組み合わせについて位置推定を行い、位置推定結果の検証、他の推定結果からの乖離が著しい組み合わせの特定、すべての推定結果の平均値の計算などを行ってもよい。これはTDOA方式を用いる場合についても同様である。また、基地局の数を限定せず通信可能な基地局全ての情報を用いてもよい。 It is also possible to transmit ranging signals from more base stations to terminals than the number required for each method. For example, when two-dimensional position estimation is performed by the TOA method, when distance measurement signals are transmitted from five base stations to terminals, the base stations when only three base stations are used for position estimation. There are 5 C 3 = 10 combinations of. Position estimation may be performed for a plurality of combinations, verification of the position estimation result, identification of a combination having a significant deviation from other estimation results, calculation of the average value of all estimation results, and the like. This also applies to the case where the TDOA method is used. Further, the information of all the base stations that can communicate with each other may be used without limiting the number of base stations.

図14では1台の端末が示されているが、端末は2台以上であってもよい。 Although one terminal is shown in FIG. 14, there may be two or more terminals.

図14では、第1から第4の実施形態で存在していた測位サーバ3に代わり、管理サーバ4が設置されている。管理サーバ4は、基地局1a、1b、1cとネットワーク5で接続されている。ネットワーク5は、イーサネットのような有線ネットワークでもよいし、無線LANなどその他の手段又はそれらの組み合わせからなるものであってもよい。 In FIG. 14, the management server 4 is installed in place of the positioning server 3 that existed in the first to fourth embodiments. The management server 4 is connected to the base stations 1a, 1b, and 1c by the network 5. The network 5 may be a wired network such as Ethernet, or may be composed of other means such as a wireless LAN or a combination thereof.

管理サーバ4は、通信部40と基地局制御部41とを備える。基地局制御部41は、端末から送信された位置推定処理開始指令を受信し、当該指令の受信を契機に、各基地局に対する測距信号の送信指令を生成する。通信部40は、生成した送信指令を各基地局に送信する。管理サーバ4が、各基地局の測距信号送信時刻を指定可能な場合、当該時刻を端末へ事前に通知してもよい。管理サーバ4は、端末から位置推定処理開始指令を受けずに、送信指令を送信してもよい。例えば、管理サーバ4は、予め定めた条件を満たした場合に、当該送信指令を送信してもよい。この場合、管理サーバ4が端末2と通信可能である必要はない。予め定めた条件として、一定の時間が経過するごとに、当該送信指令を送信してもよい。 The management server 4 includes a communication unit 40 and a base station control unit 41. The base station control unit 41 receives the position estimation processing start command transmitted from the terminal, and generates a distance measurement signal transmission command for each base station when the command is received. The communication unit 40 transmits the generated transmission command to each base station. If the management server 4 can specify the distance measurement signal transmission time of each base station, the time may be notified to the terminal in advance. The management server 4 may transmit a transmission command without receiving a position estimation process start command from the terminal. For example, the management server 4 may transmit the transmission command when the predetermined conditions are satisfied. In this case, the management server 4 does not need to be able to communicate with the terminal 2. As a predetermined condition, the transmission command may be transmitted every time a certain time elapses.

また、TDOA方式により位置推定をする場合、各基地局は管理サーバ4からの送信指令を待たずに互いに時刻の同期をしてもよい。複数台の基地局が時刻同期されているのであれば、同時に測距信号を送信できるため、端末は信号を受信した時刻差からTDOAを求められる。基地局が、位置推定処理開始指令を受けて、時刻同期と測距信号の送信を開始できるのであれば、基地局は管理サーバ4の役割を兼ねることができる。TDOA方式によって2次元の位置推定をする場合には4台以上の基地局、3次元の位置推定をする場合には5台以上の基地局が必要となる。 Further, when the position is estimated by the TDOA method, each base station may synchronize the time with each other without waiting for the transmission command from the management server 4. If a plurality of base stations are time-synchronized, the distance measurement signal can be transmitted at the same time, so that the terminal can obtain the TDOA from the time difference at which the signals are received. If the base station can start the time synchronization and the transmission of the distance measurement signal in response to the position estimation process start command, the base station can also serve as the management server 4. Four or more base stations are required for two-dimensional position estimation by the TDOA method, and five or more base stations are required for three-dimensional position estimation.

管理サーバ4は、各基地局からの測距信号の送信時間が重ならないように、各基地局の送信タイミングを制御する。ただし、端末2が基地局1a〜1cと多重通信可能である場合は、基地局1a〜1cが同時に測距信号を送信する構成であってもかまわない。多重通信の方式は、空間分割多重、時分割多重、周波数分割多重またはこれらの組み合わせのいずれでもかまわない。 The management server 4 controls the transmission timing of each base station so that the transmission times of the distance measurement signals from each base station do not overlap. However, if the terminal 2 is capable of multiplex communication with the base stations 1a to 1c, the base stations 1a to 1c may be configured to transmit the ranging signal at the same time. The method of multiplex communication may be spatial division multiplexing, time division multiplexing, frequency division multiplexing, or a combination thereof.

管理サーバ4はCPU、記憶装置を備え、OS(オペレーティングシステム)とアプリケーションが動作する計算機などの情報処理装置を想定しているが、VMやコンテナなどその他の構成により実現されるものであってもよい。 The management server 4 is equipped with a CPU and a storage device, and is assumed to be an information processing device such as a computer on which an OS (operating system) and an application are operated, but even if it is realized by other configurations such as a VM and a container. Good.

各基地局の無線送受信部10a〜10cは、管理サーバ4の測距信号送信指令を受けると、これを契機に、端末2に向けて測距信号を送信する。測距信号は、予め定めたパターン信号を含む。このパターン信号は、各基地局の記憶部12a〜12cに保存されており、各基地局の無線送受信部10a〜10cは、記憶部12a〜12cからパターン信号を読み出すことにより、測距信号を生成する。 When the wireless transmission / reception units 10a to 10c of each base station receive the distance measurement signal transmission command of the management server 4, the radio transmission / reception units 10a to 10c transmit the distance measurement signal to the terminal 2 as a trigger. The ranging signal includes a predetermined pattern signal. This pattern signal is stored in the storage units 12a to 12c of each base station, and the wireless transmission / reception units 10a to 10c of each base station generate a distance measurement signal by reading the pattern signal from the storage units 12a to 12c. To do.

端末2は無線送受信部20と、時刻管理部21と、記憶部22と、相互相関算出部24と、受信タイミング特定部25と、位置推定部26と、記憶部27とを備える。これらの要素の全部または一部(例えば受信タイミング特定部25と位置推定部26)により、本実施形態に係る位置推定装置が構成される。 The terminal 2 includes a wireless transmission / reception unit 20, a time management unit 21, a storage unit 22, a cross-correlation calculation unit 24, a reception timing identification unit 25, a position estimation unit 26, and a storage unit 27. The position estimation device according to the present embodiment is configured by all or a part of these elements (for example, the reception timing specifying unit 25 and the position estimation unit 26).

無線送受信部20と、時刻管理部21との機能及び構成はこれまでの実施形態に係る端末と同様である。記憶部22は、基地局1a〜1cのそれぞれに対して予め定められたパターン信号を保存している。これらのパターン信号は、基地局1a〜1cの記憶部12a〜12cに記憶されているパターン信号と同じものである。各基地局でパターン信号は同じであっても、異なってもよい。 The functions and configurations of the wireless transmission / reception unit 20 and the time management unit 21 are the same as those of the terminals according to the conventional embodiments. The storage unit 22 stores predetermined pattern signals for each of the base stations 1a to 1c. These pattern signals are the same as the pattern signals stored in the storage units 12a to 12c of the base stations 1a to 1c. The pattern signal may be the same or different for each base station.

相互相関算出部24は、第1の実施形態に係る基地局の相互相関算出部と同じように相互相関の計算を行う。より詳細には、相互相関算出部24は、測距信号の送信元基地局の識別を行い、当該識別した基地局に対応するパターン信号を利用して、測距信号に対する相互相関信号を計算する。相互相関算出部24は、計算した相互相関信号を受信タイミング特定部25へ送る。相互相関算出部24の機能は、A/Dコンバータなどのハードウェア、CPU上で動作するプログラム又はこれらの組み合わせにより実現されていてもよい。 The cross-correlation calculation unit 24 calculates the cross-correlation in the same manner as the cross-correlation calculation unit of the base station according to the first embodiment. More specifically, the cross-correlation calculation unit 24 identifies the source base station of the ranging signal, and calculates the cross-correlation signal for the ranging signal by using the pattern signal corresponding to the identified base station. .. The cross-correlation calculation unit 24 sends the calculated cross-correlation signal to the reception timing specifying unit 25. The function of the cross-correlation calculation unit 24 may be realized by hardware such as an A / D converter, a program running on a CPU, or a combination thereof.

受信タイミング特定部25は、これまでの実施形態の測位サーバ3の受信タイミング特定部31と同様に、候補ピークの抽出から、候補クラスタの生成及び最終的に位置推定に用いるクラスタの選択処理を実行する。候補クラスタの生成処理または最終クラスタ選択処理を行う前に、第3の実施形態に係る補間部31aと同様の補間を行ってもよい。この場合、補間部の機能を受信タイミング特定部25に追加すればよい。 The reception timing specifying unit 25 executes candidate cluster generation and finally cluster selection processing used for position estimation from extraction of candidate peaks, as in the reception timing specifying unit 31 of the positioning server 3 of the previous embodiments. To do. Before performing the candidate cluster generation process or the final cluster selection process, the same interpolation as that of the interpolation unit 31a according to the third embodiment may be performed. In this case, the function of the interpolation unit may be added to the reception timing specifying unit 25.

位置推定部26は、第1の実施形態の測位サーバ3の位置推定部32と同様の位置推定を行う。位置推定はTOA方式又はTDOA方式のいずれを用いてもよい。位置推定を行うためには、端末2は予め各基地局の位置情報を得ている必要がある。例えば、端末2が各基地局に初期接続した際またはその後の任意のプロセスにおいて各基地局の位置情報を取得し、取得した位置情報を、記憶部27または記憶部22に保存してもよい。または、各基地局の位置情報が、測距信号に含められていてもよい。この場合は、端末は、受信した測距信号から位置情報を読み出せばよい。または、端末2は、各基地局の位置情報を管理サーバ4から取得してもよい。 The position estimation unit 26 performs the same position estimation as the position estimation unit 32 of the positioning server 3 of the first embodiment. Either the TOA method or the TDOA method may be used for the position estimation. In order to estimate the position, the terminal 2 needs to obtain the position information of each base station in advance. For example, when the terminal 2 is initially connected to each base station, or in an arbitrary process thereafter, the position information of each base station may be acquired, and the acquired position information may be stored in the storage unit 27 or the storage unit 22. Alternatively, the position information of each base station may be included in the ranging signal. In this case, the terminal may read the position information from the received ranging signal. Alternatively, the terminal 2 may acquire the location information of each base station from the management server 4.

位置推定部26は、推定した端末2の位置情報を、記憶部27に保存する。保存フォーマットはXML、JSONやCSVでもその他の形式であってもよい。記憶部27は、例えばNANDフラッシュメモリ、NORフラッシュメモリ、MRAM、ReRAM,ハードディスク、光ディスクなどの不揮発性記憶デバイス又はDRAMなどの揮発性記憶デバイスのいずれか又はそれらの組み合わせから構成される。 The position estimation unit 26 stores the estimated position information of the terminal 2 in the storage unit 27. The storage format may be XML, JSON, CSV, or any other format. The storage unit 27 is composed of, for example, a non-volatile storage device such as a NAND flash memory, a NOR flash memory, an MRAM, a ReRAM, a hard disk, an optical disk, or a volatile storage device such as a DRAM, or a combination thereof.

受信タイミング特定部25及び位置推定部26の機能は、CPUで動作するプログラムによる実装で実現しても、専用のハードウェアによる実装で実現してもよい。 The functions of the reception timing specifying unit 25 and the position estimation unit 26 may be realized by mounting by a program running on the CPU or by mounting by dedicated hardware.

図15は、第5の実施形態に係る測位システムの全体構成を模式的に示す図である。基地局1aから測距信号Uが送信され、端末2で受信される。基地局1bから測距信号Uが送信され、端末2で受信される。基地局1cから測距信号Uが送信され、端末2で受信される。 FIG. 15 is a diagram schematically showing the overall configuration of the positioning system according to the fifth embodiment. Ranging from the base station 1a signal U 1 is transmitted and received by the terminal 2. The ranging signal U 2 is transmitted from the base station 1b and received by the terminal 2. Ranging signal U 3 from the base station 1c are transmitted and received by the terminal 2.

端末2は、基地局1a〜1cから受信した測距信号に基づき、自端末の位置推定を行う。位置推定部26は、推定した端末の位置情報を追加した端末位置マップ(前述した図6参照)を作成してもよい。端末位置マップは、端末の現在位置を表示する地図アプリケーション、経路誘導アプリケーション、ゲームなど各種プログラムにより端末2の画面に表示されてもよい。 The terminal 2 estimates the position of its own terminal based on the ranging signals received from the base stations 1a to 1c. The position estimation unit 26 may create a terminal position map (see FIG. 6 described above) to which the estimated position information of the terminal is added. The terminal position map may be displayed on the screen of the terminal 2 by various programs such as a map application for displaying the current position of the terminal, a route guidance application, and a game.

図16は、第5の実施形態に係る無線測位システム全体の処理を表したフローチャートである。 FIG. 16 is a flowchart showing the processing of the entire radio positioning system according to the fifth embodiment.

ステップS311で、各基地局は、予め定められたパターン信号を含む測距信号を端末2へ送信する。 In step S311 each base station transmits a ranging signal including a predetermined pattern signal to the terminal 2.

ステップS312で、端末2は、各基地局から受信した測距信号と、予め保持している各基地局用のパターン信号とに基づき、各基地局について、相互相関を計算する。相互相関の計算方法は、第1の実施形態の相互相関算出部13aの説明で述べた処理と同様である。 In step S312, the terminal 2 calculates the cross-correlation for each base station based on the distance measurement signal received from each base station and the pattern signal for each base station held in advance. The method for calculating the cross-correlation is the same as the process described in the description of the cross-correlation calculation unit 13a of the first embodiment.

ステップS313で、端末2は、基地局ごとに、相互相関信号から候補ピーク群を抽出する。第3の実施形態のような相互相関信号の補間を行う場合、候補ピーク群抽出後かつ候補クラスタ生成前に補間を行ってもよい。あるいは、候補クラスタ生成後、かつ最終クラスタ選択前に補間を行う構成も可能である。候補ピーク抽出処理は、第1の実施形態の説明で述べたものと同様である。 In step S313, the terminal 2 extracts a candidate peak group from the cross-correlation signal for each base station. When the cross-correlation signal is interpolated as in the third embodiment, the interpolation may be performed after the candidate peak group is extracted and before the candidate cluster is generated. Alternatively, it is possible to perform interpolation after generating candidate clusters and before selecting the final cluster. The candidate peak extraction process is the same as that described in the description of the first embodiment.

ステップS314で、端末2は、基地局ごとに取得した候補ピーク群を互いに比較し、測位に用いるピークを各候補ピーク群から1つ選択する。ここで行われる処理は、第1の実施形態のピーク選択処理と同様である。 In step S314, the terminal 2 compares the candidate peak groups acquired for each base station with each other, and selects one peak to be used for positioning from each candidate peak group. The process performed here is the same as the peak selection process of the first embodiment.

ステップS315で、端末2は、選択したピークに基づき、自端末の位置について測位を行い、推定した自端末の位置情報を記憶部27に保存する。測位の処理の詳細は、位置推定部26の説明で述べた通りである。 In step S315, the terminal 2 positions the position of the own terminal based on the selected peak, and stores the estimated position information of the own terminal in the storage unit 27. The details of the positioning process are as described in the description of the position estimation unit 26.

第5の実施形態では、端末側で自端末の位置情報を求めることができるため、端末はモバイルアプリケーションで位置情報取得用APIを呼び出し、リアルタイムに位置情報を更新するといった処理が可能である。これにより、例えば、GPSが使えない環境下での経路誘導を行うことができる。 In the fifth embodiment, since the position information of the own terminal can be obtained on the terminal side, the terminal can call the API for acquiring the position information by the mobile application and update the position information in real time. Thereby, for example, route guidance can be performed in an environment where GPS cannot be used.

第1から第4の実施形態ではサーバ側で端末の位置情報を得るため、端末の管理、監視、追跡を行うシステムや、サーバサイドのアプリケーションで端末の位置情報を活用することができる。端末から測距信号だけでなく、端末に搭載されたセンサの計測情報もサーバに送信するようにしてもよい。これにより、例えば端末の位置情報が示す地点で計測された情報(温度、湿度など)を当該地点と関連づけて表示するサービスなどをサーバ側で提供できる。複数の端末の位置情報と計測情報を利用すれば、広い領域の各地点における計測情報を可視化したマップを表示することも可能である。 In the first to fourth embodiments, since the position information of the terminal is obtained on the server side, the position information of the terminal can be utilized in a system for managing, monitoring, and tracking the terminal, or in a server-side application. Not only the distance measurement signal but also the measurement information of the sensor mounted on the terminal may be transmitted from the terminal to the server. This makes it possible to provide, for example, a service on the server side that displays information (temperature, humidity, etc.) measured at a point indicated by the position information of the terminal in association with the point. By using the position information and measurement information of a plurality of terminals, it is possible to display a map that visualizes the measurement information at each point in a wide area.

(第6の実施形態)
第6の実施形態は、第5の実施形態と同様、端末側で測位を行う。第5の実施形態では、相互相関信号を用いて測位と位置推定を行ったが、第6の実施形態では周波数特性を逆フーリエ変換して得られるインパルス応答を使って測位と位置推定を行う。
(Sixth Embodiment)
In the sixth embodiment, positioning is performed on the terminal side as in the fifth embodiment. In the fifth embodiment, positioning and position estimation are performed using a cross-correlation signal, but in the sixth embodiment, positioning and position estimation are performed using an impulse response obtained by inverse Fourier transforming the frequency characteristics.

本実施形態では、各基地局からパイロット信号を含む測位信号を端末に送信し、測位信号を受信した端末でチャネル推定および逆フーリエ変換が行われ、その後、さらに、候補ピーク抽出、ピーク選択および位置推定が行われる。それぞれの処理は第2の実施形態と共通している。 In the present embodiment, a positioning signal including a pilot signal is transmitted from each base station to a terminal, channel estimation and inverse Fourier transform are performed at the terminal that receives the positioning signal, and then candidate peak extraction, peak selection, and position are further performed. Estimates are made. Each process is common to the second embodiment.

図17は第6の実施形態に係る無線測位システムの機能ブロック図である。図14の第5の実施形態に係るブロック図と比較しながら、図17について説明をする。 FIG. 17 is a functional block diagram of the radio positioning system according to the sixth embodiment. FIG. 17 will be described with reference to the block diagram according to the fifth embodiment of FIG.

図17には3つの基地局が示されているが、これより多くの基地局があってもよいのは第5の実施形態と同様である。 Although three base stations are shown in FIG. 17, it is the same as in the fifth embodiment that there may be more base stations.

第6の実施形態に係る基地局1aには、図14の記憶部12aに代わり、パイロット信号を記憶する記憶部15aがある。記憶部15aには、パイロット信号のパターンが保存されている。記憶部15aに用いる記憶デバイスの具体例は第3の実施形態と同じでよい。基地局1b、1cの機能及び構成は基地局1aと同様である。パイロット信号のパターンは複数の基地局1a〜1cで共通でもよいし、基地局ごとに異なってもよい。 The base station 1a according to the sixth embodiment has a storage unit 15a for storing a pilot signal instead of the storage unit 12a in FIG. The pattern of the pilot signal is stored in the storage unit 15a. Specific examples of the storage device used for the storage unit 15a may be the same as those in the third embodiment. The functions and configurations of the base stations 1b and 1c are the same as those of the base station 1a. The pattern of the pilot signal may be common to a plurality of base stations 1a to 1c, or may be different for each base station.

第6の実施形態に係る端末2は、図14の記憶部22及び相互相関算出部24に代わり、各基地局のパイロット信号を記憶する記憶部23、チャネル推定部28及びIFFT部29を備える。 The terminal 2 according to the sixth embodiment includes a storage unit 23 for storing pilot signals of each base station, a channel estimation unit 28, and an IFFT unit 29, instead of the storage unit 22 and the cross-correlation calculation unit 24 of FIG.

記憶部23には、各基地局のパイロット信号のパターンが保存される。各基地局のパイロット信号が同じ場合は、共通の1つのパイロット信号を記憶しておけばよい。記憶部23の用いる記憶デバイスの具体例は第3の実施形態と同じでよい。 The storage unit 23 stores the pilot signal pattern of each base station. If the pilot signals of each base station are the same, one common pilot signal may be stored. Specific examples of the storage device used by the storage unit 23 may be the same as those in the third embodiment.

チャネル推定部28では、各基地局からの受信信号に含まれるパイロット信号を、記憶部23に保存されているパイロット信号のパターンと比較し、伝搬路を推定することで、伝搬路の周波数特性を求める。処理は第2の実施形態に係るチャネル推定部16aと同様である。 The channel estimation unit 28 compares the pilot signal included in the received signal from each base station with the pattern of the pilot signal stored in the storage unit 23, and estimates the propagation path to determine the frequency characteristics of the propagation path. Ask. The process is the same as that of the channel estimation unit 16a according to the second embodiment.

IFFT部29では、伝搬路の周波数特性を逆フーリエ変換し、時系列データであるインパルス応答を求める。この処理は第2の実施形態に係るIFFT部17aと同様である。 The IFFT unit 29 performs an inverse Fourier transform on the frequency characteristics of the propagation path to obtain an impulse response which is time series data. This process is the same as that of the IFFT unit 17a according to the second embodiment.

チャネル推定部28およびIFFT部29は専用ハードウェア、又はプロセッサとソフトウェアの組み合わせにより実現される。第2の実施形態と同様に、端末が元々備える無線通信用チップなどの機能を利用してもよい。 The channel estimation unit 28 and the IFFT unit 29 are realized by dedicated hardware or a combination of a processor and software. Similar to the second embodiment, a function such as a wireless communication chip originally provided in the terminal may be used.

受信タイミング特定部25、位置推定部26、記憶部27の実装は第5の実施形態と同様である。 The implementation of the reception timing specifying unit 25, the position estimation unit 26, and the storage unit 27 is the same as in the fifth embodiment.

図18は、第6の実施形態に係る無線測位システム全体の処理を表したフローチャートである。 FIG. 18 is a flowchart showing the processing of the entire radio positioning system according to the sixth embodiment.

ステップS401で、各基地局は、パイロット信号を含む測距信号を端末へ送信する。パイロット信号はフレームのプリアンブルやヘッダにパターン信号を含めて送信してもよいし、スキャッタードパイロットシンボルのように、データ中に分散させてもよく、方式は特に問わない。 In step S401, each base station transmits a ranging signal including a pilot signal to the terminal. The pilot signal may be transmitted by including the pattern signal in the preamble or header of the frame, or may be dispersed in the data like the scattered pilot symbol, and the method is not particularly limited.

ステップS402で、端末は各基地局から受信した測距信号を用いてチャネル推定を行う。チャネル推定の処理は、第2の実施形態に係る基地局が行うものと同様である。 In step S402, the terminal estimates the channel using the ranging signals received from each base station. The processing of channel estimation is the same as that performed by the base station according to the second embodiment.

ステップS403で、端末は、チャネル推定により得られた周波数特性に逆フーリエ変換を実行することにより、各基地局との間の伝搬路に対応するインパルス応答を得る。この処理は、第2の実施形態に係る基地局が行うものと同様である。 In step S403, the terminal obtains an impulse response corresponding to the propagation path to and from each base station by performing an inverse Fourier transform on the frequency characteristics obtained by channel estimation. This process is the same as that performed by the base station according to the second embodiment.

ステップS404で、端末は各基地局のインパルス応答から、候補ピーク群を抽出し、各候補ピーク群を比較することで、各候補ピーク群から1つのピークを選択する。この処理は、第2の実施形態に係る測位サーバ3が行う候補ピーク抽出処理及びピーク選択処理に相当する。 In step S404, the terminal extracts a candidate peak group from the impulse response of each base station and compares each candidate peak group to select one peak from each candidate peak group. This process corresponds to the candidate peak extraction process and the peak selection process performed by the positioning server 3 according to the second embodiment.

ステップS405で、端末は、各選択したピーク(すなわちピークに対応する時刻)を用いて、自端末の位置について測位を行うことにより、自端末の位置を推定する。端末は、推定した自端末の位置を示す位置情報を保存する。この処理は第5の実施形態に係るステップS305の処理と同様である。 In step S405, the terminal estimates the position of its own terminal by positioning the position of its own terminal using each selected peak (that is, the time corresponding to the peak). The terminal stores the position information indicating the estimated position of the own terminal. This process is the same as the process of step S305 according to the fifth embodiment.

第6の実施形態によれば、第5の実施形態と同様に、端末側で当該端末の位置情報を求めることができる。 According to the sixth embodiment, the position information of the terminal can be obtained on the terminal side as in the fifth embodiment.

(第7の実施形態)
第1から第6の実施形態においては、測位サーバ3又は管理サーバ4はすべて基地局から独立して存在しており、各基地局とネットワークで接続されていた。第7の実施形態においては、測位サーバ3又は管理サーバ4の機能は基地局と統合されている形態を示す。
(7th Embodiment)
In the first to sixth embodiments, the positioning server 3 or the management server 4 exists independently of the base stations and is connected to each base station by a network. In the seventh embodiment, the functions of the positioning server 3 or the management server 4 are integrated with the base station.

図19は第7の実施形態に係る無線測位システムの全体を示す図である。 FIG. 19 is a diagram showing the entire radio positioning system according to the seventh embodiment.

第7の実施形態に係る無線測位システムは、端末2、基地局1b、基地局1c、サーバ機能付き基地局300を備える。図19では、基地局が2つ、端末が1つ、サーバ機能付き基地局が1つとなっているが、それぞれの装置の数がこれより多くてもよい。特にサーバ機能として測位機能を備えた基地局が2つ以上ある場合は、測位機能を冗長化させることができる。サーバ機能付き基地局の測位機能を利用せずに、単なる基地局として動作させてもよい。 The radio positioning system according to the seventh embodiment includes a terminal 2, a base station 1b, a base station 1c, and a base station 300 with a server function. In FIG. 19, there are two base stations, one terminal, and one base station with a server function, but the number of each device may be larger than this. In particular, when there are two or more base stations having a positioning function as a server function, the positioning function can be made redundant. It may be operated as a mere base station without using the positioning function of the base station with a server function.

サーバ機能付き基地局300の構成は、測位サーバ3と基地局を合わせたもの、又は管理サーバ4と基地局を合わせたものであるとする。前者の場合、基地局は、本実施形態に係る位置推定装置を搭載する。 It is assumed that the configuration of the base station 300 with a server function is a combination of the positioning server 3 and the base station, or a combination of the management server 4 and the base station. In the former case, the base station is equipped with the position estimation device according to the present embodiment.

サーバ機能付き基地局300は、他の基地局1b、1cと互いに無線通信を行うことができる。 The base station 300 with a server function can perform wireless communication with other base stations 1b and 1c.

第7の実施形態の無線測位システムにおいて、相互相関信号を利用して端末の位置推定を行ってもよいし、インパルス応答を利用して端末の位置推定を行ってもよい。 In the radio positioning system of the seventh embodiment, the position of the terminal may be estimated using the cross-correlation signal, or the position of the terminal may be estimated using the impulse response.

第1から第4の実施形態のように、端末から基地局300、1b、1cに測距信号を送信し、サーバ機能付き基地局300が他の基地局1b、1cから測距信号に基づく情報を取得することで、端末の位置を推定してもよい。また、第5および第6の実施形態のように、複数の基地局300、1b、1cから端末2に向けて測距信号を送信し、端末2が自端末の位置の推定をしてもよい。 As in the first to fourth embodiments, the terminal transmits a distance measurement signal to the base stations 300, 1b, 1c, and the base station 300 with a server function transmits information based on the distance measurement signal from the other base stations 1b, 1c. The position of the terminal may be estimated by acquiring. Further, as in the fifth and sixth embodiments, the distance measurement signals may be transmitted from the plurality of base stations 300, 1b, 1c to the terminal 2, and the terminal 2 may estimate the position of the own terminal. ..

本実施形態によれば、サーバ機能を基地局に統合したことにより、サーバと各基地局間を接続するネットワークを構築したり、別途サーバ用のマシンを用意したりする必要がない。基地局からアクセス可能な情報インフラが近くに存在しない環境においても、端末の測位を実施することができる。 According to this embodiment, by integrating the server function into the base station, it is not necessary to construct a network connecting the server and each base station, or to prepare a separate machine for the server. Positioning of terminals can be performed even in an environment where there is no information infrastructure accessible from the base station nearby.

なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。 The present invention is not limited to each of the above embodiments as it is, and at the implementation stage, the components can be modified and embodied within a range that does not deviate from the gist thereof. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in each of the above embodiments. Further, for example, a configuration in which some components are deleted from all the components shown in each embodiment can be considered. Furthermore, the components described in different embodiments may be combined as appropriate.

1a、1b、1c 基地局
2 端末
3 測位サーバ
4 管理サーバ
5 LAN
10a、10b、10c、20 無線送受信部
11a、11b、11c、21 時刻管理部
12a、12b、12c、22、34 記憶部
13a、13b、13c、24、35 相互相関算出部
14a、14b、14c 通信部
15a、15b、15c、23 記憶部
16a、16b、16c、28 チャネル推定部
17a、17b、17c、29 IFFT部
25、31 受信タイミング特定部
26、32 位置推定部
27、33 記憶部
30 通信部
31a 補間部
90 パターン信号
91 シフトさせたパターン信号
92 信号
93 100 相互相関
100a、100b、100c 相互相関信号
110 選択された候補クラスタ群
110A、110B、110C クラスタ
111 テーブル
112 データ
120 選択されたクラスタ
260 端末位置マップ
330a 端末位置
300 サーバ機能付基地局
1a, 1b, 1c Base station 2 Terminal 3 Positioning server 4 Management server 5 LAN
10a, 10b, 10c, 20 Wireless transmitter / receiver 11a, 11b, 11c, 21 Time management unit 12a, 12b, 12c, 22, 34 Storage unit 13a, 13b, 13c, 24, 35 Cross-correlation calculation unit 14a, 14b, 14c Communication Units 15a, 15b, 15c, 23 Storage units 16a, 16b, 16c, 28 Channel estimation units 17a, 17b, 17c, 29 IFFT units 25, 31 Reception timing identification units 26, 32 Position estimation units 27, 33 Storage units 30 Communication units 31a Interpolator 90 Pattern signal 91 Shifted pattern signal 92 Signal 93 100 Cross-correlation 100a, 100b, 100c Cross-correlation signal 110 Selected candidate clusters 110A, 110B, 110C Cluster 111 Table 112 Data 120 Selected cluster 260 terminals Location map 330a Terminal location 300 Base station with server function

Claims (19)

複数の第1信号の受信信号と第2信号との演算に基づき、複数の時刻における強度値についてのサンプルの第1集合と第2集合を取得し、
前記第1集合からサンプルに対する第1時間範囲の強度値の積分に基づいて複数の第1候補サンプルを選択し、
前記第2集合からサンプルに対する第2時間範囲の強度値の積分に基づいて複数の第2候補サンプルを選択し、
前記第1集合と前記第2集合との間で、前記複数の第1候補サンプルの1以上と前記第2候補サンプルの1以上とを組み合わせ、複数の組み合わせから選択した組み合わせに含まれる前記第1候補サンプルの1つと前記第2候補サンプルの1つとに対応する時刻に基づいて、前記複数の第1信号の受信タイミングを特定する、
受信タイミング特定部と、
前記受信タイミングに基づき、前記第1信号の送信元または受信先である第1無線通信装置の位置を推定する位置推定部と
を備えた位置推定装置。
Based and reception signals of a plurality of first signals, the calculation of the second signal to obtain a first set and a second set of samples for intensity values at a plurality of times,
A plurality of first candidate samples are selected based on the integral of the intensity values in the first time range from the first set to the samples.
A plurality of second candidate samples are selected based on the integral of the intensity values in the second time range with respect to the samples from the second set.
Between the first set and the second set, one or more of the plurality of first candidate samples and one or more of the second candidate samples are combined, and the first set is included in a combination selected from a plurality of combinations. The reception timing of the plurality of first signals is specified based on the time corresponding to one of the candidate samples and one of the second candidate samples.
Reception timing identification part and
A position estimation device including a position estimation unit that estimates the position of a first wireless communication device that is a source or reception destination of the first signal based on the reception timing.
複数の第1信号の受信信号と、第2信号との演算に基づき、複数の時刻における強度値についてのサンプルの第1集合と第2集合を取得し、 Based on the calculation of the received signals of the plurality of first signals and the second signal, the first set and the second set of samples for the intensity values at a plurality of times are acquired.
前記第1集合と前記第2集合との間で前記サンプルの時刻の近接性に基づいて前記サンプルを組み合わせ、 Combining the samples between the first set and the second set based on the time proximity of the samples.
複数の組み合わせから選択した組み合わせに含まれる複数の前記サンプルに対応する時刻に基づいて、前記複数の第1信号の受信タイミングを特定する、 The reception timing of the plurality of first signals is specified based on the time corresponding to the plurality of the samples included in the combination selected from the plurality of combinations.
受信タイミング特定部と、 Reception timing identification part and
前記受信タイミングに基づき、前記第1信号の送信元または受信先である第1無線通信装置の位置を推定する位置推定部と With a position estimation unit that estimates the position of the first wireless communication device that is the source or destination of the first signal based on the reception timing.
を備えた位置推定装置。 Position estimation device equipped with.
複数の第1信号の受信信号と、第2信号との演算に基づき、複数の時刻における強度値についてのサンプルの第1集合と第2集合を取得し、 Based on the calculation of the received signals of the plurality of first signals and the second signal, the first set and the second set of samples for the intensity values at a plurality of times are acquired.
前記第1集合と前記第2集合との間で前記サンプルを組み合わせ、 Combining the sample between the first set and the second set,
複数の組み合わせ間で、前記サンプルの強度値に基づく値、前記サンプルの時刻に基づく値、または、前記サンプルの時刻差に基づく値を比較することにより、1つの組み合わせを選択し、 One combination is selected by comparing a value based on the intensity value of the sample, a value based on the time of the sample, or a value based on the time difference of the sample among a plurality of combinations.
選択した組み合わせに含まれる複数の前記サンプルに対応する時刻に基づき、前記複数の第1信号の受信タイミングを特定する、 The reception timing of the plurality of first signals is specified based on the time corresponding to the plurality of samples included in the selected combination.
受信タイミング特定部と、 Reception timing identification part and
前記受信タイミングに基づき、前記第1信号の送信元または受信先である第1無線通信装置の位置を推定する位置推定部と With a position estimation unit that estimates the position of the first wireless communication device that is the source or destination of the first signal based on the reception timing.
を備えた位置推定装置。 Position estimation device equipped with.
前記演算は、前記第1信号の前記受信信号と前記第2信号との相互相関を計算することである
請求項1〜3のいずれか一項に記載の位置推定装置。
The operation, the position estimation device according to any one of claims 1 to 3 is to calculate the cross correlation between the received signal and the second signal of the first signal.
前記演算は、前記第1信号の前記受信信号と前記第2信号とに基づき伝搬路推定することにより算出される伝搬路の周波数特性を、逆フーリエ変換することである
請求項1〜3のいずれか一項に記載の位置推定装置。
The operation, the frequency characteristic of the propagation path is calculated by channel estimation on the basis of said received signal and said second signal of the first signal, one of the claims 1 to 3 is to inverse Fourier transform The position estimation device according to one item.
前記受信タイミング特定部は、前記第1集合からさらに前記サンプルの強度値の大きさ、及び前記サンプルに対応する時刻少なくとも1つに基づいて、前記複数の第1候補サンプルを選択する
請求項に記載の位置推定装置。
The reception timing specifying unit, the size of the intensity values of further said sample from said first set, and based on at least one of time corresponding to the sample, according to claim 1 for selecting the plurality of first candidate sample The position estimation device described in 1.
前記第1集合及び前記第2集合に対して補間処理を行うことで、サンプル数を増やす補間部
をさらに備えた請求項ないしのいずれか一項に記載の位置推定装置。
The position estimation device according to any one of claims 1 to 6 , further comprising an interpolation unit that increases the number of samples by performing interpolation processing on the first set and the second set.
前記複数の候補サンプルに補間処理を行うことで、候補サンプル数を増やす補間部
をさらに備えた請求項に記載の位置推定装置。
Wherein the plurality of candidate samples by performing an interpolation process, the position estimation device according to claim 1, further comprising an interpolation unit to increase the number of candidates samples.
前記第1無線通信装置は、前記複数の第1信号の送信元であり、
前記複数の第1信号の受信先は、前記第1無線通信装置と異なる複数の第2無線通信装置である
請求項1ないしのいずれか一項に記載の位置推定装置。
The first wireless communication device is a source of the plurality of first signals, and is
The position estimation device according to any one of claims 1 to 8 , wherein the reception destination of the plurality of first signals is a plurality of second wireless communication devices different from the first wireless communication device.
前記複数の第2無線通信装置と通信して、前記第1集合及び前記第2集合を取得する通信部
をさらに備えた請求項に記載の位置推定装置。
The position estimation device according to claim 9 , further comprising a communication unit that communicates with the plurality of second wireless communication devices and acquires the first set and the second set.
前記位置推定装置が前記複数の第2無線通信装置のうちの1つに搭載された
請求項10に記載の位置推定装置。
The position estimation device according to claim 10 , wherein the position estimation device is mounted on one of the plurality of second wireless communication devices.
前記複数の第1信号の送信元は、複数の第2無線通信装置であり、
前記第1無線通信装置は、前記複数の第1信号の受信先である
請求項1ないしのいずれか一項に記載の位置推定装置。
The sources of the plurality of first signals are a plurality of second wireless communication devices.
The position estimation device according to any one of claims 1 to 8 , wherein the first wireless communication device is a receiving destination of the plurality of first signals.
前記位置推定装置が前記第1無線通信装置に搭載された
請求項12に記載の位置推定装置。
The position estimation device according to claim 12 , wherein the position estimation device is mounted on the first wireless communication device.
複数の第1信号の受信信号と第2信号との演算に基づき、複数の時刻における強度値についてのサンプルの第1集合と第2集合を取得し、
前記第1集合からサンプルに対する第1時間範囲の強度値の積分に基づいて複数の第1候補サンプルを選択し、
前記第2集合からサンプルに対する第2時間範囲の強度値の積分に基づいて複数の第2候補サンプルを選択し、
前記第1集合と前記第2集合との間で、前記複数の第1候補サンプルの1以上と前記第2候補サンプルの1以上とを組み合わせ、複数の組み合わせから選択した組み合わせに含まれる前記第1候補サンプルの1つと前記第2候補サンプルの1つとに対応する時刻に基づいて、前記複数の第1信号の受信タイミングを特定し、
前記受信タイミングに基づき、前記第1信号の送信元または受信先である第1無線通信装置の位置を推定する
位置推定方法。
Based and reception signals of a plurality of first signals, the calculation of the second signal to obtain a first set and a second set of samples for intensity values at a plurality of times,
A plurality of first candidate samples are selected based on the integral of the intensity values in the first time range from the first set to the samples.
A plurality of second candidate samples are selected based on the integral of the intensity values in the second time range with respect to the sample from the second set.
Between the first set and the second set, one or more of the plurality of first candidate samples and one or more of the second candidate samples are combined, and the first set is included in a combination selected from a plurality of combinations. Based on the time corresponding to one of the candidate samples and one of the second candidate samples, the reception timings of the plurality of first signals are specified.
Based on the reception timing, the position of the first wireless communication device, which is the source or destination of the first signal, is estimated.
Position estimation method.
複数の第1信号の受信信号と、第2信号との演算に基づき、複数の時刻における強度値についてのサンプルの第1集合と第2集合を取得し、 Based on the calculation of the received signals of the plurality of first signals and the second signal, the first set and the second set of samples for the intensity values at a plurality of times are acquired.
前記第1集合と前記第2集合との間で前記サンプルの時刻の近接性に基づいて前記サンプルを組み合わせ、 Combining the samples between the first set and the second set based on the time proximity of the samples.
複数の組み合わせから選択した組み合わせに含まれる複数の前記サンプルに対応する時刻に基づき、前記複数の第1信号の受信タイミングを特定し、 The reception timing of the plurality of first signals is specified based on the time corresponding to the plurality of the samples included in the combination selected from the plurality of combinations.
前記受信タイミングに基づき、前記第1信号の送信元または受信先である第1無線通信装置の位置を推定する Based on the reception timing, the position of the first wireless communication device, which is the source or destination of the first signal, is estimated.
位置推定方法。 Position estimation method.
複数の第1信号の受信信号と、第2信号との演算に基づき、複数の時刻における強度値についてのサンプルの第1集合と第2集合を取得し、 Based on the calculation of the received signals of the plurality of first signals and the second signal, the first set and the second set of samples for the intensity values at a plurality of times are acquired.
前記第1集合と前記第2集合との間で前記サンプルを組み合わせ、 Combining the sample between the first set and the second set,
複数の組み合わせ間で、前記サンプルの強度値に基づく値、前記サンプルの時刻に基づく値、または、前記サンプルの時刻差に基づく値を比較することにより、1つの組み合わせを選択し、 One combination is selected by comparing a value based on the intensity value of the sample, a value based on the time of the sample, or a value based on the time difference of the sample among a plurality of combinations.
選択した組み合わせに含まれる複数の前記サンプルに対応する時刻に基づき、前記複数の第1信号の受信タイミングを特定し、 The reception timing of the plurality of first signals is specified based on the time corresponding to the plurality of samples included in the selected combination.
前記受信タイミングに基づき、前記第1信号の送信元または受信先である第1無線通信装置の位置を推定する Based on the reception timing, the position of the first wireless communication device, which is the source or destination of the first signal, is estimated.
位置推定方法。 Position estimation method.
複数の第1信号の受信信号と第2信号との演算に基づき、複数の時刻における強度値についてのサンプルの第1集合と第2集合を取得するステップと、
前記第1集合からサンプルに対する第1時間範囲の強度値の積分に基づいて複数の第1候補サンプルを選択するステップと、
前記第2集合からサンプルに対する第2時間範囲の強度値の積分に基づいて複数の第2候補サンプルを選択するステップと、
前記第1集合と前記第2集合との間で、前記複数の第1候補サンプルの1以上と前記第2候補サンプルの1以上とを組み合わせ、複数の組み合わせから選択した組み合わせに含まれる前記第1候補サンプルの1つと前記第2候補サンプルの1つとに対応する時刻に基づいて、前記複数の第1信号の受信タイミングを特定するステップと、
前記受信タイミングに基づき、前記第1信号の送信元または受信先である第1無線通信装置の位置を推定するステップと、
をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
The received signal of the plurality of first signals, based on the operation on the second signal, obtaining a first set and a second set of samples for intensity values at a plurality of times,
A step of selecting a plurality of first candidate samples based on the integral of the intensity values in the first time range from the first set to the samples,
A step of selecting a plurality of second candidate samples based on the integral of the intensity values in the second time range from the second set to the samples,
Between the first set and the second set, one or more of the plurality of first candidate samples and one or more of the second candidate samples are combined, and the first set is included in a combination selected from a plurality of combinations. A step of specifying the reception timing of the plurality of first signals based on the time corresponding to one of the candidate samples and one of the second candidate samples, and
A step of estimating the position of the first wireless communication device, which is the source or destination of the first signal, based on the reception timing, and
A computer program that lets a computer run.
複数の第1信号の受信信号と、第2信号との演算に基づき、複数の時刻における強度値についてのサンプルの第1集合と第2集合を取得するステップと、 A step of acquiring the first set and the second set of samples for the intensity values at a plurality of times based on the calculation of the received signals of the plurality of first signals and the second signal.
前記第1集合と前記第2集合との間で前記サンプルの時刻の近接性に基づいて前記サンプルを組み合わせるステップと、 A step of combining the samples between the first set and the second set based on the time proximity of the samples.
複数の組み合わせから選択した組み合わせに含まれる複数の前記サンプルに対応する時刻に基づき、前記複数の第1信号の受信タイミングを特定するステップと、 A step of specifying the reception timing of the plurality of first signals based on the time corresponding to the plurality of samples included in the combination selected from the plurality of combinations, and
前記受信タイミングに基づき、前記第1信号の送信元または受信先である第1無線通信装置の位置を推定するステップと、 A step of estimating the position of the first wireless communication device, which is the source or destination of the first signal, based on the reception timing, and
をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。 A computer program that lets a computer run.
複数の第1信号の受信信号と、第2信号との演算に基づき、複数の時刻における強度値についてのサンプルの第1集合と第2集合を取得するステップと、 A step of acquiring the first set and the second set of samples for the intensity values at a plurality of times based on the calculation of the received signals of the plurality of first signals and the second signal.
前記第1集合と前記第2集合との間で前記サンプルを組み合わせるステップと、 A step of combining the samples between the first set and the second set,
複数の組み合わせ間で、前記サンプルの強度値に基づく値、前記サンプルの時刻に基づく値、または、前記サンプルの時刻差に基づく値を比較することにより、1つの組み合わせを選択するステップと、 A step of selecting one combination by comparing a value based on the intensity value of the sample, a value based on the time of the sample, or a value based on the time difference of the sample among a plurality of combinations.
選択した組み合わせに含まれる複数の前記サンプルに対応する時刻に基づき、前記複数の第1信号の受信タイミングを特定するステップと、 A step of specifying the reception timing of the plurality of first signals based on the time corresponding to the plurality of samples included in the selected combination, and
前記受信タイミングに基づき、前記第1信号の送信元または受信先である第1無線通信装置の位置を推定するステップと、 A step of estimating the position of the first wireless communication device, which is the source or destination of the first signal, based on the reception timing, and
をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。 A computer program that lets a computer run.
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