JP7359290B2 - 測位システム、無線基地局装置、及び測位方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線端末の位置を推定する技術に関する。

ＩｏＴ（Internet of Things）やビッグデータ技術の進展に伴い、位置情報の重要性が増している。屋外ではＧＰＳ（Global Positioning System）による測位、屋内ではＷｉ－Ｆｉ又はセンサを用いた測位の検討が行われ、３ＧＰＰ（登録商標）やＩＥＥＥ８０２．１１などの標準化規格において、無線通信システムへの測位機能の追加が議論されている。

これまでは、無線端末が測位を行うユースケースが中心である。しかし、ビッグデータ技術の進展により、ユーザによりよいサービスを提供するために、ネットワーク側で無線端末の測位を実施し、それにより得られた位置情報を様々なサービスに活用することへの期待が高まっている。ネットワーク側での端末の測位（以降、ネットワーク測位と記載する）が可能になると、端末の性能に依存せずに高精度な測位が可能になるなどのメリットがある。

様々なサービスにおいて位置情報の活用が期待されているため、その精度も課題である。無線測位では、受信電力、電波到来時間、電波到来方向を用いて測位を行う。低周波数帯の電波を用いた場合、電波到来時間による測位は有効であるが、電力が同等になるエリアが広くなり、また到来方向も高精度に推定することが難しい。結果として高精度な測位が難しい。そこで高周波数帯の電波を用いた測位に注目が集まっている。狭ビーム形成により比較的精度の高い到来方向推定が可能であり、電波減衰が大きいことから電力が同等になるエリアは比較的狭い。また、低周波数帯と同様に電波到来時間による測位も可能であるため、高周波数帯の利用により測位精度を高めることができる。

日本国特開２０１７－１９１０９８号公報

しかしながら、高周波数帯の電波は遮蔽に弱く、基地局の見通し外のエリアに対して高精度な測位を行うことが難しい。また、ネットワーク測位を行う場合、複数の基地局が必要になる。見通し外のエリアを減らしつつ、端末が複数の基地局に接続できる程度に基地局を設置する必要があり、ネットワーク設備コストが増大する。加えて、電波到来時間を用いて測位を行う場合、基地局間の同期が必要である。また、複数の基地局が同一の端末から電波を受信する必要がある。そのため、端末は帰属先の基地局を切り替えて信号を送信しなければならない。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、端末が基地局の見通し外エリアに位置するときにも、端末の性能に依存することなく高精度な測位を可能にする技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る測位システムは、無線端末と通信する無線基地局装置と、前記無線端末と前記無線基地局装置との間で信号を中継する１つ以上の中継器と、前記無線基地局装置が前記１つ以上の中継器のうちの１つである第１の中継器を介して前記無線端末から受信した第１信号、前記１つ以上の中継器の位置、及び前記無線基地局装置の位置に基づいて、前記無線端末の位置を推定する測位装置と、を備える。

本発明によれば、端末が基地局の見通し外エリアに位置するときにも、端末の性能に依存することなく高精度な測位を可能になる。

図１は、本発明の実施形態に係る無線通信システムを示す図である。 図２は、図１に示した基地局の構成例を示すブロック図である。 図３は、図２に示した測位部の構成例を示すブロック図である。 図４は、図３に示した構成を有する測位部により実行される測位処理を示すフローチャートである。 図５は、図２に示した測位部の構成例を示すブロック図である。 図６は、図５に示した構成を有する測位部により実行される測位処理を示すフローチャートである。 図７は、図２に示した測位部の構成例を示すブロック図である。 図８は、図７に示した構成を有する測位部により実行される測位処理を示すフローチャートである。 図９は、図１に示した基地局のハードウェア構成例を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る測位システムを含む無線通信システム１０を概略的に示している。図１に示すように、無線通信システム１０は、無線基地局装置１１、中継器１２、及び無線端末１３を備える。ここでは、無線基地局装置を単に基地局と記載し、無線端末を単に端末と記載することもある。

基地局１１は端末１３と無線通信する。基地局１１は、例えば、移動体通信ネットワークの基地局であり得る。基地局１１は、通信している端末１３の測位を行う機能を有する。端末１３は、例えば、携帯電話機、スマートフォン、ノートパソコン、ゲーム機などのモバイル端末であり得る。

中継器１２は基地局１１と端末１３との間で無線信号（電波）を中継する。端末１３が送信局であり、基地局１１が受信局である場合、中継器１２は、端末１３から無線信号を受信し、それを基地局へ再送信する。基地局１１が送信局であり、端末１３が受信局である場合、中継器１２は、基地局１１から無線信号を受信し、それを端末１３へ再送信する。中継器１２は、反射板又はリピータであり得るが、これらに限定されない。中継器１２が反射板を含む場合、中継器１２は反射により無線信号を再送信する。反射板としては、例えば、無線信号を反射する角度を制御可能なメタサーフェス反射板を使用することができる。中継器１２がリピータを含む場合、中継器１２は、第１のアンテナで無線信号を受信し、第２のアンテナで当該無線信号を再放射する。リピータとしては、例えば、ビームフォーミングが可能なリピータを使用することができる。中継器１２は、機械的に移動若しくは回転することにより、又は、電気的に位相若しくは振幅を制御することにより、到来波を任意の方向に再送信する。

中継器１２は有線又は無線通信により基地局１１に接続される。中継器１２は固定されていてもよい。中継器１２は移動可能であってもよい。例えば、中継器１２は、自動車、電車、ドローンなどの移動体に搭載されてよい。図１に示される例では、４つの中継器１２が固定されたものであって有線通信により基地局１１に接続され、１つの中継器１２がドローンに搭載されて無線通信により基地局１１に接続される。なお、中継器１２は５つに限らない。１つ以上の中継器１２が設けられていればよい。

端末１３が基地局１１の見通し外エリアに位置する状況では、基地局１１及び端末１３は中継器１２を介して互いに通信してよい。見通し外エリアは、例えば、ビルや樹木などの障害物により形成される。一方、端末１３が基地局１１の見通し内エリアに位置する状況では、基地局１１及び端末１３は、互いに直接に通信してもよく、中継器１２を介して互いに通信してもよい。

基地局１１は中継器１２を制御する。基地局１１は、中継器１２の再送信方向を制御する。中継器１２の再送信方向は、中継器１２が再送信を行う方向である。中継器１２が反射板である場合、中継器１２の再送信方向は、中継器１２の反射角度及び設置角度（姿勢）により定まる。中継器１２が移動体に搭載される場合、基地局１１は移動体の移動をさらに制御してよい。移動体は、基地局１１による制御なしに自律的に移動するものであってもよい。

さらに、基地局１１は中継器１２から中継器情報を収集する。中継器情報は、中継器１２に関する情報であり、中継器１２の状態を示す状態情報、及び中継器１２のセンシング機能により取得されたセンシング情報を含み得る。センシング情報は、ＧＰＳセンサなどにより取得された、中継器１２の位置を示す位置情報、及び／又は、ジャイロセンサなどにより取得された、中継器１２の設置角度を示す設置角度情報を含んでよい。

図２は、基地局１１の構成例を概略的に示している。図２に示すように、基地局１１は、信号処理部２１、ＲＦ（Radio Frequency）アンテナ部２２、中継器制御部２３、測位部２４、及び上位レイヤ２５を備える。

信号処理部２１は、送信する信号を生成する。信号処理部２１は、上位レイヤ２５から端末１３宛ての情報を受け取り、受け取った情報を含む信号を生成してよい。信号処理部２１は、中継器制御部２３から中継器１２宛ての制御情報を受け取り、受け取った制御情報を含む信号を生成してよい。ＲＦアンテナ部２２は、信号処理部２１から信号を受け取り、受け取った信号に対して送信処理を行う。例えば、ＲＦアンテナ部２２は、信号処理部２１から受け取った信号を周波数アップコンバータによりシステム帯域にアップコンバージョンしてＲＦ信号を得る。ＲＦアンテナ部２２は、増幅器（Power Amplifier）によりＲＦ信号を電力増幅して、アンテナを介して放射する。

受信処理では、ＲＦアンテナ部２２は、アンテナを介してＲＦ信号を受信し、受信したＲＦ信号を低雑音信号増幅器（Low Noise Amplifier）により増幅し、周波数ダウンコンバータによりダウンコンバージョンする。信号処理部２１は、ＲＦアンテナ部２２から受け取った信号を復号し、得られた情報を中継器制御部２３又は上位レイヤ２５に渡す。例えば、信号処理部２１は、中継器１２から送信された中継器情報を得た場合、中継器情報を中継器制御部２３に渡す。

ＲＦアンテナ部２２は、複数のアンテナ及び複数のアンテナのそれぞれに関連付けられた複数のＲＦ回路部を含んでいてよい。ＲＦアンテナ部２２の送受信処理において、可変位相器及び可変利得制御器を用いてアナログビームフォーミングを形成してもよい。

中継器制御部２３は、中継器１２を制御する。中継器制御部２３は、中継器１２の再送信方向を動的に制御する。中継器制御部２３は、中継器１２の中から端末１３との通信に用いる中継器１２を選択し、選択した中継器１２の再放射方向を決定する。

中継器制御部２３は、中継器１２を制御するための制御情報を生成し、信号処理部２１及びＲＦアンテナ部２２を介して中継器１２に送信する。制御情報は再送信方向を制御するための指示を含む。制御情報は、中継器１２を搭載する移動体を制御するための指示をさらに含んでよい。中継器１２は中継器制御部２３からの制御情報に従って動作する。

中継器制御部２３は、信号処理部２１及びＲＦアンテナ部２２を介して中継器１２から中継器情報を受信する。中継器情報は、上述したように、中継器１２の状態情報及びセンシング情報を含み得る。中継器制御部２３は、位置情報及び再送信方向情報など、中継器１２に関する情報を記憶する。中継器制御部２３に記憶された情報は測位部２４により参照可能である。

測位部２４は、端末１３の測位を行う。測位部２４は、端末１３により送信されて基地局１１により受信された無線信号に関する情報を信号処理部２１から取得し、取得した情報に基づいて無線信号の到来方向、到来時間、及び／又は受信電力を推定する。測位部２４は、到来方向、到来時間、及び／又は受信電力の推定値と、中継器制御部２３を参照することで得られる中継器１２に関する情報と、基地局１１の位置情報と、に基づいて、端末１３の地理的位置を推定する。測位部２４は、必要に応じて、端末１３の推定位置（位置の推定結果）を上位レイヤ２５に通知する。

図３は、測位部２４の第１の構成例を概略的に示している。図３に示される例では、測位部２４は、到来方向推定部３１及び端末位置推定部３２を備える。

到来方向推定部３１は、信号処理部２１から出力された情報を入力とし、基地局１１が受信した無線信号の到来方向（到来角）を推定する。到来方向の推定はいかなる方法で実行されてよい。例えば、到来方向推定部３１は、基地局１１が受信に用いたビームの方向に基づいて到来方向を推定してよい。到来方向推定部３１は、推定到来方向（到来方向の推定結果）を示す到来方向情報を端末位置推定部３２に出力する。

端末位置推定部３２は、到来方向推定部３１から到来方向情報を受け取り、中継器制御部２３から、各中継器１２の位置情報及び再送信方向情報を取得する。端末位置推定部３２は基地局１１の位置情報を保持する。端末位置推定部３２は、到来方向情報、中継器１２の位置情報及び再送信方向情報、並びに、基地局１１の位置情報に基づいて、端末１３の位置を推定する。端末位置推定部３２は、中継器特定部３２１、方向推定部３２２、及び位置推定部３２３を備える。

中継器特定部３２１は、無線信号の推定到来方向、基地局１１の位置、及び中継器１２の位置に基づいて、基地局１１が受信した無線信号が経由した中継器１２を特定する。基地局１１が受信した無線信号が経由した中継器１２は、基地局１１と端末１３との間の経路（伝搬パス）における中継器１２を指す。ここでは、端末１３が複数の無線信号を異なる中継器１２を介して基地局１１に送信することを想定する。例えば、端末１３は、中継器１２のうちの１つである第１の中継器１２を介して基地局１１に第１の無線信号を送信し、中継器１２のうちの別の１つである第２の中継器１２を介して基地局１１に第２の無線信号を送信する。

方向推定部３２２は、中継器１２の再放射方向に基づいて、中継器１２からの端末１３の方向を推定する。方向の推定は、中継器特定部３２１により特定された中継器１２の各々について実行される。

位置推定部３２３は、中継器１２の位置及び方向推定部３２２により得られた推定方向に基づいて、端末１３の位置を推定する。例えば、第１の中継器１２から端末１３へ向けた方向と第２の中継器１２から端末１３へ向けた方向との交点となる位置が端末１３の位置として推定される。

図４は、図３に示した構成を有する測位部２４により実行される測位処理を概略的に示している。ここでは、端末１３が第１の無線信号を第１の中継器１２を介して基地局１１に送信し、第２の無線信号を第１の中継器１２とは異なる第２の中継器１２を介して基地局１１に送信するものとする。

図４のステップＳ４１において、到来方向推定部３１は、基地局１１が受信した無線信号の到来方向を推定する。例えば、到来方向推定部３１は、信号処理部２１から、第１の無線信号の受信に用いたビームの方向及び第２の無線信号の受信に用いたビームの方向を示す情報を受け取り、第１の無線信号の受信に用いたビームの方向から第１の無線信号の到来方向を推定し、第２の無線信号の受信に用いたビームの方向から第２の無線信号の到来方向を推定する。

ステップＳ４２において、中継器特定部３２１は、到来方向推定部３１により得られた推定到来方向、基地局１１の位置、及び中継器１２の位置に基づいて、無線信号が経由した中継器１２を特定する。例えば、中継器特定部３２１は、第１の無線信号の推定到来方向、基地局１１の位置、及び中継器１２の位置に基づいて、第１の無線信号が経由した中継器１２が第１の中継器１２であることを特定し、第２の無線信号の推定到来方向、基地局１１の位置、及び中継器１２の位置に基づいて、第２の無線信号が経由した中継器１２が第２の中継器１２であることを特定する。

ステップＳ４３において、方向推定部３２２は、中継器特定部３２１により特定された中継器１２ごとに、中継器１２の再送信方向に基づいて中継器１２からの端末１３の方向を推定する。例えば、方向推定部３２２は、第１の中継器１２の再送信方向に基づいて第１の中継器１２からの端末１３の方向を推定し、第２の中継器１２の再送信方向に基づいて第２の中継器１２からの端末１３の方向を推定する。

ステップＳ４４において、位置推定部３２３は、方向推定部３２２により得られた推定方向、及び中継器１２の位置に基づいて、端末１３の位置を推定する。例えば、位置推定部３２３は、第１の中継器１２の位置を通り第１の中継器１２からの端末１３の推定方向に平行な線分と第２の中継器１２の位置を通り第２の中継器１２からの端末１３の推定方向に平行な線分とが交わる点を端末１３の位置と推定する。

図５は、測位部２４の第２の構成例を概略的に示している。図５に示される例では、測位部２４は、到来時間推定部５１及び端末位置推定部５２を備える。

到来時間推定部５１は、信号処理部２１から出力された情報を入力として受け取り、受け取った情報に基づいて、基地局１１が受信した無線信号の到来時間を推定する。到来時間の推定はいかなる方法で実行されてもよい。例えば、端末１３が時刻情報を信号に付加し、到来時間推定部５１は、基地局１１が受信した無線信号に含まれる時刻情報により示される時刻と基地局１１が信号を受信した時刻である受信時刻とを比較することにより、到来時間を算出してよい。到来時間推定部５１は、無線信号の推定到来時間（到来時間の推定結果）を示す到来時間情報を端末位置推定部５２に出力する。

端末位置推定部５２は、到来時間推定部５１から到来時間情報を受け取る。端末位置推定部５２は、中継器制御部２３から各中継器１２の位置情報を取得する。端末位置推定部５２は基地局１１の位置情報を保持する。端末位置推定部５２は、到来時間情報、中継器１２の位置情報、及び基地局１１の位置情報に基づいて、端末１３の位置を推定する。端末位置推定部５２は、距離推定部５２１及び位置推定部５２２を備える。

距離推定部５２１は、無線信号の推定到来時間、基地局１１の位置、及び中継器１２の位置に基づいて、無線信号が経由した中継器１２と端末１３との距離を推定する。具体的には、距離推定部５２１は、基地局１１の位置及び無線信号が経由した中継器１２の位置から、中継器１２から基地局１１までの到来時間を算出する。距離推定部５２１は、到来時間情報により示される推定到来時間から中継器１２から基地局１１までの算出された到来時間を減算することにより、端末１３から中継器１２までの到来時間を算出する。距離推定部５２１は、端末１３から中継器１２までの算出された到来時間から、端末１３と中継器１２との間の距離を算出する。距離推定部５２１は、図３に関連して説明したようにして、無線信号が経由した中継器１２を特定してよい。距離の推定は、特定した中継器１２の各々について実行される。

位置推定部５２２は、距離推定部５２１により得られた端末１３と中継器１２との間の推定距離、及び中継器１２の位置に基づいて、端末１３の位置を推定する。例えば、第１の中継器１２と端末１３との推定距離及び第２の中継器１２と端末１３との推定距離が得られている場合、第１の中継器１２の位置を中心とし、第１の中継器１２と端末１３との推定距離を半径とした第１の円と、第２の中継器１２の位置を中心とし、第２の中継器１２と端末１３との推定距離を半径とした第２の円と、の交点が端末１３の位置として推定される。これら２つの円の交点は２点存在するが、中継器１２の再送信可能な範囲と中継器１２の設置角度から尤もらしい交点を端末１３の位置として選択する。

図６は、図５に示した構成を有する測位部２４により実行される測位処理を概略的に示している。ここでは、端末１３が第１の無線信号を第１の中継器１２を介して基地局１１に送信し、第２の無線信号を第１の中継器１２とは異なる第２の中継器１２を介して基地局１１に送信するものとする。

図６のステップＳ６１において、到来時間推定部５１は、基地局１１が受信した無線信号の到来時間を推定する。例えば、到来時間推定部５１は、信号処理部２１から第１の無線信号の送信時刻及び受信時刻を示す情報を受け取り、受信時刻から送信時刻を引くことにより、第１の無線信号の到来時間を得る。さらに、到来時間推定部５１は、信号処理部２１から第２の無線信号の送信時刻及び受信時刻を示す情報を受け取り、受信時刻から送信時刻を引くことにより、第２の無線信号の到来時間を得る。無線信号の送信時刻は、端末１３が無線信号を送信した時刻を指し、無線信号に含まれる時刻情報に基づいて決定され得る。

ステップＳ６２において、測位部２４は、無線信号が経由した中継器１２を特定する。この処理は、図４のステップＳ４１、Ｓ４２において説明したものと同様であり得る。例えば、測位部２４は、第１の無線信号が第１の中継器１２を経由したことを特定し、第２の無線信号が第２の中継器１２を経由したことを特定する。

ステップＳ６３において、距離推定部５２１は、ステップＳ６２で特定された中継器１２ごとに、推定到来時刻、基地局１１の位置、及び中継器１２の位置に基づいて、中継器１２と端末１３との距離を推定する。例えば、距離推定部５２１は、基地局１１の位置及び第１の中継器１２の位置から、基地局１１と第１の中継器１２との距離を算出し、算出した距離を光速で割ることにより、第１の中継器１２から基地局１１までの到来時間を得る。距離推定部５２１は、ステップＳ６１で得られた第１の無線信号の推定到来時間から第１の中継器１２から基地局１１までの算出された到来時間を引くことにより、端末１３から第１の中継器１２までの第１の無線信号の到来時間を算出する。距離推定部５２１は、算出した到来時間に光速を乗じることにより、端末１３と第１の中継器１２との距離を算出する。同様にして、距離推定部５２１は、端末１３と第２の中継器１２との距離を算出する。

ステップＳ６４において、位置推定部５２２は、距離推定部５２１により得られた推定距離及び中継器１２の位置に基づいて、端末１３の位置を推定する。例えば、位置推定部５２２は、第１の中継器１２の位置を中心とし、第１の中継器１２と端末１３との推定距離を半径とした第１の円と、第２の中継器１２の位置を中心とし、第２の中継器１２と端末１３との推定距離を半径とした第２の円と、が交わる点を端末１３の位置と決定する。

図７は、測位部２４の第３の構成例を概略的に示している。図７に示される例では、測位部２４は、到来方向推定部７１、到来時間推定部７２、受信電力推定部７３、及び端末位置推定部７４を備える。

到来方向推定部７１は、信号処理部２１から出力された情報を入力として受け取り、受け取った情報に基づいて、基地局１１が受信した無線信号の到来方向を推定する。到来方向の推定はいかなる方法で実行されてよい。例えば、到来方向推定部７１は、基地局１１が受信に用いたビームの方向に基づいて到来方向を推定してよい。到来方向推定部７１は、推定到来方向を示す到来方向情報を端末位置推定部７４に出力する。

到来時間推定部７２は、信号処理部２１から出力された情報を入力として受け取り、受け取った情報に基づいて、基地局１１が受信した無線信号の到来時間を推定する。到来時間の推定はいかなる方法で実行されてもよい。例えば、端末１３が信号に時刻情報を付加し、到来時間推定部７２は、基地局１１が受信した信号に含まれる時刻情報により示される時刻と受信時刻とを比較することにより、到来時間を算出してよい。代替として、基地局１１が異なる中継器１２を介して端末１３から複数の無線信号を受信した場合、到来時間推定部７２は、無線信号の受信時刻と次の無線信号の受信時刻との差分に基づいて、当該次の無線信号の到来時間を推定してよい。この場合、端末１３が無線信号を送信するタイミングは、基地局１１により予めスケジューリングされるものとする。複数の無線信号が異なる中継器１２を経由したか否かを判断する方法の例は、基地局１１が信号を受信する際に用いたビームが異なる場合に無線信号が異なる中継器１２を経由したと判断する方法を含む。到来時間推定部７２は、推定到来時間を示す到来時間情報を端末位置推定部７４に出力する。

受信電力推定部７３は、信号処理部２１から出力された情報を入力として受け取り、受け取った情報に基づいて、基地局１１が受信した無線信号の受信電力を推定する。受信電力推定部７３は、推定受信電力（受信電力の推定結果）を示す受信電力情報を端末位置推定部７４に出力する。

端末位置推定部７４は、第１の位置推定部７４１、第２の位置推定部７４２、及び位置補正部７４３を備える。端末位置推定部７４は基地局１１の位置情報を保持する。

第１の位置推定部７４１は、到来方向推定部７１から到来方向情報を受け取り、到来時間推定部７２から到来時間情報を受け取る。第１の位置推定部７４１は、中継器制御部２３から各中継器１２の位置情報及び再送信方向情報を取得する。第１の位置推定部７４１は、到来方向情報、到来時間情報、中継器１２の位置情報及び再送信方向情報、並びに、基地局１１の位置情報に基づいて、端末１３の位置を推定する。第１の位置推定部７４１は、無線信号の推定到来方向に基づいて、無線信号が経由した基地局を特定する。第１の位置推定部７４１は、図３に示した中継器特定部３２１と同様にして、無線信号が経由した基地局を特定してよい。第１の位置推定部７４１は、特定した中継器１２の再放射方向に基づいて、特定した中継器１２からの端末１３の方向を推定する。第１の位置推定部７４１は、無線信号の推定到来時間、特定した中継器１２の位置、及び基地局１１の位置に基づいて、特定した中継器１２と端末１３との距離を推定する。距離の推定は、図５に示した距離推定部５２１に関して説明したものと同様の方法で実行することができる。第１の位置推定部７４１は、特定した中継器１２からの端末１３の推定方向、特定した中継器１２と端末１３との推定距離、及び特定した中継器１２の位置に基づいて、端末１３の位置を推定する。この場合、１台の中継器１２を用いて端末１３の位置を推定することができる。

なお、第１の位置推定部７４１は、図３を参照して説明した端末位置推定部３２と同様の方法により位置推定を行ってもよく、図５を参照して説明した端末位置推定部５２と同様の方法により位置推定を行ってもよい。

第２の位置推定部７４２は、到来方向推定部７１から到来方向情報を受け取り、受信電力推定部７３から受信電力情報を受け取る。第２の位置推定部７４２は、中継器制御部２３から中継器１２の位置情報及び再送信方向情報を取得する。第２の位置推定部７４２は、無線信号の推定到来方向及び推定受信電力、中継器１２の位置及び再送信方向、並びに、基地局１１の位置に基づいて、端末１３の位置を推定する。

第２の位置推定部７４２は、無線信号の推定受信電力に基づいて無線信号の伝搬距離を推定する。第２の位置推定部７４２は、無線信号の推定到来方向、基地局１１の位置、及び中継器１２の位置に基づいて、無線信号が経由した中継器１２を特定する。第２の位置推定部７４２は、基地局１１の位置、特定した中継器１２の位置及び再送信方向、並びに、推定伝搬距離に基づいて、端末１３の位置を推定する。

位置補正部７４３は、第２の位置推定部７４２で得られた推定位置を用いて第１の位置推定部７４１で得られた推定位置を補正する。例えば、位置補正部７４３は、第１の位置推定部７４１で得られた推定位置と第２の位置推定部７４２で得られた推定位置との中間地点を端末１３の最終的な推定位置と決定する。

なお、位置補正部７４３は、推定位置を重み付き平均することで端末１３の最終的な推定位置を決定してもよい。受信電力に基づいた位置推定よりも到来時間に基づいた位置推定のほうが、推定精度が高い。言い換えると、第１の位置推定部７４１で得られた推定位置は、第２の位置推定部７４２で得られた推定位置よりも正確である可能性が高い。この場合、最終的な推定位置が第２の位置推定部７４２で得られた推定位置よりも第１の位置推定部７４１で得られた推定位置に近くなるように、重み付けがなされてよい。

図８は、図７に示した構成を有する測位部２４により実行される測位処理を概略的に示している。ここでは、端末１３が第１の無線信号を第１の中継器１２を介して基地局１１に送信し、第２の無線信号を第１の中継器１２とは異なる第２の中継器１２を介して基地局１１に送信するものとする。

図８のステップＳ８１において、到来方向推定部７１は、基地局１１が受信した無線信号の到来方向を推定する。例えば、到来方向推定部７１は、信号処理部２１から、第１の無線信号の受信に用いたビームの方向及び第２の無線信号の受信に用いたビームの方向を示す情報を受け取り、受け取った情報に基づいて第１の無線信号及び第２の無線信号の到来方向を推定する。

ステップＳ８２において、到来時間推定部７２は、無線信号の到来時間を推定する。例えば、到来時間推定部７２は、信号処理部２１から第１の無線信号の送信時刻及び受信時刻を示す情報を受け取り、受信時刻から送信時刻を引くことにより、第１の無線信号の到来時間を推定する。

ステップＳ８３において、受信電力推定部７３は、無線信号の受信電力を推定する。例えば、受信電力推定部７３は、第２の無線信号の受信電力を検出する。

ステップＳ８４において、第１の位置推定部７４１は、到来方向推定部７１により得られた推定到来方向及び到来時間推定部７２により得られた推定到来時間に基づいて、端末１３の位置を推定する。例えば、第１の位置推定部７４１は、推定到来方向、基地局１１の位置、及び中継器１２の位置から、第１の無線信号が経由した中継器１２が第１の中継器１２であることを特定し、第１の中継器１２の位置及び再送信方向から、第１の中継器１２からの端末１３の方向を推定する。さらに、第１の位置推定部７４１は、第１の無線信号の推定到来時間、基地局１１の位置、及び第１の中継器１２の位置から、第１の中継器１２と端末１３との距離を算出する。第１の位置推定部７４１は、第１の中継器１２からの端末１３の推定方向、第１の中継器１２と端末１３との推定距離、及び第１の中継器１２の位置から、端末１３の位置を算出する。

ステップＳ８５において、第２の位置推定部７４２は、到来方向推定部７１により得られた推定到来方向及び受信電力推定部７３により得られた受信電力値に基づいて、端末１３の位置を推定する。例えば、第２の位置推定部７４２は、推定到来方向、基地局１１の位置、及び中継器１２の位置から、第２の無線信号が経由した中継器１２が第２の中継器１２であることを特定する。第２の位置推定部７４２は、第２の中継器１２の位置及び再送信方向から、第２の中継器１２からの端末１３の方向を推定する。さらに、第２の位置推定部７４２は、受信電力値、基地局１１の位置、及び第２の中継器１２の位置から、第２の中継器１２と端末１３との距離を推定する。例えば、第２の位置推定部７４２は、受信電力値から無線信号の伝搬距離を算出する。第２の位置推定部７４２は、基地局１１の位置及び第２の中継器１２の位置から基地局１１と第２の中継器１２との距離を算出する。第２の位置推定部７４２は、算出した伝搬距離から基地局１１と第２の中継器１２との算出した距離を引くことにより、第２の中継器１２と端末１３との距離を推定する。続いて、第２の位置推定部７４２は、第２の中継器１２からの端末１３の推定方向、第２の中継器１２と端末１３との推定距離、及び第２の中継器１２の位置から、端末１３の位置を算出する。

ステップＳ８６において、位置補正部７４３は、第１の位置推定部７４１及び第２の位置推定部７４２により得られた推定位置に基づいて、端末１３の最終的な位置を決定する。例えば、位置補正部７４３は、推定位置の中間地点を最終的な位置に決定する。

図９は、基地局１１のハードウェア構成例を概略的に示している。図９に示すように、基地局１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、ＲＡＭ（Random Access Memory）９２、プログラムメモリ９３、補助記憶装置９４、通信インタフェース９５、及び入出力インタフェース９６を備えるコンピュータ装置である。ＣＰＵ９１は、バス９７を介して、ＲＡＭ９２、プログラムメモリ９３、補助記憶装置９４、通信インタフェース９５、及び入出力インタフェース９６と通信する。

ＣＰＵ９１は汎用プロセッサの一例である。ＲＡＭ９２はワーキングメモリとしてＣＰＵ９１に使用される。ＲＡＭ９２はＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリを含む。プログラムメモリ９３は、測位プログラム及び中継器制御プログラムを含む種々のプログラム及びプログラムを実行するために必要な設定データを非一時的に記憶する。プログラムメモリ９３に記憶されている各プログラムはコンピュータ実行可能命令を含む。プログラムは、ＣＰＵ９１により実行されると、ＣＰＵ９１に所定の処理を実行させる。プログラムメモリ９３として、例えば、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、補助記憶装置９４、又はその組み合わせが使用される。補助記憶装置９４はデータを非一時的に記憶する。補助記憶装置９４は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）又はソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などの不揮発性メモリを含む。

測位プログラムは、ＣＰＵ９１により実行されると、上述した測位処理をＣＰＵ９１に実行させる。例えば、ＣＰＵ９１は、測位プログラムに従って、到来方向推定部３１及び端末位置推定部３２として機能する。例えば、ＣＰＵ９１は、測位プログラムに従って、到来時間推定部５１及び端末位置推定部５２として機能する。ＣＰＵ９１は、測位プログラムに従って、到来方向推定部７１、到来時間推定部７２、受信電力推定部７３、及び端末位置推定部７４として機能する。中継器制御プログラムは、ＣＰＵ９１により実行されると、上述した制御処理をＣＰＵ９１に実行させる。ＣＰＵ９１は、中継器制御プログラムに従って、中継器制御部２３として機能する。

通信インタフェース９５は、他の装置と通信するためのインタフェースである。通信インタフェース９５は、端末１３と通信するための無線モジュールを含む。無線モジュールは、いくつかの中継器１２と通信するために使用されてよい。無線モジュールは信号処理部２１及びＲＦアンテナ部２２を含む。無線モジュールはＩＣチップセットとして提供され得る。通信インタフェース９５は、有線モジュールをさらに含む。無線モジュールは、他の装置、例えば、いくつかの中継器１２、基地局１１を制御する基地局制御装置などと通信するために使用される。

入出力インタフェース９６は、入力装置及び出力装置を接続するための複数の端子を備える。入力装置の例は、キーボード、マウス、マイクロフォンなどを含む。出力装置の例は、表示装置、スピーカなどを含む。

プログラムは、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で基地局１１に提供されてよい。この場合、例えば、基地局１１は、記憶媒体からデータを読み出すドライブ（図示せず）をさらに備え、記憶媒体からプログラムを取得する。記憶媒体の例は、磁気ディスク、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－Ｒなど）、光磁気ディスク（ＭＯなど）、半導体メモリを含む。また、プログラムを通信ネットワーク上のサーバに格納し、基地局１１が通信インタフェース９５を使用してサーバからプログラムをダウンロードするようにしてもよい。

実施形態において説明される処理は、ＣＰＵ９１などの汎用プロセッサがプログラムを実行することにより行われることに限らず、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの専用プロセッサにより行われてもよい。処理回路（processing circuitry）は、汎用プロセッサ、専用プロセッサ、又は汎用プロセッサと専用プロセッサとの組み合わせを含む。

以上のように、無線通信システム１０では、基地局１１と端末１３との間の無線チャネル内に中継器１２が設けられる。基地局１１の測位部２４は、基地局１１が中継器１２を介して端末１３から受信した無線信号の到来方向、到来時間、及び／又は受信電力を推定し、到来方向、到来時間、及び／又は受信電力の推定値、中継器１２の位置、並びに、基地局１１の位置に基づいて、端末１３の位置を推定する。

中継器１２を設けることにより、端末１３が基地局１１の見通し外エリアに位置するときにも、端末１３の測定が可能となる。さらに、基地局１１が測位を行うので、端末１３の性能に依存せずに端末１３の測定が可能となる。さらに、単一の基地局１１で端末１３の測位が可能になる。このため、測位のために多数の基地局を設置する必要がない。その結果、ネットワーク設備コストの増大を抑制することができる。よって、低コストで測位可能なエリアを拡大できる。

測位部２４は、基地局１１が受信した無線信号の到来方向を推定し、到来方向の推定結果に基づいて無線信号が経由した中継器１２を特定してよい。測位部２４は、特定した中継器１２の再送信方向に基づいて、特定した中継器１２から見た端末１３の方向を推定し、端末１３の方向の推定結果に基づいて、端末１３の位置を推定してよい。到来方向は無線信号が経由した中継器１２を特定するために使用されるものであるので、到来方向の推定精度に対してロバストに測位を行うことができる。よって、低周波数帯の電波を用いても高精度に測位を行うことができる。

測位部２４は、基地局１１が受信した無線信号の到来時間を推定し、到来時間の推定結果に基づいて、無線信号が経由した中継器１２と端末１３との距離を推定し、距離の推定結果に基づいて、端末１３の位置を推定してよい。到来時間に基づいて測位を行うことにより、高精度に測位を行うことができる。

測位部２４は、基地局１１が受信した無線信号が経由した中継器１２の再送信方向に基づいて、中継器１２からの端末１３の方向を推定し、無線信号の到来時間を推定し、到来時間の推定結果に基づいて中継器１２と端末１３との距離を推定し、方向の推定結果及び距離の推定結果に基づいて端末１３の位置を推定してよい。これにより、単一の中継器１２を用いて端末１３の測位を行うことができる。

測位部２４は、無線信号の受信電力を推定し、受信電力の推定結果に基づいて、上述したいずれかの方法で得られた端末１３の推定位置を補正してもよい。これにより、測位精度を向上することができる。

上述した実施形態では、測位部２４は基地局１１内に存在する。他の実施形態では、測位部２４は基地局１１とは別の装置として実施されてもよい。

なお、本発明は、上記実施形態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種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。

１０…無線通信システム
１１…無線基地局装置
１２…中継器
１３…無線端末
２１…信号処理部
２２…ＲＦアンテナ部
２３…中継器制御部
２４…測位部
２５…上位レイヤ
３１…到来方向推定部
３２…端末位置推定部
３２１…中継器特定部
３２２…方向推定部
３２３…位置推定部
５１…到来時間推定部
５２…端末位置推定部
５２１…距離推定部
５２２…位置推定部
７１…到来方向推定部
７２…到来時間推定部
７３…受信電力推定部
７４…端末位置推定部
７４１…第１の位置推定部
７４２…第２の位置推定部
７４３…位置補正部
９１…ＣＰＵ
９２…ＲＡＭ
９３…プログラムメモリ
９４…補助記憶装置
９５…通信インタフェース
９６…入出力インタフェース
９７…バス

Claims (8)

1. 無線端末と通信する無線基地局装置と、
   前記無線端末と前記無線基地局装置との間で信号を中継する中継器であって、前記無線端末から受信した信号を前記無線基地局装置に再送信する１つ以上の中継器と、
   を備え、
   前記無線基地局装置は、前記１つ以上の中継器の各々について、信号の再送信を行う方向である再送信方向を制御し、
   前記無線基地局装置が前記１つ以上の中継器のうちの１つである第１の中継器を介して前記無線端末から受信した第１信号、前記１つ以上の中継器の位置、前記第１の中継器の前記再送信方向、及び前記無線基地局装置の位置に基づいて、前記無線端末の位置を推定する測位装置
   をさらに備え、
   前記無線端末の位置を推定することは、
   前記第１信号、前記１つ以上の中継器の位置、及び前記無線基地局装置の位置に基づいて、前記１つ以上の中継器の中から、前記第１信号が経由した前記第１の中継器を特定することと、
   前記第１の中継器の前記再送信方向に基づいて、前記第１の中継器から見た前記無線端末の方向を推定することと、
   を備える、測位システム。
2. 前記測位装置は、
   前記第１信号の到来方向を推定し、
   前記第１信号の前記到来方向の推定結果、前記１つ以上の中継器の前記位置、及び前記無線基地局装置の前記位置に基づいて、前記第１の中継器を特定する、
   請求項１に記載の測位システム。
3. 前記無線基地局装置は、前記１つ以上の中継器のうちの別の１つである第２の中継器を介して前記無線端末から第２信号を受信し、
   前記測位装置は、
   前記第１の中継器の前記再送信方向に基づいて、前記第１の中継器から見た前記無線端末の方向を推定し、
   前記第２の中継器の前記再送信方向に基づいて、前記第２の中継器から見た前記無線端末の方向を推定し、
   前記第１の中継器から見た前記無線端末の方向の推定結果、前記第２の中継器から見た前記無線端末の方向の推定結果、前記第１の中継器の位置、及び前記第２の中継器の位置に基づいて、前記無線端末の前記位置を推定する、
   請求項１又は２に記載の測位システム。
4. 前記無線基地局装置は、前記１つ以上の中継器のうちの別の１つである第２の中継器を介して前記無線端末から第２信号を受信し、
   前記測位装置は、
   前記無線端末から前記無線基地局装置までの前記第１信号の到来時間を推定し、
   前記無線端末から前記無線基地局装置までの前記第１信号の前記到来時間の推定結果、前記無線基地局装置の前記位置、及び前記第１の中継器の位置に基づいて、前記第１の中継器と前記無線端末との距離を推定し、
   前記無線端末から前記無線基地局装置までの前記第２信号の到来時間を推定し、
   前記無線端末から前記無線基地局装置までの前記第２信号の前記到来時間の推定結果、前記無線基地局装置の前記位置、及び前記第２の中継器の位置に基づいて、前記第２の中継器と前記無線端末との距離を推定し、
   前記第１の中継器の前記位置、前記第１の中継器と前記無線端末との距離の推定結果、前記第２の中継器の前記位置、及び前記第２の中継器と前記無線端末との距離の推定結果に基づいて、前記無線端末の前記位置を推定する、
   請求項１に記載の測位システム。
5. 前記測位装置は、
   前記第１の中継器の前記再送信方向に基づいて、前記第１の中継器から見た前記無線端末の方向を推定し、
   前記無線端末から前記無線基地局装置までの前記第１信号の到来時間を推定し、
   前記無線端末から前記無線基地局装置までの前記第１信号の前記到来時間の推定結果、前記無線基地局装置の前記位置、及び前記第１の中継器の位置に基づいて、前記第１の中継器と前記無線端末との距離を推定し、
   前記第１の中継器から見た前記無線端末の方向の推定結果、前記第１の中継器と前記無線端末との距離の推定結果、及び前記第１の中継器の前記位置に基づいて、前記無線端末の前記位置を推定する、
   請求項１に記載の測位システム。
6. 前記無線基地局装置は、前記１つ以上の中継器のうちの別の１つである第２の中継器を介して前記無線端末から第２信号を受信し、
   前記測位装置は、
   前記第２信号の受信電力を推定し、
   前記受信電力の推定結果に基づいて、前記無線端末の前記位置の推定結果を補正する、
   請求項１に記載の測位システム。
7. 無線端末と通信する無線基地局装置と、前記無線端末と前記無線基地局装置との間で信号を中継する中継器であって、前記無線端末から受信した信号を前記無線基地局装置に再送信する１つ以上の中継器と、を備え、前記無線基地局装置が前記１つ以上の中継器の各々について信号の再送信を行う方向である再送信方向を制御する、無線通信システムにおいて前記無線端末の位置を測定する測位装置により実行される測位方法であって、
   前記無線基地局装置が前記１つ以上の中継器のうちの１つである第１の中継器を介して前記無線端末から受信した第１信号、前記１つ以上の中継器の位置、前記第１の中継器の前記再送信方向、及び前記無線基地局装置の位置に基づいて、前記無線端末の位置を推定することと、
   を備え、
   前記無線端末の位置を推定することは、
   前記第１信号、前記１つ以上の中継器の位置、及び前記無線基地局装置の位置に基づいて、前記１つ以上の中継器の中から、前記第１信号が経由した前記第１の中継器を特定することと、
   前記第１の中継器の前記再送信方向に基づいて、前記第１の中継器から見た前記無線端末の方向を推定することと、
   を備える、測位方法。
8. 無線基地局装置であって、
   無線端末と前記無線基地局装置との間で信号を中継する中継器であって、前記無線端末から受信した信号を前記無線基地局装置に再送信する１つ以上の中継器の各々について、信号の再送信を行う方向である再送信方向を制御する制御部と、
   前記無線端末と通信する通信部であって、前記１つ以上の中継器のうちの１つである第１の中継器を介して前記無線端末から第１信号を受信する通信部と、
   前記第１信号、前記１つ以上の中継器の位置、前記第１の中継器の前記再送信方向、及び前記無線基地局装置の位置に基づいて、前記無線端末の位置を推定する測位部と、
   を備え、
   前記無線端末の位置を推定することは、
   前記第１信号、前記１つ以上の中継器の位置、及び前記無線基地局装置の位置に基づいて、前記１つ以上の中継器の中から、前記第１信号が経由した前記第１の中継器を特定することと、
   前記第１の中継器の前記再送信方向に基づいて、前記第１の中継器から見た前記無線端末の方向を推定することと、
   を備える、無線基地局装置。
   

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