JPH09119970A - 通信測位装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号の到達時間に基づき移動端末の位置を測
定すると、障害物の存在により伝搬遅延時間が変化した
とき測定精度が低下する。かかる課題を解決するととも
に、信号帯域が狭くてすみ周波数を有効活用できる通信
測位装置を提供する。 【解決手段】 基地局に、アンテナ３１、送信機３３、
通信処理を行うための第１の受信機３４−１、測角信号
処理を行うための第２の受信機３４−２〜Ｍ、及び、こ
の第２の受信機の出力信号に基づき端末から送られてく
る信号の到来角を測定する測角信号処理手段４３を具備
する。複数の基地局によりそれぞれ求められた上記到来
角に基づき三角測量の原理により上記端末の位置を求め
るので伝搬遅延時間の変化の影響を受けない。また、時
間合わせをするためのスペクトラム拡散技術が不要であ
り、方位測定可能な範囲で周波数帯域を狭くできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、端末、複数の基
地局、及び、測位処理手段とからなり、端末と基地局と
の間で移動体通信と移動体測位とを同時に行うための通
信測位装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話のように、基地局を複数設け、
最寄りの基地局と移動体に搭載された端末との通信をお
こなうシステムの構築が盛んに行われている。そのなか
でも、双方向通信と同時に、移動端末の位置を計測し
て、その測位情報もサービスしようとするシステムがあ
る。このようなシステムとしては、交通システム、無人
移動ロボットの監視、空港などの案内システム、視覚障
害者の誘導システムなどが挙げられる。

【０００３】移動端末の測位方法としてロラン、ＧＰＳ
等の既存の測位システムを利用し各移動端末自身で測位
を行い、測位結果を通信手段を通じて固定端末や他の移
動端末に伝送する方法がある。しかし、この方法では、
各移動端末にロラン、ＧＰＳ等の受信機を別途備える必
要があるため移動端末のコスト、重量、容積の増大を招
くことや、測位精度の劣化または衛星の見通し条件の制
約等の面で不利である。

【０００４】そこで、通信に用いる電波と移動体測位に
用いる電波を共用し、固定基地局側で測位計算を行う通
信・測位システムが考えられている。このような通信・
測位システムとして、例えば 下世古、飯田、「これで
わかる世界の衛星」、（財）日本ＩＴＵ協会発行、pp.2
78-286(1992)に示されるような、ＧＥＯＳＴＡＲシステ
ムがある。

【０００５】まず、従来の通信・測位システムについ
て、図８、図９、図１０を参照して説明する。図８は、
従来の通信・測位システムの全体構成図であり、５１
ａ，５１ｂ，５１ｃは移動端末５２ａ，５２ｂに電波を
送信したり受信する固定基地局、３ａ，３ｂ，３ｃは各
基地局の通信線にそれぞれ接続された分配手段、４は各
分配手段３を経由して基地局２に接続された交換機、５
は交換機４を介して移動端末５２と通信を行うための固
定端末、５６は分配手段３に接続された位置算出手段、
７は位置算出手段５６に接続された位置表示装置であ
る。また、Ｔａ１〜Ｔｃ２は移動端末５２から基地局５
１までの電波の到達時間を示し、例えばＴｂ２は移動端
末局５２ｂ（＃２）から基地局５１ｂ（Ｂ）までの電波
の伝搬時間を意味する。

【０００６】以下、動作を説明する。固定端末５は交換
機４、基地局５１を経由して移動端末５２と通信する。
基地局５１と移動端末５２の間は無線電波で通信を行
う。移動端末は基地局５１−交換機４−基地局５１を経
由して別の移動端末との通信を行う場合もある。

【０００７】これと平行して、移動端末５２の発射する
電波の届く範囲にある複数の基地局５１はそれぞれ移動
端末５２から基地局５１までの電波の伝搬時間Ｔａ１〜
Ｔｃ２を計測する。各到達時間Ｔａ１〜Ｔｃ２は基地局
５１から分配手段３を経由して位置算出手段５６へ送ら
れる。位置算出手段５６は移動端末５２の位置を測定す
る。位置表示手段７は移動端末５２の位置を表示する。
この移動端末５２の表示位置は、交換機７を介して固定
端末５や移動端末５２に送られて表示される場合もあ
る。

【０００８】位置算出手段５６は例えば次のような処理
を行う。図８の移動端末＃２（Ｓ２）の位置は、基地局
Ａを中心とする半径（ｃ×Ｔａ２）の球と、基地局Ｂを
中心とする半径（ｃ×Ｔｂ２）の球と、基地局Ｃを中心
とする半径（ｃ×Ｔｃ２）の球との交点から算出され
る。ここでｃは電波の伝搬速度である。上記のように基
地局５１では各移動端末５２からの電波の伝搬時間Ｔを
移動端末毎に独立かつ精密に計測する必要がある。そこ
でスペクトル拡散技術が用いられる。このような従来の
通信・測位システムの移動端末５２、基地局５１は、例
えば図９、図１０のような構成になる。

【０００９】図９に、従来の通信・測位システムの移動
端末５２の内部構成例を示す。１１はアンテナ、１２は
送受信切り替えスイッチまたはサーキュレータ等の送信
／受信切替器、１３は送信機、１４は受信機、１５はロ
ーカルオシレータ、１６は送信信号を平衡変調回路など
でスペクトル拡散変調する変調器、１７はスペクトル拡
散変調された受信信号を復調する復調器、１８はスペク
トル拡散の変調コードを出力するコード発生器、１９は
遅延器、２０はマイク、キーボード等の入力装置、２１
はスピーカ、ディスプレー等の出力装置である。コード
発生器１８には、変調器１６にコードを供給するコード
発生器１８−１と遅延器１９を介して復調器１８にコー
ドを供給するコード発生器１８−２の２種類がある。

【００１０】次に移動端末５２の動作を説明する。入力
装置２０で生成された送信信号は、平衡変調回路などで
構成される変調器１６において、コード発生器１８- １
が生成する端末特有の変調コードでスペクトル拡散変調
され、送信機１３に送られる。その後、ローカルオシレ
ータ１６の発振周波数の搬送波に乗せられ、さらに送信
機１３で増幅されてアンテナ１１から送信電波として放
射される。一方、アンテナ１１に入射する受信信号は受
信機１４でダウンコンバート、フィルタリング、増幅さ
れて復調器１７に入る。復調器１７は、コード発生器１
８- ２で生成されて遅延器６１を経たスペクトル拡散変
調コードと受信信号との相関を取ることによって復調を
行い、これを出力装置２１に送る。遅延器１９は、復調
器１７の出力信号に含まれる信号成分が最大になるよう
に拡散変調コードのタイミングをコントロールする。

【００１１】図１０に、従来の通信・測位システムの基
地局５１の内部構成例を示す。４１は通信回線から伝送
されてくる信号を送信信号に変換したり、受信信号を通
信回線で伝送させるモデム、４０はモデム４１の制御に
基づきコードの発生を制御するコード制御手段である。
他の構成要素は図９と同様に動作するから、説明を省
く。

【００１２】基地局５１の動作を説明する。通信回線な
どから指令された移動端末５２を選択するため、コード
制御手段４０は選択したい移動端末特有のスペクトル拡
散変調コードを発生させるようコード発生器３８を制御
する。また、遅延器３９は移動端末と同様に復調器３７
の出力信号に含まれる信号成分が最大になるようにスペ
クトル拡散変調コードのタイミングをコントロールす
る。このタイミングＴは、スペクトル拡散変調コードの
番号すなわちこれに対応する移動端末の番号と基地局の
番号を添えて、モデム４１を通じて通信線に伝送され
る。このタイミングＴから、スペクトル拡散変調コード
の対応する移動端末５２が発信する電波の基地局５１ま
での伝搬時間Ｔａ１〜Ｔｃ２を算出することができる。

【００１３】測位したい移動端末５２のコード発生器１
８- １が発生するスペクトル拡散変調コードを、少なく
とも４個程度の基地局５１のコード発生器３８- ２が、
それぞれ同期を取って発生させる。そして、それぞれ電
波の伝搬時間Ｔを計測することによって、上記のような
原理から、移動端末５２の位置を推定できる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、測位精度は
電波の伝搬時間Ｔの計測精度に依存し、電波の伝搬時間
Ｔの計測精度はコード発生器１８、３８のクロック周波
数で決定されてしまう。すなわち、測位精度を高めるた
めには、コード発生器１８、３８のクロック周波数を高
くする必要がある。クロック周波数が高いことは、移動
端末５２と基地局５１間の電波の周波数帯域幅が広がる
ことを意味する。例えば、伝搬時間Ｔの計測精度が１０
分の１クロック周期程度あるとしても、測位精度３０ｍ
を達成するには、約２ＭＨｚの周波数帯域幅が必要とな
る。

【００１５】電波の周波数帯域幅が広がると、とくに移
動端末５２の送信機１３および受信機１４のコスト、重
量、容積増大を招き、移動に不利になる。また、スペク
トル拡散変調・復調機能が必要であることも、図９に示
されるように、移動端末５２のコスト、重量、容積増大
につながる。

【００１６】さらに、周波数利用密度がきわめて高くな
っている現在、電波の占有周波数帯域幅を広く確保する
ことは難しく、また確保できたとしても限られた周波数
資源の有効活用という点で問題である。

【００１７】また、基地局と移動端末との間に障害物が
有り直接波の見通しが得られない場合、回折波または反
射波の伝搬時間から移動端末５２と基地局５１との距離
を推定してしまうから距離誤差が生じる。その結果、測
位誤差が増大したり、測位ができなくなる。また、マル
チパス波が存在する際には、上記のような距離誤差に起
因する測位精度劣化に加えて、フェージング等通信品質
の劣化がおこる。

【００１８】以上のように、上記従来の通信・測位シス
テムでは、電波の占有周波数帯域幅が広いという課題が
あった。またそれに伴い、移動端末のコスト、重量、容
積が増大し、端末の携帯、移動に不便という課題があっ
た。また、基地局と移動端末との間に障害物がある場
合、測位精度が劣化したり測位できなくなるとの課題が
あった。また、マルチパス反射波が存在する場合は、測
位精度や通信品質が劣化するとの課題があった。

【００１９】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、必要な電波の占有周波数帯域幅
が狭くて済み、安価で軽くコンパクトで携帯、移動に負
担とならない移動端末で済む通信測位装置を得ることを
目的とする。また、基地局と移動端末との間に障害物や
マルチパス反射波が存在する場合でも、測位精度や通信
品質の劣化がおこりにくい通信測位装置を得ることを目
的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る通信測位
装置は、アンテナ、送信機、及び、受信機を具備する移
動可能な端末と、アンテナ、送信機、通信処理を行うた
めの第１の受信機、測角信号処理を行うための第２の受
信機、及び、この第２の受信機の出力信号に基づき上記
端末から送られてくる信号の到来角を測定する測角信号
処理手段を具備し、上記端末との通信処理及び測角信号
処理を同時に行う複数の基地局と、上記複数の基地局に
よりそれぞれ求められた上記到来角に基づき上記端末の
位置を求める測位処理手段とを備えたものである。

【００２１】上記測角信号処理手段は、上記アンテナの
指向性を利用して上記端末の方向を測定する。また、通
信処理及び測角信号処理を同時に行うとは、物理的な意
味での同一時刻に処理するという意味ではなく、適切な
測位処理が行えるように通信処理と測角信号処理とを併
せて行うことが可能になる程度に同時に処理するという
意味である。また、上記測位処理手段は、公知の技術、
たとえば三角測量を用いて測位処理を行う。

【００２２】請求項２に係る通信測位装置は、上記複数
の基地局の上記第２の受信機の帯域幅を、上記第１の受
信機の帯域幅より狭くしたものである。上記第２の受信
機は主に測角処理に用いられるから広い帯域幅を必要と
しない。上記第２の受信機の帯域幅を測角処理に支障の
ない範囲で狭くする。

【００２３】請求項３に係る通信測位装置は、上記複数
の基地局の上記アンテナを複数の素子アンテナで構成す
るとともに、上記アンテナのビームパターンを制御する
ビーム形成手段を備え、上記複数の基地局は、到来信号
が複数あるときに、上記ビーム形成手段により上記複数
の到来信号の一部に対して上記アンテナの利得を低下さ
せることにより、上記複数の到来信号のうちの他の信号
を選択して通信処理及び測角処理を行うものである。

【００２４】上記素子アンテナとして、ダイポールアン
テナ、キャパシタアンテナ、キャパシタアレーアンテナ
等がある。

【００２５】請求項４に係る通信測位装置は、上記複数
の基地局の上記アンテナを複数の素子アンテナで構成す
るとともに、上記アンテナのビームパターンを制御する
ビーム形成手段を備え、上記複数の基地局は、到来信号
が複数あるときに、上記ビーム形成手段により上記複数
の到来信号の一部に対して上記アンテナの利得を低下さ
せることにより、上記複数の到来信号のうちの他の信号
を選択し、この他の信号の到来方向に対して送信するも
のである。

【００２６】請求項５に係る通信測位装置は、上記複数
の基地局の上記アンテナを、下水道に設けられたマンホ
ール蓋の一部分に設けられた誘電体と、上記誘電体に設
けられた複数の素子アンテナとから構成するとともに、
上記複数の基地局と上記測位処理手段との間の通信路を
上記下水道に設けたものである。

【００２７】請求項６に係る通信測位装置は、上記複数
の基地局の上記アンテナを、建造物の壁面に設けられた
複数の素子アンテナから構成したものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】

実施の形態１.この発明の実施の形態１を図１、図２を
参照して説明する。図１は本実施の形態１の全体構成図
である。同図において、１ａ，１ｂ，１ｃは基地局、２
ａ，２ｂは移動端末、６は分配手段３ａ，３ｂ，３ｃを
経由して各基地局１に接続された位置算出手段である。
他の構成要素は従来例と同じであるから説明を省略す
る。

【００２９】また、θは基地局１における電波の到来方
向すなわち移動端末２の方向を示す。基地局１ａから移
動端末２ａを見た方向をθａ１、移動端末２ｂを見た方
向をθａ２とする。基地局１ｂから移動端末２ａを見た
方向をθｂ１、移動端末２ｂを見た方向をθｂ２とす
る。基地局１ｃから移動端末２ａを見た方向をθｃ１、
移動端末２ｂを見た方向をθｃ２とする。

【００３０】図２は本実施の形態１に用いる移動端末２
の構成で、構成要素及び動作は図９からスペクトル拡散
変調機能を除いたものであるから説明を省略する。図２
の移動端末は、図９のものよりも構成が簡単になり、小
型・軽量化が可能である。

【００３１】図３は本実施の形態１の基地局１の構成図
である。３１−１〜Ｍはアレー状に並べられた素子アン
テナ、３４−１〜Ｍは各素子アンテナ３１−１〜Ｍにそ
れぞれ接続され、通信波の周波数帯域に対応した帯域幅
をもつ受信機、４２は各受信機３４−１〜Ｍの出力を合
成する合成器、４３は各受信機３４−１〜Ｍに接続され
た測角処理手段である。なお、スイッチ３２は素子アン
テナ３１−１にのみ接続されている。すなわち、移動端
末への送信処理はアンテナ３１−１を介して行われる
が、信号の到来方向の測定はアンテナ３１−１〜Ｍ全体
で行われる。

【００３２】ｘｍはｍ番目の受信機３４- ｍの出力信
号、ｙは合成器４２の出力信号である合成受信信号、θ
は測角処理手段４３の出力である電波到来角推定値、Ｍ
は素子アンテナまたは受信機の個数である。

【００３３】まず、基地局１の動作を説明する。各素子
アンテナ３１で捉えられた到来信号は受信機３４でそれ
ぞれ増幅及び検波されて、受信信号ｘ１〜ｘＭとして出
力される。受信信号ｘ１〜ｘＭは、合成器４２で合成さ
れ、合成受信信号ｙとなってモデム４１で通信回線に送
られる。

【００３４】これと平行して、測角処理手段４３は受信
信号ｘ１〜ｘＭを受けて、移動端末１から到来する通常
の通信電波の到来角θを算出する。測角処理手段４３が
用いる測角方法として、通信対象である移動端末１が
（同周波数帯に）１個のみ存在する場合はモノパルス等
を用いることができる。移動端末１が複数個存在する場
合であっても、例えば公知文献：Schmidt, ■Multiple
Emitter Location and Signal Parameter Estimation
■, IEEE Trans.,AP-34,3,pp.276-280(1986)に記載され
るＭＵＳＩＣアルゴリズム等を用いれば、同周波数帯に
混信する（Ｍ−１）波の電波を分離して測角できるか
ら、各移動端末１それぞれ独立に方位θを推定すること
ができる。

【００３５】次に、図１の全体構成の動作を説明する。
各基地局１ａ，１ｂ，１ｃで算出された移動端末２ａ，
２ｂからの電波到来角θａ１〜θｃ２は分配手段３ａ，
３ｂ，３ｃを経由して位置算出手段６へ送られる。位置
算出手段６は各移動端末２ａ，２ｂの位置を測定する。

【００３６】例えば、図１中の移動端末＃２（Ｓ２）の
位置は、基地局Ａを起点とする角度θａ２の方位線と、
基地局Ｂを起点とする角度θｂ２の方位線と、基地局Ｃ
を起点とする角度θｃ２の方位線との交点から算出され
る。なお、方位線θａ２と方位線θｂ１との交点（図中
Ｕに示す）も現れる場合があるが、例えば、残りの基地
局Ｃから方位線が交わっていないことから移動端末位置
ではないと判定することが可能である。他の動作は従来
例の図８と同様であるから説明を省略する。

【００３７】この実施の形態１では、位置算出手段６で
求めた交点位置Ｓ１、Ｓ２と移動端末＃１、＃２の対応
がとれない場合もある。しかし、移動端末の初期位置が
分かる場合であれば、その初期位置に対応する交点を追
尾することによって、交点位置と移動端末の番号の対応
が取れる。また、基地局側から指令して、ある瞬間だけ
特定の移動端末のみ送信を行わせ、このときの交点位置
から対応をつけることもできる。または、通信周波数帯
域とは別のある（狭い）周波数帯域において特定の移動
端末のみ送信を行わせ、このときの交点位置から対応を
つけることもできる。

【００３８】なお、この実施の形態１では、全ての受信
機３４−１〜Ｍの合成受信信号ｙを通信の受信信号とし
て交換機４側に送る場合を説明したが、一部の受信機の
合成出力、もしくは測角用と別の受信機の出力を通信の
受信信号として用いても構わない。

【００３９】また、この実施の形態１では、測角処理の
みに供する一部の受信機３４−２〜Ｍは、通信波の周波
数帯域より狭い周波数帯域に対応したものであっても構
わない。これらの周波数帯域が狭い受信機は一般に安価
で比較的構造が単純で済むから、基地局の製造コスト、
重量、サイズを削減できる。

【００４０】また、スイッチ３２を設け素子アンテナ３
１- １は送信・受信共用としているが、送信専用に別の
アンテナを設けて、送受を切り離しても構わない。ま
た、アンテナ３１として複数の素子アンテナからなるア
レーアンテナを用いたが、これに限らず方位測定が可能
なアンテナであれば何でも良い。たとえば、指向性を有
する八木アンテナ、パラボラアンテナ、円筒アンテナを
用い、アンテナを機械的に走査することにより方位測定
を行ってもよい。

【００４１】また、この実施の形態１では、受信機３４
の後に、ＩＦ段ないしはベースバンド段で測角処理手段
４３を接続しているが、測角処理手段４３をＲＦ段に配
置し、受信機３４の数を減らしても構わない。

【００４２】また、移動端末２は図２とは異なる構成で
も、基本的に通常の通信用送受信機能を持つものであれ
ば十分である。通信波の周波数帯域幅に制約がないた
め、広く普及している携帯電話器、ＰＨＳ電話器のよう
な移動端末もそのまま利用できる。さらに、移動端末２
の素子アンテナを送受別に設けても構わない。また、こ
の実施の形態１では、各基地局１ａ，１ｂ，１ｃに測角
処理手段４３を持たせたが、各受信機３４の受信信号ｘ
をすべて位置算出手段６側に送り、ここで測角処理を行
うようにして、測角処理手段を共通化しても構わない。

【００４３】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、移動端末と通信が同時できることはもちろんのこ
と、この通常の通信波を用いて移動端末の位置を知るこ
とができる。この際、移動端末の測位を到来角の情報で
行うため、スペクトル拡散技術を用いる場合と異なり測
位精度は通信波の帯域幅に依存しない。従って、通信波
の周波数帯域幅は狭くても構わない。電波の占有周波数
帯域幅が狭くて済むため、他の通信システムと干渉する
可能性が小さくなる。また、広帯域の送受信機やスペク
トル拡散変調の機能が不要であることから、とくに移動
端末の構造がより簡単になる。

【００４４】また、障害物により伝搬遅延時間が変化し
たとしても到来方向の測定にはほとんど影響を受けな
い。このようにこの実施の形態１によれば、角度情報か
ら移動端末の測位を行うため、２次元の測位を行う際に
は、基地局と移動端末との間に障害物があり見通しが得
られない場合でも、より正確な測位が可能である。

【００４５】実施の形態２．この発明の実施の形態２を
図１、図２、図４、図５を参照して説明する。ここで
は、簡単のため、一例として２個の移動端末ｓ１，ｓ２
に対して通信・測位する場合について説明する。本実施
の形態２の全体構成図は、基地局１以外は図１に示され
たものと同様であり、説明を省略する。

【００４６】本実施の形態２の移動端末は、図２に示さ
れたものと同様である。図４は、本実施の形態２の基地
局１の内部構成を示す図である。同図において、４４−
１，４４−２は各受信機３４−１〜Ｍに接続され、測角
処理手段４３の出力する到来角θに基づいてアンテナビ
ームパターンを形成するビーム形成手段である。他の構
成要素は実施の形態１と同様であるから説明を省く。

【００４７】図５は、図４中のビーム形成手段４４の内
部構成図である。同図において、４４１は荷重ｗ１〜ｗ
Ｍを出力する荷重決定手段、４４２−１〜Ｍは荷重ｗ１
〜ｗｍと信号ｘ１〜ｘＭとをそれぞれ乗算する乗算手
段、４４３は乗算手段４４２−１〜Ｍの出力の加算する
加算手段である。ｗｍは、ｍ番目の受信信号ｘｍに乗じ
られる荷重である。

【００４８】以下、動作を説明する。図４の測角処理手
段４３は、例えば、上記のＭＵＳＩＣアルゴリズム等を
用いてｓ１，ｓ２の通信波それぞれに対応する到来角推
定値θ１、θ２を算出する。第一のビーム形成手段４４
- １の荷重決定手段４４１は、θ１、θ２と各素子アン
テナ３１の配置とに基づき、アンテナパターンがθ１方
向にゲインが高くなり、θ２方向にヌル（ゲインが非常
に低くなる点）を形成するよう荷重ｗ１、・・・、ｗＭ
を決定する。加算手段４４３の出力信号、すなわち第一
のビーム形成手段４４- １の出力信号ｙ１は ｙ１＝Σ ｗｍ・ｘｍ で与えられる。ビーム形成手段４４−１は、ｙ１ができ
るだけＲｓ２を含まずＲｓ１のみになるようｗｍを調整
する。ここで、Ｒｓ１、Ｒｓ２はそれぞれ移動端末ｓ
１、ｓ２から送信されてくる電波に対応する信号を意味
する。

【００４９】例えば、素子アンテナ３１が等間隔リニア
アレーに配置されている場合は、第ｍ受信機３４−ｍの
出力信号ｘｍは次式のように与えられる。 ｘｍ＝Ｒｓ1 exp[ j2 π(m-1)d sinθ1]＋Ｒｓ2 exp[
j2π(m-1)d sinθ2]

【００５０】従って、次式を満足するようにｗｍをおけ
ばｙ１はＲｓ１のみとなる。 Σ ｗｍ・exp[ j2 π(m-1)d sinθ2]＝0 ここでｄはアンテナの素子間隔である。

【００５１】同様に荷重を調整することにより、第二の
ビーム形成手段４４- ２の出力信号ｙ２はＲｓ２のみと
なる。このように、すべての基地局１あるいは一部の基
地局１は、通信波の到来角推定値θ１、θ２と、それぞ
れに対応する移動端末ｓ１、ｓ２からの受信信号を分離
して、位置算出手段６や交換機４に伝送する。

【００５２】なお、基地局１ａ，１ｂ，１ｃが２つの移
動端末ｓ１，ｓ２から信号を受信したときに、それぞれ
の基地局１ａ，１ｂ，１ｃでどちらの信号を選択し、ど
ちらの信号に対してアンテナのヌルを形成するかを決定
する方法には次の２通りの方法がある。

【００５３】第１に、移動端末の出現予想領域を推定
し、基地局の具体的な配置に対応して最適な受信ができ
るように、方位角ごとに選択する。たとえば、基地局１
ｘにおいて、この基地局に比較的近い領域に移動端末が
出現するならば方位０度の方向から信号が到来し、比較
的遠い領域に移動端末が出現するならば方位９０度の方
向から信号が到来するとき、０度及び９０度から２つの
信号が同時に受信できたとき、０度方向の信号を選択
し、９０度方向の信号に対してヌルを形成する。また、
方位に変えて信号強度にしたがって選択するようにして
もよい。

【００５４】第２に、位置算出手段６による位置測定結
果を各基地局にフィードバックし、これを受けて基地局
は最適な受信あるいは測定ができるように選択する。具
体的には、最寄りの移動端末を選択したり、誤差の小さ
な方向の信号を選択したり、本来の位置でない虚像を除
去するように選択する。あるいは複数の基地局が受信し
た信号間で相関をとり、相関が高い信号について選択さ
せるようにしてもよい。

【００５５】なお、測角処理手段４３が、公知の空間ス
ムージング処理を適用したＭＵＳＩＣアルゴリズムや最
尤推定アルゴリズム等のコヒーレントな複数波も分離測
角できる測角アルゴリズムを用いれば、通信波到来波の
直接波とマルチパス反射波の到来角を分離測角できる。
これにより、到来波の測角精度が向上するだけでなく、
ビーム形成手段４４の荷重決定手段４４１がマルチパス
反射波の到来方向にもヌルを形成するよう荷重を定めれ
ば、マルチパス反射波を除去した受信信号ｙを交換機４
側に伝送できる。なおこの場合、マルチパス反射波の到
来角も位置算出手段６に送られるため方位線が増え、そ
の結果余分な方位線の交点が現れるが、反射点では３本
以上の方位線は一般に交わらないから、このような交点
は排除できる。

【００５６】本実施の形態２では、移動端末ｓ１、ｓ２
からの受信信号を分離して得ることができるので、マル
チパスが発生した場合でも、移動端末を識別するために
実施の形態１で説明したようなタイムスロットまたは周
波数を特別に用意する必要はない。

【００５７】なお、この実施の形態２では、基地局１を
受信機３４側のみビーム制御するように構成したが、送
信機３３側も複数の素子アンテナに接続してビーム制御
するように構成しても構わない。基地局の送信ビーム
を、測角処理手段４３が推定した直接受信波の方向すな
わち一つの移動端末の方向に絞ることによって、基地局
から移動端末に送信する際にマルチパス反射波ができに
くくなる。また、基地局の送信ビームを移動端末の方向
に絞ると、移動端末の受信電力が高まり、ＳＮ比が向上
する。

【００５８】また、基地局すべてが全ての移動端末の方
向にビーム形成する必要はない。例えば、図１の例で
は、基地局Ａが移動端末＃１の直接波のみを受信するよ
うビーム形成し、基地局Ｂが移動端末＃２の直接波のみ
を受信するようビーム形成し、基地局Ｃはビーム形成せ
ず測角のみを行うようにしても構わない。

【００５９】以上のように、この実施の形態２によれば
複数の到来信号を選択できるので、実施の形態１で示し
た効果に加えて、同一周波数帯、同一エリアに複数の移
動端末が存在する場合に不要な混信を避けることができ
る。これは通信をおこなう際に、移動端末毎に周波数分
割または時間分割する必要がなくなり、複数の移動端末
に同一の周波数、同一のタイムスロットを割り当てるこ
とが可能なため、さらに周波数の利用効率が高まる。こ
のことは処理対象である移動端末が多数にのぼるときに
特に有利である。

【００６０】また、ビーム形成手段４４が所望移動端末
方向のゲインを高めることができるため、所望波に対す
る受信ＳＮ比を高めることができる。また、ビーム形成
手段４４がマルチパス反射波の到来方向のゲインを落と
す。従って、他のマルチパス反射波の干渉が小さくな
る。また、送信機側もビーム形成を行う場合は、送信電
力を有効に利用できると共に、送信波のマルチパスを防
ぐことができる。従って、高品質の通信が可能となる。

【００６１】実施の形態３．この実施の形態３は、実施
の形態１、２の基地局の素子アンテナ３１−１〜Ｍの具
体的な配置を示すものである。図６はこの実施の形態３
のアンテナ配置を示す図である。

【００６２】同図からわかるように、下水道１０４に設
けられたマンホール１０１の蓋の一部を誘電体１０２で
構成し、その誘電体１０２の内部に複数の素子アンテナ
３１−１〜Ｍを設けたものである。通常、下水道１０４
には複数のマンホール１０１が設けられているが、これ
らマンホールの一部または全部に基地局を設ける。ま
た、モデム４１等を含む基地局処理部１０３はマンホー
ル１０１内ないし近傍に設けられる。信号の損失をさけ
るために、素子アンテナ３１と基地局処理部１０３との
距離をなるべく短くする。また、基地局１と固定局５と
を結ぶ通信線１０５は、下水道１０４内に設けられる。

【００６３】この実施の形態３によれば次のような効果
がある。既存のマンホールの蓋を利用するため、新たに
基地局のための用地を確保する必要がない。また、マン
ホールは、通常、数百ｍ間隔で設けられており、基地局
の配置を柔軟に設定できて、基地局の位置の選択上で非
常に有利である。さらに、既存の下水道を利用して通信
線を敷設できるから、通信線の工事の点でも非常に有利
である。

【００６４】実施の形態４．この実施の形態４は、実施
の形態１、２の基地局の素子アンテナ３１−１〜Ｍの具
体的な他の配置を示すものである。図７はこの実施の形
態４のアンテナ配置を示す図である。

【００６５】基地局の複数の素子アンテナ３１は、建造
物、たとえばビルの側面や室内、あるいは地下の下水道
管の側壁１０９にアレー状に並べて設置される。

【００６６】この実施の形態３によれば、ビルの室内に
おいて通信測位システムを構築できる。あるいは、下水
道内において通信測位システムを構築できる。このこと
により、ビルや下水道等の建造物内の作業者に移動端末
を携帯させることにより、各作業者の位置を把握するこ
とができて、作業者の安全を確保できる。

【００６７】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、通信処理を行うための第１の受信機、測角信号処理
を行うための第２の受信機、及び、この第２の受信機の
出力信号に基づき上記端末から送られてくる信号の到来
角を測定する測角信号処理手段を具備し、上記端末との
通信処理及び測角信号処理を同時に行う複数の基地局を
備え、到来角に基づき測位処理を行うので、到達時間に
基づき測位処理を行う場合と比べて、障害物が存在して
時間遅延が生じた場合でも精度良く測定できる。

【００６８】また、請求項２の発明によれば、上記複数
の基地局の上記第２の受信機の帯域幅を、上記第１の受
信機の帯域幅より狭くしたので、周波数を有効に使用す
ることができる。

【００６９】また、請求項３の発明によれば、上記複数
の基地局の上記アンテナを複数の素子アンテナで構成す
るとともに、上記アンテナのビームパターンを制御する
ビーム形成手段を備え、上記複数の基地局は、到来信号
が複数あるときに、上記ビーム形成手段により上記複数
の到来信号の一部に対して上記アンテナの利得を低下さ
せることにより、上記複数の到来信号のうちの他の信号
を選択して通信処理及び測角処理を行うので、マルチパ
ス反射波が存在する場合でも不要な信号を排除できて精
度良い測定が可能になる。

【００７０】また、請求項４の発明によれば、上記複数
の基地局の上記アンテナを複数の素子アンテナで構成す
るとともに、上記アンテナのビームパターンを制御する
ビーム形成手段を備え、上記複数の基地局は、到来信号
が複数あるときに、上記ビーム形成手段により上記複数
の到来信号の一部に対して上記アンテナの利得を低下さ
せることにより、上記複数の到来信号のうちの他の信号
を選択し、この他の信号の到来方向に対して送信するの
で、マルチパス反射を防止できて高品質の通信が可能と
なる。

【００７１】また、請求項５の発明によれば、上記複数
の基地局の上記アンテナを、下水道に設けられたマンホ
ール蓋の一部分に設けられた誘電体と、上記誘電体に設
けられた複数の素子アンテナとから構成するとともに、
上記複数の基地局と上記測位処理手段との間の通信路を
上記下水道に設けたので、既存のマンホールの蓋を利用
でき、新たに基地局のための用地を確保する必要がな
い。また、マンホールは、通常、数百ｍ間隔で設けられ
ており、基地局の配置を柔軟に設定できて、基地局の位
置の選択上で非常に有利である。

【００７２】また、請求項６の発明によれば、上記複数
の基地局の上記アンテナを、建造物の壁面に設けられた
複数の素子アンテナから構成したので、ビルや下水道等
の建造物内の作業者に移動端末を携帯させることによ
り、各作業者の位置を把握することができて、作業者の
安全を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１及び２に係る通信測位装置の基
本構成図である。

【図２】 実施の形態１の移動端末２の内部構成図であ
る。

【図３】 実施の形態１の基地局１の内部構成図であ
る。

【図４】 実施の形態２の基地局１の内部構成図であ
る。

【図５】 実施の形態２のビーム形成手段４４の内部構
成図である。

【図６】 実施の形態３に係る基地局１の概略断面図で
ある。

【図７】 実施の形態２に係る基地局１の概略構成図で
ある。

【図８】 従来の通信測位装置の基本構成図である。

【図９】 従来の移動端末５２の内部構成図である。

【図１０】 従来の基地局５１の内部構成図である。

【符号の説明】

１ 基地局、２ 移動端末、３ 分配手段、４ 交換
機、５ 固定端末、６ 位置算出手段、７ 位置表示手
段、１１、３１ 素子アンテナ、１２、３２ 送受信切
り替えスィッチ、１３、３３ 送信機、１４、３４ 受
信機、１５、３５ローカルオシレータ、２０ （マイ
ク、キーボード等の）入力装置、２１ （スピーカ、デ
ィスプレー等の）出力装置、４１ モデム、４２ 合成
器、４３ 測角処理手段、４４ ビーム形成手段、４４
１ 荷重決定手段、４４２ 乗算器、４４３ 加算手
段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡村 敦 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 藤坂 貴彦 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 真野 清司 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 古野 孝允 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 原田 敏郎 神奈川県横浜市港南区港南台６丁目１番23 −305号 (72)発明者 清水 洋治 埼玉県三郷市さつき平２丁目３番２−502 号

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンテナ、送信機、及び、受信機を具備
   する移動可能な端末と、 アンテナ、送信機、通信処理を行うための第１の受信
   機、測角信号処理を行うための第２の受信機、及び、こ
   の第２の受信機の出力信号に基づき上記端末から送られ
   てくる信号の到来角を測定する測角信号処理手段を具備
   し、上記端末との通信処理及び測角信号処理を同時に行
   う複数の基地局と、 上記複数の基地局によりそれぞれ求められた上記到来角
   に基づき上記端末の位置を求める測位処理手段とを備え
   た通信測位装置。
2. 【請求項２】 上記複数の基地局の上記第２の受信機の
   帯域幅を、上記第１の受信機の帯域幅より狭くしたこと
   を特徴とする請求項１記載の通信測位装置。
3. 【請求項３】 上記複数の基地局の上記アンテナを複数
   の素子アンテナで構成するとともに、上記アンテナのビ
   ームパターンを制御するビーム形成手段を備え、 上記複数の基地局は、到来信号が複数あるときに、上記
   ビーム形成手段により上記複数の到来信号の一部に対し
   て上記アンテナの利得を低下させることにより、上記複
   数の到来信号のうちの他の信号を選択して通信処理及び
   測角処理を行うことを特徴とする請求項１または請求項
   ２記載の通信測位装置。
4. 【請求項４】 上記複数の基地局の上記アンテナを複数
   の素子アンテナで構成するとともに、上記アンテナのビ
   ームパターンを制御するビーム形成手段を備え、 上記複数の基地局は、到来信号が複数あるときに、上記
   ビーム形成手段により上記複数の到来信号の一部に対し
   て上記アンテナの利得を低下させることにより、上記複
   数の到来信号のうちの他の信号を選択し、この他の信号
   の到来方向に対して送信することを特徴とする請求項１
   または請求項２記載の通信測位装置。
5. 【請求項５】 上記複数の基地局の上記アンテナを、下
   水道に設けられたマンホール蓋の一部分に設けられた誘
   電体と、上記誘電体に設けられた複数の素子アンテナと
   から構成するとともに、 上記複数の基地局と上記測位処理手段との間の通信路を
   上記下水道に設けたことを特徴とする請求項１ないし請
   求項４いずれかに記載の通信測位装置。
6. 【請求項６】 上記複数の基地局の上記アンテナを、建
   造物の壁面に設けられた複数の素子アンテナから構成し
   たことを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれかに
   記載の通信測位装置。