特開 2022-135813 無線局位置推定装置、無線局位置推定システム及び無線局位置推定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022135813

(43)【公開日】2022-09-15

(54)【発明の名称】無線局位置推定装置、無線局位置推定システム及び無線局位置推定方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 5/02 20100101AFI20220908BHJP

   H04W 64/00 20090101ALI20220908BHJP

   H04W 4/029 20180101ALI20220908BHJP

【ＦＩ】

G01S5/02 Z

H04W64/00 140

H04W4/029

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021035888

(22)【出願日】2021-03-05

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、総務省、戦略的情報通信研究開発推進事業（ＳＣＯＰＥ）「電波利活用強靭化に向けた周波数創造技術に関する研究開発及び人材育成プログラム（１９６０００００２）」に関する委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000001122

【氏名又は名称】株式会社日立国際電気

(71)【出願人】

【識別番号】504132272

【氏名又は名称】国立大学法人京都大学

(74)【代理人】

【識別番号】100093104

【弁理士】

【氏名又は名称】船津 暢宏

(72)【発明者】

【氏名】石▲ざき▼ 雅之

(72)【発明者】

【氏名】浅野 勝洋

(72)【発明者】

【氏名】山本 清志

(72)【発明者】

【氏名】原田 博司

(72)【発明者】

【氏名】水谷 圭一

【テーマコード（参考）】

5J062

5K067

【Ｆターム（参考）】

5J062AA08

5J062BB01

5J062CC11

5J062HH05

5K067AA03

5K067DD17

5K067EE02

5K067EE10

5K067EE16

5K067FF03

5K067FF23

5K067JJ53

(57)【要約】

【課題】 無線通信システムの複数の無線局の遅延プロファイルを測定し、無線局の位置推定を容易に行うことができる無線局位置推定装置、無線局位置推定システム及び無線局位置推定方法を提供する。
【解決手段】 無線通信システムにおける無線局の位置を推定する無線局位置推定装置３が、無線通信システムにおける位置推定の対象とする無線局（ＷＲＡＮ移動局２）の探索エリア内の無線局から送信された無線信号を受信し、無線通信システムにおける下り信号から無線局の識別情報を取得すると共に遅延プロファイルを測定し、測定された遅延プロファイルを用いて無線局の位置を推定して位置推定情報を当該無線局の識別情報と共に出力し、ＧＩＳ情報表示端末４が地図上に無線局の位置推定情報を表示する無線局位置推定装置、無線局位置推定システム及び無線局位置推定方法である。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

無線通信システムにおける１つ又は複数の無線局の位置を推定する無線局位置推定装置を有する無線局位置推定システムであって、
前記無線局位置推定装置は、１つ又は複数の前記無線局から送信された無線信号を受信し、前記無線通信システムにおける下り信号から前記無線局の識別情報を取得すると共に遅延プロファイルを測定することを特徴とする無線局位置推定システム。

【請求項2】

前記無線局位置推定装置は、前記無線通信システムにおける位置推定の対象とする前記無線局の探索エリア内の前記無線局から送信された無線信号を受信し、前記無線通信システムにおける下り信号から前記無線局の前記識別情報を取得すると共に遅延プロファイルを測定し、前記測定された遅延プロファイルを用いて前記無線局の位置を推定して位置推定情報を当該無線局の識別情報と共に出力することを特徴とする請求項１記載の無線局位置推定システム。

【請求項3】

前記無線局位置推定装置において取得された前記無線局の前記識別情報と推定された前記位置推定情報に基づいて地図上に前記無線局の位置を表示する表示端末を有することを特徴とする請求項２記載の無線局位置推定システム。

【請求項4】

異なる探索エリアを有する前記無線局位置推定装置を複数備え、前記複数の無線局位置推定装置をネットワークで接続し、
前記ネットワークに前記複数の前記無線局位置推定装置からの前記無線局の前記識別情報と前記位置推定情報を収集して配信するサーバを有することを特徴とする請求項２又は３記載の無線局位置推定システム。

【請求項5】

前記ネットワークに前記サーバから配信された前記無線局の前記識別情報と前記位置推定情報に基づいて前記無線局の位置を地図上に表示する表示端末を１つ又は複数接続したことを特徴とする請求項４記載の無線局位置推定システム。

【請求項6】

前記無線局位置推定装置におけるＲＦ部は、周波数のずれ補正を行うために必要な制御情報を計算する制御部を有し、当該制御部は、周波数のずれ補正が完了したときの制御情報を保持し、保持した前記制御情報を前記ＲＦ部に出力し続けることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の無線局位置推定システム。

【請求項7】

前記無線局位置推定装置は、
受信した信号における無線フレームの下り信号内のＭＡＰ情報から前記無線局の前記識別情報を取得する識別情報解析部と、
前記無線フレームの下り信号内のプリアンブルから遅延プロファイルを測定する遅延プロファイル測定部と、
前記測定された遅延プロファイルから前記無線局の位置を推定する計算を行い、位置推定情報を出力する位置推定計算部と、
前記取得された前記無線局の前記識別情報と前記位置推定情報を出力するインタフェース部とを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の無線局位置推定システム。

【請求項8】

無線通信システムにおける１つ又は複数の無線局から送信された無線信号を受信し、前記無線通信システムにおける下り信号から前記無線局の識別情報を取得すると共に遅延プロファイルを測定することを特徴とする無線局位置推定装置。

【請求項9】

前記無線通信システムにおける位置推定の対象とする前記無線局の探索エリア内の前記無線局から送信された無線信号を受信し、前記無線通信システムにおける下り信号から前記無線局の前記識別情報を取得すると共に遅延プロファイルを測定し、前記測定された遅延プロファイルを用いて前記無線局の位置を推定して位置推定情報を当該無線局の識別情報と共に出力することを特徴とする請求項８記載の無線局位置推定装置。

【請求項10】

無線通信システムにおける無線局の位置を推定する無線局位置推定方法であって、
前記無線局の位置を推定する無線局位置推定装置が、
前記無線通信システムにおける位置推定の対象とする無線局の探索エリア内の前記無線局から送信された無線信号を受信し、
前記無線通信システムにおける下り信号から前記無線局の識別情報を取得すると共に遅延プロファイルを測定し、
前記測定された遅延プロファイルを用いて前記無線局の位置を推定して位置推定情報を当該無線局の前記識別情報と共に出力することを特徴とする無線局位置推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線通信システムにおける移動局となる無線局の位置を推定する無線局位置測定システムに係り、特に、無線信号から遅延プロファイルを測定し、無線局の位置を容易に推測できる無線局位置推定装置、無線局位置推定システム及び無線局位置推定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

［従来の技術］
従来、災害・事件現場等の緊急の状況において、消防、救急、自治体等の公共無線通信システムでは、音声を中心とした情報伝達が行われていた。
しかし、昨今の災害の状況を考慮すると、現場判断や対策を的確に実現するには、動画データを含む高度な情報収集が必要である。

【0003】

一般社団法人電波産業会（ARIB：Association of Radio Industries and Businesses）が策定した標準規格ARIB STD-T103では、２００ＭＨｚ帯広帯域移動無線通信を行う無線局の無線設備のうち、可搬型基地局と移動局の間の広帯域移動通信の物理層及びメディアアクセス制御層について規定している。
可搬型基地局は、電波法上の陸上移動局であるため、必要な場所へ柔軟に設置し、運用することが可能であり、災害現場・事件現場等の主に非常事態発生地域において、現場の映像を対策本部等へ伝送すること等が可能である。
ARIB STD-T103準拠の無線通信システムでは、基本的に１つの可搬型基地局と１つ又は複数の移動局で構成され、複数の移動局で構成される場合はスター型のネットワークトポロジが形成される。

【0004】

一方、ARIB STD-T119は、上記ARIB STD-T103が規定する２００ＭＨｚ帯広帯域移動無線通信を行う無線局の無線設備のうち、可搬型無線設備の物理層、メディアアクセス制御層及び無線ネットワーク制御層を規定したものであり、特に、想定される運用形態の一つである多段中継機能について規定している。
ARIB STD-T119準拠の無線通信システム（以降、ＷＲＡＮ［Wireless Regional Area Network］システム）は、無線ネットワーク制御用スケジューラ、可搬型基地局及び移動局で構成され、複数の移動局で構成される場合はツリー型（広義で直列接続とスター型も含む）のネットワークトポロジが形成される。

【0005】

［従来のＷＲＡＮシステム：図９］
従来のＷＲＡＮシステムの概略について図９を参照しながら説明する。図９は、従来のＷＲＡＮシステムの概略図である。
従来のＷＲＡＮシステムは、図９に示すように、ＷＲＡＮ基地局１、ＷＲＡＮ移動局２-1、ＷＲＡＮ移動局２-2、ＷＲＡＮ移動局２-3から構成されている。ここで、ＷＲＡＮ基地局とＷＲＡＮ移動局を総合して「無線局」と呼ぶことがある。

【0006】

図９において、ＷＲＡＮ基地局１にはＷＲＡＮ移動局２-1とＷＲＡＮ移動局２-2が接続している。また、ＷＲＡＮ移動局２-1にはＷＲＡＮ移動局２-3が接続し、多段中継する構成となっている。
ＷＲＡＮ移動局２-1～ＷＲＡＮ移動局２-3は、移動する車両に搭載され、移動しながら無線通信する。

【0007】

また、無線接続において、ＷＲＡＮ基地局１に近い方の無線局を「上位局」、遠い方の無線局を「下位局」と呼び、上位局から下位局への無線信号を「下り信号」、下位局から上位局への無線信号を「上り信号」と呼ぶ。
多段中継を行う場合、ＷＲＡＮ移動局は、上位局として、下り信号を送信すると共に上り信号を受信する動作と、下位局として、下り信号を受信すると共に上り信号を送信する動作を交互に繰り返す。

【0008】

［従来のＷＲＡＮシステムの各無線局の送受信タイミング：図１０］
次に、従来のＷＲＡＮシステムにおける各無線局の送受信タイミングについて図１０を参照しながら説明する。図１０は、従来のＷＲＡＮシステムの各無線局の送受信タイミングを示す概略図である。図１０の横軸は時間を表し、縦軸はＷＲＡＮシステムの各無線局を表し、矢印は無線局間の無線送受信の方向を表している。尚、「ＤＬ」は、下り（Down Link）送信／下り受信を示し、「ＵＬ」は、上り（Up Link）送信／上り受信を示している。

【0009】

ＷＲＡＮシステムでは、図１０に示すように、無線フレーム単位で無線帯域の割り当てを行う。例えば、フレーム番号［１］～［３］では、ＷＲＡＮ基地局１とＷＲＡＮ移動局２-1が通信を行い、フレーム番号［４］～［６］では、ＷＲＡＮ移動局２-1とＷＲＡＮ移動局２-3が通信を行う。

【0010】

また、ＷＲＡＮ移動局２-2及びＷＲＡＮ移動局２-3は、下位局と接続していないが、フレーム番号［７］～［９］、［１３］～［１５］では、下り信号を送信する。この下り送信には、新たな下位局をＷＲＡＮシステムに追加するために必要な信号が含まれている。

【0011】

そして、無線通信システムにおいて、無線局が送信する無線信号から受ける干渉の影響を把握したり、干渉を回避したりするためには、無線信号を送信する無線局の位置を把握することが重要である。

【0012】

干渉源となる無線局の位置を把握できた場合の活用方法の一例について説明する。
ある無線システムについて、利用優先順位の異なるユーザ同士が近接するエリアにて無線通信システムを運用している状況において、利用優先順位の高いユーザの無線局が、干渉波となる無線信号を送信しながら、利用優先順位の低いユーザが運用する通信エリアに近づいて来たことが確認できた場合、利用優先順位の低いユーザが運用する無線通信システムの無線送信出力レベルを下げたり、無線送信を停止したりすることで、無線通信システム同士の干渉によって生じる無線システムの性能低下を軽減もしくは回避させることが可能となる。

【0013】

そして、時間が経過し、干渉の影響が無線通信システムの性能低下に影響しない程度に、干渉源の無線局が遠ざかったことが確認できた場合に、利用優先順位の低いユーザが運用する無線通信システムを通常の運用状態に戻すことも可能である。

【0014】

［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特許第３７３３９２０号公報「位置検出機能を備えた無線端末装置」（特許文献１）、特許第３８４０４１２号公報「無線端末装置」（特許文献２）がある。
特許文献１，２には、複数の無線局から送信された信号の受信波からの遅延プロファイルを作成して無線局の受信点の位置を計算することが示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】特許第３７３３９２０号公報

【特許文献2】特許第３８４０４１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0016】

しかしながら、従来の無線通信システムでは、特定の無線局からの無線信号との同期を維持するように動作するため、無線フレーム単位で送信元の無線局が切り替わる無線環境下で、各々の無線局から送信される無線信号を受信して位置検出のために遅延プロファイルを生成又は測定することを容易に行うことができないという問題点があった。

【0017】

尚、特許文献１，２には、無線通信システムにおける複数の無線局について、受信信号から遅延プロファイルを測定し、その無線局の位置を推定する構成についての記載がない。

【0018】

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、無線通信システムの１つ又は複数の無線局の遅延プロファイルを測定し、無線局の位置推定を容易に行うことができる無線局位置推定装置、無線局位置推定システム及び無線局位置推定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0019】

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、無線通信システムにおける１つ又は複数の無線局の位置を推定する無線局位置推定装置を有する無線局位置推定システムであって、無線局位置推定装置は、１つ又は複数の無線局から送信された無線信号を受信し、無線通信システムにおける下り信号から無線局の識別情報を取得すると共に遅延プロファイルを測定することを特徴とする。

【0020】

本発明は、上記無線局位置推定システムにおいて、無線局位置推定装置は、無線通信システムにおける位置推定の対象とする無線局の探索エリア内の無線局から送信された無線信号を受信し、無線通信システムにおける下り信号から無線局の識別情報を取得すると共に遅延プロファイルを測定し、測定された遅延プロファイルを用いて無線局の位置を推定して位置推定情報を当該無線局の識別情報と共に出力することを特徴とする。

【0021】

本発明は、上記無線局位置推定システムにおいて、無線局位置推定装置において取得された無線局の識別情報と推定された位置推定情報に基づいて地図上に無線局の位置を表示する表示端末を有することを特徴とする。

【0022】

本発明は、上記無線局位置推定システムにおいて、異なる探索エリアを有する無線局位置推定装置を複数備え、複数の無線局位置推定装置をネットワークで接続し、ネットワークに複数の無線局位置推定装置からの無線局の識別情報と位置推定情報を収集して配信するサーバを有することを特徴とする。

【0023】

本発明は、上記無線局位置推定システムにおいて、ネットワークにサーバから配信された無線局の識別情報と位置推定情報に基づいて無線局の位置を地図上に表示する表示端末を１つ又は複数接続したことを特徴とする。

【0024】

本発明は、上記無線局位置推定システムにおいて、無線局位置推定装置におけるＲＦ部は、周波数のずれ補正を行うために必要な制御情報を計算する制御部を有し、当該制御部は、周波数のずれ補正が完了したときの制御情報を保持し、保持した制御情報を前記ＲＦ部に出力し続けることを特徴とする。

【0025】

本発明は、上記無線局位置推定システムにおいて、無線局位置推定装置が、受信した信号における無線フレームの下り信号内のＭＡＰ情報から無線局の識別情報を取得する識別情報解析部と、無線フレームの下り信号内のプリアンブルから遅延プロファイルを測定する遅延プロファイル測定部と、測定された遅延プロファイルから無線局の位置を推定する計算を行い、位置推定情報を出力する位置推定計算部と、取得された無線局の識別情報と位置推定情報を出力するインタフェース部とを有することを特徴とする。

【0026】

本発明は、無線局位置推定装置において、無線通信システムにおける１つ又は複数の無線局から送信された無線信号を受信し、無線通信システムにおける下り信号から無線局の識別情報を取得すると共に遅延プロファイル測定することを特徴とする。

【0027】

本発明は、上記無線局位置推定装置において、無線通信システムにおける位置推定の対象とする無線局の探索エリア内の無線局から送信された無線信号を受信し、無線通信システムにおける下り信号から無線局の識別情報を取得すると共に遅延プロファイルを測定し、測定された遅延プロファイルを用いて無線局の位置を推定して位置推定情報を当該無線局の識別情報と共に出力することを特徴とする。

【0028】

無線通信システムにおける無線局の位置を推定する無線局位置推定方法であって、無線局の位置を推定する無線局位置推定装置が、無線通信システムにおける位置推定の対象とする無線局の探索エリア内の無線局から送信された無線信号を受信し、無線通信システムにおける下り信号から無線局の識別情報を取得すると共に遅延プロファイルを測定し、測定された遅延プロファイルを用いて無線局の位置を推定して位置推定情報を当該無線局の識別情報と共に出力することを特徴とする。

【発明の効果】

【0029】

本発明によれば、無線通信システムにおける１つ又は複数の無線局の位置を推定する無線局位置推定装置を有する無線局位置推定システムであって、無線局位置推定装置は、１つ又は複数の無線局から送信された無線信号を受信し、無線通信システムにおける下り信号から無線局の識別情報を取得すると共に遅延をそれぞれ測定する無線局位置推定システムとしているので、無線局の位置推定を容易に行うことができる効果がある。

【0030】

本発明によれば、異なる探索エリアを有する無線局位置推定装置を複数備え、複数の無線局位置推定装置をネットワークで接続し、ネットワークに複数の無線局位置推定装置からの無線局の識別情報と位置推定情報を収集して配信するサーバを有する上記無線局位置推定システムとしているので、広範囲の探索エリアを遠隔地から監視できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本無線局位置推定システムの概略図である。

【図2】ＷＲＡＮシステムの無線フレーム構成を示す概略図である。

【図3】ＭＡＰ情報のデータを示す概略図である。

【図4】位置推定方法のシーケンス図である。

【図5】無線局位置推定装置の構成ブロック図である。

【図6】位置推定情報のデータ構造を示す概略図である。

【図7】無線局位置推定装置の処理フローチャートである。

【図8】本システムの拡張システムの概略図である。

【図9】従来のＷＲＡＮシステムの概略図である。

【図10】従来のＷＲＡＮシステムの各無線局の送受信タイミングを示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る無線局位置推定システム（本無線局位置推定システム／本システム）は、無線通信システムにおける無線局の位置を推定する無線局位置推定装置が、無線通信システムにおける位置推定の対象とする無線局の探索エリア内の無線局から送信された無線信号を受信し、無線通信システムにおける下り信号から無線局の識別情報を取得すると共に遅延プロファイルを測定し、測定された遅延プロファイルを用いて無線局の位置を推定して位置推定情報を当該無線局の識別情報と共に出力する無線局位置推定システムとしているので、無線局の位置推定を容易に行うことができるものである。

【0033】

本発明によれば、異なる探索エリアを有する無線局位置推定装置を複数備え、複数の無線局位置推定装置をネットワークで接続し、ネットワークに複数の無線局位置推定装置からの無線局の識別情報と位置推定情報を収集して配信するサーバを有する上記無線局位置推定システムとしているので、広範囲の探索エリアを遠隔地から監視できる効果がある。

【0034】

［無線局位置推定方法］
ここで、本システムを説明する前に、無線局の位置を推定する３つの推定方法を説明する。
第１の位置推定手法は、無線局に搭載するセンサを用いる方式であり、第２の位置推定手法は、無線信号を受信したときに測定するＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）を用いる方式であり、第３の位置推定手法は、位置推定対象の無線システムの無線信号を受信し、測定した遅延プロファイルから位置を推定する方式である。

【0035】

［第１の位置推定方法］
第１の位置推定手法は、直前の位置からの変位を基にして現在位置を求めるため、一度座標に誤りがあるとそれに誤差が累積するという課題が挙げられる。また、その位置情報は、無線局や無線局を構成する無線システムから入手する必要があるが、それらの情報は秘匿される場合や、通知手段がない場合が想定され、常にリアルタイムで入手できるとは限らないという課題が挙げられる。

【0036】

［第２の位置推定方法］
第２の位置推定手法を、無線ＬＡＮ（Local Area Network）システムの例を用いて説明すると、無線ＬＡＮ端末の位置推定の精度は、無線ＬＡＮアクセスポイントの測定点に依存し、無線ＬＡＮ端末の周囲に無線ＬＡＮアクセスポイントが少ない場合，位置推定精度は低下する。
位置推定精度を向上させるには、無線ＬＡＮアクセスポイントの測定点を増やす必要がある。屋外での運用を想定した場合、測定点の増加によりコストが増加してしまうという課題が挙げられる。

【0037】

［第３の位置推定手法］
第３の位置推定手法は、３つの段階（センシング、学習、推定）から構成されている。
第１段階のセンシングは、ＶＨＦ帯電波センサ（基地局）が、位置推定対象となる探索エリアに対し、ＷＲＡＮシステムの無線信号を送信する。ＶＨＦ帯電波センサ（端末局）が、探索エリア内の複数地点において、ＷＲＡＮシステムの信号を受信し、遅延プロファイルを測定する。測定地点の位置情報と遅延プロファイルを紐づけて収集し、位置推定学習用データを生成する。

【0038】

第２段階の学習は、探索エリアをあるサイズに区分したものを位置クラスタとする。位置推定サーバが、それぞれの位置クラスタと、上記センシングにて測定した遅延プロファイルとの関係を機械学習し、位置推定モデルを作成する。
第３段階の推定は、位置推定対象の無線局が探索エリアに侵入してきた場合、ＶＨＦ帯電波センサ（基地局）が、その無線局から送信される無線信号を受信し、遅延プロファイルを測定する。測定した遅延プロファイルを、上記学習にて作成した位置推定モデルに入力して、無線局の位置クラスタを推定する。

【0039】

次に、第３の位置推定手法が位置推定対象とする無線システムについて説明する。
一般社団法人電波産業会（ＡＲＩＢ：Association of Radio Industries and Businesses）が策定した標準規格ARIB STD-T103では、２００ＭＨｚ帯広帯域移動無線通信を行う無線局の無線設備のうち、可搬型基地局と移動局の間の広帯域移動通信の物理層及びメディアアクセス制御層について規定している。
可搬型基地局は電波法上の陸上移動局であるため、必要な場所へ柔軟に設置、運用することが可能であり、災害現場・事件現場等の主に非常事態発生地域において、現場の映像を対策本部等へ伝送すること等が可能である。ARIB STD-T103準拠の無線通信システムでは、基本的に１つの可搬型基地局と１つ又は複数の移動局で構成され、複数の移動局で構成される場合はスター型のネットワークトポロジが形成される。

【0040】

一方、ARIB STD-T119は、上記ARIB STD-T103が規定する２００ＭＨｚ帯広帯域移動無線通信を行う無線局の無線設備のうち、可搬型無線設備の物理層、メディアアクセス制御層及び無線ネットワーク制御層を規定したものであり、特に、想定される運用形態の一つである多段中継機能について規定している。
ARIB STD-T119準拠の無線通信システム（ＷＲＡＮシステム）は、無線ネットワーク制御用スケジューラ、可搬型基地局及び移動局で構成され、複数の移動局で構成される場合はツリー型（広義で直列接続とスター型も含む）のネットワークトポロジが形成される。

【0041】

上記第３の位置推定方法については、「［依頼講演］広域系ＷＲＡＮによる電波ビッグデータを用いた高能率周波数共用システムの研究開発概要」（水谷圭一、原田博司）信学技報, vol. 120, no. 138, SRW2020-15, pp. 31-36, 2020年8月．に詳しく記載されている。

【0042】

上記第３の位置推定手法により、ＷＲＡＮシステムの無線局の位置推定を実現するためには、ＷＲＡＮ無線局からの無線信号から遅延プロファイルを測定する必要がある。その遅延プロファイルを測定する装置として、既存のＷＲＡＮ無線局を用いた場合について説明する。
既存のＷＲＡＮ無線局は、特定の無線局からの無線信号との同期を維持するように動作するため、第３の位置推定手法の第１段階のセンシングの測定において、１台の無線局が送信する無線信号から遅延プロファイルを測定することは比較的容易である。

【0043】

しかしながら、第３の位置推定手法の第３段階の推定では、位置推定対象の無線局が１つとは限らないため、複数の無線局の位置推定を行う必要がある。そして、ＷＲＡＮシステムでは、無線帯域割当により、各無線局が無線フレーム単位で無線送信タイミングを切替えて無線通信を行うことになる。

【0044】

このように、既存のＷＲＡＮ無線局は、特定の無線局からの無線信号との同期を維持するように動作するため、無線フレーム単位で、送信元無線局が切り替わる無線環境において、それぞれの無線局から送信される無線信号を受信して、遅延プロファイルを測定することが非常に困難である。

【0045】

そこで、本システムでは、第３の位置推定手法の第３段階の推定において、無線局位置推定装置が、探索エリアに存在する複数のＷＲＡＮ無線局の遅延プロファイルを測定し、ＷＲＡＮ無線局の位置推定を行い、その結果を出力するようにしたものである。

【0046】

［本システム：図１］
次に、本システムの概要について図１を参照しながら説明する。図１は、本無線局位置推定システムの概略図である。
本システムでは、図１に示すように、ＷＲＡＮ基地局１と、複数のＷＲＡＮ移動局２-1～２-3とから構成されるＷＲＡＮシステムに対して、少なくとも一つの無線局位置推定装置３と、少なくとも一つのＧＩＳ（Geographic Information System）情報表示端末４とから構成されている。

【0047】

本システムにおいて、無線局位置推定装置３が、ＷＲＡＮシステムに接続することなく、ＷＲＡＮシステムの外部から、ＷＲＡＮ基地局１及びＷＲＡＮ移動局２-1～２-3から送信される無線信号を受信し、その受信信号を用い、ＷＲＡＮ基地局１及びＷＲＡＮ移動局２-1～２-3の位置を推定するようにしたものである。

【0048】

無線局位置推定装置３は、ＷＲＡＮ無線局の位置推定対象となる探索エリア近くに配置される。図１では、探索エリア内にＷＲＡＮ移動局２-1及びＷＲＡＮ移動局２－３が存在する。
無線局位置推定装置３は、ＷＲＡＮ移動局２-1及びＷＲＡＮ移動局２-3の無線信号を受信可能であり、ＷＲＡＮ基地局１及びＷＲＡＮ移動局２-2の無線信号は受信不能である。
ＧＩＳ情報表示装置４は、無線局位置推定装置３とネットワーク接続する。

【0049】

無線局位置推定装置３は、ＷＲＡＮシステムの無線信号を受信し、解析及び測定した結果であるＷＲＡＮ無線局の識別情報と位置推定情報をＧＩＳ情報表示装置４へ通知する。
ＧＩＳ情報表示装置４は、通知されたＷＲＡＮ無線局の識別情報及び位置推定情報と地図情報と合わせて表示する。

【0050】

［ＷＲＡＮシステムの無線フレーム構成：図２］
次に、ＷＲＡＮシステムの無線フレーム構成について図２を参照しながら説明する。図２は、ＷＲＡＮシステムの無線フレーム構成を示す概略図である。
ＷＲＡＮシステムの無線フレームは、図２に示すように、ＷＲＡＮシステムの複信方式がＴＤＤ（Time Division Duplex）方式であり、縦軸が周波数、横軸が時間を表している。

【0051】

無線フレーム（１０ミリ秒）は、下り信号の送受信を行うＤＬ（Down Link）サブフレーム区間、上り信号の送受信を行うＵＬ（Up Link）サブフレーム区間、下り信号と上り信号の重なりを回避するためのギャップタイムであるＴＴＧ（Transmit／receive Transition Gap）及びＲＴＧ（Receive／transmit Transition Gap）に区分される。

【0052】

ＤＬサブフレーム及びＵＬサブフレーム区間の各信号について説明する。
プリアンブルは、下り信号の受信処理において、同期処理を行うための信号である。
ＦＣＨ（Frame Check Header）は、ＭＡＰ情報の構成情報（変調方式、誤り訂正方式、ＭＡＰデータサイズ）を含む信号である。
ＤＬデータバースト領域は、ユーザデータを含む領域である。
レンジング領域は、下位局からの上り信号の同期処理に必要な信号を含む領域である。
ＵＬデータバースト領域は、ユーザデータを含む領域である。

【0053】

［ＭＡＰ情報のデータ構造：図３］
次に、無線フレームにおけるＭＡＰ情報のデータ構造について図３を参照しながら説明する。図３は、ＭＡＰ情報のデータを示す概略図である。
ＭＡＰ情報のデータは、図３に示すように、ＤＬ－ＭＡＰ及びＵＬ－ＭＡＰで構成される。

【0054】

更に、ＤＬ－ＭＡＰは、ＭＡＰデータ長、無線フレーム番号、無線局の識別情報、ＤＬサブフレーム区間長、ＤＬデータバーストの構成情報により構成される。
また、ＵＬ－ＭＡＰは、ＵＬサブフレーム区間長、ＵＬデータバーストの構成情報により構成される。

【0055】

［ＤＬ－ＭＡＰの内容］
ＤＬ－ＭＡＰの内容について説明する。
ＭＡＰデータ長は、ＭＡＰ情報全体のデータ長である。
無線フレーム番号は、無線フレーム周期でインクリメントされる無線フレームを識別するための番号である。
無線局の識別情報は、ＷＲＡＮシステム内において各無線局に対し、ユニークな番号として付与され、ＤＬ－ＭＡＰを送信する無線局の識別を可能とする情報である。

【0056】

ＤＬサブフレーム区間長は、無線フレーム内のＤＬサブフレーム区間の長さを示す時間情報である。
ＤＬデータバーストの構成情報には、ＤＬデータバーストの変調方式、符号化率、ＤＬデータバースト領域内のバースト配置情報が含まれる。

【0057】

［ＵＬ－ＭＡＰの内容］
ＵＬ－ＭＡＰの内容について説明する。
ＵＬサブフレーム区間長は、無線フレーム内のＵＬサブフレーム区間の長さを示す時間情報である。
ＵＬデータバーストの構成情報には、ＵＬデータバーストの変調方式、符号化率、ＵＬデータバースト領域内のバースト配置情報が含まれる。

【0058】

［無線局位置推定装置３の動作］
次に、本システムにおける無線局位置推定装置３の動作について説明する。
無線局位置推定装置３は、ＷＲＡＮ無線局の下り信号を測定対象とし、ＤＬ－ＭＡＰ内の無線局の識別情報を取得し、プリアンブルから測定した遅延プロファイルを用いて位置推定結果を計算する。

【0059】

また、無線局位置推定装置３は、図１に示す探索エリア内に存在するＷＲＡＮ無線局からの無線信号を受信可能とし、下り信号を測定対象としていることから、図１０に示す各無線局の送受信タイミングにおいて、フレーム番号［４］～［９］のＷＲＡＮ移動局２-1及びＷＲＡＮ移動局２-3から送信される下り信号を、無線局位置推定装置３の測定対象とする。

【0060】

［本システムの位置推定方法：図４］
本システムにおける位置推定方法について図４を参照しながら説明する。図４は、位置推定方法のシーケンス図である。
図１０に示した各無線局の送受信タイミングにおける無線信号の送受信の流れと、図１に示した無線局位置推定装置３とＧＩＳ情報表示装置４の処理の流れを併せて、図４のシーケンス図に示す。
図４に示すように、フレーム番号［４］～［９］でＷＲＡＮ移動局２-1及びＷＲＡＮ移動局２-3から送信される下り信号を、無線局位置推定装置３の測定対象としていることを表している。

【0061】

フレーム番号［４］において、無線局位置推定装置３は、ＷＲＡＮ無線局２-1からの下り信号を受信し、ＭＡＰ情報を解析して取得した無線局の識別情報と、プリアンブルから測定した遅延プロファイルを用いて計算した位置推定情報を、ＧＩＳ情報表示装置４へ通知する。
ＧＩＳ情報表示装置４は、通知された位置推定情報を地図情報と合わせて表示する。
フレーム番号［５］～［９］における無線局位置推定装置３及びＧＩＳ情報表示装置４の処理は、上記フレーム番号［４］の処理と同様であるため、説明を省略する。

【0062】

［無線局位置推定装置３の構成：図５］
次に、本システムにおける無線局位置推定装置３の構成について図５を参照しながら説明する。図５は、無線局位置推定装置の構成ブロック図である。
無線局位置推定装置３は、図５に示すように、アンテナ１１と、ＲＦ（Radio Frequency）部１２と、制御部１３と、無線局の識別情報解析部１４と、遅延プロファイル測定部１５と、位置推定計算部１６と、ネットワークインタフェース部１７とから構成されている。

【0063】

アンテナ１１は、ＷＲＡＮシステムの無線信号を受信し、ＲＦ部１２に出力する。
ＲＦ部１２は、入力したＷＲＡＮシステムの無線信号をベースバンド信号へ周波数変換し、制御部１３と無線局の識別情報解析部１４と遅延プロファイル測定部１５へ出力する。

【0064】

制御部１３は、入力したベースバンド信号に基づき、同期処理のための制御情報を計算し、ＲＦ部１２に出力する。具体的には、フレームタイミング制御、周波数のずれ補正、ゲイン制御等の制御情報を計算する。
ＲＦ部１２は、入力した制御情報を用いて同期処理を行う。
また、制御部１３は、周波数のずれ補正が完了したときの制御情報を保持し、その保持した周波数のずれ補正の制御情報をＲＦ部１２へ出力し続ける機能を有する。

【0065】

無線局の識別情報解析部１４は、入力したベースバンド信号の下り信号内のＭＡＰ情報を解析し、無線局の識別情報を取得し、ネットワークインタフェース部１７へ出力する。
遅延プロファイル測定部１５は、入力したベースバンド信号の下り信号内のプリアンブルから遅延プロファイルを測定し、位置推定計算部１６へ出力する。
位置推定計算部１６は、入力された遅延プロファイルを用いて、上述の第３の位置推定手法に基づき、位置推定の計算を行い、位置推定情報をネットワークインタフェース部１７へ出力する。

【0066】

ネットワークインタフェース部１７は、無線局の識別情報解析部１４からの無線局の識別情報と、位置推定計算部１６からの位置推定情報とを入力し、図６に示すデータ構造に編集し、ネットワークインタフェースを介して、ＧＩＳ情報表示端末４に送信出力する。

【0067】

ここで、無線局位置推定装置３には、第３の位置推定手法の第１段階のセンシングを数多く行い、無線局の位置データと遅延プロファイルのデータの組を複数取得し、それらのデータを元に第２段階の学習を行い、学習された位置推定モデルが位置推定計算部１６に組み込まれ、位置推定計算部１６は、遅延プロファイル測定部１５で測定された遅延プロファイルのデータを当該位置推定モデルに入力して第３段階の推定を行って位置推定を演算する。
従って、第１段階のセンシングと第２段階の学習は、別で行われ、無線局位置推定装置３では、第３段階の推定が行われるものである。

【0068】

［位置推定情報のデータ構造：図６］
次に、位置推定情報のデータ構造について図６を参照しながら説明する。図６は、位置推定情報のデータ構造を示す概略図である。
位置推定情報のデータ構造は、図６に示すように、無線局の識別情報と、位置推定情報と、終了コードにより構成される。
つまり、位置推定情報を入力するＧＩＳ情報表示端末４が、各無線局に対応する位置推定情報を、無線局単位で管理できるように、無線局の識別情報と位置推定情報を１つのデータにまとめた構造になっている。

【0069】

［無線局位置推定装置の処理フロー：図７］
次に、無線局位置推定装置における処理フローについて図７を参照しながら説明する。図７は、無線局位置推定装置の処理フローチャートである。
無線局位置推定装置３は、図７に示すように、ＷＲＡＮシステムの無線信号の受信処理を繰り返す（Ｓ１）。

【0070】

無線信号を受信した後（Ｙｅｓの場合）は、無線局の識別情報解析部１４が受信した下り信号内のＭＡＰ情報の解析を行い、無線局の識別情報を取得する（Ｓ２）。
無線信号を受信しなかった場合（Ｎｏの場合）、無線信号受信の判定処理Ｓ１を繰り返す。
次に、遅延プロファイル測定部１５が受信した下り信号内のプリアンブルから遅延プロファイルを測定し（Ｓ３）、位置推定計算部１６が遅延プロファイルを用いて、位置推定情報を計算する（Ｓ４）。

【0071】

そして、ネットワークインタフェース部１７が無線局の識別情報と位置推定情報をネットワークインタフェースから出力し（Ｓ５）、フローチャート先頭に戻った後は、処理Ｓ１～処理Ｓ５を繰り返す。

【0072】

このように、発明を実施するための最良の形態を実現することにより、位置推定対象とする探索エリア内の複数のＷＲＡＮ無線局の位置を推定することが可能となる。
尚、図１では、ＷＲＡＮ無線局の位置推定対象となる探索エリアに、ＷＲＡＮ基地局が含まれていないが、ＷＲＡＮ移動局だけでなく、可搬性のあるＷＲＡＮ基地局の位置推定を行うようにしてもよい。

【0073】

［本システムの拡張システム：図８］
次に、本システムを応用した拡張システムについて図８を参照しながら説明する。図８は、本システムの拡張システムの概略図である。
拡張システムは、本システムの発展形であり、図８に示すように、探索エリアが複数存在し、複数の無線局位置推定装置３と複数のＧＩＳ情報表示端末４がインターネット回線６を介して接続されている。

【0074】

具体的には、拡張システムは、無線局位置推定装置３-1～無線局位置推定装置３-3と、ＧＩＳ情報表示端末４-1～ＧＩＳ情報表示端末４-3と、位置推定情報収集・配信サーバ５とがインターネット回線等のネットワーク６によって接続される構成となっている。

【0075】

無線局位置推定装置３-1～無線局位置推定装置３-3で計算されたそれぞれの位置推定情報は、ネットワーク（インターネット回線）６を介して、一旦、位置推定情報収集・配信サーバ５に収集される。
収集された位置推定情報は、位置推定情報収集・配信サーバ５によってＧＩＳ情報表示端末４-1～ＧＩＳ情報表示端末４-3へ配信され、位置推定情報が地図情報と合わせて表示される。

【0076】

また、各ＧＩＳ情報表示端末４-1～ＧＩＳ情報表示端末４-3は、それぞれが所望する位置推定情報に関係する情報（例えば、探索エリア１～３、無線局の識別情報又は配信周期等）を位置推定情報収集・配信サーバ５に設定し、配信情報を制御することで、ネットワーク６の回線上のトラフィック負荷を抑制することが可能となる。

【0077】

この拡張システム構成例により、複数の探索エリアの広範囲に及ぶＷＲＡＮ無線局の位置を把握することが可能となり、複数拠点での位置推定情報の共有も可能となって、複数ユーザが複数の遠隔地から探索エリアの監視等を同時に行うことが可能となるものである。

【0078】

［実施の形態の効果］
本システムによれば、無線通信システムにおける無線局の位置を推定する無線局位置推定装置３が、無線通信システムにおける位置推定の対象とする無線局の探索エリア内の無線局から送信された無線信号を受信し、無線通信システムにおける下り信号から無線局の識別情報を取得すると共に遅延プロファイルを測定し、測定された遅延プロファイルを用いて無線局の位置を推定して位置推定情報を当該無線局の識別情報と共に出力するようにしているので、無線局の位置推定を容易に行うことができる効果がある。

【0079】

本システムによれば、ＧＩＳ情報表示端末４が位置推定情報を地図情報と共に表示するようにしているので、無線局の位置を視覚的に認識でき、干渉回避に向けた対策に活用できる効果がある。

【0080】

本システムの拡張システムによれば、異なる探索エリアを有する無線局位置推定装置３を複数備え、複数の無線局位置推定装置３をネットワーク６で接続し、ネットワーク６に複数の無線局位置推定装置３からの無線局の識別情報と位置推定情報を収集して配信する位置推定情報収集・配信サーバ５を備えるようにしているので、広範囲の探索エリアを遠隔地から監視できる効果がある。

【0081】

本システムの拡張システムによれば、ネットワーク６に接続する複数のＧＩＳ情報表示端末４が、サーバ５に特定の探索エリア又は特定の無線局の位置推定情報の配信を要求して表示するようにしているので、無線局の位置推定情報を複数拠点で共有でき、複数ユーザが複数の遠隔地から探索エリアの監視等を同時に行うことができる効果がある。

【産業上の利用可能性】

【0082】

本発明は、無線通信システムの１つ又は複数の無線局の遅延プロファイルを測定し、無線局の位置推定を容易に行うことができる無線局位置推定装置、無線局位置推定システム及び無線局位置推定方法に好適である。

【符号の説明】

【0083】

１…ＷＲＡＮ基地局、 ２…ＷＲＡＮ移動局、 ３…無線局位置推定装置、 ４…ＧＩＳ情報表示端末、 ５…位置推定情報収集・配信サーバ、 ６…ネットワーク、 １１…アンテナ、 １２…ＲＦ部、 １３…制御部、 １４…無線局の識別情報解析部、 １５…遅延プロファイル測定部、 １６…位置推定計算部、 １７…ネットワークインタフェース部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】