專利名稱：無線位置檢測及其服務器、基站及終端的制作方法
技術領域：
本發明涉及在利用無線LAN的無線通信系統中通過無線方式檢測終端位置的系統。
背景技術：
已經提出了在無線系統中測定終端的位置的技術。比如，提出了一種計算由設置在已知位置的基站接收從終端發送的信號的時間差，通過將接收時間差乘以光速而計算出從終端到各基站的信號的傳播距離之差來檢測終端的位置的方法(參照專利文獻1日本專利特開號公報)。

發明內容
作為IEEE 802.11a/b/g等的標準的無線LAN，由于便宜、設置容易且不需要許可等理由而得到廣泛的普及。另外，正在研究利用這些無線LAN的位置測定系統。作為利用無線LAN的位置檢測系統的示例有專利文獻1。與作為位置檢測系統普及的GPS相比，利用無線LAN的位置檢測系統的特征為由于無線頻帶與GPS相比頻帶更寬，可以得到比GPS更高的檢測精度以及在GPS的電波不能達到的室內也可以進行位置檢測。
圖2為利用無線LAN的位置檢測系統的構成的一個例子。由基站1、基站2、基站3及服務器、終端構成。基站1～3(204a～c)及服務器連接于有線網絡。終端通過無線方式與基站連接。
圖11示出現有的無線LAN位置檢測系統的流程。終端經可以連接的，通常是該終端附近的，基站204a向服務器提出本機的位置檢測請求。服務器，對轉送了上述請求的基站204a及其周圍的基站204b～204c指示對用于位置檢測的無線信道進行監視。收到上述監視指示的各基站，分別向服務器發送響應。其后，服務器經轉送上述請求的基站204a，向終端請求在上述無線信道上發送第二無線分組。此時，基站204a，就在上述無線信道上發送無線分組。另外，在圖中只示出兩個周圍基站204b～204c，但為了利用三角測量原理確定終端的位置，優選是利用大于等于三個的周圍基站。在此，確保了與終端連接的基站和以外的兩個基站共3個基站，但也可以將與終端連接的基站以外的三個基站(大于等于)作為測定接收定時的基站。在能夠用于接收定時測定的基站少于等于兩個時，必須采用某種近似來確定終端的位置。
將此作為第一無線分組，基站204a測定其發送時間。接著，該終端在該無線信道上發送第二無線分組。收到上述監視指示的基站，分別測定上述分組的接收時間。各基站，將測定各無線分組的接收定時或發送定時的結果傳送給服務器。服務器，根據設置于已知位置的基站接收從終端發送的信號的接收定時的時間差計算終端的位置。服務器，將計算的位置傳送給終端。
下面對終端的位置計算方法進行說明。首先，利用式1分別求出對于基站204a的基站204b、204c的時鐘誤差Eb 0_bi(i＝1，2)。接著，在式2所示的聯立方程式(i＝1，2)中代入求得的上述時鐘誤差，通過對終端的位置(Xm，Ym)求解而求出位置。其中，Tp1_b0、Rp2_b0是由基站204a所測定的第一無線分組的發送時間和第二無線分組的接收定時。Rp1_b1、Rp2_b1是由基站204b所測定的第一、第二無線分組的接收定時。Rp1_b2、Rp2_b2是由基站204c所測定的第一、第二無線分組的接收定時。(X0，Y0)、(X1，Y1)、(X2，Y2)分別是基站204a、基站204b、基站204c的位置。c是光速。
Eb0_bi＝Rp1_Tp1-Tp1_b0-c1{(Xi-x0)2-(Yi-X0)2-(Yi-Y0)2}1/2(式1)
{(Xm-Xi)2-(Ym-Yi)2}1/2-{(Xm-X0)2-(Ym-Y0)2}1/2＝c(Rp2_bi-Eb0_bi-Rp2_b0)(式2)一般在普及的無線LAN系統中，終端及與其連接目標基站，依照距離及傳播環境，選擇通信頻帶最高那樣的最佳的發送參數。作為發送參數有通信速率及前導符長。比如，在IEEE 802.11b的無線LAN標準中，可以選擇的通信速率為1M～11Mbps，前導符長有兩種長度。通信速率越高，并且前導符長越短，通信吞吐量越高。不過，具有可到達距離短的特征。
這樣，通信速率及前導符長等發送參數，與分組的到達范圍有密切關系，但在現有的位置檢測系統中，對發送參數沒有進行研究而選擇與終端及其附近的基站204a之間的傳輸路徑狀況相應的發送參數。因此，就產生后述的問題。
下面利用圖3說明將現有的無線LAN系統應用于具有到達范圍不同的多個通信速率的系統的場合的問題。比如，如圖3所示，設終端203在基站204a附近。此處，301a示出基站發送的最高速通信速率的無線信號的到達范圍。另外，302a示出終端發送的最高速通信速率的無線信號的到達范圍。在位置檢測中利用的基站204b和基站204c，在高速通信速率的通信的到達范圍302a和302b的圈外。
根據使用無線LAN的位置檢測系統的位置測定原理上的要求，必須有接收基站204a及終端203各信號的多個基站。然而，按照通常的通信協議，由于基站204a及終端203互相間是在最高速的通信速率的圈內，所以選擇高速通信速率。于是，由于為位置檢測用設置的基站204b及基站204c位于這些高速通信速率的通信的電波到達圈外，接收位置檢測所必需的信號失敗，不能進行位置檢測。
因此，即使是終端在基站附近，為了檢測位置，在以電波的到達范圍最窄、最高速通信速率為基準時，必須在該圈內設置多個基站。
上述說明是注目于通信速率進行說明的，但關于前導符長及發送功率的關系也一樣。就是說，從終端向附近的基站204a以最優前導符長和發送功率進行發送的信號，有時周圍的基站不能以足夠高的質量進行接收的情況。
這樣，過去存在缺乏控制位置檢測用的分組的通信速率等的發送參數的結構，在使用支持多個通信速率的無線LAN的位置檢測系統中基站的臺數很多的問題。于是，在本發明中，本發明系有鑒于上述問題而完成的發明，其目的在于減少所需要的基站的臺數，削減系統構建成本。
在圖3中，301b示出基站發送的最低速通信速率的無線信號的到達范圍。另外，302b示出終端發送的最低速通信速率的無線信號的到達范圍。在位置檢測中利用的基站204b和基站204c，在高速通信速率的通信的到達范圍302a和301a的圈外，但可以設置在最低速通信速率的無線信號的到達范圍301b及302b的到達范圍內的位置。所以，在基站204a和終端以最低速通信速率進行通信時，因為圖3的基站204b及基站204c在301b和302b的圈內，可以成功地接受信號。
本發明的特征在于，在基站發送時對信號進行識別，當是通常的用戶數據的情況下，考慮無線通信系統的到達范圍，以最優通信速率或開銷最小的短前導符長的參數進行發送。
另外，在1EEE 802.11的無線LAN中，接收單路傳播分組的站進行送回ACK分組的分組交換。此時，發送ACK分組一側接收的單路傳播分組以同樣的通信速率送回。本發明的特征在于，對測定用分組1及測定用分組2，使用與單路傳播分組和與上述單路傳播分組相對應的ACK，將單路傳播分組以低通信速率或長前導符長的參數進行發送。
根據本發明，通過使用低通信速率或長前導符長發送位置檢測用的信號，可以實現比通常的數據通信更寬的通信區域。因此，可以減少在利用了支持高速通信速率的無線LAN的位置檢測系統中必需的基站臺數及削減系統構建的成本。無線信號的距離和衰減量的關系，存在在自由空間中是和距離的平方的倒數成正比地衰減的所謂的平方法則。在室內環境中，由于反射物等周圍的環境的影響，用平方法則這樣的嚴密公式來表示是困難的，但存在從經驗得到的與距離的三次方的倒數成正比地衰減的所謂的三次方法則。
假設使用三次方法則時，在最低速率和最高速率的最低接收靈敏度之差為9分貝時，在室內環境中到達距離的比值為2。在此場合，通過利用本發明，可以將位置檢測用的基站間隔增加一倍，每單位面積的基站數目可削減到1/4。


圖1為示出本發明的實施例1的系統流程圖。
圖2為示出利用無線LAN的位置檢測系統的一個例子的圖。
圖3為說明具有多個通信速率的無線LAN位置檢測系統的基站間隔的圖。
圖4為示出本發明的圖1的基站的構成例的圖。
圖5為示出本發明的圖4的無線LAN收發單元的發送時的流程圖。
圖6為示出本發明的圖1的終端的構成例的圖。
圖7為示出本發明的實施例2的系統流程圖。
圖8為示出圖7的終端的構成例的圖。
圖9為說明發送無線LAN的ACK的流程圖。
圖10為說明在本發明中使用的測定用分組的結構圖。
圖11為示出現有的系統流程圖。
附圖標記說明201有線網絡；202服務器；203終端；204基站；301基站的電波到達范圍；302終端的電波到達范圍；400外部I/F單元；401MUX單元；402無線LAN收發單元；403高頻單元；404天線；405位置檢測控制單元；406測定用分組生成單元；407收發時間測定單元；501位置測定用分組判定單元；502數據通信用參數設定；503物理層發送處理；504位置測定用參數設定；600用戶接口；601CPU。
具體實施例方式下面根據附圖對本發明的一實施方式進行說明。整個位置檢測系統的構成，與圖2所示的現有的系統相同。在圖1中示出本發明的無線LAN位置檢測系統。終端經可以連接的，通常是該終端附近的，基站204a向服務器202提出本機的位置檢測請求。服務器202，向轉送上述請求的基站204a及其周圍的基站204b～204c指示對用于位置檢測的無線信道進行監視。收到上述監視指示的各基站，分別向服務器202返回對監視指示的響應。
其后，服務器202向轉送上述請求的基站204a請求發送測定分組1。基站204a生成測定用無線分組1。基站204a在設定位置測定用分組的參數之后，將生成的測定用無線分組1進行發送。作為位置測定用的參數的設定，優選是將到達范圍設定為較長。具體言之，在IEEE 802.11的情況下，使通信速率最低，并且將前導符長設定為較長。一般，在IEEE 802.11等的無線LAN中，發送功率是固定的，但在可以對其進行動態控制的情況下，也可以使發送功率成為最大。
在發送測定用分組1時，基站204a，測定該測定用分組的發送定時。測定用分組1，經該無線信道，到達終端及周圍的基站。接收到測定用分組1的周圍基站204b～204c，測定該測定用分組1的接收定時。
終端，在接收到測定用分組1之后，對其響應而生成測定用分組2，并且在進行發送參數設定之后，發送到無線信道。終端一側的發送參數的設定，與基站一側相同，優選是將到達范圍設定為較長。
接收到上述監視指示的基站，分別測定上述測定用分組2的接收時間，并將測定各無線分組的接收時間或發送時間的結果傳送到服務器。服務器，根據發送時間進行位置計算，并將結果傳送到終端。
關于由收發的時間差計算位置的方法的詳情，因為在本發明的本質的范疇之外，其說明省略，關于其詳情在本申請的申請人先前的申請的專利文獻1(日本專利特開號公報)中有記載。另外，至于其以外的計算方法，只要是基站或終端發送的信號由多個無線臺(用于位置測定的通信和通常的通信兩者的臺站)接收并用于位置測定的系統，也可以采用其他方法。
圖4示出本發明的基站構成一例。外部IF單元400，是處理與連接基站和服務器的外部網絡的通信接口的電路塊。MUX單元401是將來自外部IF單元的信號分配到無線LAN收發單元402或位置檢測控制單元405，或者進行相反作用的電路塊。無線LAN收發單元402，是進行無線LAN的MAC層及物理層的信號處理的電路塊。高頻單元403是變換基帶信號與高頻波的無線信號的電路塊。
從外部網絡一側向終端發送通常的用戶數據時，基站內部的數據流為從外部IF單元400、MUX單元401、無線LAN收發單元402、高頻單元403至天線404。
位置檢測控制單元405，是管理與服務器的通信及與基站內部的位置檢測相關聯的電路塊的控制的電路塊。在有來自服務器的位置測定用分組的發送請求時，位置檢測控制單元405，分別向測定用分組生成單元406指示分組的生成指示和向收發時間測定單元407指示進行發送定時測定。
測定用分組生成單元406，生成測定用的分組，并將該分組發送到無線LAN收發單元402。發送的分組，由無線LAN收發單元402進行調制，并由高頻單元403升高到無線頻率從天線404發出。收發時間測定單元407，輸入無線LAN收發單元402和高頻單元403之間的信號，測定收發定時。
各電路塊的處理，既可以利用硬件，也可以利用軟件，或兩者混合的三種方式中的任何一種來實現。
圖5說明本發明的無線LAN收發單元402的發送流程。輸入到無線LAN收發單元402的分組，在條件轉移501判定是否是位置測定用分組。在是通常的用戶數據，即不是位置測定用分組時，進行數據通信用參數設定502。在數據通信用參數設定中，相應于通信目標的終端的電波環境設定可以得到最優通信吞吐量的通信速率及前導符長。另外，在基站具有發送功率控制功能的場合，設定系統要求的發送功率。
另一方面，在位置測定用分組時，與通信吞吐量相比，無線信號的到達距離更重要。就是說，在位置測定用參數設定504中，設定使到達距離長的參數。具體言之，是以最低的通信速率和長的前導符長的參數進行發送。另外，在基站具有發送功率控制功能的場合，設定最大的發送功率。
圖6示出本發明的終端的構成例。終端的構成包括用戶接口600、CPU601、無線LAN收發單元402、高頻單元403、天線404及測定用分組生成單元406。對具有與基站構成的電路塊同樣作用的電路塊賦予相同的符號。用戶接口600與輸入裝置及輸出位置信息服務的顯示裝置等相當。
CPU601，對整個終端進行控制。在通常的數據通信時，數據的路徑為從CPU601、無線LAN收發單元402、高頻單元403至天線404。在接收到位置檢測測定分組時，CPU601指示位置檢測控制單元405生成位置測定用分組。生成的位置測定用分組，經無線LAN收發單元402、高頻單元403及天線404發送。此時，在無線LAN收發單元中，按照在圖5中說明的發送流程進行。各電路塊的處理，既可以利用硬件，也可以利用軟件，或兩者混合三種方式中的任何一種來實現。
另外，測定用分組生成單元406以軟件實現，也可以作為在CPU601上工作的軟件之一。關于無線LAN收發單元也一樣。
用作測定用分組的分組，可以使用多路傳播分組及廣播分組的信號。特別是，在測定用分組1是多路傳播分組及廣播分組的信號時，可以一起檢測對其響應而發送測定用分組2的多個終端的位置。
下面根據附圖對本發明的實施方式2進行說明。圖7示出本發明的無線LAN位置檢測系統的流程。因為服務器向基站204a發送測定用分組1為止的流程與實施例1相同，其說明省略。
基站204a生成測定用分組1。此時，基站204a生成的測定用分組，是發送到終端203地址的單路傳播分組。
基站204a，在設定位置測定用分組的參數之后，發送生成的測定用分組1。作為位置測定用的參數的設定，優選是將到達范圍設定為較長。具體言之，在IEEE 802.11的情況下，使通信速率最低，將前導符長設定為較長。一般，在IEEE 802.11等的無線LAN中，發送功率是固定的，但在可以對其進行動態控制的情況下，也可以使發送功率成為最大。
在發送測定用分組1之際，基站204a，測定該測定用分組的發送定時。測定用分組1，經該無線信道，到達終端及周圍的基站。接收到測定用分組1的周圍基站204b～204c，測定該測定用分組1的接收定時。
在802.11等無線LAN標準中，為了提供數據傳送的可靠性，作為確認響應使用ACK分組。
終端在接收到測定用分組1之后，生成對于測定用分組1的ACK分組，并且在進行了發送參數設定之后，返回到基站204a。上述ACK分組，與實施例1的測定用分組2相當。
接收到上述監視指示的基站，分別測定上述測定用分組2的接收時間。各基站將測定各無線分組的接收時間或發送時間的結果傳送到服務器。
圖8示出實施例2的終端的構成例。對于進行與圖6同樣處理的電路塊賦予相同的符號。在實施例2中，由于使用在無線LAN中具有的ACK分組作為測定用分組2，所以不需要圖6中的測定用分組生成單元。
圖9說明發送接收到單路傳播分組的站的，無線LAN收發單元的ACK的流程。物理層接收處理901，對接收到的分組進行物理層的解調。上述物理層接收處理901，將由于分組沖突而不能正常接收的分組廢棄，只將正常分組發送到上層。在可以正常接收分組時，利用條件轉移902判定上述接收分組是否是單路傳播分組。假如上述接收分組不是單路傳播分組時，流程就結束。即，此時不發送ACK。假如上述接收分組是單路傳播分組時，就由ACK分組生成903生成給上述接收分組的發送源的ACK分組。
接著，進行ACK分組的發送參數的設定904。此處，將ACK分組的通信速率設定為與接收分組的通信速率相同或更低。另外，對前導符長也進行設定以便以與接收分組相同的長度進行發送。在設定上述發送參數之后，ACK分組由物理層發送處理905進行發送。在進行遵照IEEE 802.11的終端位置檢測的情況下，由于ACK分組的流程變成上述這樣的流程，所以在上述終端一側不需要特別的電路及功能。
另外，在上述說明中說明的是單路傳播和ACK分組交換，不過也可以利用同樣的分組交換作為位置測定用分組。比如，也可以使用RTS(請求發送)和CTS(清除發送)的分組交換。
下面利用圖10對在實施例1及實施例2中使用的位置測定用的分組信號的結構進行說明。遵照IEEE 802.11的分組，由包含前導符及控制信息的頭部、地址信息、通信數據以及包含檢錯符號(幀檢驗序列)的正文部構成。前導符用于對分組進行接收的通信裝置進行同步處理，可依照傳輸路徑狀況等選擇前導符長。在本發明中，使用比和終端附近的基站進行通信所必需的前導符長更長的長前導符長。或者，設定正文部的調制方式使通信速率低于與終端附近的基站進行通信所必需的通信速率。在頭部中，包含表示正文部的調制方式的控制信息，接收裝置使用頭部的控制信息進行正文部的解調。
在上述中，是以使用分組的接收定時進行位置檢測的系統作為前提進行說明的，但也可以使用除此之外的系統，比如，也可以是使用來自終端的信號的接收功率的系統。因為在這種系統中，為了確認所接收到的信號確實是位置測定用的信號，可正確地接受分組是必要的。通信系統，也并不限定于無線LAN的IEEE 802.11，也可以是可以根據傳輸路徑的狀況控制通信路由、前導符長、發送功率等確定信號傳輸范圍的發送參數的其他通信系統。另外，即使是使通信速率變得最低，使前導符長變得最長以外的場合，只要是特意選擇符合附近的基站發送參數以外的參數，通過設定使到達范圍變長，就包含在本發明的范疇內。比如，通信速率也不一定是最低值。
如上所述，在本發明中，在應用支持多個通信路由的高速無線LAN的位置檢測系統中，可以減少需要設置的基站的臺數，減少系統構建成本。利用無線LAN的位置檢測系統，由于可以對GPS的電波不能達到的室內環境并以更高的精度進行位置檢測，可以認為適用于物流倉庫等的物品管理的用途等。
權利要求
1.一種無線位置檢測系統，是進行無線終端的位置檢測的無線位置檢測系統，其特征在于無線基站和無線終端進行位置檢測用的信號的收發，上述無線基站和上述無線終端中的至少一個利用不同的發送參數來發送上述位置檢測用的信號和除此以外的信號。
2.如權利要求1所述的無線位置檢測系統，其特征在于上述無線基站和上述無線終端中至少一個設定上述發送參數以使上述位置檢測用的信號的到達范圍寬于上述除此以外的信號的到達范圍。
3.如權利要求1所述的無線位置檢測系統，其特征在于上述無線基站和上述無線終端中至少一個將上述位置檢測用的信號以低于上述其以外的信號的通信速率進行發送。
4.如權利要求1所述的無線位置檢測系統，其特征在于上述無線基站和上述無線終端中至少一個對上述位置檢測用的信號即第1分組賦予長于上述其以外的信號即第2分組的前導符并進行發送。
5.如權利要求1所述的無線位置檢測系統，其特征在于上述無線基站和上述無線終端中至少一個將發送參數設定為使上述位置檢測用以外的信號在該無線基站和該無線終端之間的通信達到最優的通信吞吐量。
6.如權利要求1所述的無線位置檢測系統，其特征在于上述無線基站和上述無線終端，收發單路傳播分組及與其相對的ACK信號或RTS信號及與其相對的CTS信號作為上述位置檢測用的信號。
7.一種無線基站，是進行無線終端的位置檢測的無線位置檢測系統中的無線基站，其特征在于包括生成位置檢測用的信號的位置檢測信號生成單元；設定上述位置檢測用的信號及其他信號的發送參數的發送單元；以及向上述無線終端發送信號的天線，上述發送單元利用不同的發送參數來發送上述位置檢測用的信號和除此以外的信號。
8.如權利要求7所述的無線基站，其特征在于上述發送單元設定上述發送參數以使上述位置檢測用的信號的到達范圍寬于上述其以外的信號的到達范圍。
9.如權利要求7所述的無線基站，其特征在于上述發送單元將上述位置檢測用的信號以低于上述其以外的信號的通信速率進行發送。
10.如權利要求7所述的無線基站，其特征在于上述發送單元對上述位置檢測用的信號即第1分組賦予長于上述其以外的信號即第2分組的前導符并進行發送。
11.一種無線終端，是進行無線終端的位置檢測的無線位置檢測系統中的無線終端，其特征在于包括發送信號生成單元；在由上述發送信號生成單元所生成的信號之中，設定位置檢測用的信號及其他信號的發送參數的發送單元；以及向無線基站發送信號的天線，上述發送單元，利用不同的發送參數發送上述位置檢測用的信號和其以外的信號。
12.如權利要求11所述的無線終端，其特征在于上述發送單元設定上述發送參數以使上述位置檢測用的信號的到達范圍寬于上述其以外的信號的到達范圍。
13.如權利要求11所述的無線基站，其特征在于上述發送單元將上述位置檢測用的信號以低于上述其以外的信號的通信速率進行發送。
14.如權利要求11所述的無線基站，其特征在于上述發送單元對上述位置檢測用的信號即第1分組賦予長于上述其以外的信號即第2分組的前導符并進行發送。
全文摘要
本發明提供無線位置檢測及其服務器、基站及終端。在利用支持多個通信速率的無線LAN的位置檢測系統中，可以減少所需要的基站的臺數，削減系統構建成本。其解決方法為在無線站中判定發送時的發送信號，在是通常的用戶數據時，將發送參數設定為可以得到無線通信的高通信吞吐量的最優發送參數來發送上述信號，而在是位置檢測用信號時，則將發送參數設定為到達距離最長的發送參數來發送上述信號。作為到達距離最長的發送參數，使用低通信速率和長前導符長。
文檔編號G01S5/10GK1773308SQ20051011942
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月11日 優先權日2004年11月12日
發明者雅樂隆基, 荻野敦, 山崎良太, 瀧川久美子 申請人:株式會社日立制作所