方向推定システム、方向推定方法及び方向推定プログラム
【課題】 高い精度でセルラ基地局等の電波の発信源からの移動通信端末の方向を推定する。
【解決手段】 移動通信端末１０は、電波の発信源であるセルラ基地局２０からの自端末１０の方向を推定する機能を有する。移動通信端末１０は、セルラ基地局２０からの方向と当該方向における自端末１０の電波の受信状態との、電波の指向性に基づく関係を示す情報を記憶した記憶部１２と、自端末１０の電波の受信状態を示す情報を取得する受信情報取得部１３と、受信情報取得部１３によって取得された電波の受信状態を示す情報から、記憶部１２に記憶された上記の関係を示す情報に基づいて方向を推定する方向推定部１４と、を備える。
【解決手段】 移動通信端末１０は、電波の発信源であるセルラ基地局２０からの自端末１０の方向を推定する機能を有する。移動通信端末１０は、セルラ基地局２０からの方向と当該方向における自端末１０の電波の受信状態との、電波の指向性に基づく関係を示す情報を記憶した記憶部１２と、自端末１０の電波の受信状態を示す情報を取得する受信情報取得部１３と、受信情報取得部１３によって取得された電波の受信状態を示す情報から、記憶部１２に記憶された上記の関係を示す情報に基づいて方向を推定する方向推定部１４と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波の発信源からの移動通信端末の方向を推定する方向推定システム、方向推定方法及び方向推定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、セルラシステム（移動通信システム）においてセルラ基地局と移動通信端末（セルラ端末）との間で送受信される電波を用いて、当該端末の位置を推定する、いわゆるセルラ測位が行われている。セルラ測位では、端末の電波の受信環境によって１つのセルでしか電波が受信できない場合がある。この場合、セルラ基地局から端末までの距離及び方向を、当該端末によって受信された電波から推定して、当該端末の位置を推定する方法がある。この方法では測位精度は、セルラ基地局からの端末の方向の推定精度に左右される。
【０００３】
ＲＴＴ１局測位は、ＲＴＴ（Round Trip Time）の測定によって得られたセルラ基地局と端末との間の距離、及びセクタを特定するセクタＩＤを利用する方法である。図１９（ａ）に示すように、セルラ基地局と端末との間の距離を半径とした円弧とセクタＩＤから割り出したセクタ方向（通常はアンテナ指向方向やセクタ中心方向）との交点を端末の推定位置とする方式である。この方式では、１つのセクタで１通りの方向推定しかできないため、端末がセクタ方向から離れた場所にいる場合、方向推定精度が悪くなり測位精度も劣化する。
【０００４】
改良ＲＴＴ１局測位は、従来のＲＴＴ１局測位法では端末の正確な方向を推定できない問題に対して提案された方法である。この方法では、移動通信端末における受信品質を向上させるために端末が同時に複数のセクタから電波を受信するＤＨＯ（Diversity Hand Over）を用いて方向推定精度を向上させる。この場合、同時に受信可能な最大電波数をＤＨＯブランチ数と呼ぶ。図１９（ｂ）に示すように、隣接セクタからの電波を同時に受信した場合、２セクタの中間方向を端末の推定方向とすることで、１つのセクタにおいて３通りの方向推定が可能になり、測位精度が向上する。なお、上記の内容は非特許文献１に記載されている。
【非特許文献１】J.Borkowski, et al., “Performance of Cell ID+RTT Hybrid PositioningMethod for UMTS Radio Networks,” Proc. 5th European Wireless Conf.,p.p.487-492, Feb. 2004.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、複数回の測定結果を用いて、更にＲＴＴ測位の測位精度を向上させる提案もなされている。ＲＴＴの測位を複数回実施することによって、即ち、複数回セクタから電波を受信することによって、複数のセクタＩＤが得られる。各セクタの観測回数比を各セクタとの角度比とすることで、端末の方向推定精度を向上させることが可能になる（複数回測定ＲＴＴ測位法）。例えば、図３に示すように、複数回測定ＲＴＴ測位法では、ＲＴＴを複数回測定した結果、セクタ１とセクタ２の観測回数の比がｎとすると、端末がセクタ１の中心方向となす角度θ１と端末がセクタ２の中心方向となす角度θ２との比を１／ｎとして、端末方向を推定することが可能になる。
【０００６】
上述した複数回測定ＲＴＴ測位法は、ＲＴＴ１局測位法等と比較すると端末方向の推定精度は向上しているものの、セクタからの電波の測定された回数の単なる比から角度の比を求めているだけであるので高い方向推定精度が得られていなかった。
【０００７】
本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、高い精度でセルラ基地局等の電波の発信源からの移動通信端末の方向を推定することができる方向推定システム、方向推定方法及び方向推定プログラム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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る方向推定システムは、電波の発信源からの移動通信端末の方向を推定する方向推定システムであって、発信源からの方向と当該方向における移動通信端末の電波の受信状態との、電波の指向性に基づく関係を示す情報を記憶した記憶部と、移動通信端末の電波の受信状態を示す情報を取得する受信情報取得手段と、受信情報取得手段によって取得された電波の受信状態を示す情報から、記憶部に記憶された上記の関係を示す情報に基づいて、方向を推定する方向推定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る方向推定システムでは、電波の発信源と移動通信端末の電波の受信状態との電波の指向性に基づく関係に基づいて、移動通信端末の方向が推定される。これにより、本発明に係る方向推定システムによれば、高い精度で移動通信端末の方向を推定することができる。
【００１０】
受信情報取得手段は、移動通信端末の複数回にわたる電波の受信状態を示す情報を取得して、方向推定手段は、受信情報取得手段によって取得された複数回にわたる電波の受信状態から方向を推定する、ことが望ましい。この構成のように、複数回の電波の受信状態を示す情報から方向を推定することとすれば、より精度の高い方向の推定が可能になる。
【００１１】
発信源は、２つの発信方向に電波を発信しており、記憶部は、２つの発信方向の電波に応じた関係を記憶しており、受信情報取得手段は、移動通信端末の、２つの発信方向の電波毎の受信状態を示す情報を取得して、方向推定手段は、受信情報取得手段によって取得された２つの発信方向の電波毎の受信状態を示す情報から方向を推定する、ことが望ましい。この構成によれば、２つの発信方向の電波から方向の推定を行うので、更に精度の高い方向の推定が可能になる。
【００１２】
記憶部は、２つの発信方向に対する角度と２つの発信方向の電波の受信強度の比との関係を示す情報を、電波の指向性に基づく関係を示す情報として記憶しており、受信情報取得手段は、移動通信端末の、２つの発信方向の電波の受信強度の比を示す情報を取得して、方向推定手段は、受信情報取得手段によって取得された２つの発信方向の電波の受信強度の比を示す情報から、記憶部に記憶された関係を示す情報に基づいて方向を推定する、ことが望ましい。この構成によれば、２つの発信方向の電波から方向の推定を適切に行うことができる。
【００１３】
受信情報取得手段は、移動通信端末の、２つの発信方向の電波のそれぞれの受信回数を示す情報を取得して、当該受信回数から受信強度の比を算出することが望ましい。この構成によれば、容易に受信強度の比を示す情報を取得することができ、その結果、容易に方向の推定を行うことができる。
【００１４】
方向推定システムは、受信情報取得手段によって取得された電波の受信状態を示す情報から、記憶部に記憶された２つの発信方向に対する角度と２つの発信方向の電波の受信強度の比との関係を示す情報に基づいて、方向推定手段によって推定される方向の精度を推定する精度推定手段を更に備えることが望ましい。この構成によれば、推定される方向の精度も得られることから、推定される方向の適切な利用に供することができる。
【００１５】
発信源は、３つ以上の発信方向に電波を発信しており、受信情報取得手段は、移動通信端末の、３つ以上の発信方向に電波毎の受信状態を示す情報を取得して、当該受信状態に基づいて方向の推定に用いる２つの発信方向の電波を特定する、ことが望ましい。この構成によれば、移動通信端末において所定の発信源からの３つ以上の発信方向の電波を受信できる場合であっても、適切に方向の推定を行うことができる。
【００１６】
ところで、本発明は、上記のように方向推定システムの発明として記述できる他に、以下のように方向推定方法及び方向推定プログラムの発明としても記述することができる。これはカテゴリ等が異なるだけで、実質的に同一の発明であり、同様の作用及び効果を奏する。
【００１７】
即ち、本発明に係る方向推定方法は、電波の発信源からの移動通信端末の方向を推定する、発信源からの方向と当該方向における移動通信端末の電波の受信状態との、電波の指向性に基づく関係を示す情報を記憶した記憶部を備える方向推定システムによる方向推定方法であって、移動通信端末の電波の受信状態を示す情報を取得する受信情報取得ステップと、受信情報取得ステップにおいて取得された電波の受信状態を示す情報から、記憶部に記憶された上記の関係を示す情報に基づいて、方向を推定する方向推定ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１８】
受信情報取得ステップにおいて、移動通信端末の複数回にわたる電波の受信状態を示す情報を取得して、方向推定ステップにおいて、受信情報取得ステップにおいて取得された複数回にわたる電波の受信状態から方向を推定する、ことが望ましい。
【００１９】
発信源は、２つの発信方向に電波を発信しており、記憶部は、２つの発信方向の電波に応じた関係を記憶しており、受信情報取得ステップにおいて、移動通信端末の、２つの発信方向の電波毎の受信状態を示す情報を取得して、方向推定ステップにおいて、受信情報取得ステップにおいて取得された２つの発信方向の電波毎の受信状態を示す情報から方向を推定する、ことが望ましい。
【００２０】
記憶部は、２つの発信方向に対する角度と２つの発信方向の電波の受信強度の比との関係を示す情報を、電波の指向性に基づく関係を示す情報として記憶しており、受信情報取得ステップにおいて、移動通信端末の、２つの発信方向の電波の受信強度の比を示す情報を取得して、方向推定ステップにおいて、受信情報取得ステップにおいて取得された２つの発信方向の電波の受信強度の比を示す情報から、記憶部に記憶された関係を示す情報に基づいて方向を推定する、ことが望ましい。
【００２１】
受信情報取得ステップにおいて、移動通信端末の、２つの発信方向の電波のそれぞれの受信回数を示す情報を取得して、当該受信回数から受信強度の比を算出することが望ましい。
【００２２】
方向推定方法は、受信情報取得ステップにおいて取得された電波の受信状態を示す情報から、記憶部に記憶された２つの発信方向に対する角度と２つの発信方向の電波の受信強度の比との関係を示す情報に基づいて、方向推定ステップにおいて推定される方向の精度を推定する精度推定ステップを更に含むことが望ましい。
【００２３】
発信源は、３つ以上の発信方向に電波を発信しており、受信情報取得ステップにおいて、移動通信端末の、３つ以上の発信方向に電波毎の受信状態を示す情報を取得して、当該受信状態に基づいて方向の推定に用いる２つの発信方向の電波を特定する、ことが望ましい。
【００２４】
また、本発明に係る方向推定プログラムは、コンピュータに、電波の発信源からの移動通信端末の方向を推定させる方向推定プログラムであって、発信源からの方向と当該方向における移動通信端末の電波の受信状態との、電波の指向性に基づく関係を示す情報を記憶した記憶機能と、移動通信端末の電波の受信状態を示す情報を取得する受信情報取得機能と、受信情報取得機能によって取得された電波の受信状態を示す情報から、記憶機能によって記憶された上記の関係を示す情報に基づいて、方向を推定する方向推定機能と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、電波の発信源と移動通信端末の電波の受信状態との電波の指向性に基づく関係に基づいて、移動通信端末の方向が推定されるので、高い精度で移動通信端末の方向を推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面とともに本発明に係る方向推定システム及び方向推定方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同
一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２７】
図１に本実施形態に係る方向推定システムである移動通信端末（セルラ端末）１０を示す。移動通信端末１０は、移動体通信網に接続して移動体通信を行うことができる。移動通信端末１０は、移動体通信網に含まれる複数のセルラ基地局２０のいずれかと無線通信を行うことによって移動体通信を行う。移動通信端末１０は、セルラ基地局２０からの自端末１０の方向（セルラ基地局２０に対する方位角）を推定する機能を有している。方向の推定は、セルラ基地局２０から発信される電波を利用して行われる。上記の方向の推定は、例えば、移動通信端末１０が自端末１０の位置を推定する（測位）ために行われる。
【００２８】
セルラ基地局２０は、移動体通信網における構成要素であると共に、移動通信端末１０による方向の推定を行うための電波を発信する電波の発信源である。セルラ基地局２０は、予め位置が決められて設置されている。また、セルラ基地局２０にはセルＩＤや基地局の位置情報等、セルラ基地局２０を一意に特定するための情報が設定されており、移動通信端末１０は当該情報に基づいてセルラ基地局２０を特定することができる。また、セルラ基地局２０は、セクタ化されており、電波を送信する方向毎に複数のセクタが設定されている。即ち、セルラ基地局２０は、複数の互いに異なる発信方向に電波を発信している。セクタは、例えば、１つのセルラ基地局２０に対して６つ設定される。この場合、１つのセクタのセルラ基地局２０からの角度は６０°となる。
【００２９】
移動通信端末１０が通信を行うために受信するパイロット信号には、セクタＩＤ等、セクタを特定する情報が含まれており、移動通信端末１０が通信する際にはセクタも特定される。方向の推定に用いられる電波としては、具体的には、セルラ基地局２０から定期的に送信されているパイロット信号（報知信号）や測位用の信号等が用いられる。測位用の信号が方向の推定に用いられる場合は、セルラ基地局２０は、移動通信端末１０又は移動体通信網内の装置等から制御を受けて、測位用の信号を一定間隔（例えば、１秒毎）に全てのセクタから発信する。
【００３０】
移動通信端末１０は、ＤＨＯ機能を有している場合（即ち、ＤＨＯブランチ数が複数である）、同時に複数のセルラ基地局２０及びセクタの電波を受信することができる。
【００３１】
ここで、本発明に係る方向の推定の原理（本実施形態に係る移動通信端末１０における方向の推定の概要）について説明する。図２に、セルラ基地局２０からの方向と当該方向に応じた移動通信端末１０におけるアンテナ利得との関係（アンテナパターン）のグラフを示す。このように、セルラ基地局２０の各セクタにおいて電波を送信するために用いられるセクタアンテナとしては、セクタの中心方向が移動通信端末１０におけるアンテナ利得がより高くなるような指向性を有する指向性アンテナが用いられる。上記のようなアンテナパターンは基地局設計等にも用いられる既知のパラメータである。
【００３２】
図３に示すように、２つの隣接したセクタの電波を受信できる位置に移動通信端末１０が位置していたものとする。その場合、図４のグラフに示すように、移動通信端末１０の（セクタ基地局２０からの）方向と各セクタのアンテナパターンとによって、アンテナ利得が一意に決まる。つまり、アンテナパターンが分かれば、各セクタのアンテナ利得の比から、移動通信端末１０の方向を推定することが可能になる。
【００３３】
また、移動通信端末１０の受信電力は、（セルラ基地局２０からの）送信電力、伝搬路損失及びアンテナ利得で決まる。隣接する２つのセクタは同一セルにあるため、伝搬路のシャドウウイングの相関が高く、伝搬路の瞬時変動特性もほとんど同じであるため、伝搬損失はほとんど同じと考えられる。そのため、移動通信端末１０が受信した各セクタの信号の平均受信電力の比とアンテナ利得の比は同じと考えられる。
【００３４】
つまり、ＰＴを平均送信電力、Ｇをアンテナ利得、Ｈを平均伝搬損失、ＰＲを平均受信電力とすると、以下の式が成り立つ。
【数１】
そして、隣接する２つのセクタにおいて、同一端末に対する送信電力が同じであると仮定すると、ＰＴ１＝ＰＴ２となる。また、伝搬損出も同じと考えられるのでＨ１＝Ｈ２となる。つまり、
【数２】
が成り立つ。なお、ここで、ＰＴ１、Ｇ１、Ｈ１、ＰＲ１は、それぞれ、隣接する２つのセクタの一方のセクタの平均送信電力、アンテナ利得、平均伝搬損失、平均受信電力である。また、ＰＴ２、Ｇ２、Ｈ２、ＰＲ２は、それぞれ、隣接する２つのセクタの他方のセクタの平均送信電力、アンテナ利得、平均伝搬損失、平均受信電力である。従って、移動通信端末１０における、２つのセクタ間の平均受信電力比が求まれば、図４に示す、セルラ基地局２０からの移動通信端末１０の方向とセルラ基地局の隣接する２つのセクタからの電波の移動通信端末１０におけるアンテナ利得との関係を利用して、移動通信端末１０の方向の推定が可能になる。
【００３５】
上記の平均受信電力比を求めるためには、通常、セルラ基地局２０における各セクタの平均受信電力を測定する必要がある。本発明においては、容易に測定を行うために、この平均受信電力を測定せずに、複数の電波の受信状態を利用して２つのセクタ間の平均受信電力比を推定することが望ましい。ＤＨＯ機能を有する端末であれば、ＤＨＯ情報により得られる各セクタのセクタＩＤを利用してもよい。
【００３６】
無線信号は、伝搬路上にある障害物によって、電波が反射、散乱、回折を受け、図５のグラフに示す信号の変動イメージのように、信号電力は時間軸上で確率的に変動する（フェージング）。なお、図５のグラフは、横軸が時間軸であり、縦軸が信号電力であり、平均信号電力がそれぞれ異なる２つの信号（電波）ａ，ｂを示したものである（平均信号電力は、図５のグラフ中の直線で示されている）。２つのセクタからの信号を受信し、電力が大きい信号を受信信号として選択する場合を考える。信号がフェージングを受けた場合、それぞれの受信確率（選択確率）は、フェージングの性質とそれぞれの平均信号電力によって決まる。その性質によって、信号の受信確率が求まれば、フェージングの性質から、その平均電力比を推定することが可能になる。
【００３７】
平均電力σ２の信号がフェージングを受けた場合に、信号振幅がｖとなる確率密度関数ｐ（ｖ）は以下の式となる。
【数３】
ここで、ｄは直接波の振幅、Ｉ０は第１種０次ベッセル関数、ｄ２／２σ２はフェージングのライス係数Ｋである。そして、その包絡線の確率分布関数Ｐ（Ｖ）は以下の式となる。
【数４】
ここで、Ｖは信号振幅、Ｄは直接波の振幅、Ｉｋ（ｋ＝０〜∞）は第１種ｋ次ベッセル関数、Γ（ｘ）はガンマ関数である。
【００３８】
平均電力がそれぞれσ２とｒσ２である信号ａ，ｂが存在して（ｒは信号ａの信号ｂに対する平均電力比である）それぞれ同じ性質のフェージングを独立に受けた場合、信号ｂの振幅が信号ａより大きくなる確率分布関数は以下の式となる。
【数５】
ここで、Ｐａ（Ｖ），Ｐｂ（Ｖ）は、それぞれ信号ａ，ｂの確率分布関数Ｐ（Ｖ）である。
【００３９】
上記の確率分布関数は、信号ａ，ｂの平均電力比ｒとライス係数の関数とみなすことが可能である。つまり、信号ａが受信される確率（信号ａの受信電力が信号ｂの受信電力よりも上回って信号ａが選択される確率）は、２つの信号の平均電力比およびフェージングの性質から決められる。そして、上記関数の逆関数を求めれば、信号ａの受信確率とフェージングの性質から信号の平均電力比を求めることが可能になる。
【００４０】
また、逆関数を求めることが困難な場合は、計算機シミュレーションを用いて平均電力比と受信確率の関係を求めてもよい。図６のグラフに、計算機シミュレーションで求められた、信号ａの受信確率（ａ＞ｂの確率）と、フェージングの性質（ライス係数）、及び信号ａ，ｂの平均電力比の関係を示す。信号ａの受信確率から、ａとｂの平均受信電力比（信号ａの平均受信電力の信号ｂの平均受信電力に対する比）を推定することが可能になる。推定された平均受信電力比から、図４のグラフに示した方向と２つのセクタのアンテナ利得との関係に基づいて、移動通信端末１０の方向を推定することができる。なお、後述する説明では、受信確率が大きい信号ａに係るセクタをメインセクタと呼び、受信確率が小さい信号ｂに係るセクタをサブセクタと呼ぶ。以上が、本発明に係る方向の推定の原理である。
【００４１】
引き続いて、上記の原理に基づいて自端末１０の方向を推定する移動通信端末１０の機能について説明する。図１に示すように、移動通信端末１０は、通信部１１と、記憶部１２と、受信情報取得部１３と、方向推定部１４と、精度推定部１５とを備えて構成される。なお、移動通信端末１０は上記の構成以外にも、移動通信端末１０が一般的に備えている構成要素も備えている（図示せず）。
【００４２】
通信部１１は、移動体通信を行う手段である。移動体通信を行う機能の一つとして、通信部１１は、セルラ基地局２０との間で電波を送受信して無線通信を行う。通信部１１は、当該機能を用いて、方向を推定するための電波の受信を行う。当該電波の受信は、例えば一定間隔等で複数回行われることが望ましい。当該電波の受信が複数回行われる場合、その間隔はフェージングの変動周期以上の間隔で実施されることが望ましい。当該電波の受信が行われる回数及び受信間隔（測定間隔）は、チューニングパラメータとして予め設定されており、通信部１１に記憶されている。
【００４３】
移動通信端末１０は、上述したようにセル及びセクタの電波を受信することができる。通信部１１は、受信された複数の電波のうち、受信電力が最も高かった電波を、方向の推定のために受信された電波（観測された電波）として扱う。通信部１１は、あるいは、受信された複数の電波全て（あるいは一定以上の受信電力であった電波全て）を、方向の推定のために受信された電波（観測された電波）として扱うこととしてもよい。通信部１１は、受信された電波（観測された電波）の情報を、セルラ基地局２０からの電波の受信状態を示す情報として受信情報取得部１３に出力する。受信情報取得部１３に出力する情報としては、電波が発信されたセルラ基地局２０のセルＩＤ、及びセクタのセクタＩＤである。
【００４４】
記憶部１２は、セルラ基地局２０からの方向と当該方向における移動通信端末１０の電波の受信状態との、電波の指向性に基づく関係を示す情報を記憶した手段である。電波の指向性は、具体的には上述したアンテナパターンに相当する。上記の関係を示す情報は、上述した原理に基づいて移動通信端末１０の方向を推定するために用いられる情報である。記憶部１２は、上述した原理に応じた、２つの発信方向（２つのセクタ）の電波に応じた上記関係を記憶している。具体的には、まず、記憶部１２は、図６のグラフに示すような、２つのセクタの電波の移動通信端末１０における受信確率と、２つのセクタの電波の平均（受信）電力比との関係を示す情報を保持している。この情報は、上述した受信確率から上記の平均電力比を算出するための情報である。なお、この情報は、上述したように例えば、計算機シミュレーションによって得ることができる。また、上記の関係を示す情報は、フェージングの性質に応じたものであり、フェージングの性質を示すライス係数Ｋ毎に記憶される。
【００４５】
記憶部１２は、また、図７のグラフに示すような、２つの隣接するセクタの電波のアンテナの利得比と、アンテナ方向（セクタの中心方向）からの（移動通信端末１０が位置する）角度との関係を示す情報を保持している。図７のグラフは、一方のセクタ（電波ａに係るセクタ）の中心から隣接するセクタ（電波ｂに係るセクタ）方向への角度を示したものである。図７のグラフは中心角が６０°のセクタに対応するグラフである。この関係は、図４のグラフに示すような、それぞれのセクタにおけるアンテナパターンから算出することができる。この情報は、上述した平均電力比から自端末１０の方向を算出するための情報である。
【００４６】
受信情報取得部１３は、自端末１０の電波の受信状態を示す情報を取得する受信情報取得手段である。受信情報取得部１３は、上述したように、通信部１１によって受信（観測）された電波に係るセルラ基地局２０のセルＩＤ、及びセクタのセクタＩＤを、上記の受信状態を示す情報として通信部１１から入力する。通信部１１が複数回の電波の受信を行う場合は、受信情報取得部１３は、自端末１０の複数回にわたる電波の受信状態を示す情報を取得する。
【００４７】
受信情報取得部１３は、通信部１１から入力された情報に基づいて、図８（ａ）に示すようなセクタＩＤ毎の電波の受信回数（観測回数）の情報を生成する。受信情報取得部１３は、通信部１１から入力された情報から、特定のセルラ基地局２０の隣接する２つのセクタの電波毎の情報を選択することによって、図８（ａ）に示す情報を生成する。上記の特定のセルラ基地局２０は、自端末１０の方向の推定の基点となるセルラ基地局２０である。通信部１１から入力された情報に複数のセルラ基地局２０からの信号に係る情報が含まれていた場合は、例えば、情報の数が最も多いセルラ基地局２０の情報を選択する。
【００４８】
また、３つ以上のセクタの信号に係る情報が含まれていた場合、受信情報取得部１３は、方向の推定に用いる２つのセクタの電波を受信状態に基づいて特定する。具体的には例えば、受信情報取得部１３は、観測回数が最多のセクタをメインセクタとして、その両隣のセクタから、観測回数が多い方をサブセクタとする。また、受信された電波からＲＴＴを測定して、測定されたＲＴＴ値が最も小さいセクタをメインセクタとして、その両隣のセクタから、ＲＴＴ値が小さい方をサブセクタとしてもよい。また、測定されたＲＴＴ値が最も小さいセクタをメインセクタとして、その両隣のセクタから、観測回数が多い方をサブセクタとしてもよい。観測回数が最多のセクタをメインセクタとして、その両隣のセクタから、ＲＴＴ値が小さい方をサブセクタとしてもよい。なお、受信情報取得部１３は予めセクタの隣接関係を示す情報を記憶しており、その情報に基づいて、方向の推定に用いる電波に係るセクタの上記の選択を行う。また、上記のようにＲＴＴを用いたセクタの特定を行う場合は、移動通信端末１０（の通信部１１及び受信情報取得部１３）は、ＲＴＴを測定する機能を有している。
【００４９】
受信情報取得部１３は、生成した図８（ａ）に示すようなセクタＩＤ毎の電波の受信回数（観測回数）の情報から、図８（ｂ）に示すセクタＩＤ毎の電波の観測確率（受信確率）を算出する。観測確率は、セクタＩＤ毎の電波の観測回数を、セクタＩＤ毎の電波の観測回数の和で除算することによって行われる。
【００５０】
受信情報取得部１３は、算出した観測確率から、自端末１０の２つのセクタの電波の受信強度の比を算出する。受信強度の比は、２つのセクタの電波の、上述した平均（受信）電力比である。受信情報取得部１３は、記憶部１２に記憶された、図６のグラフに示した２つのセクタの電波の移動通信端末１０における受信確率と２つのセクタの電波の平均（受信）電力比との関係を示す情報を参照して、平均電力比を算出する。ここで、受信情報取得部１３は、観測確率の大きいセクタを自端末１０のメインセクタとする。即ち、受信情報取得部１３は、観測確率が高い方のセクタの電波を図６のグラフにおける電波ａとして（観測確率が低い方のセクタの電波を図６のグラフにおける電波ｂとして）、平均電力比を算出する。図８（ｂ）の例では、セクタＩＤが“４”のセクタをメインセクタとして方向推定が行われる。
【００５１】
上記の平均電力比を算出の際には、受信情報取得部１３は、ライス係数を設定して、ライス係数に応じた関係を用いる。設定されるライス係数は、例えば、移動体通信網に応じて予めユーザ等によって入力されていてもよい。例えば、ライス係数が０（レイリーフェージング）に設定される場合は、図８（ｂ）の例では、セクタＩＤ“４”のセクタとセクタＩＤ“３”のセクタの信号平均電力比は、約５．５ｄＢとなる。また、上述した平均受信電力比とアンテナ利得の比は同じとの考え方により、セクタＩＤ“４”のセクタとセクタＩＤ“３”のセクタの信号平均電力比も、５．５ｄＢとなる。
【００５２】
上記のライス係数の設定は、セルラ基地局２０（セル）毎に事前にチューニングした固有の値を用いてもよい。その場合、受信情報取得部１３は、セルラ基地局２０に係るセルＩＤとライス係数との対応関係を示す情報を予め記憶している。受信情報取得部１３は、通信部１１に受信された信号に含まれるセルＩＤから、上記の対応関係を示す情報に基づいてライス係数を設定する。
【００５３】
また、ライス係数の設定は、市街でＡ、近郊でＢ、郊外でＣといった伝搬環境ごとに設定することとしてもよい。その場合、例えば、伝搬環境とライス係数との対応関係を示す情報を予め記憶している。また、受信情報取得部１３は、セルＩＤと伝搬環境との対応関係を示す情報を予め記憶しており、通信部１１に受信された信号に含まれるセルＩＤから、上記の対応関係を示す情報に基づいて伝搬環境及びライス係数を設定する。また、ライス係数は、全てのセルラ基地局２０（セル）において統一した値を用いてもよい。それ以外の方法を用いてもよい。
【００５４】
受信情報取得部１３は、算出した平均電力比の情報を方向推定部１４に出力する。なお、平均電力比の算出は、図６のグラフの関係を必ずしも用いる必要はなく、上述したような式を予め受信情報取得部１３に記憶させておき、当該式により数学的（演繹的）に導出することとしてもよい。
【００５５】
また、受信情報取得部１３が平均電力比の算出に用いる関係は、図６に示したような計算機シミュレーションによって求められたものでなくてもよく、例えば、図９に示したような線形近似したものを用いてもよい（その場合、記憶部１２には線形近似した関係が記憶されている）。この場合、推定方向の算出が容易になるが、方向推定の精度が劣化する場合がある。ここで、線形近似に用いる関数はチューニングによって最大値（受信確率が１００％になるときの平均電力比）を特定してそれに基づいて算出してもよい。この関数は、受信確率が５０％のときに平均電力比が１となるような関数である。チューニング方法としては、例えば、複数の最大値を用いて算出した関数（受信確率と平均電力比との関係）を用意して、方向推定精度が最もよいものとする。
【００５６】
方向推定部１４は、受信情報取得部１３から入力された情報から、記憶部１２に記憶された情報に基づいて、自端末１０の方向を推定する方向推定手段である。具体的には、受信情報取得部１３から入力された平均電力比の情報から、自端末１０の方向を算出する。方向推定部１４は、記憶部１２に記憶された、図７に示した２つの隣接するセクタの電波のアンテナの利得比とアンテナ方向からの移動通信端末１０が位置する角度との関係を参照して、自端末１０の方向を算出する。ここで算出する自端末１０の方向は、受信情報取得部１３においてメインセクタとされたセクタの中心から、もう一方のセクタ方向への角度である。
【００５７】
図８に示す例（セクタＩＤ“４”のセクタとセクタＩＤ“３”のセクタの信号平均電力比が５．５ｄＢの場合）では、図７に示すように利得比が５．５ｄＢに対応する角度は約１８°の方向に相当することから、方向推定部１４は、自端末１０がセクタＩＤ“４”のセクタの中心方向からセクタＩＤ“３”のセクタよりに１８°の方向にいると算出する。方向推定部１４は、算出した方向を示す情報を、推定結果の情報として出力する。この出力は、例えば、移動通信端末１０が更に備える自端末１０の位置を推定する手段に対して行われてもよいし、また、ユーザに参照できるように自端末１０のディスプレイ等に表示することによって行われてもよい。
【００５８】
なお、図７のグラフは中心角が６０°のセクタに対応するグラフであるが、セクタの角度毎に異なる情報が用いられてもよい。セクタの角度がセルラ基地局２０毎に異なる場合は、方向推定部１４は、例えば、セルＩＤから角度を特定できるようにし、セクタの角度に応じた、アンテナの利得比とアンテナ方向からの移動通信端末１０が位置する角度との関係を用いる。
【００５９】
また、方向推定部１４が方向の算出に用いる関係は、図７に示したような２つのセクタのアンテナパターンから求められたものでなくてもよく、例えば、図１０に示したような線形近似したものを用いてもよい（その場合、記憶部１２には線形近似した関係が記憶されている）。この場合、推定方向の算出が容易になるが、方向推定の精度が劣化する場合がある。ここで、線形近似に用いる関数は、アンテナのフロント−バック比を最大値（アンテナ方向からの角度が０の場合のアンテナの利得比）として、直線の関数を用いてもよい。この関数は、アンテナの角度が２つのセクタ方向の中心方向（図１０に示す場合は３０°）のときにアンテナの利得比が１となるような関数である。また、線形近似に用いる関数はチューニングで最大値を割り出してもよい。チューニング方法として、例えば、複数の最大値を用いて算出した関数（アンテナ方向からの角度とアンテナの利得比との関係）を用意して、方向推定精度が最もよいものとする。
【００６０】
また、上記では２つのセクタは隣接したセルとしていたが、通信部１１から入力された情報に隣接したセクタに係る情報が存在しない場合、間隔が最小の２つのセクタを用いて上述した方法によって方向推定してもよい。この場合、記憶部１２に記憶された、図７のグラフに示す、２つの隣接するセクタの電波のアンテナの利得比と、アンテナ方向からの（移動通信端末１０が位置する）角度との関係を示す情報は、上記の２つのセクタの間隔を考慮したものが用いられる（予め、当該関係は算出して記憶部１２に記憶させておく）。また、この場合、方向推定の精度が劣化する場合がある。
【００６１】
精度推定部１５は、受信情報取得部１３によって取得された自端末１０における電波の受信状態を示す情報から、方向推定部１４によって推定される自端末１０の方向の精度を推定する精度推定手段である。上述した方向の推定では、電波の測定回数（観測回数）及びＤＨＯブランチ数が方向推定の精度に影響を及ぼす。例として、（２つのセクタの電波の）測定回数を１０回、ＤＨＯブランチ数を１とすると、観測確率の分解能は１０％になる。上記では、観測確率が高いセクタをメインセクタとして移動通信端末１０の方向推定を行うので、メインセクタにおける観測確率は５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％の６パターンになる。図６に示すライス係数が０の場合（レイリーフェージング）のグラフの関係を用いると、１００％の場合を除いて、その観測確率から推定される信号平均電力比は図１１のグラフの丸で示した箇所に示すように、約１，３，５，７，９倍の５パターンになる。また、図７に示すアンテナの利得比とアンテナ方向からの角度との関係を用いると、これらの信号平均電力比から推定される方向は、図１２のグラフの丸で示した箇所に示すように、約３０°，２２°，１７°，１４°，１２°の５パターンになる。
【００６２】
そして、観測確率が１００％の場合、推定方向はセクタの中心方向となるため、０°〜観測確率が９０％の場合の推定方向１２°の間に移動通信端末１０が位置していた場合、その分の誤差が生じる。つまり、本実施形態に係る方向推定は、図１３に示すようにセクタの中心方向から±θｍａｘまでの角度範囲が低精度領域、±θｍａｘからセクタの端までの角度範囲が高精度領域となるという特徴を有する。ここで図１３において、αはセクタの中心方向からセクタの端までの角度を、θｍａｘは、観測確率が１００％の次に大きくなる（上記では９０％に相当）場合の推定方向のセクタの中心方向から角度をそれぞれ示している。即ち、セクタの中心方向から±θｍａｘまでの角度範囲に移動通信端末１０が位置していたとしても、低い精度でしか方向の推定ができないことを示している。精度推定部１５は、この特徴を利用して推定方向に含まれる誤差を、推定される自端末１０の方向の精度として推定する（誤差が小さければ精度は高い）。
【００６３】
まず、精度推定部１５は、自端末１０における電波の受信状態を示す情報として、受信情報取得部１３から方向を推定するための電波の受信状態を示す情報の数の情報（即ち、推定の前提あるいは条件となる情報）を取得する。この数は、ＤＨＯブランチ数が複数である場合、各回において測定した電波の受信状態を示す情報の数の和である。以下では、ＤＨＯブランチ数が１の場合について説明する。測定回数がｎ（ｎ＞１）であった場合、観測確率の分解能が１／ｎになり、精度推定部１５は、測定回数から１００％を除く最大観測確率Ｐｍａｘ＝（ｎ−１）／ｎを算出する。精度推定部１５は、記憶部１２に記憶された、図６のグラフに示した２つのセクタの電波の移動通信端末１０における受信確率と２つのセクタの電波の平均（受信）電力比との関係を示す情報を参照して、Ｐｍａｘに対応する平均電力比Ｒｍａｘを算出する。続いて、精度推定部１５は、記憶部１２に記憶された、図７に示した２つの隣接するセクタの電波のアンテナの利得比とアンテナ方向からの移動通信端末１０が位置する角度との関係を参照して、平均電力比Ｒｍａｘに対応する方向θｍａｘを算出する。
【００６４】
続いて、精度推定部１５は、図１３に示したようにセクタ幅を２α、セクタ方向を０°とすると、推定方向の高精度領域を、Ａｈ１＝｛α，θｍａｘ｝及びＡｈ２＝｛−α，−θｍａｘ｝として算出することができる。精度推定部１５は、高精度領域Ａｈに属する推定方向の誤差θＥｈを、方向推定部１４によって推定される自端末１０の方向の精度として、高精度領域を測定回数ｎの半分で割った値として見積もる（算出する）。つまり、
【数６】
となる。
【００６５】
また、精度推定部１５は、推定方向の低精度領域を、セクタ中心方向を含むＡｌ＝［−θｍａｘ，θｍａｘ］として算出することができる。精度推定部１５は、低精度領域Ａｌの推定方向の誤差θＥｌを、方向推定部１４によって推定される自端末１０の方向の精度として、最大誤差がθｍａｘで、平均誤差が最大誤差の半分でθｍａｘ／２とする。精度推定部１５は、上記算出したＡｈ，Ａｌ，θＥｈ，θＥｌをそれぞれ、自端末１０の方向の精度を示す情報としてもよいし、それらを変数とした所定の関数によって精度を示す値を算出して、自端末１０の方向の精度を示す情報としてもよい。
【００６６】
精度推定部１５は、算出した、方向推定部１４によって推定される自端末１０の方向の精度を示す情報を出力する。出力は、例えば、方向推定部１４による出力結果の出力と併せて行われ、ディスプレイ等に表示することによって行われてもよい。なお、精度推定部１５は、方向の推定には直接関連しないので、移動通信端末１０の構成要素として必ずしも備えられていなくてもよい。
【００６７】
また、方向推定誤差の算出法のバリエーションとして、Ａｈ，Ａｌ，θＥｈ，θＥｌはそれぞれ重み付けが可能で、重みは各セル及びセクタのチューニングパラメータとしてもよい。また、重みは全セル及びセクタにおいて、統一した値としてもよい。
【００６８】
引き続いて、図１４に本実施形態に係る移動通信端末１０のハードウェア構成を示す。図１４に示すように、移動通信端末１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０３、操作部１０４、無線通信部１０５、ディスプレイ１０６及びアンテナ１０７等のハードウェアにより構成されている。これらの構成要素が動作することにより、上述した機能が発揮される。以上が、移動通信端末１０の構成である。
【００６９】
引き続いて、図１５のフローチャートを用いて、本実施形態に係る移動通信端末１０で実行される方向推定処理（方向推定方法）を説明する。この処理は、移動通信端末１０に対して、例えば、ユーザによって自端末１０の測位を行うために方向推定処理を開始させる操作がなされたことをトリガとして開始される。また、例えば、移動通信端末１０が別の装置から方向推定要求を受信したこと等の上記以外のトリガによって開始されてもよい。
【００７０】
まず、移動通信端末１０では、方向の推定のために通信部１１によってセルラ基地局２０からの電波が受信され、そのうち受信電力が最も高かった電波が方向の推定のために観測された電波とされる。当該観測は、複数回に渡って行われる。観測された電波に係る情報は、通信部１１から受信情報取得部１３に出力される（Ｓ０１、受信情報取得ステップ）。受信情報取得部１３では、通信部１１から入力された情報に基づいて、各セクタの観測回数を集計して図８（ａ）に示すようなセクタＩＤ毎の観測回数の情報を生成する（Ｓ０２、受信情報取得ステップ）。この情報は、上述したように同じセルラ基地局２０の隣接した２つのセクタの情報である。続いて、受信情報取得部１３では、セクタＩＤ毎の電波の観測回数の情報から、図８（ｂ）に示すセクタＩＤ毎の電波の受信確率が算出される（Ｓ０３、受信情報取得ステップ）。
【００７１】
その一方で、受信情報取得部１３によって、受信確率から電波の平均電力比を求めるための関係に係るライス係数が設定される（Ｓ０４、受信情報取得ステップ）。続いて、受信情報取得部１３によって、設定されたライス係数に応じた、記憶部１２に記憶された、図６のグラフに示した２つのセクタの電波の移動通信端末１０における受信確率と２つのセクタの電波の平均電力比との関係を示す情報が参照される（Ｓ０５、受信情報取得ステップ）。続いて、受信情報取得部１３によって、参照された上記の関係に基づいて、電波の受信確率から２つのセクタの電波の平均電力比が算出される（Ｓ０６、受信情報取得ステップ）。算出された平均電力比を示す情報は、受信情報取得部１３から方向推定部１４に出力される。
【００７２】
続いて、方向推定部１４によって、受信情報取得部１３から入力された平均電力比を示す情報から、自端末１０の方向が推定される（Ｓ０７、方向推定ステップ）。この推定は、記憶部１２に記憶された、図７に示した２つの隣接するセクタの電波のアンテナの利得比とアンテナ方向からの移動通信端末１０が位置する角度との関係が参照されて行なわれる。算出された方向の情報は、適当な出力が行われる。また、上記の方向の推定と併せて精度推定部１５によって、方向推定部１４によって推定された方向の精度の推定が行われてもよい（図示せず、精度推定ステップ）。以上が、本実施形態に係る移動通信端末１０で実行される方向推定処理である。
【００７３】
上述したように、本実施形態によれば、セルラ基地局２０と移動通信端末１０の電波の受信状態との電波の指向性に基づく関係（図２，４，７等に示す関係）に基づいて、移動通信端末１０の方向が推定される。電波に基づく、セルラ基地局２０からの自端末１０の方向の推定を、背景技術の欄で述べたような電波の測定された回数の比を角度の比とするような方法等と比べて、高い精度で行うことができる。
【００７４】
また、本実施形態のように複数回に渡る電波の観測に基づいて推定を行うことによって、より精度の高い方向の推定が可能になる。但し、図４に示したような関係を用いて、１回の電波の測定から方向の推定を行うこととしてもよい。
【００７５】
また、本実施形態のセルラのように複数のセクタ（複数）の電波から、２つのセクタの電波を用いて方向推定を行うこととすれば、方向の推定を適切に行うことができる。更に、本実施形態のように観測回数に基づいて、平均電力比（受信強度の比）を示す情報を算出して、当該平均電力比から方向を推定することとすれば容易に方向を推定することができる。即ち、個々の電波の受信についての受信強度の値を方向の推定に用いる必要がなく、方向の推定を行うことができる。
【００７６】
また、本実施形態のように推定される方向の精度も算出することとすれば、例えば高い精度が得られた場合のみに移動通信端末１０の位置の推定に用いるなど、推定される方向の適切な利用に供することができる。
【００７７】
なお、本実施形態では、移動通信システムのセルラ基地局２０を利用して移動通信端末１０の方向を推定していたが、必ずしも移動通信システムを利用するものでなくてもよく、何らかの電波の発信源から、当該電波を受信する移動通信端末の方向を推定するものであればよい。
【００７８】
上述した実施形態においては、方向推定の主体が方向推定の対象でもある移動通信端末１０であったが、必ずしも方向推定の主体が移動通信端末１０である必要は無い。例えば、本実施形態に係る方向推定システムは、図１６に示すように測位サーバ３０であってもよい。測位サーバ３０は、例えば、移動体通信網に含まれる装置であり、（複数の）セルラ基地局２０と接続されており、セルラ基地局２０を介して移動通信端末４０と通信を行うことができる。測位サーバ３０は、移動通信端末４０の方向を推定する装置である。方向の推定は、上述した方法と同様の方法によって行われる。上記の方向の推定は、例えば、測位サーバ３０が移動通信端末４０の位置を推定する（測位）ために行われる。方向の推定対象となる移動通信端末４０は、上述した移動通信端末１０と同様の機能を有するが、方向の推定を行うための構成（記憶部１２、受信情報取得部１３、方向推定部１４及び精度推定部１５）は有していなくてもよい。また、移動通信端末４０は、測位サーバ３０が方向を推定するために必要な情報を測位サーバ３０に送信する。また、セルラ基地局２０は、上述したセルラ基地局２０の構成と同様の構成である。
【００７９】
図１６に示すように、測位サーバ３０は、送受信部３１と、記憶部３２と、受信情報取得部３３と、方向推定部３４と、精度推定部３５とを備えて構成される。
【００８０】
送受信部３１は、移動通信端末４０との間で情報の送受信を行う手段である。送受信部３１は、移動通信端末４０から受信した情報を受信情報取得部３３に出力する。送受信部３１が移動通信端末４０から受信する情報（移動通信端末４０が測位サーバ３０に送信する情報）は、上述した移動通信端末１０において通信部１１から受信情報取得部１３に出力される情報と同様の情報である。また、移動通信端末４０からの上記の情報の送信は移動通信端末４０側のトリガによって行われてもよいし、送受信部３１が移動通信端末４０に対して方向の推定を開始する信号を送信して、それに応じて移動通信端末４０から上記の情報が送信されるようにしてもよい。
【００８１】
記憶部３２は、上述した移動通信端末１０の記憶部１２と同様の構成である。受信情報取得部３３は、情報の入力が送受信部３１である点以外は、上述した移動通信端末１０の受信情報取得部１３と同様の構成である。方向推定部３４及び精度推定部３５は、それぞれ上述した移動通信端末１０の方向推定部１４及び精度推定部１５と同様の構成である。また、測位サーバ３０は、精度推定部１５によって、推定された方向から移動通信端末４０の位置を推定する手段も備えている（図示せず）。
【００８２】
図１７に測位サーバ３０のハードウェア構成を示す。図１７に示すように測位サーバ３０は、ＣＰＵ３０１、主記憶装置であるＲＡＭ３０２及びＲＯＭ３０３、通信を行うための通信モジュール３０４、並びにハードディスク等の補助記憶装置３０５等のハードウェアを備えるコンピュータを含むものとして構成される。これらの構成要素がプログラム等により動作することにより、上述した測位サーバ３０の機能が発揮される。
【００８３】
処理も上述した移動通信端末１０における処理と同様に行われる。但し、受信情報取得部３３による情報の取得は、移動通信端末４０から情報が送信されて送受信部３１によって受信されて、送受信部３１から受信情報取得部３３に当該情報が入力されることにより行われる。上述したように、方向推定の対象でもある移動通信端末４０とは別の装置によって、本実施形態に係る方向推定システムが構成されていてもよい。
【００８４】
引き続いて、上述した一連の移動通信端末１０の方向推定を行う処理を（移動通信端末１０あるいは測位サーバ３０に備えられる）コンピュータに実行させるための方向推定プログラムを説明する。図１８に示すように、方向推定プログラム５１は、コンピュータが備える記録媒体５０に形成されたプログラム格納領域５０ａ内に格納される。
【００８５】
方向推定プログラム５１は、方向推定処理を統括的に制御するメインモジュール５１ａと、通信モジュール５１ｂと、記憶モジュール５１ｃと、受信情報取得モジュール５１ｄと、方向推定モジュール５１ｅと、精度推定モジュール５１ｆとを備えて構成される。通信モジュール５１ｂ、記憶モジュール５１ｃ、受信情報取得モジュール５１ｄ、方向推定モジュール５１ｅ及び精度推定モジュール５１ｆを実行させることにより実現される機能は、上述した移動通信端末１０の通信部１１、記憶部１２、受信情報取得部１３、方向推定部１４及び精度推定部１５の機能とそれぞれ同様である。
【００８６】
なお、方向推定プログラム５１は、その一部又は全部が、通信回線等の伝送媒体を介して伝送され、他の機器により受信されて記録（インストールを含む）される構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施形態に係る方向推定システムである移動通信端末の機能構成を示す図である。
【図２】セルラ基地局からの方向と当該方向に応じた移動通信端末におけるアンテナ利得との関係（アンテナパターン）を示すグラフである。
【図３】セルラ基地局の２つのセクタとセルラ基地局からの移動通信端末の方向を示す図である。
【図４】セルラ基地局からの移動通信端末の方向と、セルラ基地局の２つのセクタからの電波の移動通信端末におけるアンテナ利得との関係を示すグラフである。
【図５】時刻に応じた、移動通信端末における受信電力の変化を示すグラフである。
【図６】平均電力比と受信確率との関係を示すグラフである。
【図７】２つの隣接するセクタの電波のアンテナの利得比と、アンテナ方向（セクタの中心方向）からの移動通信端末が位置する角度との関係を示すグラフである。
【図８】受信情報取得部によって取得されるセクタ毎の電波の観測回数、及び観測確率を示す情報である。
【図９】平均電力比と受信確率との線形近似した関係を示すグラフである。
【図１０】２つの隣接するセクタの電波のアンテナの利得比と、アンテナ方向（セクタの中心方向）からの移動通信端末が位置する角度との線形近似した関係を示すグラフである。
【図１１】測定回数が１０回だった場合に推定値として算出されえる平均電力比を示したグラフである。
【図１２】測定回数が１０回だった場合に推定値として算出されえるアンテナ方向からの移動通信端末の角度を示したグラフである。
【図１３】本実施形態における、セクタ内の方向推定の低精度範囲を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る移動通信端末のハードウェア構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る移動通信端末で実行される処理（方向推定方法）を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の実施形態に係る方向推定システムである測位サーバの機能構成を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る測位サーバのハードウェア構成を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る方向推定プログラムの構成を示す図である。
【図１９】従来の移動通信端末の方法の推定を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０…移動通信端末、１１…通信部、１２…記憶部、１３…受信情報取得部、１４…方向推定部、１５…精度推定部、１０１…ＣＰＵ、１０２…ＲＡＭ、１０３…ＲＯＭ、１０４…操作部、１０５…無線通信部、１０６…ディスプレイ、１０７…アンテナ、２０…セルラ基地局、３０…測位サーバ、３１…送受信部、３２…記憶部、３３…受信情報取得部、３４…方向推定部、３５…精度推定部、３０１…ＣＰＵ、３０２…ＲＡＭ、３０３…ＲＯＭ、３０４…通信モジュール、３０５…補助記憶装置、４０…移動通信端末、５０…記録媒体、５０ａ…プログラム格納領域、５１…方向推定プログラム、５１ａ…メインモジュール、５１ｂ…通信モジュール、５１ｃ…記憶モジュール、５１ｄ…受信情報取得モジュール、５１ｅ…方向推定モジュール、５１ｆ…精度推定モジュール。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波の発信源からの移動通信端末の方向を推定する方向推定システム、方向推定方法及び方向推定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、セルラシステム（移動通信システム）においてセルラ基地局と移動通信端末（セルラ端末）との間で送受信される電波を用いて、当該端末の位置を推定する、いわゆるセルラ測位が行われている。セルラ測位では、端末の電波の受信環境によって１つのセルでしか電波が受信できない場合がある。この場合、セルラ基地局から端末までの距離及び方向を、当該端末によって受信された電波から推定して、当該端末の位置を推定する方法がある。この方法では測位精度は、セルラ基地局からの端末の方向の推定精度に左右される。
【０００３】
ＲＴＴ１局測位は、ＲＴＴ（Round Trip Time）の測定によって得られたセルラ基地局と端末との間の距離、及びセクタを特定するセクタＩＤを利用する方法である。図１９（ａ）に示すように、セルラ基地局と端末との間の距離を半径とした円弧とセクタＩＤから割り出したセクタ方向（通常はアンテナ指向方向やセクタ中心方向）との交点を端末の推定位置とする方式である。この方式では、１つのセクタで１通りの方向推定しかできないため、端末がセクタ方向から離れた場所にいる場合、方向推定精度が悪くなり測位精度も劣化する。
【０００４】
改良ＲＴＴ１局測位は、従来のＲＴＴ１局測位法では端末の正確な方向を推定できない問題に対して提案された方法である。この方法では、移動通信端末における受信品質を向上させるために端末が同時に複数のセクタから電波を受信するＤＨＯ（Diversity Hand Over）を用いて方向推定精度を向上させる。この場合、同時に受信可能な最大電波数をＤＨＯブランチ数と呼ぶ。図１９（ｂ）に示すように、隣接セクタからの電波を同時に受信した場合、２セクタの中間方向を端末の推定方向とすることで、１つのセクタにおいて３通りの方向推定が可能になり、測位精度が向上する。なお、上記の内容は非特許文献１に記載されている。
【非特許文献１】J.Borkowski, et al., “Performance of Cell ID+RTT Hybrid PositioningMethod for UMTS Radio Networks,” Proc. 5th European Wireless Conf.,p.p.487-492, Feb. 2004.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、複数回の測定結果を用いて、更にＲＴＴ測位の測位精度を向上させる提案もなされている。ＲＴＴの測位を複数回実施することによって、即ち、複数回セクタから電波を受信することによって、複数のセクタＩＤが得られる。各セクタの観測回数比を各セクタとの角度比とすることで、端末の方向推定精度を向上させることが可能になる（複数回測定ＲＴＴ測位法）。例えば、図３に示すように、複数回測定ＲＴＴ測位法では、ＲＴＴを複数回測定した結果、セクタ１とセクタ２の観測回数の比がｎとすると、端末がセクタ１の中心方向となす角度θ１と端末がセクタ２の中心方向となす角度θ２との比を１／ｎとして、端末方向を推定することが可能になる。
【０００６】
上述した複数回測定ＲＴＴ測位法は、ＲＴＴ１局測位法等と比較すると端末方向の推定精度は向上しているものの、セクタからの電波の測定された回数の単なる比から角度の比を求めているだけであるので高い方向推定精度が得られていなかった。
【０００７】
本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、高い精度でセルラ基地局等の電波の発信源からの移動通信端末の方向を推定することができる方向推定システム、方向推定方法及び方向推定プログラム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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る方向推定システムは、電波の発信源からの移動通信端末の方向を推定する方向推定システムであって、発信源からの方向と当該方向における移動通信端末の電波の受信状態との、電波の指向性に基づく関係を示す情報を記憶した記憶部と、移動通信端末の電波の受信状態を示す情報を取得する受信情報取得手段と、受信情報取得手段によって取得された電波の受信状態を示す情報から、記憶部に記憶された上記の関係を示す情報に基づいて、方向を推定する方向推定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る方向推定システムでは、電波の発信源と移動通信端末の電波の受信状態との電波の指向性に基づく関係に基づいて、移動通信端末の方向が推定される。これにより、本発明に係る方向推定システムによれば、高い精度で移動通信端末の方向を推定することができる。
【００１０】
受信情報取得手段は、移動通信端末の複数回にわたる電波の受信状態を示す情報を取得して、方向推定手段は、受信情報取得手段によって取得された複数回にわたる電波の受信状態から方向を推定する、ことが望ましい。この構成のように、複数回の電波の受信状態を示す情報から方向を推定することとすれば、より精度の高い方向の推定が可能になる。
【００１１】
発信源は、２つの発信方向に電波を発信しており、記憶部は、２つの発信方向の電波に応じた関係を記憶しており、受信情報取得手段は、移動通信端末の、２つの発信方向の電波毎の受信状態を示す情報を取得して、方向推定手段は、受信情報取得手段によって取得された２つの発信方向の電波毎の受信状態を示す情報から方向を推定する、ことが望ましい。この構成によれば、２つの発信方向の電波から方向の推定を行うので、更に精度の高い方向の推定が可能になる。
【００１２】
記憶部は、２つの発信方向に対する角度と２つの発信方向の電波の受信強度の比との関係を示す情報を、電波の指向性に基づく関係を示す情報として記憶しており、受信情報取得手段は、移動通信端末の、２つの発信方向の電波の受信強度の比を示す情報を取得して、方向推定手段は、受信情報取得手段によって取得された２つの発信方向の電波の受信強度の比を示す情報から、記憶部に記憶された関係を示す情報に基づいて方向を推定する、ことが望ましい。この構成によれば、２つの発信方向の電波から方向の推定を適切に行うことができる。
【００１３】
受信情報取得手段は、移動通信端末の、２つの発信方向の電波のそれぞれの受信回数を示す情報を取得して、当該受信回数から受信強度の比を算出することが望ましい。この構成によれば、容易に受信強度の比を示す情報を取得することができ、その結果、容易に方向の推定を行うことができる。
【００１４】
方向推定システムは、受信情報取得手段によって取得された電波の受信状態を示す情報から、記憶部に記憶された２つの発信方向に対する角度と２つの発信方向の電波の受信強度の比との関係を示す情報に基づいて、方向推定手段によって推定される方向の精度を推定する精度推定手段を更に備えることが望ましい。この構成によれば、推定される方向の精度も得られることから、推定される方向の適切な利用に供することができる。
【００１５】
発信源は、３つ以上の発信方向に電波を発信しており、受信情報取得手段は、移動通信端末の、３つ以上の発信方向に電波毎の受信状態を示す情報を取得して、当該受信状態に基づいて方向の推定に用いる２つの発信方向の電波を特定する、ことが望ましい。この構成によれば、移動通信端末において所定の発信源からの３つ以上の発信方向の電波を受信できる場合であっても、適切に方向の推定を行うことができる。
【００１６】
ところで、本発明は、上記のように方向推定システムの発明として記述できる他に、以下のように方向推定方法及び方向推定プログラムの発明としても記述することができる。これはカテゴリ等が異なるだけで、実質的に同一の発明であり、同様の作用及び効果を奏する。
【００１７】
即ち、本発明に係る方向推定方法は、電波の発信源からの移動通信端末の方向を推定する、発信源からの方向と当該方向における移動通信端末の電波の受信状態との、電波の指向性に基づく関係を示す情報を記憶した記憶部を備える方向推定システムによる方向推定方法であって、移動通信端末の電波の受信状態を示す情報を取得する受信情報取得ステップと、受信情報取得ステップにおいて取得された電波の受信状態を示す情報から、記憶部に記憶された上記の関係を示す情報に基づいて、方向を推定する方向推定ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１８】
受信情報取得ステップにおいて、移動通信端末の複数回にわたる電波の受信状態を示す情報を取得して、方向推定ステップにおいて、受信情報取得ステップにおいて取得された複数回にわたる電波の受信状態から方向を推定する、ことが望ましい。
【００１９】
発信源は、２つの発信方向に電波を発信しており、記憶部は、２つの発信方向の電波に応じた関係を記憶しており、受信情報取得ステップにおいて、移動通信端末の、２つの発信方向の電波毎の受信状態を示す情報を取得して、方向推定ステップにおいて、受信情報取得ステップにおいて取得された２つの発信方向の電波毎の受信状態を示す情報から方向を推定する、ことが望ましい。
【００２０】
記憶部は、２つの発信方向に対する角度と２つの発信方向の電波の受信強度の比との関係を示す情報を、電波の指向性に基づく関係を示す情報として記憶しており、受信情報取得ステップにおいて、移動通信端末の、２つの発信方向の電波の受信強度の比を示す情報を取得して、方向推定ステップにおいて、受信情報取得ステップにおいて取得された２つの発信方向の電波の受信強度の比を示す情報から、記憶部に記憶された関係を示す情報に基づいて方向を推定する、ことが望ましい。
【００２１】
受信情報取得ステップにおいて、移動通信端末の、２つの発信方向の電波のそれぞれの受信回数を示す情報を取得して、当該受信回数から受信強度の比を算出することが望ましい。
【００２２】
方向推定方法は、受信情報取得ステップにおいて取得された電波の受信状態を示す情報から、記憶部に記憶された２つの発信方向に対する角度と２つの発信方向の電波の受信強度の比との関係を示す情報に基づいて、方向推定ステップにおいて推定される方向の精度を推定する精度推定ステップを更に含むことが望ましい。
【００２３】
発信源は、３つ以上の発信方向に電波を発信しており、受信情報取得ステップにおいて、移動通信端末の、３つ以上の発信方向に電波毎の受信状態を示す情報を取得して、当該受信状態に基づいて方向の推定に用いる２つの発信方向の電波を特定する、ことが望ましい。
【００２４】
また、本発明に係る方向推定プログラムは、コンピュータに、電波の発信源からの移動通信端末の方向を推定させる方向推定プログラムであって、発信源からの方向と当該方向における移動通信端末の電波の受信状態との、電波の指向性に基づく関係を示す情報を記憶した記憶機能と、移動通信端末の電波の受信状態を示す情報を取得する受信情報取得機能と、受信情報取得機能によって取得された電波の受信状態を示す情報から、記憶機能によって記憶された上記の関係を示す情報に基づいて、方向を推定する方向推定機能と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、電波の発信源と移動通信端末の電波の受信状態との電波の指向性に基づく関係に基づいて、移動通信端末の方向が推定されるので、高い精度で移動通信端末の方向を推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面とともに本発明に係る方向推定システム及び方向推定方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同
一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２７】
図１に本実施形態に係る方向推定システムである移動通信端末（セルラ端末）１０を示す。移動通信端末１０は、移動体通信網に接続して移動体通信を行うことができる。移動通信端末１０は、移動体通信網に含まれる複数のセルラ基地局２０のいずれかと無線通信を行うことによって移動体通信を行う。移動通信端末１０は、セルラ基地局２０からの自端末１０の方向（セルラ基地局２０に対する方位角）を推定する機能を有している。方向の推定は、セルラ基地局２０から発信される電波を利用して行われる。上記の方向の推定は、例えば、移動通信端末１０が自端末１０の位置を推定する（測位）ために行われる。
【００２８】
セルラ基地局２０は、移動体通信網における構成要素であると共に、移動通信端末１０による方向の推定を行うための電波を発信する電波の発信源である。セルラ基地局２０は、予め位置が決められて設置されている。また、セルラ基地局２０にはセルＩＤや基地局の位置情報等、セルラ基地局２０を一意に特定するための情報が設定されており、移動通信端末１０は当該情報に基づいてセルラ基地局２０を特定することができる。また、セルラ基地局２０は、セクタ化されており、電波を送信する方向毎に複数のセクタが設定されている。即ち、セルラ基地局２０は、複数の互いに異なる発信方向に電波を発信している。セクタは、例えば、１つのセルラ基地局２０に対して６つ設定される。この場合、１つのセクタのセルラ基地局２０からの角度は６０°となる。
【００２９】
移動通信端末１０が通信を行うために受信するパイロット信号には、セクタＩＤ等、セクタを特定する情報が含まれており、移動通信端末１０が通信する際にはセクタも特定される。方向の推定に用いられる電波としては、具体的には、セルラ基地局２０から定期的に送信されているパイロット信号（報知信号）や測位用の信号等が用いられる。測位用の信号が方向の推定に用いられる場合は、セルラ基地局２０は、移動通信端末１０又は移動体通信網内の装置等から制御を受けて、測位用の信号を一定間隔（例えば、１秒毎）に全てのセクタから発信する。
【００３０】
移動通信端末１０は、ＤＨＯ機能を有している場合（即ち、ＤＨＯブランチ数が複数である）、同時に複数のセルラ基地局２０及びセクタの電波を受信することができる。
【００３１】
ここで、本発明に係る方向の推定の原理（本実施形態に係る移動通信端末１０における方向の推定の概要）について説明する。図２に、セルラ基地局２０からの方向と当該方向に応じた移動通信端末１０におけるアンテナ利得との関係（アンテナパターン）のグラフを示す。このように、セルラ基地局２０の各セクタにおいて電波を送信するために用いられるセクタアンテナとしては、セクタの中心方向が移動通信端末１０におけるアンテナ利得がより高くなるような指向性を有する指向性アンテナが用いられる。上記のようなアンテナパターンは基地局設計等にも用いられる既知のパラメータである。
【００３２】
図３に示すように、２つの隣接したセクタの電波を受信できる位置に移動通信端末１０が位置していたものとする。その場合、図４のグラフに示すように、移動通信端末１０の（セクタ基地局２０からの）方向と各セクタのアンテナパターンとによって、アンテナ利得が一意に決まる。つまり、アンテナパターンが分かれば、各セクタのアンテナ利得の比から、移動通信端末１０の方向を推定することが可能になる。
【００３３】
また、移動通信端末１０の受信電力は、（セルラ基地局２０からの）送信電力、伝搬路損失及びアンテナ利得で決まる。隣接する２つのセクタは同一セルにあるため、伝搬路のシャドウウイングの相関が高く、伝搬路の瞬時変動特性もほとんど同じであるため、伝搬損失はほとんど同じと考えられる。そのため、移動通信端末１０が受信した各セクタの信号の平均受信電力の比とアンテナ利得の比は同じと考えられる。
【００３４】
つまり、ＰＴを平均送信電力、Ｇをアンテナ利得、Ｈを平均伝搬損失、ＰＲを平均受信電力とすると、以下の式が成り立つ。
【数１】
そして、隣接する２つのセクタにおいて、同一端末に対する送信電力が同じであると仮定すると、ＰＴ１＝ＰＴ２となる。また、伝搬損出も同じと考えられるのでＨ１＝Ｈ２となる。つまり、
【数２】
が成り立つ。なお、ここで、ＰＴ１、Ｇ１、Ｈ１、ＰＲ１は、それぞれ、隣接する２つのセクタの一方のセクタの平均送信電力、アンテナ利得、平均伝搬損失、平均受信電力である。また、ＰＴ２、Ｇ２、Ｈ２、ＰＲ２は、それぞれ、隣接する２つのセクタの他方のセクタの平均送信電力、アンテナ利得、平均伝搬損失、平均受信電力である。従って、移動通信端末１０における、２つのセクタ間の平均受信電力比が求まれば、図４に示す、セルラ基地局２０からの移動通信端末１０の方向とセルラ基地局の隣接する２つのセクタからの電波の移動通信端末１０におけるアンテナ利得との関係を利用して、移動通信端末１０の方向の推定が可能になる。
【００３５】
上記の平均受信電力比を求めるためには、通常、セルラ基地局２０における各セクタの平均受信電力を測定する必要がある。本発明においては、容易に測定を行うために、この平均受信電力を測定せずに、複数の電波の受信状態を利用して２つのセクタ間の平均受信電力比を推定することが望ましい。ＤＨＯ機能を有する端末であれば、ＤＨＯ情報により得られる各セクタのセクタＩＤを利用してもよい。
【００３６】
無線信号は、伝搬路上にある障害物によって、電波が反射、散乱、回折を受け、図５のグラフに示す信号の変動イメージのように、信号電力は時間軸上で確率的に変動する（フェージング）。なお、図５のグラフは、横軸が時間軸であり、縦軸が信号電力であり、平均信号電力がそれぞれ異なる２つの信号（電波）ａ，ｂを示したものである（平均信号電力は、図５のグラフ中の直線で示されている）。２つのセクタからの信号を受信し、電力が大きい信号を受信信号として選択する場合を考える。信号がフェージングを受けた場合、それぞれの受信確率（選択確率）は、フェージングの性質とそれぞれの平均信号電力によって決まる。その性質によって、信号の受信確率が求まれば、フェージングの性質から、その平均電力比を推定することが可能になる。
【００３７】
平均電力σ２の信号がフェージングを受けた場合に、信号振幅がｖとなる確率密度関数ｐ（ｖ）は以下の式となる。
【数３】
ここで、ｄは直接波の振幅、Ｉ０は第１種０次ベッセル関数、ｄ２／２σ２はフェージングのライス係数Ｋである。そして、その包絡線の確率分布関数Ｐ（Ｖ）は以下の式となる。
【数４】
ここで、Ｖは信号振幅、Ｄは直接波の振幅、Ｉｋ（ｋ＝０〜∞）は第１種ｋ次ベッセル関数、Γ（ｘ）はガンマ関数である。
【００３８】
平均電力がそれぞれσ２とｒσ２である信号ａ，ｂが存在して（ｒは信号ａの信号ｂに対する平均電力比である）それぞれ同じ性質のフェージングを独立に受けた場合、信号ｂの振幅が信号ａより大きくなる確率分布関数は以下の式となる。
【数５】
ここで、Ｐａ（Ｖ），Ｐｂ（Ｖ）は、それぞれ信号ａ，ｂの確率分布関数Ｐ（Ｖ）である。
【００３９】
上記の確率分布関数は、信号ａ，ｂの平均電力比ｒとライス係数の関数とみなすことが可能である。つまり、信号ａが受信される確率（信号ａの受信電力が信号ｂの受信電力よりも上回って信号ａが選択される確率）は、２つの信号の平均電力比およびフェージングの性質から決められる。そして、上記関数の逆関数を求めれば、信号ａの受信確率とフェージングの性質から信号の平均電力比を求めることが可能になる。
【００４０】
また、逆関数を求めることが困難な場合は、計算機シミュレーションを用いて平均電力比と受信確率の関係を求めてもよい。図６のグラフに、計算機シミュレーションで求められた、信号ａの受信確率（ａ＞ｂの確率）と、フェージングの性質（ライス係数）、及び信号ａ，ｂの平均電力比の関係を示す。信号ａの受信確率から、ａとｂの平均受信電力比（信号ａの平均受信電力の信号ｂの平均受信電力に対する比）を推定することが可能になる。推定された平均受信電力比から、図４のグラフに示した方向と２つのセクタのアンテナ利得との関係に基づいて、移動通信端末１０の方向を推定することができる。なお、後述する説明では、受信確率が大きい信号ａに係るセクタをメインセクタと呼び、受信確率が小さい信号ｂに係るセクタをサブセクタと呼ぶ。以上が、本発明に係る方向の推定の原理である。
【００４１】
引き続いて、上記の原理に基づいて自端末１０の方向を推定する移動通信端末１０の機能について説明する。図１に示すように、移動通信端末１０は、通信部１１と、記憶部１２と、受信情報取得部１３と、方向推定部１４と、精度推定部１５とを備えて構成される。なお、移動通信端末１０は上記の構成以外にも、移動通信端末１０が一般的に備えている構成要素も備えている（図示せず）。
【００４２】
通信部１１は、移動体通信を行う手段である。移動体通信を行う機能の一つとして、通信部１１は、セルラ基地局２０との間で電波を送受信して無線通信を行う。通信部１１は、当該機能を用いて、方向を推定するための電波の受信を行う。当該電波の受信は、例えば一定間隔等で複数回行われることが望ましい。当該電波の受信が複数回行われる場合、その間隔はフェージングの変動周期以上の間隔で実施されることが望ましい。当該電波の受信が行われる回数及び受信間隔（測定間隔）は、チューニングパラメータとして予め設定されており、通信部１１に記憶されている。
【００４３】
移動通信端末１０は、上述したようにセル及びセクタの電波を受信することができる。通信部１１は、受信された複数の電波のうち、受信電力が最も高かった電波を、方向の推定のために受信された電波（観測された電波）として扱う。通信部１１は、あるいは、受信された複数の電波全て（あるいは一定以上の受信電力であった電波全て）を、方向の推定のために受信された電波（観測された電波）として扱うこととしてもよい。通信部１１は、受信された電波（観測された電波）の情報を、セルラ基地局２０からの電波の受信状態を示す情報として受信情報取得部１３に出力する。受信情報取得部１３に出力する情報としては、電波が発信されたセルラ基地局２０のセルＩＤ、及びセクタのセクタＩＤである。
【００４４】
記憶部１２は、セルラ基地局２０からの方向と当該方向における移動通信端末１０の電波の受信状態との、電波の指向性に基づく関係を示す情報を記憶した手段である。電波の指向性は、具体的には上述したアンテナパターンに相当する。上記の関係を示す情報は、上述した原理に基づいて移動通信端末１０の方向を推定するために用いられる情報である。記憶部１２は、上述した原理に応じた、２つの発信方向（２つのセクタ）の電波に応じた上記関係を記憶している。具体的には、まず、記憶部１２は、図６のグラフに示すような、２つのセクタの電波の移動通信端末１０における受信確率と、２つのセクタの電波の平均（受信）電力比との関係を示す情報を保持している。この情報は、上述した受信確率から上記の平均電力比を算出するための情報である。なお、この情報は、上述したように例えば、計算機シミュレーションによって得ることができる。また、上記の関係を示す情報は、フェージングの性質に応じたものであり、フェージングの性質を示すライス係数Ｋ毎に記憶される。
【００４５】
記憶部１２は、また、図７のグラフに示すような、２つの隣接するセクタの電波のアンテナの利得比と、アンテナ方向（セクタの中心方向）からの（移動通信端末１０が位置する）角度との関係を示す情報を保持している。図７のグラフは、一方のセクタ（電波ａに係るセクタ）の中心から隣接するセクタ（電波ｂに係るセクタ）方向への角度を示したものである。図７のグラフは中心角が６０°のセクタに対応するグラフである。この関係は、図４のグラフに示すような、それぞれのセクタにおけるアンテナパターンから算出することができる。この情報は、上述した平均電力比から自端末１０の方向を算出するための情報である。
【００４６】
受信情報取得部１３は、自端末１０の電波の受信状態を示す情報を取得する受信情報取得手段である。受信情報取得部１３は、上述したように、通信部１１によって受信（観測）された電波に係るセルラ基地局２０のセルＩＤ、及びセクタのセクタＩＤを、上記の受信状態を示す情報として通信部１１から入力する。通信部１１が複数回の電波の受信を行う場合は、受信情報取得部１３は、自端末１０の複数回にわたる電波の受信状態を示す情報を取得する。
【００４７】
受信情報取得部１３は、通信部１１から入力された情報に基づいて、図８（ａ）に示すようなセクタＩＤ毎の電波の受信回数（観測回数）の情報を生成する。受信情報取得部１３は、通信部１１から入力された情報から、特定のセルラ基地局２０の隣接する２つのセクタの電波毎の情報を選択することによって、図８（ａ）に示す情報を生成する。上記の特定のセルラ基地局２０は、自端末１０の方向の推定の基点となるセルラ基地局２０である。通信部１１から入力された情報に複数のセルラ基地局２０からの信号に係る情報が含まれていた場合は、例えば、情報の数が最も多いセルラ基地局２０の情報を選択する。
【００４８】
また、３つ以上のセクタの信号に係る情報が含まれていた場合、受信情報取得部１３は、方向の推定に用いる２つのセクタの電波を受信状態に基づいて特定する。具体的には例えば、受信情報取得部１３は、観測回数が最多のセクタをメインセクタとして、その両隣のセクタから、観測回数が多い方をサブセクタとする。また、受信された電波からＲＴＴを測定して、測定されたＲＴＴ値が最も小さいセクタをメインセクタとして、その両隣のセクタから、ＲＴＴ値が小さい方をサブセクタとしてもよい。また、測定されたＲＴＴ値が最も小さいセクタをメインセクタとして、その両隣のセクタから、観測回数が多い方をサブセクタとしてもよい。観測回数が最多のセクタをメインセクタとして、その両隣のセクタから、ＲＴＴ値が小さい方をサブセクタとしてもよい。なお、受信情報取得部１３は予めセクタの隣接関係を示す情報を記憶しており、その情報に基づいて、方向の推定に用いる電波に係るセクタの上記の選択を行う。また、上記のようにＲＴＴを用いたセクタの特定を行う場合は、移動通信端末１０（の通信部１１及び受信情報取得部１３）は、ＲＴＴを測定する機能を有している。
【００４９】
受信情報取得部１３は、生成した図８（ａ）に示すようなセクタＩＤ毎の電波の受信回数（観測回数）の情報から、図８（ｂ）に示すセクタＩＤ毎の電波の観測確率（受信確率）を算出する。観測確率は、セクタＩＤ毎の電波の観測回数を、セクタＩＤ毎の電波の観測回数の和で除算することによって行われる。
【００５０】
受信情報取得部１３は、算出した観測確率から、自端末１０の２つのセクタの電波の受信強度の比を算出する。受信強度の比は、２つのセクタの電波の、上述した平均（受信）電力比である。受信情報取得部１３は、記憶部１２に記憶された、図６のグラフに示した２つのセクタの電波の移動通信端末１０における受信確率と２つのセクタの電波の平均（受信）電力比との関係を示す情報を参照して、平均電力比を算出する。ここで、受信情報取得部１３は、観測確率の大きいセクタを自端末１０のメインセクタとする。即ち、受信情報取得部１３は、観測確率が高い方のセクタの電波を図６のグラフにおける電波ａとして（観測確率が低い方のセクタの電波を図６のグラフにおける電波ｂとして）、平均電力比を算出する。図８（ｂ）の例では、セクタＩＤが“４”のセクタをメインセクタとして方向推定が行われる。
【００５１】
上記の平均電力比を算出の際には、受信情報取得部１３は、ライス係数を設定して、ライス係数に応じた関係を用いる。設定されるライス係数は、例えば、移動体通信網に応じて予めユーザ等によって入力されていてもよい。例えば、ライス係数が０（レイリーフェージング）に設定される場合は、図８（ｂ）の例では、セクタＩＤ“４”のセクタとセクタＩＤ“３”のセクタの信号平均電力比は、約５．５ｄＢとなる。また、上述した平均受信電力比とアンテナ利得の比は同じとの考え方により、セクタＩＤ“４”のセクタとセクタＩＤ“３”のセクタの信号平均電力比も、５．５ｄＢとなる。
【００５２】
上記のライス係数の設定は、セルラ基地局２０（セル）毎に事前にチューニングした固有の値を用いてもよい。その場合、受信情報取得部１３は、セルラ基地局２０に係るセルＩＤとライス係数との対応関係を示す情報を予め記憶している。受信情報取得部１３は、通信部１１に受信された信号に含まれるセルＩＤから、上記の対応関係を示す情報に基づいてライス係数を設定する。
【００５３】
また、ライス係数の設定は、市街でＡ、近郊でＢ、郊外でＣといった伝搬環境ごとに設定することとしてもよい。その場合、例えば、伝搬環境とライス係数との対応関係を示す情報を予め記憶している。また、受信情報取得部１３は、セルＩＤと伝搬環境との対応関係を示す情報を予め記憶しており、通信部１１に受信された信号に含まれるセルＩＤから、上記の対応関係を示す情報に基づいて伝搬環境及びライス係数を設定する。また、ライス係数は、全てのセルラ基地局２０（セル）において統一した値を用いてもよい。それ以外の方法を用いてもよい。
【００５４】
受信情報取得部１３は、算出した平均電力比の情報を方向推定部１４に出力する。なお、平均電力比の算出は、図６のグラフの関係を必ずしも用いる必要はなく、上述したような式を予め受信情報取得部１３に記憶させておき、当該式により数学的（演繹的）に導出することとしてもよい。
【００５５】
また、受信情報取得部１３が平均電力比の算出に用いる関係は、図６に示したような計算機シミュレーションによって求められたものでなくてもよく、例えば、図９に示したような線形近似したものを用いてもよい（その場合、記憶部１２には線形近似した関係が記憶されている）。この場合、推定方向の算出が容易になるが、方向推定の精度が劣化する場合がある。ここで、線形近似に用いる関数はチューニングによって最大値（受信確率が１００％になるときの平均電力比）を特定してそれに基づいて算出してもよい。この関数は、受信確率が５０％のときに平均電力比が１となるような関数である。チューニング方法としては、例えば、複数の最大値を用いて算出した関数（受信確率と平均電力比との関係）を用意して、方向推定精度が最もよいものとする。
【００５６】
方向推定部１４は、受信情報取得部１３から入力された情報から、記憶部１２に記憶された情報に基づいて、自端末１０の方向を推定する方向推定手段である。具体的には、受信情報取得部１３から入力された平均電力比の情報から、自端末１０の方向を算出する。方向推定部１４は、記憶部１２に記憶された、図７に示した２つの隣接するセクタの電波のアンテナの利得比とアンテナ方向からの移動通信端末１０が位置する角度との関係を参照して、自端末１０の方向を算出する。ここで算出する自端末１０の方向は、受信情報取得部１３においてメインセクタとされたセクタの中心から、もう一方のセクタ方向への角度である。
【００５７】
図８に示す例（セクタＩＤ“４”のセクタとセクタＩＤ“３”のセクタの信号平均電力比が５．５ｄＢの場合）では、図７に示すように利得比が５．５ｄＢに対応する角度は約１８°の方向に相当することから、方向推定部１４は、自端末１０がセクタＩＤ“４”のセクタの中心方向からセクタＩＤ“３”のセクタよりに１８°の方向にいると算出する。方向推定部１４は、算出した方向を示す情報を、推定結果の情報として出力する。この出力は、例えば、移動通信端末１０が更に備える自端末１０の位置を推定する手段に対して行われてもよいし、また、ユーザに参照できるように自端末１０のディスプレイ等に表示することによって行われてもよい。
【００５８】
なお、図７のグラフは中心角が６０°のセクタに対応するグラフであるが、セクタの角度毎に異なる情報が用いられてもよい。セクタの角度がセルラ基地局２０毎に異なる場合は、方向推定部１４は、例えば、セルＩＤから角度を特定できるようにし、セクタの角度に応じた、アンテナの利得比とアンテナ方向からの移動通信端末１０が位置する角度との関係を用いる。
【００５９】
また、方向推定部１４が方向の算出に用いる関係は、図７に示したような２つのセクタのアンテナパターンから求められたものでなくてもよく、例えば、図１０に示したような線形近似したものを用いてもよい（その場合、記憶部１２には線形近似した関係が記憶されている）。この場合、推定方向の算出が容易になるが、方向推定の精度が劣化する場合がある。ここで、線形近似に用いる関数は、アンテナのフロント−バック比を最大値（アンテナ方向からの角度が０の場合のアンテナの利得比）として、直線の関数を用いてもよい。この関数は、アンテナの角度が２つのセクタ方向の中心方向（図１０に示す場合は３０°）のときにアンテナの利得比が１となるような関数である。また、線形近似に用いる関数はチューニングで最大値を割り出してもよい。チューニング方法として、例えば、複数の最大値を用いて算出した関数（アンテナ方向からの角度とアンテナの利得比との関係）を用意して、方向推定精度が最もよいものとする。
【００６０】
また、上記では２つのセクタは隣接したセルとしていたが、通信部１１から入力された情報に隣接したセクタに係る情報が存在しない場合、間隔が最小の２つのセクタを用いて上述した方法によって方向推定してもよい。この場合、記憶部１２に記憶された、図７のグラフに示す、２つの隣接するセクタの電波のアンテナの利得比と、アンテナ方向からの（移動通信端末１０が位置する）角度との関係を示す情報は、上記の２つのセクタの間隔を考慮したものが用いられる（予め、当該関係は算出して記憶部１２に記憶させておく）。また、この場合、方向推定の精度が劣化する場合がある。
【００６１】
精度推定部１５は、受信情報取得部１３によって取得された自端末１０における電波の受信状態を示す情報から、方向推定部１４によって推定される自端末１０の方向の精度を推定する精度推定手段である。上述した方向の推定では、電波の測定回数（観測回数）及びＤＨＯブランチ数が方向推定の精度に影響を及ぼす。例として、（２つのセクタの電波の）測定回数を１０回、ＤＨＯブランチ数を１とすると、観測確率の分解能は１０％になる。上記では、観測確率が高いセクタをメインセクタとして移動通信端末１０の方向推定を行うので、メインセクタにおける観測確率は５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％の６パターンになる。図６に示すライス係数が０の場合（レイリーフェージング）のグラフの関係を用いると、１００％の場合を除いて、その観測確率から推定される信号平均電力比は図１１のグラフの丸で示した箇所に示すように、約１，３，５，７，９倍の５パターンになる。また、図７に示すアンテナの利得比とアンテナ方向からの角度との関係を用いると、これらの信号平均電力比から推定される方向は、図１２のグラフの丸で示した箇所に示すように、約３０°，２２°，１７°，１４°，１２°の５パターンになる。
【００６２】
そして、観測確率が１００％の場合、推定方向はセクタの中心方向となるため、０°〜観測確率が９０％の場合の推定方向１２°の間に移動通信端末１０が位置していた場合、その分の誤差が生じる。つまり、本実施形態に係る方向推定は、図１３に示すようにセクタの中心方向から±θｍａｘまでの角度範囲が低精度領域、±θｍａｘからセクタの端までの角度範囲が高精度領域となるという特徴を有する。ここで図１３において、αはセクタの中心方向からセクタの端までの角度を、θｍａｘは、観測確率が１００％の次に大きくなる（上記では９０％に相当）場合の推定方向のセクタの中心方向から角度をそれぞれ示している。即ち、セクタの中心方向から±θｍａｘまでの角度範囲に移動通信端末１０が位置していたとしても、低い精度でしか方向の推定ができないことを示している。精度推定部１５は、この特徴を利用して推定方向に含まれる誤差を、推定される自端末１０の方向の精度として推定する（誤差が小さければ精度は高い）。
【００６３】
まず、精度推定部１５は、自端末１０における電波の受信状態を示す情報として、受信情報取得部１３から方向を推定するための電波の受信状態を示す情報の数の情報（即ち、推定の前提あるいは条件となる情報）を取得する。この数は、ＤＨＯブランチ数が複数である場合、各回において測定した電波の受信状態を示す情報の数の和である。以下では、ＤＨＯブランチ数が１の場合について説明する。測定回数がｎ（ｎ＞１）であった場合、観測確率の分解能が１／ｎになり、精度推定部１５は、測定回数から１００％を除く最大観測確率Ｐｍａｘ＝（ｎ−１）／ｎを算出する。精度推定部１５は、記憶部１２に記憶された、図６のグラフに示した２つのセクタの電波の移動通信端末１０における受信確率と２つのセクタの電波の平均（受信）電力比との関係を示す情報を参照して、Ｐｍａｘに対応する平均電力比Ｒｍａｘを算出する。続いて、精度推定部１５は、記憶部１２に記憶された、図７に示した２つの隣接するセクタの電波のアンテナの利得比とアンテナ方向からの移動通信端末１０が位置する角度との関係を参照して、平均電力比Ｒｍａｘに対応する方向θｍａｘを算出する。
【００６４】
続いて、精度推定部１５は、図１３に示したようにセクタ幅を２α、セクタ方向を０°とすると、推定方向の高精度領域を、Ａｈ１＝｛α，θｍａｘ｝及びＡｈ２＝｛−α，−θｍａｘ｝として算出することができる。精度推定部１５は、高精度領域Ａｈに属する推定方向の誤差θＥｈを、方向推定部１４によって推定される自端末１０の方向の精度として、高精度領域を測定回数ｎの半分で割った値として見積もる（算出する）。つまり、
【数６】
となる。
【００６５】
また、精度推定部１５は、推定方向の低精度領域を、セクタ中心方向を含むＡｌ＝［−θｍａｘ，θｍａｘ］として算出することができる。精度推定部１５は、低精度領域Ａｌの推定方向の誤差θＥｌを、方向推定部１４によって推定される自端末１０の方向の精度として、最大誤差がθｍａｘで、平均誤差が最大誤差の半分でθｍａｘ／２とする。精度推定部１５は、上記算出したＡｈ，Ａｌ，θＥｈ，θＥｌをそれぞれ、自端末１０の方向の精度を示す情報としてもよいし、それらを変数とした所定の関数によって精度を示す値を算出して、自端末１０の方向の精度を示す情報としてもよい。
【００６６】
精度推定部１５は、算出した、方向推定部１４によって推定される自端末１０の方向の精度を示す情報を出力する。出力は、例えば、方向推定部１４による出力結果の出力と併せて行われ、ディスプレイ等に表示することによって行われてもよい。なお、精度推定部１５は、方向の推定には直接関連しないので、移動通信端末１０の構成要素として必ずしも備えられていなくてもよい。
【００６７】
また、方向推定誤差の算出法のバリエーションとして、Ａｈ，Ａｌ，θＥｈ，θＥｌはそれぞれ重み付けが可能で、重みは各セル及びセクタのチューニングパラメータとしてもよい。また、重みは全セル及びセクタにおいて、統一した値としてもよい。
【００６８】
引き続いて、図１４に本実施形態に係る移動通信端末１０のハードウェア構成を示す。図１４に示すように、移動通信端末１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０３、操作部１０４、無線通信部１０５、ディスプレイ１０６及びアンテナ１０７等のハードウェアにより構成されている。これらの構成要素が動作することにより、上述した機能が発揮される。以上が、移動通信端末１０の構成である。
【００６９】
引き続いて、図１５のフローチャートを用いて、本実施形態に係る移動通信端末１０で実行される方向推定処理（方向推定方法）を説明する。この処理は、移動通信端末１０に対して、例えば、ユーザによって自端末１０の測位を行うために方向推定処理を開始させる操作がなされたことをトリガとして開始される。また、例えば、移動通信端末１０が別の装置から方向推定要求を受信したこと等の上記以外のトリガによって開始されてもよい。
【００７０】
まず、移動通信端末１０では、方向の推定のために通信部１１によってセルラ基地局２０からの電波が受信され、そのうち受信電力が最も高かった電波が方向の推定のために観測された電波とされる。当該観測は、複数回に渡って行われる。観測された電波に係る情報は、通信部１１から受信情報取得部１３に出力される（Ｓ０１、受信情報取得ステップ）。受信情報取得部１３では、通信部１１から入力された情報に基づいて、各セクタの観測回数を集計して図８（ａ）に示すようなセクタＩＤ毎の観測回数の情報を生成する（Ｓ０２、受信情報取得ステップ）。この情報は、上述したように同じセルラ基地局２０の隣接した２つのセクタの情報である。続いて、受信情報取得部１３では、セクタＩＤ毎の電波の観測回数の情報から、図８（ｂ）に示すセクタＩＤ毎の電波の受信確率が算出される（Ｓ０３、受信情報取得ステップ）。
【００７１】
その一方で、受信情報取得部１３によって、受信確率から電波の平均電力比を求めるための関係に係るライス係数が設定される（Ｓ０４、受信情報取得ステップ）。続いて、受信情報取得部１３によって、設定されたライス係数に応じた、記憶部１２に記憶された、図６のグラフに示した２つのセクタの電波の移動通信端末１０における受信確率と２つのセクタの電波の平均電力比との関係を示す情報が参照される（Ｓ０５、受信情報取得ステップ）。続いて、受信情報取得部１３によって、参照された上記の関係に基づいて、電波の受信確率から２つのセクタの電波の平均電力比が算出される（Ｓ０６、受信情報取得ステップ）。算出された平均電力比を示す情報は、受信情報取得部１３から方向推定部１４に出力される。
【００７２】
続いて、方向推定部１４によって、受信情報取得部１３から入力された平均電力比を示す情報から、自端末１０の方向が推定される（Ｓ０７、方向推定ステップ）。この推定は、記憶部１２に記憶された、図７に示した２つの隣接するセクタの電波のアンテナの利得比とアンテナ方向からの移動通信端末１０が位置する角度との関係が参照されて行なわれる。算出された方向の情報は、適当な出力が行われる。また、上記の方向の推定と併せて精度推定部１５によって、方向推定部１４によって推定された方向の精度の推定が行われてもよい（図示せず、精度推定ステップ）。以上が、本実施形態に係る移動通信端末１０で実行される方向推定処理である。
【００７３】
上述したように、本実施形態によれば、セルラ基地局２０と移動通信端末１０の電波の受信状態との電波の指向性に基づく関係（図２，４，７等に示す関係）に基づいて、移動通信端末１０の方向が推定される。電波に基づく、セルラ基地局２０からの自端末１０の方向の推定を、背景技術の欄で述べたような電波の測定された回数の比を角度の比とするような方法等と比べて、高い精度で行うことができる。
【００７４】
また、本実施形態のように複数回に渡る電波の観測に基づいて推定を行うことによって、より精度の高い方向の推定が可能になる。但し、図４に示したような関係を用いて、１回の電波の測定から方向の推定を行うこととしてもよい。
【００７５】
また、本実施形態のセルラのように複数のセクタ（複数）の電波から、２つのセクタの電波を用いて方向推定を行うこととすれば、方向の推定を適切に行うことができる。更に、本実施形態のように観測回数に基づいて、平均電力比（受信強度の比）を示す情報を算出して、当該平均電力比から方向を推定することとすれば容易に方向を推定することができる。即ち、個々の電波の受信についての受信強度の値を方向の推定に用いる必要がなく、方向の推定を行うことができる。
【００７６】
また、本実施形態のように推定される方向の精度も算出することとすれば、例えば高い精度が得られた場合のみに移動通信端末１０の位置の推定に用いるなど、推定される方向の適切な利用に供することができる。
【００７７】
なお、本実施形態では、移動通信システムのセルラ基地局２０を利用して移動通信端末１０の方向を推定していたが、必ずしも移動通信システムを利用するものでなくてもよく、何らかの電波の発信源から、当該電波を受信する移動通信端末の方向を推定するものであればよい。
【００７８】
上述した実施形態においては、方向推定の主体が方向推定の対象でもある移動通信端末１０であったが、必ずしも方向推定の主体が移動通信端末１０である必要は無い。例えば、本実施形態に係る方向推定システムは、図１６に示すように測位サーバ３０であってもよい。測位サーバ３０は、例えば、移動体通信網に含まれる装置であり、（複数の）セルラ基地局２０と接続されており、セルラ基地局２０を介して移動通信端末４０と通信を行うことができる。測位サーバ３０は、移動通信端末４０の方向を推定する装置である。方向の推定は、上述した方法と同様の方法によって行われる。上記の方向の推定は、例えば、測位サーバ３０が移動通信端末４０の位置を推定する（測位）ために行われる。方向の推定対象となる移動通信端末４０は、上述した移動通信端末１０と同様の機能を有するが、方向の推定を行うための構成（記憶部１２、受信情報取得部１３、方向推定部１４及び精度推定部１５）は有していなくてもよい。また、移動通信端末４０は、測位サーバ３０が方向を推定するために必要な情報を測位サーバ３０に送信する。また、セルラ基地局２０は、上述したセルラ基地局２０の構成と同様の構成である。
【００７９】
図１６に示すように、測位サーバ３０は、送受信部３１と、記憶部３２と、受信情報取得部３３と、方向推定部３４と、精度推定部３５とを備えて構成される。
【００８０】
送受信部３１は、移動通信端末４０との間で情報の送受信を行う手段である。送受信部３１は、移動通信端末４０から受信した情報を受信情報取得部３３に出力する。送受信部３１が移動通信端末４０から受信する情報（移動通信端末４０が測位サーバ３０に送信する情報）は、上述した移動通信端末１０において通信部１１から受信情報取得部１３に出力される情報と同様の情報である。また、移動通信端末４０からの上記の情報の送信は移動通信端末４０側のトリガによって行われてもよいし、送受信部３１が移動通信端末４０に対して方向の推定を開始する信号を送信して、それに応じて移動通信端末４０から上記の情報が送信されるようにしてもよい。
【００８１】
記憶部３２は、上述した移動通信端末１０の記憶部１２と同様の構成である。受信情報取得部３３は、情報の入力が送受信部３１である点以外は、上述した移動通信端末１０の受信情報取得部１３と同様の構成である。方向推定部３４及び精度推定部３５は、それぞれ上述した移動通信端末１０の方向推定部１４及び精度推定部１５と同様の構成である。また、測位サーバ３０は、精度推定部１５によって、推定された方向から移動通信端末４０の位置を推定する手段も備えている（図示せず）。
【００８２】
図１７に測位サーバ３０のハードウェア構成を示す。図１７に示すように測位サーバ３０は、ＣＰＵ３０１、主記憶装置であるＲＡＭ３０２及びＲＯＭ３０３、通信を行うための通信モジュール３０４、並びにハードディスク等の補助記憶装置３０５等のハードウェアを備えるコンピュータを含むものとして構成される。これらの構成要素がプログラム等により動作することにより、上述した測位サーバ３０の機能が発揮される。
【００８３】
処理も上述した移動通信端末１０における処理と同様に行われる。但し、受信情報取得部３３による情報の取得は、移動通信端末４０から情報が送信されて送受信部３１によって受信されて、送受信部３１から受信情報取得部３３に当該情報が入力されることにより行われる。上述したように、方向推定の対象でもある移動通信端末４０とは別の装置によって、本実施形態に係る方向推定システムが構成されていてもよい。
【００８４】
引き続いて、上述した一連の移動通信端末１０の方向推定を行う処理を（移動通信端末１０あるいは測位サーバ３０に備えられる）コンピュータに実行させるための方向推定プログラムを説明する。図１８に示すように、方向推定プログラム５１は、コンピュータが備える記録媒体５０に形成されたプログラム格納領域５０ａ内に格納される。
【００８５】
方向推定プログラム５１は、方向推定処理を統括的に制御するメインモジュール５１ａと、通信モジュール５１ｂと、記憶モジュール５１ｃと、受信情報取得モジュール５１ｄと、方向推定モジュール５１ｅと、精度推定モジュール５１ｆとを備えて構成される。通信モジュール５１ｂ、記憶モジュール５１ｃ、受信情報取得モジュール５１ｄ、方向推定モジュール５１ｅ及び精度推定モジュール５１ｆを実行させることにより実現される機能は、上述した移動通信端末１０の通信部１１、記憶部１２、受信情報取得部１３、方向推定部１４及び精度推定部１５の機能とそれぞれ同様である。
【００８６】
なお、方向推定プログラム５１は、その一部又は全部が、通信回線等の伝送媒体を介して伝送され、他の機器により受信されて記録（インストールを含む）される構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施形態に係る方向推定システムである移動通信端末の機能構成を示す図である。
【図２】セルラ基地局からの方向と当該方向に応じた移動通信端末におけるアンテナ利得との関係（アンテナパターン）を示すグラフである。
【図３】セルラ基地局の２つのセクタとセルラ基地局からの移動通信端末の方向を示す図である。
【図４】セルラ基地局からの移動通信端末の方向と、セルラ基地局の２つのセクタからの電波の移動通信端末におけるアンテナ利得との関係を示すグラフである。
【図５】時刻に応じた、移動通信端末における受信電力の変化を示すグラフである。
【図６】平均電力比と受信確率との関係を示すグラフである。
【図７】２つの隣接するセクタの電波のアンテナの利得比と、アンテナ方向（セクタの中心方向）からの移動通信端末が位置する角度との関係を示すグラフである。
【図８】受信情報取得部によって取得されるセクタ毎の電波の観測回数、及び観測確率を示す情報である。
【図９】平均電力比と受信確率との線形近似した関係を示すグラフである。
【図１０】２つの隣接するセクタの電波のアンテナの利得比と、アンテナ方向（セクタの中心方向）からの移動通信端末が位置する角度との線形近似した関係を示すグラフである。
【図１１】測定回数が１０回だった場合に推定値として算出されえる平均電力比を示したグラフである。
【図１２】測定回数が１０回だった場合に推定値として算出されえるアンテナ方向からの移動通信端末の角度を示したグラフである。
【図１３】本実施形態における、セクタ内の方向推定の低精度範囲を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る移動通信端末のハードウェア構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る移動通信端末で実行される処理（方向推定方法）を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の実施形態に係る方向推定システムである測位サーバの機能構成を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る測位サーバのハードウェア構成を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る方向推定プログラムの構成を示す図である。
【図１９】従来の移動通信端末の方法の推定を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０…移動通信端末、１１…通信部、１２…記憶部、１３…受信情報取得部、１４…方向推定部、１５…精度推定部、１０１…ＣＰＵ、１０２…ＲＡＭ、１０３…ＲＯＭ、１０４…操作部、１０５…無線通信部、１０６…ディスプレイ、１０７…アンテナ、２０…セルラ基地局、３０…測位サーバ、３１…送受信部、３２…記憶部、３３…受信情報取得部、３４…方向推定部、３５…精度推定部、３０１…ＣＰＵ、３０２…ＲＡＭ、３０３…ＲＯＭ、３０４…通信モジュール、３０５…補助記憶装置、４０…移動通信端末、５０…記録媒体、５０ａ…プログラム格納領域、５１…方向推定プログラム、５１ａ…メインモジュール、５１ｂ…通信モジュール、５１ｃ…記憶モジュール、５１ｄ…受信情報取得モジュール、５１ｅ…方向推定モジュール、５１ｆ…精度推定モジュール。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波の発信源からの移動通信端末の方向を推定する方向推定システムであって、
前記発信源からの方向と当該方向における前記移動通信端末の前記電波の受信状態との、前記電波の指向性に基づく関係を示す情報を記憶した記憶部と、
前記移動通信端末の前記電波の受信状態を示す情報を取得する受信情報取得手段と、
前記受信情報取得手段によって取得された前記電波の受信状態を示す情報から、前記記憶部に記憶された前記関係を示す情報に基づいて、前記方向を推定する方向推定手段と、
を備える方向推定システム。
【請求項２】
前記受信情報取得手段は、前記移動通信端末の複数回にわたる電波の受信状態を示す情報を取得して、
前記方向推定手段は、前記受信情報取得手段によって取得された前記複数回にわたる電波の受信状態から前記方向を推定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の方向推定システム。
【請求項３】
前記発信源は、２つの発信方向に電波を発信しており、
前記記憶部は、前記２つの発信方向の電波に応じた前記関係を記憶しており、
前記受信情報取得手段は、前記移動通信端末の、前記２つの発信方向の電波毎の受信状態を示す情報を取得して、
前記方向推定手段は、前記受信情報取得手段によって取得された前記２つの発信方向の電波毎の受信状態を示す情報から前記方向を推定する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方向推定システム。
【請求項４】
前記記憶部は、前記２つの発信方向に対する角度と前記２つの発信方向の電波の受信強度の比との関係を示す情報を、前記電波の指向性に基づく関係を示す情報として記憶しており、
前記受信情報取得手段は、前記移動通信端末の、前記２つの発信方向の電波の受信強度の比を示す情報を取得して、
前記方向推定手段は、前記受信情報取得手段によって取得された前記２つの発信方向の電波の受信強度の比を示す情報から、前記記憶部に記憶された前記関係を示す情報に基づいて前記方向を推定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の方向推定システム。
【請求項５】
前記受信情報取得手段は、前記移動通信端末の、前記２つの発信方向の電波のそれぞれの受信回数を示す情報を取得して、当該受信回数から前記受信強度の比を算出することを特徴とする請求項４に記載の方向推定システム。
【請求項６】
前記受信情報取得手段によって取得された前記電波の受信状態を示す情報から、前記記憶部に記憶された前記２つの発信方向に対する角度と前記２つの発信方向の電波の受信強度の比との関係を示す情報に基づいて、前記方向推定手段によって推定される前記方向の精度を推定する精度推定手段を更に備える請求項４又は５に記載の方向推定システム。
【請求項７】
前記発信源は、３つ以上の発信方向に電波を発信しており、
前記受信情報取得手段は、前記移動通信端末の、前記３つ以上の発信方向に電波毎の受信状態を示す情報を取得して、当該受信状態に基づいて前記方向の推定に用いる前記２つの発信方向の電波を特定する、
ことを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の方向推定システム。
【請求項８】
電波の発信源からの移動通信端末の方向を推定する、前記発信源からの方向と当該方向における前記移動通信端末の前記電波の受信状態との、前記電波の指向性に基づく関係を示す情報を記憶した記憶部を備える方向推定システムによる方向推定方法であって、
前記移動通信端末の前記電波の受信状態を示す情報を取得する受信情報取得ステップと、
前記受信情報取得ステップにおいて取得された前記電波の受信状態を示す情報から、前記記憶部に記憶された前記関係を示す情報に基づいて、前記方向を推定する方向推定ステップと、
を含む方向推定方法。
【請求項９】
前記受信情報取得ステップにおいて、前記移動通信端末の複数回にわたる電波の受信状態を示す情報を取得して、
前記方向推定ステップにおいて、前記受信情報取得ステップにおいて取得された前記複数回にわたる電波の受信状態から前記方向を推定する、
ことを特徴とする請求項８に記載の方向推定方法。
【請求項１０】
前記発信源は、２つの発信方向に電波を発信しており、
前記記憶部は、前記２つの発信方向の電波に応じた前記関係を記憶しており、
前記受信情報取得ステップにおいて、前記移動通信端末の、前記２つの発信方向の電波毎の受信状態を示す情報を取得して、
前記方向推定ステップにおいて、前記受信情報取得ステップにおいて取得された前記２つの発信方向の電波毎の受信状態を示す情報から前記方向を推定する、
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の方向推定方法。
【請求項１１】
前記記憶部は、前記２つの発信方向に対する角度と前記２つの発信方向の電波の受信強度の比との関係を示す情報を、前記電波の指向性に基づく関係を示す情報として記憶しており、
前記受信情報取得ステップにおいて、前記移動通信端末の、前記２つの発信方向の電波の受信強度の比を示す情報を取得して、
前記方向推定ステップにおいて、前記受信情報取得ステップにおいて取得された前記２つの発信方向の電波の受信強度の比を示す情報から、前記記憶部に記憶された前記関係を示す情報に基づいて前記方向を推定する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の方向推定方法。
【請求項１２】
前記受信情報取得ステップにおいて、前記移動通信端末の、前記２つの発信方向の電波のそれぞれの受信回数を示す情報を取得して、当該受信回数から前記受信強度の比を算出することを特徴とする請求項１１に記載の方向推定方法。
【請求項１３】
前記受信情報取得ステップにおいて取得された前記電波の受信状態を示す情報から、前記記憶部に記憶された前記２つの発信方向に対する角度と前記２つの発信方向の電波の受信強度の比との関係を示す情報に基づいて、前記方向推定ステップにおいて推定される前記方向の精度を推定する精度推定ステップを更に含む請求項１１又は１２に記載の方向推定方法。
【請求項１４】
前記発信源は、３つ以上の発信方向に電波を発信しており、
前記受信情報取得ステップにおいて、前記移動通信端末の、前記３つ以上の発信方向に電波毎の受信状態を示す情報を取得して、当該受信状態に基づいて前記方向の推定に用いる前記２つの発信方向の電波を特定する、
ことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の方向推定方法。
【請求項１５】
コンピュータに、電波の発信源からの移動通信端末の方向を推定させる方向推定プログラムであって、
前記発信源からの方向と当該方向における前記移動通信端末の前記電波の受信状態との、前記電波の指向性に基づく関係を示す情報を記憶した記憶機能と、
前記移動通信端末の前記電波の受信状態を示す情報を取得する受信情報取得機能と、
前記受信情報取得機能によって取得された前記電波の受信状態を示す情報から、前記記憶機能によって記憶された前記関係を示す情報に基づいて、前記方向を推定する方向推定機能と、
をコンピュータに実行させる方向推定プログラム。
【請求項１】
電波の発信源からの移動通信端末の方向を推定する方向推定システムであって、
前記発信源からの方向と当該方向における前記移動通信端末の前記電波の受信状態との、前記電波の指向性に基づく関係を示す情報を記憶した記憶部と、
前記移動通信端末の前記電波の受信状態を示す情報を取得する受信情報取得手段と、
前記受信情報取得手段によって取得された前記電波の受信状態を示す情報から、前記記憶部に記憶された前記関係を示す情報に基づいて、前記方向を推定する方向推定手段と、
を備える方向推定システム。
【請求項２】
前記受信情報取得手段は、前記移動通信端末の複数回にわたる電波の受信状態を示す情報を取得して、
前記方向推定手段は、前記受信情報取得手段によって取得された前記複数回にわたる電波の受信状態から前記方向を推定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の方向推定システム。
【請求項３】
前記発信源は、２つの発信方向に電波を発信しており、
前記記憶部は、前記２つの発信方向の電波に応じた前記関係を記憶しており、
前記受信情報取得手段は、前記移動通信端末の、前記２つの発信方向の電波毎の受信状態を示す情報を取得して、
前記方向推定手段は、前記受信情報取得手段によって取得された前記２つの発信方向の電波毎の受信状態を示す情報から前記方向を推定する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方向推定システム。
【請求項４】
前記記憶部は、前記２つの発信方向に対する角度と前記２つの発信方向の電波の受信強度の比との関係を示す情報を、前記電波の指向性に基づく関係を示す情報として記憶しており、
前記受信情報取得手段は、前記移動通信端末の、前記２つの発信方向の電波の受信強度の比を示す情報を取得して、
前記方向推定手段は、前記受信情報取得手段によって取得された前記２つの発信方向の電波の受信強度の比を示す情報から、前記記憶部に記憶された前記関係を示す情報に基づいて前記方向を推定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の方向推定システム。
【請求項５】
前記受信情報取得手段は、前記移動通信端末の、前記２つの発信方向の電波のそれぞれの受信回数を示す情報を取得して、当該受信回数から前記受信強度の比を算出することを特徴とする請求項４に記載の方向推定システム。
【請求項６】
前記受信情報取得手段によって取得された前記電波の受信状態を示す情報から、前記記憶部に記憶された前記２つの発信方向に対する角度と前記２つの発信方向の電波の受信強度の比との関係を示す情報に基づいて、前記方向推定手段によって推定される前記方向の精度を推定する精度推定手段を更に備える請求項４又は５に記載の方向推定システム。
【請求項７】
前記発信源は、３つ以上の発信方向に電波を発信しており、
前記受信情報取得手段は、前記移動通信端末の、前記３つ以上の発信方向に電波毎の受信状態を示す情報を取得して、当該受信状態に基づいて前記方向の推定に用いる前記２つの発信方向の電波を特定する、
ことを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の方向推定システム。
【請求項８】
電波の発信源からの移動通信端末の方向を推定する、前記発信源からの方向と当該方向における前記移動通信端末の前記電波の受信状態との、前記電波の指向性に基づく関係を示す情報を記憶した記憶部を備える方向推定システムによる方向推定方法であって、
前記移動通信端末の前記電波の受信状態を示す情報を取得する受信情報取得ステップと、
前記受信情報取得ステップにおいて取得された前記電波の受信状態を示す情報から、前記記憶部に記憶された前記関係を示す情報に基づいて、前記方向を推定する方向推定ステップと、
を含む方向推定方法。
【請求項９】
前記受信情報取得ステップにおいて、前記移動通信端末の複数回にわたる電波の受信状態を示す情報を取得して、
前記方向推定ステップにおいて、前記受信情報取得ステップにおいて取得された前記複数回にわたる電波の受信状態から前記方向を推定する、
ことを特徴とする請求項８に記載の方向推定方法。
【請求項１０】
前記発信源は、２つの発信方向に電波を発信しており、
前記記憶部は、前記２つの発信方向の電波に応じた前記関係を記憶しており、
前記受信情報取得ステップにおいて、前記移動通信端末の、前記２つの発信方向の電波毎の受信状態を示す情報を取得して、
前記方向推定ステップにおいて、前記受信情報取得ステップにおいて取得された前記２つの発信方向の電波毎の受信状態を示す情報から前記方向を推定する、
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の方向推定方法。
【請求項１１】
前記記憶部は、前記２つの発信方向に対する角度と前記２つの発信方向の電波の受信強度の比との関係を示す情報を、前記電波の指向性に基づく関係を示す情報として記憶しており、
前記受信情報取得ステップにおいて、前記移動通信端末の、前記２つの発信方向の電波の受信強度の比を示す情報を取得して、
前記方向推定ステップにおいて、前記受信情報取得ステップにおいて取得された前記２つの発信方向の電波の受信強度の比を示す情報から、前記記憶部に記憶された前記関係を示す情報に基づいて前記方向を推定する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の方向推定方法。
【請求項１２】
前記受信情報取得ステップにおいて、前記移動通信端末の、前記２つの発信方向の電波のそれぞれの受信回数を示す情報を取得して、当該受信回数から前記受信強度の比を算出することを特徴とする請求項１１に記載の方向推定方法。
【請求項１３】
前記受信情報取得ステップにおいて取得された前記電波の受信状態を示す情報から、前記記憶部に記憶された前記２つの発信方向に対する角度と前記２つの発信方向の電波の受信強度の比との関係を示す情報に基づいて、前記方向推定ステップにおいて推定される前記方向の精度を推定する精度推定ステップを更に含む請求項１１又は１２に記載の方向推定方法。
【請求項１４】
前記発信源は、３つ以上の発信方向に電波を発信しており、
前記受信情報取得ステップにおいて、前記移動通信端末の、前記３つ以上の発信方向に電波毎の受信状態を示す情報を取得して、当該受信状態に基づいて前記方向の推定に用いる前記２つの発信方向の電波を特定する、
ことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の方向推定方法。
【請求項１５】
コンピュータに、電波の発信源からの移動通信端末の方向を推定させる方向推定プログラムであって、
前記発信源からの方向と当該方向における前記移動通信端末の前記電波の受信状態との、前記電波の指向性に基づく関係を示す情報を記憶した記憶機能と、
前記移動通信端末の前記電波の受信状態を示す情報を取得する受信情報取得機能と、
前記受信情報取得機能によって取得された前記電波の受信状態を示す情報から、前記記憶機能によって記憶された前記関係を示す情報に基づいて、前記方向を推定する方向推定機能と、
をコンピュータに実行させる方向推定プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
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【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１０−４８７０８（Ｐ２０１０−４８７０８Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１４０９６（Ｐ２００８−２１４０９６）
【出願日】平成２０年８月２２日（２００８．８．２２）
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２２日（２００８．８．２２）
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【Ｆターム（参考）】
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