JP2010014485A - Ｇｐｓ信号発生装置及び中継システム - Google Patents

Abstract

【課題】端末の構成や動作に変更を加えることなく、屋内等のＧＰＳ衛星からの電波が受信しにくい環境にあっても精度良く位置検出可能にする。
【解決手段】ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ信号受信部１１と、自装置の位置に関する特定地点の位置情報を保持する位置情報記憶部１５と、受信したＧＰＳ信号の送信タイミングを位置情報に基づいて調整し、ＧＰＳ信号と同じ情報及び信号形式を持つ擬似ＧＰＳ信号を生成する擬似ＧＰＳ信号生成部１８とを備える。擬似ＧＰＳ信号生成部１８は、航法メッセージタイミング生成部１７で自装置の位置情報と受信ＧＰＳ信号の航法メッセージに基づき生成されるタイミングにより、擬似ＧＰＳ信号の送信タイミングを決定し、受信ＧＰＳ信号と同等の内容でタイミングが調整された擬似ＧＰＳ信号を生成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からのＧＰＳ信号を屋内等で受信可能とするＧＰＳ信号発生装置及び中継システムに関する。

近年では、携帯電話端末のような携帯端末においては、ＧＰＳによる位置検出機能を搭載しているものが多い。また、日本国内では、２００７年４月以降に発売される３Ｇ携帯電話端末には、この位置検出機能を実現するＧＰＳモジュールの内蔵が原則として義務付けられている。

ＧＰＳによる位置検出機能は、システムを構成している複数の衛星（ＧＰＳ衛星と呼ばれる）からそれぞれ到来する複数の電波を受信して、これらの電波に含まれている複数のＧＰＳ信号に基づいて電波受信点の位置、すなわちユーザ位置の緯度、経度、高さを計算により特定するものである。

このような位置検出機能は、一般的には端末のユーザが屋外を歩行する場合や自動車等の乗り物を利用して移動する場合のナビゲーションに利用される。また、他の用途として、例えば端末のユーザが何らかの犯罪に巻き込まれた場合などに、端末の位置情報を通報してユーザの現在位置の特定などに利用することも想定されている。しかし、屋内、特に鉄筋が埋め込まれた建物や鉄骨造りの建物の内部のように、金属で囲まれている空間では、もともと微弱なＧＰＳ衛星からの電波が更に大きく減衰するため、非常に受信しにくい状態になるのは避けられない。携帯端末においては、ビルなどの屋内や地下、高架下等のＧＰＳ衛星からの電波を受信しにくい環境であっても、位置検出を可能にすることが望まれている。特に、端末の位置情報によってユーザの現在位置を特定したい場合などには、受信環境によらず位置検出ができることは重要である。

屋内における位置検出を可能にするための従来技術としては、例えば特許文献１及び特許文献２が知られている。

特許文献１においては、建物の屋外に設置したＧＰＳアンテナが受信したＧＰＳ信号をケーブルで屋内に引き込み、このＧＰＳ信号を屋内に設置したＧＰＳ発信器によってそのまま電波として再輻射することが開示されている。この特許文献１の構成では、ＧＰＳモジュールを搭載した携帯電話端末が屋内に存在する場合には、この携帯電話端末がＧＰＳ衛星から送出される電波を直接受信することは困難であるが、屋内にあるＧＰＳ発信器からの電波を受信することにより、位置検出に必要なＧＰＳ信号を携帯電話端末が取得でき、屋内でも位置の特定が可能になる。

特許文献２においては、ＧＰＳ衛星から送出されるＧＰＳ信号と同じメッセージ構造を有し、ＧＰＳ信号に含まれる衛星軌道データ（航法メッセージ）の代わりに送信機設置場所の位置データを含む疑似ＧＰＳ信号を電波として送信する送信機を設けることが開示されている。この特許文献２の構成では、ＧＰＳ衛星からの電波を受信できない屋内であっても、疑似ＧＰＳ信号の送信機からの電波を受信できる場所であれば、位置の検出が可能になる。
特開２００５−２４４６２５号公報 特開２００６−２０１１５１号公報

しかしながら、特許文献１の技術においては、屋内に設置されるＧＰＳ発信器を経由してＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を携帯電話端末が受信する場合には、携帯電話端末が検出する位置は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信する屋外のＧＰＳアンテナの位置になる。従って、屋外のＧＰＳアンテナから大きく離れた位置の屋内で携帯電話端末を使用している場合には、検出位置に大きな測定誤差が発生する。

また、屋外のＧＰＳアンテナで受信したＧＰＳ信号を長い同軸ケーブル等を用いて屋内の様々な箇所に導くような場合には、反射等の影響によってマルチパスが発生する可能性がある。この場合、マルチパスの影響を受けたＧＰＳ信号がそのまま屋内のＧＰＳ発信器から再輻射されることになるので、携帯電話端末における位置検出の際にマルチパスの影響が現れて位置検出誤差が発生する可能性がある。

また、特許文献２の技術においては、屋内等に設置される送信機から送信される疑似ＧＰＳ信号は、ＧＰＳ衛星が送信するＧＰＳ信号とは情報の形式が異なっている。そのため、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を処理することを想定して作られている現在の携帯電話端末等に搭載されている位置検出機能では、送信機から送信される疑似ＧＰＳ信号を処理することができない。つまり、ＧＰＳ信号を受信する回路のハードウェアをそのまま利用できる場合であっても、信号処理の内容、すなわち信号処理用のソフトウェアを疑似ＧＰＳ信号に含まれている情報の形式に合わせて変更しない限り、この疑似ＧＰＳ信号から位置を検出することはできない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ＧＰＳによる位置検出機能を備えた端末の構成や動作に変更を加えることなく、屋内等のＧＰＳ衛星からの電波が受信しにくい環境にあっても精度良く位置検出可能にすることのできるＧＰＳ信号発生装置及び中継システムを提供することを目的とする。

本発明は、受信点の測位に利用可能な所定の衛星からのＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ信号受信部と、自装置の位置に関する特定地点の位置情報を保持する位置情報保持部と、前記受信したＧＰＳ信号の送信タイミングを前記位置情報に基づいて調整した信号であり、前記ＧＰＳ信号と同じ情報及び信号形式を持つ擬似ＧＰＳ信号を生成する擬似ＧＰＳ信号生成部と、を備えるＧＰＳ信号発生装置を提供する。
これにより、当該ＧＰＳ信号発生装置の位置に関する位置情報に基づいて送信タイミングを調整した擬似ＧＰＳ信号が生成される。ここで、位置情報としては、少なくとも緯度と経度を含み、さらに高さを含む情報としてもよい。ＧＰＳ受信機を有する端末は、擬似ＧＰＳ信号を受信することによって、衛星からのＧＰＳ信号を直接受信した場合と同様に現在位置の測位が可能となる。このため、ＧＰＳによる位置検出機能を備えた端末の構成や動作に変更を加えることなく、屋内等のＧＰＳ衛星からの電波が受信しにくい環境にあっても精度良く位置検出可能にすることができる。

また、本発明は、上記のＧＰＳ信号発生装置であって、前記ＧＰＳ信号受信部は、少なくとも４つの前記衛星からのＧＰＳ信号を受信し、前記擬似ＧＰＳ信号生成部は、前記４つの衛星の位置情報をＸｎ、Ｙｎ、Ｚｎ（ｎは１〜４の整数）、前記特定地点の位置情報をＵｘ、Ｕｙ、Ｕｚ、光速をｃ、時計の誤差を表すクロックバイアスをＣＢとした場合、次式により算出される時間差ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３、ΔＴ４
ΔＴ１＝（√((Ｘ１−Ｕｘ)²＋(Ｙ１−Ｕｙ)²＋(Ｚ１−Ｕｚ)²))／ｃ＋ＣＢ
ΔＴ２＝（√((Ｘ２−Ｕｘ)²＋(Ｙ２−Ｕｙ)²＋(Ｚ２−Ｕｚ)²))／ｃ＋ＣＢ
ΔＴ３＝（√((Ｘ３−Ｕｘ)²＋(Ｙ３−Ｕｙ)²＋(Ｚ３−Ｕｚ)²))／ｃ＋ＣＢ
ΔＴ４＝（√((Ｘ４−Ｕｘ)²＋(Ｙ４−Ｕｙ)²＋(Ｚ４−Ｕｚ)²))／ｃ＋ＣＢ
√(）は（）内の平方根を表す
に基づいて前記擬似ＧＰＳ信号の送信タイミングを決定するものを含む。
これにより、当該ＧＰＳ信号発生装置の位置に関する緯度、経度、高さを含む位置情報に基づいて算出した時間差により、擬似ＧＰＳ信号の送信タイミングを決定して生成することができ、屋内等のＧＰＳ衛星からの電波が受信しにくい環境にあっても、擬似ＧＰＳ信号によって精度良く緯度、経度、高さの位置検出が可能になる。

また、本発明は、上記のＧＰＳ信号発生装置であって、前記ＧＰＳ信号受信部は、少なくとも３つの前記衛星からのＧＰＳ信号を受信し、前記擬似ＧＰＳ信号生成部は、前記３つの衛星の位置情報をＸｎ、Ｙｎ（ｎは１〜３の整数）、前記特定地点の位置情報をＵｘ、Ｕｙ、光速をｃ、時計の誤差を表すクロックバイアスをＣＢとした場合、次式により算出される時間差ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３
ΔＴ１＝（√((Ｘ１−Ｕｘ)²＋(Ｙ１−Ｕｙ)²))／ｃ＋ＣＢ
ΔＴ２＝（√((Ｘ２−Ｕｘ)²＋(Ｙ２−Ｕｙ)²))／ｃ＋ＣＢ
ΔＴ３＝（√((Ｘ３−Ｕｘ)²＋(Ｙ３−Ｕｙ)²))／ｃ＋ＣＢ
√(）は（）内の平方根を表す
に基づいて前記擬似ＧＰＳ信号の送信タイミングを決定するものを含む。
これにより、当該ＧＰＳ信号発生装置の位置に関する緯度、経度を含む位置情報に基づいて算出した時間差により、擬似ＧＰＳ信号の送信タイミングを決定して生成することができ、屋内等のＧＰＳ衛星からの電波が受信しにくい環境にあっても、擬似ＧＰＳ信号によって精度良く緯度、経度の位置検出が可能になる。

また、本発明は、上記のＧＰＳ信号発生装置であって、前記ＧＰＳ信号受信部は、前記衛星からＣ／Ａ（Coarse and Acquisition）コードによって符号化された航法メッセージを含むＧＰＳ信号を受信して前記ＧＰＳ信号に適合するＣ／Ａコードを判別し、前記擬似ＧＰＳ信号生成部は、前記判別したＣ／Ａコードと同じＣ／Ａコードが割り当てられた擬似ＧＰＳ信号を生成するものを含む。
これにより、衛星からのＧＰＳ信号と同じ情報及び信号形式を持つ、ＧＰＳ信号と同等に扱える擬似ＧＰＳ信号を生成可能である。

また、本発明は、上記のＧＰＳ信号発生装置であって、前記擬似ＧＰＳ信号を電波により送信する送信部と、所定位置で前記衛星からのＧＰＳ信号を受信し、前記擬似ＧＰＳ信号と前記ＧＰＳ信号との干渉を検出する干渉検出用ＧＰＳ受信部とを備え、前記送信部は、前記干渉検出用ＧＰＳ受信部で受信されたＧＰＳ信号の受信強度に応じて、前記擬似ＧＰＳ信号の送信出力を調整するものを含む。
これにより、例えば擬似ＧＰＳ信号の送信範囲のエリアの境界近傍など、所定位置での衛星からのＧＰＳ信号の受信強度に応じて、擬似ＧＰＳ信号の送信出力を調整することで、擬似ＧＰＳ信号とＧＰＳ信号との干渉を抑制することが可能である。

また、本発明は、上記いずれかのＧＰＳ信号発生装置と、前記衛星からのＧＰＳ信号を受信するためのＧＰＳアンテナと、前記ＧＰＳ信号発生装置で生成された擬似ＧＰＳ信号を前記受信したＧＰＳ信号と同じ周波数の無線信号に変換する無線部と、前記無線部から出力される擬似ＧＰＳ信号を所定の領域に送出するＧＰＳ中継用アンテナと、を備える中継システムを提供する。
これにより、ＧＰＳによる位置検出機能を備えた端末の構成や動作に変更を加えることなく、屋内等のＧＰＳ衛星からの電波が受信しにくい環境にあっても精度良く位置検出可能にすることのできるＧＰＳ信号の中継システムを実現可能になる。

また、本発明は、受信点の測位に利用可能な所定の衛星からのＧＰＳ信号を受信するためのＧＰＳアンテナと、移動体通信の基地局からの通信信号を受信する通信用受信アンテナと、前記受信したＧＰＳ信号の周波数を３００ＭＨｚ以下に変換する周波数変換部と、前記通信用受信アンテナ及び前記ＧＰＳアンテナとケーブルを介して接続され、前記受信した通信信号と前記周波数変換後のＧＰＳ信号とを再送信する中継局親機と、上記いずれかのＧＰＳ信号発生装置と、前記ＧＰＳ信号発生装置で生成された擬似ＧＰＳ信号を前記受信したＧＰＳ信号と同じ周波数の無線信号に変換する無線部と、前記無線部から出力される擬似ＧＰＳ信号を所定の領域に送出するＧＰＳ中継用アンテナと、前記通信信号を所定の領域に送出する通信中継用アンテナとを有する中継局子機と、を備える中継システムを提供する。
これにより、移動体通信用の中継システムにＧＰＳ信号の中継システムを含めた中継システムを構成でき、屋内等の電波が受信しにくい環境にあっても、携帯電話等の端末において移動体通信とＧＰＳによる位置検出とを良好な状態で行うことが可能になる。この場合、ケーブル等を共用できるので、構成の簡略化、コスト削減を図ることができる。

本発明によれば、ＧＰＳによる位置検出機能を備えた端末の構成や動作に変更を加えることなく、屋内等のＧＰＳ衛星からの電波が受信しにくい環境にあっても精度良く位置検出可能にすることのできるＧＰＳ信号発生装置及び中継システムを提供できる。

まず、本発明の実施の形態において前提となる技術として、ＧＰＳによる測位システムに関する一般的な技術について説明する。

（ＧＰＳによる測位システム）
ＧＰＳ（Global Positioning System；全（汎）地球測位システム）とは、米軍が運用している衛星航法システムのことであり、１８〜２４機のＭＥＯ衛星で構成されている。また、このＧＰＳを含むシステムとして、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System；全世界的航法衛星システム）がある。ＧＮＳＳは、ＩＣＡＯ（国際民間航空機関）が定義した衛星航法システムのことであり、民間航空航法に使用可能な性能（精度・信頼性）を持つ。具体的には、ＧＰＳ／ＧＬＯＮＡＳＳ＋補強システムであり、一般には、ＧＰＳ／ＧＬＯＮＡＳＳ／Ｇａｌｉｌｅｏ／各種補強システムの総称である。

ＧＰＳ衛星から送出されるＧＰＳ信号には互いに周波数が異なる３波の信号（Ｌ１：１５７５．４２ＭＨｚ、Ｌ２：１２２７．６０ＭＨｚ、Ｌ３：１１７６．４５ＭＨｚ）があるが、一般的に使用されているのはＬ１のみである。複数のＧＰＳ衛星がそれぞれ送出するＧＰＳ信号は、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access ：符号分割多元接続）により同じ周波数に多重された状態で送出される。衛星数が２４個の場合、Ｌ１の周波数に信号が２４個多重されていることになる。ＧＰＳ信号には、衛星自身の軌道情報や時計の補正情報などのデータ（エフェメリス：Ephemeris）や全衛星の概略の軌道情報（アルマナック：Almanac）などからなる航法メッセージ（Satellite Message）が含まれている。また、Ｌ１波にはＣ／Ａ（Coarse and Acquisition）コードで符号化された信号と、Ｐ（Precision）コードで符号化された信号の２種類の信号が含まれている。Ｌ２波にはＰコードで符号化された信号が含まれている。Ｃ／Ａコードは、その乱数パターンが公表され一般に利用可能になっている。

図１０はＧＰＳ衛星と受信点との位置関係及びＧＰＳ信号のタイミングの例を示す模式図である。ここでは、図１０（ａ）のように、位置を測定すべき受信点において、ＧＰＳ受信機で４つのＧＰＳ衛星からの電波をそれぞれ受信できる場合を想定する。この場合、４つのＧＰＳ衛星が同時にＧＰＳ信号を送出した場合であっても、各ＧＰＳ衛星の位置が互いに異なるため、受信点で各ＧＰＳ信号を受信する時刻には時間差が生じる。

図１０（ｂ）のように、１番目の衛星からのＧＰＳ信号を受信する時刻が所定の基準時刻に対して時間差ΔＴ１だけ遅延し、２番目の衛星からのＧＰＳ信号を受信する時刻が所定の基準時刻に対して時間差ΔＴ２だけ遅延し、３番目の衛星からのＧＰＳ信号を受信する時刻が所定の基準時刻に対して時間差ΔＴ３だけ遅延し、４番目の衛星からのＧＰＳ信号を受信する時刻が所定の基準時刻に対して時間差ΔＴ４だけ遅延しているものとする。この場合、受信点と各ＧＰＳ衛星との距離（疑似距離）ＰＲ１、ＰＲ２、ＰＲ３、ＰＲ４は、それぞれ次式により求められる。
ＰＲ１＝ΔＴ１×ｃ
ＰＲ２＝ΔＴ２×ｃ
ＰＲ３＝ΔＴ３×ｃ
ＰＲ４＝ΔＴ４×ｃ ……（１）
ここで、ｃ：光速に対応する定数

しかし、このようにして求められる疑似距離には衛星とユーザ（受信点）の間の実際の距離の他に、衛星のクロックバイアス、大気による歪み、相対論的効果、レシーバ雑音、レシーバのクロックバイアスなどの誤差が含まれている。そこで、位置と時刻を決定するプロセスに入る前に、上記疑似距離に決定論的な補正を施して誤差を補償する。

一方、各ＧＰＳ衛星から送出されるＧＰＳ信号の航法メッセージには、各衛星の位置を表す情報も含まれている。そこで、
Ｘ１：１番目の衛星の位置に関するＸ座標（緯度）
Ｙ１：１番目の衛星の位置に関するＹ座標（経度）
Ｚ１：１番目の衛星の位置に関するＺ座標（高さ）
Ｘ２：２番目の衛星の位置に関するＸ座標
Ｙ２：２番目の衛星の位置に関するＹ座標
Ｚ２：２番目の衛星の位置に関するＺ座標
Ｘ３：３番目の衛星の位置に関するＸ座標
Ｙ３：３番目の衛星の位置に関するＹ座標
Ｚ３：３番目の衛星の位置に関するＺ座標
Ｘ４：４番目の衛星の位置に関するＸ座標
Ｙ４：４番目の衛星の位置に関するＹ座標
Ｚ４：４番目の衛星の位置に関するＺ座標
Ｕｘ：ユーザ位置に関するＸ座標
Ｕｙ：ユーザ位置に関するＹ座標
Ｕｚ：ユーザ位置に関するＺ座標
ＣＢ：ＧＰＳレシーバのクロックバイアス
ｃ：光速に対応する定数
と定義すれば、次式に示す４つの距離方程式による連立方程式が成立する。
（Ｘ１−Ｕｘ）²＋（Ｙ１−Ｕｙ）²＋（Ｚ１−Ｕｚ）²＝（ＰＲ１−ＣＢ×ｃ）²
（Ｘ２−Ｕｘ）²＋（Ｙ２−Ｕｙ）²＋（Ｚ２−Ｕｚ）²＝（ＰＲ２−ＣＢ×ｃ）²
（Ｘ３−Ｕｘ）²＋（Ｙ３−Ｕｙ）²＋（Ｚ３−Ｕｚ）²＝（ＰＲ３−ＣＢ×ｃ）²
（Ｘ４−Ｕｘ）²＋（Ｙ４−Ｕｙ）²＋（Ｚ４−Ｕｚ）²＝（ＰＲ４−ＣＢ×ｃ）²
……（２）

従って、上記の連立方程式の各式のＰＲ１〜ＰＲ４において検出されたＧＰＳ信号の時間差ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３、ΔＴ４を当てはめて連立方程式を解くことにより、未知数であるユーザ位置の座標（Ｕｘ、Ｕｙ、Ｕｚ）を算出することができる。

図１１は衛星から送出されるＧＰＳ信号の構成を示す波形図である。この図１１は、実際にＧＰＳ衛星から送出されるＧＰＳ信号（Ｌ１、Ｃ／Ａ）を示したものである。このＧＰＳ信号は、周波数が１５７５．４２ＭＨｚのＬ１搬送波を１．０２３ＭｃｐｓのＰＮコード（疑似雑音符号）で変調し、このＰＮコードを５０ｂｐｓのビットレートの航法メッセージで変調している。

図１２に示すように、受信機においては、衛星から送出されたＧＰＳ信号（ＰＮコード）を遅延した状態で受信する。図１２は端末が受信したＧＰＳ信号の遅延時間を検出するための一般的な動作を示す模式図である。ＧＰＳ信号の遅延時間を正しく測定するために、受信機において受信波と同じ符号のレプリカ信号を生成し、受信波とレプリカ信号との相関を求めて、時間差τが０となるようにレプリカ信号のタイミングを調整し、受信波のタイミングを検出する。

一方、各ＧＰＳ衛星からは、図１３に示すようなＧＰＳ信号の航法メッセージが送出される。図１３は衛星から送出されるＧＰＳ信号に含まれる航法メッセージの構成を示す模式図である。各ＧＰＳ衛星からは、それぞれが３００ビットの情報で構成される５つのサブフレームを合わせた１フレームで１５００ビットの情報からなる航法メッセージが送出される。この場合、ビットレートが５０ｂｐｓなので、１フレームの航法メッセージを受信するのに３０秒間を要することになる。また、サブフレーム＃１〜＃３については、送信している衛星自身のクロック・軌道情報（エフェメリス情報）を含み、３０秒毎に同じ内容が繰り返される。また、サブフレーム＃４、＃５については、他の衛星のおおまかなクロック・軌道情報（アルマナック情報）や、電離層補正情報などを含み、全体では２５ページ（フレーム）の情報が各フレームで順番に送信される。従って、全衛星の情報を得るためには１２．５分の時間が必要になる。

複数のＧＰＳ衛星から送出されるＧＰＳ信号を受信して受信点の位置を測定するためには、上記のように様々な情報が必要になり、これらの情報を受信するのに比較的長い時間（初期位置算出時間（ＴＴＦＦ））が必要になる。ここで、以前に受信した情報を不揮発性メモリに記憶しておいてその情報を利用できる場合には、比較的短い時間で位置を測定することが可能である。一般的なＧＰＳ受信機においては、測位時間を短縮するため、以下に示す３つの状態を持っている。

１．コールドスタート：不揮発性メモリに何の情報もない場合。測距信号の捕捉と航法メッセージの取得に数分程度かかる。
２．ウォームスタート：不揮発性メモリにアルマナック情報のみある場合。測距信号を捕捉後、航法メッセージの取得に３０〜６０秒かかる。
３．ホットスタート：不揮発性メモリ内のエフェメリス情報が有効な場合。数秒程度で測距信号を捕捉、位置を算出できる。

（実施の形態）
次に、本発明のＧＰＳ信号発生装置及び中継システムに係る実施の形態を説明する。

図１は本発明の実施の形態に係るＧＰＳ信号発生装置及び中継システムの構成例を示すブロック図である。本実施の形態のＧＰＳ信号発生装置及び中継システムは、ビル等の屋内に配設され、ＧＰＳ衛星からの電波を受信しにくい位置にある端末に対してＧＰＳ信号を中継するものである。この際、ＧＰＳ信号発生装置は、中継用のＧＰＳ信号として、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳと同一の形式で、設置位置に合わせて信号の遅延時間を調整した擬似ＧＰＳ信号を生成して送信する。

本実施の形態の中継システムは、複数のＧＰＳ信号発生装置１０−１、１０−２、１０−３が配設されて構成される。以下ではこれら複数の装置を代表してＧＰＳ信号発生装置１０と記載することもある。このＧＰＳ信号発生装置１０−１、１０−２、１０−３は、屋内の互いに異なる箇所に設置してあり、共通のＧＰＳ信号受信用のＧＰＳアンテナ１０１と同軸ケーブル３３を介して接続される。そして、ＧＰＳ信号発生装置１０−１、１０−２、１０−３は、それぞれＧＰＳ中継用アンテナとして機能する送信用のアンテナ１０２−１、１０２−２、１０２−３を備え、ＧＰＳアンテナ１０１で受信した衛星からのＧＰＳ信号を基に自装置で生成した擬似ＧＰＳ信号をそれぞれの位置から送信する。

ＧＰＳ信号発生装置１０−１は、アンテナ１０２−１から領域Ａ１の範囲に届くように指向性を定めて、疑似ＧＰＳ信号の電波を輻射する。同様に、ＧＰＳ信号発生装置１０−２はアンテナ１０２−２から領域Ａ２の範囲に届くように疑似ＧＰＳ信号の電波を輻射し、ＧＰＳ信号発生装置１０−３はアンテナ１０２−３から領域Ａ３の範囲に届くように疑似ＧＰＳ信号の電波を輻射する。ここで、各領域Ａ１、Ａ２、Ａ３は互いに範囲が重ならないように位置及び大きさを予め決定してある。

また、ＧＰＳ信号発生装置１０−１が生成する疑似ＧＰＳ信号については、ＧＰＳアンテナ１０１でのＧＰＳ信号の受信タイミングと、このＧＰＳアンテナ１０１の設置位置及び送信用のアンテナ１０２−１の設置位置の位置情報とに基づき、遅延時間を調整して生成する。同様に、ＧＰＳ信号発生装置１０−２が生成する疑似ＧＰＳ信号についてはアンテナ１０２−２の位置情報に基づき、ＧＰＳ信号発生装置１０−３が生成する疑似ＧＰＳ信号についてはアンテナ１０２−３の位置情報に基づいてそれぞれ生成する。これにより、ＧＰＳ信号発生装置１０がカバーするそれぞれの領域Ａ１、Ａ２、Ａ３において、端末で擬似ＧＰＳ信号を受信した場合に、遅延時間が実際の受信点の位置と対応するようになるため、衛星からのＧＰＳ信号を直接受信した場合と同様に、屋内であっても携帯電話端末等の端末において現在の正確な位置情報を得られるようになる。

図２は本実施の形態に係るＧＰＳ信号発生装置及び中継システムの配置構成例を示す模式図である。図１に示した本実施の形態のＧＰＳ信号発生装置及び中継システムは、ビル等の建物１１０内に配設され、屋内においてＧＰＳ信号の中継を行う。ＧＰＳアンテナ１０１は、ＧＰＳ衛星からの電波を良好に受信可能なように、建物１１０の屋上等に配設される。複数のＧＰＳ信号発生装置１０は、建物１１０内の各階層ごとなど、各エリアごとに複数配設され、建物１１０内の広範囲をカバーしている。全てのＧＰＳ信号発生装置１０は、同軸ケーブル３３を介してアンテナ１０１と共通に接続されている。このようにＧＰＳ信号発生装置を配置した中継システムによって、衛星からのＧＰＳ信号を直接受信できない建物１１０の内部においても、端末によりＧＰＳ信号を利用して正確な位置情報を取得することが可能になる。

続いて、本実施の形態のＧＰＳ信号発生装置の具体的な構成及び動作について説明する。図３は本実施の形態のＧＰＳ信号発生装置の構成を示すブロック図である。

本実施の形態のＧＰＳ信号発生装置１０は、ＧＰＳ信号受信部１１、航法メッセージ抽出部１２、基準タイミング抽出部１３、航法メッセージ保存部１４、位置情報記憶部１５、航法メッセージタイミング生成部１７、疑似ＧＰＳ信号生成部１８、無線部１９、送信用のアンテナ１０２を備えている。ＧＰＳ信号発生装置１０は、ＧＰＳアンテナ１０１に接続され、ＧＰＳアンテナ１０１で受信した衛星からのＧＰＳ信号を入力する。ＧＰＳアンテナ１０１は、各ＧＰＳ衛星から送出される電波（Ｌ１：１５７５．４２ＭＨｚの信号）を受信するためのアンテナであり、建物の屋上等のように衛星からの電波を受信しやすい場所（屋外）に設置される。

ＧＰＳ信号受信部１１は、ＧＰＳアンテナ１０１が受信したＧＰＳ信号を同軸ケーブルなどを経由して入力し、ＧＰＳ信号（Ｌ１）の受信のための信号処理を行う。航法メッセージ抽出部１２は、捕捉可能な衛星のうち、受信状態の良好な支配的な４つまたはそれ以上の数の衛星を検出すると共に、検出した衛星からの各ＧＰＳ信号（Ｌ１）について航法メッセージの抽出をリアルタイムで実施する。また、各航法メッセージを符号化しているＣ／Ａコードを判別する。航法メッセージ保存部１４は、不揮発性メモリ等で構成された記憶装置を備えており、航法メッセージ抽出部１２が抽出した各航法メッセージをそれに割り当てられたＣ／Ａコードと共に保存する。保存する内容は、航法メッセージ抽出部１２が新しい航法メッセージ情報を受信するたびに逐次更新される。

基準タイミング抽出部１３は、ＧＰＳ信号受信部１１が受信したＧＰＳ信号（Ｌ１）から基準となるタイミングを抽出する。この基準タイミングは、前述の各ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号の時間差ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３、ΔＴ４を測定するための基準時刻に相当するあるタイミングである。また、この基準タイミング抽出部１３により、ＧＰＳ衛星の航法メッセージ送出タイミングがＧＰＳ信号発生装置の航法メッセージ送出タイミングと一致するように、ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３、ΔＴ４のオフセット値を決定する。

位置情報記憶部１５は、位置情報保持部の機能を実現するもので、不揮発性メモリ等による記憶装置を備えており、当該ＧＰＳ信号発生装置１０の送信用のアンテナ１０２の位置など、ユーザ位置に関する位置情報（緯度、経度、高さ）を保持している。この位置情報は、自装置でカバーする予め決めたエリアの場所（擬似ＧＰＳ信号の送信位置）を表す情報であり、例えばパーソナルコンピュータ等の外部装置１６からの指示に応じて、適切な位置の情報が割り当てられる。すなわち、このＧＰＳ信号発生装置１０が設置される場所の所定地点の位置座標を表す情報が位置情報記憶部１５に登録される。

航法メッセージタイミング生成部１７は、基準タイミング抽出部１３がＧＰＳ信号から抽出した基準タイミングと、位置情報記憶部１５が保持しているユーザ位置の位置情報と、航法メッセージ保存部１４が保持している航法メッセージの内容とに基づいて、各ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号に対応する複数の疑似ＧＰＳ信号のそれぞれに関するタイミングを決定して生成する。

疑似ＧＰＳ信号生成部１８は、航法メッセージタイミング生成部１７で生成されたタイミングに従って、各ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号に対応する複数の疑似ＧＰＳ信号を生成する。無線部１９は、疑似ＧＰＳ信号生成部１８で生成された擬似ＧＰＳ信号の増幅等を行って送信信号として出力し、アンテナ１０２は、擬似ＧＰＳ信号の電波をエリア内に送信する。この際、無線部１９は、疑似ＧＰＳ信号生成部１８で生成された擬似ＧＰＳ信号をＧＰＳ信号受信部１１で受信したＧＰＳ信号と同じ周波数の無線信号に変換する。アンテナ１０２の設置位置については、例えば屋内の天井など、ＧＰＳ信号発生装置１０本体の近傍で建物１１０内において端末での電波の受信環境が良い場所を選んで設定すればよい。

図４は本実施の形態のＧＰＳ信号発生装置における疑似ＧＰＳ信号生成部の構成を示すブロック図である。図４に示す例では、４つの独立した疑似ＧＰＳ信号生成部１８−１、１８−２、１８−３、１８−４を用いて４つの疑似ＧＰＳ信号を生成する場合を想定している。生成する疑似ＧＰＳ信号の数に応じて、適宜疑似ＧＰＳ信号生成部１８を設ければよい。

疑似ＧＰＳ信号生成部１８は、Ｌ１搬送波生成部２１、Ｃ／Ａコード生成部２２、ＮＡＶメッセージ生成部２３、クロック生成部２４、９０度移相器２５、乗算器２６、乗算器２７、加算器２８を有して構成される。

Ｌ１搬送波生成部２１は、受信したＧＰＳ信号と同じ周波数（１５７５．４２ＭＨｚ）のＬ１搬送波を生成する。Ｃ／Ａコード生成部２２は、生成しようとする疑似ＧＰＳ信号と対応するＧＰＳ信号の符号化に用いられていたＣ／Ａコードと同じＣ／Ａコードを生成する。ＮＡＶメッセージ生成部２３は、生成しようとする疑似ＧＰＳ信号と対応するＧＰＳ信号の航法メッセージと同じ内容のメッセージを生成する。これらのＣ／Ａコード及び航法メッセージは、航法メッセージ保存部１４に保持されている。

クロック生成部２４は、ＯＣＸＯのような高精度クロックを実装しても良いし、ＧＰＳ衛星から抽出した高精度なクロックに同期することによって、高精度で安定したクロックを生成しても良い。このクロック生成部２４で生成したクロックは、Ｌ１搬送波生成部２１、Ｃ／Ａコード生成部２２、ＮＡＶメッセージ生成部２３が動作するのに使用される。クロックパルスを生成するタイミングについては、航法メッセージタイミング生成部１７が生成したタイミングによって決定される。乗算器２６は、Ｃ／Ａコード生成部２２の出力とＮＡＶメッセージ生成部２３の出力とを乗算することにより、航法メッセージをＣ／Ａコードで符号化する。９０度移相器２５、乗算器２７、加算器２８は、乗算器２６の出力として得られる符号化された航法メッセージによってＬ１搬送波を変調する。これにより、加算器２８の出力として１つの疑似ＧＰＳ信号が生成される。

つまり、各疑似ＧＰＳ信号生成部１８が生成する疑似ＧＰＳ信号については、ＧＰＳ信号発生装置１０が受信したＧＰＳ信号（Ｌ１）と同じ搬送波を利用し、受信したＧＰＳ信号の符号化に用いられていたＣ／Ａコードと同じ符号を用いて符号化され、受信したＧＰＳ信号の航法メッセージと同じ情報を含んでいる。ただし、疑似ＧＰＳ信号のタイミングについては、位置情報記憶部１５が保持している位置情報に合わせて修正されているので受信したＧＰＳ信号とは少し異なっている。

なお、図４に示した疑似ＧＰＳ信号生成部１８においては、ＧＰＳ信号のうちＣ／Ａコードで符号化されたＬ１信号だけを疑似ＧＰＳ信号として生成しているが、Ｌ１信号のＰ（Precision）コードで符号化された信号や、Ｌ２信号のＰコードで符号化された信号を生成するように、疑似ＧＰＳ信号生成部１８の構成を変更してもよい。

緯度、経度、高さの検出を可能にするためには、少なくとも４つのＧＰＳ信号または疑似ＧＰＳ信号が必要になるので、疑似ＧＰＳ信号生成部１８については４つ以上の回路を実装する必要がある。しかし、例えば平地であれば高さの情報は定数で置き換えることもできるので、少なくとも３つのＧＰＳ信号または疑似ＧＰＳ信号があれば緯度、経度の位置の測定が可能である。したがって、疑似ＧＰＳ信号生成部１８の回路の実装数は３つとしても構わない。

次に、本実施の形態のＧＰＳ信号発生装置１０において生成する疑似ＧＰＳ信号のタイミングについて詳しく説明する。図５は本実施の形態に係るＧＰＳ信号発生装置が受信するＧＰＳ信号またはＧＰＳ信号発生装置が出力する疑似ＧＰＳ信号のタイミングの例を示すタイムチャートである。

例えば、ＧＰＳ信号発生装置１０が４つのＧＰＳ衛星からの４つのＧＰＳ信号を受信する場合には、図５に示すように基準タイミングに対する時間差として、４つのＧＰＳ信号から４つの時間差ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３、ΔＴ４を検出することになる。しかし、受信したＧＰＳ信号における時間差ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３、ΔＴ４は受信点であるＧＰＳアンテナ１０１の設置場所に対応するので、屋内の端末の現在位置との間には大きな差がある。そこで、ＧＰＳ信号を中継して擬似ＧＰＳ信号を送信するＧＰＳ信号発生装置１０では、位置情報記憶部１５に記憶した自装置（アンテナ１０２）の設置位置に相当する位置情報に合わせて、時間差ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３、ΔＴ４を修正した疑似ＧＰＳ信号を生成する。このため、生成する４つの疑似ＧＰＳ信号についても、図５に示す信号とよく似たタイミングで少しタイミングを調整したものになる。
また、時間差ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３、ΔＴ４のオフセット値は、前述したように、ＧＰＳ衛星の航法メッセージタイミングとＧＰＳ信号発生装置の航法メッセージ送出タイミングとが、ほぼ一致するように調整されて送出される。

航法メッセージタイミング生成部１７においては、実際には、次式のようにして各疑似ＧＰＳ信号の時間差ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３、ΔＴ４を決定する。
ΔＴ１＝（√((Ｘ１−Ｕｘ)²＋(Ｙ１−Ｕｙ)²＋(Ｚ１−Ｕｚ)²))／ｃ＋ＣＢ
ΔＴ２＝（√((Ｘ２−Ｕｘ)²＋(Ｙ２−Ｕｙ)²＋(Ｚ２−Ｕｚ)²))／ｃ＋ＣＢ
ΔＴ３＝（√((Ｘ３−Ｕｘ)²＋(Ｙ３−Ｕｙ)²＋(Ｚ３−Ｕｚ)²))／ｃ＋ＣＢ
ΔＴ４＝（√((Ｘ４−Ｕｘ)²＋(Ｙ４−Ｕｙ)²＋(Ｚ４−Ｕｚ)²))／ｃ＋ＣＢ
√(）は（）内の平方根を表す
……（３）
ここで、
ｃ：光速（定数）
ＣＢ：クロックバイアス（時計の誤差を表す予め決定した定数）
Ｕｘ：位置情報記憶部１５が保持しているＸ軸方向の位置
Ｕｙ：位置情報記憶部１５が保持しているＹ軸方向の位置
Ｕｚ：位置情報記憶部１５が保持しているＺ軸方向の位置
Ｘ１：１番目の衛星に関するＸ軸方向の位置
Ｙ１：１番目の衛星に関するＹ軸方向の位置
Ｚ１：１番目の衛星に関するＺ軸方向の位置
Ｘ２：２番目の衛星に関するＸ軸方向の位置
Ｙ２：２番目の衛星に関するＹ軸方向の位置
Ｚ２：２番目の衛星に関するＺ軸方向の位置
Ｘ３：３番目の衛星に関するＸ軸方向の位置
Ｙ３：３番目の衛星に関するＹ軸方向の位置
Ｚ３：３番目の衛星に関するＺ軸方向の位置
Ｘ４：４番目の衛星に関するＸ軸方向の位置
Ｙ４：４番目の衛星に関するＹ軸方向の位置
Ｚ４：４番目の衛星に関するＺ軸方向の位置

なお、ＧＰＳ信号発生装置１０におけるクロックバイアスＣＢが０ではないため、これに相当する時間の誤差が疑似ＧＰＳ信号のタイミングに現れる。しかし、端末が位置を計算する際に、元々ＧＰＳレシーバに存在するクロックバイアスを補正する際に、ＧＰＳ信号発生装置１０におけるクロックバイアスＣＢも含めて計算することになるので、問題は生じない。

疑似ＧＰＳ信号生成部１８は、航法メッセージ保存部１４が保持している航法メッセージと、航法メッセージタイミング生成部１７が生成した各タイミング（基準タイミングと、時間差ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３、ΔＴ４）に基づいて、４つの疑似ＧＰＳ信号を生成する。

なお、高さを含まない緯度、経度のみを用いる場合で、３つの擬似ＧＰＳ信号を生成する場合は、以下の式によって各疑似ＧＰＳ信号の時間差ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３を決定すればよい。
ΔＴ１＝（√((Ｘ１−Ｕｘ)²＋(Ｙ１−Ｕｙ)²))／ｃ＋ＣＢ
ΔＴ２＝（√((Ｘ２−Ｕｘ)²＋(Ｙ２−Ｕｙ)²))／ｃ＋ＣＢ
ΔＴ３＝（√((Ｘ３−Ｕｘ)²＋(Ｙ３−Ｕｙ)²))／ｃ＋ＣＢ
√(）は（）内の平方根を表す
……（４）

図６は本実施の形態に係るＧＰＳ信号発生装置と複数のＧＰＳ衛星との位置関係を示す模式図である。図６の例のように、ビルなどの建物１１０の屋外にＧＰＳアンテナ１０１を設置し、屋内にＧＰＳ信号発生装置１０−１、１０−２を設置した場合、ＧＰＳ衛星４１〜４４からの電波をＧＰＳアンテナ１０１で受信し、受信したＧＰＳ信号に基づいて各ＧＰＳ信号発生装置１０−１、１０−２で疑似ＧＰＳ信号を生成し、この疑似ＧＰＳ信号を電波として屋内で輻射する。

この場合、ＧＰＳ信号発生装置１０は、ＧＰＳアンテナ１０１の設置位置で各ＧＰＳ衛星４１〜４４からのＧＰＳ信号を受信することになるが、屋内にあるＧＰＳ信号発生装置１０のアンテナ１０２から送信される疑似ＧＰＳ信号のタイミングについては、ＧＰＳ信号発生装置１０の位置で直接、ＧＰＳ衛星４１〜４４からのＧＰＳ信号を受信したと仮定した場合のＧＰＳ信号のタイミング（位相差）と等価になる。従って、携帯電話端末等の端末は、衛星からのＧＰＳ信号の代わりに、ＧＰＳ信号発生装置１０から送信される疑似ＧＰＳ信号を受信して測位を行うことにより、正確な現在位置の測定が可能になる。

しかも、疑似ＧＰＳ信号に含まれる航法メッセージ等の情報は、衛星から送信されるＧＰＳ信号と同等であるため、現在用いられているＧＰＳ受信機や携帯電話端末等のハードウェアの構成やソフトウェアに変更を加えることなく、そのまま疑似ＧＰＳ信号をＧＰＳ信号と同様に受信して位置を測定することが可能になる。

また、位置を測定する携帯電話端末等の端末が屋外と屋内との間を移動する際には、端末が受信する信号がＧＰＳ信号から疑似ＧＰＳ信号に、或いは疑似ＧＰＳ信号からＧＰＳ信号に切り替わることになる。しかし、ＧＰＳ信号発生装置１０から送出される疑似ＧＰＳ信号については、タイミングの違いを除いて衛星から送信されるＧＰＳ信号と同等であるため、端末の受信する信号がＧＰＳ信号から疑似ＧＰＳ信号、または疑似ＧＰＳ信号からＧＰＳ信号に切り替わる際に、端末が特別な処理を実施する必要はなく、前述の「ホットスタート」状態で位置を測定することが可能である。このため、短時間で位置の測定を完了でき、携帯電話端末等の端末が屋外と屋内との間を移動する場合であっても、スムーズに（ほぼ連続的に）位置の測定を行うことができる。なお、もしも疑似ＧＰＳ信号のＣ／ＡコードがＧＰＳ信号と違う場合には、航法メッセージを取得し直す必要があるため、「ホットスタート」状態を継続できず、「ウォームスタート」からの動作になる。

次に、本実施の形態のＧＰＳ信号発生装置に関する変形例を示す。図７はＧＰＳ信号発生装置からの擬似ＧＰＳ信号及び複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号と端末との関係を示す模式図、図８は本実施の形態のＧＰＳ信号発生装置の変形例を示す模式図である。図８に示す変形例は、ＧＰＳ信号発生装置の追加機能として、疑似ＧＰＳ信号の出力調整機能を有するものである。

図７に示すように、例えばＧＰＳ信号発生装置１０が屋外との境界付近に設置されたような場合など、ＧＰＳ信号発生装置１０のカバーエリア内にある端末においてＧＰＳ衛星４１〜４３から到来するＧＰＳ信号が受信可能な場合、衛星からのＧＰＳ信号の電波５２とＧＰＳ信号発生装置１０からの疑似ＧＰＳ信号の電波５３の両方が携帯電話端末等の端末５０に届くことになる。この場合、ＧＰＳ信号と擬似ＧＰＳ信号の周波数及び符号が共通であるため、２つの信号が干渉する。

そこで、図８に示した変形例のＧＰＳ信号発生装置１０Ａは、送信部において疑似ＧＰＳ信号の出力調整機能を有し、擬似ＧＰＳ信号の干渉を防止する。ＧＰＳ信号発生装置１０Ａには、干渉検出用ＧＰＳ受信部として用いるモニタ用のＧＰＳ受信機５５が接続される。ＧＰＳ受信機５５のＧＰＳアンテナ１０３を設置する位置については、衛星からのＧＰＳ信号が受信可能な範囲の境界近傍や、ＧＰＳ信号発生装置１０Ａによる擬似ＧＰＳ信号の送信範囲のエリア境界近傍などとする。例えば、屋内の窓の近傍などにＧＰＳアンテナ１０３を設置する。ＧＰＳ受信機５５は、ＧＰＳアンテナ１０３が受信した電波がＧＰＳ衛星からの信号かどうかを識別する機能と、受信強度を識別する機能とを有するものであればよい。この際、ＧＰＳ信号発生装置１０Ａのアンテナ１０２からの疑似ＧＰＳ信号の出力をオンオフするなどして、ＧＰＳ信号と疑似ＧＰＳ信号の受信強度を検出すればよい。

ＧＰＳ信号発生装置１０Ａは、ＧＰＳ受信機５５において衛星からのＧＰＳ信号の電波５４を受信可能な場合、ＧＰＳ受信機５５における自装置からの疑似ＧＰＳ信号の電波５３の受信強度が所定値以下となるように、送信部において疑似ＧＰＳ信号の出力電力を調整する。具体的には、無線部１９に出力電力の制御機能を搭載し、ＧＰＳ受信機５５が出力する信号に応じて疑似ＧＰＳ信号の出力を制御する。

このように、屋内のＧＰＳ信号発生装置のカバーエリアと屋外との境界付近では、衛星から到来するＧＰＳ信号の電波５４とＧＰＳ信号発生装置からの擬似ＧＰＳ信号の電波５３とが干渉するおそれがあるので、ＧＰＳ信号発生装置の出力を小さくするかまたは停止して出力調整を行い、端末５０における干渉を防止する。すなわち、ＧＰＳ衛星から到来する電波を十分な強度で受信できる場合には、ＧＰＳ信号発生装置からの擬似ＧＰＳ信号の出力を抑制する。

次に、本実施の形態のＧＰＳ信号発生装置を携帯電話等の移動体通信用の中継システムに適用した構成例を示す。ここでは携帯電話用のシステムを例示する。図９は本実施の形態のＧＰＳ信号発生装置の機能を含む携帯電話用の中継システムの構成例を示すブロック図である。図９に示す中継システムは、屋内に設置される携帯電話用の中継装置において本実施の形態のＧＰＳ信号発生装置の機能を搭載したものである。ビルなどの屋内や地下などでは、携帯電話の基地局からの電波が届きにくいので、基地局の中継装置を設置して屋外の基地局と携帯電話端末との間で携帯電話の無線信号を中継する。

この中継システム３０は、通信用受信アンテナとして機能する携帯電話用の屋外アンテナ３１、ＧＰＳアンテナ１０１、中継局親機として機能するリピータ装置３４（例えば特開２００８−１４１４０８号公報参照）、周波数変換部として機能する周波数変換装置３５、複数の中継局子機３６−１、３６−２、３６−３、３６−４を有して構成される。中継システム３０は、屋内の広い範囲で無線信号を中継できるように、複数の中継局子機をはえなわ式に直列接続して配置してある。

屋外アンテナ３１及びＧＰＳアンテナ１０１は、混合器３２を介して共通の同軸ケーブル３３と接続され、この同軸ケーブル３３を介して屋内に信号が引き込まれ、リピータ装置３４及び周波数変換装置３５と接続されている。屋外アンテナ３１で送受信される携帯電話の無線信号は、同軸ケーブル３３を介してリピータ装置３４に直接入出力される。また、ＧＰＳアンテナ１０１で受信されたＧＰＳ信号（１．５ＧＨｚ）は、周波数変換装置３５に入力される。周波数変換装置３５は、入力された１．５ＧＨｚのＧＰＳ信号をそれよりも周波数の低い所定の周波数に変換し、増幅してリピータ装置３４に出力する。リピータ装置３４に入力するＧＰＳ信号の周波数については、リピータ装置に影響を与えないように、１．５ＧＨｚの周波数を別の周波数に変換して出力する。例えば、リピータ装置が２ＧＨｚ用のリピータ装置である場合は、リピータ装置に影響を与えないように３００ＭＨｚ以下の周波数に変換しても良い。

リピータ装置３４の出力側には、複数の同軸分配子機３７が共通の接続ケーブル３９で接続されている。リピータ装置３４は、携帯電話の通信信号を同軸ケーブルを介して送受信する。同軸分配子機３７は分配器４０を介してＧＰＳ信号発生装置１０が接続される。ＧＰＳ信号発生装置１０は、ＧＰＳアンテナ１０１で受信したＧＰＳ信号を利用して疑似ＧＰＳ信号を生成し、この疑似ＧＰＳ信号を無線部で１．５ＧＨｚの無線信号に変換してＧＰＳ中継用アンテナとして機能するアンテナ１０２から送信する。

このように携帯電話用の中継システムにＧＰＳ信号発生装置を設けることによって、携帯電話の通信信号とＧＰＳ信号の双方を電波の届きにくいエリアに中継することが可能になる。この場合、屋外のアンテナまでの同軸ケーブル等を共用できるので、構成の簡略化、コスト削減を図ることができる。また、携帯電話端末等では通信信号とＧＰＳ信号の両方を利用する機会も多いが、本システムによれば屋内においても通信と測位が可能になる。

上述したように、本実施の形態のＧＰＳ信号発生装置によれば、ＧＰＳ信号発生装置で生成した疑似ＧＰＳ信号を、ＧＰＳモジュールのようなＧＰＳによる位置測定機能を搭載した携帯電話端末等で受信することにより、屋内であっても良好な受信状態で正確な位置を検出することが可能になる。このとき、屋内では端末がＧＰＳ衛星からの電波を直接受信することは困難であるが、ＧＰＳ信号発生装置が生成した疑似ＧＰＳ信号を電波に乗せて再送信して中継することにより、疑似ＧＰＳ信号を屋内で受信して衛星からのＧＰＳ信号と同様に使用し、測位を行うことができる。

ＧＰＳ信号を受信して位置を測定する際には、一般的には、受信した各ＧＰＳ信号のタイミングから求められる時間差と受信したＧＰＳ信号から取得可能な各衛星の位置情報とを所定の連立方程式に当てはめることにより未知数である受信点の位置情報（緯度、経度、高さ）を求める。端末が屋内で疑似ＧＰＳ信号を受信して位置を測定する場合にも、この疑似ＧＰＳ信号のタイミングが受信点の位置を特定するために利用される。この場合、屋外に設置したＧＰＳアンテナで受信したＧＰＳ信号を単に増幅して屋内で再送信するだけでは、測定される位置が受信点である屋外のＧＰＳアンテナの設置位置になるため、端末の正確な位置を特定できない。そこで、正確な測位を可能にするためにＧＰＳ信号の代わりに送信タイミングを調整した疑似ＧＰＳ信号を生成する。

擬似ＧＰＳ信号は、各衛星から受信したＧＰＳ信号の航法メッセージに割り当てられているＣ／Ａコードと同じＣ／Ａコードを割り当てる。これにより、端末がＧＰＳ信号または擬似ＧＰＳ信号を用いて位置を測定する際に、屋外と屋内との間の移動に伴って受信する信号がＧＰＳ信号から擬似ＧＰＳ信号に切り替わったり、擬似ＧＰＳ信号からＧＰＳ信号に切り替わったりしても、共通のＣ／Ａコードを用いて航法メッセージの取得を継続することができる。

ここで、疑似ＧＰＳ信号に含まれる情報や信号形式は衛星から送出されるＧＰＳ信号と同等であるが、疑似ＧＰＳ信号の送信タイミングだけはＧＰＳ信号発生装置の設置位置に関する位置情報に基づいて修正される。従って、疑似ＧＰＳ信号を受信して位置を測定するために必要とされる端末側における構成や動作については、通常のＧＰＳ信号を処理する場合と同じであり、ハードウェアやソフトウェアの変更を要しない。つまり、現在用いられている端末をそのまま利用して疑似ＧＰＳ信号を受信することにより、屋内における位置の測定精度を高めることができる。しかも、ＧＰＳ衛星から送出されるＧＰＳ信号とＧＰＳ信号発生装置が生成する疑似ＧＰＳ信号とは送信タイミングを除いて同じであるため、端末を持つユーザが屋外と屋内との間を移動するのに伴ってＧＰＳ信号との受信と疑似ＧＰＳ信号の受信とが切り替わる場合であっても、必要な情報を新たに取得し直す必要がなく、短時間で位置を測定できる。

また、衛星からのＧＰＳ信号の受信強度をモニタして擬似ＧＰＳ信号の送信出力を調整することにより、衛星からのＧＰＳ信号と擬似ＧＰＳ信号とが干渉するのを抑制することができる。例えば、建物と屋外との境界付近などでは、衛星からのＧＰＳ信号とＧＰＳ信号発生装置から送信される疑似ＧＰＳ信号との両方が受信可能な場合があり、ＧＰＳ信号と疑似ＧＰＳ信号とが干渉する可能性がある。そこで、ＧＰＳ信号の受信強度に応じて擬似ＧＰＳ信号の送信強度を自動的に変更することにより、干渉の発生を抑制できる。

また、携帯電話等の移動体通信用の中継局に本実施の形態のＧＰＳ信号発生装置を適用することで、中継局にＧＰＳの中継システムを一体的に組み込むことができる。この中継システムを用いることによって、電波が受信しにくい環境においても、端末において移動体通信とＧＰＳによる測位とが良好な状態で行える。また、通信信号とＧＰＳ信号とを共通のケーブルを介して屋内に導くことで、ケーブルを共用でき、配線の数を最小限に抑制できる。この際、ＧＰＳ信号の周波数帯を３００ＭＨｚ以下にずらして伝送することにより、通信信号とＧＰＳ信号との周波数の差が大きくなり、これらの干渉を大幅に抑制できる。

このように、本実施の形態によれば、ＧＰＳ信号を直接受信できない屋内等で端末を使用している場合であっても、ＧＰＳ信号発生装置から出力される擬似ＧＰＳ信号を端末で受信することで、良好な状態で正確な位置を測定することができる。擬似ＧＰＳ信号は送信タイミング以外は通常のＧＰＳ衛星から送出されるＧＰＳ信号と同等であるため、端末側の構成や動作（ハードウェア及びソフトウェア）に変更を加えることなく、そのまま擬似ＧＰＳ信号を用いて測位を行うことができる。しかも、ＧＰＳ信号発生装置の送信用アンテナ等の設置位置に関する位置情報に基づいて擬似ＧＰＳ信号のタイミングを修正するので、各ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号受信用のＧＰＳアンテナを、建物の屋上等、端末の受信点から大きく離れた場所に設置した場合であっても、位置測定誤差の増大を抑制できる。

なお、本発明は上記の実施の形態において示されたものに限定されるものではなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

本発明は、ＧＰＳによる位置検出機能を備えた端末の構成や動作に変更を加えることなく、屋内等のＧＰＳ衛星からの電波が受信しにくい環境にあっても精度良く位置検出可能にすることのできる効果を有し、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を屋内等で受信可能とするＧＰＳ信号発生装置及び中継システム等として有用である。

本発明の実施の形態に係るＧＰＳ信号発生装置及び中継システムの構成例を示すブロック図 本実施の形態に係るＧＰＳ信号発生装置及び中継システムの配置構成例を示す模式図 本実施の形態のＧＰＳ信号発生装置の構成を示すブロック図 本実施の形態のＧＰＳ信号発生装置における疑似ＧＰＳ信号生成部の構成を示すブロック図 本実施の形態に係るＧＰＳ信号発生装置が受信するＧＰＳ信号またはＧＰＳ信号発生装置が出力する疑似ＧＰＳ信号のタイミングの例を示すタイムチャート 本実施の形態に係るＧＰＳ信号発生装置と複数のＧＰＳ衛星との位置関係を示す模式図 本実施の形態に係るＧＰＳ信号発生装置からの擬似ＧＰＳ信号及び複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号と端末との関係を示す模式図 本実施の形態のＧＰＳ信号発生装置の変形例を示す模式図 本実施の形態のＧＰＳ信号発生装置の機能を含む携帯電話用の中継システムの構成例を示すブロック図 ＧＰＳ衛星と受信点との位置関係及びＧＰＳ信号のタイミングの例を示す模式図 衛星から送出されるＧＰＳ信号の構成を示す波形図 端末が受信したＧＰＳ信号の遅延時間を検出するための一般的な動作を示す模式図 衛星から送出されるＧＰＳ信号に含まれる航法メッセージの構成を示す模式図

符号の説明

１０、１０−１〜１０−３、１０Ａ ＧＰＳ信号発生装置
１１ ＧＰＳ信号受信部
１２ 航法メッセージ抽出部
１３ 基準タイミング抽出部
１４ 航法メッセージ保存部
１５ 位置情報記憶部
１６ 外部装置
１７ 航法メッセージタイミング生成部
１８、１８−１〜１８−４ 疑似ＧＰＳ信号生成部
１９ 無線部
２１ Ｌ１搬送波生成部
２２ Ｃ／Ａコード生成部
２３ ＮＡＶメッセージ生成部
２４ クロック生成部
２５ ９０度移相器
２６、２７ 乗算器
２８ 加算器
３０ 中継システム
３１ 屋外アンテナ
３２ 混合器
３３ 同軸ケーブル
３４ リピータ装置
３５ 周波数変換装置
３６−１〜３６−４ 中継局子機
３７ 通信信号中継部
３８ アンテナ
３９ 接続ケーブル
３９ａ 光ファイバ
３９ｂ 同軸ケーブル
４１、４２、４３、４４ ＧＰＳ衛星
５０ 端末
５２、５３、５４ 電波
５５ ＧＰＳ受信機
１０１、１０３ ＧＰＳアンテナ
１０２、１０２−１〜１０２−３ アンテナ
１１０ 建物

Claims (7)

1. 受信点の測位に利用可能な所定の衛星からのＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ信号受信部と、
   自装置の位置に関する特定地点の位置情報を保持する位置情報保持部と、
   前記受信したＧＰＳ信号の送信タイミングを前記位置情報に基づいて調整した信号であり、前記ＧＰＳ信号と同じ情報及び信号形式を持つ擬似ＧＰＳ信号を生成する擬似ＧＰＳ信号生成部と、
   を備えるＧＰＳ信号発生装置。
2. 請求項１に記載のＧＰＳ信号発生装置であって、
   前記ＧＰＳ信号受信部は、少なくとも４つの前記衛星からのＧＰＳ信号を受信し、
   前記擬似ＧＰＳ信号生成部は、前記４つの衛星の位置情報をＸｎ、Ｙｎ、Ｚｎ（ｎは１〜４の整数）、前記特定地点の位置情報をＵｘ、Ｕｙ、Ｕｚ、光速をｃ、時計の誤差を表すクロックバイアスをＣＢとした場合、次式により算出される時間差ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３、ΔＴ４
   ΔＴ１＝（√((Ｘ１−Ｕｘ)²＋(Ｙ１−Ｕｙ)²＋(Ｚ１−Ｕｚ)²))／ｃ＋ＣＢ
   ΔＴ２＝（√((Ｘ２−Ｕｘ)²＋(Ｙ２−Ｕｙ)²＋(Ｚ２−Ｕｚ)²))／ｃ＋ＣＢ
   ΔＴ３＝（√((Ｘ３−Ｕｘ)²＋(Ｙ３−Ｕｙ)²＋(Ｚ３−Ｕｚ)²))／ｃ＋ＣＢ
   ΔＴ４＝（√((Ｘ４−Ｕｘ)²＋(Ｙ４−Ｕｙ)²＋(Ｚ４−Ｕｚ)²))／ｃ＋ＣＢ
   √(）は（）内の平方根を表す
   に基づいて前記擬似ＧＰＳ信号の送信タイミングを決定するＧＰＳ信号発生装置。
3. 請求項１に記載のＧＰＳ信号発生装置であって、
   前記ＧＰＳ信号受信部は、少なくとも３つの前記衛星からのＧＰＳ信号を受信し、
   前記擬似ＧＰＳ信号生成部は、前記３つの衛星の位置情報をＸｎ、Ｙｎ（ｎは１〜３の整数）、前記特定地点の位置情報をＵｘ、Ｕｙ、光速をｃ、時計の誤差を表すクロックバイアスをＣＢとした場合、次式により算出される時間差ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３
   ΔＴ１＝（√((Ｘ１−Ｕｘ)²＋(Ｙ１−Ｕｙ)²))／ｃ＋ＣＢ
   ΔＴ２＝（√((Ｘ２−Ｕｘ)²＋(Ｙ２−Ｕｙ)²))／ｃ＋ＣＢ
   ΔＴ３＝（√((Ｘ３−Ｕｘ)²＋(Ｙ３−Ｕｙ)²))／ｃ＋ＣＢ
   √(）は（）内の平方根を表す
   に基づいて前記擬似ＧＰＳ信号の送信タイミングを決定するＧＰＳ信号発生装置。
4. 請求項１に記載のＧＰＳ信号発生装置であって、
   前記ＧＰＳ信号受信部は、前記衛星からＣ／Ａ（Coarse and Acquisition）コードによって符号化された航法メッセージを含むＧＰＳ信号を受信して前記ＧＰＳ信号に適合するＣ／Ａコードを判別し、
   前記擬似ＧＰＳ信号生成部は、前記判別したＣ／Ａコードと同じＣ／Ａコードが割り当てられた擬似ＧＰＳ信号を生成するＧＰＳ信号発生装置。
5. 請求項１に記載のＧＰＳ信号発生装置であって、
   前記擬似ＧＰＳ信号を電波により送信する送信部と、
   所定位置で前記衛星からのＧＰＳ信号を受信し、前記擬似ＧＰＳ信号と前記ＧＰＳ信号との干渉を検出する干渉検出用ＧＰＳ受信部とを備え、
   前記送信部は、前記干渉検出用ＧＰＳ受信部で受信されたＧＰＳ信号の受信強度に応じて、前記擬似ＧＰＳ信号の送信出力を調整するＧＰＳ信号発生装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のＧＰＳ信号発生装置と、
   前記衛星からのＧＰＳ信号を受信するためのＧＰＳアンテナと、
   前記ＧＰＳ信号発生装置で生成された擬似ＧＰＳ信号を前記受信したＧＰＳ信号と同じ周波数の無線信号に変換する無線部と、
   前記無線部から出力される擬似ＧＰＳ信号を所定の領域に送出するＧＰＳ中継用アンテナと、
   を備える中継システム。
7. 受信点の測位に利用可能な所定の衛星からのＧＰＳ信号を受信するためのＧＰＳアンテナと、
   移動体通信の基地局からの通信信号を受信する通信用受信アンテナと、
   前記受信したＧＰＳ信号の周波数を３００ＭＨｚ以下に変換する周波数変換部と、
   前記通信用受信アンテナ及び前記ＧＰＳアンテナとケーブルを介して接続され、前記受信した通信信号と前記周波数変換後のＧＰＳ信号とを再送信する中継局親機と、
   請求項１から５のいずれかに記載のＧＰＳ信号発生装置と、前記ＧＰＳ信号発生装置で生成された擬似ＧＰＳ信号を前記受信したＧＰＳ信号と同じ周波数の無線信号に変換する無線部と、前記無線部から出力される擬似ＧＰＳ信号を所定の領域に送出するＧＰＳ中継用アンテナと、前記通信信号を所定の領域に送出する通信中継用アンテナとを有する中継局子機と、
   を備える中継システム。
   

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