電磁波を用いた測位の原理は、信号強度、到達角度・出発角度、飛行時間といった方式に分かれており、順に測位精度が向上します。

電磁波信号強度

信号強度を用いて測距や位置測定を行う代表的な技術としては、BLEとWi-Fi測位が挙げられます。例えば、Bluetoothタグが情報をブロードキャストし、Bluetoothゲートウェイがそれを受信します。その後、ゲートウェイはデータをサーバーに送り返し、サーバーはビーコンまたはトラッカーの位置を計算します。位置測定の手法としては、ポイントロケーション（存在検知）や三角測量などが挙げられます。また、Bluetoothタグ経由で信号を送信し、トラッカーがそれを受信して転送する場合もあります。

当社の Bモバイル そして B-固定 システムがこの方式を採用しています。Bluetoothゲートウェイは LoRa Bluetooth ゲートウェイ, NB-IoT Bluetoothゲートウェイ.

テクノロジー	正確さ	距離	消費電力
BLE	1～3メートル	150メートル未満	5mA
Wi-Fi	10～15メートル	100メートル未満	100～200mA

AoAおよびAoD位置テクノロジー

位置特定対象端末のアップリンクモードとダウンリンクモードの違いにより、高精度Bluetooth測位はAoA（Angle of Arrival：到達角）とAoD（Angle of Departure：出発角）という2つの技術原理に分けられます。AoAの技術原理は、単一のアンテナを用いて方向探知信号を送信し、受信側はアンテナアレイを内蔵しています。信号が通過する際に、アレイ内で受信される距離の違いにより位相差が生じ、相対的な信号方向が算出されます。

AoDは前者の逆で、アンテナアレイを備えたデバイスを固定位置に設置し、単一アンテナ端末に信号を送信します。単一アンテナ端末は信号の方向を検出し、位置を計算します。

AoAとAoDの利点

• 端末コストが低い
• 1メートル未満の精度を達成するにはゲートウェイが1つだけ必要です

AoAとAoDの欠点

• カバー範囲が限られている •
• ゲートウェイは振動を受けない場所に正確に固定する必要があります。
• ゲートウェイに電源を入れ、ネットワークに接続する必要があります

ToF（飛行時間型）測位技術

ToF測位は、携帯端末と3つ以上の基地局間の信号の伝播時間を個別に測定することで行われ、三角測位を採用しています。携帯端末から基地局までの直線距離をR（半径）とすると、幾何学的原理を用いると、携帯端末の位置は、基地局iの位置を中心とし、Rを半径とする円上にあるはずです。同様に、複数の円の共通交点が携帯端末の位置となります。

一般的なTOF測位は衛星測位です。さらに、通信事業者は、この方法やLBS（位置情報サービス）と呼ばれる信号強度の測定によっても携帯電話の位置を特定できます。LoRaWANもTime of Flight測位をサポートしていますが、3台以上のLoRaゲートウェイを設置する必要があります。測位精度は、ゲートウェイまでの距離と周囲の建物の数に応じて、数十メートルから数百メートルになります。

UWB測位技術

超広帯域（UWB）技術は 無線 1GHz以上の周波数帯域を利用する通信技術。UWBは正弦波ではなく、ナノ秒レベルの非正弦波の狭いパルスを用いてデータを伝送するため、広い周波数スペクトルを占有します。

UWB技術は、システムの複雑さが少なく、送信信号の電力スペクトル密度が低く、フェージングチャネルの影響を受けにくいという利点があります。また、傍受の可能性が低く、測位精度が高いため、屋内などの密集した場所での高速無線アクセスに特に適しています。広いスペクトルをカバーするため、無線通信を使用することで、毎秒数百メガビット以上の速度でデータを送信できます。UWBは超広帯域で信号を送信できます。連邦通信委員会（FCC）によると、UWBは3.1GHzから10.6GHzの帯域で500MHz以上の帯域幅を占有します。

UWB測位の利点

• 強力な貫通力
• 低消費電力
• 優れたマルチパス防止効果
• 非常に安全でシンプルなシステム
• 高精度

UWB測位の欠点

• 導入コストが高い
• 限定されたカバー範囲

UWB測位の適用範囲

• 屋内で静止または動いている物体を追跡する
• 人物追跡とナビゲーション

片側双方向測距

片側双方向測距の基本原理は、

図: SS-TWR 測距原理: デバイス A がデバイス B にパルスを送信し、一定時間 t 経過後にデバイス A はデバイス B から返されたパルスを受信します。飛行時間を tp とすると、おおよそ次のように計算できます。

2t p =troundA – treplyB

2つの時間差は、現地のクロノメーターに基づいて計算されます。現地の時計の誤差は補正できますが、異なるデバイス間ではわずかな時計のずれが生じます。

TreplyB とクロック オフセットが増加すると、飛行時間の誤差も同時に増加します。

両面双方向測距

両面双方向測距は、2往復分のタイムスタンプを記録して飛行時間を計算する長距離測距方式です。応答時間は長くなりますが、測定誤差は低減します。このソリューションにご興味をお持ちでしたら、お気軽にお問い合わせください。詳細なご説明をさせていただきます。

UWB測位精度は最大30cm以上に達し、消費電力も比較的低いため、鉱業、貴重品の測位など、様々な分野の無人機に広く導入されています。現在、主流のUWB測位方式では、クロックチャネルと電源供給が必要であり、構成が複雑になっています。

We have high precision 測位システム and anti-collision system based on LoRa and UWB technologies. The system has the advantages of high precision, low power consumption, and no wiring requirements.

RFID（無線周波数識別屋内測位技術）

The radio-frequency-identification 測位システム is deployed in parking lots, ski resorts, golf courses, wharves, and other places. Users can deploy the system in a specific area for positioning. After RFID tag readers are placed at specific locations, such as key entrances and exits in these areas, the system can then detect the location of objects with RFID devices in real time.

RFID屋内測位技術は短距離で動作しますが、1メートル単位の精度で情報をミリ秒単位で取得できます。さらに、見通し外電磁場の利点により、伝送範囲が広く、タグのサイズも比較的小型で、コストも低く抑えられます。

RFID屋内測位システムは、倉庫、工場、ショッピングモールなどにおいて、商品流通の位置把握に広く利用されています。現在、RFID技術をベースとした成熟した商用測位ソリューションが数多く存在し、緊急救助、資産管理、人員追跡などの分野でも広く利用されています。

RFIDタグは受動的な通信であり、耐干渉性が低いです。

ホワイトペーパーを読む: 測位技術の基本原理の紹介