JP2006038819A - Data communications device and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線を使用して測距や測位等をするデータ通信装置および方法に関する。 The present invention relates to a data communication apparatus and method for performing ranging, positioning, and the like using radio.
従来では、例えば1mの精度で測距を行う場合には300MHz、1cmの精度で測距を行う場合には30GHz、1mmの精度で測距を行う場合には300GHzのクロック周波数が必要であった。また、精度を上げた場合には、距離を測定する時、クロックを数えるためのカウンターが大きい物が必要になる。例えば、1cmの精度の場合には30GHzのクロックが必要であるが、その場合、10mの距離を測ろうとすると、1000カウントになるが、1mmの精度の場合、300GHzのクロックで10mの距離を測ろうとすると、10000カウントを計測する必要がある。
また、従来データ通信装置間の測距を行う場合、データ通信装置間で同期を取る必要があり、その方法としては、片側あるいは両側のクロックを原子時計等の正確な時計を用いる方法が一般的であった。また、片側だけを用いる場合はもう片方のクロックに誤差があるものとして測距を行うのが一般的であった。
Conventionally, for example, when measuring distance with accuracy of 1 m, 300 MHz, when measuring distance with accuracy of 1 cm, 30 GHz, when measuring distance with accuracy of 1 mm, a clock frequency of 300 GHz is required. . In addition, if the accuracy is increased, a large counter for counting the clock is required when measuring the distance. For example, in the case of 1 cm accuracy, a 30 GHz clock is required. In this case, if the distance of 10 m is measured, the count is 1000 counts, but in the case of 1 mm accuracy, the distance of 10 m is measured with the 300 GHz clock. When trying to do so, it is necessary to measure 10,000 counts.
In addition, when performing distance measurement between conventional data communication devices, it is necessary to synchronize between the data communication devices. As a method for this, a method using an accurate clock such as an atomic clock as a clock on one side or both sides is generally used. Met. When only one side is used, distance measurement is generally performed assuming that there is an error in the other clock.
したがって、従来の無線測距を行うデータ通信装置および方法では、通信を行いながら測距を行う場合や測距のみを行う場合、精度を上げるに従って、クロック周波数が高くなり、設計や製造上実現が困難になるとともに、コストアップにもなるという欠点があった。
また、クロックを同期させるために、高価で大きな原子時計を使用したり、クロックの同期を取らない場合には誤差が生じるため、複雑な同期システムになってしまうという欠点があった。
Further, in order to synchronize the clock, an expensive and large atomic clock is used, or an error occurs when the clock is not synchronized, so that there is a drawback that a complicated synchronization system is required.
本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、通信を行いながら、物体との距離あるいは無線機間の測距、測位において、クロック周波数またはチップレートを上げることなく、低コストで、クロック周波数を高くすることなく測距精度を効率よく上げることができる通信装置および方法を提供することを目的としている。
また、同時に通信を行うことができるとともに、無線機間の測距においては、同期を取ることなく、測距が行えるデータ通信装置および方法を提供することを目的としている。
さらに、同期による測距の誤差を気にすることなく、無駄なコストを掛けずに正確に測距および測位の計測を双方向ですることができるデータ通信装置および方法を提供することを目的としている。
In view of the conventional drawbacks as described above, the present invention reduces the clock frequency at low cost without increasing the clock frequency or the chip rate in the distance to the object or in the distance measurement between the wireless devices while performing communication. An object of the present invention is to provide a communication apparatus and method capable of efficiently increasing the distance measurement accuracy without increasing the distance.
It is another object of the present invention to provide a data communication apparatus and method that can simultaneously perform communication and perform distance measurement without synchronization in distance measurement between wireless devices.
It is another object of the present invention to provide a data communication apparatus and method capable of accurately performing distance measurement and positioning measurement in both directions without worrying about a measurement error due to synchronization and without incurring unnecessary costs. Yes.
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は次の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。
ただし、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
The above and other objects and novel features of the present invention will become more fully apparent when the following description is read in conjunction with the accompanying drawings.
However, the drawings are for explanation only and do not limit the technical scope of the present invention.
上記目的を達成するために、本発明はマルチキャリア無線方式において,任意の周期波形発生手段と、この発生手段で発生するマルチキャリアのうち少なくとも1波を用いて該周期波形を変調し電波を送信する手段と、この送信手段で送信された送信電波を受信して復調する手段と、前記送信信号と復調した受信信号との位相検出する手段とでデータ通信装置を構成している。 In order to achieve the above object, according to the present invention, in a multi-carrier radio system, an arbitrary periodic waveform generating means and at least one of the multi-carriers generated by the generating means are used to modulate the periodic waveform and transmit radio waves. And a means for receiving and demodulating the transmission radio wave transmitted by the transmission means, and a means for detecting the phase of the transmission signal and the demodulated reception signal constitute a data communication apparatus.
また、本発明はマルチキャリア無線方式において,任意の周期波形発生工程と、この発生工程で発生するマルチキャリアのうち少なくとも1波を用いて該周期波形を変調し電波を送信する工程と、この送信工程で送信された送信電波を受信して復調する工程と、前記送信信号と復調した受信信号との位相検出する工程とでデータ通信方法を構成している。 The present invention also provides an arbitrary periodic waveform generation step, a step of modulating the periodic waveform using at least one of the multicarriers generated in the generation step, and transmitting a radio wave in the multicarrier radio system, and the transmission A data communication method is configured by the step of receiving and demodulating the transmission radio wave transmitted in the step and the step of detecting the phase of the transmission signal and the demodulated reception signal.
また、本発明は基準となる信号による測距信号を作成する手段と、前記測距信号やデータ等を送受信する手段と、データ通信装置本体間の距離を測る手段と、この距離を測る手段に関連して、前記送受信手段で送受信される基準となる信号を使用して測距を行う手段とでデータ通信装置を構成している。 Further, the present invention provides a means for creating a distance measurement signal based on a reference signal, a means for transmitting and receiving the distance measurement signal, data, etc., a means for measuring a distance between data communication device bodies, and a means for measuring this distance. Relatedly, a data communication apparatus is constituted by means for measuring a distance using a reference signal transmitted and received by the transmission / reception means.
さらに、本発明は基準となる信号による測距信号を作成する工程と、前記測距信号やデータ等を送受信する工程と、データ通信装置本体間の距離を測る工程と、この距離を測る工程に関連して、前記送受信工程で送受信される基準となる信号を使用して測距を行う工程とでデータ通信方法を構成している。 Furthermore, the present invention includes a step of creating a distance measurement signal based on a reference signal, a step of transmitting and receiving the distance measurement signal and data, a step of measuring a distance between data communication device bodies, and a step of measuring this distance. Relatedly, a data communication method is constituted by a step of measuring a distance using a reference signal transmitted and received in the transmission and reception step.
以下の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。 As will be apparent from the following description, the present invention has the following effects.
(1)マルチキャリア無線方式において、任意の周期波形発生手段と、この発生手段で発生するマルチキャリアのうち少なくとも1波を用いて該周期波形を変調し電波を送信する手段と、この送信手段で送信された送信電波を受信して復調する手段と、前記送信信号と復調した受信信号との位相検出する手段とで構成されているので、物体との距離および無線機間の測距、測位において、クロック周波数またはチップレートを上げることなく、正確な測距をすることができる。 (1) In a multicarrier radio system, an arbitrary periodic waveform generating means, a means for modulating the periodic waveform using at least one of the multicarriers generated by the generating means and transmitting a radio wave, and a transmitting means Since it is composed of means for receiving and demodulating the transmitted radio wave and means for detecting the phase of the transmission signal and the demodulated reception signal, the distance between the object and the distance between the radios and positioning Accurate ranging can be performed without increasing the clock frequency or chip rate.
(2)前記(1)によって、少なくとも1つの搬送波のみを使用するので、それ以外のキャリアを使用して通信を行うことにより、通信をしながら高精度な測距を行うことができる。
したがって、莫大な資金を投下することなく、システムを構築することができる。
(2) Since at least one carrier wave is used according to (1), high-precision distance measurement can be performed while communicating by performing communication using other carriers.
Therefore, a system can be constructed without dropping a huge amount of money.
(3)請求項2〜12も前記(1)および(2)と同様の効果が得られる。 (3) In the second to twelfth aspects, the same effects as the above (1) and (2) can be obtained.
(4)基準となる信号による測距信号を作成する手段と、前記測距信号やデータ等を送受信する手段と、データ通信装置本体間の距離を測る手段と、この距離を測る手段に関連して、前記送受信手段で送受信される基準となる信号を使用して測距を行う手段とで構成されているので、クロックを同期させることなく正確な測距をすることができる。 (4) Relating to a means for generating a distance measurement signal based on a reference signal, a means for transmitting and receiving the distance measurement signal and data, a means for measuring the distance between the data communication device bodies, and a means for measuring this distance. Thus, it is possible to perform accurate distance measurement without synchronizing the clocks.
(5)前記(4)によって、一方あるいは両方のクロックを原子時計等の正確な時計を必要とすることなく、正確な測距をすることができる。
したがって、莫大な資金を投下することなく、システムを構築することができる。
(5) According to (4), one or both clocks can be accurately measured without requiring an accurate clock such as an atomic clock.
Therefore, a system can be constructed without dropping a huge amount of money.
(6)前記(4)によって、構造が容易なので、安価に製造することができる。
したがって、コストの低減を図ることができる。
(6) According to the above (4), since the structure is easy, it can be manufactured at low cost.
Therefore, cost can be reduced.
(7)請求項14〜18も前記(4)〜(6)と同様の効果が得られる。 (7) In the fourteenth to eighteenth aspects, the same effects as in the above (4) to (6) can be obtained.
以下、図面に示す実施するための最良の形態により、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the best mode for carrying out the invention shown in the drawings.
図1ないし図5に示す本発明の第1の実施するための最良の第1の形態において、本発明は、直接遅延量を測るのではなく、伝搬遅延を位相差として計測することにより、高い周波数のクロックを必要としないシステムで、現在、無線LAN、地上波デジタルテレビ等で一般的になった、マルチキャリア無線方式としての直交周波数分割多重(OFDM:Orthogonal Frequency Division Multiplex)変調無線送信機1と、OFDM変調無線受信機2からなるデータ通信装置3を用いることにより、測距を行うためのクロック周波数を上げることなく、通信を行いながら高精度の測距を行うことができる技術である。
In the best mode for carrying out the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 to FIG. 5, the present invention does not directly measure the delay amount, but rather measures the propagation delay as a phase difference. Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) modulated
本発明のデータ通信装置3を利用するデータ通信方法は、周期波形発生工程Pで発生された、例えば本実施例では正弦波あるいは余弦波を使用し、通信データ等のキャリアデータと測距データをそれぞれ1次変調手段4を介して変調する1次変調工程5と、変調されたキャリアデータと測距データを、OFDM変調方式を利用した送信側測距装置1のOFDM変調手段6で変調する変調工程7と、この変調工程7を介して変調したキャリアデータと余弦波等の測距信号を、OFDM変調方式の少なくとも1つ、本実施例では1つの搬送波に送信手段8を介して送信する送信工程9と、この送信工程9で送信されたキャリア信号と測距信号をOFDM復調方式を利用した受信側測距装置2の受信手段10を介して受信する受信工程11と、この受信工程11で受信したキャリア信号と測距信号を、OFDM復調手段12を介して復調する復調工程13と、この復調工程13で復調された測距のための搬送波の測距データを取り出し、送信信号と復調した受信信号との位相検出手段としてのFFT手段15を介して位相スペクトルを求める位相検出工程16およびキャリア信号を1次復調手段17を介してデジタルデータに復調する1次復調工程18とを備えている。
The data communication method using the data communication device 3 of the present invention uses, for example, a sine wave or cosine wave generated in the periodic waveform generation step P, and uses carrier data such as communication data and distance measurement data. A primary modulation step 5 for modulating each via the primary modulation means 4, and a modulation for modulating the modulated carrier data and distance measurement data by the OFDM modulation means 6 of the transmission-side
上記データ通信方法で使用されるデータ通信装置3は、送信側測距装置本体19、この送信側測距装置本体19内に設けられた、周期波形発生手段Q、通信データ等のキャリアデータと測距データを変調する回路である1次変調手段4、この1次変調手段4で変換されたデータをOFDM変調する回路であるOFDM変調手段6、このOFDM変調手段6で変調された信号を送信する送信手段8とからなる送信側測距装置1と、この送信側測距装置1と一対で用いられる、あるいは任意に選択され使用される受信側測距装置本体20、この受信側測距装置本体20内に設けられた、前記送信側測距装置1の送信手段8で送信されたキャリア信号と測距信号を受信する受信手段10と、この受信手段10で受信されたキャリア信号と測距信号をOFDM復調する回路であるOFDM復調手段12、このOFDM復調手段12で復調された測距信号から測距データを取り出し、位相スペクトルを求める回路であるFFTを用いる位相検出手段15およびキャリア信号をデジタルデータに復調する回路である1次復調手段17とからなる受信側測距装置2とで構成されている。
The data communication device 3 used in the data communication method includes a transmission-side distance
前記OFDM変調手段6では、キャリアデータと測距データであるシリアルデータをIDFTにかけるため、データの並べ替えとパラレルデータに変換する回路Uと、この回路Uでのパラレルデータを逆フーリエ変換する回路Vと、この回路VでFFT化された複素数のパラレルデータを送信用の複素数のシリアルデータに変換する回路Wとを備える。 In the OFDM modulation means 6, a circuit U for rearranging data and converting it into parallel data in order to apply IDFT to carrier data and serial data as distance measurement data, and a circuit for performing inverse Fourier transform on the parallel data in this circuit U V and a circuit W for converting the complex parallel data FFTed by the circuit V into complex serial data for transmission.
前記OFDM復調手段12では、受信した複素数のシリアルデータを受信用の複素数のパラレルデータに変換する回路Xと、この回路Xで変換されたパラレルデータをフーリエ変換する回路Yと、この回路Yで変換されたパラレルデータからキャリアデータおよび測距データを取り出し、シリアルデータに変換する回路Zとを備える。 In the OFDM demodulating means 12, a circuit X for converting the received complex serial data into parallel data for reception, a circuit Y for Fourier transforming the parallel data converted by the circuit X, and conversion by the circuit Y A circuit Z that extracts carrier data and distance measurement data from the parallel data and converts them into serial data.
上記構成のデータ通信装置3では、OFDM変調方式は周知のように図3に示すようなマルチキャリア方式であり、搬送波方向に何本ものキャリアがあり、シンボル方向に伝送データが配置される。その搬送波の少なくとも一つ以上の搬送波一つに、測距のためのデータを送信側測距装置1の送信手段8を介して送信する。その送信信号を受信側測距装置2の受信手段10で受信し、その受信信号の位相差を以下の方法で測定し、図4に示すような伝搬遅延を求めることにより、測距を行う物標や受信側測距装置2との距離を測定することができる。
受信側測距装置2では、測距のための搬送波のデータを取り出し、位相検出手段15を介して位相スペクトルが求められる。位相スペクトルから位相差(遅延量)φ が求められるので、測距データの1周期の長さをχ 秒とすると、伝搬時間tは、
The receiving-side distance measuring device 2 takes out carrier wave data for distance measurement and obtains a phase spectrum via the phase detection means 15. Since the phase difference (delay amount) φ is obtained from the phase spectrum, if the length of one period of the distance measurement data is χ seconds, the propagation time t is
したがって、本発明のデータ通信装置3ではOFDM変調方式の少なくとも1つの搬送波のみを使用するので、それ以外のキャリアを使用して通信を行うことにより、通信をしながら高精度な測距を行うことができる。
ここで、クロック周波数を上げないため、次の条件を加える。測距信号、例えば余弦波を送る時に、図5のようにOFDMシンボル間隔でサンプリングされた余弦波のデータを送る時に、余弦波の周波数とサンプリング間隔であるOFDMシンボル間隔との関係を、余弦波の周期÷サンプリング間隔(OFDMシンボル間隔)が割り切れない、すなわち、余弦波の周期modサンプリング間隔≠0の関係にすることにより、周期ごとのサンプリングポイントがずれて、1周期に並べ替えた時にサンプリングポイントが重なることなくデータが並ぶことにより、等価的に高い周波数でサンプリングしたものと等価になる。
よって、測距用のクロック周波数に依存せず測距精度を上げられかつ通信も同時に行うことが可能である。
Therefore, since the data communication apparatus 3 of the present invention uses only at least one carrier wave of the OFDM modulation scheme, performing high-precision distance measurement while performing communication by using other carriers. Can do.
Here, in order not to raise the clock frequency, the following conditions are added. When sending a ranging signal, for example, a cosine wave, when sending cosine wave data sampled at an OFDM symbol interval as shown in FIG. 5, the relationship between the frequency of the cosine wave and the OFDM symbol interval, which is the sampling interval, is represented by the cosine wave. The period of sampling ÷ the sampling interval (OFDM symbol interval) is not divisible, that is, when the cosine wave period mod sampling interval ≠ 0, the sampling points for each period shift and the sampling points are rearranged into one period. By arranging the data without overlapping, it is equivalent to the data sampled at an equivalently high frequency.
Therefore, ranging accuracy can be improved and communication can be performed simultaneously without depending on the clock frequency for ranging.
なお、本実施例では、周期波形発生工程Pで発生された正弦波あるいは余弦波を使用したものについて説明したが、これに限らず、三角波を用いてもよい。
{発明を実施するための異なる形態}
In this embodiment, the sine wave or cosine wave generated in the periodic waveform generation step P has been described. However, the present invention is not limited to this, and a triangular wave may be used.
{Different forms for carrying out the invention}
次に、図6ないし図25に示す本発明を実施するための異なる形態につき説明する。なお、これらの本発明を実施するための異なる形態の説明に当って、前記本発明を実施するための最良の第1の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。 Next, different modes for carrying out the present invention shown in FIGS. 6 to 25 will be described. In the description of these different modes for carrying out the present invention, the same components as those in the best mode for carrying out the present invention are designated by the same reference numerals and redundant description is omitted. To do.
図6に示す本発明を実施するための第2の形態において、前記本発明を実施するための最良の第1の形態と主に異なる点は、通信データやパイロットデータ等のキャリアデータと測距データを変調する1次変調手段4およびキャリア信号をデジタルデータに復調する1次復調手段17を従来と同様のOFDM変調無線送信機21とOFDM変調無線受信機22に設けた点で、このように構成されたデータ通信装置3Aにしても前記本発明を実施するための最良の第1の形態と同様な作用効果が得られる。
The second embodiment for carrying out the present invention shown in FIG. 6 is mainly different from the best first embodiment for carrying out the present invention in that carrier data such as communication data and pilot data and distance measurement. In this way, the primary modulation means 4 for modulating data and the primary demodulation means 17 for demodulating the carrier signal into digital data are provided in the OFDM
図7ないし図9に示す本発明を実施するための第3の形態において、前記本発明を実施するための第1の形態と主に異なる点は、パイロット信号として使用されるOFDM変調方式の測距信号を送信手段8Aを介して2つの搬送波に送信する送信工程9Aを用いた点で、このように構成されたデータ通信装置3Bにすることにより、前記本発明を実施するための最良の第1の形態と同様な作用効果が得られる。
The third embodiment for carrying out the present invention shown in FIGS. 7 to 9 is mainly different from the first embodiment for carrying out the present invention in that the measurement of the OFDM modulation method used as a pilot signal is performed. The
図10および図11に示す本発明を実施するための第4の形態において、前記本発明を実施するための第1の形態と主に異なる点は、復調した測距データの間引きによって、別の測距データを生成する復調手段12Aを用いる復調工程13Aを備えた点で、このように構成されたデータ通信装置3Cにしても前記本発明を実施するための最良の第1の形態と同様な作用効果が得られる。
The fourth embodiment for carrying out the present invention shown in FIG. 10 and FIG. 11 is different from the first embodiment for carrying out the present invention in that a different distance is obtained by decimation of demodulated distance measurement data. The data communication device 3C configured in this way is the same as the first embodiment for carrying out the present invention in that the
図12および図13に示す本発明を実施するための第5の形態において、前記本発明を実施するための第1の形態と主に異なる点は、畳み込み積分を用いる位相検出手段15Aを用いた位相検出工程16Aを備えた点で、このように構成されたデータ通信装置3Dにしても前記本発明を実施するための最良の第1の形態と同様な作用効果が得られる。
The fifth embodiment for carrying out the present invention shown in FIGS. 12 and 13 is mainly different from the first embodiment for carrying out the present invention in that phase detection means 15A using convolution integral is used. The data communication device 3D configured as described above is provided with the
図14および図15に示す本発明を実施するための第6の形態において、前記本発明を実施するための第1の形態と主に異なる点は、フーリエ積分を用いる位相検出手段15Bを用いた位相検出工程16Bを備えた点で、このように構成されたデータ通信装置3Eにしても前記本発明を実施するための最良の第1の形態と同様な作用効果が得られる。
The sixth embodiment for carrying out the present invention shown in FIGS. 14 and 15 is mainly different from the first embodiment for carrying out the present invention in that phase detection means 15B using Fourier integration is used. Since the
図16および図17に示す本発明を実施するための第7の形態において、前記本発明を実施するための第1の形態と主に異なる点は、受信信号の周期の整数倍がサンプリング周期の2nになる復調手段12Bを用いる復調工程13Bを備えた点で、このように構成されたデータ通信装置3Fにしても前記本発明を実施するための最良の第1の形態と同様な作用効果が得られる。
The seventh embodiment for carrying out the present invention shown in FIGS. 16 and 17 is mainly different from the first embodiment for carrying out the present invention in that an integral multiple of the period of the received signal is the sampling period. The data communication device 3F configured as described above is provided with the
図18に示す本発明を実施するための第8の形態において、前記本発明を実施するための第1の形態と主に異なる点は、前記OFDM変調無線送信機1および前記OFDM変調無線受信機2を一体的に設けた点で、このように構成されたデータ通信装置3Gにしても前記本発明を実施するための最良の第1の形態と同様な作用効果が得られるとともに、対象物との測距に使用することができる。
The eighth embodiment for carrying out the present invention shown in FIG. 18 is mainly different from the first embodiment for carrying out the present invention in that the OFDM modulated
図19ないし図23に示す本発明を実施するための第9の形態において、前記本発明を実施するための第1の形態と主に異なる点は、データ通信装置3Hを用いた点で、このデータ通信装置3Hは、従来と同様の無線機等のデータ通信装置本体102と、このデータ通信装置本体102内に設けられた、測距を行うための既知の信号を変調して送信する機能を有する送信部103と、測距信号を復調する機能を有する受信部104と、受信機としての既知の信号と位相を同期させた状態で、位相差をクロックで計測して、距離を計測する距離計測部105と、前記送信部103、受信部104および距離計測部105を制御するためのクロック信号を発生するクロック回路106とで構成されている。
The ninth embodiment for carrying out the present invention shown in FIGS. 19 to 23 is mainly different from the first embodiment for carrying out the present invention in that a
上記構成のデータ通信装置3Hでは、少なくとも2台以上のデータ通信装置3H、3Hを使用する。ここで、図20および図21に示す測距信号の送受信のタイミングを参照して、測距信号の処理方法を説明する。
まず、[1]のタイミングで、Aのデータ通信装置3HからBのデータ通信装置3Hへ測距に利用する信号を送信する。次に[2]のタイミングで、Bのデータ通信装置3Hは信号を受信する。また、[3]のタイミングで、Bのデータ通信装置3Hは、信号を受信した[2]の位置情報をAのデータ通信装置3Hに送信する。さらに、[4]のタイミングで、Aのデータ通信装置3Hは、[2]の位置情報である信号を受信する。 すなわち、本実施例のデータ通信方法において、上記説明をさらに詳述すると、まず、信号を送受信することができるデータ通信装置3Hの一方のデータ通信装置3Hの送信部103から、測距を行うための既知の信号を変調して送信する第1の送信工程107と、この第1の送信工程107で送信された測距信号を、他方のデータ通信装置3Hの受信部104で復調する第1の受信工程108と、この第1の受信工程108で受信した時点の位置情報を、前記他方のデータ通信装置3Hの送信部103より送信する第2の送信工程109と、この第2の送信工程109で送信された測距信号を、前記一方のデータ通信装置1の受信部104で受信する第2の受信工程110と、この第2の受信工程110と第2の送信工程109で送受信された伝送時間と、前記第1の受信工程108と第1の送信工程107で送受信された伝送時間とを関連させ、受信機としての既知の信号と位相を同期させた状態で位相差をクロックで計測して、距離を計測する計測工程111とを備えている。
In the
First, at the timing of [1], a signal used for ranging is transmitted from the A
図20に示す送受信タイミングで、両データ通信装置が信号の送受信をする関係において、例えば、[2]の受信時間の位置情報をRV2と定義し、[4]の受信時間の位置情報をRV4と定義する。また、伝送時間をT、各データ通信装置のクロックの位相差をDとし、各データ通信装置のクロック誤差による伝送時間の測定誤差をΔT1およびΔT2とすると、以下のような関係式を導き出すことができる。
ここで、図21は、上記関係式において伝播時間の一例の説明図である。図において、例えば位相差Dは120ns、RV2は80ns、RV4は320nsとすれば(ただし、測定誤差△T1、△T2は無視する)、
RV2=80ns=200ns−120ns
RV4=320ns=120ns+200ns
であり、上記関係式によって伝播時間Tは、
(RV2+RV4)/2
により、
(80ns+320ns)/2=200ns
と求めることができる。
In the relationship in which both data communication apparatuses transmit and receive signals at the transmission / reception timing shown in FIG. 20, for example, the position information of the reception time of [2] is defined as RV2, and the position information of the reception time of [4] is RV4. Define. Also, assuming that the transmission time is T, the phase difference of the clock of each data communication device is D, and the measurement error of the transmission time due to the clock error of each data communication device is ΔT1 and ΔT2, the following relational expression can be derived. it can.
Here, FIG. 21 is an explanatory diagram of an example of propagation time in the above relational expression. In the figure, for example, if the phase difference D is 120 ns, RV2 is 80 ns, and RV4 is 320 ns (however, the measurement errors ΔT1 and ΔT2 are ignored).
RV2 = 80ns = 200ns-120ns
RV4 = 320ns = 120ns + 200ns
And the propagation time T is given by the above relational expression.
(RV2 + RV4) / 2
By
(80ns + 320ns) / 2 = 200ns
It can be asked.
したがって、上記関係式を考慮すると、非同期によるDが相殺され、誤差Dの影響がなくなるとともに、RV2およびRV4の情報より、伝播時間Tを求めることができる。また、誤差要因であるクロックの誤差の影響も低減できる。この状況下で、電波の伝送速度Vは既知であるため、距離を正確に計測し、求めることができる。
なお、本実施例のデータ通信装置3Hは、例えば図23に示すように、移動している乗用車や航空機等に1台ずつ設置し、互いの距離を双方向で正確に計測することができる。
Therefore, when the above relational expression is taken into consideration, the asynchronous D is canceled, the influence of the error D is eliminated, and the propagation time T can be obtained from the information of RV2 and RV4. In addition, the influence of a clock error, which is an error factor, can be reduced. Under this circumstance, since the transmission speed V of the radio wave is known, the distance can be accurately measured and obtained.
Note that, for example, as shown in FIG. 23, the
図24に示す本発明を実施するための第10の形態において、前記本発明を実施するための第9の形態と主に異なる点は、測距信号を復調する機能および受信機としての既知の信号と位相を同期させた状態で、位相差をクロックで計測して、距離を計測する機能を有する受信部104Aを用いた点で、このように構成されたデータ通信装置3Iにしても前記本発明を実施するための第9の形態と同様な作用効果が得られる。 The tenth embodiment for carrying out the present invention shown in FIG. 24 is mainly different from the ninth embodiment for carrying out the present invention in that it has a function of demodulating a ranging signal and a known receiver. The data communication device 3I configured in this way is used in the data communication device 3I configured as described above in that the phase difference is measured with a clock while the signal and the phase are synchronized, and the distance is measured. The same effect as that of the ninth embodiment for carrying out the invention can be obtained.
図25に示す本発明を実施するための第11の形態において、前記本発明を実施するための第9の形態と主に異なる点は、一方のデータ通信装置本体112と、このデータ通信装置本体112内に設けられた、測距を行うための信号を送信する機能を有する送信部103、この送信部103に接続され、該送信部103を制御するためのクロック信号を発生するクロック回路106とからなる一方のデータ通信装置113と、この一方のデータ通信装置113と関連する他方のデータ通信装置本体114と、この他方のデータ通信装置本体114内に設けられた、前記一方のデータ通信装置113の送信部3からの測距信号を復調する機能を有する受信部104、受信機としての既知の信号と位相を同期させた状態で、位相差をクロックで計測して、距離を計測する距離計測部105、前記受信部104および距離計測部105を制御するためのクロック信号を発生するクロック回路106とからなる他方のデータ通信装置115とを用いた点で、このように構成されたデータ通信装置3Jにすることにより、前記本発明を実施するための第9の形態と同様な作用効果が得られる。
The eleventh mode for carrying out the present invention shown in FIG. 25 is mainly different from the ninth mode for carrying out the present invention in that one data communication device
なお、前記本発明の異なる実施の形態では主に第1の実施の形態を基にして説明したが、本発明はこれに限らず、各実施の形態に使用された構成を組み合わせて使用しても同様な作用効果が得られる。 Although the different embodiments of the present invention have been described mainly based on the first embodiment, the present invention is not limited to this, and the configurations used in the embodiments are used in combination. The same effect can be obtained.
本発明はデータ通信装置および方法を製造、使用、販売する産業等で利用される。 The present invention is used in industries that manufacture, use, and sell data communication apparatuses and methods.
1:OFDM変調無線送信機、 2:OFDM変調無線受信機、
3、3A〜3J:データ通信装置、 4:1次変調手段、
5:1次変調工程、 6:OFDM変調手段、
7:変調工程、 8、8A:送信手段、
9、9A:送信工程、 10:受信手段、
11:受信工程、 12、12A、12B:復調手段、
13、13A、13B:復調工程、 15、15A、15B:位相検出手段、
16、16A、16B:位相検出工程、17:1次復調手段、
18:1次復調工程、 19:送信側測距装置本体、
20:受信側測距装置本体、 21:OFDM変調無線送信機、
22:OFDM変調無線受信機、 102:データ通信装置本体、
103:送信部、 104、104A:受信部、
105:距離計測部、 106クロック回路:、
107、第1の送信工程、 108:第1の受信工程、
109:第2の送信工程、 110:第2の受信工程、
111:計測工程、 112:一方のデータ通信装置本体、
113:一方のデータ通信装置、 114:他方のデータ通信装置本体、
115:他方のデータ通信装置 P:周期波形発生工程、
Q:周期波形発生工程。
1: OFDM modulated radio transmitter, 2: OFDM modulated radio receiver,
3, 3A-3J: data communication device, 4: 1 primary modulation means,
5: primary modulation step, 6: OFDM modulation means,
7: modulation step, 8, 8A: transmission means,
9, 9A: transmission step, 10: receiving means,
11: reception process, 12, 12A, 12B: demodulation means,
13, 13A, 13B: demodulation step, 15, 15A, 15B: phase detection means,
16, 16A, 16B: phase detection step, 17: 1 primary demodulation means,
18: primary demodulation process, 19: transmission-side distance measuring device main body,
20: Receiver-side distance measuring device main body, 21: OFDM modulation radio transmitter,
22: OFDM modulation radio receiver, 102: data communication apparatus main body,
103: transmission unit, 104, 104A: reception unit,
105: distance measuring unit, 106 clock circuit:
107, first transmission step 108: first reception step,
109: second transmission step, 110: second reception step,
111: Measurement process, 112: One data communication device main body,
113: One data communication device, 114: The other data communication device body,
115: The other data communication device P: Periodic waveform generation step,
Q: Periodic waveform generation process.
Claims (18)
A first transmission step of modulating and transmitting a known signal for distance measurement from a transmission unit of one of the data communication devices capable of transmitting and receiving a signal, and transmitted in this transmission step A first receiving step of demodulating the ranging signal by the receiving unit of the other data communication device, and a second receiving step of transmitting the position information at the time of reception in this receiving step from the transmitting unit of the other data communication device. A transmission step, a second reception step in which the distance measurement signal transmitted in the second transmission step is received by the reception unit of the one data communication device, and the second reception step and the second transmission step. The transmission time transmitted / received in step 1 is related to the transmission time transmitted / received in the first reception step and the first transmission step, and the phase difference is clocked in a state in which the phase is synchronized with a known signal as a receiver. And measuring process to measure the distance and Data communication method, characterized in that it comprises.
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