JP2007071819A - 受信装置および周波数偏差計測ユニットおよび測位測距システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、測位信号を送信する(被測位)ノードと、基準信号を送信する基準局と、上記測位信号および上記基準信号を受信する複数の基地局と、上記複数の基地局とネットワークでつながったサーバと、を有するシステムにおいて、上記複数の基地局が、クロック信号と、該クロック信号をシフトさせる信号とを用いて、上記測位信号と上記基準信号とを受信した時間差および上記基準局との周波数偏差を計測し、上記計測時間差および上記周波数偏差をもとに、上記サーバが上記ノードの位置を算出することを特徴とする。
【選択図】図11
Description
本発明は、送信装置からの伝送信号を受信する受信装置であって、
上記伝送信号を受信する受信部と、上記伝送信号をアナログデジタル変換するA/D変換部と、上記A/D変換部がアナログデジタル変換するタイミングの位相をシフトさせる位相シフト部と、上記位相シフト部にて位相シフトさせた値を用いて、第1の伝送信号と第2の伝送信号との受信時間差を計測する時間差計測ユニット、とを有することを特徴とする。
図2Aは、ノード(NOD)100の構成例を示すブロック図である。各ノードは、信号送信制御部101、信号作成部102及びアンテナ103を備えている。信号送信制御部101は、ノード自体に内蔵又は接続されているセンサやタイマからの情報等に基づいて、そのノードが信号送信制御部101からの命令を受けて測位信号S101を作成し、アンテナ103から送信する。この測位信号は、ノード毎に固有に割り当てられた波形となっており、各ノードが送信した測位信号を識別可能になっている。
図7において、Txは送信、Rxは受信を示す。ノード100aが送信した測位信号S101は、時間TNR後に基準局110に受信され、TNA,a後に基地局120aに受信される。基準局110は、測位信号S101を受信してからTRP後に、基準信号S111を送信する。基準信号S111は、送信されてからTRA,a後に、基地局120aに受信される。基地局120aは、測位信号S101を受信してから基準信号S111を受信するまでの時間Tmeas,aを計測する。この時、以下の式が成立する。
TNR + TRP + TRA,a = TNA,a + Tmeas,a …… (1a)
また、測位信号S101および基準信号S111は、基地局120b,120cにも受信され、
TNR + TRP + TRA,b = TNA,b + Tmeas,b …… (1b)
TNR + TRP + TRA,c = TNA,c + Tmeas,c …… (1c)
が成立する。ここで、
TNR:ノード100aが測位信号S101を送信してから、基準局110が測位信号S101を受信するまでの時間
TRP:基準局110が測位信号S101を受信してから、基準信号S111を送信するまでの時間
TRA,a,TRA,b,TRA,c:基準局110が基準信号S111を送信してから、基地局120a,120b,120cが基準信号S111を受信するまでの時間
TNA,a,TNA,b,TNA,c:ノード100aが測位信号S101を送信してから、基地局120a,120b,120cが測位信号S101を受信するまでの時間
Tmeas,a,Tmeas,b,Tmeas,c:基地局120a,120b,120cが、測位信号S101を受信してから、基準信号S111を受信するまでの時間
である。
TNA,a - TNA,b = (TRA,a - TRA,b) - (Tmeas,a - Tmeas,b) …… (2)
ここで、TRA,a,TRA,bはそれぞれ基準局110と基地局120a,120bとの間の距離を光速で除した値に等しい。また、Tmeas,a,Tmeas,bは基地局120a,120bがそれぞれ計測した値であるため、式(2)の右辺は既知の値となる。
まず、図9を用いて、同期捕捉の方法を説明する。A/D変換部430に入力されるインパルス列S427と、サンプリングクロックS435の位相が一致していない場合、A/D変換されたデジタル信号S432は、ノイズレベルの値となる。インパルス列S427とサンプリングクロックS435の位相が一致している場合、パルスをサンプリングした出力がデジタル信号S432に出力される。
まず、図10において、パルスのピークをサンプリングしている状態830から、周波数偏差のため、状態810,820に示すように、パルスのピークとサンプリングタイミングにずれが生じる。
Tmeas = Tck・Nck + Ts・(Np - Nm) ……(3)
ただし、
Tck:通常のサンプリングクロック周期
Ts:タイミングシフト時間
Nck:パルスサンプリング用クロックのカウント数
Np,Nm:+Ts,-Tsのサンプリングタイミング制御信号のカウント数
である。
ノードは、位置計算を希望する任意の時刻に、周辺の基準局110と基地局120に対して測位信号S101を含む伝送信号を送信する(S1201)。基準局110は、測位信号を受信した後、基準信号S111含む伝送信号を送信する(S1202)。基準局および各基地局は、それぞれ伝送信号、例えば測位信号の受信時刻、基準信号の受信時刻及び基地局を識別するためのIDその他の情報をネットワークを経由してサーバ130に送付する。
Tmeas,a - Tmeas,b = Treal,a・(1 + δa) Treal,b・(1 + δb)
= Treal,a Treal,b + (Treal,a・δa - Treal,b・δb)
…… (4)
となり、誤差(Treal,a・δa + Treal,b・δb)が生じる。ここで、
Treal,a,Treal,b:基地局120a,120bがそれぞれ計測すべき実際の時間
δa,δb:基地局120a,120bのクロックの偏差
である。誤差(Treal,a・δa + Treal,b・δb)は、
Treal,a・δa - Treal,b・δb = (Treal,a - Treal,b)・δa + Treal,b・(δa - δb)
…… (5)
と変形される。
δa - δr = Ts・(Np - Nm) / Tck・Nck …… (6)
と表される。ここで、δrは基準局110のクロックの偏差である。
110 …… 基準局(RS)
120 …… 基地局(AP)
130 …… 測位サーバ(PS)
140 …… インターネット(INT)
S101 …… 測位信号
S111 …… 基準信号
310 …… プリアンブル
320 …… フレーム開始部(SFD)
330 …… ヘッダ
340 …… データ
410 …… アンテナ(ANT)
420 …… RFフロントエンド部(RFF)
430 …… A/D変換部(ADM)
440 …… ベースバンド部(BBM)
S443 …… 受信データ
S444 …… 測位データ
421 …… ローノイズアンプ(LNA)
422 …… ミキサ(MIX)
423 …… π/2位相シフタ(QPS)
424 …… クロック発生器(CLK)
425 …… ローパスフィルタ(LPF)
426 …… 可変ゲインアンプ(VGA)
431 …… A/D変換器(ADC)
433 …… サンプリングクロック生成部(SCG)
S435 …… サンプリングクロック
510 …… マッチトフィルタ部(MFM)
520 …… 同期捕捉部(TRPM)
530 …… データ保持タイミング制御部(DLTCTL)
540 …… データ保持部(DLM)
550 …… 復調部(DEMM)
560 …… 同期追跡部(TRCKM)
570 …… サンプリングタイミング制御部(STCTL)
580 …… 時間差計測部(TDMM)
S551 …… SFD検出信号
S444a …… 測定時間差Tmeas
610 …… カウンタ(CNT)
620 …… レジスタ(REG)
630 …… 遅延部(D)
640 …… 時間差計算部(TDCAL)
810 …… サンプリングクロックがパルスのピークよりも進んでいる状態
820 …… サンプリングクロックがパルスのピークよりも遅れている状態
830 …… サンプリングクロックがパルスのピークと一致している状態
1110 …… 偏差計測部(FDMM)
S552 …… データ終了信号
S444b …… 測定偏差
1240 …… 周波数偏差計算部(FDCAL)
1310 …… 時間差&偏差計測部(TD&FDMM)。
Claims (20)
- 送信装置からの伝送信号を受信する受信装置であって、
上記伝送信号を受信する受信部と、
上記伝送信号をアナログデジタル変換するA/D変換部と、
上記A/D変換部がアナログデジタル変換するタイミングの位相をシフトさせる位相シフト部と、
上記位相シフト部にて位相シフトさせた値を用いて、第1の伝送信号と第2の伝送信号との受信時間差を計測する時間差計測ユニット、とを有することを特徴とする受信装置。 - 請求項1において、
上記第1の伝送信号が測位信号を含むノードからの伝送信号であり、上記第2の伝送信号が基準信号を含む基準局からの伝送信号である、ことを特徴とする受信装置。 - 請求項1において、
上記A/D変換部がアナログデジタル変換するタイミングを決定するクロックと、該クロックの位相をシフトさせる位相シフト部とを有し、
上記クロックと、上記位相シフト部にて位相シフトさせた値とを用いて、上記第1の伝送信号と上記第2の伝送信号との受信時間差を計測する時間差計測ユニット、を有することを特徴とする受信装置。 - 請求項3において、
上記位相シフト部を用いて上記伝送信号との同期捕捉および同期追跡を行なう手段を有し、さらに、上記第1の伝送信号と上記第2の伝送信号との受信時間差の計測と同時に上記各伝送信号に含まれるデータの受信が可能に構成されている、ことを特徴とする受信装置。 - 請求項4において、
上記伝送信号が、ウルトラワイドバンド通信方式の信号である、ことを特徴とする受信装置。 - 請求項5において、
上記伝送信号が、直接拡散されたインパルス列からなる信号である、ことを特徴とする受信装置。
(実施例4に対応するので削除) - 請求項1記載の受信装置により構成される基地局と、測位信号を含む第1の伝送信号を送信するノードと、基準信号を含む第2の伝送信号を送信する少なくとも1つの基準局とを備え、上記基地局で上記第1、第2の伝送信号を受信する測位測距システム。
- 請求項7において、
上記基地局のA/D変換部が、アナログデジタル変換するタイミングを決定するクロックを生成する上記クロック信号の発生源と、該クロックの位相をシフトさせる位相シフト部とを有し、
上記時間差計測ユニットにおいて、上記クロックと、上記位相シフト部にて位相シフトさせた値とを用いて、上記測位信号と上記基準信号の受信時間差を計測する、ことを特徴とする測位測距システム。 - 請求項8において、
上記基地局が、受信時間差の計測と同時に送信装置からの上記伝送信号に含まれるデータを受信する機能を具備し、
上記位相シフト部が、上記伝送信号との同期捕捉および同期追跡を行なう機能を有していることを特徴とする、測位測距システム。 - 請求項8において、
上記伝送信号を受信する複数の基地局と、上記複数の基地局とネットワークで接続されたサーバとを有する測位測距システムであって、
上記各基地局が、
クロック信号の発生源と、上記クロック信号の位相を変化させるシフト信号を生成して上記伝送信号と上記クロック信号の同期捕捉を行う同期捕捉ユニットと、上記クロック信号と上記シフト信号とを用いて上記測位信号と上記基準信号とを受信した時間差を計測する時間差計測ユニットとを有し、
上記サーバが、上記複数の基地局が計測した上記時間差を用いて上記ノードの位置を算出する位置計算ユニットを有することを特徴とする測位測距システム。 - 請求項1に記載の受信装置を備える第1の通信装置と、該第1の通信装置が送信した測位信号を受信した後、基準信号を上記第1の通信装置に送信する第2の通信装置を有し、
上記第1の通信装置が、
クロック信号の位相を変化させるシフト信号を生成して上記基準信号と上記クロック信号との同期捕捉を行う同期捕捉ユニットと、
上記測位信号を送信してから上記基準信号を受信するまでの時間差を計測し、該時間差を用いて第1の通信装置と第2の通信装置との距離を算出する位置計算ユニット、とを有することを特徴とする測位測距システム。 - 送信装置からの伝送信号を受信する受信装置であって、
上記伝送信号を受信する受信部を有し、
上記受信部が、テンプレート波形発生部と、該テンプレート波形を発生させる位相をシフトさせるタイミングシフト部と、該テンプレート波形と受信した該伝送信号との相関をとる相関部と、該相関部の出力信号をアナログデジタル変換するA/D変換部とを備え、
上記A/D変換部が、アナログデジタル変換するタイミングを与えるサンプリングクロックと上記タイミングシフト部にて位相をシフトさせた値とを用いて、第1の伝送信号と第2の伝送信号との受信時間差を計測する時間差計測ユニットを有することを特徴とする受信装置。 - 請求項12記載の受信装置により構成される基地局と、測位信号を含む第1の伝送信号を送信するノードと、基準信号を含む第2の伝送信号を送信する少なくとも1つの基準局とを備え、上記基地局で上記第1、第2の伝送信号を受信することを特徴とする測位測距システム。
- 請求項12に記載の受信装置を備える第1の通信装置と、該第1の通信装置が送信した測位信号を受信した後、基準信号を上記第1の通信装置に送信する第2の通信装置を有し、
上記第1の通信装置が、上記測位信号を送信してから上記基準信号を受信するまでの時間差を計測し、該時間差を用いて上記第1の通信装置と上記第2の通信装置との距離を算出する位置計算ユニット、とを有することを特徴とする測位測距システム。 - 第1の通信装置が送信した伝送信号を第2の通信装置で受信する場合に、
上記第2の通信装置のクロック信号の位相を変化させるシフト信号を生成して上記伝送信号と上記クロック信号との同期追跡を行い、上記クロック信号と上記シフト信号を用いて、上記第1の通信装置のクロックと上記第2の通信装置のクロックとの周波数偏差を計測する機能を備えたことを特徴とする周波数偏差計測ユニット。 - 請求項15記載の周波数偏差計測ユニットを備え、送信装置からの伝送信号を受信する受信装置であって、
上記伝送信号を受信する受信部と、
上記伝送信号をアナログデジタル変換するA/D変換部と、
上記A/D変換部がアナログデジタル変換するタイミングの位相をシフトさせる位相シフト部と、
周波数偏差計測ユニットとを有し、
上記周波数偏差計測ユニットにおいて、上記位相シフト部にて位相シフトさせた値を用いて、第1の伝送信号と第2の伝送信号との受信時間差を計測する、ことを特徴とする受信装置。 - 請求項16記載の受信装置により構成される基地局と、測位信号を含む伝送信号を送信するノードと、基準信号を含む伝送信号を送信する少なくとも1つの基準局とを備え、上記基地局で上記伝送信号を受信する測位測距システムであって、
上記第1の通信装置が基準信号を送信する基準局であり、上記第2の通信装置が上記基準信号を受信する複数の基地局であり、
上記第2の通信装置が、
上記基準局のクロックと、上記複数の基地局のクロックの周波数偏差をそれぞれ計測し、
上記複数の基地局間のクロックの周波数偏差を補正する、ことを特徴とする測位測距システム。 - 請求項17において、
上記第1の通信装置は、上記ノードが送信した上記測位信号を受信した後、上記基準信号を上記第2の通信装置に送信するように構成されており、
上記第2の通信装置が、上記測位信号を受信してから上記基準信号を受信するまでの時間差、および、上記第1の通信装置と上記第2の通信装置のクロックの周波数偏差を計測し、該時間差、該周波数偏差および上記第1の通信装置と上記第2の通信装置との位置情報から、上記ノードの位置情報を算出するように構成されていることを特徴とする測位測距システム。 - 請求項17において、
上記伝送信号を受信する複数の基地局と、上記複数の基地局とネットワークで接続されたサーバとを有する測位測距システムであって、
上記各基地局が、
クロック信号の発生源と、上記クロック信号の位相を変化させるシフト信号を生成して上記伝送信号と上記クロック信号の同期捕捉を行う同期捕捉ユニットと、上記クロック信号と上記シフト信号とを用いて上記測位信号と上記基準信号とを受信した時間差を計測する時間差計測ユニットと、
上記クロック信号の位相を変化させるシフト信号を生成制せ死して上記伝送信号と上記クロック信号の同期追跡を行う同期追跡ユニットと、上記クロック信号と上記シフト信号とを用いて上記基準信号と上記クロック信号との周波数偏差を計測する周波数偏差計測ユニットとを有し、
上記サーバが、上記複数の基地局が計測した上記時間差および上記周波数偏差を用いて上記ノードの位置を算出する位置計算ユニットを有することを特徴とする測位測距システム。 - 請求項16に記載の受信装置を備える第1の通信装置と、第1の通信装置が送信した測位信号を受信した後、基準信号を第1の通信装置に送信する第2の通信装置を有し、
上記第1の通信装置が、上記測位信号を送信してから上記基準信号を受信するまでの時間差、および、上記第1の通信装置と上記第2の通信装置のクロックの周波数偏差を計測し、
該時間差および該周波数偏差を用いて上記第1の通信装置と上記第2の通信装置との距離を算出する位置計算ユニット、とを有することを特徴とする測位測距システム。
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