JP4750660B2 - 受信装置及び測位システム並びに測位方法 - Google Patents
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Description
また、上記保存された波形データから、所定の閾値を設定し、上記閾値を越えた最も到来時間の早い波形データを第一パス信号と判定する。
また、上記の出力時間は復調されるパスとの時間差を上記保存された出力時間から求め、上記時間差からそれぞれの波形データに対応する出力時間を求める送受信器間に周波数偏差が存在する場合は、受信信号に受信器のクロックを追従させる同期追跡機能から、送信器と受信器の間の周波数偏差を推定し、上記周波数偏差結果を用いて、上記出力時間の計算を補正する。
第1の実施形態の受信装置は、アンテナから入力されたパルス信号について、同期捕捉処理及び波形観測処理を行なう波形観測部と、保存された受信信号の観測データを基に、前記受信信号に含まれる最も時間的に早く到来する第一パスの到来時間を推定する第一パス推定部と、第一パス推定の結果を用いて距離・位置の測定を行なう測定部を備えている。この受信装置は、復調されたパスによる復調処理や同期追跡の処理を行なう復調・同期追跡部も備えている。
RFフロントエンド部 (0101)は、ANT 0100から入力されたパルス信号を必要に応じて、帯域制限、ノイズ除去、周波数変換、増幅を行う。
この時のAD変換速度は、公称のパルス繰返し周波数と同じか又はその整数倍、かつパルス幅WTP の逆数未満の速度とする。すなわち、図9に示すように、ADCLK (0113)は、パルス繰返し周波数と同じ(図9の(A))又はその整数倍(図9の(B))、かつパルス幅WTP の逆数未満の周波数を持つクロックを出力し、ADC (0112)に供給する。なお、図9のIpは、パルスとパルスの間隔を示す。
同期追跡部 (0111)は、第一パス推定部 (0109)によって探索されたAD変換タイミングを保持する機能を有する。
受信装置は、ANT 0100から入力されたパルス信号について、同期捕捉処理及び波形観測処理を行なう(S201)。その後、第一パス検出処理(S202)を行い、距離・位置の測定を行なう(S203)。受信装置は、また、復調・同期追跡の処理も行なう(S204)。なお、距離・位置の測定機能に関する構成については、後の実施例で説明するため、図1では、図示を省略した。
TH = (M(1〜K)の最大値)/A
のように処理する機能を持つ。但し、Aは適当な定数である。
TH = ((M(1〜K)の平均値) × A
のように処理する機能を持つ。但し、Aは適当な定数である。
TH = ((M(1〜K)の平均値)× A
のように処理する機能を持つ。但し、Aは適当な定数である。
mod(T(1〜K)、Tc×Ns)
の計算で与えられる。ただし、mod(a,b)はaをbで割った余りである。
RAM(0107)は、各測定区間すなわちΔtずつずらされたAD変換タイミング毎に、上記最大値(M)を波形データとして、出力時間(P)を時間データとしてRAMにそれぞれ保存する(図10Bの(a)参照)。このMF出力信号の電力成分については、図4の(b)で説明した通りである。
図15は、本発明に係る第3の実施形態における受信装置の構成図を示したものである。本実施形態における受信装置は、アンテナ(ANT) 0100、低ノイズ増幅器(LNA) 0901、ミキサー(MIX) 0902、低域通過フィルタ(LPF) 0903、アナログディジタル変換部(ADC) 0102、マッチトフィルタ部(MF) 0103、電力部(POW) 0204、波形測定部(WAVE MEAS) 0105、同期捕捉部(ACQ) 0108、第一パス推定部(FIRST PATH) 0109、復調部(DEMOD) 0110、同期追跡部(TRACK) 0111、タイミング制御部(TIM_CTL) 0112、ADクロック生成部(ADCLK) 0113、発振器(OSC) 0906、90度位相器(π/2) 0905からなり、WAVE MEAS (0105)は、ピーク検出部(PEAK) 0106、保存部(RAM) 0107から構成される。
本実施形態をとることにより、送信信号が搬送波を用いた変調パルス波形であっても、簡易な構成、低消費電力で精度の高い第一パスの出力時間の推定が可能である。
図16は、本発明に係る第4の実施形態における受信装置の構成図を示したものである。本実施形態における受信装置は、アンテナ(ANT) 0100、低ノイズ増幅器(LNA) 0901、ミキサー(MIX) 0902、低域通過フィルタ(LPF) 0903、アナログディジタル変換部(ADC) 0102、マッチトフィルタ部(MF) 0103、電力部(POW) 0204、波形測定部(WAVEMEAS) 0105、同期捕捉部(ACQ) 0108、第一パス推定部(FIRST PATH) 1002、復調部(DEMOD) 0110、同期追跡部(TRACK) 0111、タイミング制御部(TIM_CTL)0112、ADクロック生成部(ADCLK)0113、発振器(OSC)0906、90度位相器(π/2) 0905、周波数偏差推定部(FREQ_EST) 1001、からなる。WAVE MEAS (0105)は、ピーク検出部(PEAK) 0106、保存部(RAM) 0107から構成される。
図17において、出力時間計測部は、時間測定部 (TIME_MEAS) 0801、出力時間差計算部(DIFF) 0802、時間位相変換部(TIME TO PHASE) 1101で構成され、TIME_MEAS (0801)、DIFF (0802)は、図14の同記号のものと同じ機能を有する。
mod(T(1〜K)×(1+δ)、Tc×Ns)
の計算で与えられる。ただし、mod(a,b)はaをbで割った余りである。
図18は本実施形態をパケット通信に適用した場合の、第一パス推定処理のシーケンス例と計算手順の具体例を示したものである。送信パケットは、プリアンブル部、SFD部、データ部からなり、SFD部は情報系列の決まったパターンであり、SFD部を検出した時間がパケットの出力時間とする。
PH(N) = - mod ( T(N) , Tc*Ns) :剰余計算
最後に、第一パスを推定する(Step 1207)。すなわち、M(N) > TH を満たすNの中でT(N)が最小のNを第一パスとする。
(第一パスと復調パスの到来時間差)=| PH(N) |
本発明により、低速度の信号処理でパケット通信における受信信号の第一到来信号の出力時間を測定することができ、低消費電力、低コストな測位及び測距用受信装置を実現できる。
図19に、第6の実施形態になる測距システムの構成例を示す。上記測距システムは、2つの無線通信装置(TRS1,TRS2) 2101、2102を含み、無線信号の往復時間を測定することにより、上記TRS1 (2101)とTRS2 (2102)間の距離を求める機能を有する。この無線通信装置(TRS1,TRS2) 210においても、無線信号の往復時間の検出に際して、本発明の第一の実施形態等で説明したように、第一パス検出機能に基づき、正確な往復時間を検出することで、2つの無線通信装置(TRS1,TRS2)間の正確な距離測定が可能となる。
Claims (20)
- 直接拡散が施された間欠的なパルス信号からなる送信信号を受信する受信装置において、
前記送信信号の公称のパルス繰返し周波数と同じ周波数又は整数倍の周波数、かつパルス幅の逆数未満の周波数で、タイミングを時間分解能Δt毎ずらしながら受信信号のアナログディジタル変換を複数回行い、前記複数回のアナログディジタル変換の結果から生成される観測データを保存領域に保存する波形観測部と、
前記保存された前記受信信号の観測データを基に、前記受信信号に含まれる最も時間的に早く到来する第一パス信号の到来時間を推定する第一パス推定部、
を有することを特徴とする受信装置。 - 請求項1において、
前記波形観測部における観測データは、
各測定タイミング毎の、前記アナログディジタル変換後のデータを前記送信信号に施された拡散符号に対応するタップ係数をもつマッチトフィルタ処理を行って得られる前記マッチトフィルタの出力のピーク値である波形データと、該ピーク値の出力時間を含む、
ことを特徴とする受信装置。 - 請求項1において、
前記波形観測部における観測データは、
各測定タイミング毎の、前記アナログディジタル変換後のデータを前記送信信号に施された拡散符号に対応するタップ係数をもつマッチトフィルタ処理を行って得られる前記マッチトフィルタの出力のピーク値を含む上位の複数個の波形データ値と、これら各波形データ値の出力時間を含む、
ことを特徴とする受信装置。 - 請求項1において、
前記第一パス推定部は、
前記観測データの大きさが予め設定された閾値を越えた、最も到来時間の早い前記観測データを前記第一パス信号と判定する、
ことを特徴とする受信装置。 - 請求項2において、
前記第一パス推定部は、
前記保存された前記波形データの各ピーク値の出力時間と復調されるパス信号の時間との時間差をそれぞれ求め、
前記時間差から、それぞれの前記波形データに対応する到来時間を求める、
ことを特徴とする受信装置。 - 請求項5において、
前記受信装置は、受信信号に当該受信装置のクロックを追従させる同期追跡部を有し、
前記第一パス推定部は、
該同期追跡部から前記送信信号の送信元である送信装置と当該受信装置の間の周波数偏差を推定し、該周波数偏差結果を用いて、前記到来時間の計算を補正する、
ことを特徴とする受信装置。 - 請求項2において、
前記第一パス推定部は、出力時間計算部、閾値比較部、及び最小値検出部から構成されて成り、
前記出力時間計算部は、受信同期信号を用いて、前記複数個の波形データM(1〜K)と、該波形データのピーク値の出力時間P(1〜K)のそれぞれの到来時間データT(N)と復調パス信号との出力時間差を計算し、
前記閾値比較部は、前記波形データM(1〜K)と所定の閾値THとの比較を行い、M(N)>THを満たす時に、到来時間データT(N)を出力し、
前記最小値検出部は、前記到来時間データT(N)の最小値を前記第一パス信号と推定する、
ことを特徴とする受信装置。 - 請求項7において、
前記第一パス推定部は、閾値計算部を有して成り、
前記閾値計算部は、前記閾値THを、前記保存領域に保存された出力時間P(1〜K)から求める
ことを特徴とする受信装置。 - 請求項8において、
前記閾値計算部は、前記閾値THを、次式により求める、
TH = (M(1〜K)の最大値)/A
(但し、Aは定数)
ことを特徴とする受信装置。 - 請求項7において、
前記出力時間計算部は、時間計測部、出力時間差計算部、及び時間位相変換部を備えて成り、
前記時間計測部は、前記受信同期信号が入力される時間を計測し、
前記出力時間差計算部は、前記入力時間の計測結果と前記出力時間P(1〜K)を用いて、前記受信同期信号と、それぞれの前記データM(1〜K)が到来した時間差T(1〜K)を計算し、
前記時間位相変換部は、前記時間差T(1〜K)を拡散パルス列の到来時間データT(N)に変換する、
ことを特徴とする受信装置。 - 請求項10において、
前記時間位相変換部は、パルス間隔をTc、拡散符号長をNsとしたとき、次式に基づいて前記時間差T(1〜K)を拡散パルス列の到来時間データT(N)に変換する
mod(T(1〜K)、Tc×Ns)
(但し、mod(a,b)はaをbで割った余り)
ことを特徴とする受信装置。 - 請求項1において、
送受信信号がUWB-IRであり、
前記受信信号のアナログディジタル変換を順次シフトする前記時間分解能Δtは、前記UWB-IRのパルス幅WTPよりも小さな値である、
ことを特徴とする受信装置。 - 請求項7において、
前記受信信号の復調・同期追跡の処理を行なうと共に前記受信同期信号を生成する復調・同期追跡部を有して成る、
ことを特徴とする受信装置。 - 測位信号を送信する端末と、基準信号を送信する基準局と、前記測位信号及び前記基準信号を受信する複数の基地局と、前記端末の位置を算出する測位サーバと、前記基地局と前記測位サーバを接続するネットワーク、とを有して成り、
前記各基地局は、
直接拡散が施された間欠的なパルス信号からなる前記測位信号及び前記基準信号を受信し、
前記測位信号及び前記基準信号の公称のパルス繰返し周波数と同じ周波数又は整数倍の周波数、かつパルス幅の逆数未満の周波数で、タイミングを時間分解能Δt毎ずらしながら前記測位信号及び前記基準信号のアナログディジタル変換を複数回行い、前記複数回のアナログディジタル変換の結果から生成される各タイミングにおけるピーク値を前記測位信号及び前記基準信号の観測データとして保存領域に保存する波形観測部と、
前記保存された前記複数の観測データの到来時間に基づき、前記測位信号及び前記基準信号それぞれで最も時間的に早く到来する第一パス信号の到来時間を推定する第一パス推定部と、
クロック信号を用いて前記測位信号と前記基準信号とを受信した受信時間差を前記測位信号及び前記基準信号それぞれの前記第一パス信号の到来時間を基に計測する時間差計測部と、
該受信時間差を含む時間情報を前記測位サーバに送信する送信部、とを有して成り、
前記測位サーバは、前記各基地局から送信された前記時間情報に基づいて前記端末の位置を算出する位置計算部を備えて成る、
ことを特徴とする測位システム。 - 請求項14において、
前記波形観測部における観測データは、
測定タイミング毎の、前記アナログディジタル変換後のデータを前記測位信号及び前記基準信号に施された拡散符号に対応するタップ係数をもつマッチトフィルタ処理を行って得られる前記マッチトフィルタ出力のピーク値である波形データと、該ピーク値の出力時間を含み、
前記第一パス推定部は、
前記波形データのピーク値の出力時間を到来時間に並び替え、該到来時間のデータを基に前記測位信号及び前記基準信号で最も時間的に早く到来する前記第一パス信号の到来時間を推定する
ことを特徴とする測位システム。 - 請求項14において、
前記各基地局の前記第一パス推定部は、
予め設定された閾値を越えた最も到来時間の早い前記観測データを前記第一パス信号と判定する、
ことを特徴とする測位システム。 - 請求項15において、
前記各基地局の前記第一パス推定部は、
前記保存された前記波形データの各ピーク値の出力時間と復調される前記第一パス信号の時間との時間差をそれぞれ求め、
前記時間差から、それぞれの前記波形データに対応する到来時間を求める、
ことを特徴とする測位システム。 - 請求項14において、
前記各基地局は、前記測位信号及び前記基準信号に当該受信装置のクロックを追従させる同期追跡部を有し、
前記第一パス推定部は、
該同期追跡部から前記測位信号及び前記基準信号の送信元である送信器と当該受信装置の間の周波数偏差を推定し、該周波数偏差の結果を用いて、前記到来時間の計算を補正する、
ことを特徴とする測位システム。 - 測位信号を送信する端末と、基準信号を送信する基準局と、前記測位信号及び前記基準信号を受信する複数の基地局と、前記端末の位置を算出する測位サーバと、前記基地局と前記測位サーバを接続するネットワーク、とを有して成る無線装置における前記端末の測位方法であって、
前記各基地局が、
直接拡散が施された間欠的なパルス信号からなる前記測位信号及び前記基準信号を受信し、前記測位信号及び前記基準信号の公称のパルス繰返し周波数と同じ周波数又は整数倍の周波数、かつパルス幅の逆数未満の周波数で、タイミングを時間分解能Δt毎ずらしながら前記測位信号及び前記基準信号のアナログディジタル変換を複数回行い、前記複数回のアナログディジタル変換の結果から生成される各タイミングにおけるピーク値を前記測位信号及び前記基準信号の観測データとして保存領域に保存し、
前記保存された前記複数の観測データの到来時間に基づき、前記測位信号及び前記基準信号で最も時間的に早く到来する第一パス信号の到来時間を推定し、
クロック信号を用いて前記測位信号と前記基準信号とを受信した受信時間差を前記測位信号及び前記基準信号の前記第一パス信号の到来時間を基に計測し、
該受信時間差を含む時間情報を前記測位サーバに送信し、
前記測位サーバで、
前記各基地局から送信された前記時間情報に基づいて前記端末の位置を算出する、
ことを特徴とする測位方法。 - 請求項19において、
前記測位信号のパケット通信のための送信パケットが、プリアンブル部、SFD部、データ部からなり、前記SFD部は情報系列の決まったパターンであり、
前記基地局は、AD変換された波形データ(M,P)をRAMに保存し、
波形観測終了時点からSFD部の検出までの時間を計測し、計測値をTsとし、
前記SFD検出後からデータ復調中に周波数偏差の推定を行い、推定値δを求め、
各波形観測時間からSFD検出時間までの時間T(N)=Ts+Te(P(N))を計算し、
各波形観測時間とSFD検出時間までの拡散パルス列における位相差PH(N)を計算し、
M(N) > TH を満たすNの中でT(N)が最小のNを前記第一パス信号と推定する、
ことを特徴とする測位方法。
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