JP5504166B2 - 無線到来方向推定装置及び無線到来方向推定方法 - Google Patents
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Description
図2は、本発明の実施の形態1に係る無線到来方向推定装置の構成を示すブロック図である。この図において、タグ100は、アクティブ方式、パッシブ方式、セミパッシブ方式のいずれの方式においても、タグ100に付与されたIDをIR−UWB信号を用いてリーダに放射する。
要があり、この実現には困難が伴う。
には、信号がDC成分を持つため、一般的には、相関行列から信号平均成分を減算する共分散行列を算出する。また、パルスがバイフェーズ方式のIR−UWBの場合には、信号はDC成分を持たないため、一般的には、相関行列を用いてもよい。相関行列又は共分散行列は相対振幅位相情報算出部124内のメモリに蓄積される。
02で生成された相対振幅位相情報から第2加算部203で生成された相対振幅位相情報が減算され、ディジタル値“1”位相に対応する信号の位相が抽出される。ここで、ディジタル値“1”に対応する情報は、タグからの到来信号(タグIDを示すビット列に含まれるビット“1”を示す信号)と、タグ以外からの反射波などのノイズ成分を含む。一方、ディジタル値“0”に対応する情報は、タグID以外からの反射波を含む不要な信号(ノイズ成分)である。従って、上記のように、ディジタル値“1”と関係付けられた情報からディジタル値“0”と関係付けられた情報を減算することにより、簡便な構成でタグ以外からの反射波の信号を除去することができ、タグからの電波の到来方向推定の精度を向上することができる。
から200サンプルまでは符号“1”、201サンプルから256サンプルまでは符号“0”が送られている様子を示しているものとする。振幅は、図4Aと図4Bとを比較できるように、タグ100からの信号を図4Aの振幅の1/2でアレーアンテナが受信している例を示している。この場合も同様に、アレーアンテナの各アンテナ素子での信号は、広帯域パルスの各周波数成分に対してリーダアンテナ素子と壁面との行路長差に対応して位相が変動する。例えば、4GHzを適用する場合に1/2波長の素子間隔で設計されたアレーアンテナにおいては、−30度方向から到来する信号は1/4波長の位相差によりアンテナ素子に到来するが、3GHz及び5GHzでは25パーセントほど位相誤差が生じる。本発明においては、インパルス信号をダウンコンバートして狭帯域信号として扱うので、この誤差は生じない。
受信加算信号が最大となる方向を到来方向として推定する。共分散行列を計算することにより、アンテナ位相間の相対振幅及び位相が計算されるため、フーリエビームにより方向が推定できる。
図6は、本発明の実施の形態2に係る無線到来方向推定装置110Aの構成を示すブロック図である。図6が図2と異なる点は、アンテナ420−1〜420−3、バンドパスフィルタ421−1〜421−3、ダウンコンバータ422−1〜422−3を追加し、AD変換部123−1〜123−3をAD変換部423−1〜423−3に変更した点である。
一部の帯域がフェージングにより受信レベルが下がった場合においても、他の周波数帯域の信号のフェージング周波数相関が低ければ、受信レベルが十分高い状態で信号を受信することができ、到来方向の推定精度を高精度に維持することができる。
図7は、本発明の実施の形態3に係る無線到来方向推定装置110Bの構成を示すブロック図である。図7が図2と異なる点は、アンテナ素子120−4、バンドパスフィルタ121−4、ダウンコンバータ122−4、及びAD変換部123−4が追加された点である。すなわち、無線到来方向推定装置110Bは、電波の到来方向推定に用いるアレーアンテナを構成する4つのアンテナ素子を有している。また、相対振幅位相情報算出部124は、AD変換部123−1〜123−4から出力されたディジタル信号を用いて、サンプル毎に各アンテナ素子の入力信号に対して、相関行列又は共分散行列を算出する。
受け易くなるので、到来波が1つの場合でも、到来方向の推定精度が劣化する。
されるものではない。また、アンテナ素子120−1〜120−3をモノポールアンテナ若しくはスリーブダイポールアンテナとして地板上に配置するか、又は、アンテナ素子120−1〜120−3をマイクロストリップアンテナとすることにより、無線到来方向推定装置110Bにおいて、地板より上側の半球面に対する3次元の到来方向推定が可能となる。
図10は、本発明の実施の形態4に係る無線到来方向推定装置100Cの構成を示すブロック図である。図10が図7と異なる点は、UWBアンテナ111の後段に分配器800が設けられるとともに、UWBアンテナ111が、到来方向推定に用いるアレーアンテナを構成するアンテナ素子の一つとして共用されている点である。つまり、UWBアンテナ111の受信信号は、分配器800を用いて2つに分配された後、一方はUWB復調部112へ入力され、他方は到来方向推定用としてバンドパスフィルタ121−4へと入力される。また、相対振幅位相情報算出部124は、AD変換部123−1〜123−4から出力されたディジタル信号を用いて、サンプル毎に各アンテナ素子の入力信号に対して、相関行列又は共分散行列を算出する。
Claims (7)
- タグから送信された信号を受信するUWBアンテナと、
前記UWBアンテナによって受信した前記信号からタグIDを検出するタグID検出手段と、
前記タグIDが検出されたタイミングと、前記タグIDのIDビット列のサンプルタイミングとを対応付けて検出するタイミング検出手段と、
前記タグから送信された信号を受信する複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナと、
前記アレーアンテナによって受信した前記信号から相関行列または共分散行列を相対振幅位相情報として算出する算出手段と、
前記IDビット列のサンプルタイミングと対応付けられたタイミングと、前記相対振幅位相情報とを用いて、前記タグから送信された信号の到来方向を推定する到来方向推定手段と、
を具備する無線到来方向推定装置であり、
前記到来方向推定手段は、
前記IDビット列のビット1に関係付けられたタイミングでサンプルされた複数のサンプルデータを用いて生成される相対振幅位相情報を加算する第1加算手段と、
前記IDビット列のビット0に関係付けられたタイミングでサンプルされた複数のサンプルデータを用いて生成される相対振幅位相情報を加算する第2加算手段と、
前記第1加算手段によって加算された相対振幅位相情報から前記第2加算手段によって加算された相対振幅位相情報を減算する演算手段と、
前記演算手段の減算結果を用いて、フーリエビームをスイープさせて角度スペクトルを算出するフーリエビームスイープ手段と、
前記角度スペクトルのピークを検出するピーク検出手段と、
を具備する無線到来方向推定装置。 - 前記複数のアンテナ素子は、前記UWBアンテナが受信する信号より狭帯域の信号を受信する請求項1に記載の無線到来方向推定装置。
- 前記アレーアンテナは、
第1中心周波数を有する第1の複数のアンテナ素子と、
前記第1中心周波数とは異なる第2中心周波数を有する第2の複数のアンテナ素子と、
を具備する請求項1に記載の無線到来方向推定装置。 - 前記第1の複数のアンテナ素子によって受信した受信信号と前記第2複数のアンテナ素子によって受信した受信信号とを切り替え又は合成する切り替え合成手段を具備する請求項3に記載の無線到来方向推定装置。
- 前記複数のアンテナ素子は、正三角形の3つの頂点に配置された第1乃至第3のアンテナ素子と、前記正三角形の重心に配置された第4のアンテナ素子とから構成される、
請求項1に記載の無線到来方向推定装置。 - 前記複数のアンテナ素子は、正三角形の3つの頂点に配置された第1乃至第3のアンテナ素子から構成され、
前記UWBアンテナは、前記正三角形の重心に配置される、
請求項1に記載の無線到来方向推定装置。 - タグから送信され、UWBアンテナによって受信した信号からタグIDを検出するタグID検出工程と、
前記タグIDが検出されたタイミングと、前記タグIDのIDビット列のサンプルタイミングとを対応付けて検出するタイミング検出工程と、
前記タグから送信され、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナによって受信した信号から相関行列または共分散行列を相対振幅位相情報として算出する算出工程と、
前記IDビット列のサンプルタイミングと対応付けられたタイミングと、前記相対振幅位相情報とを用いて、前記タグから送信された信号の到来方向を推定する到来方向推定工程と、
を具備する無線到来方向推定方法であり、
前記到来方向推定工程は、
前記IDビット列のビット1に関係付けられたタイミングでサンプルされた複数のサンプルデータを用いて生成される相対振幅位相情報を加算する第1加算工程と、
前記IDビット列のビット0に関係付けられたタイミングでサンプルされた複数のサンプルデータを用いて生成される相対振幅位相情報を加算する第2加算工程と、
前記第1加算工程によって加算された相対振幅位相情報から前記第2加算工程によって加算された相対振幅位相情報を減算する演算工程と、
前記演算工程の減算結果を用いて、フーリエビームをスイープさせて角度スペクトルを算出するフーリエビームスイープ工程と、
前記角度スペクトルのピークを検出するピーク検出工程と、
からなる無線到来方向推定方法。
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