(57)【要約】  高い精度で到来角度を算出できる到来角度算出装置を提供することを目的とする。本発明の到来角度算出装置（１）は、複数のアンテナと、複数の受信信号処理部と、到来角度算出部と、を備え、各受信信号処理部は、受信部（１２ａ、１２ｂ）と、相関処理部（２１ａ、２１ｂ）と、ピーク検出部（２２ａ、２２ａ）と、タイミング制御部（２３ａ、２３ｂ）と、を備え、タイミング制御部（２３ａ、２３ｂ）は、情報単位に相当する期間におけるピーク期間の電力と当該ピーク期間を除いた期間の電力との比が、しきい値より大きければ、相関処理部（２１ａ、２１ｂ）からの信号を到来角度算出部（２４）に出力することを特徴とする。
2012063532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある位置から送信された電波を受信する複数のアンテナと、前記各アンテナに対応して設けられた複数の受信信号処理部と、前記複数の受信信号処理部から出力される出力信号から受信信号処理部間で同一情報単位となる信号成分を取り込んで前記電波の到来角度を算出する到来角度算出部と、を備え、
前記各受信信号処理部は、対応する前記アンテナで受信した電波を当該電波の位相情報を有する受信信号に変換して出力する受信部と、前記受信部から出力された受信信号を相関処理する相関処理部と、前記相関処理された受信信号のピークを検出するピーク検出部と、前記相関処理部の出力信号から前記受信信号処理部間で同一情報単位となる信号成分が切り出されるように、前記ピーク検出部で検出されたピークのタイミングに合わせて、前記相関処理部から出力される出力信号の取り込みタイミングを制御するタイミング制御部と、を備え、
前記タイミング制御部は、前記情報単位に相当する期間におけるピーク期間の電力と当該ピーク期間を除いた期間の電力との比が、しきい値より大きければ、前記相関処理部からの信号を前記到来角度算出部に出力することを特徴とする到来角度算出装置。
【請求項２】
前記タイミング制御部は、前記情報単位に相当する期間におけるピーク期間の電力の和ΣＰ１と前記情報単位に相当する期間において前記ピーク期間を除いた期間における電力の和ΣＰ２との比ΣＰ１／ΣＰ２を、しきい値と比較し、前記比ΣＰ１／ΣＰ２が前記しきい値より大きい場合、前記相関処理部からの信号を前記到来角度算出部に出力することを特徴とする請求項１に記載の到来角度算出装置。
【請求項３】
前記到来角度算出部は、
一方のアンテナに対応した一方の受信信号処理部のタイミング制御部からの信号の複素共役をとる複素共役部と、
前記複素共役部の出力と、他方のアンテナに対応した他方の受信信号処理部のタイミング制御部からの信号とを乗算する複素乗算部と、
前記複素乗算部の出力を用いて逆正接演算を行い、前記アンテナ間での前記受信電波の位相差を算出する逆正接部と、
前記逆正接部の出力を平均化する平均化部と、
前記平均化部の出力を用いて逆三角関数演算を行い、到来角度に変換する到来角度変換部と、を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の到来角度算出装置。
【請求項４】
前記到来角度算出部は、前記算出された位相差が、Ｉ−Ｑ平面上における＋１８０°及び／又は−１８０°付近に分布している場合は、各位相差を所定角度回転させた上で平均化し、当該平均値から前記所定角度を減じて逆三角関数演算を行い、到来角度に変換することを特徴とする請求項３に記載の到来角度算出装置。
【請求項５】
前記Ｉ−Ｑ平面上において、＋９０°より大きく、または−９０°より小さい位相差の数が、＋９０°より小さくかつ−９０°より大きい位相差の数より多い場合、前記Ｉ−Ｑ平面上における＋１８０°及び／又は−１８０°付近に分布していると判断することを特徴とする請求項４に記載の到来角度算出装置。
【請求項６】
前記所定角度は、＋９０°、−９０°、＋１８０°、または−１８０°のいずれかの角度であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の到来角度算出装置。
【請求項７】
前記複素乗算部の出力のＩ成分が負であり、前記複素乗算部の出力のＩ成分の絶対値がＱ成分の絶対値と比べて十分に大きい場合、前記Ｑ成分の符号を反転させた上でＩ成分とＱ成分との関係を入れ替えた逆正接演算を行うことにより補正された位相差を算出し、前記補正された位相差を平均化し、当該平均値から９０°を減じて逆三角関数演算を行い、到来角度に変換することを特徴とする請求項３に記載の到来角度算出装置。
【請求項８】
前記複素乗算部の出力のＩ成分が負であり、前記複素乗算部の出力のＩ成分の絶対値がＱ成分の絶対値と比べて十分に大きい場合、前記Ｉ成分の符号を反転させた上でＩ成分とＱ成分との関係を入れ替えた逆正接演算を行うことにより補正された位相差を算出し、前記補正された位相差を平均化し、当該平均値に９０°を加えて逆三角関数演算を行い、到来角度に変換することを特徴とする請求項３に記載の到来角度算出装置。
【請求項９】
前記複素乗算部の出力のＩ成分が負であり、前記複素乗算部の出力のＩ成分の絶対値がＱ成分の絶対値と比べて十分に大きい場合、前記Ｉ成分の符号とＱ成分の符号を反転させた上で逆正接演算を行うことにより補正された位相差を算出し、前記補正された位相差を平均化し、当該平均値から１８０°を減じて逆三角関数演算を行い、到来角度に変換することを特徴とする請求項３に記載の到来角度算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、到来する電波の位相を検出して電波到来角度の算出に用いる到来角度算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の到来方向推定装置においては、相互相関係数の算出や逆行列演算等の演算量の大きい演算が用いられており、数百シンボル分もの演算が必要であった。このため、簡便な演算で到来方向を推定できる到来方向推定装置が望まれていた。【０００３】
特許文献１において、演算規模を縮小した到来方向推定装置が提案されている。特許文献１に記載の到来方向推定装置では、二つのアンテナで受信した受信信号に対して、複素共役回路と乗算回路によって到来方向の係数を算出し、到来方向検出回路において逆正接演算と逆余弦演算を行うことにより、受信波の到来方向を推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１７７０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、１スロット間の到来方向ベクトルのパワーとしきい値とを比較して、しきい値より大きい場合に到来方向を更新する構成を採用しているため、受信波中の希望波を正確に検出して到来方向を更新することができない可能性がある。例えば、受信波のバックグラウンドレベルが高い場合には、希望波の信号レベルに関わらず、受信波のパワーがしきい値より大きくなることがある。このような状況では、バックグラウンドレベルにおいても到来方向が算出、更新されるため、到来方向を正しく推定することができない。【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、受信波のバックグラウンドレベルの影響を抑えることができ、高い精度で到来角度を算出できる到来角度算出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の到来角度算出装置は、ある位置から送信された電波を受信する複数のアンテナと、前記各アンテナに対応して設けられた複数の受信信号処理部と、前記複数の受信信号処理部から出力される出力信号から受信信号処理部間で同一情報単位となる信号成分を取り込んで前記電波の到来角度を算出する到来角度算出部と、を備え、前記各受信信号処理部は、対応する前記アンテナで受信した電波を当該電波の位相情報を有する受信信号に変換して出力する受信部と、前記受信部から出力された受信信号を相関処理する相関処理部と、前記相関処理された受信信号のピークを検出するピーク検出部と、前記相関処理部の出力信号から前記受信信号処理部間で同一情報単位となる信号成分が切り出されるように、前記ピーク検出部で検出されたピークのタイミングに合わせて、前記相関処理部から出力される出力信号の取り込みタイミングを制御するタイミング制御部と、を備え、前記タイミング制御部は、前記情報単位に相当する期間におけるピーク期間の電力と当該ピーク期間を除いた期間の電力との比が、しきい値より大きければ、前記相関処理部からの信号を前記到来角度算出部に出力することを特徴とする。【０００８】
この構成によれば、ピーク期間の電力とそれ以外の期間の電力の比をしきい値と比較し、比がしきい値より大きい場合に到来角度を算出するため、受信波の希望波以外の信号レベルが高い場合であっても、希望波のピークを正確に検出し、到来角度を算出することができる。つまり、希望波以外の部分から到来角度を算出することが無いため、到来角度の算出精度を高めることができる。【０００９】
本発明の到来角度算出装置において、前記タイミング制御部は、前記情報単位に相当する期間におけるピーク期間の電力の和ΣＰ１と前記情報単位に相当する期間において前記ピーク期間を除いた期間における電力の和ΣＰ２との比ΣＰ１／ΣＰ２を、しきい値と比較し、前記比ΣＰ１／ΣＰ２が前記しきい値より大きい場合、前記相関処理部からの信号を前記到来角度算出部に出力しても良い。【００１０】
本発明の到来角度算出装置において、前記到来角度算出部は、一方のアンテナに対応した一方の受信信号処理部のタイミング制御部からの信号の複素共役をとる複素共役部と、前記複素共役部の出力と、他方のアンテナに対応した他方の受信信号処理部のタイミング制御部からの信号とを乗算する複素乗算部と、前記複素乗算部の出力を用いて逆正接演算を行い、前記アンテナ間での前記受信電波の位相差を算出する逆正接部と、前記逆正接部の出力を平均化する平均化部と、前記平均化部の出力を用いて逆三角関数演算を行い、到来角度に変換する到来角度変換部と、を備えても良い。この構成によれば、相互相関係数の算出や逆行列演算などを用いることなく到来角度を算出できるため、到来角度算出装置の規模を小さくすることができる。【００１１】
本発明の到来角度算出装置において、前記到来角度算出部は、前記算出された位相差が、Ｉ−Ｑ平面上における＋１８０°及び／又は−１８０°付近に分布している場合は、各位相差を所定角度回転させた上で平均化し、当該平均値から前記所定角度を減じて逆三角関数演算を行い、到来角度を算出しても良い。この構成によれば、位相差が、到来角度の算出精度が低下する傾向にある位相差領域に分布する場合に、位相差を所定角度だけ回転させて到来角度算出の演算を行うため、到来角度の算出精度が低下せずに済む。その結果、到来角度の算出精度を十分に高めることができる。【００１２】
本発明の到来角度算出装置において、前記Ｉ−Ｑ平面上において、＋９０°より大きく、または−９０°より小さい位相差の数が、＋９０°より小さくかつ−９０°より大きい位相差の数より多い場合、前記Ｉ−Ｑ平面上における＋１８０°及び／又は−１８０°付近に分布していると判断しても良い。【００１３】
本発明の到来角度算出装置において、前記所定角度は、＋９０°、−９０°、＋１８０°、または−１８０°のいずれかの角度としても良い。【００１４】
本発明の到来角度算出装置において、前記複素乗算部の出力のＩ成分が負であり、前記複素乗算部の出力のＩ成分の絶対値がＱ成分の絶対値と比べて十分に大きい場合、前記Ｑ成分の符号を反転させた上でＩ成分とＱ成分との関係を入れ替えた逆正接演算を行うことにより補正された位相差を算出し、前記補正された位相差を平均化し、当該平均値から９０°を減じて逆三角関数演算を行い、到来角度に変換しても良い。この構成によれば、位相差が、到来角度の算出精度が低下する傾向にある位相差領域に分布する場合に、位相差を所定角度だけ回転させて到来角度算出の演算を行うため、到来角度の算出精度が低下せずに済む。その結果、到来角度の算出精度を十分に高めることができる。【００１５】
本発明の到来角度算出装置において、前記複素乗算部の出力のＩ成分が負であり、前記複素乗算部の出力のＩ成分の絶対値がＱ成分の絶対値と比べて十分に大きい場合、前記Ｉ成分の符号を反転させた上でＩ成分とＱ成分との関係を入れ替えた逆正接演算を行うことにより補正された位相差を算出し、前記補正された位相差を平均化し、当該平均値に９０°を加えて逆三角関数演算を行い、到来角度に変換しても良い。この構成によれば、位相差が、到来角度の算出精度が低下する傾向にある位相差領域に分布する場合に、位相差を所定角度だけ回転させて到来角度算出の演算を行うため、到来角度の算出精度が低下せずに済む。その結果、到来角度の算出精度を十分に高めることができる。【００１６】
本発明の到来角度算出装置において、前記複素乗算部の出力のＩ成分が負であり、前記複素乗算部の出力のＩ成分の絶対値がＱ成分の絶対値と比べて十分に大きい場合、前記Ｉ成分の符号とＱ成分の符号を反転させた上で逆正接演算を行うことにより補正された位相差を算出し、前記補正された位相差を平均化し、当該平均値から１８０°を減じて逆三角関数演算を行い、到来角度に変換しても良い。この構成によれば、位相差が、到来角度の算出精度が低下する傾向にある位相差領域に分布する場合に、位相差を所定角度だけ回転させて到来角度算出の演算を行うため、到来角度の算出精度が低下せずに済む。その結果、到来角度の算出精度を十分に高めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の到来角度算出装置によれば、ピーク期間の電力とピーク期間以外の残りの期間における電力との比を求めて、この求めた比としきい値とを比較し、比がしきい値より大きい場合に到来角度を算出するため、受信波の希望波以外の信号レベルが高い場合であっても、希望波のピークを正確に検出し、到来角度を算出することができる。つまり、希望波以外の部分から到来角度を算出することが無いため、到来角度の算出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態に係る到来角度算出装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】実施の形態に係る到来角度算出装置の具体的構成（ＤＳＳＳ）を示すブロック図である。
【図３】加算器の出力波形の例を示す図である。
【図４】（ａ）逆正接部の出力波形の例を示す図である。（ｂ）電力算出部の出力波形の例を示す図である。
【図５】アンテナに到来する電波の幾何学的関係を示す模式図である。
【図６】到来角度算出装置を含む位置検出システムの例を示す模式図である。
【図７】到来角度算出装置での到来角度算出のフロー図である。
【図８】ピーク検出部に入力される信号の模式図である。
【図９】変調方式としてＤＳＳＳを用いる場合にピーク検出部に入力される信号の例を示す模式図である。
【図１０】ＡＤ変換器を用いて受信信号を取り込んだ場合のピーク検出部に入力される信号の例を示す模式図である。
【図１１】到来角度算出部の別の例を示すブロック図である。
【図１２】位相差の算出範囲について示す模式図である。
【図１３】算出される位相差データの例を示す模式図である。
【図１４】位相差が＋１８０°または−１８０°付近となる場合の到来角度算出の概略について示す模式図である。
【図１５】位相差が＋１８０°または−１８０°付近となる場合の到来角度算出のフロー図である。
【図１６】到来角度算出部の別の例を示すブロック図である。
【図１７】実施の形態に係る到来角度算出装置の具体的構成（ＯＦＤＭ）を示すブロック図である。
【図１８】（ａ）ＯＦＤＭにおけるシンボルの構成を示す模式図である。（ｂ）ＯＦＤＭシンボル列の相関処理の様子を示す模式図である。
【図１９】（ａ）（ｂ）電力算出部からの出力波形の例を示す図である。（ｃ）加算部からの出力波形の例を示す図である。（ｄ）逆正接部の各部からの出力波形の例を示す図である。
【図２０】到来角度算出装置を用いたカプセル内視鏡システムの構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の一実施の形態に係る到来角度算出装置の構成例を示すブロック図である。本実施の形態に係る到来角度算出装置１は、所定の発振周波数で基準信号を発振可能な基準信号発生部１０と、所定間隔離して配置された受信用アンテナ１１ａ、１１ｂと、受信用アンテナ１１ａ、１１ｂで受けた電波を、基準信号発生部１０から出力される基準信号を用いて受信信号に変換し出力する受信部１２ａ、１２ｂと、受信部１２ａ、１２ｂから出力される受信信号から到来角度算出のための各種演算処理を行う演算部１３と、を備える。なお、到来角度算出装置１は、電波の伝搬遅延に起因する位相遅れに基づいて到来角度を算出するため、同じ情報を持つ電波を所定間隔離れた二点（または二以上の点）で受信する必要がある。このため、受信電波に対応する二つ（またはそれ以上）のアンテナおよび受信系を備えていることが必要である。なお、同一の到来電波（同じ情報単位）を所定間隔離れた二以上の位置で受信できるのであれば、到来角度算出装置１は、二以上の受信系を備えている構成に限定されない。
【００２０】
受信部１２ａ、１２ｂは、ローノイズアンプ、ミキサ、バンドパスフィルタなどを含んで構成され、所定周波数の電波を受信できるように構成されている。演算部１３は、受信信号の相関処理を行う相関処理部２１ａ、２１ｂと、相関処理された受信信号のピークを検出するピーク検出部２２ａ、２２ｂと、ピーク検出部２２ａ、２２ｂで検出されたピークのタイミングに合わせて相関処理部２１ａ、２１ｂからの信号を出力するタイミング制御部２３ａ、２３ｂと、タイミング制御部２３ａ、２３ｂからの信号に基づいて、到来角度の計算を行う到来角度算出部２４と、を含んで構成される。なお、演算部１３の構成や機能は、ハードウェアで実現しても良いし、ソフトウェアで実現しても良い。
【００２１】
相関処理部２１ａ、２１ｂは、受信部１２ａ、１２ｂからの受信信号と当該受信信号と相関の高い信号とを乗算して出力する。相関処理部２１ａ、２１ｂにおいて乗じられる信号は受信信号との相関が高いため、相関処理部２１ａ、２１ｂから出力される信号は、相関区間でピークとなる。ピーク検出部２２ａ、２２ｂは、相関処理部２１ａ、２１ｂからの出力信号の電力を算出し、出力信号の電力ピークを検出する。タイミング制御部２３ａ、２３ｂは、ピーク検出部２２ａ、２２ｂにおいて検出されたピークタイミングに合わせて、相関処理部２１ａ、２１ｂからの出力信号を到来角度算出部２４に出力する。具体的には、検出されたピーク期間の電力から算出される情報を元に、相関処理部２１ａ、２１ｂからの出力信号を到来角度算出部２４に出力するか否かを決定する。
【００２２】
図２は、変調方式として直接スペクトラム拡散（ＤＳＳＳ）を用いる場合の到来角度算出装置の具体的構成例を示すブロック図である。なお、図２では、図１における演算部１３に相当する構成のみを示している。
【００２３】
図２において、相関処理部２１ａは、拡散コードを発生する拡散コード発生器３１と、受信信号と拡散コードとを乗算する乗算器３２ａおよび３２ｂと、乗算器３２ａおよび３２ｂの出力を１ビット期間分だけ足し合わせてピーク検出部２２ａおよびタイミング制御部２３ａに出力する加算器３３ａおよび３３ｂとを備える。ピーク検出部２２ａは、加算器３３ａおよび３３ｂから出力された信号の電力を算出する電力算出部３４ａと、その電力ピークを検出してタイミング制御部２３ａに出力するピーク電力検出部３５ａとを備える。タイミング制御部２３ａは、ピーク電力検出部３５ａからの信号を元に加算器３３ａおよび３３ｂからの信号の到来角度算出部２４への出力可否を制御するバッファ部３６ａを備える。同様に、相関処理部２１ｂは、拡散コード発生器３１、乗算器３２ｃおよび３２ｄ、加算器３３ｃおよび３３ｄを備え、ピーク検出部２２ｂは、電力算出部３４ｂ、ピーク電力検出部３５ｂを備え、タイミング制御部２３ｂはバッファ部３６ｂを備える。到来角度算出部２４は、バッファ部３６ａの出力の複素共役をとる複素共役部４１と、複素共役部４１の出力とバッファ部３６ｂの出力とを複素乗算する複素乗算部４２と、複素乗算部４２の出力を用いて逆正接演算を行う逆正接部４３と、複素乗算部４２の出力信号からチップ区間ごとの電力を算出する電力算出部４４と、電力算出部４４からの情報に基づいて逆正接部４３の出力を平均化する平均化部４５と、平均化部４５の出力を用いて到来角度に変換する到来角度変換部４６とを備える。
【００２４】
拡散コード発生器３１は、ＤＳＳＳによって周波数軸上に拡散された信号を逆拡散するための拡散コードを発生する。当該拡散コードは、送信側でコード変調（拡散）の際に使用された拡散コードに対応するものである。乗算器３２ａおよび３２ｂは、受信信号に上記拡散コードを乗じて逆拡散を行う。乗算器３２ａには、受信部１２ａからの受信信号のうちの同相成分Ｉ１が入力される。また、乗算器３２ｂには、受信部１２ａからの受信信号のうちの直交成分Ｑ１が入力される。加算器３３ａおよび３３ｂは、乗算器３２ａおよび３２ｂのチップ区間ごとの出力を１ビットに相当する期間（ビット区間）足し合わせて出力する。図３（ａ）に加算器３３ａからの出力波形の例を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す出力波形の部分拡大図である。また、図３（ｃ）に加算器３３ｂからの出力波形の例を示す。図３（ｄ）は、図３（ｃ）に示す出力波形の部分拡大図である。
【００２５】
加算器３３ａの出力信号および加算器３３ｂの出力信号は、ピーク検出部２２ａの電力算出部３４ａ、およびタイミング制御部２３ａのバッファ部３６ａに入力される。電力算出部３４ａは、加算器３３ａおよび３３ｂの出力信号からチップ区間ごとの電力を算出する。具体的には、電力算出部３４ａは、同相成分に相当する加算器３３ａの出力信号の絶対値と、直交成分に相当する加算器３３ｂの出力信号の絶対値とを足し合わせ、チップ区間ごとの電力情報としてピーク電力検出部３５ａに出力する。ピーク電力検出部３５ａは、チップ区間ごとの電力情報を受け取ると、受信信号中の電力ピークを検出し、電力ピーク情報としてタイミング制御部２３ａのバッファ部３６ａに出力する。なお、加算器３３ａの出力信号の２乗値と、加算器３３ｂの出力信号の２乗値とを足し合わせてピーク電力検出部３５ａに出力しても良い。
【００２６】
ピーク検出部２２ａ（ピーク電力検出部３５ａ）から出力される電力ピーク情報は、受信信号のピークの有無を判定する情報である。具体的には、電力ピーク情報は、受信信号のピーク点付近の期間（ピーク期間）における電力の和ΣＰ１と、ＤＳＳＳでの情報単位となる１ビット期間からピーク期間を除いた期間における電力の和ΣＰ２との比Ｒ（＝ΣＰ１／ΣＰ２）がしきい値Ｒｔｈより大きいか否かを示す情報である。電力ピーク情報において、ＲがＲｔｈより大きい場合には、タイミング制御部２３ａ（バッファ部３６ａ）は、そのタイミングで受信信号がピークを有するものとして、１ビット分の信号Ｉａ１および信号Ｑａ１を到来角度算出部２４に出力する。一方で、ＲがＲｔｈより小さい場合には、タイミング制御部２３ａ（バッファ部３６ａ）は、そのタイミングでは受信信号がピークを有しないものとして、到来角度算出部２４への出力を停止する。なお、ここでは、ピーク検出部２２ａが電力ピーク情報に関する演算処理を行っているが、電力ピーク情報に関する演算処理はタイミング制御部２３ａにおいて行っても良い。
【００２７】
相関処理部２１ｂ（拡散コード発生器３１、乗算器３２ｃおよび３２ｄ、加算器３３ｃおよび３３ｄ）、ピーク検出部２２ｂ（電力算出部３４ｂ、ピーク電力検出部３５ｂ）、タイミング制御部２３ｂ（バッファ部３６ｂ）の動作や機能は、上記相関処理部２１ａ（拡散コード発生器３１、乗算器３２ａおよび３２ｂ、加算器３３ａおよび３３ｂ）、ピーク検出部２２ａ（電力算出部３４ａ、ピーク電力検出部３５ａ）、タイミング制御部２３ａ（バッファ部３６ａ）の動作や機能と同様である。ただし、相関処理部２１ｂに入力される受信信号と、相関処理部２１ａに入力される受信信号とは、同一電波を所定間隔離れた二点で受信しているため位相が僅かに異なっている。このため、タイミング制御部２３ｂから出力される信号と、タイミング制御部２３ａから出力される信号とでは、位相が僅かに相違する。タイミング制御部２３ａの出力Ｏａ１、およびタイミング制御部２３ｂの出力Ｏａ２を、同相成分に相当する信号を実部、直交成分に相当する信号を虚部として複素数で表現すると、下記式（１）、（２）のようになる。なお、φ１およびφ２は、各信号の位相を表す。
【数１】
2012063532.tif 000003
【数２】
2012063532.tif 000004
【００２８】
タイミング制御部２３ａの出力Ｏａ１は、到来角度算出部２４の複素共役部４１に入力される。複素共役部４１は、タイミング制御部２３ａの出力Ｏａ１の複素共役を複素乗算部４２に出力する。つまり、複素共役部４１からは、信号Ｉａ１と、信号Ｑａ１の符号が反転した信号が出力される。複素共役部４１の出力Ｏａ１´を複素数で表現すると、下記式（３）のようになる。
【数３】
2012063532.tif 000005
【００２９】
複素乗算部４２は、複素共役部４１の出力Ｏａ１´と、タイミング制御部２３ｂの出力Ｏａ２とを複素乗算して、乗算結果である信号Ｉｂおよび信号Ｑｂを逆正接部４３および電力算出部４４に出力する。複素乗算部４２の出力Ｏｂ、出力Ｏｂの同相成分Ｉｂおよび直交成分Ｑｂは下記式（４）〜（６）のように表される。
【数４】
2012063532.tif 000006
【数５】
2012063532.tif 000007
【数６】
2012063532.tif 000008
【００３０】
逆正接部４３は、複素乗算部４２の出力を用いて逆正接演算を行う。具体的には、複素乗算部４２の出力信号Ｉｂを分母とし、出力信号Ｑｂを分子とした値の逆正接演算を行う。図４（ａ）に逆正接部４３からの出力波形の例を示す。逆正接部４３の出力Ｏａｒｃｔａｎは位相差φ２−φ１に相当し、下記式（７）で表される。
【数７】
2012063532.tif 000009
【００３１】
電力算出部４４は、複素乗算部４２の出力信号からチップ区間ごとの電力を算出する。具体的には、電力算出部４４は、Ｉｂの絶対値とＱｂの絶対値とを足し合わせ、チップ区間ごとの電力情報として平均化部４５に出力する。なお、Ｉｂの２乗値と、Ｑｂの２乗値とを足し合わせて平均化部４５に出力しても良い。図４（ｂ）に電力算出部４４からの出力波形の例を示す。平均化部４５は、チップ区間ごとの電力情報を受け取ると、その情報に基づいて逆正接部４３の出力Ｏａｒｃｔａｎを平均化して到来角度変換部４６に出力する。なお、電力算出部４４および平均化部４５は、適宜省略して良い。
【００３２】
到来角度変換部４６は、平均化部４５の出力（平均化部４５を有しない場合は逆正接部４３の出力）を用いて逆三角関数演算により到来角度に変換する。逆三角関数演算としては、例えば、逆正弦演算を適用することができる。当該演算によって求められる値、すなわち、到来角度変換部４６の出力が、到来角度θ（ｒａｄ）に相当する。到来角度変換部４６の出力Ｏａｒｃｓｉｎは下記式（８）で表される。なお、下記式において、λ（ｍ）は受信波の波長であり、ｄ（ｍ）は受信用アンテナ間の距離である。
【数８】
2012063532.tif 000010
【００３３】
上記処理により到来角度が得られるのは、図５に示すような幾何学的な関係が成立するためである。所定の方向を基準として間隔ｄ（ｍ）離して配置された二つの受信用アンテナ１１ａ、１１ｂに到来する電波のなす角度をθ（ｒａｄ）とする。受信用アンテナ１１ｂに到来する電波の伝搬距離は、受信用アンテナ１１ａに到来する電波の伝搬距離と比べてΔ（ｍ）だけ長くなり、位相遅延（位相差φ２−φ１（ｒａｄ））が生じる。このモデルにおいて生じる伝搬距離の差分Δと位相差φ２−φ１との関係を受信波の波長λ（ｍ）を用いて表すと、下記式（９）のようになる。なお、下記式において、Δ＜λである。
【数９】
2012063532.tif 000011
【００３４】
また、上記モデルにおける伝搬距離の差分Δ、アンテナ間隔ｄ、到来角度θの幾何学的な関係から、下記式（１０）が成り立つ。
【数１０】
2012063532.tif 000012
【００３５】
つまり、到来角度θは下記式（１１）のように表されることになる。なお、式（１１）は、到来角度変換部４６における処理に相当する。このように、本実施の形態の到来角度算出装置によって到来角度が算出されることが分かる。
【数１１】
2012063532.tif 000013
【００３６】
次に、到来角度算出装置を用いた位置検出システムの例について説明する。図６に示される位置検出システム１０１は、到来角度算出装置１ａと、到来角度算出装置１ａと所定距離Ｄ離して配置される他の到来角度算出装置１ｂと、アクセスポイント２又はユーザ端末３とを含んで構成される。アクセスポイント２およびユーザ端末３は、それぞれ送信系および受信系を備え（図示せず）、双方向の情報伝送（通信）が可能に構成されている。また、アクセスポイント２およびユーザ端末３は、それぞれが備える送信系によって、到来角度算出装置１ａおよび到来角度算出装置１ｂに到来角度算出用の電波を送信できるように構成されている。位置検出の対象は、アクセスポイント２又はユーザ端末３のいずれでも良い。
【００３７】
到来角度算出装置１ａは、アクセスポイント２の送信用アンテナから送信された電波を受信用アンテナ１１ａａおよび１１ａｂで受信して、到来角度算出装置１ａを基準とする到来角度を算出する。また、到来角度算出装置１ｂは、アクセスポイント２の送信用アンテナから送信された電波を受信用アンテナ１１ｂａおよび１１ｂｂで受信して、到来角度算出装置１ｂを基準とする到来角度を算出する。到来角度算出装置１ａと到来角度算出装置１ｂの位置関係が既知であれば、それぞれを基準とする到来角度からアクセスポイント２の位置を決定することができる。
【００３８】
また、ユーザ端末３の位置検出の場合は、到来角度算出装置１ａおよび到来角度算出装置１ｂは、ユーザ端末３から送信される電波の到来角度を算出する。
【００３９】
図７は本実施の形態に係る到来角度算出装置１における到来角度算出のフロー図である。到来角度算出装置１が到来角度算出対象の電波を受信すると、受信部１２ａ、１２ｂは相関処理部２１ａ、２１ｂに受信信号を出力する。そして、相関処理部２１ａ、２１ｂは、ステップ２０１において受信信号の相関処理および加算処理を行う。
【００４０】
その後、ピーク検出部２２ａ、２２ｂは、ステップ２０２において相関処理部２１ａ、２１ｂの出力信号から電力のピーク値Ｐｐｅａｋを検出する。そして、ピーク点付近の期間（ピーク期間）における電力の和ΣＰ１と、１ビット期間（情報単位の期間）からピーク期間を除いた期間における電力の和ΣＰ２とを算出し、これらの比Ｒ（＝ΣＰ１／ΣＰ２）を算出する。図８（ａ）には、ピーク検出部２２ａ、２２ｂに入力される信号を模式的に示す。ピーク電力Ｐｐｅａｋは、図８（ａ）におけるピーク点Ｐにおける電力であり、ΣＰ１は、ピーク期間ｔ１における電力の和であり、ΣＰ２は、１ビット期間からピーク期間ｔ１を除いた期間ｔ２における電力の和である。ここで、ピーク期間ｔ１は、ピークの裾野を含む期間である。例えば、図９に示すように、変調方式としてＤＳＳＳを用いる場合には拡散コードの周期ｔｃの２倍の裾野が形成される。このため、当該２・ｔｃの期間をピーク期間ｔ１とすることができる。なお、図９において、期間ｔ２は１ビット期間ｔｂを用いてｔｂ−２・ｔｃと表される。
【００４１】
図１０に、ＡＤ変換器を用いて受信信号を取り込んだ場合のピーク検出部２２ａ、２２ｂに入力される信号の例を示す。図１０の横軸ｔはサンプル番号を示しており、ｔは離散的な値をとる。変調方式としてＤＳＳＳを用いる場合、例えば拡散コードが１１チップであり、１ビット期間が１μｓであれば、拡散コードの１チップ期間は０．０９１μｓである。ＡＤ変換は、１チップ期間の４倍のオーバーサンプリングであるとすれば、裾野は１チップ分広がり、ｉｐｓ＝ｉｐ−３、ｉｐｅ＝ｉｐ＋３となる。この場合、Ｒは下記式（１２）のように表される。
【数１２】
2012063532.tif 000014
【００４２】
ステップ２０３において、ピーク検出部２２ａ、２２ｂは、算出された比Ｒ（＝ΣＰ１／ΣＰ２）と所定のしきい値Ｒｔｈとを比較する。ＲｔｈよりＲが大きい場合、ピーク検出部２２ａ、２２ｂは、その旨の信号をタイミング制御部２３ａ、２３ｂに出力する。タイミング制御部２３ａは、ＲｔｈよりＲが大きい旨の信号を受けると、受信信号にピークが存在するものとして到来角度の計算に必要な信号を到来角度算出部２４に出力する。そして、ステップ２０４において、到来角度算出部２４は到来角度を算出する。一方、ＲがＲｔｈ以下の場合、ピーク検出部２２ａ、２２ｂは、その旨の信号をタイミング制御部２３ａ、２３ｂに出力し、タイミング制御部２３ａは、受信信号にピークが存在しないものとして到来角度算出部２４への出力を停止する。そして、到来角度算出装置１は、ステップ２０１からのフローを再度実行する。Ｒｔｈは任意の値である。例えば、Ｒとの比較でピークの有無を判定できる程度の値をＲｔｈとして設定することができる。
【００４３】
このように、検出されたピークに関する指標（Ｒ）としきい値（Ｒｔｈ）とを比較してピークの有無を判定することにより、ピークの有無を正確に判定することが可能である。
【００４４】
ここで、単純に、パワー（電力）とパワーのしきい値とを比較してピークの有無を判定する方法について考察する。図８（ｂ）に、バックグラウンドレベルが高い信号（実線）と、バックグラウンドレベルが低い信号（点線）を模式的に示す。図８（ｂ）に点線で示すようにバックグラウンドレベルが低い場合、パワーのピーク値とパワーのしきい値Ｐｔｈとを比較することでピークを検出することができる。しかしながら、図８（ｂ）に実線で示すようにバックグラウンドレベルがＰｔｈを超える程度に高くなると、パワーのピーク値とＰｔｈとを比較してもピークを検出することができない。パワーのピーク値とパワーのしきい値との単純な比較では、バックグラウンドレベルを考慮できないためである。そこで、本実施の形態において示すように、ピークの検出にバックグラウンドレベルを考慮した指標を用いることで、ピークの有無を正確に判定することができる。
【００４５】
以上に示すように、本実施の形態に係る到来角度算出装置は、ピーク期間の電力とピーク期間以外の残りの期間における電力との比を求めて、この求めた比としきい値とを比較してピークの有無を判定することにより、受信波のバックグラウンドレベルが高い場合であっても希望波のピークを正確に検出して到来角度の計算に用いることができる。つまり、希望波以外の信号成分から到来角度を算出することが無いため、到来角度の算出精度を高めることができる。
【００４６】
図１１は、到来角度算出装置１における到来角度算出部２４の別の一態様を説明するブロック図である。図１１に示される到来角度算出部２４は、タイミング制御部２３ａの出力Ｏａ１の複素共役をとる複素共役部５１と、複素共役部５１の出力Ｏａ１´と、タイミング制御部２３ｂの出力Ｏａ２を複素乗算する複素乗算部５２と、複素乗算部５２の出力を用いて逆正接演算を行う逆正接部５３とを備える。複素共役部５１、複素乗算部５２、逆正接部５３の動作や機能は、上述の複素共役部４１、複素乗算部４２、逆正接部４３の動作や機能と同様である。また、逆正接部５３の演算結果（位相差）を元に演算結果を補正する位相差補正部５４と、位相差補正部５４の出力を平均化する平均化部５５と、位相差補正部５４において補正を行った場合に平均化部５５の演算結果（平均値）を補正する位相差再補正部５６と、位相差再補正部５６の出力を用いて到来角度に変換する到来角度変換部５７と、を備える。到来角度変換部５７の動作や機能は、上述の到来角度変換部４６の動作や機能と同様である。
【００４７】
位相差補正部５４は、逆正接部５３の演算結果である位相差が、＋１８０°（＋π）付近や−１８０°（−π）付近の値になる場合、逆正接部の演算結果に所定の角度（位相差）を加える処理を行う。図１２のＩ−Ｑ平面に示すように、本実施の形態の到来角度算出部２４は、位相差を−１８０°〜＋１８０°（−π〜＋π）の位相差範囲の座標上に投影する。このため、例えば、図１３（ａ）に示されるように、逆正接部５３によって算出される位相差が＋１８０°および−１８０°近傍の値にならない場合には、これを平均化することで適切に到来角度を算出することができる。しかし、図１３（ｂ）に示されるように、逆正接部５３によって算出される位相差が＋１８０および−１８０近傍の値になる場合、算出される位相差の僅かな誤差が角度算出に大きな影響を与えることになる。ここで、位相差データとして、−１７８°および＋１７８°の二つの値が得られ、一方の値である＋１７８°は本来の値である−１７８°から−４°の誤差が生じて＋１７８°になっていると想定する。これらの差は、実際には僅かに４°である。しかし、平均化処理において、−１７８°と＋１７８°として平均化すると、平均値は０°となる。実際には約１８０°の位相差が存在するにもかかわらず、平均化処理によって０°として扱われてしまうのである。このように、平均化された位相差が本来の位相差から大幅にずれてしまうと、適切な到来角度算出は困難になる。
【００４８】
そこで、図１１に示される到来角度算出部２４は、逆正接部５３によって算出される位相差が＋１８０°および−１８０°付近の値になる場合、位相差補正部５４が逆正接部５３の演算結果に所定の角度（位相差）を加える補正処理を行って、適切な平均化が行われるようにするのである。逆正接部５３の演算結果が＋１８０°または−１８０°近傍の値であるか否かは、逆正接部５３の演算結果として得られる複数の位相差の分布を元に判定することができる。例えば、＋９０°（＋π／２）より大きく、または−９０°（−π／２）より小さい位相差の数が、＋９０°より小さくかつ−９０°より大きくなる位相差の数より多い場合には、逆正接部５３の演算結果が＋１８０°および−１８０°付近の値であると判定できる。位相差補正部５４が加える角度（位相差）は、例えば＋９０°とすることができるが、適切な平均化処理が可能な角度であればこれに限られない。好適には、−９０°、＋１８０°または−１８０°のいずれかでも良い。
【００４９】
平均化部５５は、位相差補正部５４の出力を平均化する。本実施の形態の到来角度算出部２４は、平均化に適さない位相差が算出される場合に位相差を加える補正を行うため、平均化部５５において適切な平均化処理が可能である。位相差再補正部５６は、位相差補正部５４において位相差の補正を行っている場合に平均化部５５の出力を補正する。具体的には、位相差補正部５４において補正値として加えた角度（位相差）を減ずる補正を行う。
【００５０】
図１４に、位相差が＋１８０°および−１８０°付近となる場合の到来角度算出の概略を模式的に示す。逆正接部５３によって算出された位相差が、Ｉ−Ｑ平面において＋１８０°および−１８０°付近の場合、位相差補正部５４は位相差に補正値（＋９０°）を加えて座標軸を回転させ、平均値算出用の座標軸に変換する。平均化部５５は、当該データを元に平均値（−９２°）を算出する。位相差再補正部５６は、位相差補正部５４の出力データから補正値（＋９０°）を減ずる補正を行い、逆正弦部５７に補正されたデータ（＋１７８°）を出力する。
【００５１】
図１５は上記到来角度算出部２４における処理フロー図である。到来角度算出部２４の複素共役部５１は、ステップ３０１において、タイミング制御部２３ａの出力Ｏａ１の複素共役を算出する。また、複素乗算部５２は、ステップ３０２において、タイミング制御部２３ｂの出力Ｏａ２と複素共役部５１の出力Ｏａ１´とを乗算する。そして、逆正接部５３は、ステップ３０３において、複素乗算部５２の出力を用いて逆正接演算を行い、受信信号間の位相差を算出する。
【００５２】
ステップ３０４において、位相差補正部５４は、算出された位相差がＩ−Ｑ平面において＋１８０°および−１８０°近傍の値であるかを判定する。算出された位相差が＋１８０°および−１８０°近傍の値でない場合はステップ３０５に進み、到来角度算出部２４は位相差を補正することなく到来角度を算出する。算出された位相差が＋１８０°近傍、または−１８０°近傍の値の場合はステップ３０６に進む。当該判定は、上述のように、＋９０°より大きく、または−９０°より小さい位相差の数が、＋９０°より小さくかつ−９０°より大きくなる位相差の数より多いかどうかを基準として行うことができる。
【００５３】
ステップ３０６において、位相差補正部５４は、逆正接部５３の演算結果である位相差に９０°を加える処理を行う。ステップ３０７において、平均化部５５は、位相差補正部５４の出力を平均化する。そして、ステップ３０８において、位相差再補正部５６は、平均化部５５の演算結果である平均値から９０°を減ずる処理を行う。その後、ステップ３０９において、到来角度変換部５７は、位相差再補正部５６の出力から到来角度を算出する。このように、図１１に示される到来角度算出部２４では、所定の位相差を加えて平均化した後に所定の位相差を減ずるという一連の処理によって適切な平均値が算出されるため、到来角度の算出精度が低下せずに済む。その結果、到来角度の算出精度を十分に高めることができる。
【００５４】
なお、ここでは、位相差補正部５４が、逆正接部５３の演算結果に所定の角度を加える処理を行っているが、適切な平均化処理が実現できるのであればこれに限られない。例えば、図１６に示すような構成の到来角度算出部２４を用いることもできる。図１６に示す到来角度算出部２４は、タイミング制御部２３ａの出力Ｏａ１の複素共役をとる複素共役部６１と、複素共役部６１の出力Ｏａ１´と、タイミング制御部２３ｂの出力Ｏａ２を複素乗算する複素乗算部６２とを備える。複素共役部６１、複素乗算部６２の動作や機能は、上述の複素共役部４１、複素乗算部４２の動作や機能と同様である。また、複素乗算部６２の出力の同相成分（Ｉ成分）の絶対値と直交成分（Ｑ成分）の絶対値とを比較するＩＱ比較部６３と、複素乗算部６２の出力を用い、ＩＱ比較部６３の出力に応じて演算方法を選択、変更して逆正接演算を行う逆正接部６４とを備える。また、逆正接部６４の演算結果である位相差を平均化する平均化部６５と、逆正接部６４の演算方法に応じて平均化部６５の演算結果である平均値を補正する位相差再補正部６６と、位相差再補正部６６の出力を用いて到来角度に変換する到来角度変換部６７と、を備える。到来角度変換部６７の動作や機能は、上述の到来角度変換部４６の動作や機能と同様である。
【００５５】
ＩＱ比較部６３は、複素乗算部の出力の同相成分（Ｉ成分）が負であるか否かを判定すると共に、複素乗算部６２の出力の同相成分（Ｉ成分）の絶対値と直交成分（Ｑ成分）の絶対値とを比較する。具体的には、ＩＱ比較部６３は、同相成分Ｉｂの符号を判定すると共に、同相成分の絶対値｜Ｉｂ｜が直交成分の絶対値｜Ｑｂ｜より十分に大きいか否か（直交成分の絶対値｜Ｑｂ｜が同相成分の絶対値｜Ｉｂ｜より十分に小さいか否か）を判定する。受信信号の位相差がＩ−Ｑ平面において＋１８０°および−１８０°近傍の値をとる場合には、同相成分Ｉｂが負になり（Ｉｂ＜０）、同相成分の絶対値｜Ｉｂ｜が直交成分の絶対値｜Ｑｂ｜より十分に大きくなる。このため、同相成分Ｉｂの符号を判定し、同相成分の絶対値｜Ｉｂ｜が直交成分の絶対値｜Ｑｂ｜より十分に大きいか否かを判定することにより、位相差が＋１８０°および−１８０°近傍の値をとるか否かを判定することができる。
【００５６】
逆正接部６４は、複素乗算部６２の出力を用い、ＩＱ比較部６３の出力に応じて演算方法を選択して逆正接演算を行う。同相成分が正である場合や、同相成分が負であり、かつ同相成分の絶対値｜Ｉｂ｜が直交成分の絶対値｜Ｑｂ｜と同程度であるか、または小さい場合、複素乗算部６２の出力Ｉｂを分母とし、出力Ｑｂを分子とした値の逆正接演算を行う。同相成分が負であり、かつ同相成分の絶対値｜Ｉｂ｜が直交成分の絶対値｜Ｑｂ｜より十分に大きい場合、例えば、複素乗算部６２の出力Ｑｂの符号を反転させた−Ｑｂを分母とし、出力Ｉｂを分子とした値の逆正接演算を行う。なお、同相成分の絶対値｜Ｉｂ｜が直交成分の絶対値｜Ｑｂ｜より十分に大きい場合の上記処理は、座標軸を＋９０°回転させて逆正接演算を行う処理に相当する。つまり、当該処理によって得られる位相差は、元来の位相差に＋９０°が加えられた値である。
【００５７】
なお、同相成分の絶対値｜Ｉｂ｜が直交成分の絶対値｜Ｑｂ｜より十分に大きい場合の処理は、上述のものに限られない。例えば、複素乗算部６２の出力Ｑｂを分母とし、出力Ｉｂの符号を反転させた−Ｉｂを分子とした値の逆正接演算を行っても良い。当該処理は、座標軸を−９０°回転させて逆正接演算を行う処理に相当する。つまり、当該処理によって得られる位相差は、元来の位相差に−９０°が加えられた値（＋９０°が減じられた値）である。また、例えば、複素乗算部６２の出力Ｉｂの符号と、出力Ｑｂの符号とを反転させて逆正接演算を行っても良い。当該処理は、座標軸を＋１８０°（または−１８０°）回転させて逆正接演算を行う処理に相当する。つまり、当該処理によって得られる位相差は、元来の位相差に＋１８０°（または−１８０°）が加えられた値である。このような処理によっても、適切な平均値を算出することができる。
【００５８】
平均化部６５は、逆正接部６４の出力を平均化する。本実施の形態の到来角度算出部２４は、平均化に適さない位相差が算出される場合に実質的に位相差を加える（または減ずる）補正を行うため、平均化部６５において適切な平均化処理が可能である。位相差再補正部６６は、逆正接部６４が座標軸を＋９０°回転させる処理を行っている場合に平均化部６５の出力を補正する。具体的には、＋９０°を減ずる補正を行う。なお、逆正接部６４が座標軸を−９０°回転させる処理を行っている場合には、−９０°を減ずる補正（つまり、＋９０°を加える補正）を行う。同様に、逆正接部６４が座標軸を＋１８０°（または−１８０°）回転させる処理を行っている場合には、＋１８０°（または−１８０°）を減ずる補正を行う。
【００５９】
このように、図１６に示す到来角度算出部２４も、図１１に示される到来角度算出部２４と同様に適切な平均値を算出できるため、到来角度の算出精度が低下せずに済む。その結果、到来角度の算出精度を十分に高めることができる。
【００６０】
図１７は、変調方式として直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を用いる場合の到来角度算出装置の具体的構成例を示すブロック図である。なお、図１７では、図１における演算部１３に相当する構成のみを示している。
【００６１】
図１７において、相関処理部２１ａは、受信部１２ａの出力の複素共役をとる複素共役部７１ａと、受信部１２ａの出力を所定期間だけ遅延させて出力する遅延部７２ａと、複素共役部７１ａの出力と遅延部７２ａの出力とを複素乗算する複素乗算部７３ａと、複素乗算部７３ａの出力をＧＩ（ガードインターバル）期間だけ足し合わせて出力する加算器７４ａ、７４ｂとを備える。ピーク検出部２２ａは、加算器７４ａ、７４ｂから出力された信号の電力を算出する電力算出部７５ａと、その電力ピークを検出してタイミング制御部２３ａに出力するピーク電力検出部７６ａとを備える。タイミング制御部２３ａは、ピーク電力検出部７６ａからの信号を元に受信部１２ａからの信号の到来角度算出部２４への出力タイミングを制御する遅延部７７ａを備える。同様に、相関処理部２１ｂは、複素共役部７１ｂ、遅延部７２ｂ、複素乗算部７３ｂ、加算器７４ｃ、７４ｄを備え、ピーク検出部２２ｂは、電力算出部７５ｂ、ピーク電力検出部７６ｂを備え、タイミング制御部２３ｂは遅延部７７ｂを備える。到来角度算出部２４は、遅延部７７ａの出力の複素共役をとる複素共役部８１と、複素共役部８１の出力と、遅延部７７ｂの出力を複素乗算する複素乗算部８２と、複素乗算部４２の出力をＧＩ（ガードインターバル）期間だけ足し合わせて出力する加算部８３ａ、８３ｂと、加算部８３ａ、８３ｂの出力を用いて逆正接演算を行う逆正接部８４と、逆正接部８４の出力を平均化する平均化部８５と、平均化部８５の出力を用いて到来角度に変換する到来角度変換部８６とを備える。
【００６２】
遅延部７２ａ、７２ｂは、ＯＦＤＭシンボル列の自己相関をとるため、受信部１２ａの出力を所定期間だけ遅延させて出力する。具体的には、遅延部７２ａ、７２ｂは、複素共役部７１ａが出力するＯＦＤＭシンボルの末部と、遅延部７２ａ、７２ｂが出力するＧＩ（ガードインターバル）とが同じタイミングで複素乗算部７３ａに入力されるように、受信部１２ａの出力を所定期間だけ遅延させて出力する。複素乗算部７３ａは、複素共役部７１ａの出力と遅延部７２ａの出力とを複素乗算する。加算器７４ａおよび７４ｂは、複素乗算部７３ａのチップ区間ごとの出力をＧＩ期間だけ足し合わせて出力する。
【００６３】
図１８（ａ）は、ＯＦＤＭシンボル列の構成を示す模式図である。図１８（ａ）に示すように、ＯＦＤＭシンボル列は、データ部であるＯＦＤＭシンボルと、ＯＦＤＭシンボルの先頭に配置されるＧＩとによって構成される。ＧＩはＯＦＤＭシンボル末部をコピーしたデータであり、ＯＦＤＭシンボル間の干渉を防ぐために挿入される。図１８（ｂ）は、相関処理部２１ａにおけるＯＦＤＭシンボル列の相関処理（自己相関処理）の様子を示す模式図である。図１８（ａ）に示すように、遅延部７２ａの出力は、複素共役部７１ａの出力に対してＯＦＤＭシンボル長だけ遅れている。このため、複素乗算部７３ａにおいて、複素共役部７１ａの出力と遅延部７２ａの出力とを乗算することで自己相関をとることができる。自己相関値（ＧＩ相関値）は、複素共役部７１ａの出力と遅延部７２ａの出力にＧＩと同じデータが現れたときにピークを示すため、これを用いることで、データ部であるＯＦＤＭシンボルの先頭を検出することができる。
【００６４】
加算器７４ａおよび７４ｂの出力信号は、ピーク検出部２２ａの電力算出部７５ａに入力される。電力算出部７５ａは、加算器７４ａおよび７４ｂの出力信号からチップ区間ごとの電力を算出する。具体的には、電力算出部３４ａは、同相成分に相当する出力信号の絶対値と、直交成分に相当する出力信号の絶対値とを足し合わせ、チップ区間ごとの電力情報としてピーク電力検出部７６ａに出力する。なお、同相成分に相当する出力信号の２乗値と、直交成分に相当する出力信号の２乗値とを足し合わせてピーク電力検出部７６ａに出力しても良い。図１９（ａ）に電力算出部７５ａからの出力波形の例を示す。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）に示す出力波形の部分拡大図である。ピーク電力検出部７６ａは、チップ区間ごとの電力情報を受け取ると、受信信号中の電力ピークを検出し、電力ピーク情報としてタイミング制御部２３ａの遅延部７７ａに出力する。
【００６５】
ピーク検出部２２ａ（ピーク電力検出部３５ａ）から出力される電力ピーク情報は、受信信号のピークの有無を判定する情報である。具体的には、電力ピーク情報は、受信信号のピーク点付近の期間（ピーク期間）における電力の和ΣＰ１と、ＯＦＤＭでの情報単位となる１シンボル期間からピーク期間を除いた期間における電力の和ΣＰ２との比Ｒ（＝ΣＰ１／ΣＰ２）がしきい値Ｒｔｈより大きいか否かを示す情報である。変調方式としてＯＦＤＭを用いる場合、ピーク期間はＧＩ期間に等しくなる。また、１シンボル期間とは、ＧＩ期間とデータ期間（ＯＦＤＭシンボル期間）とを合計した期間に相当する。電力ピーク情報において、ＲがＲｔｈより大きい場合には、タイミング制御部２３ａ（遅延部７７ａ）は、そのタイミングで受信信号がピークを有するものとして、受信部１２ａからの受信信号を到来角度算出部２４に出力する。一方で、ＲがＲｔｈより小さい場合には、タイミング制御部２３ａ（遅延部７７ａ）は、そのタイミングでは受信信号がピークを有しないものとして、到来角度算出部２４への出力を停止する。なお、ここでは、ピーク検出部２２ａが電力ピーク情報に関する演算処理を行っているが、電力ピーク情報に関する演算処理はタイミング制御部２３ａにおいて行っても良い。
【００６６】
相関処理部２１ｂ（複素共役部７１ｂ、遅延部７２ｂ、複素乗算部７３ｂ、加算器７４ｃ、７４ｄ）、ピーク検出部２２ｂ（電力算出部７５ｂ、ピーク電力検出部７６ｂ）、タイミング制御部２３ｂ（遅延部７７ｂ）の動作や機能は、相関処理部２１ａ（複素共役部７１ａ、遅延部７２ａ、複素乗算部７３ａ、加算器７４ａ、７４ｂ）、ピーク検出部２２ａ（電力算出部７５ａ、ピーク電力検出部７６ａ）、タイミング制御部２３ａ（遅延部７７ａ）の動作や機能と同様である。ただし、相関処理部２１ｂに入力される受信信号と、相関処理部２１ａに入力される受信信号とは、同一電波を所定間隔離れた二点で受信しているため位相が僅かに異なっている。このため、タイミング制御部２３ｂから出力される信号と、タイミング制御部２３ａから出力される信号とでは、位相が僅かに相違する。
【００６７】
タイミング制御部２３ａの出力は、到来角度算出部２４の複素共役部８１に入力される。複素共役部８１は、タイミング制御部２３ａの出力の複素共役を複素乗算部８２に出力する。複素乗算部８２は、複素共役部８１の出力と、タイミング制御部２３ｂの出力とを複素乗算して、演算結果を加算部８３ａおよび８３ｂに出力する。加算部８３ａおよび８３ｂは、複素乗算部８２のチップ区間ごとの出力をＧＩ期間だけ足し合わせて逆正接部８４に出力する。図１９（ｃ）に加算部８３ａおよび８３ｂからの出力波形の例を示す。図中で、加算部８３ａの出力波形はＩで示しており、加算部８３ｂの出力波形はＱで示している。
【００６８】
逆正接部８４は、加算部８３ａおよび８３ｂの出力を用いて逆正接演算を行い、受信信号の位相差を算出する。図１９（ｄ）に逆正接部８４からの出力波形の例を示す。平均化部８５は、逆正接部８４の出力を平均化して到来角度変換部８６に出力する。なお、平均化部８５は、適宜省略して良い。到来角度変換部８６は、平均化部８５の出力（平均化部８５を有しない場合は逆正接部８４の出力）を用いて逆三角関数演算により到来角度に変換する。当該演算によって求められる値、すなわち、到来角度変換部８６の出力が、到来角度に相当する。
【００６９】
このように、図１７の演算部１３を有する到来角度算出装置１においても、ピーク期間の電力とピーク期間以外の残りの期間における電力との比を求めて、この求めた比としきい値とを比較してピークの有無を判定することにより、受信波のバックグラウンドレベルが高い場合であっても希望波のピークを正確に検出して、到来角度の計算に用いることができる。つまり、希望波以外の信号成分から到来角度を算出することが無いため、到来角度の算出精度を高めることができる。
【００７０】
図２０は、到来角度算出装置１をカプセル内視鏡の位置特定に応用したカプセル内視鏡システムについて示す模式図である。図２０に示すカプセル内視鏡システムは、複数のセンサアレイ４０１と、センサアレイ４０１からのデータを記録するデータレコーダー４０２とを備える。センサアレイ４０１は、到来角度算出装置１の受信用アンテナに相当するアンテナを備えており、患者が飲み込んだカプセル内視鏡からの電波を受信できるように構成されている。データレコーダー４０２は、センサアレイ４０１において受信した電波の持つ位相情報から、患者が飲み込んだカプセル内視鏡の位置を特定する。
【００７１】
患者が飲み込んだカプセル内視鏡は、消化管の蠕動運動によって移動する。カプセル内視鏡の位置はモニタされており、診察部位に到達したか否かを確認することができる。カプセル内視鏡が診察部位に到達すると、カプセル内視鏡は診察部位の様子を撮影してデータレコーダー４０２に送信し、データレコーダー４０２は画像情報を記録する。このように、カプセル内視鏡の位置をモニタすることで、診察部位を見逃すことなく撮影することができる。また、カプセル内視鏡が診察部位に到達したタイミングでカメラ等の電源を入れ、診察部位をはずれた場合にはカメラ等の電源を切る事が可能になるため、電池容量を小さくする事ができる。また、センサ（アンテナ）の数を削減する事が可能となる。また、電池容量が同じであれば、従来型のカプセル内視鏡と比較して多数の画像を送信でき、鮮明な画像を得ることができる。
【００７２】
このように、到来角度算出装置１をカプセル内視鏡の位置特定に応用することで、優れたカプセル内視鏡システムを構築することができる。
【００７３】
以上のように、本発明の到来角度算出装置によれば、ピーク期間の電力とピーク期間以外の残りの期間における電力との比を求めて、この求めた比としきい値とを比較し、比がしきい値より大きい場合に到来角度を算出するため、受信波の希望波以外の信号レベルが高い場合であっても、希望波のピークを正確に検出し、到来角度を算出することができる。つまり、希望波以外の部分から到来角度を算出することが無いため、到来角度の算出精度を高めることができる。
【００７４】
なお、本発明は上記実施の形態の記載に限定されず、その効果を発揮する態様で適宜変更することができる。例えば、上記実施の形態において、ピーク期間の電力の和と、ピーク期間を除いた期間の電力の和との比をしきい値と比較しているが、希望波以外の信号のレベルを考慮した到来角度算出が可能であればこれに限られない。例えば、ピーク期間のあるタイミングにおける電力と、ピーク期間を除いた期間のあるタイミングにおける電力とをパラメータとして用いても良い。
【００７５】
また、上記実施の形態において、添付図面に示されている構成などは、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の到来角度算出装置は、対象の位置を特定するシステム、その他の各種用途に用いることができる。【００７７】
本出願は、２０１０年１１月１２日出願の特願２０１０−２５４０１１に基づく。この内容は、全てここに含めておく。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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