(57)【要約】【課題】送信局までの距離をより精度よく推定することが可能な測距装置、及び測距システムを提供する。【解決手段】送信局から取得した受信信号の第１の先頭タイミングを推定する第１の先頭タイミング推定部と、前記第１の先頭タイミングに基づいて、所定の時間窓を持つ前記受信信号を切り出す時間窓関数部と、切り出された前記受信信号に基づいて、前記受信信号の第２の先頭タイミングを推定する第２の先頭タイミング推定部と、前記第２の先頭タイミングを中心として、前記第２の相関関数の波形の分解能を向上させて得られた波形に基づいて、前記受信信号の第３の先頭タイミングを推定する第３の先頭タイミング推定部と、前記送信局までの距離を推定する測距部と、を備える測距装置を提供する。【選択図】図３
2020134146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信局から取得した受信信号と既知信号との相互相関関数である第１の相関関数に基づいて、前記受信信号の第１の先頭タイミングを推定する第１の先頭タイミング推定部と、
前記第１の先頭タイミングに基づいて、前記受信信号に対して時間窓関数を乗積して、所定の時間窓を持つ前記受信信号を切り出す時間窓関数部と、
切り出された前記受信信号と前記既知信号との相互相関関数である第２の相関関数に基づいて、前記受信信号の第２の先頭タイミングを推定する第２の先頭タイミング推定部と、
前記第２の先頭タイミングを中心として、前記第２の相関関数の波形の分解能を向上させて得られた波形に基づいて、前記受信信号の第３の先頭タイミングを推定する第３の先頭タイミング推定部と、
前記受信信号から得られる送信タイミング、及び、前記第３の先頭タイミングから推定される前記受信信号の受信タイミングに基づいて、前記送信局までの距離を推定する測距部と、
を備える測距装置。
【請求項２】
前記時間窓関数部は、前記受信信号からプリアンブル部を含む前記受信信号を切り出す、
請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記受信信号を復号することにより前記送信タイミングを取得する復号部を更に備える、請求項１又は２に記載の測距装置。
【請求項４】
前記第１の先頭タイミングは、前記受信信号と前記第３の先頭タイミングに基づき再生されたシグナル部、及び、プリアンブル部を含む拡張既知信号との相互相関関数である第３の相関関数に基づいて、前記受信信号の第４の先頭タイミングを推定する、請求項１に記載の測距装置。
【請求項５】
前記拡張既知信号は、ペイロード部をさらに含む、請求項４に記載の測距装置。
【請求項６】
前記第３の先頭タイミング推定部は、
前記第２の先頭タイミングを中心として、所定の間隔で複数のサンプル点を前記第２の相関関数から抽出し、
抽出した前記複数のサンプル点に対して補間処理を行うことにより、前記第２の相関関数の波形の分解能を向上させる、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項７】
前記第３の先頭タイミング推定部は、
前記第２の先頭タイミングを中心として、所定の間隔で複数のサンプル点を前記第２の相関関数から抽出し、
抽出した前記複数のサンプル点に対して近似処理を行うことにより、前記第２の相関関数の波形の分解能を向上させる、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の測距装置。
【請求項８】
複数の測距装置を含む測距システムであって、
前記測距装置は、
送信局から取得した受信信号と既知信号との相互相関関数である第１の相関関数に基づいて、前記受信信号の第１の先頭タイミングを推定する第１の先頭タイミング推定部と、
前記第１の先頭タイミングに基づいて、前記受信信号に対して時間窓関数を乗積して、所定の時間窓を持つ前記受信信号を切り出す時間窓関数部と、
切り出された前記受信信号と前記既知信号との相互相関関数である第２の相関関数に基づいて、前記受信信号の第２の先頭タイミングを推定する第２の先頭タイミング推定部と、
前記第２の先頭タイミングを中心として、前記第２の相関関数の波形の分解能を向上させて得られた波形に基づいて、前記受信信号の第３の先頭タイミングを推定する第３の先頭タイミング推定部と、
前記受信信号から得られる送信タイミング、及び、前記第３の先頭タイミングから推定される前記受信信号の受信タイミングに基づいて、前記送信局までの距離を推定する測距部と、
を有する、
測距システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距装置及び測距システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基地局が受信したパケットに関する情報により、パケットの送信元である無線端末（送信局）までの距離を推定する技術が開発されている。このような技術としては、例えば、基地局及び無線端末間におけるパケットの受信時刻に基づき、無線端末までの距離を推定する方法を挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３５２３１４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１４７５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、無線端末（送信局）までの距離をより精度よく推定することが求められるようになってきている。そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、送信局までの距離をより精度よく推定することが可能な、新規かつ改良された測距装置、及び測距システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、送信局から取得した受信信号と既知信号との相互相関関数である第１の相関関数に基づいて、前記受信信号の第１の先頭タイミングを推定する第１の先頭タイミング推定部と、前記第１の先頭タイミングに基づいて、前記受信信号に対して時間窓関数を乗積して、所定の時間窓を持つ前記受信信号を切り出す時間窓関数部と、切り出された前記受信信号と前記既知信号との相互相関関数である第２の相関関数に基づいて、前記受信信号の第２の先頭タイミングを推定する第２の先頭タイミング推定部と、前記第２の先頭タイミングを中心として、前記第２の相関関数の波形の分解能を向上させて得られた波形に基づいて、前記受信信号の第３の先頭タイミングを推定する第３の先頭タイミング推定部と、前記受信信号から得られる送信タイミング、及び、前記第３の先頭タイミングから推定される前記受信信号の受信タイミングに基づいて、前記送信局までの距離を推定する測距部と、を備える測距装置が提供される。
【０００６】
前記時間窓関数部は、前記受信信号からプリアンブル部を含む前記受信信号を切り出してもよい。
【０００７】
前記測距装置は、前記受信信号を復号することにより前記送信タイミングを取得する復号部を更に備えてもよい。
【０００８】
前記第１の先頭タイミングは、前記受信信号と前記第３の先頭タイミングに基づき再生されたシグナル部、及び、プリアンブル部を含む拡張既知信号との相互相関関数である第３の相関関数に基づいて、前記受信信号の第４の先頭タイミングを推定してもよい。
【０００９】
前記拡張既知信号は、ペイロード部をさらに含んでもよい。
【００１０】
前記第３の先頭タイミング推定部は、前記第２の先頭タイミングを中心として、所定の間隔で複数のサンプル点を前記第２の相関関数から抽出し、抽出した前記複数のサンプル点に対して補間処理を行うことにより、前記第２の相関関数の波形の分解能を向上させてもよい。
【００１１】
前記第３の先頭タイミング推定部は、前記第２の先頭タイミングを中心として、所定の間隔で複数のサンプル点を前記第２の相関関数から抽出し、抽出した前記複数のサンプル点に対して近似処理を行うことにより、前記第２の相関関数の波形の分解能を向上させてもよい。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の測距装置を含む測距システムであって、前記測距装置は、送信局から取得した受信信号と既知信号との相互相関関数である第１の相関関数に基づいて、前記受信信号の第１の先頭タイミングを推定する第１の先頭タイミング推定部と、前記第１の先頭タイミングに基づいて、前記受信信号に対して時間窓関数を乗積して、所定の時間窓を持つ前記受信信号を切り出す時間窓関数部と、切り出された前記受信信号と前記既知信号との相互相関関数である第２の相関関数に基づいて、前記受信信号の第２の先頭タイミングを推定する第２の先頭タイミング推定部と、前記第２の先頭タイミングを中心として、前記第２の相関関数の波形の分解能を向上させて得られた波形に基づいて、前記受信信号の第３の先頭タイミングを推定する第３の先頭タイミング推定部と、前記受信信号から得られる送信タイミング、及び、前記第３の先頭タイミングから推定される前記受信信号の受信タイミングに基づいて、前記送信局までの距離を推定する測距部と、を有する、測距システムが提供される。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明によれば、送信局までの距離をより精度よく推定することが可能な測距装置及び測距システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る無線通信システム１０の概要を示す説明図である。
【図２】同実施形態に係るパケットの構成例を示す説明図である。
【図３】同実施形態に係る基地局２００の構成例を示すブロック図である。
【図４】同実施形態に係る基地局２００の動作例を示すフローチャートである。
【図５】同実施形態に係る時間窓関数の処理例を説明するための説明図である。
【図６】同実施形態に係る第２の相関関数波形の分解能を向上させる処理例を説明するための説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る基地局２００の動作例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態に係る基地局２００のハードウェア構成例を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１６】
また、本明細書及び図面において、実質的に同一又は類似の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合がある。ただし、実質的に同一又は類似の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。
【００１７】
さらに、以下の説明においては、特段の断りがない限りは、「接続」とは、複数の要素の間を電気的に、且つ、信号（高周波アナログ信号又はデジタル信号）を搬送可能に接続することを意味する。さらに、以下の説明における「接続」には、複数の要素を直接的に接続する場合だけでなく、他の要素を介して間接的に接続する場合も含まれる。
【００１８】
＜＜第１の実施形態＞＞
＜無線通信システム１０の概要＞
本発明の第１の実施形態は、複数の基地局（測距装置）２００を用いて無線端末１００(送信局)の位置を推定する無線通信システム（測距システム）１０に関する。以下では、図１及び図２を参照しながら、本実施形態に係る無線通信システム１０の概要について説明する。図１は、本実施形態に係る無線通信システム１０の概要を示す説明図であり、図２は、本実施形態に係るパケットの構成例を示す説明図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の無線通信システム１０は、例えば、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）システム（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１に準拠する無線ＬＡＮシステム）であり、複数の基地局２００ａ〜２００ｄ及び無線端末１００を含む。また、本実施形態においては、各基地局２００は、位置が固定されている固定局であり、無線端末１００は移動することが可能な移動局であるものとする。なお、図１では、無線端末１００は１台しか図示されていないが、本実施形態においては、複数の無線端末１００が含まれていてもよい。さらに、当該無線通信システム１０は、下記基地局２００で取得された情報（例えば、各基地局２００から無線端末１００までの距離の情報）を集約するサーバ（図示省略）を含んでいてもよい。
【００２０】
さらに、本実施形態においては、無線通信システム１０の通信方式は特に限定されず、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又は、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等の近距離無線通信用のインターフェース（基地局又は端末）や、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、携帯通信網（ＬＴＥ、３Ｇ）等の通信インタフェース（基地局又は端末）、又は、カーナビゲーションシステム、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｏｌｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  ）システム等であることができる。
【００２１】
当該無線通信システム１０においては、基地局２００におけるパケットの送受信時刻に基づいて無線端末１００の位置を推定する、すなわち、ＴＯＡ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ａｒｒｉｖａｌ）方式に基づいて、無線端末１００の位置を推定する。本実施形態においては、例えば、当該無線通信システム１０では、例えば、時刻の同期が確立されている複数の基地局２００が無線端末１００とブロードキャストされたパケットの送受信を行ってもよい。そして、各基地局２００は、無線端末１００が各基地局２００にパケットを送信した時刻（以下では、送信時刻とも称される）と、各基地局２００がパケットを受信した時刻（以下では、受信時刻とも称される）に基づき、無線端末１００までの距離を推定する。その際、本実施形態においては、距離推定に用いる受信信号の先頭タイミング、すなわち、受信信号を受信した受信時刻の算出を以下に説明するように実施することにより、無線端末１００までの距離の推定の精度をより高めることができる。
【００２２】
以下に、本実施形態に係る無線通信システム１０に含まれる各装置の概要について順次説明する。
【００２３】
（無線端末１００）
無線端末１００は、基地局２００と間で無線通信を行う無線端末である。例えば、無線端末１００は、基地局２００との間でパケットの送受信を行う。また、本実施形態においては、無線端末１００は、距離推定の対象となっている。具体的には、例えば、無線端末１００は、距離推定に用いることができるパケットを基地局２００との間で送受信することができる。
【００２４】
ここで、図２を参照しながら、本実施形態に係るパケットの構成例について説明する。図２に示すように、基地局２００と無線端末１００との間で送受信されるパケットは、プリアンブル部５０、シグナル部５２、ペイロード部５４で構成されている。プリアンブル部５０は、パケットのシンボルタイミングを検出するのに利用されるシンボル系列であり、無線端末１００と基地局２００との間で既知であるものとする。また、プリアンブル部５０の時間長は、既知であり、例えば、１６μｓである。従って、プリアンブル部５０は無線端末１００と基地局２００との間で既知の信号であるため、基地局２００で受信した信号と基地局２００が予め取得し、格納した既知信号との間の相互相関処理を行うことにより、受信信号の先頭タイミングの算出が可能となる。
【００２５】
シグナル部５２は、ペイロード部５４の伝送速度、パケット長、変調方式等の情報といった制御情報が含まれるシンボルである。また、シグナル部５２の時間長は、単一のシンボル長であり、例えば、４μｓである。ペイロード部５４は、無線端末１００のアプリケーションで生成された情報であるアプリケーションデータや送信時刻等の情報が含まれるシンボル系列であり、複数のシンボルで構成されている。また、ペイロード部５４を構成する複数のシンボルの１個あたりの時間長は例えば４μｓであり、ペイロード部５４の全体の時間長は、複数のシンボルの時間長の合計である。なお、ペイロード部５４の時間長は、プリアンブル部５０よりも長い。
【００２６】
（基地局２００）
基地局２００は、無線端末１００との間で無線通信を行う無線通信装置である。例えば、基地局２００は、無線端末１００と任意の通信方式で接続され、無線通信を行う。なお、本実施形態においては、先に説明したように、基地局２００の通信方式は特に限定されない。また、基地局２００は、無線端末１００との間でパケットを送受信した際の情報に基づき、パケットの先頭タイミングを算出することができる。さらに、基地局２００は、算出した先頭タイミング、すなわち受信時刻と、送信時刻とに基づいて、基地局２００から無線端末１００までの距離を推定することができる。基地局２００の構成の詳細については、後述する。
【００２７】
＜基地局２００の構成例＞
以上、図１及び図２を参照しながら、本実施形態に係る無線通信システム１０の概要について説明した。続いて、図３を参照しながら、本実施形態に係る基地局２００の構成例について説明する。図３は、同実施形態に係る基地局２００の構成例を示すブロック図である。図３に示すように、本実施形態に係る基地局２００は、通信部２３０と処理部２４０との主に２つのブロックを有する。以下に、基地局２００に含まれる２つのブロックの詳細について説明する。
【００２８】
（通信部２３０）
通信部２３０は、パケットを送受信する機能を有する。例えば、通信部２３０は、無線端末１００との間でパケットを送受信する。詳細には、図３に示すように、通信部２３０は、アンテナ２０１と、復調器２０２と、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２０３とを主に有する。以下に、通信部２３０の含まれる各機能部の詳細について説明する。
【００２９】
〜アンテナ２０１〜
アンテナ２０１は、単一の又は複数のアンテナ素子を有し、他の通信装置のアンテナとの間で無線信号を送受信する機能を有する。例えば、アンテナ２０１は、無線端末１００のアンテナから送信された高周波である無線信号を受信する。そして、アンテナ２０１は、受信した無線信号を受信信号として復調器２０２へ出力する。
【００３０】
〜復調器２０２〜
復調器２０２は、受信信号を復調する機能を有する。例えば、復調器２０２は、アンテナ２０１に接続され、当該アンテナ２０１から入力された受信信号をアナログのベースバンド受信信号に変換する。そして、復調器２０２は、当該アナログのベースバンド受信信号をＡＤＣ２０３へ出力する。
【００３１】
〜ＡＤＣ２０３〜
ＡＤＣ２０３は、アナログ−デジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）であり、アナログ信号をデジタル信号に変換する機能、すなわち、アナログ信号をサンプリングする機能を有する。例えば、ＡＤＣ２０３は、復調器２０２に接続され、当該復調器２０２から受信したアナログのベースバンド受信信号をデジタルのベースバンド受信信号に変換する、そして、ＡＤＣ２０３は、当該デジタルのベースバンド受信信号を処理部２４０へ出力する。
【００３２】
（処理部２４０）
処理部２４０は、上述した通信部２３０が受信した無線信号に関する処理を行う機能部である。例えば、処理部２４０は、無線端末１００から受信した受信信号の先頭タイミングを推定し、受信時刻を決定することができる。さらに、処理部２４０は、決定した受信時刻に基づき、無線端末１００までの距離を推定することができる。上述の機能を実現するために、本実施形態に係る処理部２４０は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）（図示省略）及び記憶装置（図示省略）を含む。以下に、処理部２４０の詳細を順次説明する。
【００３３】
詳細には、ＦＰＧＡは、デジタル信号処理を行う機能を有し、上述した受信信号の先頭タイミングを推定し、無線端末１００までの距離を推定する。ここで、ＦＰＧＡとは、製造後にユーザが構成を書き換えることができる集積回路である。より具体的には、ＦＰＧＡは、図３に示すように、第１の先頭タイミング検出部（第１の先頭タイミング推定部）２０４と、時間窓関数部２０５と、第２の先頭タイミング検出部（第２の先頭タイミング推定部）２０６と、第３の先頭タイミング検出部（第３の先頭タイミング推定部）２０７と、測距計算部（測距部）２０８と、復号部２１０とを主に有する。以下に、これら機能部の詳細を順次説明する。
【００３４】
〜第１の先頭タイミング検出部２０４〜
第１の先頭タイミング検出部２０４は、通信部２３０から取得したベースバンド受信信号を取得し、当該ベースバンド受信信号と、既知信号との相互相関関数である第１の相関関数に基づいて、第１の先頭タイミングを検出（推定）する。詳細には、第１の先頭タイミング検出部２０４は、ベースバンド受信信号のパケットに対して、後述する記憶装置に格納された既知のプリアンブル信号を用いた時間領域の相互相関処理を行い、第１の相互相関波形を算出する。より具体的には、第１の先頭タイミング検出部２０４は、ベースバンド受信信号に対して、所定の時間ずつずらしながら既知のプリアンブル信号を重ね、その際のベースバンド受信信号と既知のプリアンブル信号との一致の度合いを算出する。先に説明したように、ベースバンド受信信号のパケットには、先頭部分にプリアンブル部５０が含まれていることから、既知のプリアンブル信号と一致する時間領域が存在する。そして、第１の先頭タイミング検出部２０４は、ずらした時間に対する、ベースバンド受信信号と既知のプリアンブル信号との一致の度合いの関係を算出することにより、第１の相互相関波形を算出することができる。そして、第１の先頭タイミング検出部２０４は、算出した第１の相互相関波形の最大値（すなわち、最も一致した箇所）である第１の相関ピーク位置に基づいて、最も一致した際の時間である第１の先頭タイミングを検出する。さらに、第１の先頭タイミング検出部２０４は、検出した第１の先頭タイミングを後述する時間窓関数部２０５に出力する。
【００３５】
〜時間窓関数部２０５〜
時間窓関数部２０５は、第１の先頭タイミング検出部２０４で検出された第１の先頭タイミングに基づいて、通信部２３０から取得したベースバンド受信信号に対して時間窓関数を乗積して、所定の時間窓を持つ信号を切り出すことができる。詳細には、時間窓関数部２０５は、ベースバンド受信信号から、第１の先頭タイミングを開始点として、既知のプリアンブル信号の信号長に対応する時間窓を持つ受信信号の範囲、すなわち、プリアンブル部５０を含む受信信号を切り出すことができる。このようにすることにより、本実施形態においては、ベースバンド受信信号の先頭よりも前、すなわち、プリアンブル部５０よりも前方にある雑音等の不要な信号波形の振幅成分を減衰させることができる。さらに、本実施形態においては、ベースバンド受信信号のプリアンブル部５０よりも後方にあるシグナル部５２の信号波形の振幅成分を減衰させることができる。言い換えると、本実施形態においては、時間窓関数部２０５によって、ベースバンド受信信号のうち、プリアンブル部５０以外の信号成分が減衰されることとなる。従って、本実施形態によれば、上述のように時間窓関数を乗積してプリアンブル部５０を切り出すことにより、雑音等の影響を抑制することができることから、この後の処理における先頭タイミングの検出の精度を向上させることができる。
【００３６】
そして、時間窓関数部２０５は、時間窓関数が乗積され、切り出されたベースバンド受信信号（時間窓適用済の受信信号）を後述する第２の先頭タイミング検出部２０６及び第３の先頭タイミング検出部２０７に出力する。なお、本実施形態においては、時間窓関数部２０５は、プリアンブル部５０を切り出すことに限定されるものではなく、プリアンブル部５０とともにシグナル部５２及びペイロード部５４等を切り出してもよく、その場合、切り出す範囲に応じて、切り出す時間窓の時間長を適宜選択することが好ましい。また、時間窓関数部２０５による処理の詳細については後述する。
【００３７】
〜第２の先頭タイミング検出部２０６〜
第２の先頭タイミング検出部２０６は、時間窓関数部２０５により切り出されたベースバンド受信信号（時間窓適用済の受信信号）と既知信号との相互相関関数である第２の相関関数に基づいて、第２の先頭タイミングを検出（推定）する。具体的には、第２の先頭タイミング検出部２０６は、第１の先頭タイミング検出部２０４と同様に、時間窓適用済の受信信号に対して、既知のプリアンブル信号を用いた時間領域の相互相関処理を行い、第２の相互相関波形を算出する。本実施形態においては、時間窓適用済の受信信号は、プリアンブル部５０が含まれるように切り出した受信信号であることから、既知のプリアンブル信号と一致する時間領域が存在する。そして、第２の先頭タイミング検出部２０６は、算出した第２の相互相関波形の最大値（すなわち、最も一致した箇所）である第２の相関ピーク位置に基づいて、最も一致した際の時間である第２の先頭タイミングを検出する。この際、相互相関処理の対象となる時間窓適用済の受信信号は、主にプリアンブル部５０が含まれ、且つ、プリアンブル部５０以外の信号成分が減衰されていることから、雑音等の影響を抑制し、且つ、処理時間の増加を抑えつつ、精度よく第２の先頭タイミングを検出することができる。さらに、第２の先頭タイミング検出部２０６は、検出した第２の先頭タイミングを後述する第３の先頭タイミング検出部２０７に出力する。
【００３８】
〜第３の先頭タイミング検出部２０７〜
第３の先頭タイミング検出部２０７は、切り出されたベースバンド受信信号（時間窓適用済の受信信号）と、第２の先頭タイミング検出部２０６からの第２の先頭タイミングとに基づいて、第２の相関関数波形の分解能を向上させて、第３の先頭タイミングを検出（推定）する。例えば、第３の先頭タイミング検出部２０７は、第２の先頭タイミング検出部２０６で検出した第２の先頭タイミングを中心として、所定の間隔で複数のサンプル点を第２の相関関数波形から抽出し、抽出した複数のサンプル点に対して補間処理（例えば、各サンプル点を通過する波形を取得する）を行うことで、第２の相関関数波形の分解能を向上させることができる。もしくは、第３の先頭タイミング検出部２０７は、第２の先頭タイミング検出部２０６で検出した第２の先頭タイミングを中心として、所定の間隔で複数のサンプル点を第２の相関関数波形から抽出し、抽出した複数のサンプル点に対して近似処理（例えば、各サンプル点に近似する波形を取得する）を行うことで、第２の相関関数波形の分解能を向上させることができる。なお、本実施形態においては、第２の相関関数波形の分解能を向上させる方法は、上述の補間処理や近似処理等の方法に限定されるものではない。
【００３９】
さらに、第３の先頭タイミング検出部２０７は、第２の相関関数波形の分解能を向上させることによって得られた波形の最大値から第３の相関ピーク位置、すなわち、より一致する時間領域を検出し、検出した第３の相関ピーク位置に基づいて、第３の先頭タイミングを検出する。第３の先頭タイミング検出部２０７は、検出した第３の先頭タイミングを後述する測距計算部２０８に出力する。本実施形態においては、このように相関関数波形の分解能を向上させていることから、より精度よく第３のピーク位置を検出でき、その結果、精度よく第３の先頭タイミングを検出することができる。なお、第３の先頭タイミング検出部２０７による処理の詳細については後述する。
【００４０】
〜測距計算部２０８〜
測距計算部２０８は、後述する復号部２１０によりベースバンド受信信号のペイロード部５４を既知の復号処理することにより得られた送信時刻（送信タイミング）、及び、第３の先頭タイミング検出部２０７によって検出された第３の先頭タイミングから推定される受信時刻（受信タイミング）に基づいて、無線端末１００までの距離を推定することができる。より詳細には、測距計算部２０８は、送信時刻と受信時刻との差分時間から無線端末１００までの距離を推定することができる。
【００４１】
〜復号部２１０〜
復号部２１０は、上記第３の先頭タイミングに基づいて、ベースバンド受信信号のペイロード部５４の範囲を特定し、特定したペイロード部５４に対して既知の復号処理することにより、ペイロード部５４に含まれた送信時刻（送信タイミング）の情報を取得することができる。そして、復号部２１０は、取得した送信時刻の情報を上述した測距計算部２０８に出力する。また、復号部２１０は、上記第３の先頭タイミングに基づいて、ベースバンド受信信号のシグナル部５２を特定し、シグナル部５２の復号を行ってもよく、ベースバンド受信信号のシグナル部５２及びペイロード部５４を特定し、シグナル部５２及びペイロード部５４の復号を行ってもよい。
【００４２】
〜記憶装置〜
さらに、処理部２４０は、先に説明したように、記憶装置（図示省略）を有する。記憶装置は、基地局２００における処理で用いる情報を記憶するための装置である。例えば、記憶装置は、既知信号（プリアンブル信号）の波形等のデータを記憶する。
【００４３】
＜動作例＞
以上、図３を参照しながら、本実施形態に係る基地局２００の構成例について説明した。続いて、図４から図６を参照しながら、本実施形態に係る無線通信システム１０の動作例について説明する。図４は、本実施形態に係る基地局２００の動作例を示すフローチャートである。また、図５は、本実施形態に係る時間窓関数の処理例を説明するための説明図であり、図６は、本実施形態に係る第２の相関関数波形の分解能を向上させる処理例を説明するための説明図である。
【００４４】
図４に示すように、本実施形態に係る無線通信システム１０の動作例には、例えば、ステップＳ１０１からステップＳ１１９までの複数のステップが含まれている。以下に、図４に示される各ステップの詳細を説明する。
【００４５】
（ステップＳ１０１）
基地局２００の通信部２３０は、無線端末１００からパケットを取得し、アナログのベースバンド受信信号をデジタルのベースバンド受信信号に変換し、基地局２００の処理部２４０に出力する。
【００４６】
（ステップＳ１０３）
基地局２００の処理部２４０の第１の先頭タイミング検出部２０４は、通信部２３０から取得したベースバンド受信信号のパケットに対して、既知のプリアンブル信号を用いた時間領域の相互相関処理を行い、第１の相互相関波形を算出する。
【００４７】
（ステップＳ１０５）
次に、第１の先頭タイミング検出部２０４は、算出した第１の相互相関波形の最大値から第１の相関ピーク位置を検出することで、第１の先頭タイミングを検出する。
【００４８】
（ステップＳ１０７）
処理部２４０の時間窓関数部２０５は、第１の先頭タイミング検出部２０４で検出された第１の先頭タイミングに基づいて、通信部２３０から取得したベースバンド受信信号に対して時間窓関数を乗積して、既知のプリアンブル信号の信号長の時間窓を持つ受信信号（時間窓適用済の受信信号）を切り出す。
【００４９】
図５に、ベースバンド受信信号に対して乗積する時間窓関数の一例を示す。当該時間窓関数は、図５の下側に示すように、プリアンブル部５０の既知の時間長Ｌに対して平坦な振幅応答特性を持ち、時間長Ｌの外側に対して減衰を与える振幅応答特性を持つ関数である。図５においては、上述のステップＳ１０５において第１の先頭タイミングが理想的に検出された場合を示している。このような場合、第１の先頭タイミングと、ベースバンド受信信号に含まれるプリアンブル部５０との先頭とがほぼ一致している状態であることから、時間窓関数を適用した場合、プリアンブル部５０以外の信号成分が好適に減衰され、プリアンブル部５０を好適に切り出すことができる。本実施形態においては、このようにすることにより、ベースバンド受信信号の先頭よりも前、すなわち、プリアンブル部５０よりも前方にある雑音等の不要な信号波形の振幅成分を減衰させることができる。さらに、本実施形態によれば、ベースバンド受信信号のプリアンブル部５０よりも後方にあるシグナル部５２等の信号波形の振幅成分を減衰することができる。
【００５０】
なお、本実施形態においては、先頭タイミングの検出の精度をより向上させるためには、切り出した受信信号の中に、プリアンブル部５０が含まれ、且つ、プリアンブル部５０以外の信号成分がより減衰されていることが好ましい。従って、本実施形態においては、切り出す所定の時間窓の時間長Ｌは、プリアンブル信号の時間長と同等であることが好ましい。しかしながら、時間窓を適用する際の開始点となる第１の先頭タイミングがプリアンブル部５０の先頭と完全に一致しているとは限らないことから、プリアンブル部５０の全体が含まれるように、切り出す所定の時間窓の時間長Ｌは、プリアンブル信号の時間長に比べて少し長くなるように設定することが好ましい。
【００５１】
（ステップＳ１０９）
処理部２４０の第２の先頭タイミング検出部２０６は、時間窓関数部２０５により切り出された時間窓適用済の受信信号に対して、既知のプリアンブル信号を用いた時間領域の相互相関処理を行い、第２の相互相関波形を算出する。
【００５２】
（ステップＳ１１１）
次に、第２の先頭タイミング検出部２０６は、算出した第２の相互相関波形の最大値から第２の相関ピーク位置を検出することで、第２の先頭タイミングを検出する。
【００５３】
（ステップＳ１１３）
第３の先頭タイミング検出部２０７は、第２の先頭タイミング検出部２０６で検出した第２の先頭タイミングを中心として、所定の間隔で複数のサンプル点を第２の相関関数波形から抽出し、抽出した複数のサンプル点に対して補間処理（例えば、各サンプル点を通過する波形を取得する）を行う。
【００５４】
例えば、図６に示すように、第３の先頭タイミング検出部２０７は、例えば、第２の相互相関波形から、第２の先頭タイミングを中心としてその前後Ｍ個（図６では３個）のサンプル点を抽出し、これら２Ｍ＋１個（図６では７個）のサンプル点に対してラグランジュ補間等の補間処理を適用する。このような補間処理を行うことにより、図６に示すような相互相関波形を得ることができる。本実施形態においては、このように相関関数波形の分解能を向上させていることから、この後のステップＳ１１５で、精度よく第３の先頭タイミングを検出することができる。
【００５５】
（ステップＳ１１５）
さらに、第３の先頭タイミング検出部２０７は、上記ステップＳ１１３の補間処理により、サンプリング間隔の非整数倍の位置（すなわち、上記サンプル点の間）にある第３の相関ピーク位置を検出することにより、第３の先頭タイミングを検出する。
【００５６】
（ステップＳ１１７）
処理部２４０の復号部２１０は、ベースバンド受信信号のペイロード部５４を既知の復号処理することにより送信時刻（送信タイミング）の情報を取得する。
【００５７】
（ステップＳ１１９）
測距計算部２０８は、上述のステップＳ１１７で得られた送信時刻（送信タイミング）と、上述のステップＳ１１５で得られた第３の先頭タイミングから推定される受信時刻（受信タイミング）との差分時間から無線端末１００までの距離を推定する。
【００５８】
なお、本実施形態においては、位置が既知である複数（例えば、３つ以上）の基地局２００で推定された無線端末１００までの距離の情報を、サーバ（図示省略）に集約し、集約した情報に基づいて、無線端末１００の位置を推定してもよい。
【００５９】
＜まとめ＞
以上のように、本実施形態によれば、無線端末１００までの距離をより精度よく推定することができる。詳細には、本実施形態においては、ベースバンド受信信号に対して時間窓関数を乗積して、当該ベースバンド受信信号のプリアンブル部５０を切り出すことができる。本実施形態においては、このようにすることにより、ベースバンド受信信号の先頭よりも前、すなわち、プリアンブル部５０よりも前方にある雑音等の不要な信号波形の振幅成分を減衰させる。さらに、本実施形態においては、このようにすることにより、ベースバンド受信信号のプリアンブル部５０よりも後方にあるシグナル部５２の信号波形の振幅成分を減衰させる。従って、本実施形態によれば、雑音等の影響を抑制することができることから、先頭タイミングの検出の精度を向上させることができる。さらに、本実施形態においては、補間処理等を用いて、相関関数波形の分解能を向上させることにより、先頭タイミングの検出の精度をより向上させることができる。そして、本実施形態においては、先頭タイミングの検出の精度が向上することから、先頭タイミングに基づく受信時刻の推定の精度が向上し、ひいては無線端末１００までの距離をより精度よく推定することができる。
【００６０】
＜変形例＞
本実施形態においては、基地局２００が複数のアンテナ２０１を有する場合には、複数のアンテナ２０１で得られた受信信号のそれぞれに対して上述の動作を実施し、得られた複数の推定測距データを平均化してもよい。あるいは、複数のアンテナ２０１で得られた受信信号に対して、それぞれ振幅と位相を持つ重み係数を乗積して合成し、合成された受信信号に対して上述の動作を実施してもよい。
【００６１】
＜＜第２の実施形態＞＞
上述した本発明の第１の実施形態においては、プリアンブル部５０に対して相互相関処理を行っていた。しかしながら、本発明の実施形態は、このような第１の実施形態に限定されるものではなく、例えば、上述した第１の実施形態のフローを繰り返し実施し、２回目のフローにおいては、シグナル部５２やペイロード部５４を含めて、すなわち範囲を拡張して相互相関処理を行ってもよい。以下に、このような本発明の第２の実施形態を説明する。
【００６２】
なお、本実施形態においては、無線通信システム（測距システム）１０の構成、及び無線通信システム１０に含まれる各装置の構成については、上述した本発明の第１の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６３】
＜動作例＞
次に、図７を参照しながら、本実施形態に係る無線通信システム１０の動作例について説明する。図７は、本実施形態に係る基地局２００の動作例を示すフローチャートである。
【００６４】
図７に示すように、本実施形態に係る無線通信システム１０の動作例には、例えば、ステップＳ２０１からステップＳ２２１までの複数のステップが含まれている。以下に、図７に示される各ステップの詳細を説明する。
【００６５】
（ステップＳ２０１）
ステップＳ２０１は、図４に示される第１の実施形態のステップＳ１０１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６６】
（ステップＳ２０３）
第１の先頭タイミング検出部２０４は、通信部２３０から取得したベースバンド受信信号のパケットに対して、既知のプリアンブル信号を用いた時間領域の相互相関処理を行い、第１の相互相関波形を算出する。
【００６７】
なお、２回目に実施するステップＳ２０３では、第１の先頭タイミング検出部２０４は、ベースバンド受信信号に対して、後述するステップＳ２１７で再生されたシグナル部５２を既知のプリアンブル信号の後方に含む拡張された既知のプリアンブル信号を用いた時間領域の相互相関処理を行い、第３の相互相関波形（第３の相関関数）を算出する。本実施形態においては、このようにすることにより、先頭タイミングの検出の精度をより向上させることができる。
【００６８】
（ステップＳ２０５）
１回目に実施するステップＳ２０５は、図４に示される第１の実施形態のステップＳ１０５と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６９】
なお、２回目に実施するステップＳ２０５では、第１の先頭タイミング検出部２０４は、ステップＳ２０３で算出した第３の相互相関波形の最大値から第４の相関ピーク位置を検出することで、第４の先頭タイミングを検出する。
【００７０】
（ステップＳ２０７）
処理部２４０の時間窓関数部２０５は、１回目のステップＳ２０５で検出された第１の先頭タイミングに基づいて、ベースバンド受信信号に対して時間窓関数を乗積して、既知のプリアンブル信号の信号長の時間窓を持つ受信信号（時間窓適用済の受信信号）を切り出す。
【００７１】
なお、２回目に実施するステップＳ２０７では、第１の先頭タイミング検出部２０４は、ベースバンド受信信号に対して、時間窓関数を乗積して、後述するステップＳ２１７で再生されたシグナル部５２を既知のプリアンブル部の後方に含む拡張されたプリアンブル信号の信号長の時間窓を持つ受信信号（時間窓適用済の受信信号）を切り出してもよい。この際、拡張されたプリアンブル信号の信号長に比べて長い時間長を持つ時間窓を用いてもよい。このようにすることにより、２回目の第２の先頭タイミングの検出の精度をより向上させることができる。
【００７２】
（ステップＳ２０９〜ステップＳ２１５）
ステップＳ２０９からステップＳ２１５は、図４に示される第１の実施形態のステップＳ１０９からステップＳ１１５と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００７３】
（ステップＳ２１７）
復号部２１０は、ステップＳ２１５で検出した第３の先頭タイミングに基づき、プリアンブル部５０の後方のシグナル部５２の位置を特定し、単一シンボルで構成されるシグナル部５２に対する復号を行った後、復号されたビット系列に基づいてシグナル部５２の波形（再生受信信号）を再生する。そして、復号部２１０は、再生した、プリアンブル部５０及びシグナル部５２を含む波形を第１の先頭タイミング検出部２０４に出力し、ステップＳ２１９へ進む。本実施形態においては、ステップＳ２１９の後、ステップＳ２０３へ戻り、シグナル部５２を後続に含む拡張されたプリアンブル部（拡張既知信号）を用いてベースバンド受信信号と再度相互相関処理を行うことから、先頭タイミングの検出の精度をより向上させることができる。
【００７４】
なお、２回目に実施するステップＳ２１７では、復号部２１０は、ベースバンド受信信号のペイロード部５４を既知の復号処理することにより送信時刻（送信タイミング）の情報を取得する。
【００７５】
（ステップＳ２１９）
測距計算部２０８がステップＳ２１７で送信時刻の情報を取得していた場合には、ステップＳ２２１へ進み、一方、測距計算部２０８がステップＳ２１７で送信時刻の情報を取得していない場合には、ステップＳ２０３へ戻る。
【００７６】
＜まとめ＞
以上のように、本実施形態によれば、基地局２００から無線端末１００までの距離をより精度よく推定することができる。詳細には、本実施形態においては、第１の実施形態での動作を繰り返し実施することになるため、先頭タイミングの検出の精度をより向上させることができる。その結果、本実施形態においても、先頭タイミングの検出の精度がより向上することから、先頭タイミングに基づく受信時刻の推定の精度がより向上し、ひいては基地局２００から無線端末１００までの距離をより精度よく推定することができる。
【００７７】
なお、本実施形態においては、ペイロード部５４の信号波形が既知であれば、ステップＳ２１７にて、プリアンブル部５０、シグナル部５２及びペイロード部５４を含む拡張されたプリアンブル部を使用して、ステップＳ２０３でより幅広い範囲で相互相関処理を行うことにより、先頭タイミングの検出の精度をより向上させることができる。
【００７８】
＜＜ハードウェア構成＞＞
次に、図８を参照しながら、本発明の実施形態に係る基地局２００のハードウェア構成について説明する。図８は、本発明の実施形態に係る基地局２００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る基地局２００による情報処理は、ソフトウェアと、以下に説明するハードウェアとの協働により実現される。
【００７９】
基地局２００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）９０１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）９０３と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）９０５を備える。また、基地局２００は、ストレージ装置９０７と、ネットワークインタフェース９０９とを有する。
【００８０】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置及び制御装置として機能し、各種プログラムに従って基地局２００内の動作全般を制御する。また、ＣＰＵ９０１は、ＦＰＧＡやマイクロプロセッサであってもよい。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する。そして、これらはＣＰＵバスなどから構成されるホストバスにより相互に接続されている。ＣＰＵ９０１、ＲＯＭ９０３及びＲＡＭ９０５は、例えば、図３を参照して説明した測距計算部２０８等の機能を実現し得る。
【００８１】
ストレージ装置９０７は、データ格納用の装置である。ストレージ装置９０７は、記憶媒体、記憶媒体にデータを記録する記録装置、記憶媒体からデータを読み出す読出し装置及び記憶媒体に記録されたデータを削除する削除装置等を含んでもよい。ストレージ装置９０７は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）又はＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔｒａｇｅ  Ｄｒｉｖｅ）、あるいは同等の機能を有するメモリ等で構成される。このストレージ装置９０７は、ストレージを駆動し、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データを格納する。
【００８２】
ネットワークインタフェース９０９は、例えば、ネットワークに接続するための通信デバイス等で構成された通信インタフェースである。かかる通信インタフェースは、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又はＺｉｇＢｅｅ（登録商標）等の近距離無線通信インタフェースや、無線ＬＡＮ、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、または携帯通信網（ＬＴＥ、３Ｇ）等の通信インタフェースであることができる。また、ネットワークインタフェース９０９は、有線による通信を行う有線通信装置であってもよい。
【００８３】
以上、図８を参照しながら、基地局２００のハードウェア構成例について説明した。
【００８４】
＜＜補足＞＞
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００８５】
上述の説明においては、各基地局２００から無線端末１００までの距離を推定するものとして説明したが、本発明の各実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の各実施形態においては、無線端末１００に上述した基地局２００の処理部２４０と同様の機能を持たせることにより、無線端末１００において各基地局２００までの距離を推定してもよい。
【００８６】
また、上述した本発明の実施形態に係る動作（処理）は、必ずしも記載された順序に沿って動作又は処理されなくてもよい。例えば、上記動作の各ステップは、適宜順序が変更されて処理されてもよい。また、各ステップは、時系列的に処理される代わりに、一部並列的に又は個別的に処理されてもよい。さらに、各ステップの動作方法又は処理方法についても、必ずしも記載された方法に沿って動作又は処理されなくてもよく、例えば、他の機能部によって他の方法で動作又は処理されていてもよい。
【００８７】
さらに、上記の実施形態に係る動作（処理）の少なくとも一部は、コンピュータを機能させる情報処理プログラムとして、ソフトウェアで構成することが可能であり、ソフトウェアで構成する場合には、これらの方法の少なくとも一部を実現するプログラムをフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の記録媒体に収納し、基地局２００等、もしくは、基地局２００と接続された他の装置に読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。さらに、これらの動作の少なくとも一部を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線（無線通信も含む）を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１０    無線通信システム
５０    プリアンブル部
５２    シグナル部
５４    ペイロード部
１００    無線端末
２００    基地局
２０１    アンテナ
２０２    復調器
２０３    ＡＤＣ
２０４    第１の先頭タイミング検出部
２０５    時間窓関数部
２０６    第２の先頭タイミング検出部
２０７    第３の先頭タイミング検出部
２０８    測距計算部
２１０    復号部
２３０    通信部
２４０    処理部
９０１    ＣＰＵ
９０３    ＲＯＭ
９０５    ＲＡＭ
９０７    ストレージ装置
９０９    ネットワークインタフェース
【図１】
2020134146.tif 000003
【図２】
2020134146.tif 000004
【図３】
2020134146.tif 000005
【図４】
2020134146.tif 000006
【図５】
2020134146.tif 000007
【図６】
2020134146.tif 000008
【図７】
2020134146.tif 000009
【図８】
2020134146.tif 000010