(57)【要約】【課題】受信先端末からの返信パケットの到着時刻をディジタル処理におけるサンプリング・クロックよりも高い精度で判別する。【解決手段】送信側と同じ特性のディジタル・フィルターのタップ係数を、クロック幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせ、各フィルターに通して複数種類の既知パターンをあらかじめ作成し保存しておく。そして、受信信号との複数種類の既知パターンの各々と相互相関を演算し、最大の相関値となる既知パターンに対応するタイミングをパケットの到来時刻と推定する。サンプリング・クロック幅よりも高い精度でのパケット位置の到着を推定可能になる。【選択図】  図１
2010074564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信相手から受信したパケットの検出を行なうパケット検出装置であって、所定のクロックで動作するディジタル処理部内において、前記受信したパケットの先頭に付加された既知パターンの相互相関をとってパケットの検出を行なうために、
通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに前記既知パターンをそれぞれ通して得られる複数種類の相互相関用既知パターンを選択的に提供する相互相関用既知パターン提供部と、
受信信号と、前記相互相関用既知パターン提供部から提供される複数種類の相互相関用既知パターンの各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用既知パターンに対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来を推定するパケット到来推定部と、
を具備することを特徴とするパケット検出装置。
【請求項２】
通信相手から受信したパケットの検出を行なうパケット検出装置であって、所定のクロックで動作するディジタル処理部内において、前記受信したパケットの先頭に付加された既知パターンの相互相関をとってパケットの検出を行なうために、
通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに受信信号をそれぞれ通して得られる複数種類の相互相関用受信信号を選択的に提供する相互相関用受信信号提供部と、
あらかじめ保持している既知パターンと、前記相互相関用受信信号提供部から提供される複数種類の相互相関用受信信号の各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用受信信号に対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来を推定するパケット到来推定部と、
を具備することを特徴とするパケット検出装置。
【請求項３】
複数回の受信パケットを用いた前記パケット到来推定部の推定結果を平均化する平均化部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のパケット検出装置。
【請求項４】
通信相手から受信したパケットの検出を行なうパケット検出方法であって、所定のクロックで動作するディジタル処理部内において、前記受信したパケットの先頭に付加された既知パターンの相互相関をとってパケットの検出を行なうために、
通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに前記既知パターンをそれぞれ通して得られる複数種類の相互相関用既知パターンを選択的に提供する相互相関用既知パターン提供ステップと、
受信信号と、前記相互相関用既知パターン提供ステップから提供される複数種類の相互相関用既知パターンの各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用既知パターンに対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来を推定するパケット到来推定ステップと、
を有することを特徴とするパケット検出方法。
【請求項５】
通信相手から受信したパケットの検出を行なうパケット検出方法であって、所定のクロックで動作するディジタル処理部内において、前記受信したパケットの先頭に付加された既知パターンの相互相関をとってパケットの検出を行なうために、
通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに受信信号をそれぞれ通して得られる複数種類の相互相関用受信信号を選択的に提供する相互相関用受信信号提供ステップと、
あらかじめ保持している既知パターンと、前記相互相関用受信信号提供ステップから提供される複数種類の相互相関用受信信号の各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用受信信号に対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来を推定するパケット到来推定ステップと、
を有することを特徴とするパケット検出方法。
【請求項６】
パケットの応答手続を利用した距離測定を所定のクロックで動作するディジタル処理部内で行なう距離測定装置であって、
通信相手にパケットを送信した時刻を保持するパケット送信時刻保持部と、
前記通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターにそれぞれあらかじめ保持している既知パターンを通して得られる複数種類の相互相関用既知パターンを選択的に提供する相互相関用既知パターン提供部と、
受信信号と、前記相互相関用既知パターン提供部から提供される複数種類の相互相関用既知パターンの各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用既知パターンに対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来時刻を推定するパケット到来時刻推定部と、
前記パケット送信時刻と前記パケット到来時刻の時間差に基づいて前記通信相手との距離を算出する距離計算部と、
を具備することを特徴とする距離測定装置。
【請求項７】
パケットの応答手続を利用した距離測定を所定のクロックで動作するディジタル処理部内で行なう距離測定装置であって、
通信相手にパケットを送信した時刻を保持するパケット送信時刻保持部と、
前記通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに受信信号をそれぞれ通して得られる複数種類の相互相関用受信信号を選択的に提供する相互相関用受信信号提供部と、
あらかじめ保持している既知パターンと、前記相互相関用受信信号提供部から提供される複数種類の相互相関用受信信号の各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用受信信号に対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来時刻を推定するパケット到来時刻推定部と、
前記パケット送信時刻と前記パケット到来時刻の時間差に基づいて前記通信相手との距離を算出する距離計算部と、
を具備することを特徴とする距離測定装置。
【請求項８】
パケットの応答手続を利用した距離測定を所定のクロックで動作するディジタル処理部内で行なう距離測定方法であって、
通信相手にパケットを送信した時刻を保持するパケット送信時刻保持ステップと、
前記通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターにそれぞれあらかじめ保持している既知パターンを通して得られる複数種類の相互相関用既知パターンを選択的に提供する相互相関用既知パターン提供ステップと、
受信信号と、前記相互相関用既知パターン提供ステップから提供される複数種類の相互相関用既知パターンの各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用既知パターンに対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来時刻を推定するパケット到来時刻推定ステップと、
前記パケット送信時刻と前記パケット到来時刻の時間差に基づいて前記通信相手との距離を算出する距離計算ステップと、
を有することを特徴とする距離測定方法。
【請求項９】
パケットの応答手続を利用した距離測定を所定のクロックで動作するディジタル処理部内で行なう距離測定方法であって、
通信相手にパケットを送信した時刻を保持するパケット送信時刻保持ステップと、
前記通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに受信信号をそれぞれ通して得られる複数種類の相互相関用受信信号を選択的に提供する相互相関用受信信号提供ステップと、
あらかじめ保持している既知パターンと、前記相互相関用受信信号提供ステップから提供される複数種類の相互相関用受信信号の各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用受信信号に対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来時刻を推定するパケット到来時刻推定ステップと、
前記パケット送信時刻と前記パケット到来時刻の時間差に基づいて前記通信相手との距離を算出する距離計算ステップと、
を有することを特徴とする距離測定方法。
【請求項１０】
通信相手とパケットの送受信を行なう送受信部と、
前記通信相手に送信するパケット並びに通信相手から受信したパケットのデータ処理を行なうデータ処理部と、
所定のクロックで動作するディジタル処理部内に配置され、前記通信相手までの距離を判別する距離判別部と、
を具備し、
前記距離判別部は、
前記通信相手にパケットを送信した時刻を保持するパケット送信時刻保持部と、
前記通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターにそれぞれあらかじめ保持している既知パターンを通して得られる複数種類の相互相関用既知パターンを選択的に提供する相互相関用既知パターン提供部と、
受信信号と、前記相互相関用既知パターン提供部から提供される複数種類の相互相関用既知パターンの各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用既知パターンに対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来時刻を推定するパケット到来時刻推定部と、
前記パケット送信時刻と前記パケット到来時刻の時間差に基づいて前記通信相手との距離を算出する距離計算部と、
を備える、
ことを特徴とする通信装置。
【請求項１１】
通信相手とパケットの送受信を行なう送受信部と、
前記通信相手に送信するパケット並びに通信相手から受信したパケットのデータ処理を行なうデータ処理部と、
所定のクロックで動作するディジタル処理部内に配置され、前記通信相手までの距離を判別する距離判別部と、
を具備し、
前記距離判別部は、
前記通信相手にパケットを送信した時刻を保持するパケット送信時刻保持部と、
前記通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに受信信号をそれぞれ通して得られる複数種類の相互相関用受信信号を選択的に提供する相互相関用受信信号提供部と、
あらかじめ保持している既知パターンと、前記相互相関用受信信号提供部から提供される複数種類の相互相関用受信信号の各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用受信信号に対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来時刻を推定するパケット到来時刻推定部と、
前記パケット送信時刻と前記パケット到来時刻の時間差に基づいて前記通信相手との距離を算出する距離計算部と、
を備える、
ことを特徴とする通信装置。
【請求項１２】
所定のクロックで動作するディジタル処理部内において、通信相手から受信したパケットの先頭に付加された既知パターンの相互相関をとってパケットの検出を行なうための処理をコンピューター上で実行するようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムであって、前記コンピューターを、
前記通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに前記既知パターンをそれぞれ通して得られる複数種類の相互相関用既知パターンを選択的に提供する相互相関用既知パターン提供部、
受信信号と、前記相互相関用既知パターン提供部から提供される複数種類の相互相関用既知パターンの各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用既知パターンに対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来を推定するパケット到来推定部、
として機能させるためのコンピューター・プログラム。
【請求項１３】
所定のクロックで動作するディジタル処理部内において、通信相手から受信したパケットの先頭に付加された既知パターンの相互相関をとってパケットの検出を行なうための処理をコンピューター上で実行するようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムであって、前記コンピューターを、
前記通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに受信信号をそれぞれ通して得られる複数種類の相互相関用受信信号を選択的に提供する相互相関用受信信号提供部、
あらかじめ保持している既知パターンと、前記相互相関用受信信号提供部から提供される複数種類の相互相関用受信信号の各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用受信信号に対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来を推定するパケット到来推定部、
として機能させるためのコンピューター・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線を用いたパケット検出装置及びパケット検出方法、距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムに係り、特に、送信元（測定側）端末と受信先（測定対象側）端末の間でのパケット送信及びその応答手続を利用した通信方式のパケット検出装置及びパケット検出方法、距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、送信元端末が受信先端末からの返信パケットをプリアンブル部分の相関処理により発見して到着時刻を判別するパケット検出装置及びパケット検出方法、距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムに係り、特に、送信元端末において受信先端末からの返信パケットの到着時刻をディジタル処理におけるサンプリング・クロックよりも高い精度（分解能）で判別するパケット検出装置及びパケット検出方法、距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムに関する。
【背景技術】
【０００３】
旧来の有線通信方式における配線から解放するシステムとして、無線ネットワークが注目されている。例えば、ＩＥＥＥ（Ｔｈｅ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１ａ／ｂ、ｇといった無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）規格が代表的である。無線ＬＡＮによれば柔軟なインターネット接続が可能であり、既存の有線ＬＡＮを置き換えるだけでなく、ホテルや空港ラウンジ、駅、カフェといった公共の場所でもインターネット接続手段を提供することができる。
【０００４】
無線通信の多くは、受信装置では直接波と複数の反射波・遅延波の重ね合わせが到来するというマルチパス環境下でデータ伝送が行なわれるので、マルチパスにより遅延ひずみが生じ、通信に誤りが引き起こされるおそれがある。このため、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇなどの無線ＬＡＮの標準規格では、マルチキャリア方式の１つであるＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）変調方式が採用されている。ＯＦＤＭ伝送システムでは、送信データを周波数が直交する複数のキャリアに分配して伝送するので、各キャリアの帯域が狭帯域となり、周波数利用効率が非常に高く、周波数選択性フェージング妨害に強いという特徴がある。
【０００５】
無線ＬＡＮは既に広範に普及しているが、最近では、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの情報機器だけでなく、ディジタルカメラや音楽プレーヤ、携帯電話などの小型軽量のＣＥ（Ｃｏｎｓｕｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）機器にも無線ＬＡＮ機能を搭載することが一般的となりつつある。無線通信の多くは無指向アンテナにより柔軟な接続を可能にする。これに対し、携帯機器に無線ＬＡＮが搭載された場合にはアンテナが小型であることが求められ、また、指向性アンテナを用いて、比較的近い距離において機器をかざした特定の通信相手と接続するといったアプリケーションが想定される。このようなアプリケーションでは、電波を送受信する通信相手までの距離を検出若しくは推定する技術が必要になってくる。
【０００６】
例えば、測定対象物に向かって電波を放射するとともにその反射波を受信し、電波を送信してから反射波を受信するまでの経過時間に電波の伝搬速度（毎秒３．０×１０8メートル）を乗算することで、距離を測定することができる。しかしながら、このような方法には、指向性の強い電波を測定したいターゲットに方に向けて送信する必要があることや、送信してからその反射波を受信するまでの時間が短いことからアンテナを送信用と受信用の２つ持つ必要があることなどの欠点がある。
【０００７】
そこで、通常は、通信方式の距離測定が行なわれる。例えば、送信元端末Ａが受信先端末Ｂまでの距離を測定する場合に、まず、送信元端末Ａから無指向性のアンテナで距離測定用のパケットを受信先端末Ｂ宛てに送信する。パケットを受信した受信先端末Ｂは、通常のパケット受信処理を行ない、パケットの中のデータをデコードして当該パケットが自分宛てのパケットと理解すると、パケットを受信してから一定の時間以内にパケットＡ宛てにパケットを送信する。送信元端末Ａは、受信先端末Ｂから送り返されたパケットを受信することにより、送信元端末Ａから受信先端末Ｂにパケットが到達する時間と受信先端末Ｂ内でのパケットを受信してからパケットを送り返すまでの一定の処理遅延時間と受信先端末Ｂから送信元端末Ａにパケットが到達する時間の合計を取得することができる。ここで、受信先端末Ｂ内での一定の処理時間があらかじめ分かっていれば、空間上でパケットが往来することによる所要時間が測定できる。そして、この所要時間を使うことにより、送信元端末Ａと受信先端末Ｂの間の距離を計算することができる。この方法によれば、ある特定の端末との間の距離を測定することができる。
【０００８】
例えば、送信元と受信先の間でのパケット送信及びその応答手続を利用して測距・測位するシステムについて提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。無線機１が通信相手である無線機２にパケットを送信したとき、無線機２側はパケット検出時から単位時間の整数倍の時間経過後に必ずパケットを送信する。無線機１は自身がパケットを送信してから無線機２のパケットを検出するまでの時間をカウンターで計測し、無線機２のパケット検出から送信までの時間と無線機１自身の処理時間を計測時間から差し引いた時間を、通信相手である無線機２との伝搬距離に換算して測距を実現することができる。
【０００９】
上述したような送信元と受信先の間でのパケット送信及びその応答手続を利用した距離測定方法において、送信元すなわち測定側の端末が、パケットを送信してから、受信先すなわち測定対象側の端末からの返信パケットを受信（すなわちパケット検出）するまでの時間は、通常、送信元端末内のクロックを基準に測定される。具体的には、パケットを送信した時点でカウンターを起動し、受信先端末からの返信パケットを受信した時点でのカウンター値を観測することによってパケット往復の所要時間を知ることができる。ここで、内部のカウンターをインクリメントするための基準クロックが８０ＭＨｚの周期である場合には、１クロックが１２．５ナノ秒であるから、１２．５ナノ秒の精度（分解能）で到着時間を測定することになる。
【００１０】
また、通信端末におけるパケット検出は、通常、プリアンブル内に繰り返し含まれる既知トレーニング・シーケンスの相関をとり、相関値が所定の閾値を超えたことによって判別される（例えば、特許文献２を参照のこと）。このパケット検出処理はディジタル領域において行なわれる。
【００１１】
例えば、８０ＭＨｚのクロックでサンプリングされた受信データに対して相関処理を行なう場合には、相関出力も８０ＭＨｚの精度（分解能）で返信パケットの到着時刻を判別することが可能である。言い換えれば、パケット到着時刻の測定結果は８０ＭＨｚというクロック幅に丸め込まれる。さらに複数回のパケットを受信することにより、８０ＭＨｚのサンプリングよりも細かい精度で求めることもある程度は可能であるが、その平均化の効果も限られるという問題がある。電波の伝搬速度が毎秒３．０×１０8メートルであることを考慮すると、パケット到着時刻の精度がサンプリング・クロック幅に丸め込まれる影響は無視し難い。
【００１２】
【特許文献１】特許第３６４９４０４号公報
【特許文献２】特開２００４−２２１９４０号公報、段落０２０２、図２９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、送信元（測定側）端末と受信先（測定対象側）端末の間でのパケット送信及びその応答手続を利用して好適に端末間の距離を測定することができる、優れたパケット検出装置及びパケット検出方法、距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムを提供することにある。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、上記通信方式の距離測定を行なう際に、送信元端末が受信先端末からの返信パケットをプリアンブル部分の相関処理により発見して到着時刻を好適に判別することができる、優れたパケット検出装置及びパケット検出方法、距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムを提供することにある。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、上記通信方式の距離測定を行なう際に、送信元端末において受信先端末からの返信パケットの到着時刻をディジタル処理におけるサンプリング・クロックよりも高い精度で判別することができる、優れたパケット検出装置及びパケット検出方法、距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項１に記載の発明は、通信相手から受信したパケットの検出を行なうパケット検出装置であって、所定のクロックで動作するディジタル処理部内において、前記受信したパケットの先頭に付加された既知パターンの相互相関をとってパケットの検出を行なうために、
前記通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに前記既知パターンをそれぞれ通して得られる複数種類の相互相関用既知パターンを相互相関用のタップ係数として選択的に提供する相互相関用既知パターン提供部と、
受信信号と、前記相互相関用既知パターン提供部から提供される複数種類の相互相関用既知パターンの各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用既知パターンに対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来を推定するパケット到来推定部と、
を具備することを特徴とするパケット検出装置である。
【００１７】
また、本願の請求項２に記載の発明は、通信相手から受信したパケットの検出を行なうパケット検出装置であって、所定のクロックで動作するディジタル処理部内において、前記受信したパケットの先頭に付加された既知パターンの相互相関をとってパケットの検出を行なうために、
前記通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに受信信号をそれぞれ通して得られる複数種類の相互相関用受信信号を選択的に提供する相互相関用受信信号提供部と、
あらかじめ保持している既知パターンと、前記相互相関用受信信号提供部から提供される複数種類の相互相関用受信信号の各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用受信信号に対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来を推定するパケット到来推定部と、
を具備することを特徴とするパケット検出装置である。
【００１８】
また、本願の請求項３に記載の発明は、複数回の受信パケットを用いた前記パケット到来推定部の推定結果を平均化する平均化部をさらに備え、平均化効果によってパケット到来の推定精度を向上させるものである。
【００１９】
また、本願の請求項４に記載の発明は、通信相手から受信したパケットの検出を行なうパケット検出方法であって、所定のクロックで動作するディジタル処理部内において、前記受信したパケットの先頭に付加された既知パターンの相互相関をとってパケットの検出を行なうために、
通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに前記既知パターンをそれぞれ通して得られる複数種類の相互相関用既知パターンを選択的に提供する相互相関用既知パターン提供ステップと、
受信信号と、前記相互相関用既知パターン提供ステップから提供される複数種類の相互相関用既知パターンの各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用既知パターンに対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来を推定するパケット到来推定ステップと、
を有することを特徴とするパケット検出方法である。
【００２０】
また、本願の請求項５に記載の発明は、通信相手から受信したパケットの検出を行なうパケット検出方法であって、所定のクロックで動作するディジタル処理部内において、前記受信したパケットの先頭に付加された既知パターンの相互相関をとってパケットの検出を行なうために、
通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに受信信号をそれぞれ通して得られる複数種類の相互相関用受信信号を選択的に提供する相互相関用受信信号提供ステップと、
あらかじめ保持している既知パターンと、前記相互相関用受信信号提供ステップから提供される複数種類の相互相関用受信信号の各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用受信信号に対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来を推定するパケット到来推定ステップと、
を有することを特徴とするパケット検出方法である。
【００２１】
また、本願の請求項６に記載の発明は、パケットの応答手続を利用した距離測定を所定のクロックで動作するディジタル処理部内で行なう距離測定装置であって、
通信相手にパケットを送信した時刻を保持するパケット送信時刻保持部と、
前記通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターにそれぞれあらかじめ保持している既知パターンを通して得られる複数種類の相互相関用既知パターンを選択的に提供する相互相関用既知パターン提供部と、
受信信号と、前記相互相関用既知パターン提供部から提供される複数種類の相互相関用既知パターンの各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用既知パターンに対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来時刻を推定するパケット到来時刻推定部と、
前記パケット送信時刻と前記パケット到来時刻の時間差に基づいて前記通信相手との距離を算出する距離計算部と、
を具備することを特徴とする距離測定装置。
である。
【００２２】
また、本願の請求項７に記載の発明は、パケットの応答手続を利用した距離測定を所定のクロックで動作するディジタル処理部内で行なう距離測定装置であって、
通信相手にパケットを送信した時刻を保持するパケット送信時刻保持部と、
前記通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに受信信号をそれぞれ通して得られる複数種類の相互相関用受信信号を選択的に提供する相互相関用受信信号提供部と、
あらかじめ保持している既知パターンと、前記相互相関用受信信号提供部から提供される複数種類の相互相関用受信信号の各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用受信信号に対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来時刻を推定するパケット到来時刻推定部と、
前記パケット送信時刻と前記パケット到来時刻の時間差に基づいて前記通信相手との距離を算出する距離計算部と、
を具備することを特徴とする距離測定装置である。
【００２３】
また、本願の請求項８に記載の発明は、パケットの応答手続を利用した距離測定を所定のクロックで動作するディジタル処理部内で行なう距離測定方法であって、
通信相手にパケットを送信した時刻を保持するパケット送信時刻保持ステップと、
前記通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターにそれぞれあらかじめ保持している既知パターンを通して得られる複数種類の相互相関用既知パターンを選択的に提供する相互相関用既知パターン提供ステップと、
受信信号と、前記相互相関用既知パターン提供ステップから提供される複数種類の相互相関用既知パターンの各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用既知パターンに対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来時刻を推定するパケット到来時刻推定ステップと、
前記パケット送信時刻と前記パケット到来時刻の時間差に基づいて前記通信相手との距離を算出する距離計算ステップと、
を有することを特徴とする距離測定方法である。
【００２４】
また、本願の請求項９に記載の発明は、パケットの応答手続を利用した距離測定を所定のクロックで動作するディジタル処理部内で行なう距離測定方法であって、
通信相手にパケットを送信した時刻を保持するパケット送信時刻保持ステップと、
前記通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに受信信号をそれぞれ通して得られる複数種類の相互相関用受信信号を選択的に提供する相互相関用受信信号提供ステップと、
あらかじめ保持している既知パターンと、前記相互相関用受信信号提供ステップから提供される複数種類の相互相関用受信信号の各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用受信信号に対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来時刻を推定するパケット到来時刻推定ステップと、
前記パケット送信時刻と前記パケット到来時刻の時間差に基づいて前記通信相手との距離を算出する距離計算ステップと、
を有することを特徴とする距離測定方法である。
【００２５】
また、本願の請求項１０に記載の発明は、
通信相手とパケットの送受信を行なう送受信部と、
前記通信相手に送信するパケット並びに通信相手から受信したパケットのデータ処理を行なうデータ処理部と、
所定のクロックで動作するディジタル処理部内に配置され、前記通信相手までの距離を判別する距離判別部と、
を具備し、
前記距離判別部は、
前記通信相手にパケットを送信した時刻を保持するパケット送信時刻保持部と、  前記通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターにそれぞれあらかじめ保持している既知パターンを通して得られる複数種類の相互相関用既知パターンを選択的に提供する相互相関用既知パターン提供部と、
受信信号と、前記相互相関用既知パターン提供部から提供される複数種類の相互相関用既知パターンの各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用既知パターンに対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来時刻を推定するパケット到来時刻推定部と、
前記パケット送信時刻と前記パケット到来時刻の時間差に基づいて前記通信相手との距離を算出する距離計算部と、
を備える、
ことを特徴とする通信装置である。
【００２６】
また、本願の請求項１１に記載の発明は、
通信相手とパケットの送受信を行なう送受信部と、
前記通信相手に送信するパケット並びに通信相手から受信したパケットのデータ処理を行なうデータ処理部と、
所定のクロックで動作するディジタル処理部内に配置され、前記通信相手までの距離を判別する距離判別部と、
を具備し、
前記距離判別部は、
前記通信相手にパケットを送信した時刻を保持するパケット送信時刻保持部と、  前記通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに受信信号をそれぞれ通して得られる複数種類の相互相関用受信信号を選択的に提供する相互相関用受信信号提供部と、
あらかじめ保持している既知パターンと、前記相互相関用受信信号提供部から提供される複数種類の相互相関用受信信号の各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用受信信号に対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来時刻を推定するパケット到来時刻推定部と、
前記パケット送信時刻と前記パケット到来時刻の時間差に基づいて前記通信相手との距離を算出する距離計算部と、
を備える、
ことを特徴とする通信装置である。
【００２７】
また、本願の請求項１２に記載の発明は、所定のクロックで動作するディジタル処理部内において、通信相手から受信したパケットの先頭に付加された既知パターンの相互相関をとってパケットの検出を行なうための処理をコンピューター上で実行するようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムであって、前記コンピューターを、
前記通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに前記既知パターンをそれぞれ通して得られる複数種類の相互相関用既知パターンを選択的に提供する相互相関用既知パターン提供部、
受信信号と、前記相互相関用既知パターン提供部から提供される複数種類の相互相関用既知パターンの各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用既知パターンに対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来を推定するパケット到来推定部、
として機能させるためのコンピューター・プログラムである。
【００２８】
また、本願の請求項１３に記載の発明は、所定のクロックで動作するディジタル処理部内において、通信相手から受信したパケットの先頭に付加された既知パターンの相互相関をとってパケットの検出を行なうための処理をコンピューター上で実行するようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムであって、前記コンピューターを、
前記通信相手で使用するディジタル・フィルターと同じタップ係数を前記クロックの幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに受信信号をそれぞれ通して得られる複数種類の相互相関用受信信号を選択的に提供する相互相関用受信信号提供部、
あらかじめ保持している既知パターンと、前記相互相関用受信信号提供部から提供される複数種類の相互相関用受信信号の各々との相互相関を演算し、最大の相関値となる相互相関用受信信号に対応する前記クロックの周期内のタイミングでパケットの到来を推定するパケット到来推定部、
として機能させるためのコンピューター・プログラムである。
【００２９】
本願の請求項１２及び１３の各々に係るコンピューター・プログラムは、コンピューター上で所定の処理を実現するようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムを定義したものである。換言すれば、本願の請求項１２及び１３の各々に係るコンピューター・プログラムをコンピューターにインストールすることによって、コンピューター上では協働的作用が発揮され、本願の請求項１及び２の各々に係るパケット検出装置と同様の作用効果をそれぞれ得ることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、送信元（測定側）端末と受信先（測定対象側）端末の間でのパケット送信及びその応答手続を利用して好適に端末間の距離を測定することができる、優れたパケット検出装置及びパケット検出方法、距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムを提供することができる。
【００３１】
また、本発明によれば、上記通信方式の距離測定を行なう際に、送信元端末が受信先端末からの返信パケットをプリアンブル部分の相関処理により発見して到着時刻を好適に判別することができる、優れたパケット検出装置及びパケット検出方法、距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムを提供することができる。
【００３２】
また、本発明によれば、上記通信方式の距離測定を行なう際に、送信元端末において受信先端末からの返信パケットの到着時刻をディジタル処理におけるサンプリング・クロックよりも高い精度で判別することができる、優れたパケット検出装置及びパケット検出方法、距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムを提供することができる。
【００３３】
パケットの送信時には、帯域を制限するためにディジタル・フィルターが使用され、受信側でも同じ特性のディジタル・フィルターが使用されるのが通常の無線通信機である。本願の請求項１、４、１２に記載の発明によれば、送信側と同じ特性のディジタル・フィルターのタップ係数を、クロック幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせ、各フィルターに通して複数種類の既知パターンを用意しておき、受信信号との複数種類の既知パターンの各々と相互相関を演算し、最大の相関値となる既知パターンに対応するタイミングをパケットの到来時刻と推定するので、ディジタル処理部におけるサンプリング・クロック幅よりも高い精度でのパケット位置の到着を推定可能になる。
【００３４】
また、本願の請求項２、５、１３に記載の発明によれば、送信側と同じ特性のディジタル・フィルターのタップ係数をクロック幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに受信信号をそれぞれ通し、各々の信号と既知パターンとの相互相関を順次演算し、最大の相関値となる既知パターンに対応するタイミングをパケットの到来時刻と推定するので、ディジタル処理部におけるサンプリング・クロック幅よりも高い精度でのパケット位置の到着を推定可能になる。
【００３５】
また、本願の請求項３に記載の発明によれば、複数のパケットを用いたパケット到来の推定結果を平均化する効果によって、クロック幅より細かいタイミングでシフトさせた各ディジタルに対応する相関出力の比較の精度を高めることができる。
【００３６】
また、本願の請求項６、８、１０に記載の発明は、通信相手との間でのパケット送信及びその応答手続を利用した通信方式の距離測定を行なうが、送信側と同じ特性のディジタル・フィルターのタップ係数を、クロック幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせ、各フィルターに通して複数種類の既知パターンを用意しておき、受信信号との複数種類の既知パターンの各々と相互相関を演算し、最大の相関値となる既知パターンに対応するタイミングをパケットの到来時刻と推定するので、ディジタル処理部におけるサンプリング・クロック幅よりも高い精度でパケット到来時刻を推定することが可能となることから、距離測定の精度が向上する。
【００３７】
また、本願の請求項７、９、１１に記載の発明は、通信相手との間でのパケット送信及びその応答手続を利用した通信方式の距離測定を行なうが、送信側と同じ特性のディジタル・フィルターのタップ係数をクロック幅よりも細かい複数のタイミングでシフトさせた複数種類のディジタル・フィルターに受信信号をそれぞれ通し、各々の信号と既知パターンとの相互相関を順次演算し、最大の相関値となる既知パターンに対応するタイミングをパケットの到来時刻と推定するので、ディジタル処理部におけるサンプリング・クロック幅よりも高い精度でパケット到来時刻を推定することが可能となることから、距離測定の精度が向上する。
【００３８】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００４０】
図９には、無線通信機能を搭載したコンピューターの構成例を示している。
【００４１】
ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１は、オペレーティング・システム（ＯＳ）が提供するプログラム実行環境下で、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）２やハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）１１に格納されているプログラムを実行する。例えば、後述する受信パケットの同期処理又はその一部の処理をＣＰＵ１が所定のプログラムを実行するという形態で実現することもできる。
【００４２】
ＲＯＭ２は、ＰＯＳＴ（Ｐｏｗｅｒ  Ｏｎ  Ｓｅｌｆ  Ｔｅｓｔ）やＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ  Ｉｎｐｕｔ  Ｏｕｔｐｕｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）などのプログラム・コードを恒久的に格納する。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）３は、ＲＯＭ２やＨＤＤ１１に格納されているプログラムをＣＰＵ１が実行する際にロードしたり、実行中のプログラムの作業データを一時的に保持したりするために使用される。これらはＣＰＵ１のローカル・ピンに直結されたローカル・バス４により相互に接続されている。
【００４３】
ローカル・バス４は、ブリッジ５を介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）バスなどの入出力バス６に接続されている。
【００４４】
キーボード８と、マウスなどのポインティング・デバイス９は、ユーザにより操作される入力デバイスである。ディスプレイ１０は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）又はＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）などから成り、各種情報をテキストやイメージで表示する。
【００４５】
ＨＤＤ１１は、記録メディアとしてのハード・ディスクを内蔵したドライブ・ユニットであり、ハード・ディスクを駆動する。ハード・ディスクには、オペレーティング・システムや各種アプリケーションなどＣＰＵ１が実行するプログラムをインストールしたり、データ・ファイルなどを保存したりするために使用される。
【００４６】
通信部１２は、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｎに従う無線通信インターフェースであり、インフラストラクチャ・モード下でアクセスポイント若しくは端末局として動作し、あるいはアドホック・モード下で動作し、通信範囲内に存在するその他の通信端末との通信を実行する。また、本実施形態では、通信部１２は、通信相手との間でのパケット送信及びその応答手続を利用した通信方式の距離測定を行なうようになっている（後述）。
【００４７】
図１には、図９に示したコンピューターに装備される通信部１２内の構成例を模式的に示している。図示の通信機のディジタル処理は例えば８０ＭＨｚのクロックを基準に動作するものとする。また、図示の通信機は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ及びＩＥＥＥ８０２．１１ｂなど、異なるチャネルを使用する複数の通信システムに用いることを想定している。ＩＥＥＥ８０２．１１ａは５ＧＨｚ帯の周波数チャネルを使用し、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂは２．４ＧＨｚ帯の周波数チャネルを使用することから（周知）、送受信ブランチは、５ＧＨｚ帯用のＲＦ送受信部及び２．４ＧＨｚ帯用のＲＦ送受信部の組み合わせを備えている。但し、本発明の要旨は、複数のチャネルに対応する通信機に限定されるものではない。
【００４８】
送受信アンテナ１０１は、アンテナ・スイッチ１０２を介してＲＦ送受信回路部１０３に接続される。ＲＦ送受信回路部１０３は、受信系統として、低雑音アンプ（Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＬＮＡ）、ＲＦ周波数帯の受信信号をダウンコンバートする直交復調器（ＩＱデモジュレーター）、受信信号の電力が後段のＡＤコンバータ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｍｖｅｒｔｅｒ：ＡＤＣ）のダイナミック・レンジに収まるように正規化するＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：自動利得制御）アンプ、所望帯域以外の信号成分を除去するアナログ低域フィルタ（ＬＰＦ）などを備え、また、送信系統として、ＤＡ変換した後のアナログ送信信号から所望帯域以外の信号成分を除去するアナログＬＰＦ、ＲＦ周波数帯の送信信号にアップコンバートする直交変調器（ＩＱモジュレーター）、送信信号を電力増幅する電力増幅アンプ（Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などで構成される（いずれも図示しない）。
【００４９】
また、上述したように、通信機は、５ＧＨｚ帯を用いるＩＥＥＥ８０２．１１ａと２．４ＧＨｚ帯を用いるＩＥＥＥ８０２．１１ｂが並存するマルチパス通信環境で使用することが想定されており、送受信ブランチ毎のＲＦ送受信回路部１０３は、５ＧＨｚ帯用ＲＦ送受信部１０３Ａと、２．４ＧＨｚ帯用ＲＦ送受信部１０３Ｂをそれぞれ備えている。
【００５０】
各ＲＦ送受信処理部１０３Ａ、１０３Ｂは、スイッチ１０４を介して、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）１０５Ａ、ＤＡ変換器（ＤＡＣ）１０５Ｂに接続される。
【００５１】
送信データ処理部１０９は、上位処理部１１０から渡された送信データ・ストリームをパケットに分割し、符号化などの処理を施してからＤＡ変換器１０５Ｂに渡す。ＯＦＤＭ変調方式を採用する通信システムにおいては、ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ  ＦＦＴ：逆高速フーリエ変換）演算などのＯＦＤＭ変調処理が行なわれる。そして、送信ディジタル・フィルター１０６Ｂは、アナログ変換する直前のディジタル送信信号に対し帯域の制限をかける。
【００５２】
受信ディジタル・フィルター１０６Ａは、ＡＤ変換器１０５Ａでディジタル変換された受信信号に対し帯域の制限をかける。なお、通常の通信機では、受信側でも送信側と同じ特性の（すなわち、同じタップ係数で構成される）ディジタル・フィルターが使用される。
【００５３】
同期処理部１０７では、帯域制限が施された後のディジタル受信信号に対し、パケット発見に基づく大雑把な受信タイミング（仮受信タイミング）の決定や、周波数オフセット補正、ノイズ推定、仮受信タイミングを利用したより正確な受信タイミングの抽出などの処理が行なわれる。仮受信タイミングは、パケット先頭のバースト的な既知リファレンス信号の自己相関演算に基づいて決定することができる。また、正確な受信タイミングは、既知リファレンス信号の相互相関演算に基づいて決定することができる。
【００５４】
そして、受信データ処理部１０８は、同期処理がされた以降の部分（情報フィールド）の復号処理を行なって、元のデータを再生して上位処理部１１０に渡す。ＯＦＤＭ変調方式を採用する通信システムにおいては、ＦＦＴ演算などのＯＦＤＭ復調処理が行なわれる。
【００５５】
なお、パケットは、一般に、送受信間で共有するトレーニング・シーケンスからなる既知信号部分と、ヘッダやペイロードからなる情報信号部分（ユーザー・データ）からなる（図１０を参照のこと）。ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇにおけるフレーム・フォーマットでは、仮受信タイミング決定や周波数オフセットに利用できる短いトレーニング系列（Ｓｈｏｒｔ  Ｔｒａｉｎｉｎｇ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ：ＳＴＳ）からなるプリアンブル区間（ＳＴＦ：Ｓｈｏｒｔ  Ｔｒａｉｎｉｎｇ  Ｆｉｅｌｄ）や、正確な受信タイミングの抽出に利用で切る長いトレーニング系列（Ｌｏｎｇ  Ｔｒａｉｎｉｎｇ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ：ＬＴＳ）からなるプリアンブル区間（ＬＴＦ：Ｌｏｎｇ  Ｔｒａｉｎｉｎｇ  Ｆｉｅｌｄ）が定義されているが、本明細書では詳細な説明を省略する。
【００５６】
本実施形態に係る通信機では、通信相手との間でのパケット送信及びその応答手続を利用した通信方式の距離測定を行なうが、以下ではこの点について詳解する。
【００５７】
図１に示す通信機は、通信相手にパケットを送信した時刻をパケット送信時刻保持部１２１に記憶しておくとともに、パケット到着時刻判別部１２２では通信相手からの返信パケットの到着時刻をパケット先頭の既知パターンの相互相関演算に基づいて判別する。距離計算部１２４は、通信相手側でパケットを受信してから返信するまでの一定の処理時間があらかじめ分かっているので、パケット送信時刻とパケット到着時刻の時間差からこの処理時間を除くことで、空間上でパケットが往来することによる所要時間を求める。そして、この所要時間の２分の１を電波の伝搬速度（毎秒３．０×１０8メートル）で割り算することで、通信相手との距離を算出することができる。
【００５８】
パケット到着時刻判別部１２２において、通信機内のクロックを基準に相関処理を行なうと、基準クロックが８０ＭＨｚの周期である場合には１２．５ナノ秒の精度で到着時間を測定することになる。すなわち、時刻判別の分解能はクロック幅に丸め込まれてしまい、充分な距離測定精度が得られなくなることが懸念される。
【００５９】
そこで、本実施形態では、ディジタル・フィルターのタップ係数をクロック幅以内で細かい複数のタイミングでシフトさせ、これら複数種類のディジタル・フィルターに既知パターンをそれぞれ通すことで相関用に複数種類の既知パターンを作成し、これら複数の既知パターンと受信信号との相関出力のうち最大のものを検出することによって、クロック幅の精度以上の精度でパケットの到着位置を判別するようにしている。
【００６０】
図２には、パケット到着時刻判別部１２２において既知パターンとの相互相関演算によってパケット到着時刻を判別する仕組みを図解している。
【００６１】
相互相関用既知パターン提供部１２３は、まず、クロック幅を例えば１００等分して細分化し、細分化したタイミング毎に相関用の既知パターンを用意する。具体的には、通信相手側の送信ディジタル・フィルターと同じ特性となるディジタル・フィルターのタップ係数を１００等分した細かい複数のタイミングでシフトさせて、１００種類のディジタル・フィルターを作成し、規格で定義されている既知パターンを各ディジタル・フィルターに通すことによって、クロック幅を１００等分に細分化した各タイミングに対応する１００種類の既知パターンを作成することができる。既知パターンは、サンプリング周期毎のタップ係数の集合からなる。
【００６２】
図３中の黒丸の部分の値が、基本となるディジタル・フィルターのタップ係数であり、図４並びに図５には、クロック幅以内の細かいタイミングでシフトさせたタップ係数をそれぞれ黒丸で表している。相互相関用既知パターン提供部１２３は、これらのディジタル・フィルターに既知パターンをそれぞれ通して得られるＮ個のタップ係数Ｗi（０）、Ｗi（１）、…、Ｗi（Ｎ−１）を、シフトしたタイミング毎の相関用既知パターンとして保持しておく（但し、添え字ｉは、クロック幅を細分化したタイミングの通し番号とする）。
【００６３】
パケット到着時刻判別部１２２は、それぞれサンプル周期に相当する遅延時間を持つ複数（Ｎ個）の遅延素子を直列接続して構成される遅延部２０１を備え、遅延部２０２全体としてはタイミング推定区間の遅延時間を与える。一方、相互相関用既知パターン提供部１２３は、クロック幅を１００等分に細分化した各タイミングに対応する１００種類の相関用既知パターンを保持しており、タイミングｉ毎の既知パターンを表すタップ係数Ｗi（０）、Ｗi（１）、…、Ｗi（Ｎ−１）を選択部２０４で順次選択して、パケット到着時刻判別部１２２に供給する。
【００６４】
相関用既知パターンは、サンプリング周期毎のＮ個のタップ係数の集合からなる（前述）。パケット到着時刻判別部１２２では、受信信号サンプルを遅延部２０１の各遅延素子で１サンプルずつ遅延させ、各々の遅延信号を相互相関用既知パターン提供部１２３からの各タップ係数Ｗi（０）、Ｗi（１）、…、Ｗi（Ｎ−１）とそれぞれ掛け合わせて合計部２０２でこれらを合計するという処理を、クロック幅を１００等分に細分化した各タイミングについて繰り返し実施することで、細分化したタイミング毎の相互相関値を得ることができる。
【００６５】
そして、ピーク検出部２０３は、最大の相関値となる既知パターンに対応するタイミングをパケットの到来時刻と推定するので、ディジタル処理部におけるサンプリング・クロック幅よりも高い精度でのパケット位置の到着を推定可能になる。
【００６６】
図６には、あるタイミングに対応する相互相関用既知パターンと受信信号との相互相関出力の一例を示している。相関出力のピーク値に対応する部分の入力データが、Ｎ個のタップ係数と最も相関の高い入力系列と推定され、当該タイミングにおけるパケットの到着時刻の候補となる。本実施形態では、ピーク検出部２０３は、クロック幅を細分化した各タイミングで得られたパケットの到着時刻の候補の中からさらに最も相関の高いものをとる。
【００６７】
また、複数のパケットを用いたパケット到来の推定結果を平均化する効果によって、クロック幅より細かいタイミングでシフトさせた各ディジタルに対応する相関出力の比較の精度を高めることができる。
【００６８】
通信機が通信相手との距離を測定するための処理手順を以下にまとめておく。
【００６９】
手順１：
通信相手に対しパケットを送信するとともに、８０ＭＨｚのクロックでカウンターを起動する。
手順２：
通信相手側では、パケットを受信すると、一定の定められたクロック数（例えば、１００クロック以内）でパケットを送り返す。同時に、通信相手は、クロック幅よりも細かい精度（１００種類のフィルターに対応する相関）でパケット到着位置を取得して、この位置情報を併せて送り返す。
手順３：
通信相手からのパケットを受信して、クロック幅よりも細かい１００種類の精度で受信位置を取得するとともに、８０ＭＨｚのカウンターを停止する。
手順４：
ターンアラウンドタイムの計算を行なう。ここで言うターンアラウンドタイムは、８０ＭＨｚのカウンター値から、通信相手側での一定の遅延クロック、通信相手側での高精度補正値、及び、自端末での高精度補正値を乗算した値である。
手順５：
ターンアラウンドタイムを２で割って、さらに電波の伝搬速度（毎秒３．０×１０8メートル）で割り算することにより距離を求める。
【００７０】
図７には、上記の手順２及び３の中で、１００種類のフィルターを用いて、相関係数の最大値から高精度に到着時刻推定する処理手順をフローチャットの形式で示している。図示のフローチャートにおいて、最大値Ａが最終的な最大値であり、最大値Ｂはテンポラリーの最大値である。
【００７１】
まず、基本の（すなわち、基準のクロックからタイミングをシフトさせていない）ディジタル・フィルターを通して作成された既知パターンと受信信号との相互相関を求める（ステップＳ１）。
【００７２】
そして、図６に示したような相関結果を得ると、相関値の最大ピーク値を取得し、これを最大値Ａとして保持する（ステップＳ２）。
【００７３】
次いで、変数ｉに１を代入する（ステップＳ３）。ｉは、ディジタル・フィルターの通し番号を指定するために用いる変数である。
【００７４】
次いで、相互相関でピークになるタイミングと、その前後のタイミングを含む３つのタイミングの受信データに対して、ｉ番目のディジタル・フィルターを通して作成された既知パターンと受信信号との相互相関を求めて、上記の３つのタイミングの相互相関値の中で最大のものを最大値Ｂとする（ステップＳ４）。最大値Ｂはテンポラリーの最大値である。
【００７５】
次いで、得られた最大値Ｂと、先に求めた最大値Ａとを大小比較する（ステップＳ５）。そして、最大値Ｂの方が大きければ（ステップＳ５のＹｅｓ）、最大値Ａに最大値Ｂを代入する（ステップＳ６）。
【００７６】
そして、ｉが１００に到達するまで（ステップＳ７のＮｏ）、ｉを１ずつ増分して（ステップＳ８）、ステップＳ４に戻る。このようにして、クロック幅を細分化したすべてのタイミングにシフトしたディジタル・フィルターで作成した既知パターンについて、相互相関を求める処理を繰り返し実行する。そして、最大値Ａを最終的な最大値として出力する。
【００７７】
図１に示した距離測定機能を備えた通信機の変形例として、相互相関用の既知パターンではなく、受信信号の方を、クロック幅を細分化した複数のタイミングに対応した受信ディジタル・フィルターに通して、１つの既知パターンと複数種類の受信信号との間の相関を求めても同様の効果があることが期待される。
【００７８】
図８には、この通信機の構成例を模式的に示している。図示の通信機のディジタル処理は例えば８０ＭＨｚのクロックを基準に動作するものとし、また、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ及びＩＥＥＥ８０２．１１ｂなど、異なるチャネルを使用する複数の通信システムに用いることを想定している（同上）。
【００７９】
送受信アンテナ１０１は、アンテナ・スイッチ１０２を介してＲＦ送受信回路部１０３に接続される。ＲＦ送受信回路部１０３は、受信系統として、ＬＮＡ、直交復調器、ＡＧＣアンプ、アナロＬＰＦなどを備え、また、送信系統として、アナログＬＰＦ、直交変調器、電力増幅アンプなどで構成される（いずれも図示しない）。
【００８０】
送受信ブランチ毎のＲＦ送受信回路部１０３は、５ＧＨｚ帯用ＲＦ送受信部１０３Ａと、２．４ＧＨｚ帯用ＲＦ送受信部１０３Ｂをそれぞれ備えている。各ＲＦ送受信処理部１０３Ａ、１０３Ｂは、スイッチ１０４を介して、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）１０５Ａ、ＤＡ変換器（ＤＡＣ）１０５Ｂに接続される。
【００８１】
送信データ処理部１０９は、上位処理部１１０から渡された送信データ・ストリームをパケットに分割し、符号化などの処理を施してからＤＡ変換器１０５Ｂに渡す。そして、送信ディジタル・フィルター１０６Ｂは、アナログ変換する直前のディジタル送信信号に対し帯域の制限をかける。
【００８２】
受信ディジタル・フィルター１０６Ａは、ＡＤ変換器１０５Ａでディジタル変換された受信信号に対し帯域の制限をかける。通常の通信機では、受信側でも送信側と同じ特性のディジタル・フィルターが使用される。
【００８３】
同期処理部１０７では、帯域制限が施された後のディジタル受信信号に対し、大雑把な受信タイミングの決定や、周波数オフセット補正、ノイズ推定、仮受信タイミングを利用したより正確な受信タイミングの抽出などの処理が行なわれる。そして、受信データ処理部１０８は、同期処理がされた以降の部分（情報フィールド）の復号処理を行なって、元のデータを再生して上位処理部１１０に渡す。
【００８４】
図１に示す通信機は、通信相手にパケットを送信した時刻をパケット送信時刻保持部１２１に記憶しておくとともに、パケット到着時刻判別部１２２では通信相手からの返信パケットの到着時刻をパケット先頭の既知パターンの相互相関演算に基づいて判別する。距離計算部１２４は、通信相手側でパケットを受信してから返信するまでの一定の処理時間があらかじめ分かっているので、パケット送信時刻とパケット到着時刻の時間差からこの処理時間を除くことで、空間上でパケットが往来することによる所要時間を求める。そして、この所要時間の２分の１を電波の伝搬速度（毎秒３．０×１０8メートル）で割り算することで、通信相手との距離を算出する。
【００８５】
距離測定時には、タップ係数提供部８０１は、クロック幅以内で細かいタイミングでシフトさせた複数種類（例えば１００種類）のタップ係数を、受信ディジタル・フィルター１０６Ａに供給する。したがって、パケット到着時刻判別部１２２では、１種類の既知パターンと複数種類の受信信号との相関出力のうち最大のものを検出することによって、クロック幅の精度以上の精度でパケットの到着位置を判別することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【００８７】
本発明の適用範囲は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｎなどの無線ＬＡＮ規格に限定されるものではなく、さまざまなディジタル無線技術に遍く本発明を利用することができる。
【００８８】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る通信機の構成例を示した図である。
【図２】図２は、パケット到着時刻判別部１２２において既知パターンとの相互相関演算によってパケット到着時刻を判別する仕組みを示した図である。
【図３】図３は、基本となるディジタル・フィルターのタップ係数を例示した図である。
【図４】図４は、図３に示したディジタル・フィルターをクロック幅以内の細かいタイミングでシフトさせたタップ係数を例示した図である。
【図５】図５は、図３に示したディジタル・フィルターをクロック幅以内の細かいタイミングでシフトさせたタップ係数を例示した図である。
【図６】図６は、あるタイミングに対応する相互相関用既知パターンと受信信号との相互相関出力の一例を示した図である。
【図７】図７は、１００種類のフィルターを用いて、相関係数の最大値から高精度に到着時刻推定する処理手順を示したフローチャットである。
【図８】図８は、本発明の他の実施形態に係る通信機の構成例を示した図である。
【図９】図９は、無線通信機能を搭載したコンピューターの構成例を示した図である。
【図１０】図１０は、パケットの構成を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００９０】
１…ＣＰＵ
２…ＲＯＭ
３…ＲＡＭ
４…ローカル・バス
５…ブリッジ
６…入出力バス
７…入出力インターフェース
８…キーボード
９…ポインティング・デバイス（マウス）
１０…ディスプレイ
１１…ＨＤＤ
１２…通信部
１０１…アンテナ
１０２…アンテナ・スイッチ
１０３…ＲＦ送受信回路部
１０３Ａ…５ＧＨｚ帯用ＲＦ送受信回路部
１０３Ｂ…２．４ＧＨｚ帯用ＲＦ送受信回路部
１０４…スイッチ
１０５Ａ…ＡＤ変換器（ＡＤＣ）、１０５Ｂ…ＤＡ変換器（ＤＡＣ）
１０６Ａ…受信ディジタル・フィルター
１０６Ｂ…送信ディジタル・フィルター
１０７…同期処理部
１０８…受信データ処理部
１０９…送信データ処理部
１１０…上位処理部
１２１…パケット送信時刻保持部
１２２…パケット到着時刻判別部
１２３…相互相関用既知パターン提供部
１２４…距離計算部
２０１…遅延部
２０２…合計部
２０３…ピーク検出部
２０４…選択部
８０１…タップ係数提供部
【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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