(57)【要約】【課題】マルチパス伝搬環境下であっても、受信信号電力の自由空間伝搬損失に基づいて距離を大きな誤差を生じることなく算出する。【解決手段】受信機で、パケットを受信することにより、そのパケットの既知のリファレンス信号を用いて相関機を使用して遅延プロファイルを求める。その遅延プロファイルの直接波と予想される波の電力のみを求める。その直接波の電力を用いて自由空間伝搬損失から距離を求める。実際には、受信機のサンプリング・クロックがあまり高くない場合には、直接波と推定した波の中にも遅延波が含まれているが、他の多くの遅延波を除去しているので、精度はかなり向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物から受信したパケットに含まれる既知リファレンス信号を相関演算して遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成部と、
前記生成した遅延プロファイルに基づいて推定される直接波の受信信号電力を取得する直接波電力取得部と、
前記推定された直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる伝搬損失に基づいて前記測定対象物までの距離を判別する距離判別部と、
を具備することを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
前記測定対象物から送出される前記パケットの送信信号電力は既知であり、
前記既知の送信信号電力と前記伝搬損失との関係を記述した伝搬損失テーブルを備え、
前記距離判定部は、前記伝搬損失テーブル上で前記推定された直接波の受信信号電力を参照して該当する距離を取り出す、
ことを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記測定対象物から送出される前記パケットを受信する複数の受信アンテナ及び受信アンテナ毎の複数の受信ブランチを備え、
前記遅延プロファイル生成部は、受信ブランチ毎の遅延プロファイルを生成し、これら複数の遅延プロファイルを平均化する、
ことを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項４】
前記測定対象物からは複数のチャネル上でパケットが送出されることが想定され、受信ブランチはチャネル毎のＲＦ受信回路を備え、
前記遅延プロファイル生成部は、前記受信ブランチのチャネル毎に遅延プロファイルを生成し、これら複数の遅延プロファイルを平均化する、
ことを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項５】
前記測定対象物から送出される前記パケットを受信するアレー・アンテナを備え、
前記直接波電力取得部は、受信信号を周波数領域に変換し、該周波数領域に高分解能アルゴリズムを適用して前記測定対象物から前記パケットが送信されてから受信されるまでの遅延時間を取得し、該取得した遅延時間に対応する直接波の受信信号電力を前記遅延プロファイルから取得する、
ことを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項６】
前記直接波電力取得部は、前記遅延プロファイル中で受信信号電力が最大となる遅延波を直接波として推定するが、該受信信号電力が最大の遅延波が第１到来波から所定時間経過した以降の到来波であるときには直接波がないと判定し、
該直接波がないと判定したときには、前記距離判別部は距離の判別を行なわず、又は、警告付きで距離判別を行なう、
ことを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項７】
測定対象物から受信したパケットに含まれる既知リファレンス信号を相関演算して遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成ステップと、
前記生成した遅延プロファイルに基づいて推定される直接波の受信信号電力を取得する直接波電力取得ステップと、
前記推定された直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる伝搬損失に基づいて前記測定対象物までの距離を判別する距離判別ステップと、
を具備することを特徴とする距離測定方法。
【請求項８】
通信相手とパケットの送受信を行なう送受信部と、
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、
受信パケットに含まれる既知リファレンス信号を相関演算して遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成部と、
前記生成した遅延プロファイルに基づいて推定される直接波の受信信号電力を取得する直接波電力取得部と、
前記推定された直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる伝搬損失に基づいて通信相手までの距離を判別する距離判別部と、
を具備することを特徴とする通信装置。
【請求項９】
測定対象物から到来する信号の強弱を基に距離を測定する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、
測定対象物から受信したパケットに含まれる既知リファレンス信号を相関演算して遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成部、
前記生成した遅延プロファイルに基づいて推定される直接波の受信信号電力を取得する直接波電力取得部、
前記推定された直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる伝搬損失に基づいて前記測定対象物までの距離を判別する距離判別部、
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、測定対象物から到来する信号の強弱を基に距離を測定する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、測定対象物から送出される送信電力が既知となる信号の受信電力の自由空間伝搬損失に基づいて距離を算出する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、マルチパス伝搬環境下において受信信号電力の自由空間伝搬損失に基づいて距離を算出する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、さらには電波の到来角を検出若しくは推定する技術が必要になってくる。
【０００６】
比較的簡単に実現できる距離測定方法として、受信信号電力若しくはＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を利用した方法や、パケット同期がとられた通信端末間でパケットの到着時刻（若しくはパケットの往復時間）から距離を算出する方法を挙げることができる。前者の方法では、測定対象である端末Ｂが送信したパケットを端末Ａが受信したときに、そのパケットの受信信号電力を測定する。あらかじめ端末Ｂが送信する送信電力が分かっていれば、端末Ａから端末Ｂの間での電力の減衰量を取得することができる。電力の減衰は、自由空間伝搬損失として予測することが可能であるから、その値から端末Ａから端末Ｂまでの距離を測定することができる。自由伝搬損失は下式（１）で表される。但し、同式中のｄは端末間の距離、λは使用している電波の波長である。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
従来から、端末から無線で電波を発信し、その電波の強弱を複数の基地局で受信して、３角測量と同様の原理で端末の位置を検出する方法が知られている。
【０００９】
例えば、無線ＬＡＮによる位置測定ネットワークシステムの１つとして、予め無線ＬＡＮを構成する基地局で無線端末が出す電波のＲＳＳＩと位置の関係を学習しておき、位置測定の際に基地局で無線端末の電波のＲＳＳＩを測定し、これにより無線端末の位置を測定するＲＡＤＡＲシステムが知られている。
【００１０】
また、室内に配置された無線装置からの電波を受信したときの受信信号強度パターンを用いる位置検出システムが提案されている（例えば、特許文献１を参照のこと）。この位置検出システムでは、無線装置を室内の各場所に配置し、無線装置から送信された電波の受信信号強度パターンを予め測定して記憶しておき、無線装置から送信された電波の受信信号強度パターンを実際に測定し、その実際に測定した受信信号強度パターンに類似するあらかじめ測定した受信信号強度パターンを検出し、その検出した受信信号強度パターンに対応する無線装置の位置を現在の無線装置の位置として検出するようになっている。
【００１１】
受信信号電力の自由伝搬損失に基づいて距離を測定する方法は、反射波が存在しない伝搬環境下では、かなり正確に距離を得ることができる。しかしながら、実際の伝搬環境は、反射波が存在するマルチパス伝搬環境であるから、上式（１）に基づいて距離を算出することはできない。
【００１２】
図２には、マルチパス伝搬環境下での遅延プロファイルを示している。図示の例では、直接波に続いて、受信電力が徐々に小さくなる複数の反射波（間接波）が順次到来してくる様子が示されている。受信機で観測される受信電力は、これらの多数の反射波からなるマルチパス成分を含めて電力を測定することになる。このため、同じ距離から同じ送信電力で送出された信号であってでも、その場所の反射波の状況に応じて自由空間伝搬損失とは異なる値の損失値を得ることになる。すなわち、マルチパス伝搬環境では、受信電力を用いて距離を求めようとしてもマルチパス分の電力により不正確になることを理解できよう。
【００１３】
このようなマルチパス伝搬環境下では、測定対象物からの到来電波を受信する場所に応じて重なりが起こる反射波同士の位相関係が異なり、互いに強め合ったり、逆に弱め合ったりする。このため、受信する場所のわずかな変化によっても受信電力は大きく変動する。このように受信振幅が変動する現象は、「フェージング（ｆａｄｉｎｇ）」と呼ばれる。
【００１４】
図２に示した遅延プロファイルでは、実際には、到来時刻の差が受信機のサンプリング・クロック以下に接近した反射波同士は、１つの反射波と表示される。すなわち、同図中の１つの線は複数の反射波の合計で合成されたものであると解釈すると、受信する場所が移動すると、各線がフェージングにより上下に変動することになる。直接波以外に反射波があることにより受信信号電力がずれるともに、その値は微小な位置のずれによっても変動するのでさらに誤差が生じる。このため、マルチパス伝搬環境下で、受信電力を元に自由空間伝搬損失で距離を求めても、大きな誤差を生じることになる。
【００１５】
【特許文献１】特許第３８０９５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、測定対象物から到来する信号の強弱を基に距離を正確に測定することができる、優れた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。
【００１７】
本発明のさらなる目的は、測定対象物から送出される送信電力が既知となる信号の受信電力の自由空間伝搬損失に基づいて距離を正確に算出することができる、優れた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。
【００１８】
本発明のさらなる目的は、マルチパス伝搬環境下であっても、受信信号電力の自由空間伝搬損失に基づいて距離を大きな誤差を生じることなく算出することができる、優れた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】
【００１９】
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、
測定対象物から受信したパケットに含まれる既知リファレンス信号を相関演算して遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成部と、
前記生成した遅延プロファイルに基づいて推定される直接波の受信信号電力を取得する直接波電力取得部と、
前記推定された直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる伝搬損失に基づいて前記測定対象物までの距離を判別する距離判別部と、
を具備することを特徴とする距離測定装置である。
【００２０】
また、本願の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の距離測定装置において、送信信号電力と前記伝搬損失との関係を記述した伝搬損失テーブルを備え、前記距離判定部は、前記伝搬損失テーブル上で前記推定された直接波の受信信号電力を参照して該当する距離を取り出すように構成されている。
【００２１】
また、本願の請求項３に記載の発明は、前記測定対象物から送出される前記パケットを受信する複数のアンテナ・ブランチを備え、前記遅延プロファイル生成部は、アンテナ・ブランチ毎の遅延プロファイルを生成し、これら複数の遅延プロファイルを平均化するように構成されている。
【００２２】
また、本願の請求項４に記載の発明は、前記測定対象物からは複数のチャネル上でパケットが送出されることを想定して、受信ブランチはチャネル毎のＲＦ受信回路を備え、前記遅延プロファイル生成部は、前記受信ブランチのチャネル毎に遅延プロファイルを生成し、これら複数の遅延プロファイルを平均化するように構成されている。
【００２３】
また、本願の請求項５に記載の発明は、前記直接波電力取得部は、受信信号を周波数領域に変換し、該周波数領域に高分解能アルゴリズムを適用して前記測定対象物から前記パケットが送信されてから受信されるまでの遅延時間を取得し、該取得した遅延時間に対応する直接波の受信信号電力を前記遅延プロファイルから取得するように構成されている。
【００２４】
また、本願の請求項６に記載の発明は、前記直接波電力取得部は、前記遅延プロファイル中で受信信号電力が最大となる遅延波を直接波として推定するが、該受信信号電力が最大の遅延波が第１到来波から所定時間経過した以降の到来波であるときには直接波がないと判定し、該直接波がないと判定したときには、前記距離判別部は距離の判別を行なわず、又は、警告付きで距離判別を行なうように構成されている。
【００２５】
また、本願の請求項７に記載の発明は、
測定対象物から受信したパケットに含まれる既知リファレンス信号を相関演算して遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成ステップと、
前記生成した遅延プロファイルに基づいて推定される直接波の受信信号電力を取得する直接波電力取得ステップと、
前記推定された直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる伝搬損失に基づいて前記測定対象物までの距離を判別する距離判別ステップと、
を具備することを特徴とする距離測定方法である。
【００２６】
また、本願の請求項８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、
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、
受信パケットに含まれる既知リファレンス信号を相関演算して遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成部と、
前記生成した遅延プロファイルに基づいて推定される直接波の受信信号電力を取得する直接波電力取得部と、
前記推定された直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる伝搬損失に基づいて通信相手までの距離を判別する距離判別部と、
を具備す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９に記載の発明は、
測定対象物から到来する信号の強弱を基に距離を測定する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、
測定対象物から受信したパケットに含まれる既知リファレンス信号を相関演算して遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成部、
前記生成した遅延プロファイルに基づいて推定される直接波の受信信号電力を取得する直接波電力取得部、
前記推定された直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる伝搬損失に基づいて前記測定対象物までの距離を判別する距離判別部、
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】
本願の請求項９に係るコンピューター・プログラムは、コンピューター・システム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９に係るコンピューター・プログラムをコンピューター・システムにインストールすることによって、コンピューター・システム上では協働的作用が発揮され、本願の請求項１に係る距離測定装置と同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、測定対象物から到来する信号の強弱を基に距離を正確に測定することができる、優れた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。
【００３０】
また、本発明によれば、測定対象物から送出される送信電力が既知となる信号の受信電力の自由空間伝搬損失に基づいて距離を正確に算出することができる、優れた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、マルチパス伝搬環境下であっても、受信信号電力の自由空間伝搬損失に基づいて距離を大きな誤差を生じることなく算出することができる、優れた距離測定装及び距離測定方法、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】
本願の請求項１、２、７、８、９に記載の発明によれば、測定対象物から受信したパケットに含まれる既知リファレンス信号を用いて取得した遅延プロファイルから、直接波のみの電力を取り出し、それを用いて、伝搬損失のテーブルから距離を求めることができる。実際には、受信機のサンプリング・クロックがあまり高くない場合には、直接波電力取得部で直接波と推定した波の中に遅延波が含まれてしまうこともあるが、他の多くの遅延波を除去しているので、精度はかなり向上する。
【００３３】
本願の請求項３に記載の発明によれば、ＭＩＭＯ若しくはダイバーシチ受信を行なうための複数の受信アンテナ・ブランチを備えている場合に、アンテナ位置の相違に依拠するフェージングの影響によりアンテナ毎に求めた遅延プロファイルが変動するが、これら複数の遅延プロファイルを平均化することによって、フェージングの影響による受信信号電力の変動を極力抑えることが可能となり、正確な距離測定を行なうことができる。また、複数の遅延プロファイルを平均化することによって、サンプリング・クロック内に存在する遅延波によるフェージングの影響を平均化して、直接波の電力をより安定化させることができるので、正確な距離測定が可能となる。
【００３４】
本願の請求項４に記載の発明は、前記測定対象物からは複数のチャネル上でパケットが送出されることを想定して、受信ブランチはチャネル毎のＲＦ受信回路を備えており、使用するチャネル毎のフェージングの影響が異なることからチャネル毎に求めた遅延プロファイルが変動するが、これら複数の遅延プロファイルを平均化することによって、フェージングの影響による受信信号電力の変動を極力抑えることが可能となり、正確な距離測定を行なうことができる。例えば、５ＧＨｚ帯を用いるＩＥＥＥ８０２．１１ａと２．４ＧＨｚ帯を用いるＩＥＥＥ８０２．１１ｂといった２つの通信システムが混在するマルチパス通信環境下では、各通信システムで使用するチャネル毎に求めた直接波の受信信号電力を平均化することにより、直接波の電力をより安定化させることができるので、正確な距離測定が可能となる。
【００３５】
本願の請求項５に記載の発明によれば、前記直接波電力取得部が高分解能アルゴリズムを用いて直接波の受信信号電力を取得するように構成されている。高分解能アルゴリズムとしては、ＭＵＳＩＣやＥＳＰＲＩＴアルゴリズムなどが知られており、受信信号をＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）演算することにより周波数領域の信号に変化して、周波数領域の信号に対してＥＳＰＲＩＴアルゴリズムを適応することにより、サンプリング・クロックの間においても受信信号の到着位置を推定することができる。そして、この到着時間に対する電力を求める式を利用して直接波の電力を正確に求めることができる。
【００３６】
本願の請求項６に記載の発明によれば、前記直接波電力取得部は、前記遅延プロファイル中で受信信号電力が最大となる遅延波を直接波として推定することができる。また、該受信信号電力が最大の遅延波が第１到来波から所定時間経過した以降の到来波であるときには直接波がないと判定し、該直接波がないと判定したときには、前記距離判別部は距離の判別を行なわず、又は、警告付きで距離判別を行なうことができる。
【００３７】
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】
【００３８】
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。
【００３９】
図３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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、受信パケットの既知リファレンス信号を相関演算して得られる遅延プロファイルから推定される直接波の受信電力を用いて、自由空間伝搬損失に基づいて送信機までの距離を測定するようになっている（後述）。
【００４６】
ここで、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｇの規格では最大で５４Ｍｂｐｓの通信速度を達成する変調方式をサポートしているが、さらなる高ビットレートを実現できる次世代の無線ＬＡＮ規格が求められている。高スループットの無線データ伝送を実現する無線通信技術として、通信機が複数のアンテナを備えるマルチアンテナ技術を挙げることができる。
【００４７】
マルチアンテナ技術の一例として、アダプティブ・アレーアンテナが広く知られている。これは、各アンテナ素子の利得を制御することで、送受信における適切なアンテナ指向性を得て通信をサポートする方式である。アレーアンテナには、希望の方向にのみメインローブを向け、希望しない方向には低サイドローブにより不要な電波を放射しないといったセクターアンテナ的な方法と、所望移動局方向にはメインローブを向け、干渉局移動局方向にはヌルを向けＳＩＮＲ（信号対雑音干渉電力比）を改善する方法がある。
【００４８】
また、マルチアンテナ技術の他の例として、信号間の相関が小さくなるように配置した複数アンテナを用い、同一情報を含む複数の受信信号を合成又は切り換えて特性改善を図るダイバーシチ（ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）技術を挙げることができ、フラット・フェージングによる劣化を解決することができる。
【００４９】
また、マルチアンテナ技術のさらに他の例として、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信が注目を集めている。  ＭＩＭＯとは、それぞれ複数のアンテナ素子を備えた送信機（Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）と受信機（Ｂｅａｍｆｏｒｍｅｅ）間で、ビーム・フォーミングを行なうことによって、より高品質な通信を実現するものである。ここで言うビーム・フォーミングとは、各送信アンテナにディジタル的に重み付けしてアンテナの指向性を変化させる方法である。送信アンテナ重みは、送信機から受信機への順方向のチャネル行列Ｈを解析して得ることができる。ＭＩＭＯ通信方式によれば、周波数帯域を増大させることになく、アンテナ本数に応じて伝送容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。また、空間多重を利用するので、周波数利用効率はよい。ＭＩＭＯはチャネル特性を利用した通信方式であり、送受信アダプティブ・アレーとは相違する。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１の拡張規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｎでは、ＭＩＭＯ通信方式を採用している。
【００５０】
図１には、図３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。図示の通信機は、マルチアンテナを備え、ＭＩＭＯ受信、あるいは、ダイバーシチ受信を行なうものとする。図示の例では、説明の便宜上、送受信アンテナ数を２本としているが、本発明の要旨は特定のアンテナ本数に限定されるものではない。
【００５１】
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）、送受信アンテナ毎に設けられた各送受信ブランチは、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それぞれ備えている。
【００５２】
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）。通信機が通信相手から距離測定を行なう対象物として動作する際には、電力増幅アンプにおいて、通信相手にとって既知となる送信信号電力となるようにパケットの既知リファレンス信号を電力増幅する。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
送信データ処理部１０８は、上位処理部１０９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。また、ＭＩＭＯ通信方式を採用する通信システムにおいては、複数の送信データ・ストリームを各送信ブランチに振り分け、ビーム・フォーミング若しくは空間多重処理がなされる。
【００５６】
また、同期処理部１０６では、ＡＤ変換器１０５Ａでディジタル変換された受信信号に対し、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。
【００５７】
なお、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。
【００５８】
受信データ処理部１０７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、元のデータを再生する。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。また、ＭＩＭＯ通信方式を採用する通信システムにおいては、受信ブランチ毎の受信データ・ストリームに受信重み行列を乗算して空間分離処理がなされる。
【００５９】
遅延プロファイル生成部１１０は、パケット先頭に付加されている既知リファレンス信号を相互相関演算して、遅延プロファイル（図２を参照のこと）を生成する。遅延プロファイルは、同期処理部１０６内におけるタイミング検出時の相互相関演算の結果を用いて生成することができ、受信時のＡＧＣアンプ（前述）のゲイン値とディジタルの信号の大きさに基づいて、遅延プロファイルの各遅延波の受信信号電力を換算することができる。相互相関演算により遅延プロファイルを生成する方法については、例えば本出願人に既に譲渡されている特開２００４−２２１９４０号公報（段落番号０２０１〜０２０２、図２９）にも記載されており、本明細書では詳細な説明を省略する。
【００６０】
直接波電力取得部１１１は、遅延プロファイル生成部１１０で生成した遅延プロファイルから直接波を推定するとともに、推定された直接波の受信信号電力を取得する。
【００６１】
直接波電力取得部１１１は、例えば、遅延プロファイル中で受信信号電力が最大となる遅延波を直接波として推定することができる。但し、受信信号電力が最大の遅延波が第１到来波から所定時間経過した以降の到来波であるときには直接波がないと判定するべきである。
【００６２】
距離判別部１１２は、直接波電力取得部１１１で推定された直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる伝搬損失に基づいて、パケットの送信元である測定対象物までの距離を判別する。
【００６３】
測定対象物から送出される前記パケットの送信信号電力は既知である（前述）。したがって、直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる自由伝搬損失を上式（１）から計算することができる。伝搬損失テーブル１１３は、既知の送信信号電力と伝搬損失との関係を記述したテーブル形式で格納したＲＯＭからなる。伝播損失テーブル１１３の構成例を以下に示しておく。
【００６４】
【表１】
2010066235.tif 000004
【００６５】
距離判定部１１２は、直接波電力取得部１１１で推定された直接波の受信信号電力を、伝搬損失テーブル１１３上で参照することによって、該当する距離を取り出す。距離を判定する具体例を以下に示す。
【００６６】
ステップ１：測定対象物が５ＧＨｚ帯で０ｄＢｍでパケットを送信する。
ステップ２：通信機は、パケットを受信して、遅延プロファイル生成部１１０で遅延プロファイルを作成し、直接波電力取得部１１１が直接波に相当する受信信号電力を求める。例えば、直接波の受信信号電力が−６５．５ｄＢｍと判別する。
ステップ３：表１のテーブルから０ｄＢが６５．５ｄＢｍの伝搬損失があると、受信電力が−６５．５ｄＢｍになることから、距離判別部１１２は測定対象物まで９メートルの距離があると推定する。
【００６７】
また、上述したように、直接波電力取得部１１１が遅延プロファイル中には「直接波がない」と判定することもある。このような場合、距離判別部１１２は、距離の判別を行なわず、又は、警告付きで距離判別を行なうようにしてもよい。
【００６８】
図１に示した通信機は、複数の送受信アンテナを備えたマルチアンテナ構成であり、ＭＩＭＯ通信、アダプティブ・アレー、あるいはダイバーシチ受信を行なう。このような場合、測定対象物から送出されるパケットを各アンテナ・ブランチで受信処理することができる。遅延プロファイル生成部１１０は、受信ブランチ毎の遅延プロファイルを生成し、これら複数の遅延プロファイルを平均化する。
【００６９】
アンテナ位置の相違に依拠するフェージングの影響によって、アンテナ・ブランチ毎に求めた遅延プロファイルが変動することが予測されるが、遅延プロファイル生成部１１０がこれら複数の遅延プロファイルを平均化することによって、フェージングの影響による受信信号電力の変動を極力抑えることが可能となる。この結果、後段の距離判別部１１２では、より正確な距離判定を行なうことができる。また、複数の遅延プロファイルを平均化することによって、サンプリング・クロック内に存在する遅延波によるフェージングの影響を平均化して、直接波の電力をより安定化させることができるので、正確な距離判定が可能となる。ブランチ毎に受信する直接波はすべて位相が揃っているが、各反射波の位相は揃っていないことから、平均化することで反射波が抑制される。
【００７０】
また、上述したように、図１に示した通信機は、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を想定して、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。
【００７１】
遅延プロファイル生成部１１０は、各受信ブランチにおいて、５ＧＨｚ帯及び２．４ＧＨＺ対の周波数チャネル毎に、既知リファレンス信号の相互相関演算により遅延プロファイルを生成し、これら周波数チャネル毎の複数の遅延プロファイルを平均化するようにしている。
【００７２】
使用するチャネル毎にフェージングの影響が異なることから、周波数チャネル毎に求めた遅延プロファイルは変動するものとなる。遅延プロファイル生成部１１０がこれら複数の遅延プロファイルを平均化することによって、かかるフェージングの影響による受信信号電力の変動を極力抑えることが可能となり、後段の距離判別部１１２ではより正確な距離判別を行なうことができる。このように２つの通信システムが混在するマルチパス通信環境下では、各通信システムで使用するチャネル毎に求めた直接波の受信信号電力を平均化することにより、直接波の電力をより安定化させることができるので、正確な距離判定が可能となる。ブランチ毎に受信する直接波はすべて位相が揃っているが、各反射波の位相は揃っていないことから、平均化することで反射波が抑制される（同上）。
【００７３】
これまでの説明では、直接波電力取得部１１１は、遅延プロファイル中で受信信号電力が最大となる遅延波を直接波として推定するものであったが（但し、受信信号電力が最大の遅延波が第１到来波から所定時間経過した以降の到来波であるときには直接波がないと判定する）、その代替的な方法として、高分解能アルゴリズムを適用して、測定対象物からパケットが送信されてから受信されるまでの遅延時間τを取得し、該取得した遅延時間τに対応する直接波の受信信号電力を遅延プロファイルから取得するという方法が挙げられる。
【００７４】
図１に示した通信機は、マルチアンテナ技術が適用され、測定対象物からのパケットを受信するアレーアンテナを備えており、ＭＵＳＩＣやＥＳＰＲＩＴアルゴリズムなどの高分解能アルゴリズムを適用することができる。
【００７５】
ここで、ＭＵＳＩＣ（(ＭＵｌｔｉｐｌｅ  ＳＩｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｃａｔｉｏｎ）アルゴリズム、ＥＳＰＲＩＴ（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ  ｖｉａ  Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ  Ｔｅｃｈｉｎｉｑｕｅ）アルゴリズムは電波の到来角を検出する技術として当業界で知られている。ＭＵＳＩＣ法はアレーアンテナを利用し、アレーアンテナ受信信号から得られる相関行列の固有値、固有ベクトルを求め、角度スペクトラムを計算する。ＥＳＰＲＩＴ法も、ＭＵＳＩＣ法と同様にアレーアンテナ受信信号から得られる相関行列の固有値、固有ベクトルを求めるが、サブアレーアンテナ間の回転不変式の関係を基に電波の到来角を推測する点が異なる。
【００７６】
ＭＵＳＩＣやＥＳＰＲＩＴアルゴリズムを用いた遅延時間推定については、例えば、菊間信良著「アレーアンテナによる適応信号処理」（１９９８年、科学技術出版）に記載されている。遅延時間推定を行なうシステム構成は以下の通りとなる。
【００７７】
（１）電波を生成する送信機Ａ（測定対象物に相当）
（２）送信機Ａにより生成された電波を目標に向けて送信する送信アンテナＢ
（３）目標に反射された電波を受信する受信アンテナＣ
（４）受信アンテナＣの受信波に帯域制限や位相検波を施して受信信号を生成する受信機Ｄ
（５）受信機Ｄにより生成された受信信号をＡＤ変換して、ディジタル信号を出力するＡ／Ｄ変換器Ｅ
（６）Ａ／Ｄ変換器Ｅから出力されたディジタル信号に高速フーリエ変換処理であるＦＦＴ演算処理を施して、受信信号の周波数スペクトルを求めるＦＦＴ処理部Ｆ
（７）ＦＦＴ処理部Ｆにより求められた受信信号の周波数スペクトルを送信波の周波数スペクトルで除算して除算信号を生成する除算信号生成部Ｇ
（８）除算信号生成部Ｇにより生成された除算信号に高分解能遅延時間推定処理を施して、目標信号の遅延時間を推定する高分解能推定処理部Ｈ
【００７８】
例えば１２８ポイントのＦＦＴを使った場合には、１２８個のデータを取得することができる。これを１００回平均することにより、１２８×１２８のサイズの共分散行列を取得することができる。この共分散行列に対して、ＭＵＳＩＣやＥＳＰＲＩＴアルゴリズムにより、遅延スペクトルを描き、その到着時間を正確に推定する。到着時間に対応する受信信号電力は、遅延時間推定により波の到来時刻が求まれば、直接波に対応するモード・ベクトルを用いて、下式（２）のようにしてＳを求める。Ｓの対角行列に到来波の受信電力が入るので、直接波に対応する電力を正確に求めることが可能になる。
【００７９】
【数２】
2010066235.tif 000005
【００８０】
これにより正確に直接波のみの電力を使用することによりフェージング影響を受け難くなり正確な距離を求めることが可能になる。この種の高分解能アルゴリズムは、上位処理部１０９でソフトウェア的に実装することが現実的である。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
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。
【００８２】
本明細書では、マルチアンテナを備えた通信機に適用した実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨はマルチアンテナ技術に限定されるものではない。勿論、シングルアンテナの通信技術にも本発明を好適に適用することができる。
【００８３】
また、本発明をマルチアンテナ技術に適用した場合には、アンテナ位置の相違に依拠するフェージングの影響からアンテナ毎に遅延プロファイルが変動することを利用して、複数の遅延プロファイルを平均化することによって、フェージングの影響による受信信号電力の変動を極力抑えることができる。本発明の要旨は特定のマルチアンテナ技術にのみ限定されるものではなく、ＭＩＭＯ、アダプティブ・アレー、ダイバーシチのいずれにも好適に適用することができる。
【００８４】
また、本明細書では、異なるチャネルを使用する通信システムとして、５ＧＨｚ帯を用いるＩＥＥＥ８０２．１１ａと２．４ＧＨｚ帯を用いるＩＥＥＥ８０２．１１ｂの組み合わせを採り上げたが、本発明の要旨は特定の通信システムの組み合わせに限定されるものではない。
【００８５】
また、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。
【００８６】
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】
【００８７】
【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、マルチパス伝搬環境下での遅延プロファイルを示した図である。
【図３】図３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。
【符号の説明】
【００８８】
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）
１０６…同期処理部
１０７…受信データ処理部
１０８…送信データ処理部
１０９…上位処理部
１１０…遅延プロファイル生成部
１１１…直接波電力取得部
１１２…距離判別部
１１３…伝播損失テーブル
【図１】
2010066235.tif 000006
【図２】
2010066235.tif 000007
【図３】
2010066235.tif 000008