(57)【要約】【課題】信号到来方向を決定するための方法、装置、システムを提供する。【解決手段】信号到来方向の決定するために、信号の第１及び第２のＵＷＢ波形をＵＷＢ送受信機の１又はそれ以上のアンテナで受信する。信号の先頭部分で規定されるウィンドウを第１及び第２のＵＷＢ波形で規定する。当該ウィンドウ内の第１及び第２のＵＷＢ波形それぞれについて第１及び第２の振幅値を計算する。第１および第２の振幅値について振幅比を計算し、これをキャリブレーション・データと比較して信号到来方向を決定する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＵＷＢ送受信機が持つ１又はそれ以上のアンテナで第１及び第２のＵＷＢ波形を受信するステップと、
該第１及び第２のＵＷＢ波形における、該信号の先頭部分によってウィンドウを規定するステップと、
該ウィンドウ内の第１及び第２のＵＷＢ波形それぞれについての第１及び第２の振幅値を計算するステップと、
該第１及び第２の振幅値の振幅比を計算するステップと、
該振幅比をキャリブレーション・データと比較して、該信号の到来方向を決定するステップと、
を具備することを特徴とする信号到来方向決定方法。
【請求項２】
キャリブレーション処理を通じて得られる該キャリブレーション・データは、キャリブレーション信号の先頭部分を基に設定される、
ことを特徴とする請求項１に記載の信号到来方向決定方法。
【請求項３】
キャリブレーション処理を通じて得られる該キャリブレーション・データは、早見表に格納される、
ことを特徴とする請求項２に記載の信号到来方向決定方法。
【請求項４】
キャリブレーション処理を通じて得られる該キャリブレーション・データは、キャリブレーション・データをプロットして描いたキャリブレーション曲線から導き出された関数として格納される、
ことを特徴とする請求項２に記載の信号到来方向決定方法。
【請求項５】
該キャリブレーション・プロセスは自由空間環境下で実施される、
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の信号到来方向決定方法。
【請求項６】
該ＵＷＢ送受信機で受信した該第１及び第２のＵＷＢ波形を蓄積するステップさらに備える、
ことを特徴とする上記のいずれかの請求項に記載の信号到来方向決定方法。
【請求項７】
該ウィンドウはサンプル・サイズによって規定される、
ことを特徴とする上記のいずれかの請求項に記載の信号到来方向決定方法。
【請求項８】
該第１及び第２の振幅値は、該ウィンドウ内の該第１及び第２のＵＷＢ波形それぞれについての１又はそれ以上のピーク間の値とＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ：２乗平均の平方根）値である、
ことを特徴とする上記のいずれかの請求項に記載の信号到来方向決定方法。
【請求項９】
該振幅比を計算するステップは、該第１及び第２の振幅値の差分と該第１及び第２の振幅値の合計を計算するステップを備える、
ことを特徴とする上記のいずれかの請求項に記載の信号到来方向決定方法。
【請求項１０】
該振幅比を計算するステップは、該第１及び第２の振幅値の合計の差分の比を計算するステップをさらに備える、
ことを特徴とする請求項９に記載の信号到来方向決定方法。
【請求項１１】
第１及び第２のＵＷＢ波形の各信号を受信するように構成された１又はそれ以上のアンテナと、
キャリブレーション・データを格納するためのメモリと、
該１又はそれ以上のアンテナによって受信した該第１及び第２のＵＷＢ波形における該信号の先頭部分によってウィンドウを規定し、該ウィンドウ内の該第１及び第２のＵＷＢ波形それぞれについての第１及び第２の振幅値を計算し、該第１及び第２の振幅値の振幅比を計算し、該振幅比を該メモリ内に格納されている信号到来角を決定するためのキャリブレーション・データと比較するように構成された、１又はそれ以上のプロセッサと、
を具備することを特徴とする信号到来方向決定装置。
【請求項１２】
キャリブレーション処理を通じて得られる該キャリブレーション・データは、キャリブレーション信号の先頭部分を基に設定される、
ことを特徴とする請求項１１に記載の信号到来方向決定装置。
【請求項１３】
キャリブレーション処理を通じて得られる該キャリブレーション・データは、早見表に格納される、
ことを特徴とする請求項１２に記載の信号到来方向決定装置。
【請求項１４】
キャリブレーション処理を通じて得られる該キャリブレーション・データは、キャリブレーション・データをプロットして描いたキャリブレーション曲線から導き出された関数として格納される、
ことを特徴とする請求項１２に記載の信号到来方向決定装置。
【請求項１５】
該キャリブレーション・プロセスは自由空間環境下で実施される、
ことを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれかに記載の信号到来方向決定装置。
【請求項１６】
該１又はそれ以上のプロセッサは、さらに該ＵＷＢ送受信機で受信した該第１及び第２のＵＷＢ波形を蓄積するように構成される、
ことを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれかに記載の信号到来方向決定装置。
【請求項１７】
該ウィンドウはサンプル・サイズによって規定される、
ことを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれかに記載の信号到来方向決定装置。
【請求項１８】
該第１及び第２の振幅値は、該ウィンドウ内の該第１及び第２のＵＷＢ波形それぞれについての１又はそれ以上のピーク間の値とＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ：２乗平均の平方根）値である、
ことを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれかに記載の信号到来方向決定装置。
【請求項１９】
該プロセッサは、さらに該第１及び第２の振幅値の差分と該第１及び第２の振幅値の合計を計算するように構成される、
ことを特徴とする請求項１１乃至１８のいずれかに記載の信号到来方向決定装置。
【請求項２０】
該プロセッサは、さらに該第１及び第２の振幅値の合計の差分の比を計算するように構成される、
ことを特徴とする請求項１９に記載の信号到来方向決定装置。
【請求項２１】
ＵＷＢパルスを受信したことに応答して信号を生成する応答機と、
請求項１１乃至２０のいずれかに記載の信号到来方向決定装置として、該応答機によって生成された信号を受信するように構成された送受信機と、
を具備することを特徴とする信号の到来角を決定するためのシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線位置決めシステムに係り、特に、信号到来方向を決定するための方法、装置、並びにシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
モノパルスは、ローブの同時比較としても知られる、放射電波の到来方向（ＤＯＡ：Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｒｒｉｖａｌ）を決定するための技術である。ここで言う放射電波は、例えば送受信機、応答機若しくは立標（ビーコン）といった能動源、あるいは受動源、すなわち自分に当てられた電力の一部を放射するターゲット若しくはスキャッタから発される。以下では、信号到来方向を決定するためのモノパルス技術の動作原理について、図１を参照しながら説明する。
【０００３】
図１には、従来のモノパルス・システム１０の上面図を模式的に示している。図示のモノパルス・システム１０は、ビーコン１２と受信機１４を含んでいる。ビーコン１２は、受信機１４から距離Ｒだけ離間し、受信機１４の光軸ｚに対して角度θだけ傾けて配設されている。位置（Ｒ，θ）にあるビーコン１２は、受信機１４において、まったく同じ第１及び第２のアンテナ・パターンによって受信される。図１に示す第１及び第２のアンテナ・パターンは、連続的なローブによって得られる。図１ではただ１つの受信機しか描いていないが、２つの受信機を用いて実際の同時ビームによって第１のアンテナ・パターン１６及び第２のアンテナ・パターン１８を得ることもできる。ビーコン１２からの信号の到来角θは、第１のアンテナ・パターン１６及び第２のアンテナ・パターン１８の振幅の比較に基づいて推定される。より具体的に言えば、第１のアンテナ・パターン１６及び第２のアンテナ・パターン１８の振幅の合計の差分の比を表す角度推定量Δ／Σを以下の方程式（１）を用いて計算することによって、ビーコン１２からの信号の到来角θが推定される。
【０００４】
【数１】
2008008887.tif 000003
【０００５】
上式（１）において、ｆ1（θ）は第１のアンテナ・パターン１６であり、ｆ2（θ）は第２のアンテナ・パターン１８である。モノパルス技術に関しては、Ｍ．Ｓｈｅｒｍａｎ著 “Ｍｏｎｏｐｕｌｓｅ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ”（Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ  Ｉｎｃ．（１９８４））（非特許文献１）や、Ａ．Ｉ．Ｌｅｏｎｏｖ、Ｋ．Ｉ．Ｆｏｍｉｃｈｅｖ共著“Ｍｏｎｏｐｕｌｓｅ  Ｒａｄａｒ”（Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ  Ｉｎｃ．（１９８６））（非特許文献２）に、詳細にわたって議論されている。
【０００６】
モノパルス技術は、レーダ関連の応用技術に広範に採用されている。特に、視線（Ｌｉｎｅ  ｏｆ  Ｓｉｇｈｔ：ＬＯＳ）条件を持つ長いレンジのレーダ分野において、ターゲットの角度位置を決定するために適用される。しかしながら、ごく最近では、合衆国の連邦通信委員会（Ｆｅｄｅｒａｌ  ＣＯｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ：ＦＣＣ）が超広帯域（Ｕｌｔｒａｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ：ＵＷＢ）の商業利用を認可したことに伴い、室内環境での位置決定に利用するためのＵＷＢに基づくモノパルス・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）。
【０００７】
このＵＷＢに基づく位置決定用モノパルス・システムは、ＵＷＢ送受信機とＵＷＢ参照装置で構成される。参照装置は、送受信機からのＵＷＢパルスを受信したことに応答して、ＵＷＢ応答パルスを生成する。送受信機は、複数のアンテナと、当該送受信機から伝送されたＵＷＢパルスの受信に応答して参照装置からＵＷＢパルスが返された際の、これらのアンテナにおける各受信信号の振幅を計算するための回路を備えている。異なるアンテナでの受信信号振幅を比較することによって、ＵＷＢ応答パルスの到来方向が決定される。
【０００８】
図２には、大きな電波反射物が近接しないオフィス環境下で、従来のＵＷＢ位置決めシステムにおける送受信機で受信される第１の波形２０及び第２の波形２２を示している。第１の波形２０及び第２の波形２２のサンプル（すなわち、同図中のサンプル・インデックスＮ1乃至Ｎ2のサンプル）が、応答パルスの到来方向を決定するための振幅計算に用いられている。ＵＷＢパルスの期間が短いため（典型的には、１乃至２ナノ秒の間）、従来のＵＷＢ位置決めシステムに対して時間切り出し（ｔｉｍｅ−ｇａｔｉｎｇ）を適用することによって、マルチパスの影響を実質的に抑制することができる。したがって、サンプル・インデックスＮ1乃至Ｎ2のサンプルは実質的には直接路信号のみからなる。しかしながら、従来のＵＷＢ位置決めシステムが、壁のような相当な電波反射物と例えば１メートル未満となる近距離で動作するような適用例では、応答パルスの反射物からの鏡反射に起因するマルチパスは重大な振幅となり、直接路信号を干渉しがちである。図３には、従来のＵＷＢ位置決めシステムにおける送受信機がオフィス環境下で壁から至近距離で動作するときに受信した第１の波形２４と第２の波形２６を示している。ここでは、従来の送受信機は壁から４０センチ・メートルだけ離間した場所で動作し、第１の波形２４と第２の波形２６は同送受信機が持つ２本のアンテナで集められたもので、これら２本のアンテナは互いの６０度だけ傾いているものとする。図３に示した第１の波形２４と第２の波形２６は、壁から反射するマルチパスからの干渉のために、ＬＯＳ条件で適用した従来の送受信機で受信された第１の波形２０及び第２の波形２２（図２を参照のこと）とは本質的に相違する。マルチパスの存在は、図３に示したような第１の波形２４と第２の波形２６中からサンプル・インデックスＮ1乃至Ｎ2のサンプルを用いた応答パルスの信号到来方向を推定にエラーを誘発する。
【０００９】
上述したような観点から、マルチパスの影響が厳しい適用例においても、信号の到来方向を実質的に正確に推定することができる方法が望まれている。
【００１０】
【特許文献１】シンガポール国特許出願ＳＧ２００５０４８６６−５
【非特許文献１】Ｍ．Ｓｈｅｒｍａｎ著 “Ｍｏｎｏｐｕｌｓｅ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ”（Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ  Ｉｎｃ．（１９８４））
【非特許文献２】Ａ．Ｉ．Ｌｅｏｎｏｖ、Ｋ．Ｉ．Ｆｏｍｉｃｈｅｖ共著“Ｍｏｎｏｐｕｌｓｅ  Ｒａｄａｒ”（Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ  Ｉｎｃ．（１９８６））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、マルチパスの影響が厳しい適用例においても信号の到来方向を実質的に正確に推定することができる、信号到来方向を決定するための方法、装置、並びにシステムを提供することにある。本発明は、到来方向に用いる信号の先頭部分を好適に利用することによって、マルチパスの存在により誘発されるエラーを実質的に提言するようにしている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の側面は、ＵＷＢ送受信機が持つ１又はそれ以上のアンテナで第１及び第２のＵＷＢ波形を受信するステップと、該第１及び第２のＵＷＢ波形における、該信号の先頭部分によってウィンドウを規定するステップと、該ウィンドウ内の第１及び第２のＵＷＢ波形それぞれについての第１及び第２の振幅値を計算するステップと、該第１及び第２の振幅値の振幅比を計算するステップと、
該振幅比をキャリブレーション・データと比較して、該信号の到来方向を決定するステップを具備することを特徴とする信号到来方向決定方法である。
【００１３】
本発明の第１の側面を実現することによって、上述したように、マルチパスの影響が厳しい適用例においても、信号の到来方向を実質的に正確に推定することができる。
【００１４】
より好ましくは、キャリブレーション処理を通じて得られる該キャリブレーション・データは、キャリブレーション信号の先頭部分を基に設定される。キャリブレーション信号の異なるセグメントを用いたときには、キャリブレーション信号の有効なＵＷＢスペクトラムにおける相違があるからであり、これによって、到来方向をより正確に推定することができる。キャリブレーション処理を通じて得られる該キャリブレーション・データは、早見表の形式で格納してもよいし、あるいは、キャリブレーション・データをプロットして描いたキャリブレーション曲線から導き出された関数として格納するようにしてもよい。キャリブレーション処理は、自由空間環境で実施されることが好ましい。
【００１５】
好ましい実現形態では、ＵＷＢ送受信機で受信される第１及び第２のＵＷＢ波形は、複数のパルスから得られた結果を合計することによって、蓄積される。信号の先頭部分（信号のピーク部分ではない）しか振幅計算に用いないことで、雑音成分を消去しながら信号成分を加算していくことによって、信号対雑音比（ＳＮＲ）の低下を補償することができる。
【００１６】
ウィンドウは、サンプル・サイズによって規定することができる。この場合、第１及び第２の振幅値は、ウィンドウ内の該第１及び第２のＵＷＢ波形それぞれについての１又はそれ以上のピーク間の値とＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ：２乗平均の平方根）値である。
【００１７】
振幅比を計算するステップは、好ましくは、第１及び第２の振幅値の差分と第１及び第２の振幅値の合計を計算するステップを備えている。この場合、振幅比を計算するステップは、該第１及び第２の振幅値の合計の差分の比を計算するステップをさらに備えることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の第２の側面は、第１及び第２のＵＷＢ波形の各信号を受信するように構成された１又はそれ以上のアンテナと、キャリブレーション・データを格納するためのメモリと、該１又はそれ以上のアンテナによって受信した該第１及び第２のＵＷＢ波形における該信号の先頭部分によってウィンドウを規定し、該ウィンドウ内の該第１及び第２のＵＷＢ波形それぞれについての第１及び第２の振幅値を計算し、該第１及び第２の振幅値の振幅比を計算し、該振幅比を該メモリ内に格納されている信号到来角を決定するためのキャリブレーション・データと比較するように構成された、１又はそれ以上のプロセッサを具備することを特徴とする信号到来方向決定装置である。
【００１９】
また、本発明の第３の側面は、ＵＷＢパルスを受信したことに応答して信号を生成する応答機と、上記の信号到来方向決定装置として、該応答機によって生成された信号を受信するように構成された送受信機を具備することを特徴とする信号の到来角を決定するためのシステムである。
【００２０】
本発明の第２及び第３の側面によれば、上述したような本発明の第１の側面に対応する効果を得ることができる。さらに、本発明の第１の側面に関する上述した特徴的な構成を、本発明の第２及び第３の側面にも適用することができる。
【００２１】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の原理の例示を描いた添付図面を参照した後述の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】
【００２２】
添付の図面と関連した以下の詳細な記載は、本発明の実施形態を説明することを意図したものであって、本発明が実現される唯一の形態を表すことを意図したものではない。同一若しくは等価な機能は、本発明の精神と範囲を逸脱しない範囲で包含される他の実施形態によっても実現することができる、ということを十分理解されたい。各図では、同様の構成要素を示すための同一の参照番号が付されている。
【００２３】
図４には、信号の到来方向を決定するためのシステム５０が示されている。同システム５０は、送受信機５２と応答機５４で構成される。送受信機５２は、複数の指向性アンテナ５６と、プロセッサ５８と、キャリブレーション・データを格納するためのメモリ６０を備えている。応答機５４は、全指向性アンテナ６２を備えている。応答機５４からは、ＵＷＢパルスを受信したことに応答して、到来方向を決定するための信号が生成される。隣接する１組の指向性アンテナ５６は、この信号の第１及び第２のＵＷＢ波形をそれぞれ受信するように構成されている。
【００２４】
本明細書で説明する特定の実施形態では、送受信機５２は、ある固定された場所に存在するＵＷＢ受信機であり、応答機５４は移動型のＵＷＢタグである。送受信機５２は、応答機５４の場所を決定するための基準としての役割を持つ。同実施形態における指向性アンテナ５６は、３６０度を網羅するアンテナ・アレーを形成するように配置され且つ相互接続されている。本実施形態では４本の指向性アンテナ５６が示されているが、本発明の要旨は送受信機５２の特定のアンテナ本数に限定されるものではなく、送受信機５２はそれ以下又はそれ以上の本数のアンテナ５６を備えてもよいことを当業者であれば理解できよう。例えば、本実施形態の変形例として、送受信機５２は、３６０度を網羅する単一の回転式アンテナを備えていてもよい。さらに、本発明の要旨は、全指向性アンテナを搭載した応答機に限定されるものではない、ということを十分理解されたい。
【００２５】
システム５０のさまざまな構成要素について言及してきたが、以下では、図４乃至図８を参照しながら、これらの構成要素の動作についてより詳細に説明する。
【００２６】
本実施形態では、応答機５４に対して信号の生成を促すためのＵＷＢパルスが送受信機５２から伝送される。応答機５４は、ＵＷＢパルスを受信したことに応じて、応答ＵＷＢパルス（すなわち、信号）を生成する。
【００２７】
図５には、信号の到来方向を決定するための方法１００を図解した模式的なフロー図を示している。第１のステップ１０２では、ＵＷＢ送受信機５２の第１及び第２のアンテナによってそれぞれ当該信号の第１及び第２のＵＷＢ波形が受信される。図６には、送受信機５２のアンテナ５６によって受信された第１のＵＷＢ波形６４及び第２のＵＷＢ波形６６の一例を示している。第１のＵＷＢ波形６４及び第２のＵＷＢ波形６６は、送受信機５２のアンテナ５６で受信された応答ＵＷＢパルスのサンプルから再現される。
【００２８】
あるいは、アンテナ間の電気的切り替えによって連続的なロービングを実現することができるが、これによって、機械的操作若しくは無線周波数（ＲＦ）混合器を実装することが不要となる。
【００２９】
図４、図５、並びに図６を参照すると、プロセッサ５８は、ステップ１０４において第１及び第２のＵＷＢ波形のウィンドウ６８を規定するように構成されている。図６からも分かるように、ウィンドウ６８は、当該信号の先頭部分において規定されている。マルチパスはさらに長い距離から到来するため、これらの信号は常に直接路信号の後からある時間間隔を置いて到来する。したがって、信号の先頭部分は実質的にマルチパス成分を含んでいない。このように到来方向の決定にはしんごうのせんとうぶぶんをしようすることによって、推定された到来方向に含まれるマルチパス効果に起因した誤差を実質的に回避される。先頭部分は、信号の少なくとも最初から２０％程度で構成することができる。しかしながら、本発明の要旨は信号の先頭部分はかかるサイズに限定されるものではないということを理解されたい。むしろ、信号の先頭部分のサイズは、到来方向決定システム５０がかなり大きな反射物に接近していることに依存する。システム５０がかなり大きな反射物に近づくにつれ、信号の先頭部分のサイズはより小さくなる。
【００３０】
図６から分かるように、ウィンドウ６８は、サンプルのサイズｓ（すなわち、サンプル・インデックスがＮ1´からＮ2´まで）によって規定される。プロセッサ５８は、直接信号とマルチパスが到来する時間遅延τに基づいて、サンプルのサイズｓを決定するように構成されている。さらに、プロセッサ５８は、信号が伝搬する直接路と反射路間の位置ずれ差分ΔＰに基づいて、時間遅延τを決定するように構成されている。位置ずれ差分ΔＰの大きさは、送受信機５２と応答機５４間の位置ずれに依存する。とりわけ、送受信機５２と応答機５４がさらに離れているときには、位置ずれ差分Δｐはより小さくなる。サンプルのサイズｓ、すなわちウィンドウ６８は、送受信機５２と応答機５４間の最大の距離間隔（すなわち、想定し得る位置ずれ差分ΔＰの最小値）に基づいて、あらかじめ決定される。サンプルのサイズｓの決定方法の一例について、図７を参照しながら以下で説明する。
【００３１】
図７には、送受信機５２と応答機５４が、かなり大きな反射物７０（図示の例では壁）に近接した場所で動作している様子を示している。送受信機５２と応答機５４は互いに距離ｄだけ離間しており、また、各々は壁７０からはそれぞれｈ1並びにｈ2だけ離間している。応答機５４によって発された信号は、直接信号並びに壁７０で反射されたマルチパスとして、送受信機５２で受信される。直接信号は、直接路７２を往来して送受信機５２に届き、他方のマルチパスは反射路７４を往来する。信号が伝搬する直接路７２と反射路７４の間の位置ずれ差分ΔＰは、以下の方程式によって表される。
【００３２】
【数２】
2008008887.tif 000004
【００３３】
ここで述べる特定の例では、送受信機５２と応答機５４は互いに３メートルだけ離間し、それぞれ壁７０からは４０センチメートルだけ離れている。この例に上式（２）を適用すると、信号が伝搬する直接路７２と反射路７４の間の位置ずれ差分ΔＰはおおむね１０センチメートルと算出される。
【００３４】
直接信号とマルチパスが到達する間の時間遅延τは、直接路７２と反射路７４間の位置ずれ差分ΔＰに基づいて以下の方程式（３）を用いて決定される。
【００３５】
【数３】
2008008887.tif 000005
【００３６】
但し、上式において、定数ｃは光の速度（すなわち、毎秒３×１０8メートル）である。方程式（３）を適用すると、上記の特定の例について時間遅延τは０．３ナノ秒と算出される。したがって、信号の先頭部分のみでウィンドウ６８が規定されるが、ＵＷＢ信号のパルス幅は典型的には１ナノ秒と短いので、時間遅延τはなおも第１のＵＷＢ波形６４と第２のＵＷＢ波形６６の重要な部分を構成している。
【００３７】
続いて、直接信号とマルチパスが到達する間の時間遅延τに基づいて以下の方程式（４）を用いて、サンプル・サイズｓが決定される。
【００３８】
【数４】
2008008887.tif 000006
【００３９】
上式において、変数ｔはサンプル間隔、すなわち第１のＵＷＢ波形と第２のＵＷＢ波形における連続するサンプル間の時間差分である。サンプル間隔がサンプル当たり３．２ピコ秒とするこの場合の例に方程式（４）を適用すると、ウィンドウ６８はおよそ９０サンプルからなるサンプル・サイズｓによって規定されると算出される。
【００４０】
後続の振幅計算には信号の先頭部分（典型的には、信号のピーク部分ではない）しか用いられないことに伴う信号対雑音比（ＳＮＲ）の低減を補償するために、プロセッサ５８は、送受信機５２で受信した第１のＵＷＢ波形６４及び第２のＵＷＢ波形６６を蓄積するように構成されている。すなわち、プロセッサ５８は、送受信機５２で複数回にわたり受信した各サンプルを合計する。雑音が典型的には乱雑であるのに対し信号は安定しているので、サンプルを合計して信号を蓄積することによって雑音がキャンセルされる。これによってＳＮＲが向上する。１つの実施形態では、１６回だけサンプルが合計される。これは、ＳＮＲがおよそ２４デシベルだけ向上することに相当する。
【００４１】
再び図４、図５、並びに図６を参照しながら説明すると、プロセッサ５８は、ステップ１０６において、ウィンドウ６８内の第１のＵＷＢ波形６４と第２のＵＷＢ波形６６それぞれについての第１の振幅値Ａ1及び第２の振幅値Ａ2を計算するように構成されるとともに、ステップ１０８において、第１の振幅値Ａ1及び第２の振幅値Ａ2の振幅比Ｓを計算するように構成されている。さらに詳しくは、プロセッサ５８は、第１の振幅値Ａ1及び第２の振幅値Ａ2の間の差分Ａ1−Ａ2と、第１の振幅値Ａ1及び第２の振幅値Ａ2の合計Ａ1＋Ａ2と、第１の振幅値Ａ1及び第２の振幅値Ａ2の差分Ａ1−Ａ2と合計Ａ1＋Ａ2との比Ｓを計算するように構成されている。振幅比Ｓは以下の方程式（５）で表される。
【００４２】
【数５】
2008008887.tif 000007
【００４３】
第１の振幅値Ａ1及び第２の振幅値Ａ2は、ウィンドウ６８内の第１のＵＷＢ波形６４と第２のＵＷＢ波形６６それぞれの１又はそれ以上のピーク間の値や、ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ：２乗平均の平方根）であってもよい。
【００４４】
図４、図５、並びに図６を参照しながら説明すると、プロセッサ５８は、ステップ１１０において、振幅比Ｓをメモリ６０に格納されたキャリブレーション・データと比較して、信号の到来方向を決定するようにさらに構成されている。キャリブレーション・データは、別個のキャリブレーション・プロセスから得られる。１つの実施形態では、キャリブレーション・プロセスは、自由空間環境下で実施される。キャリブレーション・プロセスを通じて得られたキャリブレーション・データは、早見表、あるいはキャリブレーション・データをプロットして描いたキャリブレーション曲線から導き出された関数として格納してもよい。
【００４５】
図８には、第１のキャリブレーション曲線７６と第２のキャリブレーション曲線７８を示している。さらに詳しくは、図８には、キャリブレーション・データを直線並びに５次の曲線に当てはめている。第１のキャリブレーション曲線７６と第２のキャリブレーション曲線７８はともに、同じキャリブレーション信号から導き出されたキャリブレーション・データでプロットしたものである。しかしながら、第１のキャリブレーション曲線７６は、キャリブレーション信号の先頭部分から設定されたキャリブレーション・データでプロットしたものであるのに対し（すなわち、８８サンプルのウィンドウで規定される）、第２のキャリブレーション曲線７８はキャリブレーション信号のスペクトラム全体から設定されたキャリブレーション・データでプロットしたものである（すなわち、４０８サンプルのウィンドウで規定される）。４０８サンプルからなる大きい方のウィンドウは、ＵＷＢキャリブレーション信号の先頭部分に適用された８８サンプルからなる小さい方のウィンドウと比較すると、ＵＷＢスペクトラムのより広い範囲をカバーする。指向性アンテナ５６のアンテナ・パターンはキャリブレーション信号のＵＷＢスペクトラムに依存するので、キャリブレーション信号の異なるセグメントを使用するときには、送受信機５２の指向性アンテナ５６の有効なアンテナ・パターンは異なる。したがって、図８を見て分かるように、第１のキャリブレーション曲線７６と第２のキャリブレーション曲線７８の間には顕著な相違がある。キャリブレーション信号の先頭部分から設定されたキャリブレーション・データを用いることによって、信号の到来方向をより正確に推定することができる。
【００４６】
本明細書では、本発明のより好ましい実施形態について図解と記述を目的として説明してきたが、これは本発明を網羅したり開示した形態に限定したりすることを意図したものではない。本発明の広義の概念から逸脱しない範囲で、上述した実施形態に対して修正を成し得ることは当業者であれば理解することができよう。例えば、上述した実施形態では、ただ１つのプロセッサをただ1つしか示していないが、本発明の要旨は送受信機のプロセッサの個数に限定されるものではないということを当業者であれば理解できよう。すなわち、第１及び第２のＵＷＢ波形におけるウィンドウを規定し、第１及び第２の振幅値を計算し、振幅比をキャリブレーション・データと比較して信号の到来方向を決定するという各ステップを、送受信機内の１又はそれ以上のプロセッサで実行するようにしてもよい。本明細書では本発明を壁際に配置されたシステムに適用した場合について説明したが、例えば地面に隣接しあるいは机上に設置されたシステムなど、さらにその他の設置環境に本発明を適用することができるということを理解されたい。要するに、本発明は本明細書で開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で規定されているように、本発明の精神及び意図を逸脱しない範囲での変更も本発明に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、従来のモノパルス・システム１０の模式的な上面図である。
【図２】図２は、大きな電波反射物が近接しないオフィス環境下で、従来のＵＷＢ位置決めシステムにおける送受信機で受信される第１の波形２０及び第２の波形を示した図である。
【図３】図３は、従来のＵＷＢ位置決めシステムにおける送受信機がオフィス環境下で壁から至近距離で動作するときに受信した第１の波形２４と第２の波形２６を示した図である。
【図４】図４は、信号の到来方向を決定するためのシステム５０を示した図である。
【図５】図５は、信号の到来方向を決定するための方法１００を図解した模式的なフロー図である。
【図６】図６は、図４に示した送受信機５２のアンテナ５６によって受信された第１及び第２のＵＷＢ波形の一例を示した図である。
【図７】図７は、送受信機５２と応答機５４が、かなり大きな反射物７０（図示の例では壁）に近接した場所で動作している様子を示した図である。
【図８】図８は、本発明に実施形態に係る第１及び第２のキャリブレーション曲線を示した図である。
【符号の説明】
【００４８】
５０…信号到来方向決定システム
５２…送受信機
５４…応答機
５６…指向性アンテナ
５８…プロセッサ
６０…メモリ
６２…全指向性アンテナ
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図８】
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【外国語明細書】
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