(57)【要約】【課題】  物体間で極めて微弱なインパルス列の通信を利用して物体間の相対的な位置変化を検出する。【解決手段】  受信機は、受信パルス幅以上の幅を持つ、受信パルス幅の半分Δずつタイミングがずれた３種類のテンプレート波形ｌ（ｔ−Δ）、ｌ（ｔ）、ｌ（ｔ＋Δ）を受信波形と乗算する。受信波形とタイミングが一致するテンプレート波形ｌ（ｔ）との乗算の積分は０となり、これよりもパルス幅半分だけタイミングが早いテンプレート波形ｌ（ｔ−Δ）との乗算の積分は負、パルス幅半分だけタイミングが遅いテンプレート波形ｌ（ｔ＋Δ）との乗算の積分は正となる。【選択図】  図８
2005303886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線信号を用いて物体間の相対的な位置変化を検出する位置特定システムであって、
正負のパルス成分の組み合わせからなり所定のパルス幅を持つ一対のパルス信号を送信する送信機と、
前記パルス幅の半分ずつずれた複数のテンプレート信号を生成し、前記送信機からのパルス信号の受信波形と各テンプレート信号との相関をとり、各テンプレート信号における相関結果が特定のパターンとなることにより同期を獲得するとともに、同期を獲得する際のタイミング調整量に基づいて送受信機間の距離の変化を検出する受信機と、
を具備することを特徴とする位置特定システム。
【請求項２】
前記受信機は、前記パルス幅以上の長さを持つテンプレート信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の位置特定システム。
【請求項３】
前記受信機は、デジタル矩形波からなるテンプレート信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の位置特定システム。
【請求項４】
受信パルス幅以上の幅を持つ、受信パルス幅の半分Δずつタイミングがずれた３種類のテンプレート波形ｌ（ｔ−Δ）、ｌ（ｔ）、ｌ（ｔ＋Δ）をそれぞれ受信波形と乗算し積分した結果ｄ（−Δ）、ｄ（０）、ｄ（Δ）が特定のパターンとなるタイミングを探索することにより同期を獲得する、
ことを特徴とする請求項１に記載の位置特定システム。
【請求項５】
ｄ（−Δ）＜０、ｄ（０）＝０、ｄ（Δ）＞０になったことにより同期の獲得を検出し、ｄ（−Δ）＝０、ｄ（０）＞０、ｄ（Δ）＝０であればテンプレート信号の同期タイミングを遅め、ｄ（−Δ）＝０、ｄ（０）＜０、ｄ（Δ）＜０であれば同期タイミングを早める、
ことを特徴とする請求項１に記載の位置特定システム。
【請求項６】
送信機との間の相対的な位置変化を検出する受信機であって、
送信機から送信される、正負のパルス成分の組み合わせからなり所定のパルス幅を持つ一対のパルス信号を受信する受信手段と、
前記パルス幅の半分ずつずれた複数のテンプレート信号を生成するテンプレート信号生成手段と、
前記送信機からのパルス信号の受信波形と各テンプレート信号との相関をとる相関処理手段と、
各テンプレート信号における相関結果が特定のパターンとなることにより同期を獲得する同期獲得手段と、
前記同期獲得手段により同期を獲得する際のタイミング調整量に基づいて送受信機間の距離の変化を検出する測距手段と、
を具備することを特徴とする受信機。
【請求項７】
前記テンプレート信号生成手段は、前記パルス幅以上の長さを持つテンプレート信号を生成する、
ことを特徴とする請求項６に記載の受信機。
【請求項８】
前記テンプレート信号生成手段は、デジタル矩形波からなるテンプレート信号を生成する、
ことを特徴とする請求項６に記載の受信機。
【請求項９】
前記テンプレート信号生成手段は、受信パルス幅以上の幅を持つ、受信パルス幅の半分Δずつタイミングがずれた３種類のテンプレート波形ｌ（ｔ−Δ）、ｌ（ｔ）、ｌ（ｔ＋Δ）を生成し、
前記相関処理手段は、該３種類のテンプレート波形ｌ（ｔ−Δ）、ｌ（ｔ）、ｌ（ｔ＋Δ）と受信波形との乗算結果をそれぞれ時間積分し、
前記同期獲得手段は、それぞれの乗算の積分結果ｄ（−Δ）、ｄ（０）、ｄ（Δ）が特定のパターンとなるタイミングを探索することにより同期を獲得する、
ことを特徴とする請求項６に記載の受信機。
【請求項１０】
前記同期獲得手段は、ｄ（−Δ）＜０、ｄ（０）＝０、ｄ（Δ）＞０になったことにより同期の獲得を検出し、ｄ（−Δ）＝０、ｄ（０）＞０、ｄ（Δ）＝０であればテンプレート信号の同期タイミングを遅め、ｄ（−Δ）＝０、ｄ（０）＜０、ｄ（Δ）＜０であれば同期タイミングを早める、
ことを特徴とする請求項９に記載の受信機。
【請求項１１】
送信機との間の相対的な位置変化を検出するための受信方法であって、
送信機から送信される、正負のパルス成分の組み合わせからなり所定のパルス幅を持つ一対のパルス信号を受信する受信ステップと、
前記パルス幅の半分ずつずれた複数のテンプレート信号を生成するテンプレート信号生成ステップと、
前記送信機からのパルス信号の受信波形と各テンプレート信号との相関をとる相関処理ステップと、
各テンプレート信号における相関結果が特定のパターンとなることにより同期を獲得する同期獲得ステップと、
前記同期獲得ステップにおいて同期を獲得する際のタイミング調整量に基づいて送受信機間の距離の変化を検出する測距ステップと、
を具備することを特徴とする受信方法。
【請求項１２】
前記テンプレート信号生成ステップでは、前記パルス幅以上の長さを持つテンプレート信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の受信方法。
【請求項１３】
前記テンプレート信号生成ステップでは、デジタル矩形波からなるテンプレート信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の受信方法。
【請求項１４】
前記テンプレート信号生成ステップでは、受信パルス幅以上の幅を持つ、受信パルス幅の半分Δずつタイミングがずれた３種類のテンプレート波形ｌ（ｔ−Δ）、ｌ（ｔ）、ｌ（ｔ＋Δ）を生成し、
前記相関処理ステップでは、該３種類のテンプレート波形ｌ（ｔ−Δ）、ｌ（ｔ）、ｌ（ｔ＋Δ）と受信波形との乗算結果をそれぞれ積分し、
前記同期獲得ステップでは、それぞれの乗算の積分結果ｄ（−Δ）、ｄ（０）、ｄ（Δ）が特定のパターンとなるタイミングを探索することにより同期を獲得する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の受信方法。
【請求項１５】
前記同期獲得ステップでは、ｄ（−Δ）＜０、ｄ（０）＝０、ｄ（Δ）＞０になったことにより同期の獲得を検出し、ｄ（−Δ）＝０、ｄ（０）＞０、ｄ（Δ）＝０であればテンプレート信号の同期タイミングを遅め、ｄ（−Δ）＝０、ｄ（０）＜０、ｄ（Δ）＜０であれば同期タイミングを早める、
ことを特徴とする請求項１４に記載の受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体間の相対的な位置変化を検出する位置特定システムに係り、特に、微弱無線を用いて物体間の相対的な位置変化を検出する位置特定システム、並びに受信機及び受信方法及び受信方法及び受信方法に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、物体間で極めて微弱なインパルス列を通信することを利用して相対的な位置変化を検出する位置特定システム、並びに受信機及び受信方法及び受信方法及び受信方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ＬＡＮを始めとするコンピュータ・ネットワーキングにより、情報資源の共有や機器資源の共有を効率的に実現することができる。ここで、旧来の有線方式によるＬＡＮ配線からユーザを解放するシステムとして、無線ＬＡＮが注目されている。無線ＬＡＮによれば、オフィスなどの作業空間において、有線ケーブルの大半を省略することができるので、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの通信端末を比較的容易に移動させることができる。
【０００４】
近年では、無線ＬＡＮシステムの高速化、低価格化に伴い、その需要が著しく増加してきている。特に、人の身の回りに存在する複数の電子機器間で小規模な無線ネットワークを構築して情報通信を行なうために、パーソナル・エリア・ネットワーク（ＰＡＮ）の導入が検討されている。例えば、２．４ＧＨｚ帯や、５ＧＨｚ帯など、監督官庁の免許が不要な周波数帯域を利用して、異なった無線通信システム並びに無線通信装置が規定されている。
【０００５】
また、近年、「ウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）通信」と呼ばれる、極めて微弱なインパルス列に情報を載せて無線通信を行なう方式が、近距離超高速伝送を実現する無線通信システムとして注目され、その実用化が期待されている。
【０００６】
米国では、２００２年２月にＦＣＣ（Ｆｅｄｅｒａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ：米国連邦通信委員会）がＵＷＢシステム関する規制緩和を行なった（例えば、非特許文献１を参照のこと）。規制緩和の内容としては３．１ＧＨｚから１０．６ＧＨｚまで−４１．３［ｄＢｍ］の出力の電波を放射することを許可するものである（図１０を参照のこと）。現在、ＩＥＥＥ８０２．１５．３などにおいて、ウルトラワイドバンド通信のアクセス制御方式として、プリアンブルを含んだパケット構造のデータ伝送方式が考案されている（例えば、非特許文献２を参照のこと）。
【０００７】
一方、ＵＷＢシステムは、超極細パルスを用いることにより高い時間分解能を持ち、この性質を使ってレーダやポジショニングを行なう「測距（Ｒａｎｇｉｎｇ）」をすることが可能である。特に、最近のＵＷＢ通信では、１００Ｍｂｐｓ超の高速データ伝送と元来の測距機能を併せ持つことができる（例えば、特許文献１を参照のこと）。
【０００８】
将来、ＵＷＢに代表される近距離通信のＷＰＡＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ）はあらゆる家電品やＣＥ（Ｃｏｎｓｕｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）機器に搭載されることが予想される。したがって、高速データ伝送とは別に、測距による位置情報の利用、例えばナビゲーションや近距離通信（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：ＮＦＣ）のような無線の付加価値を生むことが考えられ、高速データ伝送とともに測距機能も実装することが望ましいと思料される。
【０００９】
【特許文献１】特表２００２−５１７００１号公報
【非特許文献１】佐々木重信、井家上哲史、眞田幸俊共著「ＵＷＢシステムと技術に関する国際会議（ＵＷＢＳＴ２００２）報告」（ＳＳＴ２００２−１９，２００２年７月）
【非特許文献２】ｈｔｔｐ：／／ｇｒｏｕｐｅｒ．ｉｅｅｅ．ｏｒｇ／ｇｒｏｕｐｓ／８０２／１５／ｐｕｂ／ＳＧ４ａ．ｈｔｍｌ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、物体間で極めて微弱なインパルス列の通信を利用して物体間の相対的な位置変化を検出することができる、優れた位置特定システム、並びに受信機及び受信方法及び受信方法及び受信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、無線信号を用いて物体間の相対的な位置変化を検出する位置特定システムであって、
正負のパルス成分の組み合わせからなり所定のパルス幅を持つ一対のパルス信号を送信する送信機と、
前記パルス幅の半分の長さだけずれた複数のテンプレート信号を生成し、前記送信機からのパルス信号の受信波形と各テンプレート信号との相関をとり、各テンプレート信号における相関結果が特定のパターンとなることにより同期を獲得するとともに、同期を獲得する際のタイミング調整量に基づいて送受信機間の距離の変化を検出する受信機と、
を具備することを特徴とする位置特定システムである。
【００１２】
但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
【００１３】
ここで、受信機は、送信機から送られてくるパルス信号のパルス幅以上の長さを持つテンプレート信号を生成する。
【００１４】
受信機は、受信パルス幅以上の幅を持つテンプレート波形を用いて受信波形との相関処理を行なうが、受信信号の復号することを特に目的としておらず、パルスの存在のみを検出すればよいことから、問題はない。また、テンプレート波形を受信パルス幅以上とすることにより、低クロック駆動の回路でテンプレート波形を構成することができ、低消費電力化を図ることができる。
【００１５】
また、受信機は、パルス幅以上の長さを持つテンプレート信号を、デジタル矩形波として生成するようにしてもよい。
【００１６】
このような場合、テンプレート波形を生成する符号発生回路をデジタル回路で構成することができる。したがって、符号発生回路をアナログ回路で構成した場合におけるような、微分器の調整などの問題を解消することができる。また、符号発生回路をデジタル回路で構成することにより、クロックの高速化による高精度化や回路規模など、プロセス技術の恩恵を受けることができる。
【００１７】
本発明に係る位置特定システムにおいて、受信機は、受信パルス幅以上の幅を持つ、受信パルス幅の半分Δずつタイミングがずれた３種類のテンプレート波形ｌ（ｔ−Δ）、ｌ（ｔ）、ｌ（ｔ＋Δ）を生成し、それぞれを受信波形と乗算し、さらに時間積分する。このような場合、受信したパルス波とタイミングが一致するテンプレート波形ｌ（ｔ）との乗算の積分ｄ（０）は０となるが、これよりもパルス幅半分だけタイミングが早いテンプレート波形ｌ（ｔ−Δ）との乗算の積分ｄ（−Δ）は負、パルス幅半分だけタイミングが遅いテンプレート波形ｌ（ｔ＋Δ）との乗算の積分ｄ（Δ）は正となる。このような特性を利用して、同期獲得を行なうことができる。
【００１８】
すなわち、ｄ（−Δ）＜０、ｄ（０）＝０、ｄ（Δ）＞０（あるいは、ｄ（−Δ）＞０、ｄ（０）＝０、ｄ（Δ）＜０）というパターンになったことにより、同期の獲得を検出することができる。また、ｄ（−Δ）＝０、ｄ（０）＞０、ｄ（Δ）＝０であればテンプレート信号のタイミングを遅め、ｄ（−Δ）＝０、ｄ（０）＜０、ｄ（Δ）＜０であれば逆にのタイミングを早めるようにすればよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、物体間で極めて微弱なインパルス列の通信を利用して物体間の相対的な位置変化を検出することができる、優れた位置特定システム、並びに受信機及び受信方法及び受信方法及び受信方法を提供することができる。
【００２０】
本発明に係る位置検出システムによれば、送信機側は、ＵＷＢ送信機に比べ、パルス発生器と、フィルタと、増幅器とが省略され、アンテナの構成を簡素にすることができる。すなわち、装置の設計・製造コストやサイズを削減するという効果が得られる。
【００２１】
また、本発明に係る位置検出システムによれば、受信機側は、受信パルスとの同期獲得を行なうための相関処理用のテンプレート波形として、デジタル回路により生成した矩形波信号を直接用いることができる。これにより、設計や制御が困難となるアナログ回路部分を削減した受信機構成とすることにより、設計・製作コストを削減できるとともに、位置特定のための制御を簡素化することができる。
【００２２】
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】
【００２３】
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。
【００２４】
本発明は、物体間の相対的な位置変化を検出する位置特定システムに係り、より具体的には、物体間で極めて微弱なインパルス列を無線通信することより物体間の相対的な位置変化を検出する位置特定システムに関する。
【００２５】
図１には、一般的なＵＷＢシステム用送信機の構成例を模式的に示している。図示の送信機は、クロック発生器１と、ＰＮ信号発生器２と、パルス発生器３と、フィルタ４と、増幅器５と、インピーダンス・マッチング回路６と、アンテナ７で構成される。この送信機構成によれば、物体間で極めて微弱なインパルス列に情報を載せて無線通信を行なうことにより物体間の相対的な位置変化を検出することができる。
【００２６】
まず、クロック発生器１からは、所定周波数のクロック信号が発生される。ＰＮ信号発生器２は、クロック発生器１の出力する所定周波数のクロック信号を用い、既知のＰＮ符号に従って矩形波を発生する。送信データがあるときには、送信データによってＰＮ符号が変調される。パルス発生器３は、ＰＮ信号発生器２から入力されるデジタル信号を表わすパルス信号を出力する。パルス変調の方式としては、パルスの位相に変化を加えることで送信データの０／１を表現する位相変調や、パルスの位置に変化を加えることで多値を表現するタイミング変調などが用いられる。フィルタ４は、パルス発生器３から出力されるパルス列を入力し、例えばＦＣＣ規制（図１０を参照のこと）に適合する周波数の信号成分だけを取り出す。そして、フィルタ４の出力は、増幅器５により増幅され、さらにインピーダンス・マッチング回路６によりマッチング処理が施された後、アンテナ７を介して無線伝送路に送出される。
【００２７】
ＵＷＢ伝送方式では、所定のパルス幅のインパルス列を所定のパルス周期で繰り返して送信することにより、ある情報ビットを構成する信号列が示される。図２には、図１に示した送信機から送出される送信信号の波形例を示している。
【００２８】
ここで、ＦＣＣのＵＷＢに関する規制に適合するために３．１ＧＨｚから１０．６ＧＨｚという高周波数の信号を発生しなければならない。このため、図１に示した送信機回路の構成では、パルス発生器３により高周波数パルスを生成しなければならず消費電力が増大する。また、ＦＣＣ規制に適合する信号成分を取り出すためにフィルタ４を通さなければならず、送信電力ロスが大きい、という問題がある。
【００２９】
図３には、ＵＷＢシステム用送信機についての他の構成例を模式的に示している。図示の送信機は、クロック発生器１と、ＰＮ信号発生器２と、インピーダンス・マッチング回路６と、アンテナ７で構成される。
【００３０】
まず、クロック発生器１からは、所定周波数のクロック信号が発生される。ＰＮ信号発生器２は、クロック発生器１の出力する所定周波数のクロック信号を用い、既知のＰＮ符号に従って矩形波を発生する。
【００３１】
発生された矩形波は、インピーダンス・マッチング回路６によりマッチング処理が施された後、アンテナ７を介して無線伝送路に送出される。
【００３２】
ここで、アンテナ７には、送信信号を波形成形するという一般的な性質がある。例えば、ダイポール・アンテナなどのキャパシタンス型のアンテナの場合、入力された信号を微分出力するという特性がある。
【００３３】
したがって、ＰＮ信号発生器２により出力される矩形波形が図４に示す通りであったとすると、キャパシタンス型のアンテナ７により送出することにより、微分により矩形のエッジ部分が強調され、図５に示す通りとなる。すなわち、パルス発生器を用いなくとも、ＰＮ符号又はこれに代わる既知のデジタル信号からアンテナ７による波形成形でパルスを出力することができる。
【００３４】
図２に示す送信機構成では、図１に示したＵＷＢ送信機に比べ、パルス発生器３と、フィルタ４と、増幅器５とが省略されているという点に充分留意されたい。フィルタ４がないことにより、ＦＣＣ規制に適合する周波数の信号成分だけを取り出すことはできないが、このこと自体は日本の規制には反しない。
【００３５】
図１０からも分かるように、ＦＣＣにおけるＵＷＢ規制と相違し、日本国内では放射周波数の制限がないため、送信機のフィルタが不要であり、また、アンテナの構成を簡素にすることができる。そして、ＰＮ信号発生器の矩形波出力をそのままアンテナより放射することにより、微弱なパルス信号を送出することが可能である。すなわち、システムのコストやサイズを削減するという効果が得られる。また、図３に示した送信機は、搬送波を使用しないことから、従来のＣＤＭＡとも相違する。
【００３６】
一方、受信機側では、図１又は図２に示した送信機から出力された微弱なパルス信号を受信し、復調・復号処理を施すことで、送信機との相対的な位置変化を検出することができる。
【００３７】
図６には、位置特定システムの受信機側の構成例を模式的に示している。図示の通り、受信機は、アンテナ１１と、フィルタ１２と、低雑音アンプ１３と、相関器１４と、アンプ１５と、テンプレート波形発生器１６と、積分器１７と、クロック発生器１８と、ＰＮ符号発生器１９とで構成される。
【００３８】
アンテナ１１で受信された信号は、フィルタ１２を通過して送信パルス信号成分以外の周波数成分が除去される。フィルタ１２を通過した信号は、さらに低雑音アンプ１３によって増幅され、相関器１４の第１の端子に入力される。
【００３９】
他方、クロック発生器１８からは所定周波数のクロック信号が出力されるとともに、ＰＮ符号発生器１９からは送信機側と共通となるＰＮ符号又はこれに代わる既知のデジタル信号が出力される。テンプレート波形発生器１６は、アナログ回路で構成されるが、これらクロック信号並びにＰＮ符号などのデジタル矩形信号に基づいて、受信波形と相関をとるためのアナログ的なテンプレート波形を生成する。クロック発生器１８は、ＶＣＴＣＸＯ（電流制御発振器）などの周波数可変型のクロック発生器であるとする。
【００４０】
相関器１４では、第１の端子から入力される受信波形と、第２の端子から入力されるテンプレート波形を乗算し、その結果をアンプ１５に出力する。アンプ１５はこの出力信号を増幅し、積分器１７はさらにこれを時間積分して、積分値を出力し、これをクロック発生器１８に帰還する。
【００４１】
受信波形とテンプレート波形との相関は、受信波形とテンプレート波形とのタイミングのずれ量に相当することから、クロック発生器１８では、積分器１７からの積分出力に従って、相関値がゼロとなるようにクロック発生タイミングを調整する。
【００４２】
図７（ａ）には、受信機において受信した信号の波形を示している。また、図７（ｂ）には、受信機において受信波形と相関処理を行なうために生成されたテンプレート波形の例を示している。また、図７（ｃ）には、相関器１４より出力される、受信波形とテンプレート波形との相関出力を示している。
【００４３】
ここで、受信波形を時間の関数ｒ（ｔ）と表すと、テンプレート波形ｌ（ｔ）は、ｌ（ｔ）＝ｒ（ｔ−Δ）−ｒ（ｔ＋Δ）として表される。ここで、δは受信波形とテンプレート波形とのタイミングのずれ量である。受信波形とテンプレート波形との相関は、受信波形とテンプレート波形とのタイミングのずれ量に相当し、相関器１４の出力ｄ（Δ）は下式のように表される。
【００４４】
【数１】
2005303886.tif 000003
【００４５】
図７（ｃ）に示すように、受信パルス波形はテンプレート波形のタイミングが一致（同期）すれば、相関器１４の出力波形は０になる。したがって、積分器１７の出力のゼロクロス点をトラッキングし、積分器１７の出力が正の値を示すときにはクロック発生器１８のタイミングを早め、また、負の値を示すときにはタイミングを遅らせる、という操作を行なうことにより、同期を獲得することができる。
【００４６】
このような制御ループは遅延ロック・ループと呼ばれる。テンプレート波形と受信波形との間で相関がとられ、パルス位置並びに位相の同期が獲得されると、遅延ロック・ループでは同期の保持を行なう。
【００４７】
これに対し、送信機と受信機の間の距離が変化すると、再びテンプレート波形と受信波形との間でタイミングのずれが発生する。すなわち、タイミングのずれ量は送受信機間の相対位置の変化量に相当する。このクロック発生タイミングの調整量を取り出して、送受信機間の距離の変化を測定することができる。例えば、ある時点で送信機と受信機間で同期タイミングのキャリブレーションを行なった後、タイミングのずれを継続的に測定していくことにより、受信機に対する送信機の位置移動を検出若しくはトラッキングを行なうことができる。これがＵＷＢ通信を用いた位置特定システムの仕組みである。
【００４８】
ここで、図６に示した受信機においては、テンプレート波形発生器１６は、アナログ回路で構成され、クロック信号並びにＰＮ符号などのデジタル矩形信号に基づいて、受信波形と相関をとるためのアナログ的なテンプレート波形を生成する（アナログ的なパルス波形を生成する点については、例えば、米国特許第５，３６５，２４０号公報を参照のこと）。ところが、アナログ回路は設計が難しく、また、この場合は微分器の調整など制御が困難となり、受信機側で機器設計や製作のコストが増大する、という問題がある。因みに、図３に示した送信機においては、アンテナが微分器の役割を実質的に果たしていることから、微分されたパルス波形を送信するためのアナログ回路部分が削減されている。
【００４９】
図８には、位置特定システムの受信機についての他の構成例を模式的に示している。図示の通り、受信機は、アンテナ２１と、フィルタ２２と、低雑音アンプ（ＬＮＡ）２３と、乗算器２４と、アンプ２５と、積分器２６と、クロック発生器２７，符号発生器２８とで構成される。図示の受信機は、テンプレート波形生成のためのアナログ回路部分が省力されているという点で、図６に示した受信機とは大いに相違する。また、図８に示す受信機は、送信機との相対的な位置変化を検出することを主目的として構成され、受信信号を復調・復号処理を施してデータを復元することは特に考慮されていない。また、送信機からは、図２又は図５に示したように、正負の各成分を持つ一対のパルス信号を単位として送信するものとする。
【００５０】
アンテナ２１で受信した信号は、フィルタ２２を通過し、送信パルス信号成分以外の周波数成分が除去される。フィルタ２２を通過した信号は、低雑音アンプ２３によって増幅され、乗算器４の第１の端子に入力される構成される。
【００５１】
他方、クロック発生器２６からは所定周波数のクロック信号が出力され、符号発生器２８に入力される。クロック発生器２６は、ＶＣＴＣＸＯ（電流制御発振器）などの周波数可変型のクロック発生器であるとする。符号発生器２８は、デジタル回路で構成され、送信機から送信される正負成分を持つ一対のパルス信号のパルス幅の半分ずつタイミングがずれた、受信パルス幅以上の幅を持つ３種類のデジタル矩形波からなるテンプレート信号を発生する。そして、符号発生器２８の出力は、乗算器２４の第２の端子に入力される。
【００５２】
乗算器２４では、第１の端子から入力される受信波形と、第２の端子から入力されるタイミングがずれた３種類のテンプレート波形をそれぞれ乗算し、第３の端子より出力する。乗算器２４の出力はアンプ２５によって増幅され、さらに積分器２６によって時間積分し、これをクロック発生器２７に帰還する。
【００５３】
クロック発生器２７は、積分器６の出力に従って、クロック発生タイミングを調整する。このタイミング調整量により送受信期間の距離を測定する。このクロック発生タイミングを調整する仕組みについて、図９に示した受信機内の動作タイミング・チャートを参照しながら説明する。
【００５４】
図９最上段は、送信機からの受信信号ｒを示している。上述したように、送信機からは、正負の各成分を持つ一対のパルス信号を単位として送信される。一対のパルス信号は、図示のように正、負の順で構成される他、負、正の順で構成されていてもよい。
【００５５】
これに対し、受信機側では、符号発生器２８が、送信機から送信されるパルス信号のパルス幅の半分に相当する時間Δずつタイミングがずれた、３種類のテンプレート信号ｌ（ｔ−Δ）、ｌ（ｔ）、ｌ（ｔ＋Δ）を発生する。これら各テンプレート信号は、図８の第２〜第４段に示すように、デジタル矩形波からなり、受信パルス幅以上の幅を持つ。
【００５６】
そして、乗算器２４では、送信機から送られるパルス信号の受信波形と、受信パルス幅の半分Δずつタイミングがずれた３種類のテンプレート波形ｌ（ｔ−Δ）、ｌ（ｔ）、ｌ（ｔ＋Δ）をそれぞれ乗算する。乗算器２４の出力はアンプ２５によって増幅され、積分器２６によって時間積分し、以下に示すような３種類の積分結果を出力する。
【００５７】
【数２】
2005303886.tif 000004
【００５８】
ここで、符号発生器２８が生成するテンプレート波形は、受信パルス幅以上の幅を持つことから、受信したパルス波とタイミングが一致するテンプレート波形ｌ（ｔ）との乗算の積分は０となり、これよりもパルス幅半分だけタイミングが早いテンプレート波形ｌ（ｔ−Δ）との乗算の積分は負、パルス幅半分だけタイミングが遅いテンプレート波形ｌ（ｔ＋Δ）との乗算の積分は正となる。
【００５９】
【数３】
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【００６０】
積分器２７の出力のゼロクロス点をトラッキングして、受信信号との同期タイミングを獲得する。この際、受信パルス幅の半分Δずつタイミングがずれた３種類のテンプレート波形ｌ（ｔ−Δ）、ｌ（ｔ）、ｌ（ｔ＋Δ）と受信波形との乗算の３種類の積分結果が上式に示すように、ｄ（−Δ）＜０、ｄ（０）＝０、ｄ（Δ）＞０（あるいは、ｄ（−Δ）＞０、ｄ（０）＝０、ｄ（Δ）＜０）というパターンになったことにより、同期の獲得を検出することができる。
【００６１】
また、ｄ（−Δ）＝０、ｄ（０）＞０、ｄ（Δ）＝０であれば、クロック発生器２７のテンプレート信号のタイミングを遅め、ｄ（−Δ）＝０、ｄ（０）＜０、ｄ（Δ）＜０であれば、逆にクロック発生器２７のタイミングを早める。
【００６２】
このように、遅延ロック・ループにより、テンプレート波形と受信波形との間で相関がとられ、パルス位置並びに位相の同期が獲得されると、遅延ロック・ループでは同期の保持を行なう。
【００６３】
これに対し、送信機と受信機の間の距離が変化すると、再びテンプレート波形と受信波形との間でタイミングのずれが発生する。すなわち、タイミングのずれ量は送受信機間の相対位置の変化量に相当する。このクロック発生タイミングの調整量を取り出して、送受信機間の距離の変化を測定することができる。例えば、ある時点で送信機と受信機間で同期タイミングのキャリブレーションを行なった後、タイミングのずれを継続的に測定していくことにより、受信機に対する送信機の位置移動を検出若しくはトラッキングを行なうことができる。
【００６４】
上述したように、図８に示した受信機は、受信パルス幅以上の幅を持つ、受信パルス幅の半分Δずつタイミングがずれた３種類のテンプレート波形ｌ（ｔ−Δ）、ｌ（ｔ）、ｌ（ｔ＋Δ）をそれぞれ受信波形と乗算し、受信したパルス波とタイミングが一致するテンプレート波形ｌ（ｔ）との乗算の積分は０となり、これよりもパルス幅半分だけタイミングが早いテンプレート波形ｌ（ｔ−Δ）との乗算の積分は負、パルス幅半分だけタイミングが遅いテンプレート波形ｌ（ｔ＋Δ）との乗算の積分は正となるという特性を利用して、同期獲得を行なう。
【００６５】
ここで、相関処理に用いられるテンプレート波形は、デジタル矩形波からなることから、テンプレート波形を生成する符号発生回路２８をデジタル回路で構成することができる。したがって、図６に示したように、符号発生回路をアナログ回路で構成した場合の、微分器の調整など制御が困難となり、受信機側で機器設計や製作のコストが増大する、という問題を解消することができる。なお、符号発生回路２８をデジタル回路で構成することにより、クロックの高速化による高精度化や回路規模など、プロセス技術の恩恵を受けることができる。
【００６６】
また、図８に示した受信機では、受信パルス幅以上の幅を持つテンプレート波形により受信波形との相関処理を行なっているが、受信信号を復調・復号処理を施してデータを復元すること自体を目的としておらず、パルスの存在のみを検出することから、問題はない。また、テンプレート波形を受信パルス幅以上とすることにより、符号発生器２８を低クロック駆動の回路で構成することができ、低消費電力化を図ることができる。
【００６７】
図３に示したような送信機と図８に示したような受信機の組み合わせにより、簡素な回路構成からなる位置特定システムを構築することができる。したがって、情報通信機器だけではなく、さまざまな家電製品やＣＥ機器に当該位置特定システムを搭載することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
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。すなわち、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、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】図１は、ＵＷＢシステム用送信機の構成例（従来例）を模式的に示した図である。
【図２】図２は、図１に示した送信機から送出される送信信号の波形例を示した図である。
【図３】図３は、ＵＷＢシステム用送信機についての他の構成例を模式的に示した図である。
【図４】図４は、ＰＮ信号発生器２により出力される矩形波形の例を示した図である。
【図５】図５は、に示した送信機によるアンテナ出力信号の波形の例を示した図である。
【図６】図６は、位置特定システムの受信機側の構成例を模式的に示した図である。
【図７】図７は、図６に示した受信機における受信波形と、テンプレート波形と、これらの相関出力の例を示した図である。
【図８】図８は、位置特定システムの受信機についての他の構成例を模式的に示した図である。
【図９】図９は、図８に示した受信機内の動作タイミング・チャートを示した図である。
【図１０】図１０は、日本における微弱無線の規制値とＦＣＣにおける放射レベルに関するＵＷＢ規制値の比較を示した図である。
【符号の説明】
【００７０】
１…クロック発生器
２…ＰＮ信号発生器
３…パルス発生器
４…フィルタ
５…増幅器
６…インピーダンス・マッチング回路
７…アンテナ
１１…アンテナ
１２…フィルタ
１３…低雑音アンプ
１４…相関器
１５…アンプ
１６…テンプレート波形発生器
１７…積分器
１８…クロック発生器
１９…ＰＮ符号発生器
２１…アンテナ
２２…フィルタ
２３…低雑音アンプ
２４…乗算器
２５…アンプ
２６…積分器
２７…クロック発生器
２８…波形発生器
【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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