(57)【要約】【課題】  低規模な回路構成で、距離を測定すること。【解決手段】  距離測定装置１０は、破線で示す送信処理部６０と、モード選択部３２と、局部発振部３８と、破線で示す受信処理部７０と、アンテナ２２と、を含む。送信処理部６０は、送信信号生成部１２と、直交変調部１４と、アップコンバータ１６と、符号発生部１８と、周波数シンセサイザ２４とを含む。受信処理部７０は、ダウンコンバータ２６と、同期捕捉部２８と、直交検波部３４と、信号処理部３６とを含む。モード選択部３２は、通信対象の通信装置に対して通信処理を実行するための通信モードと、通信対象の通信装置との間の距離を測定するための測定モードとの少なくともいずれかを選択する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の信号を直交変調することによって、同相成分と直交成分とが含まれる変調信号を生成する直交変調部と、
前記直交変調部によって生成された変調信号を測定対象物に向けて送信する送信処理部と、
前記測定対象物によって反射された信号を受信する受信処理部と、
前記受信処理部において受信した変調信号を直交検波することによって、同相成分と直交成分とが含まれる復調信号を出力する直交検波部と、
前記変調信号の同相成分と直交成分のうちの一方の成分が前記復調信号の他方の成分に漏洩した割合を分離度として計算する分離度計算部と、
前記分離度計算部によって計算された分離度から、前記測定対象物と前記送信処理部との間の距離を推定する距離推定部と、
を備えることを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
前記分離度計算部は、前記復調信号の同相成分に含まれる前記変調信号の同相成分を被除数とし、前記復調信号の直交成分に含まれる前記変調信号の同相成分を除数として、除算を行なうことにより分離度を計算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３】
前記距離推定部は、
測定対象物との間の距離と、分離度とを対応付けたテーブルを予め記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶したテーブルを参照しながら、前記分離度計算部によって計算された分離度に対応する距離を検索する検索部と、
を有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】
前記距離推定部は、
測定対象物との間の距離と、前記送信処理部において送信される変調信号の搬送波の周波数とを対応付けたテーブルを予め記憶する記憶部と、
前記距離推定部に測定させる距離を選択する測定距離選択部と、
前記記憶部に記憶したテーブルを参照しながら、前記測定距離選択部によって選択された距離に対応する周波数を検索し、検索された周波数を前記変調信号の搬送波の周波数として設定する測定距離変更部と、
を備え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】
所定の信号を直交変調することによって生成された同相成分と直交成分とが含まれる変調信号を送信する送信装置と、
前記送信装置から送信された変調信号を受信して、前記送信装置との間の距離を測定する受信装置とを備え、
前記受信装置は、受信した変調信号を直交検波することによって、同相成分と直交成分とが含まれる復調信号を出力し、前記変調信号の同相成分と直交成分のうちの一方の成分が前記復調信号の他方の成分に漏洩した割合を分離度として計算し、前記分離度から、前記送信装置と当該受信装置との間の距離を推定する距離推定部と、
を備えることを特徴とする距離測定システム。
【請求項６】
通信対象の通信装置に対して通信処理を実行するための通信モードと、所定の測定対象物との間の距離を測定するための測定モードとのいずれかを選択するモード選択部と、
前記モード選択部において通信モードが選択されている場合に、送信すべきデータ信号を直交変調する直交変調部と、
前記直交変調部において直交変調されたデータ信号を前記通信対象の通信装置に送信する送信処理部と、
前記通信対象の通信装置によって送信されたデータ信号であって、かつ、前記通信対象の通信装置によって直交変調されたデータ信号を受信する受信処理部と、
前記受信処理部において受信したデータ信号を直交検波する直交検波部と、
前記直交検波したデータ信号を処理する信号処理部と、
を備え、
前記直交変調部は、前記モード選択部において測定モードが選択されている場合、既知信号を直交変調して、同相成分と直交成分とが含まれる変調信号を出力し、
前記送信処理部は、前記直交変調部によって出力された変調信号を前記測定対象物に向けて送信し、
前記受信処理部は、前記測定対象物によって反射された変調信号であって、かつ、前記直交変調部によって直交変調された変調信号を受信し、
前記直交検波部は、前記受信処理部において受信した変調信号を直交検波して、同相成分と直交成分とが含まれる復調信号を出力し、
前記信号処理部は、前記変調信号の同相成分と直交成分のうちの一方の成分が前記復調信号の他方の成分に漏洩した割合を分離度として計算し、前記分離度から、前記測定対象物と当該通信装置との間の距離を推定することを特徴とする通信装置。
【請求項７】
通信対象の通信装置に対して通信処理を実行するための通信モードと、前記通信対象の通信装置との間の距離を測定するための測定モードとが予め規定されており、前記通信モードが選択されている場合に、送信すべきデータ信号を直交変調し、直交変調されたデータ信号を通信対象の通信装置に送信する送信装置と、
前記通信対象の通信装置から送信されたデータ信号であって、かつ、前記通信対象の通信装置によって直交変調されたデータ信号を受信し、受信した信号を復調する受信装置と、
を備え、
前記送信装置は、前記測定モードが選択されている場合、既知信号を直交変調して生成された、同相成分と直交成分とが含まれる変調信号を前記通信対象の通信装置に向けて送信し、
前記受信装置は、前記送信装置から送信された変調信号であって、かつ、前記送信装置によって直交変調された変調信号を受信し、前記受信した変調信号を直交検波して同相成分と直交成分とが含まれる復調信号を出力し、前記変調信号の同相成分と直交成分のうちの一方の成分が前記復調信号の他方の成分に漏洩した割合を分離度として計算し、前記分離度から、前記送信装置と当該受信装置との間の距離を推定することを特徴とする通信システム。
【請求項８】
測定対象物から送信された同相成分と直交成分とが含まれる変調信号を受信する受信処理部と、
前記受信処理部において受信した変調信号を直交検波して、同相成分と直交成分とが含まれる復調信号を出力する直交検波部と、
前記変調信号の同相成分と直交成分のうちの一方の成分が前記復調信号の他方の成分に漏洩した割合を分離度として計算し、前記分離度から、前記測定対象物と当該受信装置との間の距離を推定することを特徴とする受信装置。
【請求項９】
所定の信号を直交変調することによって同相成分と直交成分とが含まれる変調信号を生成するステップと、
前記生成するステップによって生成された変調信号を測定対象物に向けて送信するステップと、
前記測定対象物によって反射された変調信号を受信するステップと、
前記受信するステップにおいて受信した変調信号を直交検波することによって、同相成分と直交成分とが含まれる復調信号を出力するステップと、
前記変調信号の同相成分と直交成分のうちの一方の成分が前記復調信号の他方の成分に漏洩した割合を分離度として計算するステップと、
前記計算するステップによって計算された分離度から、前記測定対象物との間の距離を推定するステップと、
を含むことを特徴とする距離測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定技術に関し、特に対象物との間の距離を測定する距離測定装置、距離測定方法、およびそれらを用いた受信装置、通信装置、通信システム、距離測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、無線を利用した距離測定装置は、短パルス発生器、ミキサ等の周波数変換器、遅延回路から構成される。距離測定装置は、搬送波周波数で変調されたパルス信号を送信し、測定対象物からの反射波を受信し、復調して、その遅延時間から距離を求めていた。しかしながら、反射波は測定対象物の形状等により散乱される場合があるため、正確な遅延時間を求めることが難しかった。この課題に対し、従来は、カメラを用いて測定対象物を撮影し、撮影された画像をもとに画像処理を行うことによって距離を推測していた（たとえば特許文献１参照）。また、レーザまたはミリ波を測定対象物に送信して、その測定対象物から反射された反射波を検知するまでの時間を測定して距離を推定していた（たとえば特許文献２参照）。また、測定対象物に送信した信号と、測定対象物が受信した信号との位相差を用いて距離を推定していた（たとえば特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００１−１１６５１２号公報（段落００１０〜００５３）
【特許文献２】特開平１０−１１１３６０号公報（段落００１５〜００４１）
【特許文献３】特開２００３−２０７５５７号公報（段落００１７〜００２０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明者はこうした状況下、以下の課題を認識するに至った。すなわち、カメラ、レーダなどを用いた測定方法は、カメラ、レーダを別途必要とするため、回路規模、装置のコストに大きな影響を与えるといった課題である。また、位相差を用いた距離推定では、推定できる距離の幅が短い場合には適さないといった課題である。
【０００４】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路規模を増大させることなく、距離を測定できる距離測定装置、距離測定方法、およびそれらを用いた受信装置、通信装置、通信システム、距離測定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、本発明のある態様の距離測定装置は、所定の信号を直交変調することによって、同相成分と直交成分とが含まれる変調信号を生成する直交変調部と、直交変調部によって生成された変調信号を測定対象物に向けて送信する送信処理部と、測定対象物によって反射された信号を受信する受信処理部と、受信処理部において受信した変調信号を直交検波することによって、同相成分と直交成分とが含まれる復調信号を出力する直交検波部と、変調信号の同相成分と直交成分のうちの一方の成分が復調信号の他方の成分に漏洩した割合を分離度として計算する分離度計算部と、分離度計算部によって計算された分離度から、測定対象物と送信処理部との間の距離を推定する距離推定部と、を備える。
【０００６】
ここで、「同相成分と直交成分とが含まれる復調信号」とは、受信時の既知信号などを含み、たとえば、伝搬路などにおいてノイズが付加された既知信号などを含む。「変調信号の同相成分と直交成分のうちの一方の成分が復調信号の他方の成分に漏洩した割合」とは、復調信号の直交成分に変調信号の同相成分が漏洩した割合、もしくは、復調信号の同相成分に変調信号の直交成分が漏洩した割合などを含み、たとえば、復調信号の直交成分に含まれる変調信号の直交成分と、復調信号の直交成分に含まれる変調信号の同相成分との割合などを含む。
【０００７】
この態様によると、分離度を計算することによって、送信した変調信号が、受信時にどの程度変化しているかが判定できる。また、判定された分離度は、距離との関係において一定の規則性を有しているため、分離度から距離を推定できる。
【０００８】
分離度計算部は、復調信号の同相成分に含まれる変調信号の同相成分を被除数とし、復調信号の直交成分に含まれる変調信号の同相成分を除数として、除算を行なうことにより分離度を計算してもよい。この態様によると、復調信号の同相成分に含まれる変調信号の同相成分を被除数とし、復調信号の直交成分に含まれる変調信号の同相成分を除数として、除算を行なうことにより、送信した変調信号が、受信時にどの程度変化しているかが判定できる。
【０００９】
距離推定部は、測定対象物との間の距離と、分離度とを対応付けたテーブルを予め記憶する記憶部と、記憶部に記憶したテーブルを参照しながら、分離度計算部によって計算された分離度に対応する距離を検索する検索部と、を有してもよい。
【００１０】
ここで、「テーブル」とは、たとえば、２次元状に配列された情報の行列であってもよく、また、２以上の情報の関係を所定の規則で表現した方程式などであってもよい。また、「予め記憶する」とは、検索部によって検索がなされる際に記憶されていればよく、また、「記憶部に記憶したテーブルを参照しながら」とは、記憶部に記憶されているテーブルにアクセスすることなどを含み、たとえば、記憶部に記憶されているテーブルを読み込むことなどを含む。この態様によると、分離度と距離との対応関係を予めテーブルに記憶しておくことによって、距離の推定処理を高速化できる。
【００１１】
距離推定部は、測定対象物との間の距離と、送信処理部において送信される変調信号の搬送波の周波数とを対応付けたテーブルを予め記憶する記憶部と、距離推定部に測定させる距離を選択する測定距離選択部と、記憶部に記憶したテーブルを参照しながら、測定距離選択部によって選択された距離に対応する周波数を検索し、検索された周波数を変調信号の搬送波の周波数として設定する測定距離変更部と、を備えてもよい。
【００１２】
この態様によると、搬送波の周波数と距離との関係を予めテーブルに記憶しておくことによって、測定距離を柔軟に変更できる。
【００１３】
本発明の別の態様は、距離測定システムである。この距離測定システムは、所定の信号を直交変調することによって生成された同相成分と直交成分とが含まれる変調信号を送信する送信装置と、送信装置から送信された変調信号を受信して、送信装置との間の距離を測定する受信装置とを備える。受信装置は、受信した変調信号を直交検波することによって、同相成分と直交成分とが含まれる復調信号を出力し、変調信号の同相成分と直交成分のうちの一方の成分が復調信号の他方の成分に漏洩した割合を分離度として計算し、分離度から、送信装置と当該受信装置との間の距離を推定する距離推定部と、を備える。
【００１４】
この態様によると、分離度を計算することによって、送信した変調信号が、受信時にどの程度変化しているかが判定できる。また、判定された分離度は、距離との関係において一定の規則性を有しているため、分離度から距離を推定できる。
【００１５】
本発明のさらに別の態様は、通信装置である。この装置は、通信対象の通信装置に対して通信処理を実行するための通信モードと、所定の測定対象物との間の距離を測定するための測定モードとのいずれかを選択するモード選択部と、モード選択部において通信モードが選択されている場合に、送信すべきデータ信号を直交変調する直交変調部と、直交変調部において直交変調されたデータ信号を通信対象の通信装置に送信する送信処理部と、通信対象の通信装置によって送信されたデータ信号であって、かつ、通信対象の通信装置によって直交変調されたデータ信号を受信する受信処理部と、受信処理部において受信したデータ信号を直交検波する直交検波部と、直交検波したデータ信号を処理する信号処理部と、を備える。直交変調部は、モード選択部において測定モードが選択されている場合、既知信号を直交変調して、同相成分と直交成分とが含まれる変調信号を出力し、送信処理部は、直交変調部によって出力された変調信号を測定対象物に向けて送信し、受信処理部は、測定対象物によって反射された変調信号であって、かつ、直交変調部によって直交変調された変調信号を受信し、直交検波部は、受信処理部において受信した変調信号を直交検波して、同相成分と直交成分とが含まれる復調信号を出力し、信号処理部は、変調信号の同相成分と直交成分のうちの一方の成分が復調信号の他方の成分に漏洩した割合を分離度として計算し、分離度から、測定対象物と当該通信装置との間の距離を推定する。
【００１６】
この態様によると、通常の通信処理にかかる回路を測定処理に流用することによって、測定処理にかかる回路を新たに追加することなしに、距離が測定できる。また、モードを切替えることによって、測定処理と通信処理を柔軟に実行することができる。また、分離度を計算することによって、送信した既知信号が、受信時にどの程度変化しているかが判定できる。また、判定された分離度は、距離との関係において一定の規則性を有しているため、分離度から距離を推定できる。
【００１７】
本発明のさらに別の態様は、通信システムである。この通信システムは、通信対象の通信装置に対して通信処理を実行するための通信モードと、通信対象の通信装置との間の距離を測定するための測定モードとが予め規定されており、通信モードが選択されている場合に、送信すべきデータ信号を直交変調し、直交変調されたデータ信号を通信対象の通信装置に送信する送信装置と、通信対象の通信装置から送信されたデータ信号であって、かつ、通信対象の通信装置によって直交変調されたデータ信号を受信し、受信した信号を復調する受信装置と、を備える。送信装置は、測定モードが選択されている場合、既知信号を直交変調して生成された、同相成分と直交成分とが含まれる変調信号を通信対象の通信装置に向けて送信し、受信装置は、送信装置から送信された変調信号であって、かつ、送信装置によって直交変調された変調信号を受信し、受信した変調信号を直交検波して同相成分と直交成分とが含まれる復調信号を出力し、変調信号の同相成分と直交成分のうちの一方の成分が復調信号の他方の成分に漏洩した割合を分離度として計算し、分離度から、送信装置と当該受信装置との間の距離を推定する。
【００１８】
この態様によると、通常の通信処理にかかる回路を測定処理に流用することによって、測定処理にかかる回路を新たに追加することなしに、距離が測定できる。また、モードを切替えることによって、測定処理と通信処理を柔軟に実行することができる。また、分離度を計算することによって、送信した既知信号が、受信時にどの程度変化しているかが判定できる。また、判定された分離度は、距離との関係において一定の規則性を有しているため、分離度から距離を推定できる。
【００１９】
本発明のさらに別の態様は、受信装置である。この装置は、測定対象物から送信された同相成分と直交成分とが含まれる変調信号を受信する受信処理部と、受信処理部において受信した変調信号を直交検波して、同相成分と直交成分とが含まれる復調信号を出力する直交検波部と、変調信号の同相成分と直交成分のうちの一方の成分が復調信号の他方の成分に漏洩した割合を分離度として計算し、分離度から、測定対象物と当該受信装置との間の距離を推定する。
【００２０】
この態様によると、分離度を計算することによって、送信した既知信号が、受信時にどの程度変化しているかが判定できる。また、判定された分離度は、距離との関係において一定の規則性を有しているため、分離度から距離を推定できる。
【００２１】
本発明のさらに別の態様は、距離測定方法である。この方法は、所定の信号を直交変調することによって同相成分と直交成分とが含まれる変調信号を生成するステップと、生成するステップによって生成された変調信号を測定対象物に向けて送信するステップと、測定対象物によって反射された変調信号を受信するステップと、受信するステップにおいて受信した変調信号を直交検波することによって、同相成分と直交成分とが含まれる復調信号を出力するステップと、変調信号の同相成分と直交成分のうちの一方の成分が復調信号の他方の成分に漏洩した割合を分離度として計算するステップと、計算するステップによって計算された分離度から、測定対象物との間の距離を推定するステップと、を含む。
【００２２】
この態様によると、分離度を計算することによって、送信した既知信号が、受信時にどの程度変化しているかが判定できる。また、判定された分離度は、距離との関係において一定の規則性を有しているため、分離度から距離を推定できる。
【００２３】
計算するステップは、復調信号の同相成分に含まれる変調信号の同相成分を被除数とし、復調信号の直交成分に含まれる変調信号の同相成分を除数として、除算を行なうことにより分離度を計算してもよい。
【００２４】
推定するステップは、測定対象物との間の距離と、分離度とを対応付けたテーブルを参照しながら、計算するステップによって計算された分離度に対応する距離を検索するステップと、を含んでもよい。
【００２５】
推定するステップは、距離推定部に測定させる距離を選択するステップと、測定対象物との間の距離と、送信処理部において送信される変調信号の搬送波の周波数とを対応付けたテーブルを参照しながら、選択するステップによって選択された距離に対応する周波数を検索し、検索された周波数を変調信号の搬送波の周波数として設定することによって、当該推定するステップにおける測定可能範囲を変更するステップと、を含んでもよい。
【００２６】
本発明の別の態様は、距離測定方法である。この距離測定方法は、所定の信号を直交変調することによって生成された同相成分と直交成分とが含まれる変調信号を送信するステップと、送信するステップによって送信された変調信号を受信し、距離を測定するステップとを含む。受信するステップは、受信した変調信号を直交検波することによって、同相成分と直交成分とが含まれる復調信号を出力し、変調信号の同相成分と直交成分のうちの一方の成分が復調信号の他方の成分に漏洩した割合を分離度として計算し、分離度から、距離を推定する。
【００２７】
本発明のさらに別の態様は、通信方法である。この方法は、通信対象の通信装置に対して通信処理を実行するための通信モードと、所定の測定対象物との間の距離を測定するための測定モードとのいずれかを選択するステップと、選択するステップにおいて通信モードが選択されている場合に、送信すべきデータ信号を直交変調するステップと、直交変調するステップにおいて直交変調されたデータ信号を通信対象の通信装置に送信するステップと、通信対象の通信装置によって送信されたデータ信号であって、かつ、通信対象の通信装置によって直交変調されたデータ信号を受信するステップと、受信するステップにおいて受信したデータ信号を直交検波するステップと、直交検波したデータ信号を処理するステップと、を含む。直交変調するステップは、選択するステップにおいて測定モードが選択されている場合、既知信号を直交変調して、同相成分と直交成分とが含まれる変調信号を出力し、送信するステップは、直交変調するステップによって出力された変調信号を測定対象物に向けて送信し、受信するステップは、測定対象物によって反射された変調信号であって、かつ、直交変調部によって直交変調された変調信号を受信し、直交検波部は、受信処理部において受信した変調信号を直交検波して、同相成分と直交成分とが含まれる復調信号を出力し、処理するステップは、変調信号の同相成分と直交成分のうちの一方の成分が復調信号の他方の成分に漏洩した割合を分離度として計算し、分離度から、測定対象物との間の距離を推定する。
【００２８】
本発明のさらに別の態様は、通信方法である。この通信方法は、通信対象の通信装置に対して通信処理を実行するための通信モードと、通信対象の通信装置との間の距離を測定するための測定モードとが予め規定されており、通信モードが選択されている場合に、送信すべきデータ信号を直交変調し、直交変調されたデータ信号を通信対象の通信装置に送信するステップと、通信対象の通信装置から送信されたデータ信号であって、かつ、通信対象の通信装置によって直交変調されたデータ信号を受信し、受信した信号を復調するステップと、を備える。送信するステップは、測定モードが選択されている場合、既知信号を直交変調して生成された、同相成分と直交成分とが含まれる変調信号を通信対象の通信装置に向けて送信し、受信装するステップは、送信するステップによって送信された変調信号であって、かつ、送信するステップにおいて直交変調された変調信号を受信し、受信した変調信号を直交検波して同相成分と直交成分とが含まれる復調信号を出力し、変調信号の同相成分と直交成分のうちの一方の成分が復調信号の他方の成分に漏洩した割合を分離度として計算し、分離度から、距離を推定する。
【００２９】
本発明のさらに別の態様は、受信方法である。この方法は、測定対象物から送信された同相成分と直交成分とが含まれる変調信号を受信するステップと、受信するステップにおいて受信した変調信号を直交検波して、同相成分と直交成分とが含まれる復調信号を出力するステップと、変調信号の同相成分と直交成分のうちの一方の成分が復調信号の他方の成分に漏洩した割合を分離度として計算し、分離度から、測定対象物との間の距離を推定する。
【００３０】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、低規模な回路構成で、距離を測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の実施例を具体的に説明する前に、まず、本発明の実施例の概要について述べる。本発明の実施例は、距離を測定できる通信装置を含む距離測定システムに関する。本発明の実施例にかかる通信装置は、通信モードと、距離測定モードとを切替えて、通信処理、もしくは、距離の測定を実行する。通信装置は、測定信号を測定対象物にむけて送信し、その測定対象物から反射された信号を用いて、当該通信装置と測定対象物との間の距離が測定される。詳細は後述する。なお、本実施例における通信処理は、ＯＦＤＭ方式（Ｏｒｔｈｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）とＦＨ方式（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｈｏｐｐｉｎｇ）とを組み合わせたＭＢ−ＯＦＤＭ方式（ＭｕｌｔｉＢａｎｄ  ＯＦＤＭ）を対象として説明するが、本発明はこれに限定されない。また、本実施例にかかる距離測定は、測定対象物との距離が数ｍｍ〜数１００ｍｍとなる近距離の測定であるがこれに限定されない。詳細は後述するが、搬送波周波数を変化させることによって、測定距離を数１０００ｍｍ程度まで延長できる。
【００３３】
図１は、本発明の実施例にかかる第１距離測定システム１００の構成例を示す図である。第１距離測定システム１００は、距離測定装置１０と測定対象物２０とを含む。距離測定装置１０は、距離測定モードが選択されている場合、距離を測定する対象である測定対象物２０に向けて測定信号を送信する。さらに、測定対象物２０から反射された信号を受信して、測定対象物２０との間の距離を推定する。
【００３４】
ここで、「測定対象物２０」は、任意の有体物を含む。たとえば、車両同士の間隔を測定する場合の測定対象物２０は、前方を走行している車両となる。また、水面までの距離を測定する場合の測定対象物２０は、水、もしくは、水面となる。なお、一般的に、測定対象物２０において測定信号が反射する際に、測定対象物２０の形状、反射特性などにより、反射される信号が散乱する場合がある。しかし、本実施例における距離測定は、近距離における測定を想定しているため、散乱による影響は少ない。したがって、本実施例においては、測定対象物２０がどのような有体物であるかを問わず、測定対象物２０との間の距離を測定できる。また、「測定信号」とは、測定を行なう距離測定装置１０において既知の信号を含む。本実施例では、距離測定装置１０が送信した信号を自ら受信するので、送信した信号を記憶しておくことによって、測定信号を任意の信号とできる。
【００３５】
図２は、図１の距離測定装置１０の構成例を示す図である。距離測定装置１０は、破線で示す送信処理部６０と、モード選択部３２と、局部発振部３８と、破線で示す受信処理部７０と、アンテナ２２と、を含む。送信処理部６０は、送信信号生成部１２と、直交変調部１４と、アップコンバータ１６と、符号発生部１８と、周波数シンセサイザ２４とを含む。受信処理部７０は、ダウンコンバータ２６と、同期捕捉部２８と、直交検波部３４と、信号処理部３６とを含む。
【００３６】
モード選択部３２は、通信対象の通信装置に対して通信処理を実行するための通信モードと、通信対象の通信装置との間の距離を測定するための測定モードとの少なくともいずれかを選択する。また、双方のモードを同時に実行させるために、双方のモードを選択してもよい。モード選択部３２に対するモード選択は、図示しないユーザインタフェイスを介して、ユーザが設定する。
【００３７】
送信信号生成部１２は、モード選択部３２において通信モードが選択されている場合、送信すべきデータ信号を生成して、直交変調部１４に出力する。また、送信信号生成部１２は、モード選択部３２において測定モードが選択されている場合、既知信号を生成して、直交変調部１４に出力する。また、モード選択部３２において双方のモードが選択されている場合、送信すべきデータ信号と既知信号とを含む信号系列を生成して、直交変調部１４に出力する。また、送信信号生成部１２は、生成した信号に対して、誤り訂正符号化、インタリーブなどの処理を実行してもよい。また、送信信号生成部１２は、符号化率を変えながら、たたみ込み符号化を行ってもよい。
【００３８】
局部発振部３８は、後述する直交変調部１４、もしくは、直交検波部３４にて用いられる搬送波周波数を発振する。直交変調部１４、直交検波部３４で用いられる搬送波周波数は、互いに同期がとれており、かつ、同相であれば、それぞれ別個に設けられた局部発振部３８によって発振された搬送波周波数を用いてもよい。
【００３９】
直交変調部１４は、モード選択部３２において通信モードが選択されている場合、送信信号生成部１２から出力された送信すべきデータ信号を直交変調することによって、変調信号を生成する。また、直交変調部１４は、モード選択部３２において測定モードが選択されている場合、送信信号生成部１２から出力された既知信号を直交変調することによって。また、直交変調部１４は、データ信号または既知信号に対し、逆離散フーリエ変換を実行してもよい。データ信号等は、バースト信号の形式を有してもよい。符号発生部１８は、擬似ランダム符号信号を生成する。周波数シンセサイザ２４は、擬似ランダム符号信号にもとづいて、ランダムにホッピングする搬送波を生成する。
【００４０】
アップコンバータ１６は、直交変調部１４によって生成された変調信号に対して、ランダムにホッピングする搬送波を用いて、周波数ホッピングさせる。アンテナ２２は、変調信号を測定対象物２０に向けて送信する。また、アンテナ２２は、測定対象物２０によって反射された変調信号を受信する。
【００４１】
ダウンコンバータ２６は、ランダムにホッピングした搬送波によって、受信した変調信号を周波数変換して、直交検波部３４に出力する。ここで、周波数シンセサイザ２４によって生成された搬送波の周波数ホッピングパターンと、図示しない通信対象の通信装置の周波数シンセサイザによって生成された搬送波の周波数ホッピングパターンとが一致すれば、ダウンコンバータ２６は、正確に受信した信号を周波数変換できる。一方、一致しなければ正確に周波数変換できない。そのため、同期捕捉部２８は、受信した信号を正確に周波数変換できるように、周波数シンセサイザ２４によって生成される搬送波の周波数ホッピングパターンを受信した信号の周波数ホッピングパターンに同期させる。さらに、同期捕捉部２８は、受信した信号のシンボルタイミングの同期も実行し、直交検波部３４を制御する。直交検波部３４は、ダウンコンバータ２６において周波数変換された変調信号を直交検波することによって、変調信号の同相成分に対応すべき信号と、変調信号の直交成分に対応すべき信号とを信号処理部３６に出力する。
【００４２】
信号処理部３６は、モード選択部３２において通信モードが選択されている場合、直交検波部３４によって出力された信号に対し、送信信号生成部１２に実行された処理に対応する処理を実行する。具体的には、送信信号生成部１２において逆離散フーリエ変換処理、畳み込み符号化処理が実行されていた場合、信号処理部３６は、離散フーリエ変換処理、ビタビ復号処理を実行する。また、信号処理部３６は、モード選択部３２において測定モードが選択されている場合、直交検波部３４によって出力された信号のうち、変調信号の同相成分の信号強度の割合を分離度として計算し、分離度から、測定対象物２０と当該通信装置との間の距離を推定する。詳細は後述する。
【００４３】
図３は、本発明の実施例にかかるＭＢ−ＯＦＤＭ方式におけるホッピング周波数の割り当て例を示す図である。図３に示すごとく、ひとつの周波数チャネル、例えば「ｆ１」が５２８ＭＨｚの帯域幅を有しており、同一の帯域幅を有した周波数チャネルが、「ｆ１」から「ｆ３」のように、３つ割り当てられている。第１距離測定システム１００では、「ｆ１」から「ｆ３」を所定のホッピングパターンに応じて選択し、選択した周波数チャネルによって通信を実行する。また、第１距離測定システム１００は、ひとつのシンボル単位で周波数ホッピングを実行しており、例えば、「ｆ１」、「ｆ２」、「ｆ３」の順にひとつのシンボル単位で周波数チャネルを切り替える。なお、ＭＢ−ＯＦＤＭ方式においてひとつのシンボルは、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）のポイント数にガードインターバル等を加算したひとつの単位として定義される。
【００４４】
図４（ａ）〜（ｂ）は、図２の送信信号生成部１２が生成するバーストフォーマットの構成例を示す図である。図４（ａ）は、ＭＢ−ＯＦＤＭ方式におけるバーストフォーマットを示しており、先頭から、「ＰＬＣＰ  Ｐｒｅａｍｂｌｅ」、「ＰＬＣＰ  Ｈｅａｄｅｒ」、「Ｐｅｙｌｏａｄ」の順に配置されている。ここで、「ＰＬＣＰ  Ｐｒｅａｍｂｌｅ」はタイミング同期等に使用されるトレーニング信号に相当し、「ＰＬＣＰ  Ｈｅａｄｅｒ」は制御信号に相当し、「Ｐｅｙｌｏａｄ」はデータ信号に相当する。それぞれは、所定数のシンボルによって構成されている。また、「ＰＬＣＰ  Ｐｒｅａｍｂｌｅ」、「ＰＬＣＰ  Ｈｅａｄｅｒ」に対する伝送速度は、５３．３Ｍｂｐｓあるいは５５Ｍｂｐｓに予め定められているが、「Ｐｅｙｌｏａｄ」に対する伝送速度は、可変に設定される。
【００４５】
図４（ｂ）は、「ＰＬＣＰ  Ｈｅａｄｅｒ」に含まれる「ＰＨＹ  Ｈｅａｄｅｒ」の構成を示しており、先頭から「Ｒｅｓｅｒｖｅｄ」、「ＲＡＴＥ」、「ＬＥＮＧＴＨ」「Ｒｅｓｅｒｖｅｄ」、「Ｓｃｒａｍｂｌｅｒ  Ｉｎｉｔ」、「Ｒｅｓｅｒｖｅｄ」の順に配置されている。ここで、「ＲＡＴＥ」が「Ｐｅｙｌｏａｄ」の伝送速度を示し、「ＬＥＮＧＴＨ」が「Ｐｅｙｌｏａｄ」のデータ長を示し、「Ｓｃｒａｍｂｌｅｒ  Ｉｎｉｔ」がスクランブラの初期値を示す。図１の距離測定装置１０は、「ＰＬＣＰ  Ｈｅａｄｅｒ」中の「ＲＡＴＥ」を参照して、「Ｐｅｙｌｏａｄ」の伝送速度を認識する。
【００４６】
図５は、図２の直交変調部１４の構成例を示す図である。直交変調部１４は、第１周波数変換部５８と、第２周波数変換部６２と、第１分配器６４と、合成部６６とを含む。第１分配器６４は、局部発振部３８で発振された搬送波周波数をそれぞれ９０度の位相差で分岐して、第１周波数変換部５８と第２周波数変換部６２に出力する。第１周波数変換部５８は、送信信号生成部１２から出力された信号のうち、同相成分に該当する信号と、第１分配器６４から分配された搬送波周波数とを重畳して出力する。第２周波数変換部６２は、送信信号生成部１２から出力された信号のうち、直交成分に該当する信号と、第１分配器６４から分配された搬送波周波数とを重畳して出力する。合成部６６は、第１周波数変換部５８から出力された信号と、第２周波数変換部６２から出力された信号とを合成して、アップコンバータ１６に出力する。
【００４７】
ここで、直交変調部１４に入力される信号のうち、第１周波数変換部５８に入力される信号をＩ（ｔ）、第２周波数変換部６２に入力される信号をＱ（ｔ）とした場合、直交変調部１４から出力される変調信号は、式（１）で表すことができる。ここで、ｆ０とは局部発振部３８から発振される搬送波周波数を表す。
Ｉ（ｔ）・ｃｏｓ（２πｆ０ｔ）＋Ｑ（ｔ）・ｓｉｎ（２πｆ０ｔ）  ・・・式（１）
【００４８】
図６は、図２の直交検波部３４の構成例を示す図である。直交検波部３４は、第３周波数変換部７２と、第４周波数変換部７４と、第２分配器７６と、第１ＬＰＦ７８と、第２ＬＰＦ８２とを含む。第２分配器７６は、局部発振部３８で発振された搬送波周波数をそれぞれ９０度の位相差で分岐して、第３周波数変換部７２と第４周波数変換部７４に出力する。
【００４９】
第３周波数変換部７２は、ダウンコンバータ２６から出力された信号のうち、同相成分に該当する信号と、第２分配器７６から分配された搬送波周波数とを重畳して、第１ＬＰＦ７８に出力する。第１ＬＰＦ７８は、第３周波数変換部７２から出力された信号のスプリアスを除去するために、信号の帯域を制限して信号処理部３６に出力する。第４周波数変換部７４は、ダウンコンバータ２６から出力された信号のうち、直交成分に該当する信号と、第２分配器７６から分配された搬送波周波数とを重畳して、第２ＬＰＦ８２に出力する。第２ＬＰＦ８２は、第４周波数変換部７４から出力された信号のスプリアスを除去するために、信号の帯域を制限して信号処理部３６に出力する。
【００５０】
ここで、第１ＬＰＦ７８から出力される信号は、式（２）で表せる。また、第２ＬＰＦ８２から出力される信号は、式（３）で表せる。ここで、Ｉ（ｔ）、Ｑ（ｔ）は、それぞれ、直交変調部１４に入力される信号の同相成分、直交成分を表す。また、θは、測定対象物との距離Ｌによって決まる値で、式（４）のように表せる。ここで、Ｃは光速、εｅｆｆは、実効誘電率である。なお、εｅｆｆは、空気では１となる。
Ｉ（ｔ）・ｃｏｓ（θ）／２−Ｑ（ｔ）・ｓｉｎ（θ）／２          ・・・式（２）
Ｉ（ｔ）・ｃｏｓ（θ）／２＋Ｑ（ｔ）・ｓｉｎ（θ）／２          ・・・式（３）
θ  ＝  （２πｆ０／Ｃ）・√εｅｆｆ・Ｌ                        ・・・式（４）
【００５１】
θが０の場合、式（２）は、Ｉ（ｔ）／２となる。また、式（３）は、Ｑ（ｔ）／２となる。一方、θが０でない場合、すなわち、式（４）におけるＬが０でない場合、式（２）、式（３）において、それぞれＱ成分、Ｉ成分の信号が含まれることとなる。言い換えると、第１ＬＰＦ７８から出力される信号にＱ成分が漏洩し、また、第２ＬＰＦ８２から出力される信号にＩ成分が漏洩することとなる。なお、後述する分離度は、直交変調された一方の成分が、直交検波された他方の成分に漏洩した度合いを示す値となる。
【００５２】
図７は、図２の信号処理部３６の構成例を示す図である。信号処理部３６は、スイッチ４０と、復調部４２と、分離度計算部４４と、距離推定部４６とを含む。スイッチ４０は、モード選択部３２において通信モードが選択されている場合、直交検波部３４から出力された信号を復調部４２に出力する。また、スイッチ４０は、モード選択部３２において測定モードが選択されている場合、直交検波部３４から出力された信号を分離度計算部４４に出力する。復調部４２は、スイッチ４０から出力された信号に対し、図２の送信信号生成部１２において実行された処理に対応する処理を実行する。具体的には、送信信号生成部１２においてＦＦＴ、畳み込み符号化処理が実行されていた場合は、信号処理部３６は、離散フーリエ変換処理、ビタビ復号処理を実行する。
【００５３】
分離度計算部４４は、変調信号の同相成分と直交成分のうちの一方の成分が直交検波部３４によって出力された復調信号の他方の成分に漏洩した割合を分離度として計算する。ここでは、復調信号の同相成分に含まれる変調信号の同相成分と、復調信号の直交成分に含まれる変調信号の同相成分との割合を分離度として計算する。すなわち、式（２）に含まれるＩ（ｔ）にかかる信号強度を式（３）に含まれるＩ（ｔ）の信号強度で割った値が分離度となり、式（５）のように表せる。
分離度  ＝  （Ｉ（ｔ）・ｃｏｓθ／２）／（Ｉ（ｔ）・ｓｉｎθ／２）
＝  ｃｏｓθ／ｓｉｎθ                                  ・・・式（５）
【００５４】
ここで、式（４）を式（５）に代入すると、式（６）を得る。Ｌすなわち、分離度は、距離Ｌの関数で表せることとなる。言い換えると、分離度を測定することによって、距離Ｌを求めることができる。したがって、距離推定部４６は、分離度計算部４４によって計算された分離度から、測定対象物２０と送信処理部６０との間の距離を推定できることとなる。なお、εｅｆｆ＝１と仮定した。
分離度  ＝  １／ｔａｎθ
＝  １／ｔａｎ（（２πｆ０／Ｃ）・Ｌ）                  ・・・式（６）
【００５５】
図８は、図２の距離推定部４６の構成例を示す図である。距離推定部４６は、記憶部４８と、検索部５２と、測定距離選択部５４と、測定距離変更部５６とを含む。記憶部４８は、測定対象物２０との間の距離と、分離度とを対応付けた第１テーブルを予め記憶する。また、記憶部４８は、測定対象物２０との間の距離と、送信処理部６０において送信される変調信号の搬送波の周波数とを対応付けた第２テーブルを予め記憶する。具体的に記憶される内容については後述する。検索部５２は、記憶部４８に記憶した第１テーブルを参照しながら、分離度計算部４４によって計算された分離度に対応する距離を検索する。
【００５６】
測定距離選択部５４は、図示しないユーザインタフェースなどを介して通知されたユーザの指定により、距離推定部４６に測定させる距離を選択する。測定距離変更部５６は、記憶部４８に記憶した第２テーブルを参照しながら、測定距離選択部５４によって選択された距離に対応する周波数を検索する。さらに、測定距離変更部５６は、検索された周波数を変調信号の搬送波の周波数として局部発振部３８に発振させることによって、当該距離推定部４６における測定可能範囲を変更する。
【００５７】
図９（ａ）〜（ｂ）は、図８の記憶部４８にテーブルとして記憶される分離度と距離との対応関係の例を示すグラフである。横軸は距離を示し、縦軸は分離度を示す。図９（ａ）〜（ｂ）は、式（６）にもとづくシミュレーションにより得たグラフである。図９（ａ）は、距離が１ｍｍ〜２０ｍｍである場合の分離度との関係を示すグラフであり、この場合の測定可能範囲は、１ｍｍ〜２０ｍｍとなることを示している。すなわち、図８の記憶部４８の第１テーブルには、図９（ａ）で示すような分離度と距離との対応関係が記憶される。
【００５８】
図９（ｂ）は、図８の記憶部４８にテーブルとして記憶される分離度と距離との対応関係を２つ示したグラフである。図９（ｂ）は、搬送波周波数ごとに、分離度と距離との対応関係が異なることを示している。ここで、搬送波周波数が４ＧＨｚの場合の測定可能範囲は１ｍｍ〜２０ｍｍとなる。また、搬送波周波数が４００ＭＨｚの場合の測定可能範囲は１０ｍｍ〜２００ｍｍとなる。ここで、図８の記憶部４８の第１テーブルには、搬送波周波数ごとに、分離度と距離との対応関係が記憶される。また、図８の記憶部４８に第２テーブルには、「搬送波周波数＝４ＧＨｚ」と「測定可能範囲：１ｍｍ〜２０ｍｍ」とが対応付けられて記憶される。また、「搬送波周波数＝４００ＭＨｚ」と「測定可能範囲：１０ｍｍ〜２００ｍｍ」とが対応付けられて記憶される。この場合において、１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲で測定を行なう場合、どちらの搬送波周波数を用いても測定できる。より測定の精度を高めるためには、測定の分解能が高い４ＧＨｚの搬送波周波数を用いるのが好ましい。
【００５９】
以上の態様により、受信した変調信号に含まれる送信した変調信号の同相成分の割合を計算することによって、送信した変調信号が、受信時にどの程度変化しているかが判定できる。また、判定された分離度は、距離との関係において一定の規則性を有しているため、分離度から距離を推定できる。また、分離度と距離との対応関係を予めテーブルに記憶しておくことによって、距離の推定処理を高速化できる。また、搬送波の周波数と距離との関係を予めテーブルに記憶しておくことによって、測定距離を柔軟に変更できる。また、通常の通信処理に用いられる回路を流用することによって、回路規模を増大させることなく、距離を測定できる。
【００６０】
次に、本発明の実施例の変形例を示す。本発明の実施例の変形例は、距離測定システムに関する。本変形例の距離測定システムは、図１と異なり、２つの通信装置間の距離を測定する構成をとる。なお、前述した実施例と共通する部分については同一の符号を付して説明を簡略化する。
【００６１】
図１０は、本発明の実施例の変形例にかかる第２距離測定システム２００の構成例を示す図である。第２距離測定システム２００は、第１通信装置３０と、第２通信装置５０とを含む。本変形例は、第１通信装置３０から送信した信号をもとに、第２通信装置５０において第１通信装置３０との距離を測定する態様となるがこれに限定されない。すなわち、第２通信装置５０から送信した信号をもとに、第１通信装置３０において第２通信装置５０との距離を測定するなどしてもよい。
【００６２】
第１通信装置３０は、図２の送信処理部６０と、局部発振部３８と、モード選択部３２とを含む。第２通信装置５０は、図２の受信処理部７０と、局部発振部３８とを含む。図２の局部発振部３８は、第１通信装置３０と第２通信装置５０の双方の通信端末に搭載されており、所定の同期処理を行なうことによって、同一の局部発振部３８から発振された搬送波周波数を用いているとみなせる。
【００６３】
第２通信装置５０は、第１通信装置３０のモード選択部３２によって選択されたモードが第１通信装置３０から通知される。また、第２通信装置５０に通知する回路が第１通信装置３０に存在しない場合、第２通信装置５０は、第１通信装置３０から送信された信号に含まれる既知信号、たとえばＰｒｅａｍｂｌｅ信号を用いて、距離を測定すればよい。
【００６４】
以上の態様により、２つの通信装置間の一方から他方に向けて、測定信号である既知信号を送信することによって、２つの通信装置間の距離を測定できる。また、通常の通信処理に用いられる回路を流用することによって、回路規模を増大させることなく、本発明の実施例と同様の効果を奏することができる。
【００６５】
以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６６】
本発明の実施例において、分離度を「変調信号の同相成分と直交成分のうちの一方の成分が前記復調信号の他方の成分に漏洩した割合」と定義することによって、距離との関係について言及した。しかしながらこれにかぎらず、分離度を「直交検波部３４によって出力された同相成分と直交成分とに含まれる、変調信号の同相成分の信号強度の割合」と定義してもよい。この場合であっても、距離との間で一定の関係を有することは言うまでもない。したがって、前述のように定義した場合と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
また、本発明の実施例において、測定距離変更部５６は、ユーザの指定に従って、周波数を変更するために、測定可能距離を変更するとして説明した。しかしながらこれにかぎらず、測定距離変更部５６は、過去に検索部５２において測定／検索した距離にもとづき、搬送波周波数が適応的に設定されるようにしてもい。たとえば、測定対象物との距離が測定可能範囲以上に大きかった場合、検索部５２は検索できないこととなる。そのような場合、測定距離変更部５６は、搬送波周波数を低減することによって測定可能範囲を広げればよい。また、図９（ｂ）に示したように、同一の測定範囲が、複数の搬送波周波数に対応する測定可能範囲に属する場合であることを図示しない制御部が判断した場合、制御部は、測定距離変更部５６に対し、より大きい搬送波周波数を用いさせることによって、測定の分解能を高めてもよい。また、通信装置が通信を実行しつつ、測定を行なう場合、モード選択部３２からの通知にもとづいて、測定距離変更部５６がその通信に使用されている搬送波周波数にあわせて設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施例にかかる第１距離測定システムの構成例を示す図である。
【図２】図１の距離測定装置の構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施例にかかるＭＢ−ＯＦＤＭ方式におけるホッピング周波数の割り当て例を示す図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｂ）は、図２の送信信号生成部が生成するバーストフォーマットの構成例を示す図である。
【図５】図２の直交変調部の構成例を示す図である。
【図６】図２の直交検波部の構成例を示す図である。
【図７】図２の信号処理部の構成例を示す図である。
【図８】図２の距離推定部の構成例を示す図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｂ）は、図８の記憶部にテーブルとして記憶される分離度と距離との対応関係の例を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施例の変形例にかかる第２距離測定システムの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０  距離測定装置、  １２  送信信号生成部、  １４  直交変調部、  １６  アップコンバータ、  １８  符号発生部、  ２０  測定対象物、  ２２  アンテナ、  ２４  周波数シンセサイザ、  ２６  ダウンコンバータ、  ２８  同期捕捉部、  ３０  第１通信装置、  ３２  モード選択部、  ３４  直交検波部、  ３６  信号処理部、  ３８  局部発振部、  ４０  スイッチ、  ４２  復調部、  ４４  分離度計算部、  ４６  距離推定部、  ４８  記憶部、  ５０  第２通信装置、  ５２  検索部、  ５４  測定距離選択部、  ５６  測定距離変更部、  ５８  第１周波数変換部、  ６０  送信処理部、  ６２  第２周波数変換部、  ６４  第１分配器、  ６６  合成部、  ７０  受信処理部、  ７２  第３周波数変換部、  ７４  第４周波数変換部、  ７６  第２分配器、  ７８  第１ＬＰＦ、  ８２  第２ＬＰＦ、  １００  第１距離測定システム、  ２００  第２距離測定システム。
【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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