(57)【要約】      （修正有）【課題】マルチパス信号から信号の振幅と到達時間を算出する。【解決手段】超広帯域システムにおいて信号の一又はそれ以上のパラメータを推定する方法が、受信信号の第１の信号成分のパラメータを推定し、ついで、その信号からこの信号成分を取り除いて修正された信号を得ることを含んでいる。そして、更なる数の信号成分のパラメータが推定され、そして、これらの成分が修正された信号から取り除かれて、純化された信号を形成する。第１の信号成分のパラメータが再推定されて、最大振幅を有する信号成分を差し引いた純化された信号に基づいて第１の信号成分を再定義する。最大振幅を有する信号成分のパラメータが再推定されてこの信号成分を再定義する。各工程が繰り返されて、第１の信号成分のパラメータの純化された推定を生成する。上記の工程を実施する受信機も開示されている。【選択図】図４
2007327939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）受信した信号をデジタル化してデジタル信号を形成する工程と、
（ｂ）デジタル化された受信信号の第１の信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定して、前記第１の信号成分を定義する工程と、
（ｃ）デジタル化された受信信号から前記定義された第１の信号成分を取り除いて、修正された信号を取得する工程と、
（ｄ）デジタル化した受信信号の更なる信号成分の又はそれ以上のパラメータを推定して、前記更なる信号成分を定義する工程と、
（ｅ）前記修正された信号から前記定義された更なる信号成分を取り除く工程と、
（ｆ）所定の数の信号成分に対し前記工程（ｄ）と（ｅ）を繰り返す工程と、
（ｇ）すべての前記所定数の信号成分の内もっとも大きな振幅を有する信号成分を除いて、前記定義された更なる信号成分を差し引いた前記デジタル化した受信信号からなる純化した信号を取得する工程と、
（ｈ）前記第１の信号成分の一又はそれ以上のパラメータを再推定して、すべての前記所定数の信号成分の内もっとも大きな振幅を有する信号成分を差し引いた純化した信号に基づいて、前記第１の信号成分を再定義する工程と、
（ｉ）すべての前記所定数の信号成分の内もっとも大きな振幅を有する信号成分の一又はそれ以上のパラメータを再推定し、再定義された第１の信号成分を差し引いた純化した信号に基づいて、前記もっとも大きな振幅を有する信号成分を再定義する工程と、
（ｊ）前記もっとも大きな振幅を有する再定義された信号成分を差し引いた純化した信号を用いて、前記第１の信号成分を再推定する工程と、
（ｋ）所定数回前記工程（ｈ）乃至工程（ｊ）を繰り返して、前記第１の信号成分の一又はそれ以上のパラメータの純化した推定を得る工程と、
からなる超広帯域システムにおいて信号の一又はそれ以上のパラメータを推定する方法。
【請求項２】
信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定する前記各工程が、該信号成分の振幅及び／又は、前記遅延を推定することからなり、遅延がサンプリング工程の開始時から前記信号成分の内最大振幅が現れる時までであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各工程が時間領域において実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
各工程が周波数領域において実行され、更に、信号をデジタル化した後で工程（ｂ）乃至工程（ｋ）を実行する前に、受信信号に対してフーリエ変換工程を適用することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定する前記各工程が該信号成分の振幅を推定することからなり、更に、一定のジオメトリック関係に置かれた２又はそれ以上の指向性アンテナからなるアンテナシステムで受信した信号の到来方向を判定する工程を方法が含んでおり、また、工程（ｋ）で第１のアンテナに適すると判定されたときの受信信号の信号振幅を工程（ｋ）で第２のアンテナに適すると判定されたときの受信信号の信号振幅と比較する工程を方法が含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定する前記各工程が、受信信号の第１の信号成分の遅延であってサンプリング工程の開始時から前記第１の信号成分の最大振幅が現れる時までのものを推定することを含んでおり、更に、受信機で受信された信号を送信するために配設された送信機との間の距離を判定して、工程（ｋ）において推定された遅延を用いて受信信号の到着時を推定することによって、各工程（ａ）乃至（ｋ）が行われる受信信号を形成する工程を方法が含んでいることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
送信機と、
受信機と、
送信機と協働するアンテナの一又はそれ以上のパラメータをモニターして該アンテナの予測される転送機能を発生するモニター手段と、
更に、受信機と協働するアンテナの一又はそれ以上のパラメータをモニターして受信機と協働する該アンテナの予測される転送機能を発生するモニター手段を備え、
前記送信機が該送信機と協働するアンテナの予測される転送機能を、データ通信システムを介して、前記受信機に送信するように配設され、
前記受信機が受信信号に基づくと共に、信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定する前記工程において、送信機と受信機と協働する各アンテナの予測されるそれぞれの転送機能を用いて請求項１の方法の各工程を行うように配設されたトランシーバ。
【請求項８】
（ａ）受信した信号をデジタル化してデジタル信号を形成するデジタイザと、
（ｂ）デジタル化された受信信号の第１の信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定して、前記第１の信号成分を定義するために設けられた第１の推定ステージと、
（ｃ）デジタル化した受信信号から前記定義された第１の信号成分を取り除いて、修正された信号を取得するために設けられた第１の減算ステージと、
（ｄ）更なる信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定して、前記更なる信号成分を定義するために設けられた第２の推定ステージと、
（ｅ）前記修正された信号から前記定義された更なる信号成分を取り除くために設けられた第２の減算ステージと、
（ｆ）前記第２の推定ステージが所定数の更なる信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定し該更なる信号成分を定義するために設けられ、そして、前記第２の減算ステージが前記修正された信号から前記定義された更なる信号成分を取り除くために設けられ、
（ｇ）すべての前記所定数の信号成分の内もっとも大きな振幅を有する信号成分を除いて、前記定義された更なる信号成分を差し引いた前記デジタル化した受信信号からなる純化した信号を取得するために設けられた純化ステージと、
（ｈ）前記第１の信号成分の一又はそれ以上のパラメータを再推定して、すべての前記所定数の信号成分の内もっとも大きな振幅を有する信号成分を差し引いた純化した信号に基づいて、前記第１の信号成分を再定義するために設けられた第１の再推定ステージと、
（ｉ）すべての前記所定数の信号成分の内もっとも大きな振幅を有する信号成分の一又はそれ以上のパラメータを再推定し、再定義された第１の信号成分を差し引いた純化した信号に基づいて、前記もっとも大きな振幅を有する信号成分を再定義するために設けられた第２の再推定ステージと、
（ｊ）前記もっとも大きな振幅を有する再定義された信号成分を差し引いた純化された信号を用いて、前記第１の信号成分を再推定するために設けられた第３の再推定ステージと、
（ｋ）前記第１と第２と第３の再推定ステージが所定数回前記再推定工程を繰り返して、前記第１の信号成分の一又はそれ以上のパラメータの純化された推定を得るものと、
からなる超広帯域システムにおいて信号の一又はそれ以上のパラメータを推定するために設けられた受信機。
【請求項９】
前記第１と第２の推定ステージが前記信号成分の振幅及び／又は、遅延を推定するために設けられており、遅延がサンプリング工程の開始時から信号成分の内最大振幅が現れる時までであることを特徴とする請求項８に記載の受信機。
【請求項１０】
前記一又はそれ以上のステージが時間領域において作動するように設けられていることを特徴とする請求項８に記載の受信機。
【請求項１１】
前記一又はそれ以上のステージが周波数領域において作動するように設けられ、更に、信号をデジタル化した後で、受信信号に対してフーリエ変換工程を適用するように設けられた処理ステージを更に設けたことを特徴とする請求項８に記載の受信機。
【請求項１２】
前記各推定ステージが該信号成分の振幅を推定するために設けられ、更に、受信機と協働するアンテナシステムであって一定のジオメトリック関係に置かれた２又はそれ以上の指向性アンテナからなるもので、受信信号の到来方向を決定する手段を受信機が含んでおり、また、該決定手段が前記アンテナシステムの第１のアンテナに適すると前記第３の再推定ステージによって判定されたときの受信信号の信号振幅の純化された推定を前記アンテナシステムの第２のアンテナに適すると前記第３の再推定ステージによって判定されたときの受信信号の信号振幅の純化された推定と比較する比較ステージを含んでいることを特徴とする請求項８に記載の受信機。
【請求項１３】
各推定工程が、受信信号の第１の信号成分に対する遅延であってサンプリング工程の開始時から前記第１の信号成分の最大振幅が現れる時までのものを推定するために設けられ、更に、前記判定手段が受信機で受信された信号を送信するために配設された送信機との間の距離を判定して受信信号を形成する手段であって、前記第３の再推定ステージにおける遅延の純化された推定から判定された遅延を用いて受信信号の到着時を推定するために設けられたものを前記システムが含んでいることを特徴とする請求項８に記載の受信機を具備するトランシーバシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超広帯域システムにおいて信号の一又はそれ以上のパラメータを推定する方法と超広帯域信号を受信する受信機に関する。特には、一又はそれ以上の好適な実施の形態による方法と受信機が、位置決めシステムのような超広帯域（ＵＷＢ）システムに基づくパルスにおける遅延と振幅の推定に特別の用途を有することができる。
【背景技術】
【０００２】
位置決めシステムにおいて、パルスベースの広帯域信号（ＵＷＢ）が、受信機において信号到着時を推定することで、受信機からの送信機の距離を推定するために使用されることがある。このような信号は、互いに一定のジオメトリックな関係に置かれた２つの指向性アンテナによって受信された信号の振幅を比較することによって、受信機における信号の到来方向（ＤＯＡ）を推定するために使用されることもある。信号の到着時間を推定する従来の方法は、受信信号の振幅を測定することであり、それが閾値を越えた時点が信号の到着時間とされていた。受信信号の最大振幅値が信号の強さであるとされていた。
【０００３】
上記従来の方法は、反射の存在しないような自由空間条件においては満足いくものである。しかし、信号通路内において多重反射が存在するようなシステムにおいては、反射信号は直接通路の信号と重なり合い、このことが上記従来の方法によって判定される時間値と振幅値に影響を及ぼす。受信信号は、直接通路信号とマルチパス信号の合計されたものである。
【０００４】
信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を大きくするために、受信信号とローカルに記憶されたパルステンプレートの間の相互相関が算出されることもある。この相互相関機能に基づいて、信号到着時間と振幅が推定されうる。このことは、整合されたフィルタと均等である。残念なことに、相互相関では上記のマルチパス問題を解決することができない。
【０００５】
マルチパス遅延混合信号に関する『Ｊｉａｎ  Ｌｉ及びＲｅｎｂｉａｏ  Ｗｕ著「時間遅延推定のための能率的なアルゴリズム（Ａｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｆｏｒ  ｔｉｍｅ  ｄｅｌａｙ  ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、第４６巻、第８号、１９９８年８月刊行』において、周波数領域時間遅延推定アプローチが提供された。このアプローチは、非線形最小自乗法（ＮＬＳ）にふさわしい問題として述べられており、重み付けされたフーリエ変換及びリラクゼーション（以下ＷＲＥＬＡＸと呼ぶ）技術によって解決されたが、そこでは、混合された信号のマルチパス成分毎の遅延推定がＣｒａｍｅｒ−Ｒａｏ  Ｂｏｕｎｄ（ＣＲＢ）に近いものであってそれが最適であることが明示されていた。
【０００６】
ＷＲＥＬＡＸ技術は、超高解析時間遅延推定を達成した『Ｒｅｎｂｉａｏ  Ｗｕ及びＪｉａｎ  Ｌｉ並びにＺｈｅｎｇ−ｓｈｉ  Ｌｉｕ著「ＭＯＤＥ＿ＷＲＥＬＡＸによる超高解析時間遅延推定（Ｓｕｐｅｒ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｔｉｍｅ  ｄｅｌａｙ  ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｖｉａ  ＭＯＤＥ＿ＷＲＥＬＡＸ）」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  Ａｅｒｏｓｐａｃｅ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、第３５巻、第１号、１９９９年１月刊行』にも開示されていた。
【０００７】
信号の次元（すなわち、送信された信号のマルチパスコピーの数である）が既知であれば、『Ｊｉａｎ  Ｌｉ及びＲｅｎｂｉａｏ  Ｗｕ著「時間遅延推定のための能率的なアルゴリズム（Ａｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｆｏｒ  ｔｉｍｅ  ｄｅｌａｙ  ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、第４６巻、第８号、１９９８年８月刊行』に記載のＷＲＥＬＡＸ技術は、十分に行える。しかし、ＷＲＥＬＡＸ技術のマルチレベルでの反復のために、マルチパスの数が大きくなると非常に時間がかかることとなり、リアルタイムでの作動を困難にし且つ複雑にする。
【０００８】
したがって、マルチパス信号から信号の振幅と到達時間を算出する装置及び方法の必要性が存在する。
【発明の開示】
【０００９】
広い意味で、本発明は、マルチパス干渉を阻止してパラメータ（又は複数のパラメータ）の推定値（又は複数の推定値）を得る、受信したＵＷＢ信号の一又はそれ以上のパラメータを推定する方法である。
【００１０】
第１の様相によると、
「（ａ）受信した信号をデジタル化してデジタル信号を形成する工程と、
（ｂ）デジタル化された受信信号の第１の信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定して、前記第１の信号成分を定義する工程と、
（ｃ）デジタル化された受信信号から前記定義された第１の信号成分を取り除いて、修正された信号を取得する工程と、
（ｄ）デジタル化した受信信号の更なる信号成分の又はそれ以上のパラメータを推定して、前記更なる信号成分を定義する工程と、
（ｅ）前記修正された信号から前記定義された更なる信号成分を取り除く工程と、
（ｆ）所定の数の信号成分に対し前記工程（ｄ）と（ｅ）を繰り返す工程と、
（ｇ）すべての前記所定数の信号成分の内もっとも大きな振幅を有する信号成分を除いて、前記定義された更なる信号成分を差し引いた前記デジタル化した受信信号からなる純化した信号を取得する工程と、
（ｈ）前記第１の信号成分の一又はそれ以上のパラメータを再推定して、すべての前記所定数の信号成分の内もっとも大きな振幅を有する信号成分を差し引いた純化した信号に基づいて、前記第１の信号成分を再定義する工程と、
（ｉ）すべての前記所定数の信号成分の内もっとも大きな振幅を有する信号成分の一又はそれ以上のパラメータを再推定し、再定義された第１の信号成分を差し引いた純化した信号に基づいて、前記もっとも大きな振幅を有する信号成分を再定義する工程と、
（ｊ）前記もっとも大きな振幅を有する再定義された信号成分を差し引いた純化した信号を用いて、前記第１の信号成分を再推定する工程と、
（ｋ）所定数回前記工程（ｈ）乃至工程（ｊ）を繰り返して、前記第１の信号成分の一又はそれ以上のパラメータの純化した推定を得る工程と、
からなる超広帯域システムにおいて信号の一又はそれ以上のパラメータを推定する方法」が提供される。
【００１１】
好適には、一又はそれ以上のパラメータは信号成分の振幅及び／又は遅延からなり、遅延はサンプリング工程の開始時から信号成分の内最大振幅が現れる時までの時間である。
【００１２】
第１の好適な実施の形態においては、各工程が時間領域において実行されると共に、第２の好適な実施の形態においては、各工程が周波数領域において実行される。各工程が周波数領域において実行される実施の形態において、好適には、前記方法が信号をデジタル化した後で工程（ｂ）乃至工程（ｋ）を実行する前に、受信信号に対してフーリエ変換工程を適用することを含んでいる。更に好適な実施の形態においては、信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定する各工程が該信号成分の振幅を推定することからなり、更に、一定のジオメトリック関係に置かれた２又はそれ以上の指向性アンテナからなるアンテナシステムで受信した信号の到来方向を判定する工程を前記方法が含んでおり、また、工程（ｋ）で第１のアンテナに適すると判定されたときの受信信号の信号振幅を工程（ｋ）で第２のアンテナに適すると判定されたときの受信信号の信号振幅と比較する工程を前記方法が含んでいる。
【００１３】
好適には、信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定する各工程が、受信信号の第１の信号成分の遅延であってサンプリング工程の開始時から前記第１の信号成分の最大振幅が現れる時までの時間であるものを推定することを含んでおり、更に、受信機で受信された信号を送信するために配設された送信機との間の距離を判定して、工程（ｋ）において推定された遅延を用いて受信信号の到着時を推定することによって、各工程（ａ）乃至（ｋ）が行われる受信信号を形成する工程を前記方法が含んでいる。
【００１４】
本発明の第２の様相によると、
「送信機と、
受信機と、
送信機と協働するアンテナの一又はそれ以上のパラメータをモニターして該アンテナの予測される転送機能を発生するモニター手段と、
更に、受信機と協働するアンテナの一又はそれ以上のパラメータをモニターして受信機と協働する該アンテナの予測される転送機能を発生するモニター手段を備え、
前記送信機が該送信機と協働するアンテナの予測される転送機能を、データ通信システムを介して、前記受信機に送信するように配設され、
前記受信機が受信信号に基づくと共に、信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定する前記工程において、送信機と受信機と協働する各アンテナの予測されるそれぞれの転送機能を用いて請求項１の方法の各工程を行うように配設されたトランシーバ」が提供される。
【００１５】
本発明の第３の様相によると、
「（ａ）受信した信号をデジタル化してデジタル信号を形成するデジタイザと、
（ｂ）デジタル化された受信信号の第１の信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定して、前記第１の信号成分を定義するために設けられた第１の推定ステージと、
（ｃ）デジタル化した受信信号から前記定義された第１の信号成分を取り除いて、修正された信号を取得するために設けられた第１の減算ステージと、
（ｄ）更なる信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定して、前記更なる信号成分を定義するために設けられた第２の推定ステージと、
（ｅ）前記修正された信号から前記定義された更なる信号成分を取り除くために設けられた第２の減算ステージと、
（ｆ）前記第２の推定ステージが所定数の更なる信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定し該更なる信号成分を定義するために設けられ、そして、前記第２の減算ステージが前記修正された信号から前記定義された更なる信号成分を取り除くために設けられ、
（ｇ）すべての前記所定数の信号成分の内もっとも大きな振幅を有する信号成分を除いて、前記定義された更なる信号成分を差し引いた前記デジタル化した受信信号からなる純化した信号を取得するために設けられた純化ステージと、
（ｈ）前記第１の信号成分の一又はそれ以上のパラメータを再推定して、すべての前記所定数の信号成分の内もっとも大きな振幅を有する信号成分を差し引いた純化した信号に基づいて、前記第１の信号成分を再定義するために設けられた第１の再推定ステージと、
（ｉ）すべての前記所定数の信号成分の内もっとも大きな振幅を有する信号成分の一又はそれ以上のパラメータを再推定し、再定義された第１の信号成分を差し引いた純化した信号に基づいて、前記もっとも大きな振幅を有する信号成分を再定義するために設けられた第２の再推定ステージと、
（ｊ）前記もっとも大きな振幅を有する再定義された信号成分を差し引いた純化された信号を用いて、前記第１の信号成分を再推定するために設けられた第３の再推定ステージと、
（ｋ）前記第１と第２と第３の再推定ステージが所定数回前記再推定工程を繰り返して、前記第１の信号成分の一又はそれ以上のパラメータの純化された推定を得るものと、
からなる超広帯域システムにおいて信号の一又はそれ以上のパラメータを推定するために設けられた受信機」が提供される。
【００１６】
好適には、第１と第２の推定ステージが信号成分の振幅及び／又は、遅延を推定するために設けられており、遅延はサンプリング工程の開始時から信号成分の内最大振幅が現れる時までである。
【００１７】
好適な実施の形態においては、一又はそれ以上のステージが時間領域において作動するように設けられている。
【００１８】
更に好適な実施の形態においては、一又はそれ以上のステージが周波数領域において作動するように設けられ、更に、信号をデジタル化した後で、受信信号に対してフーリエ変換工程を適用するように設けられた処理ステージを更に受信機が設けている。
【００１９】
好ましくは、各推定ステージが信号成分の振幅を推定するために設けられ、更に、受信機が該受信機と協働するアンテナシステムであって一定のジオメトリック関係に置かれた２又はそれ以上の指向性アンテナからなるもので、受信信号の到来方向を決定する手段を含んでおり、また、該決定手段が前記アンテナシステムの第１のアンテナに適すると前記第３の再推定ステージによって判定されたときの受信信号の信号振幅の純化された推定を前記アンテナシステムの第２のアンテナに適すると前記第３の再推定ステージによって判定されたときの受信信号の信号振幅の純化された推定と比較する比較ステージを含んでいる。
【００２０】
本発明の第４の様相によると、
「各推定工程が、受信信号の第１の信号成分に対する遅延であってサンプリング工程の開始時から前記第１の信号成分の最大振幅が現れる時までのものを推定するために設けられ、更に、前記判定手段が受信機で受信された信号を送信するために配設された送信機との間の距離を判定して受信信号を形成する手段であって、前記第３の再推定ステージにおける遅延の純化された推定から判定された遅延を用いて受信信号の到着時を推定するために設けられたものを前記システムが含んでいることを特徴とする請求項８に記載の受信機を具備するトランシーバシステム」を提供する。
【００２１】
本発明の一又はそれ以上の好適な実施の形態は、マルチパス歪みに対してロバストでありマルチパル干渉の影響を押さえる能力を有しているので、それらは従来の一般的な相関方法に比べてタイミング及び振幅のより信頼性のある推定を可能にする。更に、たとえば、『Ｊｉａｎ  Ｌｉ及びＲｅｎｂｉａｏ  Ｗｕ著「時間遅延推定のための能率的なアルゴリズム（Ａｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ  ｆｏｒ  ｔｉｍｅ  ｄｅｌａｙ  ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、第４６巻、第８号、１９９８年８月刊行』に記載された従来のＷＲＥＬＡＸ  ＮＬＳ技術は、その従来法をリアルタイムでの実行を不可能にするマルチレベル反復法の各工程を含んでいる。
【００２２】
それに反して、一又はそれ以上の好適な実施の形態においては、マルチパス信号成分の数が多いけれども、受信信号の主要な成分を動的に検出して、従来のＷＲＥＬＡＸ  ＮＬＳ技術よりも少ない反復を用い、更に、一次元反復法の各工程を用い、第１のいくつかのパス信号を推定することによって、方法の複雑さは減少される。このことは、従来のマルチレベル反復技術に比べてはるかに単純であり、一又はそれ以上の好適な実施の形態をリアルタイムでの実行に適するものにするが、これは特に大きな利点である。
【００２３】
一又はそれ以上の好適な実施の形態は、振幅ベースのＤＯＡ推定のためのＵＷＢ位置決めシステムに用いられ、マルチパス混合信号から第１の到着パルス信号を抽出しその振幅と到来時刻を推定することによってマルチパス干渉を抑えて修正に標準をあわせて、パルスベースのＵＷＢシステムにおいては遅延と振幅の両推定にとって特に大きな利点である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
パルスベースのＵＷＢシステムにおいて、受信したＵＷＢ信号は遅延と振幅の両推定のために分析され、受信機からの送信機の距離と方向の決定をアシストする。図１（ａ）は、反射によるマルチパス信号が存在しない環境である自由空間環境において作動するシステムにおいて受信したＵＷＢ信号の波形を示している。図１（ｂ）は、反射路を介して入ってきた信号と一緒に、自由空間環境において受信したＵＷＢ信号の波形を示している。図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示された二つの信号の総和を構成する、受信されるであろう信号の波形を示している。図１（ａ）と図１（ｃ）の比較から、自由空間信号よりも遅れて総和された受信信号がそのピーク値に達していることが明らかである。更に、そのピーク値は二つの条件に対し同じではない。結果として、マルチパス反射が受信信号のタイミング推定及び振幅推定に影響を及ぼしていることは明らかである。
【００２５】
図２は、自由空間信号に対応するテンプレート４と一緒に、受信信号２の波形を示している。初めのうちは、二つの波形が一致していることが分かる。しかし、このときの信号振幅は非常に小さく、従って、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）は小さいが、反対に、信号のこの部分から得た受信信号の振幅と到着時間の推定の信頼性に影響を及ぼす。
【００２６】
信頼性のある振幅と到着時間の推定を得るために、合成された波形から直接通路の成分を抽出して、マルチパスの影響を抑制することが望ましい。本発明の好適な実施の形態において、受信信号は反復法を用いて処理され、いくつかの通路信号を分離し、それらが次に合成された信号から取り除かれることができて、直接通路の成分を得る。マルチパスの影響が抑制されたときには、直接通路の到着時間と振幅の両推定が混合波形から得られうる。
【００２７】
本発明の好適な実施の形態に係わる方法は、マルチ信号調整アプローチである。図３（ａ）は、波形６と本発明において使用する調整回路を示している。その波形は、サンプリングと波形に関連するタイミング、すなわち、パルス期間Ｔｐとサンプルとサンプルの間の期間Ｔｓと、一つのパルスの開始と次のパルスの開始の間の期間Ｔｃと一緒に受信信号シーケンスを示している。
【００２８】
サンプリング回路は、時間領域において受信信号から直接パルスを抽出するための処理システムである。波形から得られる各サンプルがＡ／Ｄコンバータ８においてデジタル化される。Ａ／Ｄコンバータ８からのデジタル出力は、処理ステージ１０の入力に渡され、そこで、処理されて単独のパルス信号ベクトルＳを生成する。その単独のパルス信号ベクトルＳは、ついで、更なる処理ステージ１１において処理され、マルチパス信号に関連する信号から成分を取り除いて、直接信号を得る。
【００２９】
第１の信号成分（第１のパス）は受信信号の最初の部分に基づくが、しかし、図２から明らかであるように、信号のこの部分においては、小さな信号振幅が存在し、したがって、低信号対ノイズ比となる。しかしながら、本発明の一又はそれ以上の好適な実施の形態においては、信号成分の振幅と遅延の推定は、必ずしも低ＳＮＲ領域において直接的に算出されるものではなく、それに変わって、他の信号成分が取り除かれた状態での信号の全長が考慮される。このことは、ＳＮＲを改善し、従って、推定がより正確になる。
【００３０】
サンプリングされた受信信号は数式１のように表すことができるが、ここで、ｒiは観測窓内の信号のｉ番目のサンプリング値であり、一つの観測窓にＭ個のサンプルがふくまれている。
【００３１】
【数１】
2007327939.tif 000003
【００３２】
パルスシーケンスが周期的あった場合、観測窓の信号はいくつかの周期において時間平均化される。この平均化プロセスは、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を大きくすることができる。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、受信信号が時間軸に沿って離散的にサンプリングされているので、（信号のサンプリング開始から信号のピーク値が現れる時点までの時間である）遅延の時間領域における推定は、若干の補間がなされる場合を除いて、時間的に不連続となる。時間領域アプローチの利点は、その低度の複雑さである。
【００３４】
しかし、本発明を実施する方法は、時間領域においても、又は、周波数領域においても行われることができる。図３（ｂ）は、波形１２と本発明において使用され、サンプリングされた信号が周波数領域に変換される調整回路を示している。この実施の形態においては、波形から得られる各サンプルはＡ／Ｄコンバータ１４においてデジタル化される。Ａ／Ｄコンバータ１４からのデジタル出力は処理ステージ１６の入力に加えられ、それが処理されて単独のパルス信号ベクトルＳを生成する。この単独のパルス信号ベクトルＳは、ついで、フーリエ変換ステージ１８に送られて、そこで、信号が周波数領域に変換される。変換された信号Ｆは、次に、更なる処理ステージ１９で処理されて、マルチパス信号に関連する信号から成分を取り除いて、直接信号を得る。
【００３５】
この実施の形態において、遅延は連続する位相シフトに対応する。この位相推定に基づいて、連続した遅延が得られうる。周波数領域において、受信信号は数式２によって示すことができるが、ここでＦは、時間領域信号Ｓの離散フーリエ変換である。
【００３６】
【数２】
2007327939.tif 000004
【００３７】
時間と周波数の両領域の手続きは、以下に記載される。
【００３８】
時間領域において、数式３が用いられるが、そこで、Ａは歪みのないパルス信号の時間領域テンプレートであり、［−］Tは行列又はベクトルの転置を意味する。
【００３９】
【数３】
2007327939.tif 000005
【００４０】
Ａの遅延変形は数式４によって示すことができるが、ｎＴSは遅延τの離散近似であり、ＴSはサンプリング期間であり、ｎはτ／ＴSに最も近い整数値である。
【００４１】
【数４】
2007327939.tif 000006
【００４２】
そこから直接信号の遅延と振幅の正確な値を推定することのできる信号を得るためには、まず、信号成分１乃至Ｎ（Ｎは信号成分の数）の遅延と振幅をおおよそ算出する必要がある。これは、たとえば、ここに引用されている非特許文献１において説明されているもののような従来の方法を使用して達成されうる。
【００４３】
パラメータ推定以前に既知の環境の基で取得されたパルス波形である信号テンプレートが知られているか、若しくは、アンテナパラメータのモニターを介して学習によって得ることもできる。送信機アンテナの波形の情報は受信機用のデータ通信を介して受信機に送信することもできる。この場合、受信とパラメータ推定は最適化されうる。しかし、実際例においては、パラメータを推定するよりもむしろ、十分大きな数を選択することができるかもしれない。
【００４４】
図４は、受信信号からマルチパス信号を取り除いて、受信信号の遅延τと振幅ａの推定が得られるクリーンな直接信号を取得するプロセスの流れ図を示している。図３（ａ）と３（ｂ）の処理ステージ１０と１６は、それぞれ、図４に示されたプロセスに応じて作動することができる。
【００４５】
第１のステージ２０において、第１の信号成分Ｓ1（以下、信号成分１と記す。）の遅延τと振幅ａが以下のように推定される。
信号成分１に関する数式５であるが、ここで、［−］Ｈは、行列又はベクトルのＨｅｒｍｉｔｉａｎ転置を意味する。
【００４６】
【数５】
2007327939.tif 000007
【００４７】
第２のステージ２２において、信号成分１が受信信号から取り除かれる。信号成分１を除いた受信信号は、以下の数式６のようなＳ-1によって表現されることができる。
【００４８】
【数６】
2007327939.tif 000008
【００４９】
第３のステージ２４において、第２の信号成分（以下、信号成分２と記す。）の遅延と振幅が以下の数式７ように算出されうる。
【００５０】
【数７】
2007327939.tif 000009
【００５１】
第４のステージ２６において、信号成分１と２以外の残りの信号成分の遅延と振幅が数式８によって算出されうる。
【００５２】
【数８】
2007327939.tif 000010
【００５３】
第３の信号成分のパラメータは以下の数式９のように算出されうる。
【００５４】
【数９】
2007327939.tif 000011
【００５５】
上記のプロセスが繰り返されて、信号成分１乃至Ｎ−１の遅延と振幅の当初推定のすべてを得る。
【００５６】
第５のステージ２８において、信号成分Ｎの遅延と振幅の当初推定がついで算出される。
【００５７】
信号成分２乃至Ｎのうち最大の振幅を有する信号成分（以下、信号成分ＭＡＩＮという。）の振幅が、ａmainによって示すことができ、対応する遅延がτmainによって示される。
【００５８】
信号成分１とＭＡＩＮは、信号の有効部分と見なされ、他の信号成分は妨害するものと見なされる。クリーン信号は、第６のステージ３０において、数式１０により決定されうる。
【００５９】
【数１０】
2007327939.tif 000012
【００６０】
プロセスの次の工程は、以下の数式１１のようなＳｃに基づいて反復的に信号成分１と信号成分ＭＡＩＮを修正することである。
【００６１】
【数１１】
2007327939.tif 000013
【００６２】
信号成分１の再計算された遅延と振幅は、第７と第８のステージ３２と３４において数式１２から決定されうる。
【００６３】
【数１２】
2007327939.tif 000014
【００６４】
（２）第９のステージ３６において、数式１３のように信号成分１がクリーン信号から取り除かれる。
【００６５】
【数１３】
2007327939.tif 000015
【００６６】
信号成分ＭＡＩＮから再計算された遅延と振幅は、第１０のステージ３８において数式１４から決定される。
【００６７】
【数１４】
2007327939.tif 000016
【００６８】
第１１のステージ４０において、信号成分ＭＡＩＮがクリーン信号から取り除かれる。
【００６９】
（３）第１２のステージ４２において、プロセスが最大の反復回数Ｎに達したか否かがチェックされる。まだ反復回数に達していない場合には、第８のステージ３４からプロセスが最大の反復回数に達するまで繰り返される。
【００７０】
一旦最大の反復回数に達すると、信号成分１の最終的な推定結果はτ1とａ1である。
【００７１】
周波数領域において、そのプロセスは時間領域に関する上記のものにほとんど同じであり、図４に示されたものと同じ基本的なステージ２０乃至４４が適用される。
【００７２】
非歪パルス信号のテンプレートＡの周波数領域表現は、数式１５によって得られ、そして、数式１６はＸの遅延変形である。
【００７３】
【数１５】
2007327939.tif 000017
【００７４】
【数１６】
2007327939.tif 000018
【００７５】
周波数領域の遅延表現は、位相シフトであり、それは連続的である。
【００７６】
第１のステージ２０において、第１の信号成分１の遅延と振幅が以下の数式１７ように近似的に算出される。
【００７７】
【数１７】
2007327939.tif 000019
【００７８】
第２のステージ２２において、信号成分１がついで受信信号から取り除かれ、信号成分１を除いた受信信号は、数式１８のようなＦ-1により記載される。
【００７９】
【数１８】
2007327939.tif 000020
【００８０】
第３のステージ２４において、信号成分２の遅延と振幅が以下の数式１９ように推定される。
【００８１】
【数１９】
2007327939.tif 000021
【００８２】
第４のステージ２６において、信号成分１と２以外の残りの信号成分の遅延と振幅が数式２０によって算出されうる。
【００８３】
【数２０】
2007327939.tif 000022
【００８４】
第３の信号成分のパラメータは以下のような数式２１のように算出されうる。
【００８５】
【数２１】
2007327939.tif 000023
【００８６】
上記のプロセスが繰り返されて、信号成分１乃至Ｎ−１の遅延と振幅の当初推定のすべてを得る。
【００８７】
第５のステージ２８において、信号成分Ｎの遅延と振幅の当初推定がついで算出される。
【００８８】
時間領域のプロセスの場合と同様に、ａmainは、信号成分２乃至Ｎのうち最大の振幅を有する信号成分の振幅を表すために使用され、τmainが対応する遅延を示すために使用される。信号成分１と信号成分ＭＡＩＮは、信号の有効部分と考えられ、他の信号成分は妨害するものを構成すると考えられる。クリーン信号は、第６のステージ３０において、数式２２により決定されうる。
【００８９】
【数２２】
2007327939.tif 000024
【００９０】
信号成分１と信号成分ＭＡＩＮは、以下の数式２３のように、Ｆｃに基づいて反復的に算出される。
【００９１】
【数２３】
2007327939.tif 000025
【００９２】
ついで、第７と第８のステージにおいて、信号成分１の遅延と振幅が数式２４で再算出される。
【００９３】
【数２４】
2007327939.tif 000026
【００９４】
（１）  第９のステージ３６において、数式２５で信号成分１がクリーン信号から取り除かれる。
【００９５】
【数２５】
2007327939.tif 000027
【００９６】
ついで、信号成分ＭＡＩＮの遅延と振幅は、第１０のステージ３８において、以下の数式２６のように再算出される。
【００９７】
【数２６】
2007327939.tif 000028
【００９８】
（２）  そして、第１１のステージ４０において、最大の反復回数Ｎに達したか否かがチェックされる。予め決められた最大反復回数に達していない場合には、第８のステージから第１１のステージまでのプロセスが最大の反復回数に達するまで繰り返される。
【００９９】
信号成分１の最終的な推定結果はτ1とａ1である。
【０１００】
要するに、本発明の一又はそれ以上の好適な実施の態様は、ＵＷＢ位置決めシステムにおけるＤＯＡ推定の安定性と精度を改善する。それによって、位置決め精度は改善される。発明を実施する方法の低複雑度は、それをリアルタイム実施にとって適切なものにする。
【０１０１】
上記の本発明の実施の態様に対し様々な修正を行うことが可能である。たとえば、上記のものに他の構成部材と方法工程を付加したり、置き換えたりすることが可能である。したがって、本発明は特定の実施の形態を用いて上記のように説明されたけれども、当業者にとって明らかである場合、本発明の範囲から逸脱することなく、特許請求の範囲内において多くの変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
本発明は、例示で、以下の図面に関連して、説明されている。
【図１（ａ）】自由空間条件下で受信されたＵＷＢパルス信号の時間に対する信号振幅の変動を示すグラフである。
【図１（ｂ）】マルチパスシステムにおいて受信されたＵＷＢパルス信号の時間に対する信号振幅の変動を示すグラフであり、直接パルス信号と反射パルス信号を示している。
【図１（ｃ）】図１（ｂ）の直接パルス信号と反射パルス信号の総和を示すグラフである。
【図２】同一のパルスの自由空間信号テンプレートを示すグラフの上に重ね合わされた図１（ｃ）の総和信号を示すグラフである。
【図３（ａ）】時間領域における直接信号と反射信号を示す受信信号の波形とサンプリングシステムである。
【図３（ｂ）】周波数領域における直接信号と反射信号を示す受信信号の波形と処理システムである。
【図４】好適な実施の形態によるプロセスのフローチャートである。
【図１（ａ）】
2007327939.tif 000029
【図１（ｂ）】
2007327939.tif 000030
【図１（ｃ）】
2007327939.tif 000031
【図２】
2007327939.tif 000032
【図３（ａ）】
2007327939.tif 000033
【図３（ｂ）】
2007327939.tif 000034
【図４】
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【外国語明細書】
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