(57)【要約】【課題】長時間動作が可能であり、高精度で送信装置及び受信装置間の距離を求めることができる送信装置、受信装置及び通信システムを提供することを課題とする。【解決手段】送信装置及び受信装置を有する通信システムであって、前記送信装置は、複数のインパルス波を含むフレームを送信する送信部を有し、前記受信装置は、前記送信装置から受信した複数のインパルス波を含むフレームの同期をとる同期部（１０６）と、前記同期の後、前記フレーム内の複数のインパルス波を異なる受信感度で受信するように制御する制御部（１０７）とを有することを特徴とする通信システムが提供される。【選択図】図１
2009273053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信装置から受信した複数のインパルス波を含むフレームの同期をとる同期部と、
前記同期の後、前記フレーム内の複数のインパルス波を異なる受信感度で受信するように制御する制御部と
を有することを特徴とする受信装置。
【請求項２】
さらに、各受信感度におけるインパルス波の受信可否に基づいて送信装置及び受信装置間の距離を演算する演算部を有することを特徴とする請求項１記載の受信装置。
【請求項３】
送信装置及び受信装置を有する通信システムであって、
前記送信装置は、
複数のインパルス波を含むフレームを送信する送信部を有し、
前記受信装置は、
前記送信装置から受信した複数のインパルス波を含むフレームの同期をとる同期部と、
前記同期の後、前記フレーム内の複数のインパルス波を異なる受信感度で受信するように制御する制御部とを有することを特徴とする通信システム。
【請求項４】
フレーム内の複数のインパルス波を異なる送信強度で送信する送信手段を有することを特徴とする送信装置。
【請求項５】
送信装置及び受信装置を有する通信システムであって、
前記送信装置は、
フレーム内の複数のインパルス波を異なる送信強度で送信する送信手段を有し、
前記受信装置は、
前記送信装置から受信した複数のインパルス波を含むフレームの同期をとる同期部と、
前記送信装置から受信したフレーム内の複数のインパルス波の受信可否に基づいて送信装置及び受信装置間の距離を演算する演算部とを有することを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信装置、受信装置及び通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２は、通信システムの構成例を示す図である。超広帯域なインパルス無線（ＵＷＢ−ＩＲ）の送受信を行うことにより測距する（距離を求める）方式として、送受信を往復で行い伝搬時間を計測する方式がある。Two Way rangingと呼ばれる方式である。インフラの通信装置１２０１は、送信回路１２０２及び受信回路１２０３を有する。移動体の通信装置１２１１は、受信回路１２１２及び送信回路１２１３を有する。送信回路１２０２がインパルス波を送信した時刻をｔ１、受信回路１２１２がそのインパルス波を受信した時刻をｔ２、受信回路１２１２が受信後に送信回路１２１３がインパルス波を再送信した時刻をｔ３、受信回路１２０３がその再送信されたインパルス波を受信した時刻をｔ４とする。この４つの時刻から、通信装置１２０１及び１２１１間の距離は、ｃ×（（ｔ４−ｔ１）−（ｔ３−ｔ２））/２で求められる。ここで、ｃは光速である。
【０００３】
インパルス波は、数ｎｓ以下と非常に短いパルス波であるため、周辺環境による反射（マルチパス）波を分離できる。そのため、マルチパスの影響を受けにくい（マルチパスに強い）。同様に、時間的に短いパルス波であることから、受信時間を高い時間分解能（＝距離分解能）、例えば、１ｎｓ以下（距離換算で０．３ｍ以下）で計測できる。
【０００４】
この方式では非常に高精度に距離を求めることが可能ではあるが、２台の通信装置１２０１及び１２１１間でいずれにも送受信回路１２０２，１２０３，１２１２，１２１３が必要となる。
【０００５】
環境に配置された基地局と、移動端末という組み合わせを考え、基地局において移動端末までの距離を求めるようなシステムを想定する。この場合、移動端末はコイン電池等で動作し、長時間利用可能なものが求められる。こうしたシステムにおいて、送受信回路、特に受信回路を持たせると低消費電力化が困難になる。一般に、受信回路は消費電力が大きく、また、受信に備えて動作状態を維持する時間も長くなるためである。したがって、移動端末の利用時間という観点からは、送信回路及び受信回路の両方が必要な方式は望ましくない。
【０００６】
一方、インパルス無線のような搬送波（キャリア）を用いない通信ではなく、搬送波を用いる通信の場合、その受信強度を測定して、送信装置及び受信装置間の距離を求める方式がある。下記の特許文献１にも示されているように、電界強度と電波の到達距離は、反比例の関係にあり、この関係に基づいて距離が算出される。また、無線ＬＡＮやzigbee等の無線方式でも、ログアンプ等により受信強度を計測しており、ＲＳＳＩ（received signal strength indicator）方式と呼ばれる。
【０００７】
図１３は、ＲＳＳＩ方式による測定を示す図である。このような受信強度を測定する方式では、電波を往復させる必要がなく、一方からの送信のみで済む。そのため、例えば、移動端末側を送信専用の比較的簡単な構造にすることが可能である。
【０００８】
ただし、搬送波を用いる通信では、マルチパス波の影響を大きく受ける。利用環境内の壁面等からの各種の反射波、回折波により、ＲＳＳＩ出力のゆらぎ１３０１が発生し、受信強度が大きく変化する。そのため、搬送波を用いた受信強度を測定して距離を求める方式は、環境の影響が非常に大きく、精度が悪い（例えば条件が比較的よい場合でも数ｍ）。
【０００９】
これらの状況を踏まえて、搬送波を用いる方式より精度が高く、かつ、利用時間が十分長いシステムが求められる場合がある。
【００１０】
また、下記の特許文献２には、受信信号の振幅を検出する振幅検出器と、上記検出された一定振幅以上の受信信号を解析して所定の信号成分が変化する境界を検出する境界検出器と、上記境界検出器で検出された直接波信号時間と、高さ入力とで距離を算出する距離算出器とを備えたことを特徴とする距離推定装置が記載されている。
【００１１】
【特許文献１】特開平５−９３７７０号公報
【特許文献２】特開平１０−２２７８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、長時間動作が可能であり、高精度で送信装置及び受信装置間の距離を求めることができる送信装置、受信装置及び通信システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の受信装置は、送信装置から受信した複数のインパルス波を含むフレームの同期をとる同期部と、前記同期の後、前記フレーム内の複数のインパルス波を異なる受信感度で受信するように制御する制御部とを有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の通信システムは、送信装置及び受信装置を有する通信システムであって、前記送信装置は、複数のインパルス波を含むフレームを送信する送信部を有し、前記受信装置は、前記送信装置から受信した複数のインパルス波を含むフレームの同期をとる同期部と、前記同期の後、前記フレーム内の複数のインパルス波を異なる受信感度で受信するように制御する制御部とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の送信装置は、フレーム内の複数のインパルス波を異なる送信強度で送信する送信手段を有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の通信システムは、送信装置及び受信装置を有する通信システムであって、前記送信装置は、フレーム内の複数のインパルス波を異なる送信強度で送信する送信手段を有し、前記受信装置は、前記送信装置から受信した複数のインパルス波を含むフレームの同期をとる同期部と、前記送信装置から受信したフレーム内の複数のインパルス波の受信可否に基づいて送信装置及び受信装置間の距離を演算する演算部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
インパルス波は非常に短い波であるため、周辺環境による反射（マルチパス）波を容易に分離でき、受信時間を高い時間分解能（＝距離分解能）で計測できる。そのため、高精度の距離を求めることができる。また、送信装置は受信機能が不要であり、構成が簡単であり、コストを低減でき、コイン電池等における長時間動作が可能になる。受信装置は送信機能が不要であるため、構成が簡単であり、コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態による移動端末の送信装置の構成例を示す図である。送信装置は、送信回路２０１及びアンテナ２０５を有する。送信回路２０１は、タイミング生成部２０２、インパルス生成部２０３及びアンプ２０４を有し、例えば数個の半導体チップで構成される。送信装置は、アンテナ２０５を介してインパルス波を送信する。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態による基地局の受信装置の構成例を示す図である。受信装置は、アンテナ１０２、受信回路１０１及び測距演算部１０８を有する。受信回路１０１は、アンプ１０３、可変アッテネータ１０４、検波部１０５、相関器１０６及びアッテネータ制御部１０７を有し、例えば数個の半導体チップで構成される。受信装置は、アンテナ１０２を介して図２の送信装置からインパルス波を受信し、図２の送信装置及び図１の受信装置間の距離を演算する。
【００２０】
本実施形態の通信システムは、図２の送信装置及び図１の受信装置を有し、超広帯域なインパルス無線（ＵＷＢ−ＩＲ）を用いて無線通信を行う。本実施形態では、インパルス無線を用い、図１の受信装置が受信強度を測定することにより、図２の送信装置及び図１の受信装置間の距離を求める。インパルス無線を利用することで、マルチパスの影響を受けにくくできる。また、受信強度を測定する方式ならば、図２の送信装置及び図１の受信装置はそれぞれ送信機能又は受信機能の一方のみを持てば済むため構造が簡易になる。特にインパルス無線の場合、送信機能は非常にシンプルで低消費電力の回路にできるため、距離を求めたい図２の移動端末の送信装置を送信専用とすることで、コイン電池等で長時間利用が可能になる。
【００２１】
ただし、図１の受信装置がインパルス波の受信強度を直接測定するためには、複雑な受信処理回路が必要となり、コストがかかる。また、コストのかからない搬送波の受信強度測定に用いられるようなログアンプは、応答時間が一般に長く、インパルス波のように非常に短い電波では十分な感度が取れない。結果的に、利用できる範囲が著しく狭くなってしまう。
【００２２】
図１４は、送信装置及び受信装置間の距離と受信装置の受信強度との関係を示すグラフである。本実施形態の受信装置は、インパルス波の受信強度を直接測定するのではなく、間接的にインパルス波の受信強度の測定を行う。インパルス波の受信装置には、検波部１０５があり、検波部１０５では、インパルス波の有無を検知している。受信装置の最低受信強度ＭＩＮは、送信強度や受信感度が固定値であれば、固定値となる。ある距離において、受信感度又は送信強度を徐々に変えていき、各受信感度又は各送信強度におけるインパルス波の有無をみる。例えば、送信強度を一定とし、受信感度を変更する（又は、送信強度を変更して、受信感度は固定する）と、ある距離ＰＰにおける通信余裕量１４０１を測定できる。この通信余裕量１４０１は、最低受信強度ＭＩＮに対する通信余裕量であり、受信強度と同様に、距離と反比例の関係にあることは図からも分かる。このようにすれば、インパルス波の受信強度を直接測定しなくても、間接的に距離を求めることが可能となる。また、受信感度又は送信強度を例えば０．２〜０．５ｄＢ程度とある程度の分解能で変更することは簡単にできる。
【００２３】
さらに、比較的短時間に測定でき、かつ、複数の被測定対象（距離を測定する対象）でも利用できるようにするために、以下のように、一連のインパルス波の送信の中で受信感度又は送信強度を変更していく。以下、第１及び第２の実施形態では受信装置の受信感度を変更する例を示し、第３及び第４の実施形態では送信装置の送信強度を変更する例を示す。
【００２４】
複数の被測定対象を識別するためには、送信内容に識別用データを含ませる必要がある。受信装置は、送信装置から送信されたデータにより被測定対象を識別する。インパルス波を用いた代表的なデータ通信方式として、タイムホッピング−パルス位置変調（ＴＨ−ＰＰＭ）がある。インパルス波を送信する毎に送信タイミングを変化させながら（タイムホッピング）、パルスの時間的な位置によりデータを表現する（位置変調）方式である。送信時のタイムホッピングのパターンを複数利用することで、送信装置を複数個同時に利用可能になる。ＴＨ−ＰＰＭを利用して複数のインパルス波から構成されるひとかたまりのインパルス波群を以下ではフレームと呼ぶ。フレームは、送信装置と受信装置でタイミングを合わせる（同期）ためのプリアンブル部とデータが格納されるデータボディ部からなる。
【００２５】
図１５は、フレームＦＲの例を示す図である。フレームＦＲは、上記のプリアンブル部及びデータボディ部を有する。受信強度を測定する場合、最も簡単な方式として、１フレームＦＲ単位で、送信する毎に、受信感度又は送信強度を変えていく、という方式が考えられる。図１５に、送信装置の送信強度をフレームＦＲ単位で変更する場合を示す。例えば、複数のフレームＦＲ間に送信強度の差１５０１を設ける。この方式では、距離を測定するためには、複数回フレームＦＲを送信する必要があり、測定に時間がかかる、という問題が発生する。
【００２６】
図４は、図２の送信装置が送信するフレームＦＲの例を示す図である。以下、図４を参照しながら、図２の動作を説明する。フレームＦＲは、プリアンブル部ＰＲ、測距部ＴＳ及びデータボディ部ＤＢを有する。プリアンブル部ＰＲは、図１の送信装置と図２の受信装置との間で同期をとる（タイミングを合わせる）ためのインパルス波の時間区間である。測距部ＴＳは、図２の送信装置及び図１の受信装置間の距離を測定するためのインパルス波の時間区間である。データボディ部ＤＢは、データのインパルス波の時間区間であり、例えば自己の送信装置を識別するための識別用データを含む。図１の受信装置は、図２の送信装置から送信された識別用データにより複数の送信装置の中の１つを特定し、その特定した送信装置と自己の受信装置との間の距離を演算することができる。
【００２７】
タイミング生成部２０２は、フレームＦＲ内のプリアンブル部ＰＲ、測距部ＴＳ及びデータボディ部ＤＢのインパルス波の送信タイミングを生成し、インパルス生成部２０３に出力する。インパルス生成部２０３は、タイミング生成部２０２により生成されたタイミングでインパルス波を生成し、アンプ２０４に出力する。アンプ２０４は、インパルス生成部２０３により生成されたインパルス波を増幅し、フレームＦＲをアンテナ２０５を介して無線送信する。なお、インパルス生成部２０３は、具体的には、インパルス波を生成し、そのインパルス波をバンドパスフィルタを介して、図３の信号Ｓ１に示すようなインパルス波としてアンプ２０４に出力する。また、送信するフレームＦＲの測距部ＴＳ内の複数のインパルス波は、すべて同一の送信強度（信号強度）である。
【００２８】
図３は、図１の受信装置の動作を説明するための波形図である。以下、図３を参照しながら、図１の受信装置の動作を説明する。アンテナ１０２は、図２の送信装置から図４のフレームＦＲを無線受信する。アンプ１０３は、アンテナ１０２を介して受信した信号を増幅し、増幅した信号Ｓ１を可変アッテネータ１０４に出力する。信号Ｓ１において、測距部ＴＳは同一の信号強度の複数のインパルス波を有する。可変アッテネータ１０４は、アンプ１０３により増幅された信号Ｓ１に対して、アッテネータ制御部１０７により制御された減衰率で減衰し、減衰させた信号Ｓ２を検波部１０５に出力する。検波部１０５は、可変アッテネータ１０４により減衰させられた信号Ｓ２を検波し、検波した信号Ｓ３を相関器１０６に出力する。具体的には、検波部１０５は、高周波数の信号Ｓ２を整流し、直流の信号Ｓ３を出力する。相関器１０６は、信号Ｓ３を基に入力インパルス波の時間位置とプリアンブル部ＰＲ内のインパルス波の時間位置との相関をとり、相関結果に基づいて、フレームＦＲの同期をとり、同期信号をアッテネータ制御部１０７及び測距演算部１０８に出力する。プリアンブル部ＰＲのインプルス波と相関が強いインパルス波が入力されれば、同期信号が出力される。例えば、相関器１０６は、スライディング相関器である。相関器１０６によりフレームＦＲの同期がとれると、フレームＦＲ内のプリアンブル部ＰＲの時間位置が確定する。
【００２９】
アッテネータ制御部１０７は、相関器１０６の同期信号を入力後、可変アッテネータ１０４において測距部ＴＳ内の複数のインパルス波を異なる減衰率ＳＴで減衰させるための減衰率設定値Ｓ４を可変アッテネータ１０４に出力する。可変アッテネータ１０４は、アッテネータ制御部１０７により出力される減衰率設定値Ｓ４に応じて、フレームＦＲ内の測距部ＴＳの複数のインパルス波を異なる減衰率ＳＴで減衰する。例えば、測距部ＴＳ内の複数のインパルス波に対して、減衰率設定値Ｓ４は徐々に大きくなり、可変アッテネータ１０４の出力信号Ｓ２は徐々に受信感度が低くなって信号強度が小さくなる。検波部１０５は、入力信号Ｓ２内のインパルス波が最低受信感度閾値ＴＨを越えると信号Ｓ３内でハイレベルパルスを生成し、入力信号Ｓ２内のインパルス波が最低受信感度閾値ＴＨを越えないと信号Ｓ３内でハイレベルパルス３０１を生成しない。信号Ｓ２において、測距部ＴＳ内のインパルス波は段階的に信号強度が小さくなっていくので、インパルス波が最低受信感度閾値ＴＨを越えているときには信号Ｓ３内のパルスが発生し、インパルス波が最低受信感度閾値ＴＨより小さくなると信号内Ｓ３内にパルスが発生しない。
【００３０】
測距演算部１０８は、相関器１０６の同期信号を入力後、検波部１０５が出力する測距部ＴＳにおける信号を基に、送信装置及び受信装置間の距離を演算する。具体的には、信号Ｓ３内において、パルスが発生するインパルス波グループの時間位置とパルスが発生しないインパルス波グループの時間位置の境界を基にその境界における減衰率設定値Ｓ４が分かる。測距演算部１０８は、図１４のグラフを参照し、その減衰率設定値Ｓ４を基に図２の送信装置及び図１の受信装置間の距離を演算する。境界の減衰率設定値Ｓ４が小さいほど送信装置及び受信装置間の距離が長くなり、境界の減衰率設定値Ｓ４が大きいほど送信装置及び受信装置間の距離が短くなる。
【００３１】
本実施形態では、距離を求める被測定対象である移動端末の送信装置（図２）に、送信機能を持たせる。受信強度の測定には、基地局の受信装置（図１）の受信感度を可変にする。本実施形態では、アンプ（ローノイズアンプ）１０３と検波部１０５の間に、可変アッテネータ１０４を配置する。通常時は、可変アッテネータ１０４は、最も小さい減衰率（アッテネータ値）としておく。図２の送信装置からフレームＦＲが送信されると、検波部１０５でインパルス波が検波され、相関器１０６に伝えられる。相関器１０６は、検波されたインパルス波の時間位置の相関をとり、相関結果に基づいて、フレーム同期をとる。
【００３２】
フレーム同期がとれれば、以降のインパルス波の受信タイミングが確定できる。そこで、このタイミングを相関器１０６からアッテネータ制御部１０７へ伝え、アッテネータ制御部１０７は可変アッテネータ１０４の減衰率設定値（アッテネータ値）Ｓ４を変更する。
【００３３】
フレームＦＲにおける測距部ＴＳのインパルス数は、減衰率設定値Ｓ４を変更する回数に基づいた数とする。例えば、図３に示すように、１発のインパルス波に１つの減衰率設定値Ｓ４を設定する場合、減衰率設定値Ｓ４の変更回数とインパルス数が等しくなる。減衰率設定値Ｓ４の変更回数は、減衰率設定値Ｓ４の変更幅と必要な測定分解能等に応じて決められる。
【００３４】
以上のように、受信装置の受信感度を変更して受信強度を測定する場合、プリアンブル部ＰＲによってフレーム同期をとることで、インパルス波がくるタイミングが予測できる。そのため、必要な測距部ＴＳのタイミングのみ、受信感度を変更することができ、複数の被測定端末の測定を行いやすくなる。本実施形態では、受信感度の変更を検波部１０５の前段に設けられた可変アッテネータ１０４の減衰率をステップ状に変更することで受信感度を変更している。
【００３５】
インパルス波は非常に短い波であるため、周辺環境による反射（マルチパス）波を容易に分離でき、受信時間を高い時間分解能（＝距離分解能）で計測できる。そのため、高精度の距離を求めることができる。また、送信装置は受信機能が不要であり、構成が簡単であり、コストを低減でき、コイン電池等における長時間動作が可能になる。受信装置は送信機能が不要であるため、構成が簡単であり、コストを低減できる。
【００３６】
また、本実施形態では、フレームＦＲ内のプリアンブル部ＰＲの後に、測距部ＴＳを設けると共に、１フレームＦＲ内の測距部ＴＳにおいてステップ状に受信感度を変えていくことで、受信強度を測定する。このように、１フレームＦＲ内で距離の測定を行うことで、測定時間の短縮が可能となる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態による基地局の受信装置の構成例を示す図である。本実施形態は、第１の実施形態に対して、図１の受信装置の代わりに図５の受信装置を設けたものである。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。本実施形態の通信システムは、図２の送信装置及び図５の受信装置を有する。
【００３８】
図５の受信装置は、図１の受信装置に対して、アンプ１０３、可変アッテネータ１０４及びアッテネータ制御部１０７の代わりに可変ゲインアンプ５０１及びゲイン制御部５０２を設けたものである。以下、図５の受信装置が図１の受信装置と異なる点を説明する。可変ゲインアンプ５０１は、アンテナ１０２及び検波部１０５間に接続される。ゲイン制御部５０２は、相関器１０６及び可変ゲインアンプ５０１間に接続される。
【００３９】
可変ゲインアンプ５０１は、アンテナ１０２を介して受信した信号に対して、ゲイン制御部５０２により制御されたゲイン（増幅率）で増幅し、増幅した信号を検波部１０５に出力する。検波部１０５は、可変ゲインアンプ５０１により増幅された信号を検波し、検波した信号を相関器１０６に出力する。相関器１０６は、入力信号内のインパルス波の時間位置とプリアンブル部ＰＲ内のインパルス波の時間位置との相関をとり、相関結果に基づいて、フレームＦＲの同期をとり、同期信号をゲイン制御部５０２及び測距演算部１０８に出力する。
【００４０】
ゲイン制御部５０２は、相関器１０６の同期信号を入力後、可変ゲインアンプ５０１において測距部ＴＳ内の複数のインパルス波を異なるゲインで増幅させるためのゲイン設定値を可変ゲインアンプ５０１に出力する。可変ゲインアンプ５０１は、ゲイン制御部５０２により出力されるゲイン設定値に応じて、フレームＦＲ内の測距部ＴＳの複数のインパルス波を異なるゲインで増幅する。例えば、図３と同様に、測距部ＴＳ内の複数のインパルス波に対して、ゲインは徐々に小さくなり、可変ゲインアンプ５０１の出力信号は徐々に受信感度が低くなって信号強度が小さくなる。検波部１０５は、入力信号内のインパルス波が最低受信感度閾値ＴＨを越えるとパルスを生成し、入力信号内のインパルス波が最低受信感度閾値ＴＨを越えないとパルスを生成しない。測距演算部１０８は、第１の実施形態と同様に、相関器１０６の同期信号を入力後、検波部１０５が出力する測距部ＴＳにおける信号を基に、送信装置及び受信装置間の距離を演算する。
【００４１】
以上のように、本実施形態の送信装置及び受信装置の機能及び効果は、第１の実施形態のものと同様である。ただし、本実施形態は、受信感度の変更を可変アッテネータ１０４ではなく、検波部１０５の前段の可変ゲインアンプ５０１で行う。第１及び第２の実施形態の場合、図２の移動端末の送信装置は受信強度を測定するための特別な手段が不要なため、送信装置の構成が簡単になる、という効果がある。
【００４２】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態による移動端末の送信装置の構成例を示す図である。第１及び第２の実施形態は受信装置の受信感度を変更するものであったが、本実施形態は送信装置の送信強度を変更するものである。
【００４３】
図６の送信装置は、図２の送信装置に対して、可変アッテネータ６０１及びアッテネータ制御部６０２を追加したものである。以下、図６の送信装置が図２の送信装置と異なる点を説明する。可変アッテネータ６０１は、インパルス生成部２０３及びアンプ２０４間に接続される。アッテネータ制御部６０２は、タイミング生成部２０２及び可変アッテネータ６０１間に接続される。
【００４４】
図７は、図６の送信装置が送信するフレームＦＲの構成例を示す図である。フレームＦＲは、図４と同様に、プリアンブル部ＰＲ、測距部ＴＳ及びデータボディ部ＤＢを有する。以下、図７を参照しながら、図６の送信装置の動作を説明する。インパルス生成部２０３は、タイミング生成部２０２により生成されたタイミングでインパルス波を生成し、可変アッテネータ６０１に出力する。可変アッテネータ６０１は、インパルス生成部２０３により生成されたインパルス波に対して、アッテネータ制御部６０２により制御された減衰率で減衰し、減衰させた信号をアンプ２０４に出力する。
【００４５】
タイミング生成部２０２は、フレームＦＲ内のプリアンブル部ＰＲ、測距部ＴＳ及びデータボディ部ＤＢの時間位置のタイミングをアッテネータ制御部６０２に出力する。アッテネータ制御部６０２は、第１の実施形態の受信装置と同様に、可変アッテネータ６０１において測距部ＴＳ内の複数のインパルス波を異なる減衰率で減衰させるための減衰率設定値を可変アッテネータ６０１に出力する。可変アッテネータ６０１は、図３と同様に、アッテネータ制御部６０２により出力される減衰率設定値に応じて、フレームＦＲ内の測距部ＴＳの複数のインパルス波を異なる減衰率で減衰する。アンプ２０４は、可変アッテネータ６０１により減衰させられたインパルス波を増幅し、フレームＦＲをアンテナ２０５を介して無線送信する。アンテナ２０５からは、図７のフレームＦＲが送信される。測距部ＴＳでは、複数のインパルス波の送信強度が異なり、時間経過と共に送信強度が徐々に小さくなる。
【００４６】
図８は、本実施形態による基地局の受信装置の構成例を示す図である。図８の受信装置は、図１の受信装置に対して、可変アッテネータ１０４及びアッテネータ制御部１０７を削除したものである。以下、図８の受信装置が図１の受信装置と異なる点を説明する。
【００４７】
アンテナ１０２は、図６の送信装置から図７のフレームＦＲを無線受信する。アンプ１０３は、アンテナ１０２を介して受信した信号を増幅し、増幅した信号を検波部１０５に出力する。検波部１０５は、アンプ１０３により増幅された信号を検波し、検波した信号を相関器１０６に出力する。測距部ＴＳでは、複数のインパルス波の信号強度が異なる。図３と同様に、検波部１０５は、最低受信感度閾値ＴＨより信号強度が大きいインパルス波に対してはパルスを生成し、最低受信感度閾値ＴＨより信号強度が小さいインパルス波に対してはパルスを生成しない。相関器１０６は、検波部１０５により検波された信号を基に入力インパルス波の時間位置とプリアンブル部ＰＲ内のインパルス波の時間位置との相関をとり、相関結果に基づいて、フレームＦＲの同期をとり、同期信号を測距演算部１０８に出力する。測距演算部１０８は、第１の実施形態と同様に、相関器１０６の同期信号を入力後、検波部１０５が出力する測距部ＴＳにおける信号を基に、送信装置及び受信装置間の距離を演算する。
【００４８】
以上のように、本実施形態は、送信装置が送信強度を可変にする。タイミング生成部２０２では、インパルス波の送信タイミングが生成される。この送信タイミングに基づいて、インパルス生成部２０３はインパルス波を生成する。可変アッテネータ６０１は、インパルス生成部２０３の後段に接続される。アッテネータ制御部６０２は、タイミング生成部２０２の出力に基づいて、可変アッテネータ６０１の減衰率を変更する。これにより、測距部ＴＳ内の複数のインパルス波の送信強度が変更される。受信装置は、通常の受信を行い、測距部ＴＳのパルスの有無を検出する。
【００４９】
本実施形態では、フレームＦＲ内のプリアンブル部ＰＲの後に、測距部ＴＳを設けると共に、１フレームＦＲ内の測距部ＴＳにおいてステップ状に送信強度を変えていくことで、受信強度を測定する。このように、１フレームＦＲ内で距離の測定を行うことで、測定時間の短縮が可能となる。
【００５０】
本実施形態は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、移動端末の送信装置は第１及び第２の実施形態に比べると複雑になるものの、基地局の受信装置はシンプルな構成になり、受信感度の切り替えが必要ないために、第１及び第２の実施形態に比べ、移動端末の送信装置の利用可能数を大きくできる、という効果がある。
【００５１】
（第４の実施形態）
図９は、本発明の第４の実施形態による移動端末の送信装置の構成例を示す図である。本実施形態は、第３の実施形態に対して、図６の送信装置の代わりに図９の送信装置を設けたものである。以下、本実施形態が第３の実施形態と異なる点を説明する。本実施形態の通信システムは、図９の送信装置及び図８の受信装置を有する。
【００５２】
図９の送信装置は、図６の送信装置に対して、アンプ２０４、可変アッテネータ６０１及びアッテネータ制御部６０２の代わりに可変ゲインアンプ９０１及びゲイン制御部９０２を設けたものである。以下、図９の送信装置が図６の送信装置と異なる点を説明する。可変ゲインアンプ９０１は、インパルス生成部２０３及びアンテナ２０５間に接続される。ゲイン制御部９０２は、タイミング生成部２０２及び可変ゲインアンプ９０１間に接続される。
【００５３】
可変ゲインアンプ９０１は、インパルス生成部２０３により生成されたインパルス波に対して、ゲイン制御部９０２により制御されたゲイン（増幅率）で増幅し、増幅した信号をアンテナ２０５を介して無線送信する。
【００５４】
タイミング生成部２０２は、フレームＦＲ内のプリアンブル部ＰＲ、測距部ＴＳ及びデータボディ部ＤＢの時間位置のタイミングをゲイン制御部９０２に出力する。ゲイン制御部９０２は、可変ゲインアンプ９０１において測距部ＴＳ内の複数のインパルス波を異なるゲインで増幅させるためのゲイン設定値を可変ゲインアンプ９０１に出力する。可変ゲインアンプ９０１は、ゲイン制御部９０２により出力されるゲイン設定値に応じて、フレームＦＲ内の測距部ＴＳの複数のインパルス波を異なるゲインで増幅し、フレームＦＲをアンテナ２０５を介して無線送信する。アンテナ２０５からは、図７のフレームＦＲが送信される。測距部ＴＳでは、複数のインパルス波の送信強度が異なり、時間経過と共に送信強度が徐々に小さくなる。
【００５５】
受信装置は、第３の実施形態と同様に、測距部ＴＳにおけるインパルス波を基に、送信装置及び受信装置間の距離を演算する。
【００５６】
以上のように、本実施形態の送信装置及び受信装置の機能及び効果は、第３の実施形態のものと同様である。ただし、本実施形態は、送信強度の変更を可変アッテネータ６０１ではなく、可変ゲインアンプ９０１で行う。
【００５７】
（第５の実施形態）
図１１は、本発明の第５の実施形態による受信装置の動作を説明するための波形図であり、図３に対応する。本実施形態は、第１の実施形態に対して、図１の受信装置のアッテネータ制御部１０７の制御方法が異なる。以下、本実施形態が第１の実施形態と異なる点を説明する。減衰率設定値Ｓ４は、アッテネータ制御部１０７が出力する信号である。信号Ｓ２は、可変アッテネータ１０４の出力信号である。第１の実施形態では、測距部ＴＳ内の各インパルス波に異なる減衰率を設定する場合を説明した。本実施形態では、測距部ＴＳ内の複数のインパルスに同じ減衰率を設定する。例えば、測距部ＴＳ内の３個のインパルス波単位で同じ減衰率を設定する。すなわち、各減衰率に対して３個のインパルス波が割り当てられ、減衰率を徐々に大きくしていく。
【００５８】
図１０は、受信強度及び受信可能率の関係を示す図である。受信強度が一定以上大きい場合は１００％受信が可能であるが、受信強度が小さくなるに連れて、受信可能率が下がっていく。例えば、受信可能率が１００％から５０％に下がるまでの受信強度の差１００１は数ｄＢである。そのため、１発のインパルス波のみの受信可否で判断すると精度が悪い。そこで、測距演算部１０８は、１つの減衰率（受信感度）において、複数個のインパルス波を割り当て、受信可能率を計算し、所定の受信可能率を下回った場合をもって、受信可否を判断する。こうすることで、測距精度を向上できる。例えば、測距演算部１０８は、同一の減衰率が設定された３個のインパルス波のうちの２個以上のインパルス波を受信できたときには、その減衰率のインパルス波を受信できたと判断することができる。
【００５９】
上記と同様に、本実施形態を第２〜第４の実施形態に適用することができる。本実施形態を第２の実施形態に適用する場合には、図５のゲイン制御部５０２は、測距部ＴＳ内の３個のインパルス波単位で同じゲイン（受信感度）を設定し、ゲインを変化させればよい。また、本実施形態を第３の実施形態に適用する場合には、図６のアッテネータ制御部６０２は、測距部ＴＳ内の３個のインパルス波単位で同じ減衰率（送信強度）を設定し減衰率を変化させればよい。また、本実施形態を第４の実施形態に適用する場合には、図９のゲイン制御部９０２は、測距部ＴＳ内の３個のインパルス波単位で同じゲイン（送信強度）を設定し、ゲインを変化させればよい。
【００６０】
以上のように、第１及び第２の実施形態の通信システムは、送信装置及び受信装置を有する。図２の送信装置は、複数のインパルス波を含むフレームＦＲを送信する送信部（送信回路）２０１を有する。図１又は図５の受信装置は、図２の送信装置から受信した複数のインパルス波を含むフレームＦＲの同期をとる同期部（相関器）１０６と、前記同期の後、フレームＦＲ内の複数のインパルス波を異なる受信感度で受信するように制御する制御部１０７又は５０２とを有する。測距演算部１０８は、各受信感度におけるインパルス波の受信可否に基づいて送信装置及び受信装置間の距離を演算する。
【００６１】
第１の実施形態（図１）では、検波部１０５は、前記受信したフレームを検波する。可変アッテネータ１０４は、検波部１０５の前段に設けられ、前記受信したフレームＦＲ内のインパルス波を減衰させる。制御部１０７は、可変アッテネータ１０４においてフレームＦＲ内の複数のインパルス波を異なる減衰率で減衰させるように制御する。
【００６２】
第２の実施形態（図５）では、検波部１０５は、前記受信したフレームＦＲを検波する。可変ゲインアンプ５０１は、検波部１０５の前段に設けられ、前記受信したフレームＦＲ内のインパルス波を増幅させる。制御部５０２は、可変ゲインアンプ５０１においてフレームＦＲ内の複数のインパルス波を異なるゲインで増幅させるように制御する。
【００６３】
第５の実施形態では、制御部１０７又は５０２は、各受信感度について複数のインパルス波を受信するように制御する。測距演算部１０８は、同一受信感度の複数のインパルス波の受信可否の確率に応じて前記距離を演算する。
【００６４】
第３及び第４の実施形態の通信システムは、送信装置及び受信装置を有する。図６又は図９の送信装置は、フレームＦＲ内の複数のインパルス波を異なる送信強度で送信する送信手段（送信回路）２０１を有する。図８の受信装置は、図６又は図９の送信装置から受信したフレームＦＲ内の複数のインパルス波の受信可否に基づいて送信装置及び受信装置間の距離を演算する測距演算部１０８を有する。
【００６５】
第３の実施形態（図６）では、可変アッテネータ６０１は、フレームＦＲ内のインパルス波を減衰させる。制御部６０２は、可変アッテネータ６０１においてフレームＦＲ内の複数のインパルス波を異なる減衰率で減衰させるように制御する。
【００６６】
第４の実施形態（図９）では、可変ゲインアンプ９０１は、フレームＦＲ内のインパルス波を増幅させる。制御部９０２は、可変ゲインアンプ９０１おいてフレームＦＲ内の複数のインパルス波を異なるゲインで増幅させるように制御する。
【００６７】
以上のように、第１〜第５の実施形態では、インパルス波は非常に短い波であるため、周辺環境による反射（マルチパス）波を容易に分離でき、受信時間を高い時間分解能（＝距離分解能）で計測できる。そのため、高精度の距離を求めることができる。また、送信装置は受信機能が不要であり、構成が簡単であり、コストを低減でき、コイン電池等における長時間動作が可能になる。受信装置は送信機能が不要であるため、構成が簡単であり、コストを低減できる。
【００６８】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【００６９】
本発明の実施形態は、例えば以下のように種々の適用が可能である。
【００７０】
（付記１）
送信装置から受信した複数のインパルス波を含むフレームの同期をとる同期部と、
前記同期の後、前記フレーム内の複数のインパルス波を異なる受信感度で受信するように制御する制御部と
を有することを特徴とする受信装置。
（付記２）
さらに、各受信感度におけるインパルス波の受信可否に基づいて送信装置及び受信装置間の距離を演算する演算部を有することを特徴とする付記１記載の受信装置。
（付記３）
さらに、前記受信したフレームを検波する検波部と、
前記検波部の前段に設けられ、前記受信したフレーム内のインパルス波を減衰させる可変アッテネータとを有し、
前記制御部は、前記可変アッテネータにおいて前記フレーム内の複数のインパルス波を異なる減衰率で減衰させるように制御することを特徴とする付記１又は２記載の受信装置。
（付記４）
さらに、前記受信したフレームを検波する検波部と、
前記検波部の前段に設けられ、前記受信したフレーム内のインパルス波を増幅させる可変ゲインアンプとを有し、
前記制御部は、前記可変ゲインアンプにおいて前記フレーム内の複数のインパルス波を異なるゲインで増幅させるように制御することを特徴とする付記１又は２記載の受信装置。
（付記５）
前記制御部は、各受信感度について複数のインパルス波を受信するように制御し、
前記演算部は、同一受信感度の複数のインパルス波の受信可否の確率に応じて前記距離を演算することを特徴とする付記２記載の受信装置。
（付記６）
送信装置及び受信装置を有する通信システムであって、
前記送信装置は、
複数のインパルス波を含むフレームを送信する送信部を有し、
前記受信装置は、
前記送信装置から受信した複数のインパルス波を含むフレームの同期をとる同期部と、
前記同期の後、前記フレーム内の複数のインパルス波を異なる受信感度で受信するように制御する制御部とを有することを特徴とする通信システム。
（付記７）
フレーム内の複数のインパルス波を異なる送信強度で送信する送信手段を有することを特徴とする送信装置。
（付記８）
さらに、前記フレーム内のインパルス波を減衰させる可変アッテネータと、
前記可変アッテネータにおいて前記フレーム内の複数のインパルス波を異なる減衰率で減衰させるように制御する制御部とを有することを特徴とする付記７記載の送信装置。
（付記９）
さらに、前記フレーム内のインパルス波を増幅させる可変ゲインアンプと、
前記可変ゲインアンプにおいて前記フレーム内の複数のインパルス波を異なるゲインで増幅させるように制御する制御部とを有することを特徴とする付記７記載の送信装置。
（付記１０）
送信装置及び受信装置を有する通信システムであって、
前記送信装置は、
フレーム内の複数のインパルス波を異なる送信強度で送信する送信手段を有し、
前記受信装置は、
前記送信装置から受信した複数のインパルス波を含むフレームの同期をとる同期部と、
前記送信装置から受信したフレーム内の複数のインパルス波の受信可否に基づいて送信装置及び受信装置間の距離を演算する演算部とを有することを特徴とする通信システム。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１の実施形態による基地局の受信装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による移動端末の送信装置の構成例を示す図である。
【図３】図１の受信装置の動作を説明するための波形図である。
【図４】図２の送信装置が送信するフレームの例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による基地局の受信装置の構成例を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態による移動端末の送信装置の構成例を示す図である。
【図７】図６の送信装置が送信するフレームの構成例を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態による基地局の受信装置の構成例を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施形態による移動端末の送信装置の構成例を示す図である。
【図１０】受信強度及び受信可能率の関係を示す図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態による受信装置の動作を説明するための波形図である。
【図１２】通信システムの構成例を示す図である。
【図１３】ＲＳＳＩ方式を示す図である。
【図１４】送信装置及び受信装置間の距離と受信装置の受信強度との関係を示すグラフである。
【図１５】フレームの例を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０１  受信回路
１０２  アンテナ
１０３  アンプ
１０４  可変アッテネータ
１０５  検波部
１０６  相関器
１０７  アッテネータ制御部
１０８  測距演算部
【図１】
2009273053.tif 000003
【図２】
2009273053.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009273053.tif 000006
【図５】
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【図６】
2009273053.tif 000008
【図７】
2009273053.tif 000009
【図８】
2009273053.tif 000010
【図９】
2009273053.tif 000011
【図１０】
2009273053.tif 000012
【図１１】
2009273053.tif 000013
【図１２】
2009273053.tif 000014
【図１３】
2009273053.tif 000015
【図１４】
2009273053.tif 000016
【図１５】
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