JP2011145111A - Uwb sensor system and reader device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、IR−UWB(Impulse Radio - Ultra Wide Band)無線通信又はレーダを用いたタグID検出、測距・測位及び生体検知に関する。 The present invention relates to tag ID detection, ranging / positioning, and living body detection using IR-UWB (Impulse Radio-Ultra Wide Band) wireless communication or radar.
UWB(Ultra Wide Band)無線は、その広帯域性を活かした高速通信以外に、時間分解能の高いパルスを間欠的に送受信することによる低消費電力な無線通信、伝搬遅延時間に基づく測距、生体微動を検知するレーダとして利用できることが知られている。特に、時間分解能の高いパルス(インパルス)を送受信するUWB無線は、高速通信用のマルチバンドOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)とは別の方式であり、IR(Impulse Radio)−UWBと呼ばれる。 UWB (Ultra Wide Band) wireless, in addition to high-speed communication utilizing its wide bandwidth, wireless communication with low power consumption by intermittent transmission and reception of pulses with high time resolution, distance measurement based on propagation delay time, biological micromotion It is known that the radar can be used as a radar for detecting noise. In particular, UWB radio that transmits and receives pulses (impulses) with high time resolution is a system different from multiband OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) for high-speed communication, and is called IR (Impulse Radio) -UWB.
IR−UWBの高い時間分解能を活かして無線機間の距離を高精度に測定するための技術は、例えば、特許文献1及び特許文献2に開示されている。また、IR−UWBの通信機能も利用して無線タグ装置(以下「無線タグ」又は「タグ」と略記する)の識別情報(ID:Identification)とその位置を管理するための技術は、例えば、特許文献3及び特許文献4に開示されている。
For example,
さらに、IR−UWBをレーダとして用いて人の動きを検知するためのセンサ技術は、特許文献5及び特許文献6に開示されている。同様のレーダ用途である心拍や呼吸といった生体情報を検知するためのセンサ技術は、特許文献7及び特許文献8に開示されている。特許文献7及び特許文献8には、パルスの受信ゲートを制御して検知距離を限定することにより、検知対象である人体エコーを周辺物体からの散乱波と分離できることが示されている。
Further, sensor technologies for detecting human movement using IR-UWB as a radar are disclosed in
以上のような従来技術を組み合わせると、無線タグを持った人のID、位置、及び、当該タグを持った人の生体情報を紐付けて取得するシステムが実現できる。例えば、タグID検出用のリーダ装置(以下「リーダ」と略記する)が、測距機能或いはレーダ機能を具備することで、無線タグのID、位置、及び、無線タグを持っている人の生体情報を同時に検出できることを示唆している。 By combining the conventional techniques as described above, it is possible to realize a system in which the ID and position of the person with the wireless tag and the biological information of the person with the tag are linked and acquired. For example, a reader device for tag ID detection (hereinafter abbreviated as “reader”) has a distance measuring function or a radar function, so that the ID of the wireless tag, the position, and the living body of the person who has the wireless tag. This suggests that information can be detected simultaneously.
しかしながら、リーダが受信するタグからの送信波と、レーダ動作時にリーダが受信する人体エコーとは、その信号レベルに大きな差異がある。図1は、リーダから見て、タグと当該タグを持った人(成人及び幼児)が等距離にあるとした場合に、タグ送信波10、成人の人体エコー20、および、幼児の人体エコー30の受信レベルをそれぞれ示している。ただし、使用周波数は10GHz、人体のレーダ断面積(RCS:Radar Cross Section)は、非特許文献1により成人に対する0dBsm(DEcibel squared meter)程度と仮定し、タグおよびリーダの送信出力を0dBmとしている。このとき、距離5mにおいて、タグ送信波の受信レベルと人体エコーの受信レベルとの差は25dBとなる。また、検知対象が幼児の場合には人体RCSは−10dBsm程度まで小さくなるため、距離1.5mにおいても受信レベル差が25dBとなる。
However, there is a large difference in signal level between the transmitted wave from the tag received by the reader and the human body echo received by the reader during radar operation. FIG. 1 shows a
また、IR−UWBの無線タグは、電池内蔵型でUWBパルスを自律発信するアクティブタグが一般的であり、タグ送信とリーダのレーダ機能とが同時に動作することが十分想定される。つまり、本発明の前提であるレーダ機能を有する無線タグのリーダは、大きなレベル差のあるタグ送信波と人体エコーとを同時に受信処理する必要がある。 Moreover, the IR-UWB wireless tag is generally an active tag that autonomously transmits a UWB pulse with a built-in battery, and it is sufficiently assumed that the tag transmission and the radar function of the reader operate simultaneously. That is, the reader of the wireless tag having the radar function, which is the premise of the present invention, needs to receive and process the tag transmission wave and the human body echo having a large level difference at the same time.
一般に、UWBパルスの受信系には、その回路構成が簡易であり、低コストで製造できるため、ダイオードを用いた検波器が良く用いられる。しかし、このダイオード検波器において線形性が保たれるダイナミックレンジは、25dB程度である。したがって、その受信レベル差が非常に大きくなるタグ送信波と人体エコーとを同時に受信処理するためには、リーダが受信電力範囲の異なる2つの受信系を具備する必要があった。 Generally, a detector using a diode is often used for a UWB pulse receiving system because its circuit configuration is simple and can be manufactured at low cost. However, the dynamic range in which linearity is maintained in this diode detector is about 25 dB. Therefore, in order to simultaneously receive and process a tag transmission wave and a human body echo whose reception level difference is very large, the reader needs to have two reception systems with different reception power ranges.
本発明の目的は、1つの受信系を用いて、リーダが、レーダの人体検知距離を数メートル程度確保しつつ、無線タグのIDを取得することができるUWBセンサシステム及びリーダ装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a UWB sensor system and a reader device that can acquire the ID of a wireless tag while ensuring a radar human body detection distance of about several meters using a single receiving system. It is.
本発明のUWBセンサシステムは、タグ装置及びリーダ装置で構成されるUWBセンサシステムであって、前記タグ装置は、IR−UWBのパルス系列を用いて前記タグ装置のIDを示すID信号をバースト送信するID送信手段を具備し、前記リーダ装置は、IR−UWBのパルス系列を用いて周期的且つ間欠的であって、前記リーダ装置に固有のユニークワードを示すUW信号を送信するUWB送信手段と、前記ID信号、及び、前記UW信号が前記タグ装置を装着した人体で反射された人体エコーを受信するUWB受信手段と、前記ID信号から前記タグ装置のIDを検出するID検出手段と、受信信号の遅延プロファイルを算出する相関受信手段と、前記遅延プロファイルを用いて遅延時間領域及びドップラシフト領域の2次元電力スペクトラムを算出する2次元プロファイル推定手段と、前記2次元電力スペクトラムを用いて前記人体エコーを検出する生体検知手段と、を具備し、前記UWB送信手段は、前記タグ装置のIDが検出された後に、前記UW信号を送信する、構成を採る。 The UWB sensor system of the present invention is a UWB sensor system comprising a tag device and a reader device, and the tag device burst-transmits an ID signal indicating the ID of the tag device using an IR-UWB pulse sequence. And a UWB transmission means for transmitting a UW signal indicating a unique word unique to the reader apparatus, which is periodic and intermittent using an IR-UWB pulse sequence. A UWB receiving means for receiving the ID signal and an echo of the UW signal reflected by a human body wearing the tag device; an ID detecting means for detecting the ID of the tag device from the ID signal; Correlation receiving means for calculating a delay profile of a signal, and two-dimensional power in a delay time domain and a Doppler shift domain using the delay profile A two-dimensional profile estimating means for calculating a spectrum, and a living body detecting means for detecting the human body echo using the two-dimensional power spectrum, wherein the UWB transmitting means is configured to detect an ID of the tag device. The UW signal is transmitted.
本発明のリーダ装置は、IR−UWBのパルス系列を用いて周期的且つ間欠的であって、前記リーダ装置に固有のユニークワードを示すUW信号を送信するUWB送信手段と、タグ装置のIDを示すID信号、及び、前記UW信号が前記タグ装置を装着した人体で反射された人体エコーを受信するUWB受信手段と、前記ID信号から前記タグ装置のIDを検出するID検出手段と、受信信号の遅延プロファイルを算出する相関受信手段と、前記遅延プロファイルを用いて遅延時間領域及びドップラシフト領域の2次元電力スペクトラムを算出する2次元プロファイル推定手段と、前記2次元電力スペクトラムを用いて前記人体エコーを検出する生体検知手段と、を具備し、前記UWB送信手段は、前記タグ装置のIDが検出された後に、前記UW信号を送信する、構成を採る。 The reader apparatus according to the present invention uses a UWB transmission means for transmitting a UW signal that is periodic and intermittent using an IR-UWB pulse sequence and indicates a unique word unique to the reader apparatus, and an ID of the tag apparatus. An ID signal indicating, a UWB receiving means for receiving a human body echo reflected by the human body wearing the tag device, an ID detecting means for detecting the ID of the tag device from the ID signal, and a received signal A correlation receiving means for calculating a delay profile of the signal, a two-dimensional profile estimating means for calculating a two-dimensional power spectrum in a delay time region and a Doppler shift region using the delay profile, and the human body echo using the two-dimensional power spectrum. And a UWB transmission means that detects the ID of the tag device after the ID is detected. Transmitting a UW signal, a configuration.
本発明によれば、レーダ機能を有するリーダは、ダイオード検波器を用いた受信一系統だけで、タグを持った人のIDとその生体情報とを紐付けて同時に取得できるようになる。つまり、リーダに対して、回路規模の増大を抑えて小型、低コストでレーダ機能を追加することが可能となる。 According to the present invention, a reader having a radar function can simultaneously acquire the ID of a person having a tag and its biological information by using only one reception system using a diode detector. That is, it is possible to add a radar function to the reader with a small size and low cost while suppressing an increase in circuit scale.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
1)システム概要
図2は、本発明の実施の形態1に係るUWBセンサシステムの全体構成を示す図である。本実施の形態に係るUWBセンサシステムは、主に屋内環境での使用を想定している。具体的には、図2に示すように、検知対象である人100、人100が装着しているタグ200、及び、リーダ300を有している。なお、図2には、UWBセンサシステムが使用される屋内環境に、電波の反射体である什器101が設置されている様子を示している。実環境では、什器101以外にも様々な什器或いは壁等が電波の反射体となり得るが、以下では、説明を分かり易くするために、代表的な金属製の什器101で代表させている。
(Embodiment 1)
1) System Overview FIG. 2 is a diagram showing an overall configuration of the UWB sensor system according to
タグ200は、人100に装着されおり、タグ200の識別情報であるタグIDのビット列をIR−UWBのパルス系列102として送信する。このとき、パルス系列102は、例えば2値のASK(Amplitude Shift Keying)変調方式であるOOK(On-Off-Keying)変調されたタグIDのビット列であり、このOOK変調信号は一定時間長のバースト区間だけ送信される。
リーダ300は、ID検出機能の動作モード(以下「ID検出モード」という)、及び、レーダ機能の動作モード(以下「レーダモード」)を有し、ID検出モードでは、タグ200のIDを検出し、レーダモードでは、人100の位置或いは生体微動を検出する。
The
始めに、リーダ300は、ID検出モードに設定されている。リーダ300は、タグ200からバースト送信されるパルス系列102を受信し、OOK変調信号を検波することでタグIDのビット列を復調する。ここで、タグIDを取得してタグ200の存在が確認された場合、タグ200を装着した人100の生体情報を検知するために、リーダ300は、レーダモードへと設定変更される。
First, the
リーダ300は、リーダ300の識別情報であるリーダUW(Unique Word)のビット列をIR−UWBのパルス系列104として送信する。このパルス系列104は、例えば単パルスの時間幅が2ns以下でパルスの送信周期を100nsとするようなLow−Duty−cycle信号である。つまり、パルス系列104は、例えばOOK変調されたリーダUWのビット列であり、このOOK変調信号は一定時間長のバースト区間だけ送信され、さらに一定周期で繰り返しバースト送信される。
The
リーダ300は、間欠的に且つ周期的にパルス系列104を繰り返し送信すると同時に、パルス系列104を構成するインパルスUWBの単パルスが、タグ200を装着した人100で反射されて折り返し、リーダ300に到来する所謂人体エコーのパルス系列105を受信する。
The
ここで、例えば、リーダ300からの人100の距離が3mのとき、折り返し伝搬となる人体エコーの到来時間τは、各パルスの送信時刻を基準とすると約20nsとなる。ただし、到来時間τは、折り返し伝搬距離d=6[m]に対して、光速c≒2.998×1e8[m/s]を用いて、τ=d/c[s]より算出される。つまり、リーダ300は、受信パルスの到来時間τを推定することで、リーダ300と人100との距離を測定することができる。
Here, for example, when the distance of the
図3は、本実施の形態におけるUWBセンサシステムの送信フレーム構成を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a transmission frame configuration of the UWB sensor system in the present embodiment.
図3Aにおいて、パルス系列102は、タグ200から送信されるIR−UWBを用いたタグIDのOOK変調信号であり、タグフレーム400−1,400−2から構成される。
In FIG. 3A, a
図3Bは、タグフレーム400−1,400−2の詳細構成を示す図である。タグフレーム400−1,400−2は、リーダ300がタグフレーム400−1,400−2を検出し且つパルス受信時の同期を確立するためのプリアンブル部と、タグIDのビット列からなるデータ部とから構成される。
FIG. 3B is a diagram illustrating a detailed configuration of the tag frames 400-1 and 400-2. The tag frames 400-1 and 400-2 include a preamble part for the
プリアンブル部は、リーダ300において相関受信することを前提としており、例えば図3Bに示すように、すべて“1”の32ビットからなるパルス系列とし、データ部は、例えば128ビットのパルス系列とする。このビット列が予めパリティチェックビットの付与等により伝送路符号化されている場合には、タグIDのビット数は128ビットより小さくなる。尚、プリアンブル部として、予め決めたれた既知のPN(Pseudo Random、擬似ランダム)系列を用いるようにしてもよい。
The preamble part is premised on correlation reception by the
また、プリアンブル部及びデータ部から構成されるタグフレームは、リーダ300においてタグ200のタグIDの検出率を高めるために、例えば2回繰り返しでバースト送信されるとよい。つまり、タグフレーム400−1とタグフレーム400−2とを、同一のパルス系列で構成すれば、タグIDの受信誤り率を低減できる。
Further, the tag frame including the preamble part and the data part may be burst transmitted twice, for example, in order to increase the detection rate of the tag ID of the
ここで、ID検出モードに設定されているリーダ300が、タグフレーム400−1,400−2を検出した場合には、リーダ300は、レーダモードへと設定変更される。
Here, when the
図3Cは、レーダフレーム410−1〜410−80の詳細構成を示す図である。 FIG. 3C is a diagram illustrating a detailed configuration of the radar frames 410-1 to 410-80.
図3Cにおいて、パルス系列104は、レーダモードのリーダ300からバースト送信されるパルス系列である。パルス系列104は、インパルスUWBを用いたリーダUWのOOK変調信号であり、レーダフレーム410−1〜410−80を構成する。すなわち、パルス系列104は、パルス送信周期100nsとするようなLow−Duty−cycle信号であり、リーダ300は、UW長分のビット列からなるパルス系列104をバースト送信する。
In FIG. 3C, a
レーダフレーム410−1では、UW長分のビット列(パルス系列104)がバースト送信された後、一定時間の無信号区間430−1が設定される。その後は、図3に示すように、パルス系列104(420−n)と無信号区間430−n(n=1,2,…,80)とが一定周期で、例えば2秒間程度繰り返される。 In the radar frame 410-1, a non-signal section 430-1 of a certain time is set after a bit string (pulse sequence 104) corresponding to the UW length is transmitted in bursts. After that, as shown in FIG. 3, the pulse sequence 104 (420-n) and the no-signal section 430-n (n = 1, 2,..., 80) are repeated at a constant cycle, for example, for about 2 seconds.
レーダフレーム410−nに無信号区間430−nを設けることで、同一周波数帯を使用する多システムへの与干渉影響を低減できる。また、タグ200からのタグフレームとは別に、リーダ300の検知エリア内に存在する他のタグが自律的に送信するタグフレームを検出できるようにしている。つまり、このような時分割処理によって、リーダ300の検知エリア内にタグ或いはその保有者が複数存在する場合においても、タグID検出及びタグ保有者測距を同時に実行できるようになる。
By providing the no-signal section 430-n in the radar frame 410-n, the influence of interference on multiple systems using the same frequency band can be reduced. In addition to the tag frame from the
2)人体検知原理
図4は、本実施の形態に係るUWBセンサシステムにおけるレーダ測距の原理を説明するための図である。
2) Human Body Detection Principle FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of radar ranging in the UWB sensor system according to the present embodiment.
リーダ300は、人体エコーのパルス系列105を相関受信するために、各パルスの送信タイミングから一定の遅延時間τで、到来する信号を100ns周期でリーダUWのビット数分だけ繰り返し加算平均する。加えて、リーダ300は、この遅延時間τを、一定の時間分解能でシフトさせながら相関受信する、所謂スライディング相関処理により、遅延プロファイルを算出することができる。
In order to correlate and receive the
実際には、リーダ300は、送信されるパルス系列104が既知UWのOOK変調信号であるため、ビット情報が1のときのみ加算平均する。また、リーダ300の受信系は、受信系時間幅2ns程度のパルス波形に対して、例えば1GHzでサンプリングすることで、パルス波形を再生することができる。このとき、スライディング相関処理で得られる遅延プロファイルの時間分解能は1nsとなり、レーダ動測距動作としての距離分解能は15cmとなる。
Actually, the
一方で、本実施の形態に係るUWBセンサシステムが使用される環境は主に屋内であり、例えば医療施設内或いは家庭内が運用環境として想定される。例えば、図2に示すように、実伝搬環境においては、リーダ300から比較的近距離にある什器101の存在を無視することが困難となる。つまり、リーダ300は、人体エコーのパルス系列105の他に、什器101により反射される反射波(以下「什器反射波」と略記する)のパルス系列106も同時に受信することになる。
On the other hand, the environment in which the UWB sensor system according to the present embodiment is used is mainly indoors. For example, a medical facility or a home is assumed as the operating environment. For example, as shown in FIG. 2, in the actual propagation environment, it is difficult to ignore the presence of the
人100において反射される人体エコーは、呼吸に依って生じるゆっくりとした変動成分を有している。リーダ300から送信されるインパルスUWB信号が、例えば中心周波数10GHzの信号である場合、この呼吸に依る変動成分は1Hz程度の所謂ドップラシフト成分して観測される。また、人100が歩行者である場合には、呼吸による1Hz程度のドップラシフト成分に加えて、10Hz程度のドップラシフト成分も同時に存在する。つまり、人体エコーは、前述した遅延時間領域の電力スペクトラムである遅延プロファイルに加えて、特定遅延時間におけるドップラシフト領域の電力スペクトラムをも有していることになる。一方で、什器101からの反射波には、ドップラシフトがない、言い換えればドップラシフトが0Hzである。すなわち、ドップラシフトに基づいて、人体エコーと什器反射波とを識別することができる。
The human body echo reflected from the
また、一般に、人の鼓動検知には、送信電波が体内の心臓まで到達して折り返し伝搬される必要があるため、レーダとして使用する周波数が高くなるにつれてその実現が困難になる。これに対して、人の呼吸や歩行は、人体表面の変動により検知できるため、高マイクロ波帯やミリ波帯も有用となり、周波数依存度が小さい。したがって、本発明のUWBセンサシステムでは、呼吸や歩行によって生じる変動成分を、生体情報として検知することを主目的としている。 Further, in general, for detecting a human heartbeat, it is necessary that a transmission radio wave reaches the heart in the body and propagates back, so that realization becomes difficult as the frequency used as a radar increases. On the other hand, since human breathing and walking can be detected by fluctuations in the human body surface, the high microwave band and the millimeter wave band are also useful, and the frequency dependence is small. Therefore, the main purpose of the UWB sensor system of the present invention is to detect fluctuation components caused by breathing and walking as biological information.
図5A及び図5Bは、本実施の形態に係るUWBセンサシステムにおける生体微動測定の原理を説明するための図である。なお、図5A及び図5Bは、人体エコーと什器反射波とが同時に存在する場合に得られる遅延時間及びドップラシフトの2次元電力スペクトラムの典型例を示す図である。図5Aは、人100が静止している場合の2次元電力スペクトラムを示している。また、図5Bは、人100が歩行している場合の2次元電力スペクトラムを示している。ここで、什器101がリーダ300から距離4mの位置にあり、什器反射波は距離4mにおいて全反射された反射波と仮定している。また、人体エコーの受信レベルは、図1で示したようにRCS0dBsmとしてレーダ方程式により推定している。なお、人100がリーダ300から距離3mの位置にいると仮定している。
5A and 5B are diagrams for explaining the principle of biological microtremor measurement in the UWB sensor system according to the present embodiment. 5A and 5B are diagrams illustrating typical examples of the delay time and the Doppler shift two-dimensional power spectrum obtained when the human body echo and the fixture reflected wave exist simultaneously. FIG. 5A shows a two-dimensional power spectrum when the
以上のような物理特性は、強い什器反射波が存在するような条件においても、2次元電力スペクトラムの観測により、人体エコーを精度良く検知できることを示唆している。このことは、呼吸による微動成分を測定することで、人と壁とを分離した測距が実現できるだけでなく、その2次元電力スペクトラムが検知対象である人100の呼吸状態に関する情報も提示していることになる。
The physical characteristics as described above suggest that human body echoes can be detected with high accuracy by observing the two-dimensional power spectrum even under conditions where strong fixture reflected waves exist. This means that by measuring the fine movement component due to breathing, not only can the distance between the person and the wall be realized, but also the information about the breathing state of the
つまり、ドップラシフト領域におけるスペクトラム形状又はその時間変動特性を自動的に観測できるようにすることで、睡眠時の無呼吸状態をモニタするといったような医療分野への応用も実現できる。 That is, by making it possible to automatically observe the spectrum shape in the Doppler shift region or its temporal variation characteristic, it is possible to realize application in the medical field such as monitoring an apnea state during sleep.
なお、図5A及び図5Bは、解析的に算出される遅延時間及びドップラシフトの主成分のみ描画しており、実際に観測されるスペクトラムは、多数の散乱波又は人体の複雑な動きに、さらには機器のノイズ成分などによって、より複雑な形状となるのが一般的である。実システムでは、そのような複雑なスペクトラム形状から主成分を抽出するアルゴリズムが必要であり、非特許文献2のスペクトラムピーク検出方法や、非特許文献3において採用しているパス特定アルゴリズムが有効である。
5A and 5B depict only the principal components of the analytically calculated delay time and Doppler shift, and the actually observed spectrum is further increased by a large number of scattered waves or complicated movements of the human body. In general, the shape is more complicated due to the noise component of the device. In an actual system, an algorithm for extracting a principal component from such a complex spectrum shape is required, and the spectrum peak detection method of
3)タグ装置構成
図6は、本発明の実施の形態1に係るタグ200の内部構成を示すブロック図である。
3) Tag Device Configuration FIG. 6 is a block diagram showing an internal configuration of the
ID送信部220は、UWBパルス発生部221及び増幅器222を有する。
The
UWBパルス発生部221は、タグ200の識別情報であるタグIDのビット列に応じて、パルス系列を生成する。例えば、UWBパルス発生部221は、タグIDのビット列に応じて、OOK変調信号を生成する。このOOK変調信号は、タグ200のタグIDを示すID信号(タグ送信波)である。なお、図3を用いて説明したように、タグ200は、OOK変調信号を一定時間長のバースト区間だけ生成する。
The UWB
増幅器222は、ID信号を増幅してアンテナ210を介して送信する。
The
このようにして、ID送信部220は、タグ200タグIDを示すID信号(タグ送信波)をIR−UWBのパルス系列102として送信する。
In this way, the
4)リーダ装置構成
図7は、本発明の実施の形態1に係るリーダ300の内部構成を示すブロック図である。
4) Reader Device Configuration FIG. 7 is a block diagram showing an internal configuration of the
アンテナ301は、IR−UWBのRF(Radio Frequency)信号を送受信する。
The
RFスイッチ302は、アンテナ301とリーダ300の送受信系統間に挿入され、送受信系統を切り替えることで、1つのアンテナ301で送受信共用としている。
The
UWB送信部310は、送信パターン発生部311、SRD(Step Recovery Diode)回路312、バンドパスフィルタ(BPF:Band Pass Filter)313、及び、増幅器(PA:Power Amplifier)314を有している。
The
送信パターン発生部311は、送信のパルス系列104に応じたパターン信号として、例えば10MHzの矩形信号を生成する。このとき、その送信出力は、後述するモード設定・制御部350から出力されるリーダ300のUWビット列のデジタル信号をD/A変換してアナログ信号に変換することで、UWビット列に対応してON/OFFされた10MHzの矩形信号を得る。
The transmission
SRD回路312は、送信パターン発生部311が出力する10MHzの矩形信号を入力として、そのエッジ成分が抽出且つ強調された信号、所謂エッジショック励振された信号を生成する。このSRD回路312が生成する信号は、例えばマイクロ波帯にまで拡がるUWB信号となっている。
The
バンドパスフィルタ313は、SRD回路312が出力するUWB信号からシステムの所要帯域を抽出する。この所要帯域というのは、送信されるIR−UWBのパルス幅を決定する。
The
増幅器314は、バンドパスフィルタ313から出力されるIR−UWBの信号電力を、法規制(ARIB STD−T91)である−41.3dBm/MHz以下を満足する範囲で増幅する。増幅後のIR−UWBのRF信号は、RFスイッチ302を介してアンテナ301より発信される。
The
このようにして、UWB送信部310は、IR−UWBのパルス系列を用いて周期的且つ間欠的なUW信号を送信する。
In this way, the
UWB受信部320は、LNA(Low Noise Amp)321、ゲイン調整回路322、検波回路323、信号整形回路324およびA/D変換部325で構成されている。
The
LNA321は、アンテナ301で受信され、RFスイッチ302を介したIR−UWBのRF信号を入力として、システムの所要NF(Noise Figure)を満足しつつ20dB程度、信号電力を増幅する。通常、LNA321に求められるNFは、マイクロ波帯であれば3dB程度となる。
The
ゲイン調整回路322は、LNA321から出力される受信信号の想定電力に合わせて、後段の検波回路323の入力ダイナミックレンジ内に収まるように、受信信号電力を調整する。具体的には、リーダ300がID検出モードに設定され、タグ200からのバースト信号を受信する際には、ゲイン調整回路322は、受信信号電力を20〜25dB程度減衰する。これは、図1に示したように、人体エコー20,30とタグ送信波10との間には、20〜25dB程度のレベル差が生じるためで、ゲイン調整回路322は、リーダ300がレーダモードに設定されているときに、そのゲインが最大となるように制御される。
The
検波回路323は、ダイオードを用いた検波器から構成され、ゲイン調整回路322からの出力であるIR−UWBの受信信号を包落線検波する。図8は、実際に検波回路323で包絡線検波したIR−UWBの受信波形の一例を示している。この図は、図3に示した送信波形を適当な信号電力に調整した後、検波回路323で包絡線検波した結果を示している。
The
信号整形回路324は、検波回路323からの出力信号を、後段のA/D変換部325へ入力する前に、信号波形及び信号電力を調整する。この信号整形回路324は、LPFとバッファアンプとで構成され、包絡線検波されたパルス波形をA/D変換部325のサンプリング周波数と入力ダイナミックレンジに合わせるために、LPFのカットオフ周波数及びバッファアンプのゲインが最適化されている。
The
A/D変換部325は、信号整形回路324からの出力を入力信号として、例えば1GHzのサンプリング周波数でデジタル信号へと変換する。このサンプリング周波数は、リーダ300がレーダモードで動作する際の測距性能に係るパラメータである。1GHzサンプリングで再現できる周期信号の周波数は理論的には500MHzとなり、インパルスUWB信号のパルス幅は、その信号波形にも依存するが、2ns程度となる。A/D変換部325は、デジタル信号を相関受信部330及びタグID検出部340に出力する。
The A /
このように、UWB受信部320は、ID信号、及び、UW信号がタグ200を装着した人体で反射された人体エコーを受信する。
As described above, the
相関受信部330は、A/D変換部325で得られるパルス波形のサンプル値を入力として、遅延プロファイルを生成する。図4を用いて前述したように、一定の時間分解能でシフトさせながら相関受信する、所謂スライディング相関処理により、遅延プロファイルを算出することができる。
初期状態おいて、リーダ300は、タグフレーム400−1,400−2を受信するため、ID検出モードに設定されている。タグフレーム400−1,400−2は、リーダ300がフレーム同期を確立するためのプリアンブル部と、タグIDのビット列からなるデータ部で構成される。よってリーダ300では、タグフレーム400−1,400−2との同期確立のため、相関受信によるプリアンブル検出が必要となる。
In the initial state, the
相関受信部330は、タグフレーム長分の受信データを内部メモリに記憶させておき、その受信データを時間シフトさせながら、タグ200のパルス送信周期でタグフレーム400−1,400−2のプリアンブル部のビット数分を加算平均して、遅延プロファイルを算出する。この遅延プロファイルのピーク値は、プリアンブルのビット数分の、例えば32ビット分の拡散利得が確保されている。
タグID検出部340は、相関受信部330で取得されたプリアンブル部に対する遅延プロファイルのピーク値に基づいて、タグフレーム400−1,400−2におけるデータ部の受信タイミングを決定する。加えて、タグID検出部340は、この受信タイミングにおいてOOK変調されている受信信号を閾値判定して、2値化する。タグフレーム400−1,400−2のデータ部は、例えばタグIDを含む128ビットで構成されており、データ部がパリティチェックビットの付与等により伝送路符号化されたビット列であれば、タグID検出部340は、誤り検出又は誤り訂正の処理を実行する。また、図3に示したように、タグフレーム400−1とタグフレーム400−2とを同一フレームとし、同一フレームを2回繰り返すような場合には、2フレーム分同様な処理を実行することで、タグIDの検出誤りを低減することができる。タグID検出部340は、タグIDの検出結果をモード設定・制御部350に出力する。また、タグID検出部340は、グフレーム400−1,400−2におけるデータ部の受信タイミングを共通メモリ360に出力する。
Tag
モード設定・制御部350は、タグID検出部340においてタグIDが検出された場合、リーダ300をレーダモードに変更する。つまり、ゲイン調整回路322のゲインを最大値に設定すると同時に、前述した送信パターン発生部311に対してリーダ300のUWビット列のデジタル信号を出力する。これと同時に、このUWビット列のデジタル信号に同期させて、モード設定・制御部350は、RFスイッチ302を、PA314に接続する。さらに、モード設定・制御部350は、相関受信部330がスライディング相関処理の実行する際にレーダフレーム長分の受信データを記憶するように相関受信部330の設定変更を行う。
The mode setting /
前述したように、レーダモードのリーダ300から送信されるパルス系列104は、IR−UWBを用いたUWのOOK変調信号であり、パルス系列104は、パルス送信周期100nsとするようなLow−Duty−cycle信号であり、UW長分のビット列の信号である。レーダフレーム410−1では、パルス系列104(パルス系列203−1)がバースト送信された後、一定時間の無信号区間430−1が設定され、その後は図3に示すように、パルス系列203−iと無信号区間430−i(i=2,3,…,80)が一定周期で、例えば2秒間程度繰り返される。
As described above, the
相関受信部330は、レーダフレーム長分の受信データをその内部メモリに記憶させておき、その受信データを時間シフトさせながら、リーダ300のパルス送信周期でレーダフレームのビット数分を加算平均して、遅延プロファイルを算出する。この遅延プロファイルは、例えば1nsの遅延時間分解能で、送信パルス周期である100nsを最大遅延時間とした電力スペクトラムとなっている。
The
図3に示したように、レーダモードのリーダ300は、送信周期25msで、レーダフレーム410−1,レーダフレーム410−2,・・・,レーダフレーム410−80まで、同一フレームを80回繰り返して2秒間送信する。このレーダフレーム毎に算出される遅延プロファイルは、共通メモリ360へと出力されて一時記憶される。したがって、受信信号のドップラシフトに対する電力スペクトラムは、この送信周期毎の時間サンプルを用いてフーリエ変換することで取得できる。この電力スペクトラムの周波数分解能は0.5Hz、最大周波数は20Hzとなる。
As shown in FIG. 3, the
共通メモリ360は、レーダフレーム毎に算出される遅延プロファイルを一時記憶し、記憶した遅延プロファイルを2次元プロファイル推定部370に出力する。
The
2次元プロファイル推定部370は、レーダフレームの送信周期25m毎に得られた遅延プロファイルにおいて、同一遅延時間の電力値を総数80の時間サンプルとしたFFT(Fast Fourier Transform)処理を実行する。この時間領域から周波数領域への変換処理により、同一遅延時間に対するドップラシフトの電力スペクトラムを推定することができる。ただし、周波数スペクトラム推定は、電力値の時間サンプルに対してその自己相関関数を求めた後にフーリエ変換処理を実行するのが一般的である。したがって、本実施の形態においても、2次元プロファイル推定部370が、予め自己相関関数を算出し、その後にFFT処理を実行することで推定精度を改善できる。ただし、自己相関関数を算出する際の時間サンプル数を80とする場合、理想的にはその10倍程度の総サンプル数が必要となり、ここではレーダフレームを800回繰り返して20秒間送信することになる。
The two-dimensional
測距・生体検知部380は、2次元プロファイル推定部370が生成する遅延時間毎のドップラシフトの電力スペクトラムを入力として、遅延時間に基づく測距と、特定のドップラシフト量に着目した生体検知処理とを実行する。具体的には、図5に示したように、レーダとして使用する周波数が10GHzの場合、静止している人からのエコーには呼吸による1Hz程度のドップラシフト成分が存在する。また、歩行している人からのエコーには呼吸によるドップラシフト成分の他に、歩行速度に依存した、例えば10Hz程度のドップラシフト成分が存在する。このような事前知識に基づいて、人体エコーの呼吸による変動成分或いは歩行による変動成分に着目し、測距・生体検知部380は、2次元電力スペクトラムから、人体エコーに係わる主成分を検出する。そして、測距・生体検知部380は、検出した主成分が示す遅延時間より人体までの測距結果を算出し、ドップラシフトより呼吸或いは歩行に関する生体検知結果を求める。
The distance measurement /
さらに、測距・生体検知部380は、共通メモリ360に記憶されているタグID検出結果を読み出して測距結果と生体検知結果と紐付けした後、センサ情報390としてリーダ300の外部へ出力する。
Further, the distance measurement /
このように、本実施の形態では、タグ200は、始めにIR−UWBのパルス系列を用いてタグIDを、自発的にバースト送信する。このとき、リーダ300はタグID検出モードに初期設定されており、タグ送信波をバースト受信してタグIDを検出する。
Thus, in the present embodiment, the
次に、タグIDを検出したリーダ300はレーダモードへと設定変更され、IR−UWBのパルス系列を用いてリーダユニークワードを周期的且つ間欠的にバースト送信する。このときリーダ300は、タグ200を装着した人体で折り返して到来する人体エコーを、既知のリーダUWに基づいてスライディング相関受信することで遅延プロファイルを算出する。加えて、リーダ300はバースト送信周期で算出される遅延プロファイルの離散時間サンプルをフーリエ変換して、ドップラシフト領域の電力スペクトラムも同時に算出する。ここで得られた遅延時間領域とドップラシフト領域の2次元電力スペクトラムを用いて、リーダ300は、タグ装着者の呼吸変動成分などの生体情報を検知する。
Next, the
このような方法を用いることにより、リーダ300は、タグ送信波と人体エコーとを時分割で受信処理するようになるため、各動作モードに応じて受信系のゲインを最適に制御できるようになり、結果として、リーダ300は、1つの受信系を具備するだけで、ID検出とレーダの機能とを同時に実現できるようになる。
By using such a method, the
以上のように、本実施の形態によれば、UWB送信部310は、IR−UWBのパルス系列を用いて周期的且つ間欠的であって、リーダ300に固有のユニークワードを示すUW信号を送信し、UWB受信部320は、タグ200からバースト送信される信号であって、IR−UWBのパルス系列を用いてタグ200のタグIDを示すID信号(タグ送信波)と、UW信号がタグ200を装着した人体で反射された人体エコーと、を受信し、タグID検出部340は、ID信号からタグ200のタグIDを検出し、相関受信部330は、受信信号の遅延プロファイルを算出し、2次元プロファイル推定部370は、遅延プロファイルを用いて遅延時間領域及びドップラシフト領域の2次元電力スペクトラムを算出し、測距・生体検知部380は、遅延時間領域及びドップラシフト領域の2次元電力スペクトラムを用いて人体エコーを検出する。ここで、UWB送信部310は、タグ200のタグIDが検出された後に、UW信号を送信する。
As described above, according to the present embodiment,
これにより、タグ200のタグIDを示すID信号(タグ送信波)を受信する受信期間と、UW信号がタグ200を装着した人体で反射された人体エコーとを受信する受信期間とが重ならず、UWB受信部320を時分割して用いることができるようになる。すなわち、レーダ機能を有するリーダ300は、ダイオード検波器を用いたUWB受信処理部を1系統だけ具備することで、タグ200を持った人に対するID検出、測距及び当該タグ200を持った人の生体情報を紐付けて同時に取得できるようになる。
As a result, the reception period in which the ID signal (tag transmission wave) indicating the tag ID of the
(実施の形態2)
本実施の形態では、到来方向を推定することができるリーダ装置について説明する。なお、本実施の形態に係るUWBセンサシステム及びタグ装置の構成については、実施の形態1と同様のため説明を省略する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a reader device that can estimate the direction of arrival will be described. Note that the configurations of the UWB sensor system and the tag device according to the present embodiment are the same as those of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
図9は、本実施の形態に係るリーダの内部構成を示すブロック図である。図9において、図7と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図9の本実施の形態に係るリーダ500は、図7のリーダ300に対して、相関受信部330に代えて、相関受信部510を備え、到来方向推定部530を追加した構成を採る。なお、相関受信部510は、相関受信部330と同様に受信信号の遅延プロファイルを算出する。また、実施の形態1で説明したように、リーダ300は、ID検出、測距及び生体検知の機能を有し、到来時間(受信タイミング)を推定する。そこで、以下では、リーダ300と同様の構成を有する構成部を、到来時間推定部520として説明する。到来時間の推定方法については後述する。
FIG. 9 is a block diagram showing an internal configuration of the reader according to the present embodiment. In FIG. 9, the same components as those in FIG. The
到来方向推定部530は、アンテナ531−1〜531−4、受信処理部540、相関行列算出部550及び到来方向演算部560を有し、リーダ500が、人100又はタグ200の存在する方向を推定する。
The arrival
リーダ500より送信され人100で反射された人体エコーのIR−UWB信号は、到来方向推定部530におけるアレーアンテナを構成する4本のアンテナ531−1〜531−4で受信される。ただし、到来電波の方向を2次元推定する、つまりアジマス(Azimuth)及びエレベーション(Elevation)を同時推定するためには、アレーアンテナを構成するアンテナを3本以上の平面配置とする必要がある。そこで、本実施の形態では、アンテナ数を4本として説明している。
IR-UWB signals of human body echoes transmitted from the
アンテナ531−1〜531−4は、IR−UWB帯域の一部の帯域を受信する狭帯域のアンテナである。電波の到来方向を推定する際には、基本原理として各アンテナ系統間の位相誤差が到来方向推定の推定結果誤差となるため、アンテナ系統間の位相誤差をキャリブレーション等により所望誤差範囲内に管理する必要がある。このため、UWBのような広帯域信号においては、広帯域すべての帯域で位相精度を管理する必要があり、この実現には困難が伴う。 The antennas 531-1 to 531-4 are narrowband antennas that receive a part of the IR-UWB band. When estimating the direction of arrival of radio waves, as a basic principle, the phase error between each antenna system becomes the estimation result error of the direction of arrival estimation, so the phase error between antenna systems is managed within the desired error range by calibration etc. There is a need to. For this reason, in a wideband signal such as UWB, it is necessary to manage the phase accuracy in all bands of the wideband, which is difficult to realize.
狭帯域信号として最も簡易な例としては、IR−UWB信号に含まれる単一連続波(以下、「CW:Continuous Wave」という)信号を用いることができる。IR−UWB方式におけるUWB信号は、送信側の水晶発振回路で発振される周波数のエッジ信号がバンドパスフィルタを通過することにより生成される。IR−UWB信号は、例えば、水晶発振子の周波数が10MHzであるとすれば、マイクロ波UWB下帯域3.4〜4.8GHz又はUWB上帯域7.25〜10.25GHzに10MHz間隔のCWが並ぶ信号と考えることができる。従って、本実施の形態において、例えばIR−UWB信号を10GHzのCWとして扱い、アレーアンテナを構成する各アンテナ531−1〜531−4の中心周波数を10GHzの周波数に設定することができる。 As the simplest example of the narrowband signal, a single continuous wave (hereinafter referred to as “CW: Continuous Wave”) signal included in the IR-UWB signal can be used. The UWB signal in the IR-UWB system is generated when an edge signal having a frequency oscillated by a crystal oscillation circuit on the transmission side passes through a band-pass filter. For example, if the frequency of the crystal oscillator is 10 MHz, the IR-UWB signal has a CW of 10 MHz intervals in the microwave UWB lower band 3.4 to 4.8 GHz or the UWB upper band 7.25 to 10.25 GHz. It can be thought of as a lined signal. Therefore, in this embodiment, for example, an IR-UWB signal can be handled as a 10 GHz CW, and the center frequency of each of the antennas 531-1 to 531-4 constituting the array antenna can be set to a frequency of 10 GHz.
尚、上記はマイクロ波UWBの使用を想定しているが、本実施の形態におけるUWBセンサシステムは、IR−UWBの無線周波数帯として準ミリ波の25GHz帯やミリ波の60GHz帯/77GHz帯を使用することも可能である。
In addition, although the above assumes the use of microwave UWB, the UWB sensor system in the present embodiment uses a quasi-millimeter 25 GHz band or a millimeter-
各アンテナで受信された信号は、RFスイッチ532−1〜532−4を用いた数ns〜十数ns程度の受信時間の窓掛け処理が実行される。この窓掛け処理は、相関受信部510により抽出されるレーダフレーム410−1の受信タイミングを用いて、RFスイッチ532−1〜532−4をON/OFF制御することを意味している。つまり、本実施の形態の形態では、相関受信部510は算出される遅延プロファイルに基づいて所望パルスを特定して受信タイミングを決定し、RFスイッチ532−1〜532−4に対して受信時間の窓掛けをするタイミング制御信号7200〜710−4を出力する。
A signal received by each antenna is subjected to a windowing process of a reception time of about several ns to several tens of ns using the RF switches 532-1 to 532-4. This windowing process means ON / OFF control of the RF switches 532-1 to 532-4 using the reception timing of the radar frame 410-1 extracted by the
また、相関受信部510が、タグフレーム400−1,400−2の同期タイミングを用いて、RFスイッチ532−1〜532−4をON/OFF制御することも可能である。この場合、相関受信部510は、タグフレーム400−1,400−2のプリアンブル部の検出タイミングを受信タイミングとして、同様のタイミング制御信号7200〜710−4を生成する。これにより、RFスイッチ532−1〜532−4は、タグフレーム400−1,400−2のデータ部を受信する際には、プリアンブル部の検出タイミングに基づいた窓掛け処理が実行されるようになる。
Further, the
アンテナ531−1〜531−4の受信信号は、例えば数nsの受信時間窓を掛けられて、後段の受信処理部540に出力される。
The reception signals of the antennas 531-1 to 531-4 are output to the subsequent
受信処理部540は、LNA541−1〜541−4、バンドパスフィルタ(BPF)542−1〜542−4、ダウンコンバータ543−1〜543−4、及び、A/D変換部544−1〜544−4を有する。
The
RFスイッチ532−1〜532−4により窓掛けされた受信信号は、LNA541−1〜541−4により増幅され、バンドパスフィルタ542−1〜542−4へと出力される。 The received signals windowed by the RF switches 532-1 to 532-4 are amplified by the LNAs 541-1 to 541-4 and output to the bandpass filters 542-1 to 542-4.
窓掛けされた受信信号は、バンドパスフィルタ542−1〜542−4を通過して干渉除去された後、ダウンコンバータ543−1〜543−4でIF(Intermedeate Frequency)信号又はIQ(In-Phase/Quadrature-Phase)ベースバンド信号に変換される。IF信号としては、例えば10MHzのIF信号に変換する。この場合、ローカル信号は4GHz/8GHzの上方又は下方10Mz離れた信号であり、近接したイメージを除去するためにイメージリジェクションミキサを用いることが望ましい。IQベースバンド信号に変換される場合には、イメージ信号が無いため遮断周波数5MHz程度のベースバンドフィルタにより隣接CW信号がカットされる。 The windowed received signal passes through the bandpass filters 542-1 to 542-4 and is subjected to interference cancellation, and then is subjected to IF (Intermedeate Frequency) signals or IQ (In-Phase) by the down converters 543-1 to 543-4. / Quadrature-Phase) converted to baseband signal. For example, the IF signal is converted into an IF signal of 10 MHz. In this case, the local signal is a signal separated by 10 Mz above or below 4 GHz / 8 GHz, and it is desirable to use an image rejection mixer in order to remove adjacent images. When converted to an IQ baseband signal, since there is no image signal, the adjacent CW signal is cut by a baseband filter having a cutoff frequency of about 5 MHz.
ダウンコンバータ543−1〜543−4で生成されたIF信号又はIQベースバンド信号は、A/D変換部544−1〜544−4へ入力され、デジタル信号に変換されて相関行列算出部550へ入力される。
The IF signals or IQ baseband signals generated by the down converters 543-1 to 543-4 are input to the A / D conversion units 544-1 to 544-4, converted into digital signals, and then to the correlation
A/D変換部544−1〜544−4は、これら4系統のIF信号又は8系統のIQベースバンド信号を入力とし、離散時間サンプル値であり各アンテナ531−1〜531−4に対応付けられた4系統又は8系統のデジタル信号へと変換する。 The A / D converters 544-1 to 544-4 receive these four IF signals or eight IQ baseband signals as input, and are discrete-time sample values that are associated with the antennas 531-1 to 531-4. The digital signal is converted into four or eight digital signals.
相関行列算出部550は、アレーアンテナを構成する各アンテナ531−1〜531−4の受信信号に基づいた相関行列RXXを算出する。つまり、アンテナ531−1〜531−4に対応付けられたデジタル信号を用いてアレーアンテナに対する相関行列RXXを算出する。
Correlation
パルスがOOK方式のIR−UWBの場合には、信号がDC成分を持つため、一般的には、相関行列から信号平均成分を減算する共分散を算出する。また、パルスがバイフェーズ方式のIR−UWBの場合には、信号はDC成分を持たないため、一般的には、相関行列を用いてもよい。相関行列又は共分散行列は相関行列算出部550内のメモリに蓄積される。
When the pulse is an OOK-type IR-UWB, since the signal has a DC component, the covariance for subtracting the signal average component from the correlation matrix is generally calculated. In addition, when the pulse is bi-phase IR-UWB, since the signal does not have a DC component, a correlation matrix may be generally used. The correlation matrix or covariance matrix is stored in the memory in the correlation
さらに、到来方向演算部560は、この相関行列RXXを入力として、例えばMUSIC(MUltiple SIgnal Classification)法に必要となる行列の固有値分解又はアレーマニホールドとの内積に係わる処理を実行して、到来電波の方向推定結果を出力する。ただし、方向推定に用いるアルゴリズムは、MUSIC法以外にも、ビームフォーマー(Beamformer)法、CAPON法等が有用であるが、本実施の形態ではこれらアルゴリズムを限定するものではない。なお、ビームフォーマー法、CAPON法等の推定アルゴリズムは、非特許文献4に詳しく記載されている。
Further, the arrival
ところで、方向推定された到来電波は、図3に示したように、人体エコーのパルス系列106若しくはタグ送信波のパルス系列102のいずれかである。アレーアンテナが、これらのIR−UWBのパルス系列を受信する際に、レーダフレーム若しくはタグフレームの相関受信において決定された受信タイミングを用いて、数ns〜十数ns程度の受信時間の窓掛け処理が実行されている。この窓掛け処理は、本発明のUWBセンサシステムが想定する屋内伝搬環境ではその存在を無視できないマルチパスから、所望パスとして特定のIR−UWBのパルス信号を切り出して受信できるようしている。つまり、このような窓掛けをしない場合には、多数のマルチパスが同時に受信される。この場合は、それら多数の到来電波を分離して方向推定するためには、原理的にマルチパス数よりも多くのアンテナを必要とする。
By the way, as shown in FIG. 3, the direction-estimated incoming radio wave is either the human body
したがって、本実施の形態に係るリーダ500は、IR−UWBの受信信号を相関受信してその遅延時間推定により受信タイミングを決定する機能と、アレーアンテナにおけるIR−UWBの受信信号を狭帯域化して位相検出するようにした到来電波の方向推定の機能とを同時に有することで、少ないアンテナ数で高精度なIR−UWBの到来方向推定を実現している。
Therefore, the
以上のように、本実施の形態によれば、相関受信部510は、遅延プロファイルに基づいてパルス系列の受信タイミングを調整するタイミング制御信号を生成する。そして、RFスイッチ532−1〜532−4は、タイミング制御信号を用いてアレーアンテナ531−1〜531−4の受信時間窓を制御し、受信処理部540は、RFスイッチ532−1〜532−4を介した各受信信号を狭帯域化してサンプリング処理し、相関行列算出部550は、受信処理部540で得られるサンプリング信号を用いてアレーアンテナ531−1〜531−4に対する相関行列を算出し、到来方向演算部560は、相関行列を用いて受信時間窓において到来したパルス系列の方向を推定する。
As described above, according to the present embodiment,
これにより、リーダ500は、タグ200のID検出に加えて、人100若しくはタグ200が存在する2次元方向も推定できるようになる。そのため、本実施の形態に係るUWBセンサシステムは、実施の形態1で示したタグ200を保有する人100の測距及び生体情報検知の機能を合わせれば、タグID検出、3次元測位及び生体情報検知を同時に実現していることになる。
As a result, the
(実施の形態3)
本実施の形態では、UWBセンサシステムを構成する無線タグが、リーダからのビーコン信号を受信した場合にのみタグID信号を再放射パルスとして送信する電池駆動型のセミパッシブタグの場合について説明する。具体的には、本実施の形態では、セミパッシブタグを用いた場合において、リーダがタグ送信波と人体エコーとを、1つのUWB受信系を用いて同時に検出できるようにするための制御方法について説明する。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, a case will be described in which a wireless tag configuring a UWB sensor system is a battery-driven semi-passive tag that transmits a tag ID signal as a re-radiation pulse only when a beacon signal is received from a reader. Specifically, in the present embodiment, when a semi-passive tag is used, a control method for enabling a reader to simultaneously detect a tag transmission wave and a human body echo using one UWB reception system. explain.
図10は、本実施の形態に係るセミパッシブタグ600を用いたUWBセンサシステムの全体構成を示す図である。図10において、セミパッシブタグ600は、リーダ700から連続的若しくは周期的に発信されるIR−UWBのビーコン信号を受信する。このビーコン信号は、例えば図3に示したレーダフレーム410−1〜410−80に含まれるパルス系列104であり、間欠的且つ周期的にバースト送信される。
FIG. 10 is a diagram showing an overall configuration of a UWB sensor system using the
本実施の形態に係るリーダ700の内部構成は、実施の形態1に係るリーダ300又は実施の形態2に係るリーダ500と同様であるため、説明を省略する。なお、本実施の形態に係るリーダ700において、UWB送信部310は、UW信号に加えて、ビーコン信号を送信する。
The internal configuration of the
図11は、本実施の形態に係るセミパッシブタグ600の内部構成を示すブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram showing an internal configuration of the
セミパッシブタグ600は、アンテナ610、サーキュレータ620、受信部630、制御部640及びID送信部650を有する。
The
受信部630は、LNA631、検波器632、コンパレータ633及び受信電力推定部634を有する。
The receiving
LNA631は、アンテナ610において受信され、サーキュレータ620を介したIR−UWB信号を増幅し、する。このLNA631における増幅度は、後段の検波器632及びコンパレータ633が作動するに十分な増幅度を有する。
The
検波器632は、増幅されたIR−UWB信号に対してダイオードを用いて包絡線検波し、包絡線検波後の信号をコンパレータ633及び受信電力推定部634に出力する。
The
コンパレータ633は、包絡線検波後の信号をデジタル2値化する。デジタル2値化された信号により、セミパッシブタグ600から再放射される送信パルスの信号生成タイミングが生成される。コンパレータ633は、生成した信号生成タイミングを制御部640に出力する。なお、デジタル2値化された信号に基づいて、セミパッシブタグ600は、リーダUWを検出することができる。
The
受信電力推定部634は、包絡線検波後の信号を用いて、受信信号電力を推定する。
Received
このようにして、受信部630は、リーダ700からのパルス系列を受信し、受信電力推定、リーダ700のUW(Unique Word)検出等の処理を実行する。
In this way, the receiving
制御部640は、受信部630で取得された情報に基づいて、送信タイミング及び送信電力を制御するための送信タイミング制御信号及び送信レベル制御信号を生成する。なお、制御部640における制御信号の生成方法については、後述する。
The
ID送信部650は、バッファアンプ651、ステップリカバリダイオード652、及び、バンドパスフィルタ653を有する。
The
バッファアンプ651は、制御部640からの送信タイミング制御信号、タグIDビット列、及び、送信レベル制御信号を入力とする。バッファアンプ651は、タグID(複数ビットからなる)の各ビットが1か0かに応じて、フレーム周期でON/OFF切り替えがされる。なお、フレーム開始タイミングは、制御部640からの送信タイミング制御信号に基づく。これにより、コンパレータ出力にタグIDが重畳される。また、バッファアンプ651は、制御部640からの送信レベル制御信号に応じて、増幅度を設定する。
The
ステップリカバリダイオード652は、バッファアンプ651の出力の下がりエッジの場合に電流が貫通してインパルスを生成する。
The
バンドパスフィルタ653は、ステップリカバリダイオード652により生成されたインパルスが、UWBのスペクトルマスクを満たすように帯域制限する。
The
帯域制限後のインパルスは、サーキュレータ620を介してアンテナ610より放射される。
The impulse after the band limitation is radiated from the
このようにして、ID送信部650は、送信タイミング制御信号及び送信レベル制御信号に基づいて、タグIDの送信タイミング及び送信電力を調整して、IR−UWBのID信号(タグ送信波)を送信する。この送信されるID信号(タグ送信波)は、例えば図3に示したタグフレーム400−1,400−2のパルス系列であり、2フレーム分が連続送信される。
In this way, the
図12は、本発明の実施の形態3に係るセミパッシブタグ600の制御方法を説明するための図であり、リーダ700で受信されるセミパッシブタグ600からの再放射パルスと人体からの反射パルスとの到来時間差を示している。ここで、再放射パルスとは、セミパッシブタグ600のタグIDを示すID信号(タグ送信波)である。
FIG. 12 is a diagram for explaining a control method of the
図12に示すように、セミパッシブタグ600からの再放射パルスは、制御部640によって送信タイミングを制御することで、人体からの反射パルスに対して到来時間に一定の遅延が与えられた上で、リーダ700が受信できるようになる。また、制御部640は、送信電力も同時に制御するため、リーダ700においては、セミパッシブタグ600からの再放射パルスと人体からの反射パルスとを同程度の受信電力とすることができる。
As shown in FIG. 12, the re-radiation pulse from the
具体的には、制御部640は、受信部630の受信電力推定部634で取得された受信電力推定結果に基づいて、再放射パルスの送信電力を制御するための送信レベル制御信号を生成する。また、制御部640は、数ns〜数十ns程度の遅延を与えた送信タイミングを決定し、決定した送信タイミングに応じた送信タイミング制御信号をID送信部650に出力する。これにより、セミパッシブタグ600からは、送信タイミング及び送信電力が制御されたタグフレームが送信されるようになる。
Specifically,
このように、制御部640が、セミパッシブタグ600の送信タイミング及び送信電力を制御することにより、セミパッシブタグ600からの再放射パルス(タグ送信波)と人体からの反射パルスとが、所要の遅延時間差で、且つ同程度の受信電力で受信されるようになる。したがって、再放射パルス(タグ送信波)と人体エコーの受信電力差が小さくなり、リーダ700は、UWB受信部320におけるダイオード検波器のダイナミックレンジの制約を受けずに、タグ送信波及び人体エコーを受信することができるようになる。更に、制御部640により、タグ送信波の送信タイミングが制御されることにより、遅延プロファイル上で、タグ送信波と人体エコーとを十分に分離することができる到来時間差が与えられるようになる。
In this way, the
以上のように、本実施の形態によれば、リーダ700は、IR−UWBのパルス系列を用いてビーコン信号を送信し、セミパッシブタグ600は、IR−UWBのパルス系列を用いてセミパッシブタグ600のIDを示すID信号をバースト送信するID送信部650と、ビーコン信号を受信する受信部630と、受信部630がビーコン信号を受信した場合に、ビーコン信号の受信電力に基づいて、ID信号の送信電力を制御する制御部640とを有するようにした。これにより、セミパッシブタグ600から送信されるタグIDの送信電力を制御することができるため、タグ送信波及び人体エコーの受信電力がリーダのUWB受信系のダイナッミクレンジ内に収めることができる。この結果、リーダ700は、1つの受信系を用いて、レーダの人体検知距離を数メートル程度確保しつつ、無線タグのIDを取得することができるようになる。
As described above, according to the present embodiment, the
なお、以上の説明では、リーダ700から連続的若しくは周期的に発信されるビーコン信号が、インパルスUWBを用いたリーダUWのOOK変調信号である場合について説明したが、これに限られない。ビーコン信号は、周期的にバースト送信されればよい。
In the above description, the case where the beacon signal transmitted continuously or periodically from the
(実施の形態4)
本実施の形態では、実施の形態3と同様に、UWBセンサシステムを構成する無線タグが、セミパッシブタグの場合について説明する。本実施の形態に係るUWBセンサシステムの全体構成は、図10と同様である。なお、本実施の形態に係るセミパッシブタグは、IR−UWBのエコーバック方式を用いる。
(Embodiment 4)
In the present embodiment, as in the third embodiment, a case where the wireless tag configuring the UWB sensor system is a semi-passive tag will be described. The overall configuration of the UWB sensor system according to the present embodiment is the same as that shown in FIG. The semi-passive tag according to the present embodiment uses an IR-UWB echo back method.
始めに、IR−UWBのエコーバック方式について説明する。 First, an IR-UWB echo back method will be described.
エコーバック方式では、タグは、リーダから連続的に送信されるパルス系列を受信し、受信したパルス系列に端末自身のID情報を重畳した上で、パルス系列を再放射パルスとして送信する。この再放射パルスを送信する際には、タグは、あたかも単パルスに対する反射体のように動作するため、結果として、リーダの基準クロックに同期したパルス系列がタグから送信される。このように、エコーバック方式では、タグ内部で基準クロックを再生する必要がないため、タグから送信される再放射パルスの送信タイミングを安定させることができる。つまり、実施の形態3では、図11に示すように、セミパッシブタグ600が、送信タイミング制御信号及び送信レベル制御信号を生成する制御部640を具備するのに対し、本実施の形態では、タグがエコーバック方式を用いるため、後述するように制御部640Aは、送信タイミングを一定とし、且つ、送信電力を制御するための制御信号を生成しているのと等価である。
In the echo back method, the tag receives a pulse sequence continuously transmitted from a reader, superimposes the ID information of the terminal itself on the received pulse sequence, and transmits the pulse sequence as a re-radiation pulse. When transmitting the re-radiation pulse, the tag operates as if it is a reflector for a single pulse, and as a result, a pulse sequence synchronized with the reference clock of the reader is transmitted from the tag. Thus, in the echo back method, it is not necessary to regenerate the reference clock inside the tag, so that the transmission timing of the re-radiation pulse transmitted from the tag can be stabilized. That is, in the third embodiment, as shown in FIG. 11, the
図13は、エコーバック方式を説明するための図であり、IR−UWBを用いたタグID信号の送信フレーム構成を示している。 FIG. 13 is a diagram for explaining the echo back method, and shows a transmission frame configuration of a tag ID signal using IR-UWB.
タグは、アンテナで受信したパルス系列を増幅し、増幅されたパルス系列を再放射する。このとき、再放射されるパルス系列には、タグIDが重畳されている。例えば、タグID(複数ビットからなる)の各ビットが1か0かに応じて、タグ内の増幅器をフレーム周期でON/OFF切り替えすることで、フレーム周期でASK変調されたビット列としてタグIDを重畳することができる。ただし、1つのフレームは、例えば128ビットからなる、リーダ固有のUWに基づいてOOK変調されたパルス系列である。このようにして、タグは、単パルスに対する反射体のように動作するとともに、パルス系列に自己のID情報を重畳して再放射する。 The tag amplifies the pulse sequence received by the antenna and re-radiates the amplified pulse sequence. At this time, the tag ID is superimposed on the re-radiated pulse series. For example, depending on whether each bit of the tag ID (consisting of a plurality of bits) is 1 or 0, the tag ID is set as a bit string that is ASK modulated in the frame period by switching the amplifier in the tag on / off in the frame period Can be superimposed. However, one frame is a pulse sequence that is OOK-modulated on the basis of a reader-specific UW consisting of, for example, 128 bits. In this way, the tag operates like a reflector for a single pulse, and re-radiates with its own ID information superimposed on the pulse sequence.
リーダは、タグから再放射されたパルス系列を受信し、既知のUWとのスライディング相関の受信処理を実行する。このような相関受信は、UWの長さに応じた符号化利得を確保できる。 The reader receives the pulse sequence re-radiated from the tag, and executes a sliding correlation reception process with a known UW. Such correlation reception can ensure a coding gain according to the length of the UW.
以上のように、タグが受信パルスをエコーバックしてID情報を伝送する方式を用いることで、リーダは、相関受信により得られた相関値を用いてタグ折り返し波の到来時間を推定できる。つまり、リーダは、リーダとタグとの間の距離を測定できるようになる。この到来時間推定処理は、リーダがパルス系列を送信した時刻を基準にして、タグで受信されたパルス系列が再放射され、再びリーダで受信される時刻までの経過時間を推定することを意味する。この到来時間推定結果及び光速に基づいて、リーダからタグまでの距離を算出できる。 As described above, the reader can estimate the arrival time of the tag return wave using the correlation value obtained by the correlation reception by using the method in which the tag echoes the received pulse and transmits the ID information. That is, the reader can measure the distance between the reader and the tag. This arrival time estimation process means that the pulse sequence received by the tag is re-radiated based on the time when the reader transmitted the pulse sequence, and the elapsed time until the time when the reader receives the pulse sequence again is estimated. . Based on this arrival time estimation result and the speed of light, the distance from the reader to the tag can be calculated.
さらに、リーダは、タグから再放射されたパルス系列のビット判定をすることにより、各パルス系列に重畳されたタグIDを検出する。 Furthermore, the reader detects the tag ID superimposed on each pulse sequence by performing bit determination of the pulse sequence re-radiated from the tag.
このような本実施の形態4において前提としているエコーバック方式では、リーダから送信されたIR−UWB信号を、タグが、あたかも物体で反射されるかのように再放射することで、遅延時間推定の精度を保証している。そのため、1台のリーダで無線タグの測距可能であり、かつ、測距精度も高い。 In such an echo back scheme assumed in the fourth embodiment, the delay time is estimated by re-radiating the IR-UWB signal transmitted from the reader as if the tag is reflected by the object. Guarantees accuracy. Therefore, it is possible to measure the distance of the wireless tag with one reader, and the distance measurement accuracy is high.
本実施の形態に係るリーダ800の内部構成は、実施の形態2に係るリーダ500と同様であるため、説明を省略する。なお、本実施の形態係るリーダ800において、UWB送信部310は、UW信号に加えて、ビーコン信号を送信する。また、後述するように、到来時間推定部520は、後述するセミパッシブタグ600Aの内部処理遅延を推定し、推定した内部処理遅延量を用いて、セミパッシブタグ600Aに対する到来時間推定結果に対して補正処理を実行する。
Since the internal configuration of the reader 800 according to the present embodiment is the same as that of the
図14は、本実施の形態4に係るセミパッシブタグの内部構成を示すブロック図である。図14において、図11と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図14の本実施の形態に係るセミパッシブタグ600Aは、図11のセミパッシブタグ600に対して、制御部640に代えて、制御部640Aを備える。
FIG. 14 is a block diagram showing an internal configuration of the semi-passive tag according to the fourth embodiment. 14, the same components as those in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. A
制御部640Aは、制御部640と同様に、受信部630の受信電力推定部634で取得された受信電力推定結果に基づいて、再放射パルスの送信電力を制御するための送信レベル制御信号を生成する。制御部640Aは、生成した送信レベル制御信号をバッファアンプ651に出力する。
Similarly to the
以上のように構成されたセミパッシブタグ600Aを用いたUWBセンサシステムにおいても、図12に示したように、セミパッシブタグ600Aからの再放射パルスと人体からの反射パルスとの間に、セミパッシブタグ600Aの内部処理遅延量に応じた到来時間差が生じる。言い換えれば、この到来時間差がセミパッシブタグ600Aの内部処理遅延量を示していることになる。つまり、セミパッシブタグ600Aの内部処理遅延量は、人体からの反射パルスの到来時間を用いて推定可能であることを示している。
Also in the UWB sensor system using the
したがって、リーダ800の到来時間推定部520は、この推定された内部処理遅延量を用いてセミパッシブタグ600Aに対する到来時間推定結果に対して補正処理を実行する。具体的には、2次元プロファイル推定部370は、再放射されたビーコン信号と、ビーコン信号がセミパッシブタグ600Aを装着した人体で反射された人体エコーとの遅延時間差を用いて2次元電力スペクトラムを補正する。また、後述するように、測距・生体検知部380は、補正後の2次元電力スペクトラムに基づいて、セミパッシブタグ600Aまでの距離を測距する。
Therefore, the arrival
このように、エコーバック方式のセミパッシブタグを用いる場合に、セミパッシブタグ600Aの再放射パルス及びセミパッシブタグ600Aの装着者の人体からの反射パルスを利用して、セミパッシブタグ600Aにおいても避けられない内部処理遅延を、測距処理を実行するリーダ側において補正できるようになる。
As described above, when the echo-back type semi-passive tag is used, the re-radiation pulse of the
以上のように、本実施の形態では、セミパッシブタグ600Aは、IR−UWBのパルス系列を用いてリーダ800から送信されるビーコン信号にタグIDを重畳し、タグIDが重畳されたビーコン信号を再放射する。また、リーダ800において、2次元プロファイル推定部370は、再放射されたビーコン信号と、ビーコン信号がセミパッシブタグ600Aを装着した人体で反射された人体エコーとの遅延時間差を用いて2次元電力スペクトラムを補正し、測距・生体検知部380は、補正後の2次元電力スペクトラムに基づいて、セミパッシブタグ600Aまでの距離を測距する。これにより、リーダ800側で、温度変化等によって生じるセミパッシブタグ600Aの内部処理遅延量の変動も吸収できるようになり、タグ測距の精度保証を実現することができる。
As described above, in the present embodiment, the
本発明に係るUWBセンサシステム及びリーダ装置は、リーダが無線タグを持った人のID、位置及びその生体情報を紐付けて取得でき、危険を伴う作業環境における安全確保や健康管理の用途等として特に有用である。また、家庭内或いは病院等において、睡眠時の無呼吸状態をモニタするといったような医療用途にも応用することができる。 The UWB sensor system and reader device according to the present invention can be obtained by linking the ID, position and biological information of a person with a wireless tag to the reader, and can be used for safety assurance and health management in a dangerous work environment. It is particularly useful. Further, it can be applied to medical uses such as monitoring an apnea state during sleep at home or in a hospital.
100 人
101 什器
200 タグ
220、650 ID送信部
221 UWBパルス発生部
222、314 増幅器
300、500、700、800 リーダ
210、301、531−1〜531−4、610 アンテナ
302、532−1〜532−4 RFスイッチ
310 UWB送信部
313、542−1〜542−4、653 バンドパスフィルタ
312 SRD回路
311 送信パターン発生部
320 UWB受信部
321、541−1〜541−4、631 LNA
322 ゲイン調整回路
323 検波回路
324 信号整形回路
325、544−1〜544−4 A/D変換部
330、510 相関受信部
340 タグID検出部
350 モード設定・制御部
360 共通メモリ
370 2次元プロファイル推定部
380 測距・生体検知部
390 センサ情報
520 到来時間推定部
530 到来方向推定部
540 受信処理部
543−1〜543−4 ダウンコンバータ
550 相関行列算出部
560 到来方向演算部
600、600A セミパッシブタグ
620 サーキュレータ
630 受信部
632 検波器
633 コンパレータ
634 受信電力推定部
640、640A 制御部
651 バッファアンプ
652 ステップリカバリダイオード
100
322
Claims (9)
前記タグ装置は、
IR−UWBのパルス系列を用いて前記タグ装置のIDを示すID信号をバースト送信するID送信手段を具備し、
前記リーダ装置は、
IR−UWBのパルス系列を用いて周期的且つ間欠的であって、前記リーダ装置に固有のユニークワードを示すUW信号を送信するUWB送信手段と、
前記ID信号、及び、前記UW信号が前記タグ装置を装着した人体で反射された人体エコーを受信するUWB受信手段と、
前記ID信号から前記タグ装置のIDを検出するID検出手段と、
受信信号の遅延プロファイルを算出する相関受信手段と、
前記遅延プロファイルを用いて遅延時間領域及びドップラシフト領域の2次元電力スペクトラムを算出する2次元プロファイル推定手段と、
前記2次元電力スペクトラムを用いて前記人体エコーを検出する生体検知手段と、を具備し、
前記UWB送信手段は、前記タグ装置のIDが検出された後に、前記UW信号を送信する、
UWBセンサシステム。 A UWB sensor system comprising a tag device and a reader device,
The tag device is
ID transmission means for burst-transmitting an ID signal indicating the ID of the tag device using an IR-UWB pulse sequence,
The reader device is
UWB transmission means for transmitting a UW signal that is periodic and intermittent using an IR-UWB pulse sequence and that indicates a unique word unique to the reader device;
UWB receiving means for receiving the human body echo reflected by the human body wearing the tag device with the ID signal and the UW signal;
ID detecting means for detecting the ID of the tag device from the ID signal;
Correlation receiving means for calculating a delay profile of the received signal;
Two-dimensional profile estimation means for calculating a two-dimensional power spectrum in the delay time region and the Doppler shift region using the delay profile;
A living body detecting means for detecting the human body echo using the two-dimensional power spectrum,
The UWB transmission means transmits the UW signal after the ID of the tag device is detected.
UWB sensor system.
請求項1に記載のUWBセンサシステム。 The living body detection means measures a distance to the tag device based on the two-dimensional power spectrum;
The UWB sensor system according to claim 1.
請求項1に記載のUWBセンサシステム。 When the ID detection unit detects the ID of the tag device, the operation mode is changed from the initial ID detection mode for receiving the ID signal to the radar mode for receiving the human body echo, and the UWB transmission is performed. The means further comprises mode setting / control means for controlling to start transmission of the UWB signal.
The UWB sensor system according to claim 1.
前記UWB受信手段は、前記制御信号を入力として前記動作モードに応じて前記受信信号のゲインを調整するゲイン制御手段、を具備する、
請求項3に記載のUWBセンサシステム。 The mode setting / control unit generates a control signal for gain adjustment in the UWB reception unit when the operation mode is changed,
The UWB receiving means includes gain control means for adjusting the gain of the received signal according to the operation mode with the control signal as an input.
The UWB sensor system according to claim 3.
前記リーダ装置は、
前記UW信号を受信するアレーアンテナと、
前記タイミング制御信号を用いて前記アレーアンテナの受信時間窓を制御するRFスイッチと、
前記RFスイッチを介した各受信信号を狭帯域化してサンプリング処理する受信処理手段と、
前記受信処理手段で得られるサンプリング信号を用いて前記アレーアンテナに対する相関行列を算出する相関行列算出手段と、
前記相関行列を用いて前記受信時間窓において到来したパルス系列の方向を推定する到来方向推定手段と、を更に具備する、
請求項1に記載のUWBセンサシステム。 The correlation receiving unit generates a timing control signal for adjusting a reception timing of a pulse sequence based on the delay profile,
The reader device is
An array antenna for receiving the UW signal;
An RF switch for controlling a reception time window of the array antenna using the timing control signal;
Reception processing means for performing sampling processing by narrowing each reception signal via the RF switch;
Correlation matrix calculation means for calculating a correlation matrix for the array antenna using a sampling signal obtained by the reception processing means;
Direction of arrival estimation means for estimating the direction of the pulse sequence that arrived in the reception time window using the correlation matrix;
The UWB sensor system according to claim 1.
前記タグ装置は、
前記ビーコン信号を受信する受信手段と、
前記ビーコン信号の受信電力に基づいて、前記ID信号の送信電力を制御する制御手段と、を更に具備し、
前記ID送信手段は、前記受信手段前記タグ装置IDを重畳し、前記タグ装置IDが重畳された前記ビーコン信号を前記ID信号として再放射し、
請求項1に記載のUWBセンサシステム。 The UWB transmission means transmits a beacon signal,
The tag device is
Receiving means for receiving the beacon signal;
Control means for controlling the transmission power of the ID signal based on the reception power of the beacon signal;
The ID transmitting unit superimposes the receiving unit the tag device ID, re-radiates the beacon signal on which the tag device ID is superimposed as the ID signal,
The UWB sensor system according to claim 1.
請求項6に記載のUWBセンサシステム。 The control means further controls the transmission timing of the ID signal based on the reception timing of the beacon signal.
The UWB sensor system according to claim 6.
前記生体検知手段は、補正後の前記2次元電力スペクトラムに基づいて、前記タグ装置までの距離を測距する、
請求項6に記載のUWBセンサシステム。 The two-dimensional profile estimation means corrects the two-dimensional power spectrum using a delay time difference between the re-radiated beacon signal and a human body echo reflected by the human body on which the beacon signal is attached.
The living body detection means measures the distance to the tag device based on the corrected two-dimensional power spectrum;
The UWB sensor system according to claim 6.
タグ装置のIDを示すID信号、及び、前記UW信号が前記タグ装置を装着した人体で反射された人体エコーを受信するUWB受信手段と、
前記ID信号から前記タグ装置のIDを検出するID検出手段と、
受信信号の遅延プロファイルを算出する相関受信手段と、
前記遅延プロファイルを用いて遅延時間領域及びドップラシフト領域の2次元電力スペクトラムを算出する2次元プロファイル推定手段と、
前記2次元電力スペクトラムを用いて前記人体エコーを検出する生体検知手段と、を具備し、
前記UWB送信手段は、前記タグ装置のIDが検出された後に、前記UW信号を送信する、
リーダ装置。
UWB transmission means for transmitting a UW signal that is periodic and intermittent using an IR-UWB pulse sequence and that indicates a unique word unique to the reader device;
An ID signal indicating an ID of the tag device, and a UWB receiving means for receiving a human body echo reflected from the human body on which the tag device is mounted, the UW signal;
ID detecting means for detecting the ID of the tag device from the ID signal;
Correlation receiving means for calculating a delay profile of the received signal;
Two-dimensional profile estimation means for calculating a two-dimensional power spectrum in the delay time region and the Doppler shift region using the delay profile;
A living body detecting means for detecting the human body echo using the two-dimensional power spectrum,
The UWB transmission means transmits the UW signal after the ID of the tag device is detected.
Reader device.
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