DE112021001047T5

DE112021001047T5 - Kommunikationsvorrichtung und Kommunikationsverfahren

Info

Publication number: DE112021001047T5
Application number: DE112021001047.6T
Authority: DE
Inventors: Nobuya Arakawa; Katsuhisa Kashiwagi; Ryo Saito; Koichi Ichige
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2021-04-08
Publication date: 2023-02-02
Also published as: US20230033166A1; JPWO2021210480A1; WO2021210480A1; JP7384276B2

Abstract

Zur Bereitstellung einer Kommunikationsvorrichtung, mit der es möglich ist, die Anzahl eingehender Wellen mit hoher Genauigkeit zu schätzen. Eine Kommunikationsvorrichtung 10 weist eine Antenne 101, eine Matrixberechnungseinheit 103 zum Berechnen einer ersten Matrix mit einem Singulärwert einer Empfangssignalmatrix auf der Basis eines Empfangssignals, die von der Antenne 101 empfangen wird, eine Matrixberechnungseinheit 104 zum Extrahieren eines Empfangssignals in einem spezifischen Frequenzbereich aus dem Empfangssignal und Berechnen einer zweiten Matrix mit einem Singulärwert einer zweiten Empfangssignalmatrix auf der Basis des extrahierten Empfangssignals und eine Schätzeinheit 105 der Anzahl eingehender Wellen zum Schätzen der Anzahl eingehender Wellen des Empfangssignals auf der Basis der ersten Matrix und der zweiten Matrix.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kommunikationsvorrichtung und auf ein Kommunikationsverfahren.
Hintergrund-Technik
Funkwellen werden zur Objekterfassung und für Informationskommunikationen verwendet. Radargeräte werden zur Erfassung von Objekten verwendet. Beispielsweise empfängt ein Radargerät durch eine Array-Antenne eine reflektierende Welle als eine eingehende Welle, die aus einer Sendewelle erzeugt wird, die von einem Objekt reflektiert wird. Derartige Radargeräte umfassen FMCW-Radargeräte (FMCW = Frequency Modulated Continuous Wave = frequenzmodulierter Dauerstrich). Radargeräte, wie zum Beispiel FMCW-Radargeräte, die elektronisches Abtasten ausführen, verwenden verschiedene Ankunftsrichtungs-Schätzverfahren als Techniken zum Erfassen der Ankunftsrichtung einer eingehenden Welle. Ferner wird bei Informationskommunikationen die Ankunftsrichtung einer eingehenden Welle, die an einer Kommunikationsvorrichtung ankommt, ebenso geschätzt, so dass die Kommunikationseffizienz erhöht werden kann.
Es gibt Verfahren zum Schätzen der Anzahl eingehender Wellen und Verwenden der geschätzten Anzahl eingehender Wellen zur Schätzung der Ankunftsrichtung. Derartige Ankunftsrichtungs-Schätzverfahren umfassen beispielsweise ein MUSIC-Verfahren (MUSIC = MUltiple Signal Classification = Mehrsignalklassifizierung). Das MUSIC-Verfahren ist ein Verfahren, das als Superauflösungsalgorithmus eingestuft ist, unter Ankunftsrichtungs-Schätzverfahren. Bei einem elektronischen abtastenden Radargerät, das in Patentdokument 1 beschrieben ist, ist ein Verfahren zum Berechnen einer Korrelationsmatrix von Empfangssignalen von einer Array-Antenne und Normieren von Eigenwerten der Korrelationsmatrix beschrieben. Ein Verfahren zum Schätzen der Anzahl eingehender Wellen auf der Basis einer einheitlichen Schwelle, die für genormte Eigenwerte bereitgestellt wird, ohne von einem Radar-Querschnitt (RCS; Radar Cross-Section) eines Objekts oder dergleichen abhängig zu sein, ist in Patentdokument 1 beschrieben.
Referenzliste
Patentdokument
Patentdokument 1: japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2009-162688
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Das in Patentdokument 1 beschriebene Verfahren weist dahingehend ein Problem auf, dass, da elektrische Leistung eines Empfangssignals für ein Objekt mit kleinem RCS selbst in dem Fall klein ist, in dem eine Korrelation reduziert ist, eine eingehende Welle von dem Objekt und Rauschen nicht ohne weiteres voneinander unterschieden werden können und die Genauigkeit einer Schätzung der Anzahl eingehender Wellen sinkt.
So besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Kommunikationsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Anzahl eingehender Wellen mit großer Genauigkeit zu schätzen.
Lösung des Problems
Eine Kommunikationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Mehrzahl von Antennen; einen ersten Matrixberechner, der basierend auf Empfangssignalen, die von der Antenne empfangen werden, eine erste Matrix mit Singulärwerten einer ersten Empfangssignalmatrix berechnet; einen zweiten Matrixberechner, der Empfangssignale, deren Frequenz innerhalb eines spezifischen Frequenzbereichs liegt, aus den Empfangssignalen extrahiert und basierend auf den extrahierten Empfangssignalen eine zweite Matrix mit Singulärwerten einer zweiten Empfangssignalmatrix berechnet; und einen Schätzer der Anzahl eingehender Wellen, der basierend auf der ersten Matrix und der zweiten Matrix die Anzahl eingehender Wellen der Empfangssignale schätzt.
Ein Kommunikationsverfahren zur Verwendung in einer Kommunikationsvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: Berechnen, basierend auf Empfangssignalen, die von einer Mehrzahl von Antennen empfangen werden, einer ersten Matrix mit Singulärwerten oder Eigenwerten einer ersten Empfangssignalmatrix; Extrahieren, basierend auf den Empfangssignalen, von Empfangssignalen, deren Frequenz innerhalb eines spezifischen Frequenzbereichs liegt, und Berechnen einer zweiten Matrix mit Singulärwerten oder Eigenwerten einer zweiten Empfangssignalmatrix mit Komponenten basierend auf den extrahierten Empfangssignalen, wobei das Berechnen der zweiten Matrix ein Umwandeln der Empfangssignale in Empfangssignale des Frequenzbereichs, um basierend auf den Empfangssignalen des Frequenzbereichs Empfangssignale des Frequenzbereichs zu erzeugen, Erzeugen, basierend auf den Empfangssignalen des Frequenzbereichs, extrahierter Empfangssignale des Frequenzbereichs, Umwandeln der extrahierten Empfangssignale des Frequenzbereichs in extrahierte Empfangssignale des Zeitbereichs und Berechnen, basierend auf den extrahierten Empfangssignalen des Zeitbereichs, der zweiten Matrix der zweiten Empfangssignalmatrix umfasst; und Schätzen, basierend auf der ersten Matrix und der zweiten Matrix, der Anzahl eingehender Wellen der Empfangssignale.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Kommunikationsvorrichtung bereitgestellt werden, die in der Lage ist, die Anzahl eingehender Wellen mit großer Genauigkeit zu schätzen.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm einer Kommunikationsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
2 ist ein Flussdiagramm eines Vorgangs bei der Kommunikationsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
3 ist ein Diagramm zum Erläutern einer Signalextraktionsverarbeitung bei der Kommunikationsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
4 ist ein Diagramm zum Erläutern einer Schätzung der Anzahl von Wellen bei der Kommunikationsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
5 ist ein Blockdiagramm einer Kommunikationsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
6 ist ein Blockdiagramm einer Kommunikationsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
7 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Kommunikationssystems, das eine Kommunikationsvorrichtung umfasst, gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf Zeichnungen detailliert beschrieben. Die gleichen Zeichen sind für die gleichen Elemente vorgesehen und eine doppelte Beschreibung wird soweit möglich weggelassen.
Eine Kommunikationsvorrichtung 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird beschrieben. Die Kommunikationsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst eine Antenne 101, einen A/D-Wandler 102, einen Matrixberechner 103 (ersten Matrixberechner), einen Matrixberechner 104 (zweiten Matrixberechner) und einen Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105.
Die Antenne 101 ist eine Array-Antenne, bei der eine Mehrzahl von Antennenelementen entlang einer vorbestimmten Richtung angeordnet ist. Externe Signale werden in die Antenne 101 eingegeben und Empfangssignale werden aus der Antenne 101 an den A/D-Wandler 102 ausgegeben. Empfangssignale für die einzelnen Antennenelemente werden ausgegeben. Die Antenne 101 kann Signale sowohl empfangen als auch senden.
Der A/D-Wandler 102 wandelt Empfangssignale, die analoge Signale von der Antenne 101 sind, in digitale Signale um. Eine typische Analog-Digital-Umwandlungsschaltung kann als A/D-Wandler 102 verwendet werden. Beispielsweise können für eine Analog-Digital-Umwandlungsschaltung verschiedene Typen verwendet werden, wie zum Beispiel Flash-Typ, Pipeline-Typ, Schrittweise-Annäherung-Typ, Delta-Sigma-Typ und Doppelintegrationstyp.
Der Matrixberechner 103 umfasst eine Abwärtsabtasteinheit 1031 (erste Abwärtsabtasteinheit). Die Abwärtsabtasteinheit 1031 tastet Empfangssignale eines Zeitbereichs abwärts ab, um eine Empfangssignalmatrix (erste Empfangssignalmatrix) zu erzeugen. Das Abwärtsabtasten stellt eine Verarbeitung zur Durchführung einer Umwandlung dar, um die Abtastfrequenz eines abgetasteten Signals zu reduzieren. Der Matrixberechner 103 berechnet eine Matrix (erste Matrix) mit Singulärwerten einer Empfangssignalmatrix (ersten Empfangssignalmatrix) mit Komponenten basierend auf Empfangssignalen.
Ein Fall, in dem der Matrixberechner 103 Singulärwerte einer Empfangssignalmatrix berechnet, wird beschrieben. Der Matrixberechner 103 erzeugt eine Empfangssignalmatrix wie auf der linken Seite einer Gleichung (1), wobei die Anzahl von Antennen der Antenne 101 durch M dargestellt wird und Empfangssignale von den einzelnen Antennenelementen durch Werte x₁ bis x_M dargestellt sind, und führt eine Singulärwertzerlegung der Empfangssignalmatrix durch. $[\begin{matrix} x_{\frac{M}{2} + 1} & x_{\frac{M}{2}} & \dots & x_{1} \\ x_{\frac{M}{2} + 2} & x_{\frac{M}{2} + 1} & \dots & x_{2} \\ ⋮ & ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ x_{M} & \dots & \dots & x_{\frac{M}{2}} \end{matrix}] = U [\begin{matrix} σ_{1} & \dots & 0 & 0 \\ ⋮ & ⋱ & ⋮ & ⋮ \\ 0 & \dots & σ_{\frac{M}{2}} & 0 \end{matrix}] V$
Eine Singulärwertmatrix (erste Singulärwertmatrix) mit M/2 Singulärwerten als Komponenten ist auf der rechten Seite der Gleichung (1) angegeben, wobei Singulärwerte dargestellt sind durch σ_k (wobei k eine Ganzzahl zwischen 1 und M/2 darstellt). Einzelne Singulärwerte entsprechen elektrischen Leistungen von Empfangssignalen. Insbesondere entspricht jeder Singulärwert einer elektrischen Leistung, die auf einer unabhängigen Welle basiert, die ein Empfangssignal ausbildet. Ein Singulärwert nimmt mit steigender Zeilenzahl einer Singulärwertmatrix ab. Dies bedeutet, dass sich ein Signal mit einem größeren elektrischen Leistungswert in einer Zeile mit einer kleineren Zeilenzahl befindet. Da der elektrische Leistungswert eines eingehenden Wellensignals für größer gehalten wird als der elektrische Leistungswert eines Rauschsignals, entspricht ein Singulärwert, der größer oder gleich einem bestimmten Wert ist, einer eingehenden Welle. Im Folgenden wird die Zeilenzahl als Singulärwertzahl bezeichnet.
Der Matrixberechner 104 umfasst eine Frequenzbereichs-Umwandlungseinheit 1041, eine Extraktionseinheit 1042, eine Zeitbereichs-Umwandlungseinheit 1043 und eine Abwärtsabtasteinheit 1044 (zweite Abwärtsabtasteinheit).
Die Frequenzbereichs-Umwandlungseinheit 1041 wandelt ein Zeitbereichssignal in ein Frequenzbereichssignal um. Insbesondere führt die Frequenzbereichs-Umwandlungseinheit 1041 eine Fourier-Transformation durch. Die Zeitbereichs-Umwandlungseinheit 1043 wandelt ein Frequenzbereichssignal in ein Zeitbereichssignal um. Insbesondere führt die Zeitbereichs-Umwandlungseinheit 1043 eine inverse Fourier-Transformation durch.
Die Extraktionseinheit 1042 extrahiert ein Signal, dessen Frequenz niedriger ist als eine vorbestimmte Schwelle. Dies bedeutet, dass die Extraktionseinheit 1042 beispielsweise ein Tiefpassfilter ist. Andere Beispiele der Extraktionseinheit umfassen ein Bandpassfilter und ein Bandbeseitigungsfilter. Bei der Extraktion eines Signals, dessen Frequenz niedriger ist als die vorbestimmte Schwelle, definiert beispielweise die Extraktionseinheit 1042 ein Signal, dessen Frequenz größer ist als die vorbestimmte Schwelle, als 0.
Die Abwärtsabtasteinheit 1044 führt ein Abwärtsabtasten von Empfangssignalen des Zeitbereichs durch, um eine Empfangssignalmatrix (zweite Empfangssignalmatrix) zu erzeugen.
Der Matrixberechner 104 berechnet eine Matrix (zweite Matrix) mit Singulärwerten einer Empfangssignalmatrix (zweiten Empfangssignalmatrix) mit Komponenten basierend auf Empfangssignalen, die durch die Extraktionseinheit 1042 extrahiert werden.
Ein Fall, in dem der Matrixberechner 104 Singulärwerte einer Empfangssignalmatrix berechnet, wird beschrieben. Die Anzahl von Antennen der Antenne 101 ist dargestellt durch M. Empfangssignale von Niedrigfrequenzkomponenten, die durch die Extraktionseinheit 1042 aus Empfangssignalen von den Antennenelementen extrahiert werden, sind dargestellt durch Werte y₁ bis y_M, wobei die Empfangssignale von den Antennenelementen dargestellt sind durch Werte x₁ bis x_M. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt der Matrixberechner 104 eine Empfangssignalmatrix wie auf der linken Seite einer Gleichung (2) und führt eine Singulärwertzerlegung der Empfangssignalmatrix durch. $[\begin{matrix} x_{\frac{M}{2} + 1} & x_{\frac{M}{2}} & \dots & x_{1} \\ x_{\frac{M}{2} + 2} & x_{\frac{M}{2} + 1} & \dots & x_{2} \\ ⋮ & ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ x_{M} & \dots & \dots & x_{\frac{M}{2}} \end{matrix}] = U [\begin{matrix} σ_{1}^{'} & \dots & 0 & 0 \\ ⋮ & ⋱ & ⋮ & ⋮ \\ 0 & \dots & σ_{\frac{M}{2}}^{'} & 0 \end{matrix}] V$
Eine Singulärwertmatrix (zweite Singulärwertmatrix) mit M/2 Singulärwerten als Komponenten ist auf der rechten Seite der Gleichung (2) angezeigt, wobei Singulärwerte durch σ'_k dargestellt sind (wobei k eine Ganzzahl zwischen 1 und M/2 darstellt). Einzelne Singulärwerte entsprechen elektrischen Leistungen extrahierter Empfangssignale von Niedrigfrequenzkomponenten. Insbesondere entspricht jeder Singulärwert einer elektrischen Leistung, die auf einer unabhängigen Welle basiert, die ein extrahiertes Empfangssignal ausbildet. Ein Singulärwert nimmt mit steigender Singulärwertzahl ab.
Der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105 schätzt die Anzahl eingehender Wellen von Empfangssignalen auf der Basis von Matrizen, die durch die Matrixberechner 103 und 104 berechnet werden. Ein Vorgang zum Schätzen der Anzahl eingehender Wellen in dem Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105 ist unten beschrieben.
Ein Vorgang, der durch die Kommunikationsvorrichtung 10 durchgeführt wird, zum Schätzen der Anzahl eingehender Wellen wird Bezug nehmend auf die 2 bis 4 beschrieben. 2 ist ein Flussdiagramm eines Vorgangs bei der Kommunikationsvorrichtung 10. Bei Schritt S201 erfasst die Antenne 101 Empfangssignale. Die erfassten Empfangssignale werden durch den A/D-Wandler 102 in digitale Signale umgewandelt.
Bei Schritt S202 wandelt die Frequenzbereichs-Umwandlungseinheit 1041 die Empfangssignale in Frequenzbereichssignale um. Bei Schritt S203 extrahiert die Extraktionseinheit 1042 Empfangssignale, deren Frequenz niedriger ist als eine vorbestimmte Schwelle, aus den umgewandelten Empfangssignalen des Frequenzbereichs. 3 ist ein konzeptionelles Diagramm einer Extraktion von Empfangssignalen durch die Extraktionseinheit 1042.
Bei Schritt S204 wandelt die Zeitbereichs-Umwandlungseinheit 1043 die extrahierten Empfangssignale aus dem Frequenzbereich in den Zeitbereich um.
Bei Schritt S205 führt die Abwärtsabtasteinheit 1031 ein Abwärtsabtasten der Empfangssignale durch. Außerdem führt die Abwärtsabtasteinheit 1044 ein Abwärtsabtasten der extrahierten Empfangssignale durch.
Bei Schritt S206 erzeugt der Matrixberechner 103 eine Empfangssignalmatrix, die auf der linken Seite der Gleichung (1) angezeigt ist, aus den Empfangssignalen. Ferner erzeugt der Matrixberechner 104 eine Empfangssignalmatrix, die auf der linken Seite der Gleichung (2) angezeigt ist, aus den extrahierten Empfangssignalen.
Bei Schritt S207 führt der Matrixberechner 103 eine Singulärwertzerlegung durch, um eine Singulärwertmatrix zu erzeugen, die auf der rechten Seite in Gleichung (1) angezeigt ist. Ferner führt der Matrixberechner 104 eine Singulärwertzerlegung durch, um eine Singulärwertmatrix zu erzeugen, die auf der rechten Seite der Gleichung (1) angezeigt ist.
Bei Schritt S208 berechnet der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105 Singulärwertverhältnisse r_k, die die Verhältnisse der Singulärwerte der beiden erzeugten Singulärwertmatrizen sind. Insbesondere werden die Singulärwertverhältnisse r_k durch Gleichung (3) berechnet: $r_{k} = \frac{σ_{k}}{σ_{k}^{'}}$
wobei k eine Ganzzahl zwischen 1 und M/2 darstellt.
Bei Schritt S209 berechnet der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105 die Anzahl von Singulärwertverhältnissen, die ein vorbestimmtes Schwellenkriterium erfüllen. Ein Vorgang zum Berechnen der Anzahl von Singulärwertverhältnissen, die ein Schwellenkriterium erfüllen, ist Bezug nehmend auf 4 beschrieben.
In 4 sind Singulärwerte σ₁ bis σ₆, die durch den Matrixberechner 103 berechnet werden, wenn M gleich 12 ist, durch runde Zeichen angezeigt. Ferner sind Singulärwerte σ'₁ bis σ'₆, die durch den Matrixberechner 104 berechnet werden, durch dreieckige Zeichen angezeigt. Das Paar σ₁, und σ'₁, das Paar σ₂ und σ'₂ und das Paar σ₃ und σ'₃ weisen jeweils Werte auf, die nahe beieinanderliegen. So überlappen sich die Zeichen aller Paare σ₁ und σ'₁, σ₂ und σ'₂, und σ₃ und σ'₃ teilweise.
Den Singulärwerten σ und σ' sind Singulärwertzahlen in absteigender Reihenfolge der Menge an elektrischer Leistung zugewiesen. Signale, deren Frequenz eine große Menge an elektrischer Leistung anzeigt, aus den Empfangssignalen, die in 3 dargestellt sind, sind Signale, die eingehenden Wellen entsprechen. Die Singulärwerte σ' werden basierend auf Empfangssignalen berechnet, die extrahiert werden, nachdem Empfangssignale mit hoher Frequenz durch die Extraktionseinheit 1042 als Rauschen beseitigt werden. So ist der Wert eines extrahierten Empfangssignals kleiner als der Wert eines Empfangssignals vor einer Extraktion, und zwar um die beseitigte Menge an Rauschen. Folglich nimmt auch der Wert der elektrischen Leistung ab und ist deshalb ein Singulärwert σ' kleiner als ein Singulärwert σ. Das Maß an Rückgang eines Singulärwerts, der einer Welle entspricht, die als Rauschen beseitigt wird, ist groß. So ist die Menge eines Rückgangs eines Singulärwerts, der einer eingehenden Welle entspricht, klein, während die Menge eines Rückgangs eines Singulärwerts, der Rauschen entspricht, groß ist.
Wenn die Singulärwertverhältnisse r_k basierend auf der Gleichung (3) berechnet werden, nehmen die Singulärwertverhältnisse r_k einen Wert von 1 oder mehr an. Je größer die Menge einer Rückgangs des Singulärwerts σ'_k ist, desto größer ist das Singulärwertverhältnis r_k. Der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105 berechnet die Anzahl von Singulärwertverhältnissen r_k, die kleiner oder gleich einer vorbestimmten Schwelle sind. Bezug nehmend auf 4 erfüllen die Singulärwertverhältnisse r_k für Singulärwertzahlen 1 bis 3 das Schwellenkriterium. Dies bedeutet, dass σ₁ bis σ₃ Singulärwerte darstellen, die eingehenden Wellen entsprechen, und σ₄ bis σ₆ Singulärwerte darstellen, die auf Wellen basieren, die Rauschen beinhalten.
Bei Schritt S210 schätzt der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105 die Anzahl eingehender Wellen durch Betrachten der Anzahl von Singulärwertverhältnissen r_k, die das Schwellenkriterium erfüllen, als die Anzahl eingehender Wellen. Bei dem Beispiel aus 4 beträgt die Anzahl eingehender Wellen 3.
Die Kommunikationsvorrichtung 10 führt eine Verarbeitung für Empfangssignale von der Antenne 101 durch Trennen zwischen Empfangssignalen, die Rauschen beinhalten, die durch den Matrixberechner 103 verarbeitet werden sollen, und Empfangssignalen durch, aus denen Rauschen durch die Extraktionseinheit 1042 beseitigt wurde. Die Kommunikationsvorrichtung 10 verwendet Singulärwerte, nicht Eigenwerte. So besteht kein Bedarf, eine Kreuzkorrelationsmatrix zu verwenden. Selbst wenn Signale miteinander korreliert sind, kann die Genauigkeit einer Schätzung der Anzahl eingehender Wellen verbessert werden. Ferner kann selbst für eingehende Signale mit einer kleinen Menge an elektrischer Leistung eine Schätzung der Anzahl von Wellen basierend auf der Menge einer Variation bei Singulärwerten durchgeführt werden, die basierend auf den Empfangssignalen berechnet werden. So kann die Anzahl eingehender Wellen geschätzt werden, ohne durch die Größe der elektrischen Leistung der Empfangssignale beeinträchtigt zu werden. So kann die Anzahl eingehender Wellen genauer geschätzt werden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel wird beschrieben. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel und nachfolgenden Ausführungsbeispielen wird eine Beschreibung der Merkmale, die gleich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind, weggelassen und werden nur Unterschiede beschrieben. Insbesondere werden ähnliche Betriebsvorteile durch ähnliche Ausbildungen nicht bei einzelnen Ausführungsbeispielen erwähnt.
5 ist ein Blockdiagramm einer Kommunikationsvorrichtung 10A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Kommunikationsvorrichtung 10A unterscheidet sich dadurch von der Kommunikationsvorrichtung 10, dass ein Matrixberechner 103A eine Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 5032 beinhaltet und ein Matrixberechner 104A eine Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 5045 umfasst.
Die Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 5032 umfasst einen Raummittelungsteil 5033. Die Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 5045 umfasst einen Raummittelungsteil 5046. Die Raummittelungsteile 5033 und 5046 mitteln jeweils Signale von einem Teilarray, das eine Gruppe einiger Antennenelemente der Antenne 101 ist. Beispielsweise wird ein Gleitender-Mittelwert-Verfahren zum Durchführen einer Eigenwertzerlegung einer Matrix, die erzeugt wird durch Unterteilen einer Kovarianzmatrix einer Mehrzahl korrelierter Signale, die an Antennen empfangen werden, in eine Mehrzahl von Matrixgruppen mit gleicher Reihenfolge und Addieren von Elementen der Matrixgruppen verwendet. So kann eine Korrelation zwischen Empfangssignalen reduziert werden. Die Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 5032 berechnet eine Korrelationsmatrix von Empfangssignalen. Die Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 5045 erzeugt eine Korrelationsmatrix von Empfangssignalen, die durch die Extraktionseinheit 1042 extrahiert werden.
Der Matrixberechner 103A erzeugt eine Eigenwertmatrix (erste Eigenwertmatrix) einer Korrelationsmatrix, die durch die Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 5032 berechnet wird. Der Matrixberechner 104A erzeugt eine Eigenwertmatrix (zweite Eigenwertmatrix) einer Korrelationsmatrix, die durch die Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 5045 berechnet wird.
Der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105A schätzt die Anzahl eingehender Wellen von Empfangssignalen auf der Basis der Eigenwertmatrizen, die durch die Matrixberechner 103A und 104A berechnet werden. Ein Vorgang zum Schätzen der Anzahl eingehender Wellen in dem Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105A wird wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt durch Verwenden von Eigenwerten anstelle von Singulärwerten, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sind, und Verwenden von Eigenwertverhältnissen.
Die Kommunikationsvorrichtung 10A ist außerdem in der Lage, die Anzahl eingehender Wellen zu schätzen, ohne abhängig von der Größe der elektrischen Leistung von Empfangssignalen zu sein. So kann die Genauigkeit einer Schätzung der Anzahl eingehender Wellen verbessert werden.
Für die Kommunikationsvorrichtungen 10 und 14A kann eine Schwelle für die Größe von Singulärwerten oder Eigenwerten zusätzlich zu Singulärwertverhältnissen oder Eigenwertverhältnissen bereitgestellt werden. Beispielweise ist ein Singulärwert oder ein Eigenwert einer elektrischen Empfangsleistung zugeordnet. So kann eine Schwelle für Singulärwerte oder Eigenwerte verwendet werden, so dass ein Signal mit starker elektrischer Empfangsleistung vor einer Schätzung der Anzahl eingehender Wellen extrahiert werden kann. Alternativ kann die Anzahl eingehender Wellen unter der Bedingung geschätzt werden, dass die elektrische Empfangsleistung stark ist und ein Singulärwertverhältnis oder ein Eigenwertverhältnis ein Schwellenkriterium erfüllt.
Die Kommunikationsvorrichtungen 10 und 10A können jeweils einen Änderungsmengenberechner (in der Zeichnung nicht dargestellt) umfassen, der die Menge einer Änderung von Komponenten einer Singulärwertmatrix oder einer Eigenwertmatrix basierend auf Empfangssignalen berechnet. Die Menge einer Änderung der Singulärwerte oder Eigenwerte in einer bestimmten Matrix kann basierend auf einem Verhältnis oder einer Differenz berechnet werden und zur Schätzung der Anzahl eingehender Wellen verwendet werden. Beispielsweise wird eine Zeile, die einen Singulärwert oder einen Eigenwert umfasst, dessen Verhältnis zu einem Singulärwert oder einem Eigenwert in der nächsten Zeile maximal ist, gefunden und wird die Anzahl von Singulärwerten oder Eigenwerten in Zeilen, deren Zeilenzahlen kleiner sind als die Zeilenzahl der gefundenen Zeile, berechnet. Der geschätzte Wert der Anzahl eingehender Wellen kann basierend auf der berechneten Anzahl von Singulärwerten oder Eigenwerten und der Anzahl eingehender Wellen bestätigt werden, die durch den Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105 geschätzt wird. Eine Zeile, die einen Singulärwert oder einen Eigenwert umfasst, dessen Differenz von einem Singulärwert oder Eigenwert in der nächsten Zeile maximal ist, kann berechnet werden.
Ein drittes Ausführungsbeispiel wird beschrieben. 6 ist ein Blockdiagramm einer Kommunikationsvorrichtung 60 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Die Kommunikationsvorrichtung 60 umfasst zusätzlich zu den Komponentenelementen der Kommunikationsvorrichtung 10 eine Sendeantenne 601, einen Sendesignalerzeuger 602, einen Zwischenfrequenzsignalwandler 603, einen Entfernungs-/Geschwindigkeitsberechner 604, einen Ankunftsrichtungs-Berechner 605 und einen Ortsberechner 606. Die Antenne 101 ist ein Beispiel einer Empfangsantenne, die eingehende Wellen empfängt.
Die Sendeantenne 601 ist eine Arrayantenne, die eine Mehrzahl von Antennenelementen umfasst. Die Sendeantenne 601 sendet Sendewellen nach außerhalb der Kommunikationsvorrichtung 60. Die Frequenz einer Sendewelle nimmt in linearer Weise mit der Zeit zu. Dies bedeutet, dass die Kommunikationsvorrichtung 60 ein Beispiel eines FMCW-Radargeräts ist.
Der Sendesignalerzeuger 602 erzeugt Sendesignale zum Erzeugen von Sendewellen, die durch die Sendeantenne 601 gesendet werden sollen. Ein Sendesignal ist ein Chirp-Signal zum Erhöhen der Frequenz einer Sendewelle in linearer Weise. Ein Sendesignal umfasst eine Mehrzahl von Chirp-Signalen zum Erhöhen der Frequenz auf die gleiche Weise.
Der Zwischenfrequenz-Signalwandler 603 berechnet eine Zwischenfrequenz eines Empfangssignals und eines Sendesignals auf der Basis eines Empfangssignals von der Antenne 101 und eines Sendesignals von dem Sendesignalerzeuger. Ein Empfangssignal weist einen Signalverlauf eines zeitverzögerten Chirp-Signals als Sendesignal auf. Ein Zwischenfrequenzsignal stellt eine Differenz zwischen der Frequenz eines Sendesignals und der Frequenz eines Empfangssignals zu einem Zeitpunkt dar. Dies bedeutet, dass die Frequenz eines berechneten Zwischenfrequenzsignals für einen bestimmten Zeitraum auf einem fixierten Wert bleibt. Ein Zwischenfrequenzsignal wird durch den A/D-Wandler 102 in ein digitales Signal umgewandelt und an den Entfernungs-/Geschwindigkeitsberechner 604 ausgegeben.
Der Entfernungs-/Geschwindigkeitsberechner 604 berechnet die Entfernung von der Kommunikationsvorrichtung 60 zu einem Objekt, das eine Sendewelle reflektiert, auf der Basis eines Zwischenfrequenzsignals. Zur Berechnung der Entfernung wird die Entfernung zu einem Objekt berechnet durch Betrachten einer Frequenzdifferenz zwischen einem Sendesignal und einem Empfangssignal, das dem Sendesignal entspricht, das heißt der Frequenz eines Zwischenfrequenzsignals, das der Zeit von der Reflexion einer Sendewelle an dem Objekt bis zu einem Einfall an der Antenne 101 als eingehende Welle entspricht. In dem Fall, in dem eine Mehrzahl von Objekten vorliegt, wandelt der Entfernungs-/Geschwindigkeitsberechner 604 Zwischenfrequenzsignale durch eine Fourier-Transformation oder dergleichen in Frequenzbereichssignale um und berechnet Entfernungen für die einzelnen Zwischenfrequenzen, so dass die Entfernung zu jedem der Objekte berechnet werden kann.
Ferner wird in dem Fall, in dem der Entfernungs-/Geschwindigkeitsberechner 604 eine Geschwindigkeit berechnet, die Geschwindigkeit eines Objekts auf der Basis einer Phasendifferenz zwischen einem Zwischenfrequenzsignal, das auf einem Chirp-Signal basiert, und einem Zwischenfrequenzsignal, das auf einem anderen Chirp-Signal basiert, berechnet. In dem Fall, in dem eine Mehrzahl von Objekten vorliegt, wird die Geschwindigkeit jedes der Objekte berechnet durch Durchführen einer Fourier-Transformation (Doppler-FFT) an einem Ergebnis einer Fourier-Transformation (Entfernungs-FFT) eines Zwischenfrequenzsignals, die an dem Objekt durchgeführt wird.
Der Ankunftsrichtungsberechner 605 schätzt die Ankunftsrichtung unter Verwendung eines Verfahrens, das in einem Superauflösungsalgorithmus beinhaltet ist, wie zum Beispiel einem MUSIC-Verfahren, auf der Basis der Anzahl eingehender Wellen, die durch den Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105 geschätzt wird. Die Ankunftsrichtung stellt die Richtung dar, in der sich ein Objekt befindet.
Der Ortsberechner 606 berechnet den Ort eines Objekts auf der Basis der Entfernung und der Geschwindigkeit eines Objekts, die durch den Entfernungs-/Geschwindigkeitsberechner 604 berechnet werden, und der Richtung eines Objekts, die durch den Ankunftsrichtungsberechner 605 berechnet wird.
Bei der Kommunikationsvorrichtung 60 schätzt der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105 die Anzahl von Wellen mit großer Genauigkeit. So können Auflösung und Genauigkeit als ein Radargerät verbessert werden.
Außerdem kann eine Schätzung der Anzahl eingehender Wellen durch eine Kommunikationsvorrichtung durchgeführt werden, deren Antenne 101 eine Funktion der Sendeantenne 601 der Kommunikationsvorrichtung 60 umfasst. Eine derartige Kommunikationsvorrichtung erkennt ein Objekt, das sich innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet, durch Aussenden einer Sendewelle und Erfassen einer eingehenden Welle, die von dem Objekt reflektiert wird.
Bei der Kommunikationsvorrichtung sendet die Antenne 101 Sendewellen und empfängt eingehende Wellen. Die Kommunikationsvorrichtung umfasst den Matrixberechner 103 oder den Matrixberechner 103A als ersten Matrixberechner und der erste Matrixberechner berechnet eine erste Matrix mit Singulärwerten oder Eigenwerten auf der Basis von Empfangssignalen eingehender Wellen.
Die Kommunikationsvorrichtung umfasst den Matrixberechner 104 oder den Matrixberechner 104A als zweiten Matrixberechner. Der zweite Matrixberechner extrahiert Empfangssignale einer spezifischen Frequenz aus Empfangssignalen, die von der Antenne 101 empfangen werden, und berechnet eine zweite Matrix mit Singulärwerten oder Eigenwerten auf der Basis der extrahierten Empfangssignale.
Die Kommunikationsvorrichtung umfasst den Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105 oder den Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105A als Schätzer der Anzahl eingehender Wellen, der die Anzahl eingehender Wellen auf der Basis der ersten Matrix und der zweiten Matrix schätzt.
Die Extraktion von Empfangssignalen mit der spezifischen Frequenz durch den zweiten Matrixberechner umfasst die Extraktion von Signalen, deren Frequenz höher ist als eine vorbestimmte Schwelle, durch die Extraktionseinheit 1042. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Singulärwert oder ein Eigenwert in der ersten Matrix mit einem Singulärwert oder einem Eigenwert in der zweiten Matrix verglichen, wenn nur ein Hochfrequenzsignal, dessen Frequenz größer oder gleich der vorbestimmten Schwelle ist, extrahiert wird.
Es folgt eine Erläuterung unter Verwendung eines Singulärwertverhältnisses wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Singulärwerte σ' werden in diesem Fall berechnet basierend auf Empfangssignalen mit niedriger Frequenz, die durch die Extraktionseinheit 1042 aus Empfangssignalen extrahiert werden. So ist der Wert eines extrahierten Empfangssignals kleiner als der Wert eines Empfangssignals vor einer Extraktion, und zwar um die Menge, die einer beseitigten Komponente entspricht, die zur Schätzung der Anzahl von Wellen aus dem Empfangssignal verwendet werden soll. Folglich nimmt auch der Wert der elektrischen Leistung ab, weshalb ein Singulärwert σ' kleiner ist als ein Singulärwert σ. Das Maß an Rückgang eines Singulärwerts, der einer beseitigten Welle als Rauschen entspricht, ist groß. So ist die Menge eines Rückgangs eines Singulärwerts, der einer eingehenden Welle entspricht, groß, während die Menge eines Rückgangs eines Singulärwerts, der Rauschen entspricht, klein ist.
Zu diesem Zeitpunkt berechnet der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105 die Anzahl von Singulärwertverhältnissen r_k, die größer oder gleich einer vorbestimmten Schwelle sind. So kann die Anzahl von Singulärwerten, deren Rückgangsmenge groß ist, berechnet werden. Der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen schätzt die Anzahl eingehender Wellen durch Betrachten der Anzahl von Singulärwerten, deren Rückgangsmenge groß ist, als die Anzahl eingehender Wellen.
Ein viertes Ausführungsbeispiel wird beschrieben. 7 ist ein schematisches Diagramm eines Kommunikationssystems 70. Das Kommunikationssystem 70 umfasst eine Kommunikationsvorrichtung 10B und eine Kommunikationsvorrichtung 703. Die Kommunikationsvorrichtung 10B umfasst zusätzlich zu den Komponentenelementen der Kommunikationsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine Sendeantenne 701 und eine Steuerung 702. Eine Antenne (in der Zeichnung nicht dargestellt) der Kommunikationsvorrichtung 10B fungiert als Empfangsantenne, die eingehende Wellen empfängt. In dem Fall, in dem die Kommunikationsvorrichtung 10B Signale von der Kommunikationsvorrichtung 703 empfängt, schätzt die Kommunikationsvorrichtung 10B die Ankunftsrichtung basierend auf der Anzahl eingehender Wellen, die durch den Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105 geschätzt wird. Die Steuerung 702 ist in der Lage, zu verursachen, dass die Spitze der Richtwirkung einer Antenne zu der geschätzten Ankunftsrichtung gerichtet ist. So kann ein Signal von der Kommunikationsvorrichtung 703 effizient empfangen werden und kann eine Kommunikationseffizienz verbessert werden. Ferner ist die Steuerung 702 auch in der Lage, die Richtwirkung der Sendeantenne 701 derart zu steuern, dass eine starke Sendewelle zu der Kommunikationsvorrichtung 703 gerichtet werden kann.
Eingehende Wellen, die durch die Kommunikationsvorrichtung 10B empfangen werden, können Direktwellen, die direkt von der Kommunikationsvorrichtung 703 ankommen, sowie Mehrwegewellen und Interferenzwellen umfassen, die durch Reflexion durch ein reflektierendes Objekt 704 erzeugt werden. In diesem Fall ist die Kommunikationsvorrichtung 10B auch in der Lage, die Anzahl eingehender Wellen genau zu schätzen.
Das Kommunikationssystem 70 ist beispielsweise ein System, bei dem die Kommunikationsvorrichtung 10B eine tragbare Kommunikationsvorrichtung ist, wie zum Beispiel ein Smartphone, und die Kommunikationsvorrichtung 703 eine Vorrichtung ist, die Funkwellen als eine Basisstation überträgt, damit die Kommunikationsvorrichtung 10B eine Verbindung zu einem Netz herstellen kann.
Exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wurden oben beschrieben. Die Kommunikationsvorrichtung 10 umfasst die Mehrzahl von Antennen 101, den Matrixberechner 103, der basierend auf Empfangssignalen, die von den Antennen 101 empfangen werden, eine erste Matrix mit Singulärwerten einer Empfangssignalmatrix berechnet, den Matrixberechner 104, der Empfangssignale, deren Frequenz innerhalb eines spezifischen Frequenzbereichs liegt, aus den Empfangssignalen extrahiert und basierend auf den extrahierten Empfangssignalen eine zweite Matrix mit Singulärwerten einer Empfangssignalmatrix berechnet, und den Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105, der basierend auf der ersten Matrix und der zweiten Matrix die Anzahl eingehender Wellen der Empfangssignale schätzt.
Entsprechend kann die Anzahl von Wellen basierend auf der Menge einer Änderung von Singulärwerten oder Eigenwerten, die basierend auf den Empfangssignalen berechnet werden, geschätzt werden. So kann die Anzahl eingehender Wellen geschätzt werden, ohne durch die Größe der elektrischen Leistung der Empfangssignale beeinträchtigt zu werden. Deshalb kann die Anzahl eingehender Wellen genauer geschätzt werden.
Bei der Kommunikationsvorrichtung 10 ist die erste Matrix eine erste Singulärwertmatrix, ist die zweite Matrix eine zweite Singulärwertmatrix und schätzt der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105 basierend auf einem ersten Singulärwert in der ersten Singulärwertmatrix, einem zweiten Singulärwert in der zweiten Singulärwertmatrix, der dem ersten Singulärwert entspricht, und einer ersten Schwelle die Anzahl von Wellen der Empfangssignale.
Mit der Verwendung von Singulärwerten kann selbst in dem Fall, in dem Signale, die durch die einzelnen Antennen 101 empfangen werden, miteinander korreliert sind, die Anzahl eingehender Wellen geschätzt werden.
Bei der Kommunikationsvorrichtung 10 ist die erste Schwelle eine Schwelle für ein Singulärwertverhältnis, das ein Verhältnis des ersten Singulärwerts zu dem zweiten Singulärwert ist. Der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105 berechnet das Singulärwertverhältnis und schätzt basierend auf dem Singulärwertverhältnis und der ersten Schwelle die Anzahl eingehender Wellen der Empfangssignale.
Mit der Verwendung des Verhältnisses können selbst in dem Fall, in dem die Größe der elektrischen Leistung eines Empfangssignals, das dem ersten Singulärwert entspricht, klein ist, Variationen an dem zweiten Singulärwert berechnet werden. So kann die Anzahl eingehender Wellen unter Verwendung von Singulärwerten in dem Fall geschätzt werden, in dem die elektrische Leistung eines Empfangssignals klein ist.
Die Kommunikationsvorrichtung 10A umfasst die Mehrzahl von Antennen 101, den Matrixberechner 103A, der basierend auf Empfangssignalen, die von der Antenne 101 empfangen werden, eine erste Matrix mit Eigenwerten einer Empfangssignalmatrix berechnet, den Matrixberechner 104A, der Empfangssignale, deren Frequenz innerhalb eines spezifischen Frequenzbereichs liegt, aus den Empfangssignalen extrahiert und basierend auf den extrahierten Empfangssignalen eine zweite Matrix mit Eigenwerten einer Empfangssignalmatrix berechnet, und den Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105A, der basierend auf der ersten Matrix und der zweiten Matrix die Anzahl eingehender Wellen der Empfangssignale schätzt.
Bei der Kommunikationsvorrichtung 10A ist die erste Matrix eine erste Eigenwertmatrix, ist die zweite Matrix eine zweite Eigenwertmatrix und schätzt der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105A basierend auf einem ersten Eigenwert in der ersten Eigenwertmatrix, einem zweiten Eigenwert in der zweiten Eigenwertmatrix, der dem ersten Eigenwert entspricht, und einer zweiten Schwelle die Anzahl von Wellen der Empfangssignale.
Bei der Kommunikationsvorrichtung 10A ist die zweite Schwelle eine Schwelle für ein Eigenwertverhältnis, das ein Verhältnis des ersten Eigenwerts zu dem zweiten Eigenwert ist. Der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105A berechnet das Eigenwertverhältnis und schätzt basierend auf dem Eigenwertverhältnis und der zweiten Schwelle die Anzahl eingehender Wellen der Empfangssignale. So kann die Anzahl eingehender Wellen unter Verwendung von Eigenwerten in dem Fall geschätzt werden, in dem die elektrische Leistung eines Empfangssignals klein ist.
Die Kommunikationsvorrichtung 10A umfasst ferner die Raummittelungsteile 5033 und 5046, die eine Raummittelungsverarbeitung für die Empfangssignale durchführen. So kann eine Korrelation zwischen den Empfangssignalen an Antennenelementen der Antenne 101 reduziert werden. Durch Reduzieren der Korrelation zwischen den Empfangswerten kann die Genauigkeit einer Schätzung der Anzahl von Wellen verbessert werden.
Bei den Kommunikationsvorrichtungen 10 und 10A umfassen die Matrixberechner 103 und 103A jeweils die Abwärtsabtasteinheit 1031, die die Empfangssignale abwärts abtastet, um eine Empfangssignalmatrix zu erzeugen. Die Matrixberechner 104 und 104A umfassen ferner jeweils die Abwärtsabtasteinheit 1044, die die extrahierten Empfangssignale abwärts abtastet, um eine Empfangssignalmatrix zu erzeugen. So können zwei Signale mit unterschiedlichen Singulärwerten, die Rauschen entsprechen, extrahiert werden.
Bei den Kommunikationsvorrichtungen 10 und 10A umfassen die Matrixberechner 104 und 104A ferner jeweils die Frequenzbereichs-Umwandlungseinheit 1041, die Signale des Zeitbereichs in Signale des Frequenzbereichs umwandelt, und die Zeitbereichs-Umwandlungseinheit 1043, die Signale des Frequenzbereichs in Signale des Zeitbereichs umwandelt. Die Frequenzbereichs-Umwandlungseinheit wandelt die Empfangssignale in Empfangssignale des Frequenzbereichs um. Die Extraktionseinheit 1042 erzeugt basierend auf den Empfangssignalen des Frequenzbereichs extrahierte Empfangssignale des Frequenzbereichs. Die Zeitbereichs-Umwandlungseinheit wandelt die extrahierten Empfangssignale des Frequenzbereichs in extrahierte Empfangssignale des Zeitbereichs um. Die Matrixberechner 104 und 104A berechnen jeweils basierend auf den extrahierten Empfangssignalen des Zeitbereichs die zweite Matrix der Empfangssignalmatrix.
Bei den Kommunikationsvorrichtungen 10 und 10A kann der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105 basierend auf der ersten Matrix, der zweiten Matrix und einer dritten Schwelle, die eine Schwelle für Singulärwerte oder Eigenwerte der ersten Matrix und der zweiten Matrix ist, die Anzahl eingehender Wellen der Empfangssignale schätzen. So kann die Anzahl eingehender Wellen genauer geschätzt werden.
Die Kommunikationsvorrichtungen 10 und 10A können ferner jeweils einen Änderungsmengenberechner umfassen, der die Menge einer Änderung von Singulärwerten oder Eigenwerten in der ersten Matrix berechnet. Der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105 kann basierend auf der ersten Matrix, der zweiten Matrix und der Menge einer Änderung die Anzahl von Wellen der Empfangssignale schätzen. So kann die Anzahl eingehender Wellen genauer geschätzt werden. Zu diesem Zeitpunkt kann die Menge einer Änderung durch ein Verhältnis oder eine Differenz der Singulärwerte oder der Eigenwerte dargestellt werden.
Die Kommunikationsvorrichtung 60 umfasst den Sendesignalerzeuger 602, der ein Sendesignal erzeugt, die Sendeantenne 601, die ein Sendesignal als Sendewelle an ein Objekt sendet, den Zwischenfrequenzsignalwandler 603, der eine Mischung des Sendesignals und eines Empfangssignals in ein Zwischenfrequenzsignal mit einer Zwischenfrequenz umwandelt, den Entfernungs-/Geschwindigkeitsberechner 604, der basierend auf dem Zwischenfrequenzsignal die Entfernung zu dem Objekt berechnet, den Ankunftsrichtungsberechner 605, der basierend auf der Anzahl eingehender Wellen, die durch den Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105 geschätzt wird, die Ankunftsrichtung einer eingehenden Welle berechnet, die erzeugt wird durch Reflexion der Sendewelle an dem Objekt, und den Ortsberechner 606, der basierend auf der Entfernung und der Ankunftsrichtung den Ort des Objekts berechnet.
Entsprechend kann der Ort des Objekts basierend auf der Anzahl eingehender Wellen geschätzt werden, die durch den Schätzer der Anzahl eingehender Wellen 105 genauer geschätzt werden kann. So können die Auflösung und die Genauigkeit der Kommunikationsvorrichtung 60 als Radargerät verbessert werden.
Die Kommunikationsvorrichtung 10B umfasst ferner die Steuerung 702, die ein Steuersignal zum Steuern basierend auf der Ankunftsrichtung, der Empfangsrichtung einer Empfangswelle oder der Senderichtung einer Sendewelle erzeugt. So kann die Richtwirkung der Antenne 101 gesteuert werden und kann eine Kommunikationseffizienz verbessert werden. Ferner kann auch die Richtwirkung der Sendeantenne 701 gesteuert werden und kann eine Kommunikationseffizienz verbessert werden.
Jedes der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele dient einem leichten Verstehen der vorliegenden Erfindung und soll die vorliegende Erfindung nicht einschränken. Die vorliegende Erfindung kann modifiziert/verbessert werden, ohne von dem Kern derselben abzuweichen, und umfasst Äquivalente derselben. Dies bedeutet, dass Modifizierungen an einem Entwurf, die an den Ausführungsbeispielen durch Fachleute auf diesem Gebiet durchgeführt werden, ebenso in dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind, solange derartige Modifizierungen Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweisen. Beispielsweise sind Elemente, die in jedem der Ausführungsbeispiele beinhaltet sind, Anordnungen der Elemente, Bedingungen und dergleichen nicht auf diejenigen in dem oben beschriebenen Beispiel eingeschränkt und könnten in geeigneter Weise geändert werden. Ferner ist jedes der Ausführungsbeispiele ein Beispiel und es ist offensichtlich, dass die Ausbildungen gemäß den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen teilweise ersetzt oder miteinander kombiniert werden können, wobei diese Ausbildungen auch in dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind, solange diese Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweisen.
Bezugszeichenliste

10, 10A, 10B, 60: Kommunikationsvorrichtung,
101: Antenne,
102: A/D-Wandler,
103, 103A,104, 104A: Matrixberechner,
105, 105A: Schätzer der Anzahl eingehender Wellen,
1031,1044: Abwärtsabtasteinheit,
1041: Frequenzbereichs-Umwandlungseinheit,
1042: Extraktionseinheit,
1043: Zeitbereichs-Umwandlungseinheit

Claims

Eine Kommunikationsvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von Antennen; einen ersten Matrixberechner, der basierend auf Empfangssignalen, die von den Antennen empfangen werden, eine erste Matrix mit Singulärwerten einer ersten Empfangssignalmatrix berechnet; einen zweiten Matrixberechner, der Empfangssignale, deren Frequenz innerhalb eines spezifischen Frequenzbereichs liegt, aus den Empfangssignalen extrahiert und basierend auf den extrahierten Empfangssignalen eine zweite Matrix mit Singulärwerten einer zweiten Empfangssignalmatrix berechnet; und einen Schätzer der Anzahl eingehender Wellen, der basierend auf der ersten Matrix und der zweiten Matrix die Anzahl eingehender Wellen der Empfangssignale schätzt.
Die Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die erste Matrix eine erste Singulärwertmatrix ist, bei der die zweite Matrix eine zweite Singulärwertmatrix ist und bei der der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen basierend auf einem ersten Singulärwert in der ersten Singulärwertmatrix, einem zweiten Singulärwert in der zweiten Singulärwertmatrix, der dem ersten Singulärwert entspricht, und einer ersten Schwelle die Anzahl von Wellen der Empfangssignale schätzt.
Die Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der die erste Schwelle eine Schwelle für ein Singulärwertverhältnis ist, das ein Verhältnis des ersten Singulärwerts zu dem zweiten Singulärwert ist, und wobei der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen das Singulärwertverhältnis berechnet und basierend auf dem Singulärwertverhältnis und der ersten Schwelle die Anzahl eingehender Wellen der Empfangssignale schätzt.
Eine Kommunikationsvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von Antennen; einen ersten Matrixberechner, der basierend auf Empfangssignalen, die von den Antennen empfangen werden, eine erste Matrix mit Eigenwerten einer ersten Empfangssignalmatrix berechnet; einen zweiten Matrixberechner, der Empfangssignale, deren Frequenz innerhalb eines spezifischen Frequenzbereichs liegt, aus den Empfangssignalen extrahiert und basierend auf den extrahierten Empfangssignalen eine zweite Matrix mit Eigenwerten einer zweiten Empfangssignalmatrix berechnet; und einen Schätzer der Anzahl eingehender Wellen, der basierend auf der ersten Matrix und der zweiten Matrix die Anzahl eingehender Wellen der Empfangssignale schätzt.
Die Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der die erste Matrix eine erste Eigenwertmatrix ist, bei der die zweite Matrix eine zweite Eigenwertmatrix ist und bei der der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen basierend auf einem ersten Eigenwert in der ersten Eigenwertmatrix, einem zweiten Eigenwert in der zweiten Eigenwertmatrix, der dem ersten Eigenwert entspricht, und einer zweiten Schwelle die Anzahl eingehender Wellen der Empfangssignale schätzt.
Die Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der die zweite Schwelle eine Schwelle für ein Eigenwertverhältnis ist, das ein Verhältnis des ersten Eigenwerts zu dem zweiten Eigenwerts ist, und wobei der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen das Eigenwertverhältnis berechnet und basierend auf dem Eigenwertverhältnis und der zweiten Schwelle die Anzahl eingehender Wellen der Empfangssignale schätzt.
Die Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 5 oder 6, die ferner einen Raummittelungsteil aufweist, der eine Raummittelungsverarbeitung für die Empfangssignale durchführt.
Die Kommunikationsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der der erste Matrixberechner eine erste Abwärtsabtasteinheit aufweist, die die Empfangssignale abwärts abtastet, um die erste Empfangssignalmatrix zu erzeugen, und wobei der zweite Matrixberechner ferner eine zweite Abwärtsabtasteinheit aufweist, die die extrahierten Empfangssignale abwärts abtastet, um die zweite Empfangssignalmatrix zu erzeugen.
Die Kommunikationsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der zweite Matrixberechner Folgendes aufweist: eine Extraktionseinheit, die die Empfangssignale, deren Frequenz innerhalb des spezifischen Frequenzbereichs liegt, aus den Empfangssignalen extrahiert, eine Frequenzbereichs-Umwandlungseinheit, die Signale des Zeitbereichs in Signale des Frequenzbereichs umwandelt, und eine Zeitbereichs-Umwandlungseinheit, die Signale des Frequenzbereichs in Signale des Zeitbereichs umwandelt, wobei die Frequenzbereichs-Umwandlungseinheit die Empfangssignale in Empfangssignale des Frequenzbereichs umwandelt, wobei die Extraktionseinheit basierend auf den Empfangssignalen des Frequenzbereichs extrahierte Empfangssignale des Frequenzbereichs erzeugt, wobei die Zeitbereichs-Umwandlungseinheit die extrahierten Empfangssignale des Frequenzbereichs in extrahierte Empfangssignale des Zeitbereichs umwandelt und wobei der zweite Matrixberechner basierend auf den extrahierten Empfangssignalen des Zeitbereichs die zweite Matrix der zweiten Empfangssignalmatrix berechnet.
Die Kommunikationsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der der Schätzer der Anzahl eingehender Wellen basierend auf der ersten Matrix, der zweiten Matrix und einer dritten Schwelle, die eine Schwelle für Singulärwerte oder Eigenwerte der ersten Matrix und der zweiten Matrix ist, die Anzahl eingehender Wellen der Empfangssignale schätzt.
Die Kommunikationsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, die ferner folgendes Merkmal aufweist: einen Änderungsmengenberechner, der die Menge einer Änderung von Singulärwerten oder Eigenwerten in der ersten Matrix berechnet, wobei der Schätzer die Anzahl eingehender Wellen basierend auf der ersten Matrix, der zweiten Matrix und der Menge einer Änderung die Anzahl von Wellen der Empfangssignale schätzt.
Die Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 11, bei der die Menge einer Änderung dargestellt wird durch eine Differenz zwischen den Singulärwerten oder den Eigenwerten.
Die Kommunikationsvorrichtung gemäß Anspruch 11, bei der die Menge einer Änderung dargestellt wird durch ein Verhältnis der Singulärwerte oder der Eigenwerte.
Die Kommunikationsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Antennen Empfangsantennen sind, die jeweils als das Empfangssignal eine eingehende Welle empfangen, die erzeugt wird durch Reflexion einer Sendewelle an einem Objekt, und wobei die Kommunikationsvorrichtung ferner folgende Merkmale aufweist: einen Sendesignalerzeuger, der ein Sendesignal erzeugt; eine Sendeantenne, die das Sendesignal als die Sendewelle an das Objekt sendet; einen Zwischenfrequenzsignalwandler, der eine Mischung des Sendesignals und des Empfangssignals in ein Zwischenfrequenzsignal mit einer Zwischenfrequenz wandelt; einen Entfernungsberechner, der basierend auf dem Zwischenfrequenzsignal eine Entfernung zu dem Objekt berechnet; einen Ankunftsrichtungsberechner, der basierend auf der Anzahl eingehender Wellen, die durch den Schätzer der Anzahl eingehender Wellen geschätzt wird, eine Ankunftsrichtung der eingehenden Welle von dem Objekt berechnet; und einen Ortsberechner, der basierend auf der Entfernung und der Ankunftsrichtung einen Ort des Objekts berechnet.
Die Kommunikationsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der die Antennen Empfangsantennen sind, die jeweils als das Empfangssignal eine eingehende Welle empfangen, die durch Reflexion einer Sendewelle an einem Objekt erzeugt wird, und wobei die Kommunikationsvorrichtung ferner folgende Merkmale aufweist: einen Sendesignalerzeuger, der ein Sendesignal erzeugt; eine Sendeantenne, die das Sendesignal als die Sendewelle an das Objekt sendet; einen Ankunftsrichtungsberechner, der basierend auf der Anzahl eingehender Wellen, die durch den Schätzer der Anzahl eingehender Wellen geschätzt wird, eine Ankunftsrichtung der eingehenden Welle von dem Objekt berechnet; und eine Steuerung, die ein Steuersignal zum Steuern, basierend auf der Ankunftsrichtung, einer Empfangsrichtung der eingehenden Welle oder einer Senderichtung der Sendewelle erzeugt.
Ein Kommunikationsverfahren zur Verwendung in einer Kommunikationsvorrichtung, das folgende Schritte aufweist: Berechnen, basierend auf Empfangssignalen, die von einer Mehrzahl von Antennen empfangen werden, einer ersten Matrix mit Singulärwerten oder Eigenwerten einer ersten Empfangssignalmatrix; Extrahieren, basierend auf den Empfangssignalen, von Empfangssignalen, deren Frequenz innerhalb eines spezifischen Frequenzbereichs liegt, und Berechnen einer zweiten Matrix mit Singulärwerten oder Eigenwerten einer zweiten Empfangssignalmatrix mit Komponenten basierend auf den extrahierten Empfangssignalen, wobei das Berechnen der zweiten Matrix folgende Schritte aufweist: Umwandeln der Empfangssignale in Empfangssignale des Frequenzbereichs, um basierend auf den Empfangssignalen des Frequenzbereichs Empfangssignale des Frequenzbereichs zu erzeugen, Erzeugen, basierend auf den Empfangssignalen des Frequenzbereichs, extrahierter Empfangssignale des Frequenzbereichs, Umwandeln der extrahierten Empfangssignale des Frequenzbereichs in extrahierte Empfangssignale des Zeitbereichs und Berechnen, basierend auf den extrahierten Empfangssignalen des Zeitbereichs, der zweiten Matrix der zweiten Empfangssignalmatrix; und Schätzen, basierend auf der ersten Matrix und der zweiten Matrix, der Anzahl eingehender Wellen der Empfangssignale.