JP2006042201A - 距離測定システム、距離測定方法ならびに通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成でかつ低コストで無線端末間の距離を測定することが可能な距離測定システム、距離測定方法および通信装置を提供することである。
【解決手段】 一の移動端末に設けられた送信機から第１の周波数ｆ₁ を有する第１の搬送波および第２の周波数ｆ₂ を有する第２の搬送波が他の移動端末に送信される。他の移動端末に設けられた受信機により一の移動端末から送信された第１および第２の搬送波が受信され、第１および第２の搬送波の位相差Δφが検出される。さらに、検出された位相差Δφ、第１の周波数ｆ₁ および第２の周波数ｆ₂ に基づいて一の移動端末と他の移動端末との間の距離Ｒが算出される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、無線端末間の距離を測定する距離測定システム、距離測定方法ならびに通信装置に関する。

無線アドホックネットワークでは、移動端末間で基地局等のインフラストラクチャを経由することなく無線通信を行うことができる。このような無線アドホックネットワークを構成する移動端末は、送受信機の機能だけでなく中継局の機能も有し、移動端末自身がルータとしても働く。２つの移動端末間で通信を行う場合には、他の移動端末を中継局として用いるマルチホップ通信を行うことができる。それにより、通信すべき２つの移動端末間で電波が届かない場合でも、他の移動端末を経由することにより通信が可能となる。

各移動端末が無指向性ビームを用いて通信を行うと、その移動端末は異なる方向に位置する複数の移動端末と通信することができる。しかしながら、複数組の移動端末同士での通信で同一チャネル間の干渉が生じる。そこで、同一チャネル間の干渉が生じないように指向性ビームを用いて通信が行われる。この場合、マルチホップ通信の経路を選択するためには、ネットワークを構成している複数の移動端末の位置を把握しておく必要がある。そのためには、各移動端末は、移動している他の複数の移動端末までの距離および方向を常時把握しておかなければならない。

従来より移動端末の位置を測定可能な種々の移動通信システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）
特開１１−１７８０３８号公報

上記の従来の移動通信システムでは、移動無線端末装置の測位装置が、測位信号を通信制御センタに送信し、折り返し戻ってきた測位信号から電波伝搬遅延時間（位相）を計測し、その電波伝搬遅延時間（位相）から距離を測定する。

しかしながら、上記の従来の移動通信システムでは、各移動無線端末装置が通信制御センタまでの距離を測定することはできるが、各移動無線端末装置が他の移動無線端末装置までの距離を直接測定することはできない。

また、移動する物体までの距離を測定する種々のレーダも開発されているが、構造が複雑で高価である。

無線アドホックネットワークにおいて、移動端末間でマルチホップ通信を行うためには、簡単な構成でかつ低コストで移動端末までの距離を測定することを可能にすることが望まれる。

本発明の目的は、簡単な構成でかつ低コストで無線端末間の距離を測定することが可能な距離測定システム、距離測定方法および通信装置を提供することである。

第１の発明に係る距離測定システムは、複数の無線端末間の距離を測定する距離測定システムであって、複数の無線端末のうち一の無線端末に設けられ、第１の周波数を有する第１の電波および第２の周波数を有する第２の電波を複数の無線端末のうち他の無線端末に送信する送信手段と、他の無線端末に設けられ、一の無線端末から送信された第１および第２の電波を受信する受信手段と、受信手段により受信された第１および第２の電波の位相差を検出する検出手段と、検出手段により検出された位相差および第１および第２の周波数に基づいて一の無線端末と他の無線端末との間の距離を算出する算出手段とを備えたものである。

本発明に係る距離測定システムにおいては、複数の無線端末のうち一の無線端末に設けられた送信手段から第１の周波数を有する第１の電波および第２の周波数を有する第２の電波を複数の無線端末のうち他の無線端末に送信される。一方、他の無線端末に設けられた受信手段により一の無線端末から送信された第１および第２の電波が受信され、検出手段により受信された第１および第２の電波の位相差が検出される。さらに、検出された位相差および第１および第２の周波数に基づいて算出手段により一の無線端末と他の無線端末との間の距離が算出される。

このように、第１および第２の電波を用いることにより、簡単な構成でかつ低コストで無線端末間の距離を測定することが可能になる。

送信手段は、第１および第２の周波数の少なくとも一方を可変制御してもよい。第１の周波数と第２の周波数との差が小さく設定された場合には、低い分解能で遠距離の測定が可能となる。また、第１の周波数と第２の周波数との差が大きく設定された場合には、高い分解能で近距離の測定が可能となる。

第２の発明に係る距離測定システムは、複数の無線端末間の距離を測定する距離測定装置であって、複数の無線端末のうち一の無線端末に設けられ、異なる周波数を有する複数の電波を複数の無線端末のうち他の無線端末に送信する送信手段と、他の無線端末に設けられ、一の無線端末から送信された複数の電波を受信する受信手段と、受信手段により受信された複数の電波のうちいずれか２つの電波の位相差を検出する検出手段と、検出手段により検出された位相差および２つの電波の周波数に基づいて一の無線端末と他の無線端末との間の距離を算出する算出手段とを備えたものである。

本発明に係る距離測定システムにおいては、複数の無線端末のうち一の無線端末に設けられた送信手段から異なる周波数を有する複数の電波が複数の無線端末のうち他の無線端末に送信される。一方、他の無線端末に設けられた受信手段により一の無線端末から送信された複数の電波が受信され、検出手段により受信された複数の電波のうちいずれか２つの電波の位相差が検出される。さらに、検出された位相差および２つの電波の周波数に基づいて算出手段により一の無線端末と他の無線端末との間の距離が算出される。

このように、複数の電波を用いることにより、簡単な構成でかつ低コストで無線端末間の距離を測定することが可能になる。

送信手段は、異なる周波数を有する３以上の電波を他の無線端末に送信してもよい。検出手段により小さい周波数差を有する２つの電波の位相差が検出された場合には、低い分解能で遠距離の測定が可能となる。また、検出手段により大きな周波数差を有する２つの電波の位相差が検出された場合には、高い分解能で近距離の測定が可能となる。

第３の発明に係る通信装置は、無線端末に設けられ、他の無線端末から第１の周波数を有する第１の電波および第２の周波数を有する第２の電波を受信する通信装置であって、他の無線端末から送信された第１および第２の電波を受信する受信手段と、受信手段により受信された第１および第２の電波の位相差を検出する検出手段と、検出手段により検出された位相差および第１および第２の周波数に基づいて一の無線端末と他の無線端末との間の距離を算出する算出手段とを備えたものである。

本発明に係る通信装置においては、受信手段により他の無線端末から送信された第１および第２の電波が受信され、検出手段により受信された第１および第２の電波の位相差が検出される。さらに、検出された位相差および第１および第２の周波数に基づいて算出手段により一の無線端末と他の無線端末との間の距離が算出される。

このように、第１および第２の電波を用いることにより、簡単な構成でかつ低コストで無線端末間の距離を測定することが可能になる。

通信装置は、第１の周波数を有する第１の電波および第２の周波数を有する第２の電波を他の無線端末に送信する送信手段をさらに備えてもよい。

この場合、他の無線端末に第１の周波数を有する第１の電波および第２の周波数を有する第２の電波が送信されるので、他の無線端末は受信した第１および第２の電波の位相差および第１および第２の周波数に基づいて当該無線端末までの距離を測定することができる。

第４の発明に係る距離測定方法は、複数の無線端末間の距離を測定する距離測定方法であって、複数の無線端末のうち一の無線端末から第１の周波数を有する第１の電波および第２の周波数を有する第２の電波を複数の無線端末のうち他の無線端末に送信するステップと、他の無線端末において一の無線端末から送信された第１および第２の電波を受信するステップと、受信された第１および第２の電波の位相差を検出するステップと、検出された位相差および第１および第２の周波数に基づいて一の無線端末と他の無線端末との間の距離を算出するステップとを備えたものである。

本発明に係る距離測定方法においては、複数の無線端末のうち一の無線端末から第１の周波数を有する第１の電波および第２の周波数を有する第２の電波が複数の無線端末のうち他の無線端末に送信される。一方、他の無線端末において一の無線端末から送信された第１および第２の電波が受信され、受信された第１および第２の電波の位相差が検出される。さらに、検出された位相差および第１および第２の周波数に基づいて一の無線端末と他の無線端末との間の距離が算出される。

このように、第１および第２の電波を用いることにより、簡単な構成でかつ低コストで無線端末間の距離を測定することが可能になる。

第５の発明に係る距離測定システムは、アドホックネットワークにおいて複数の無線端末間の距離を測定する距離測定システムであって、複数の無線端末のうち一の無線端末に設けられ、第１の周波数を有する第１の電波および第２の周波数を有する第２の電波を複数の無線端末のうち他の無線端末に送信する送信手段と、他の無線端末に設けられ、一の無線端末から送信された第１および第２の電波を受信する受信手段と、受信手段により受信された第１および第２の電波の位相差を検出する検出手段と、検出手段により検出された位相差および第１および第２の周波数に基づいて一の無線端末と他の無線端末との間の距離を算出する算出手段とを備えたものである。

本発明に係る距離測定システムにおいては、アドホックネットワークにおける複数の無線端末のうち一の無線端末に設けられた送信手段から第１の周波数を有する第１の電波および第２の周波数を有する第２の電波を複数の無線端末のうち他の無線端末に送信される。一方、他の無線端末に設けられた受信手段により一の無線端末から送信された第１および第２の電波が受信され、検出手段により受信された第１および第２の電波の位相差が検出される。さらに、検出された位相差および第１および第２の周波数に基づいて算出手段により一の無線端末と他の無線端末との間の距離が算出される。

このように、第１および第２の電波を用いることにより、簡単な構成でかつ低コストでアドホックネットワークにおける無線端末間の距離を測定することが可能になる。

本発明によれば、２つの電波を用いることにより、簡単な構成でかつ低コストで無線端末間の距離を測定することが可能になる。

図１は本発明の実施の形態に係る距離測定システムが適用される無線アドホックネットワークの構成を示すブロック図である。

図１の無線アドホックネットワークは、複数の移動端末１００ａ〜１００ｆにより構成される。ここで、移動端末１００ａ〜１００ｆは、例えば、車載無線装置、携帯電話等である。

各移動端末１００ａ〜１００ｆは、後述する送信機および受信機からなる通信装置を備えるとともに、電波を送受信するアンテナを備える。アンテナは、全方向放射型アンテナでもよいし、主ビームの方向を変化させることができる可変ビームアンテナでもよい。可変ビームアンテナとしては、例えば「電子情報通信学会研究技術報告，電子情報通信学会発行，ＡＰ９９−６１，ＳＡＴ９９−６１，ｐｐ．９−１４，１９９９年７月」に記載された電子制御導波器アンテナを用いることができる。また、各移動端末１００ａ〜１００ｆは、信号の送受信機能に加えて中継局の機能も有し、ルータとして働く。

図１の例では、２つの移動端末１００ａ，１００ｆ間で通信を行う場合には、他の移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅを中継局として用いるマルチホップ通信が行われる。それにより、２つの移動端末１００ａ，１００ｆ間で電波が届かない場合でも、他の移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅを経由することにより通信が可能となる。

この場合、マルチホップ通信の経路を選択するためには、無線アドホックネットワークを構成している複数の移動端末１００ａ〜１００ｆの位置を把握しておく必要がある。そのためには、各移動端末１００ａ〜１００ｆは、常に移動している他の複数の移動端末１００ａ〜１００ｆまでの距離および方向を把握しておかなければならない。

各移動端末１００ａ〜１００ｆの通信装置が距離測定機能および方向測定機能を有する。距離測定機能については後述する。また、方向測定機能については公知の方法が用いられる。

図２は本発明の第１の実施の形態に係る距離測定システムにおける送信機の構成を示すブロック図である。図３は本発明の第１の実施の形態に係る距離測定システムにおける受信機の構成を示すブロック図である。

本実施の形態では、一の移動端末に設けられた図２の送信機１および他の移動端末に設けられた図３の受信機２が距離測定システムを構成する。

図２の送信機１は、アンプ１２，１５、バンドバスフィルタ（以下、ＢＰＦと呼ぶ）１３，１６、変調器１４、パワーアンプ１７、アンテナ１８、基準発振器１９、電力分配器（パワーディバイダ）２０、ＰＬＬ（位相同期ループ）発振器２１，２３、電力結合器２２および制御部２４を備える。

アンプ１２は、入力端子１１から入力された信号波を増幅する。ＢＰＦ１３は、増幅器１２により増幅された信号波の所定の周波数帯域の成分を通過させる。

一方、基準発振器１９は、例えば１０ＭＨｚの基準信号を発生する。電力分配器２０は基準信号をＰＬＬ発振器２１，２３に分配する。ＰＬＬ発振器２１は、基準信号を逓倍することにより第１の周波数ｆ₁ を有する第１の搬送波を出力する。ＰＬＬ発振器２３は、基準発振器１９により発生された基準信号を逓倍することにより第２の周波数ｆ₂ を有する第２の搬送波を出力する。制御部２４は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）等からなり、ＰＬＬ発振器２３から出力される第２の搬送波の第２の周波数ｆ₂ を制御する。本実施の形態では、ＰＬＬ発振器２１から出力される第１の搬送波の第１の周波数ｆ₁ は例えば１００ＭＨｚであり、ＰＬＬ発振器２３から出力される第２の搬送波の第２の周波数ｆ₂は例えば１００ＭＨｚ〜（１００＋ｎ−１）ＭＨｚに制御される。ここで、ｎは２以上の整数である。

電力結合器２２は、ＰＬＬ発振器２１により発生された第１の搬送波とＰＬＬ発振器２３により発生された第２の搬送波とを結合し、結合された第１および第２の搬送波を変調器１４に与える。

変調器１４は、電力結合器２２から与えられた第１および第２の搬送波をＢＰＦ１３から出力された信号波でそれぞれ変調し、変調波を出力する。ここで、変調器１４による変調の方式は特に限定されない。ＧＦＳＫ（ガウシアン周波数シフトキーイング）方式、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式等の種々のデジタル変調方式またはアナログ変調方式を用いることができる。

アンプ１５は、変調器１４から出力される変調波を増幅する。ＢＰＦ１６は、不要輻射を除去するためにアンプ１５により増幅された変調波の所定の周波数帯域の成分を通過させる。パワーアンプ１７は、ＢＰＦ１６から出力される変調波を増幅し、電波としてアンテナ１８から送信する。電波の周波数は、例えば２．５ＧＨｚ程度であるが、これに限定されない。

このようにして、図２の送信機１からは、異なる周波数を有する２つの変調波が送信される。この場合、２つの変調波の周波数差は可変となっている。

図３の受信機２は、アンテナ２５、低雑音アンプ２６、ＢＰＦ２７、復調器２８、ＰＬＬ発振器２９、アンプ３０，３４，３６、電力分配器３１、ＢＰＦ３２１，３２２，３２３，…，３２ｎ、位相検波器３３、処理部３５およびフィルタ３７を備える。上記のように、ｎは２以上の整数である。

低雑音アンプ２６は、アンテナ２５により受信された変調波を増幅する。ＢＰＦ２７は、外部からの不要信号を除去するために低雑音アンプ２６により増幅された変調波の所定の周波数帯域の成分を通過させる。

ＰＬＬ発振器２９は、所定の基準信号を発生する。復調器２８は、ＢＰＦ２７から出力された変調波をＰＬＬ発振器２９により発生された基準信号を用いてダウンコンバートするとともに、変調波を復調することにより信号波をアンプ３６に出力し、第１の周波数ｆ₁ を有する第１の搬送波および第２の周波数ｆ₂ を有する第２の搬送波をアンプ３０に出力する。

アンプ３６は、復調器２８から出力された信号波を増幅し、フィルタ３７を通して出力する。アンプ３０は、復調器２８により復調された第１および第２の搬送波を増幅する。

電力分配器３１は、アンプ３０により増幅された第１および第２の搬送波をＢＰＦ３２１〜３２ｎに分配する。ＢＰＦ３２１は、電力分配器３１により与えられた搬送波のうち第１の周波数ｆ₁ を有する第１の搬送波を通過させる。また、ＢＰＦ３２２〜３２ｎのいずれか１つが電力分配器３１により与えられた搬送波のうち第２の周波数ｆ₂ を有する第２の搬送波を通過させる。

本実施の形態では、ＢＰＦ３２１は、例えば１００ＭＨｚの搬送波を通過させ、ＢＰＦ３２１〜３２ｎは、それぞれ１０１ＭＨｚ〜（１００＋ｎ−１）ＭＨｚの搬送波を通過させる。

位相検波器３３は、ＢＰＦ３２１から出力される第１の搬送波とＢＰＦ３２２〜３２ｎのいずれかから出力される第２の搬送波との位相差を検出し、位相差に対応する直流の電圧信号を出力する。アンプ３４は、位相検波器３３から出力される電圧信号を増幅する。

処理部３５は、アナログ−デジタル変換器、ＣＰＵ、メモリ等を含み、後述する方法で位相差から距離を算出する。

なお、図２および図３の例では、送信機１および受信機２が別個に構成されているが、送信機１および受信機２が一体的に構成されてもよい。その場合には、アンテナ１８，２５として共通のアンテナが用いられ、共通のアンテナと図２のパワーアンプ１７および図３の低雑音アンプ２６との間に送信および受信を切り替えるスイッチが設けられる。

なお、一の移動端末に設けられた図２の送信機１および他の移動端末に設けられた図３の受信機２が距離測定システムを構成する。

図４は本実施の形態に係る距離測定システムにおける距離測定方法を説明するための図である。

図４には、一の移動端末における通信装置の送信機１から他の移動端末における通信装置の受信機２に送信される第１および第２の搬送波が示される。第１の搬送波は第１の周波数ｆ₁ を有し、第２の搬送波は第２の周波数ｆ₂ を有する。

図４の縦軸は第１および第２の搬送波の振幅であり、横軸は距離である。Ｒは、送信側の移動端末から受信側の移動端末までの距離を表す。送信側の移動端末では、第１および第２の搬送波の同期が取られている。そのため、送信側の移動端末において第１および第２の搬送波の位相は一致している。

Δφは、受信側の移動端末での第１の搬送波と第２の搬送波との位相差を表す。ここで、−π≦Δφ≦πである。

以下、第１および第２の搬送波の位相差Δφに基づいて送信側の移動端末から受信側の移動端末までの距離Ｒを算出する方法について説明する。

電波の速度をｃとし、搬送波の波長をλとし、搬送波の周波数をｆとし、搬送波の周期をＴとすると、次式が成り立つ。

ｃ＝λ／Ｔ＝λｆ …（１）
上式（１）から搬送波の角周波数ωは次式のようになる。

ω＝２π／Ｔ＝２πｆ …（２）
距離Ｒを位相で表すと、２πＲ／λ［ｒａｄ］となる。

上式（１）から位相は次式のように表される。

２πＲ／λ＝２πＲｆ／ｃ …（３）
ここで、送信側の移動端末での第１および第２の搬送波をそれぞれ式（４）および式（５）で表す。

ｗ_1T＝ｓｉｎ（２πｆ₁ｔ＋φ₁） …（４）
ｗ_2T＝ｓｉｎ（２πｆ₂ｔ＋φ₂） …（５）
上式（４）および（５）において、ｗ_1Tおよびｗ_2Tはそれぞれ送信側の移動端末での第１および第２の搬送波の振幅、ｔは時間、φ₁ およびφ₂ はそれぞれ第１および第２の搬送波の送信側の移動端末での位相である。

上式（３）、（４）および（５）より、受信側の移動端末での第１および第２の搬送波はそれぞれ式（６）および式（７）で表すことができる。

ｗ_1R＝ｓｉｎ（２πｆ₁ｔ−２πＲｆ₁／ｃ＋φ₁） …（６）
ｗ_2R＝ｓｉｎ（２πｆ₂ｔ−２πＲｆ₂／ｃ＋φ₂） …（７）
上式（６）および（７）において、受信側の移動端末でのｗ_1Rおよびｗ_2Rはそれぞれ第１および第２の搬送波の振幅、ｔは時間である。

送信機１において第１および第２の搬送波の同期が取られているので、φ₁＝φ₂となる。

したがって、上式（６）および（７）より受信側の移動端末での第１および第２の搬送波の位相差Δφは次式のようになる。

Δφ＝２πＲ／ｃ（ｆ₁ −ｆ₂ ）＝２πＲ／ｃ・Δｆ …（８）
上式（８）において、Δｆは第１の周波数ｆ₁ と第２の周波数ｆ₂ との差である。上式（８）を変形すると、次式のようになる。

Ｒ＝（ｃ／２π）・（Δφ／Δｆ）
＝（ｃΔφ）／（２πΔｆ） （−π≦Δφ≦π） …（９）
ここで、第１の周波数ｆ₁ と第２の周波数ｆ₂ との差Δｆを１．０ＭＨｚに設定した場合を考える。この場合、位相差Δφがπになると、上式（９）より距離Ｒは次のように算出される。

Ｒ＝（３．０×１０⁸×π）／（２π×１．０×１０⁶）＝１５０［ｍ］
次に、第１の周波数ｆ₁ と第２の周波数ｆ₂ との差Δｆを５．０ＭＨｚに設定した場合を考える。この場合、位相差Δφがπになると、上式（９）より距離Ｒは次のように算出される。

Ｒ＝（３．０×１０⁸×π）／（２π×５．０×１０⁶）＝３０［ｍ］
また、位相差Δφの検出の分解能をΔφ_mを１．０°とする。Δφ_m＝１．０°＝π／１８０［ｒａｄ］である。

第１の周波数ｆ₁ と第２の周波数ｆ₂ との差Δｆが１．０ＭＨｚの場合、距離の検出の分解能ΔＲ_mは、上式（９）より次式のようになる。

ΔＲ_m＝（３．０×１０⁸×π）／（２π×１．０×１０⁶×１８０）＝０．８３［ｍ］
また、第１の周波数ｆ₁ と第２の周波数ｆ₂ との差Δｆが５．０ＭＨｚの場合、距離の検出の分解能ΔＲ_mは、上式（９）より次式のようになる。

ΔＲ_m＝（３．０×１０⁸×π）／（２π×５．０×１０⁶×１８０）＝０．１７［ｍ］
このように、第１の周波数ｆ₁ と第２の周波数ｆ₂ との差Δｆが小さく設定された場合には、低い分解能で遠距離の測定が可能となる。また、第１の周波数ｆ₁ と第２の周波数ｆ₂ との差Δｆが大きく設定された場合には、高い分解能で近距離の測定が可能となる。

したがって、移動端末間の距離に応じて送信側の移動端末が第１の周波数ｆ₁ と第２の周波数ｆ₂ との差Δｆを制御することにより適切な分解能で移動端末間の距離を測定することが可能となる。

上記のように、本実施の形態に係る距離測定システムにおいては、一の移動端末に設けられた送信機１から第１の周波数ｆ₁ を有する第１の搬送波および第２の周波数ｆ₂ を有する第２の搬送波が他の移動端末に送信される。一方、他の移動端末に設けられた受信機２により一の移動端末から送信された第１および第２の搬送波が受信され、第１および第２の搬送波の位相差Δφが検出される。さらに、検出された位相差Δφ、第１の周波数ｆ₁ および第２の周波数ｆ₂ に基づいて式（９）より一の移動端末と他の移動端末との間の距離Ｒが算出される。

このように、異なる周波数を有する第１および第２の搬送波を用いることにより、簡単な構成でかつ低コストで移動端末間の距離を測定することが可能になる。

また、送信機１において第２の周波数ｆ₂ を可変制御することができるので、通信すべき移動端末間の距離が近い場合には、第１の周波数ｆ₁ と第２の周波数ｆ₂ との差Δｆを大きくすることにより高い分解能で距離の測定を行うことができ、通信すべき移動端末間の距離が遠い場合には、第１の周波数ｆ₁ と第２の周波数ｆ₂ との差Δｆを小さくすることにより低い分解能にはなるものの、長い距離の測定を行うことができる。

各移動端末は、他の移動端末までの距離とともに他の移動端末の方向（方位角）を公知の方法で測定し、測定された距離および方向を他の移動端末に一定時間ごとに信号波として送信する。それにより、各移動端末は、無線アドホックネットワークを構成する複数の移動端末の位置を把握することができる。したがって、各移動端末は、他の移動端末を中継局として用いるマルチホップ通信を行うことができる。

なお、本実施の形態では、送信機１において第２の搬送波の第２の周波数ｆ₂ が可変制御されるが、第１の搬送波の第１の周波数ｆ₁ が可変制御されてもよく、第１の搬送波の第１の周波数ｆ₁および第２の搬送波の第２の周波数ｆ₂ の両方が可変制御されてもよい。あるいは、第１の搬送波の第１の周波数ｆ₁ および第２の搬送波の第２の周波数ｆ₂ が固定されてもよい。

現在、実際に複数の異なる周波数を用いた無線通信方式（装置）が運用されている。例えば、ブルートゥース（ＧＦＳＫ：ガウシアン周波数シフトキーイング）や無線ＬＡＮ（ＯＦＤＭ：直交周波数分割多重方式）などであり、これらの無線通信方式に本発明を適用すれば、容易に距離測定システムを実現できる。

図５は本発明の第２の実施の形態に係る距離測定システムにおける送信機の構成を示すブロック図である。図６は本発明の第２の実施の形態に係る距離測定システムにおける受信機の構成を示すブロック図である。

本実施の形態では、一の移動端末に設けられた図５の送信機１および他の移動端末に設けられた図６の受信機２が距離測定システムを構成する。

図５の送信機１が図２の送信機１と異なるのは、ＰＬＬ発信器２１，２３および制御部２４の代わりに複数のＰＬＬ発信器２１１，２１２，２１３，…，２１ｎを備える点である。ここで、ｎは２以上の整数である。

基準発信器１９は、例えば１０ＭＨｚの基準信号を発生する。電力分配器２０は基準信号をＰＬＬ発信器２１１〜２１ｎに分配する。ＰＬＬ発信器２１１〜２１ｎは基準信号を逓倍することによりそれぞれ異なる周波数を有する搬送波を出力する。

ここで、ＰＬＬ発信器２１１から出力される搬送波が第１の周波数ｆ₁ を有する第１の搬送波として用いられ、ＰＬＬ発信器２１２〜２１ｎから出力される搬送波のいずれか１つが第２の周波数ｆ₂ を有する第２の搬送波として用いられる。本実施の形態では、ＰＬＬ発信器２１１〜２１ｎから出力される搬送波の周波数は例えば１００ＭＨｚ〜（１００＋ｎ−１）ＭＨｚである。

例えば、ＰＬＬ発信器２１１から出力される搬送波の周波数を第１の周波数ｆ₁ として用い、ＰＬＬ発信器２１２から出力される搬送波の周波数を第２の周波数ｆ₂ として用いた場合、第１の周波数ｆ₁ と第２の周波数ｆ₂ との差Δｆは１ＭＨｚとなる。

電力結合器２２は、ＰＬＬ発振器２１１〜２１ｎにより発生されたｎ個の搬送波を結合し、結合されたｎ個の搬送波を変調器１４に与える。

変調器１４は、電力結合器２２から与えられたｎ個の搬送波をＢＰＦ１３から出力された信号波でそれぞれ変調し、変調波を出力する。

アンプ１５は、変調器１４から出力される変調波を増幅する。ＢＰＦ１６は、不要輻射を除去するためにアンプ１５により増幅された変調波の所定の周波数帯域の成分を通過させる。パワーアンプ１７は、ＢＰＦ１６から出力される変調波を増幅し、電波としてアンテナ１８から送信する。

このようにして、図５の送信機１からは、異なる周波数を有するｎ個の変調波が送信される。

図６の受信機２が図３の受信機２と異なるのは、ＢＰＦ３２２，３２３，…，３２ｎの出力端子がスイッチ３８を介して位相検波器３３に接続されている点である。

電力分配器３１は、アンプ３０により増幅されたｎ個の搬送波をＢＰＦ３２１，３２２，３２３，…，３２ｎに分配する。ＢＰＦ３２１は、電力分配器３１により与えられた搬送波のうち第１の周波数ｆ₁ を有する第１の搬送波を通過させる。また、ＢＰＦ３２２〜３２ｎは、送信機１のＰＬＬ発振器２１１〜２１ｎの発振周波数と同じ周波数を有する搬送波をそれぞれ通過させる。スイッチ３８は、ＢＰＦ３２１〜３２ｎから出力されるｎ個の搬送波のうち１つを第２の周波数ｆ₂ を有する第２の搬送波として位相検波器３３に与える。スイッチ３８は、処理部３５により切り替えられる。

本実施の形態では、ＢＰＦ３２１は、例えば１００ＭＨｚの搬送波を通過させ、ＢＰＦ３２２〜３２ｎは、それぞれ１０１ＭＨｚ〜（１００＋ｎ−１）ＭＨｚの搬送波を通過させる。

位相検波器３３は、ＢＰＦ３２１から出力される第１の搬送波とＢＰＦ３２２〜３２ｎのいずれかからスイッチ３８を介して出力される第２の搬送波との位相差を検出し、位相差に対応する直流の電圧信号を出力する。アンプ３４は、位相検波器３３から出力される電圧信号を増幅する。処理部３５は、図３の処理部３５と同様の方法で位相差から距離を算出する。

なお、図５および図６の例では、送信機１および受信機２が別個に構成されているが、送信機１および受信機２が一体的に構成されてもよい。その場合には、アンテナ１８，２５として共通のアンテナが用いられ、共通のアンテナと図５のパワーアンプ１７および図６の低雑音アンプ２６との間に送信および受信を切り替えるスイッチが設けられる。

上記のように、本実施の形態に係る距離測定システムにおいては、一の移動端末に設けられた送信機１から異なる周波数を有する複数の搬送波が他の移動端末に送信される。一方、他の移動端末に設けられた受信機２により一の移動端末から送信された複数の搬送波が受信される。そして、複数の搬送波のうち第１の周波数ｆ₁ を有する第１の搬送波が抽出されるとともに、残りの複数の搬送波のうち１つの搬送波が第２の周波数ｆ₂ を有する第２の搬送波として選択され、第１および第２の搬送波の位相差Δφが検出される。さらに、検出された位相差Δφ、第１の周波数ｆ₁ および第２の周波数ｆ₂ に基づいて一の移動端末と他の移動端末との間の距離Ｒが算出される。

このように、異なる周波数を有する第１および第２の搬送波を用いることにより、簡単な構成でかつ低コストで移動端末間の距離を測定することが可能になる。

また、受信機２において異なる周波数を有する複数の搬送波のうち１つを第２の周波数ｆ₂を有する第２の搬送波として選択することができるので、通信すべき移動端末間の距離が近い場合には、第１の周波数ｆ₁と第２の周波数ｆ₂との差Δｆを大きくすることにより高い分解能で距離の測定を行うことができ、通信すべき移動端末間の距離が遠い場合には、第１の周波数ｆ₁と第２の周波数ｆ₂との差Δｆを小さくすることにより低い分解能にはなるものの、長い距離の測定を行うことができる。

各移動端末は、他の移動端末までの距離とともに他の移動端末の方向（方位角）を公知の方法で測定し、測定された距離および方向を他の移動端末に一定時間ごとに信号波として送信する。それにより、各移動端末は、無線アドホックネットワークを構成する複数の移動端末の位置を把握することができる。したがって、各移動端末は、他の移動端末を中継局として用いるマルチホップ通信を行うことができる。

なお、本実施の形態では、受信機２において異なる周波数を有する複数の搬送波のうち１つが第２の周波数ｆ₂を有する第２の搬送波として選択されるが、異なる周波数を有する複数の搬送波のうち１つが第１の周波数ｆ₁を有する第１の搬送波として選択されてもよく、異なる周波数を有する複数の搬送波のうち異なる任意の２つが第１の周波数ｆ₁を有する第１の搬送波および第２の周波数ｆ₂を有する第２の搬送波として選択されてもよい。

また、無線端末が移動端末ではなく固定端末である場合にも上記実施の形態の送信機１および受信機２を用いることにより他の無線端末までの距離を測定することができる。

本実施の形態では、送信機１が送信手段に相当し、受信機２が受信手段に相当し、位相検波器３３が検出手段に相当し、処理部３５が算出手段に相当する。

本発明は、無線アドホックネットワーク等における無線端末間の距離を測定するため等に利用することができる。

本発明の実施の形態に係る距離測定システムが適用される無線アドホックネットワークの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る距離測定システムにおける送信機の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る距離測定システムにおける受信機の構成を示すブロック図である。 本実施の形態に係る距離測定システムにおける距離測定方法を説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態に係る距離測定システムにおける送信機の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る距離測定システムにおける受信機の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 送信機
２ 受信機
１２，１５，３０，３４，３６ アンプ
１３，１６，２７，３２１，３２２，３２３，３２ｎ ＢＰＦ
１４ 変調器
１７ パワーアンプ
１８，２５ アンテナ
１９ 基準発振器
２０，３１ 電力分配器
２１，２３，２９，２１１，２１２，２１３，２１ｍ ＰＬＬ発振器
２２ 電力結合器
２４ 制御部
２６ 低雑音アンプ
２８ 復調器
３３ 位相検波器
３５ 処理部
ｆ₁ 第１の周波数
ｆ₂ 第２の周波数
１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆ 移動端末

Claims (5)

1. 複数の無線端末間の距離を測定する距離測定システムであって、
   前記複数の無線端末のうち一の無線端末に設けられ、第１の周波数を有する第１の電波および第２の周波数を有する第２の電波を前記複数の無線端末のうち他の無線端末に送信する送信手段と、
   前記他の無線端末に設けられ、前記一の無線端末から送信された前記第１および第２の電波を受信する受信手段と、
   前記受信手段により受信された前記第１および第２の電波の位相差を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された位相差および前記第１および第２の周波数に基づいて前記一の無線端末と前記他の無線端末との間の距離を算出する算出手段とを備えたことを特徴とする距離測定システム。
2. 前記送信手段は、前記第１および第２の周波数の少なくとも一方を可変制御することを特徴とする請求項１記載の距離測定システム。
3. 複数の無線端末間の距離を測定する距離測定システムであって、
   前記複数の無線端末のうち一の無線端末に設けられ、異なる周波数を有する複数の電波を前記複数の無線端末のうち他の無線端末に送信する送信手段と、
   前記他の無線端末に設けられ、前記一の無線端末から送信された前記複数の電波を受信する受信手段と、
   前記受信手段により受信された前記複数の電波のうちいずれか２つの電波の位相差を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された位相差および前記２つの電波の周波数に基づいて前記一の無線端末と前記他の無線端末との間の距離を算出する算出手段とを備えたことを特徴とする距離測定システム。
4. 複数の無線端末間の距離を測定する距離測定方法であって、
   前記複数の無線端末のうち一の無線端末から第１の周波数を有する第１の電波および第２の周波数を有する第２の電波を前記複数の無線端末のうち他の無線端末に送信するステップと、
   前記他の無線端末において前記一の無線端末から送信された前記第１および第２の電波を受信するステップと、
   前記受信された前記第１および第２の電波の位相差を検出するステップと、
   前記検出された位相差および前記第１および第２の周波数に基づいて前記一の無線端末と前記他の無線端末との間の距離を算出するステップとを備えたことを特徴とする距離測定方法。
5. アドホックネットワークにおいて複数の無線端末間の距離を測定する距離測定システムであって、
   前記複数の無線端末のうち一の無線端末に設けられ、第１の周波数を有する第１の電波および第２の周波数を有する第２の電波を前記複数の無線端末のうち他の無線端末に送信する送信手段と、
   前記他の無線端末に設けられ、前記一の無線端末から送信された前記第１および第２の電波を受信する受信手段と、
   前記受信手段により受信された前記第１および第２の電波の位相差を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された位相差および前記第１および第２の周波数に基づいて前記一の無線端末と前記他の無線端末との間の距離を算出する算出手段とを備えたことを特徴とする距離測定システム。
   

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