JP2007327939A - 超広帯域信号の一又はそれ以上のパラメータを推定する方法と超広帯域信号を受信する受信機システム - Google Patents

超広帯域信号の一又はそれ以上のパラメータを推定する方法と超広帯域信号を受信する受信機システム Download PDF

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Abstract

【課題】マルチパス信号から信号の振幅と到達時間を算出する。
【解決手段】超広帯域システムにおいて信号の一又はそれ以上のパラメータを推定する方法が、受信信号の第1の信号成分のパラメータを推定し、ついで、その信号からこの信号成分を取り除いて修正された信号を得ることを含んでいる。そして、更なる数の信号成分のパラメータが推定され、そして、これらの成分が修正された信号から取り除かれて、純化された信号を形成する。第1の信号成分のパラメータが再推定されて、最大振幅を有する信号成分を差し引いた純化された信号に基づいて第1の信号成分を再定義する。最大振幅を有する信号成分のパラメータが再推定されてこの信号成分を再定義する。各工程が繰り返されて、第1の信号成分のパラメータの純化された推定を生成する。上記の工程を実施する受信機も開示されている。
【選択図】図4

Description

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

Claims (13)

  1. (a)受信した信号をデジタル化してデジタル信号を形成する工程と、
    (b)デジタル化された受信信号の第1の信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定して、前記第1の信号成分を定義する工程と、
    (c)デジタル化された受信信号から前記定義された第1の信号成分を取り除いて、修正された信号を取得する工程と、
    (d)デジタル化した受信信号の更なる信号成分の又はそれ以上のパラメータを推定して、前記更なる信号成分を定義する工程と、
    (e)前記修正された信号から前記定義された更なる信号成分を取り除く工程と、
    (f)所定の数の信号成分に対し前記工程(d)と(e)を繰り返す工程と、
    (g)すべての前記所定数の信号成分の内もっとも大きな振幅を有する信号成分を除いて、前記定義された更なる信号成分を差し引いた前記デジタル化した受信信号からなる純化した信号を取得する工程と、
    (h)前記第1の信号成分の一又はそれ以上のパラメータを再推定して、すべての前記所定数の信号成分の内もっとも大きな振幅を有する信号成分を差し引いた純化した信号に基づいて、前記第1の信号成分を再定義する工程と、
    (i)すべての前記所定数の信号成分の内もっとも大きな振幅を有する信号成分の一又はそれ以上のパラメータを再推定し、再定義された第1の信号成分を差し引いた純化した信号に基づいて、前記もっとも大きな振幅を有する信号成分を再定義する工程と、
    (j)前記もっとも大きな振幅を有する再定義された信号成分を差し引いた純化した信号を用いて、前記第1の信号成分を再推定する工程と、
    (k)所定数回前記工程(h)乃至工程(j)を繰り返して、前記第1の信号成分の一又はそれ以上のパラメータの純化した推定を得る工程と、
    からなる超広帯域システムにおいて信号の一又はそれ以上のパラメータを推定する方法。
  2. 信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定する前記各工程が、該信号成分の振幅及び/又は、前記遅延を推定することからなり、遅延がサンプリング工程の開始時から前記信号成分の内最大振幅が現れる時までであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 各工程が時間領域において実行されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 各工程が周波数領域において実行され、更に、信号をデジタル化した後で工程(b)乃至工程(k)を実行する前に、受信信号に対してフーリエ変換工程を適用することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  5. 信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定する前記各工程が該信号成分の振幅を推定することからなり、更に、一定のジオメトリック関係に置かれた2又はそれ以上の指向性アンテナからなるアンテナシステムで受信した信号の到来方向を判定する工程を方法が含んでおり、また、工程(k)で第1のアンテナに適すると判定されたときの受信信号の信号振幅を工程(k)で第2のアンテナに適すると判定されたときの受信信号の信号振幅と比較する工程を方法が含んでいることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  6. 信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定する前記各工程が、受信信号の第1の信号成分の遅延であってサンプリング工程の開始時から前記第1の信号成分の最大振幅が現れる時までのものを推定することを含んでおり、更に、受信機で受信された信号を送信するために配設された送信機との間の距離を判定して、工程(k)において推定された遅延を用いて受信信号の到着時を推定することによって、各工程(a)乃至(k)が行われる受信信号を形成する工程を方法が含んでいることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  7. 送信機と、
    受信機と、
    送信機と協働するアンテナの一又はそれ以上のパラメータをモニターして該アンテナの予測される転送機能を発生するモニター手段と、
    更に、受信機と協働するアンテナの一又はそれ以上のパラメータをモニターして受信機と協働する該アンテナの予測される転送機能を発生するモニター手段を備え、
    前記送信機が該送信機と協働するアンテナの予測される転送機能を、データ通信システムを介して、前記受信機に送信するように配設され、
    前記受信機が受信信号に基づくと共に、信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定する前記工程において、送信機と受信機と協働する各アンテナの予測されるそれぞれの転送機能を用いて請求項1の方法の各工程を行うように配設されたトランシーバ。
  8. (a)受信した信号をデジタル化してデジタル信号を形成するデジタイザと、
    (b)デジタル化された受信信号の第1の信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定して、前記第1の信号成分を定義するために設けられた第1の推定ステージと、
    (c)デジタル化した受信信号から前記定義された第1の信号成分を取り除いて、修正された信号を取得するために設けられた第1の減算ステージと、
    (d)更なる信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定して、前記更なる信号成分を定義するために設けられた第2の推定ステージと、
    (e)前記修正された信号から前記定義された更なる信号成分を取り除くために設けられた第2の減算ステージと、
    (f)前記第2の推定ステージが所定数の更なる信号成分の一又はそれ以上のパラメータを推定し該更なる信号成分を定義するために設けられ、そして、前記第2の減算ステージが前記修正された信号から前記定義された更なる信号成分を取り除くために設けられ、
    (g)すべての前記所定数の信号成分の内もっとも大きな振幅を有する信号成分を除いて、前記定義された更なる信号成分を差し引いた前記デジタル化した受信信号からなる純化した信号を取得するために設けられた純化ステージと、
    (h)前記第1の信号成分の一又はそれ以上のパラメータを再推定して、すべての前記所定数の信号成分の内もっとも大きな振幅を有する信号成分を差し引いた純化した信号に基づいて、前記第1の信号成分を再定義するために設けられた第1の再推定ステージと、
    (i)すべての前記所定数の信号成分の内もっとも大きな振幅を有する信号成分の一又はそれ以上のパラメータを再推定し、再定義された第1の信号成分を差し引いた純化した信号に基づいて、前記もっとも大きな振幅を有する信号成分を再定義するために設けられた第2の再推定ステージと、
    (j)前記もっとも大きな振幅を有する再定義された信号成分を差し引いた純化された信号を用いて、前記第1の信号成分を再推定するために設けられた第3の再推定ステージと、
    (k)前記第1と第2と第3の再推定ステージが所定数回前記再推定工程を繰り返して、前記第1の信号成分の一又はそれ以上のパラメータの純化された推定を得るものと、
    からなる超広帯域システムにおいて信号の一又はそれ以上のパラメータを推定するために設けられた受信機。
  9. 前記第1と第2の推定ステージが前記信号成分の振幅及び/又は、遅延を推定するために設けられており、遅延がサンプリング工程の開始時から信号成分の内最大振幅が現れる時までであることを特徴とする請求項8に記載の受信機。
  10. 前記一又はそれ以上のステージが時間領域において作動するように設けられていることを特徴とする請求項8に記載の受信機。
  11. 前記一又はそれ以上のステージが周波数領域において作動するように設けられ、更に、信号をデジタル化した後で、受信信号に対してフーリエ変換工程を適用するように設けられた処理ステージを更に設けたことを特徴とする請求項8に記載の受信機。
  12. 前記各推定ステージが該信号成分の振幅を推定するために設けられ、更に、受信機と協働するアンテナシステムであって一定のジオメトリック関係に置かれた2又はそれ以上の指向性アンテナからなるもので、受信信号の到来方向を決定する手段を受信機が含んでおり、また、該決定手段が前記アンテナシステムの第1のアンテナに適すると前記第3の再推定ステージによって判定されたときの受信信号の信号振幅の純化された推定を前記アンテナシステムの第2のアンテナに適すると前記第3の再推定ステージによって判定されたときの受信信号の信号振幅の純化された推定と比較する比較ステージを含んでいることを特徴とする請求項8に記載の受信機。
  13. 各推定工程が、受信信号の第1の信号成分に対する遅延であってサンプリング工程の開始時から前記第1の信号成分の最大振幅が現れる時までのものを推定するために設けられ、更に、前記判定手段が受信機で受信された信号を送信するために配設された送信機との間の距離を判定して受信信号を形成する手段であって、前記第3の再推定ステージにおける遅延の純化された推定から判定された遅延を用いて受信信号の到着時を推定するために設けられたものを前記システムが含んでいることを特徴とする請求項8に記載の受信機を具備するトランシーバシステム。
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