JP2010066235A - Distance measuring device and distance measuring method, communication device, and computer program - Google Patents

Distance measuring device and distance measuring method, communication device, and computer program Download PDF

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JP2010066235A JP2008235448A JP2008235448A JP2010066235A JP 2010066235 A JP2010066235 A JP 2010066235A JP 2008235448 A JP2008235448 A JP 2008235448A JP 2008235448 A JP2008235448 A JP 2008235448A JP 2010066235 A JP2010066235 A JP 2010066235A
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裕昭 高野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To calculate a distance without causing large errors based on a free space propagation loss of received signal electric power even if under multi-path propagation surroundings. <P>SOLUTION: In a distance measuring device, a packet can be received by a receiver, a delay profile can be obtained using a correlation machine using a known reference signal of the packet. Only the direct wave electric power of its delay profile and predicted wave electric power are required. The distance can be obtained from the free space propagation loss using its direct wave electric power. Actually, when the sampling clock of the receiver is not so high, although delay waves are contained also in the direct wave and the predicted wave, since many of other delay waves are removed, accuracy can be enhanced. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、無線を用いた距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムに係り、特に、測定対象物から到来する信号の強弱を基に距離を測定する距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムに関する。   The present invention relates to a distance measuring device, a distance measuring method, a communication device, and a computer program using radio, and in particular, a distance measuring device and a distance measuring method for measuring a distance based on the strength of a signal coming from a measurement object. , Communication device, computer program.

さらに詳しくは、本発明は、測定対象物から送出される送信電力が既知となる信号の受信電力の自由空間伝搬損失に基づいて距離を算出する距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムに係り、特に、マルチパス伝搬環境下において受信信号電力の自由空間伝搬損失に基づいて距離を算出する距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムに関する。   More specifically, the present invention relates to a distance measuring device, a distance measuring method, a communication device, a computer, and a computer for calculating a distance based on a free space propagation loss of a received power of a signal whose transmission power transmitted from an object to be measured is known. The present invention relates to a program, and more particularly to a distance measuring device, a distance measuring method, a communication device, and a computer program for calculating a distance based on a free space propagation loss of received signal power in a multipath propagation environment.

旧来の有線通信方式における配線から解放するシステムとして、無線ネットワークが注目されている。例えば、IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.11a/b、gといった無線LAN(Local Area Network)規格が代表的である。無線LANによれば柔軟なインターネット接続が可能であり、既存の有線LANを置き換えるだけでなく、ホテルや空港ラウンジ、駅、カフェといった公共の場所でもインターネット接続手段を提供することができる。   A wireless network is attracting attention as a system free from wiring in the conventional wired communication system. For example, wireless LAN (Local Area Network) standards such as IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.11a / b, g are representative. According to the wireless LAN, flexible Internet connection is possible. In addition to replacing the existing wired LAN, Internet connection means can be provided in public places such as hotels, airport lounges, stations, and cafes.

無線通信の多くは、受信装置では直接波と複数の反射波・遅延波の重ね合わせが到来するというマルチパス環境下でデータ伝送が行なわれるので、マルチパスにより遅延ひずみが生じ、通信に誤りが引き起こされるおそれがある。このため、IEEE802.11a/gなどの無線LANの標準規格では、マルチキャリア方式の1つであるOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重)変調方式が採用されている。OFDM伝送システムでは、送信データを周波数が直交する複数のキャリアに分配して伝送するので、各キャリアの帯域が狭帯域となり、周波数利用効率が非常に高く、周波数選択性フェージング妨害に強いという特徴がある。   In many wireless communications, data transmission is performed in a multipath environment in which a direct wave and a plurality of reflected / delayed waves arrive at the receiving device. Therefore, delay distortion occurs due to multipath, and communication errors occur. May be caused. Therefore, in wireless LAN standards such as IEEE 802.11a / g, OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation scheme, which is one of the multicarrier schemes, is employed. In the OFDM transmission system, transmission data is distributed and transmitted to a plurality of carriers whose frequencies are orthogonal to each other, so that the bandwidth of each carrier is narrow, the frequency utilization efficiency is very high, and it is resistant to frequency selective fading interference. is there.

無線LANは既に広範に普及しているが、最近では、パーソナル・コンピュータ(PC)などの情報機器だけでなく、デジタルカメラや音楽プレーヤ、携帯電話などの小型軽量のCE(Consumer Electronics)機器にも無線LAN機能を搭載することが一般的となりつつある。無線通信の多くは無指向アンテナにより柔軟な接続を可能にする。これに対し、携帯機器に無線LANが搭載された場合にはアンテナが小型であることが求められ、また、指向性アンテナを用いて、比較的近い距離において機器をかざした特定の通信相手と接続するといったアプリケーションが想定される。このようなアプリケーションでは、電波を送受信する通信相手までの距離、さらには電波の到来角を検出若しくは推定する技術が必要になってくる。   Wireless LANs are already widely used, but recently, they are used not only for information devices such as personal computers (PCs) but also for small and light CE (Consumer Electronics) devices such as digital cameras, music players, and mobile phones. It is becoming common to install a wireless LAN function. Many wireless communications allow flexible connections with omnidirectional antennas. On the other hand, when a wireless LAN is mounted on a portable device, the antenna is required to be small, and a directional antenna is used to connect to a specific communication partner holding the device at a relatively close distance. An application such as Such an application requires a technique for detecting or estimating the distance to a communication partner that transmits and receives radio waves, and the arrival angle of radio waves.

比較的簡単に実現できる距離測定方法として、受信信号電力若しくはRSSI(Receive Signal Strength Indicator)を利用した方法や、パケット同期がとられた通信端末間でパケットの到着時刻(若しくはパケットの往復時間)から距離を算出する方法を挙げることができる。前者の方法では、測定対象である端末Bが送信したパケットを端末Aが受信したときに、そのパケットの受信信号電力を測定する。あらかじめ端末Bが送信する送信電力が分かっていれば、端末Aから端末Bの間での電力の減衰量を取得することができる。電力の減衰は、自由空間伝搬損失として予測することが可能であるから、その値から端末Aから端末Bまでの距離を測定することができる。自由伝搬損失は下式(1)で表される。但し、同式中のdは端末間の距離、λは使用している電波の波長である。   As a distance measurement method that can be realized relatively easily, a method using received signal power or RSSI (Receive Signal Strength Indicator), or from the arrival time of a packet (or round-trip time of a packet) between communication terminals with packet synchronization. A method for calculating the distance can be given. In the former method, when terminal A receives a packet transmitted by terminal B, which is a measurement target, the received signal power of the packet is measured. If the transmission power transmitted by terminal B is known in advance, the amount of power attenuation between terminal A and terminal B can be acquired. Since the power attenuation can be predicted as a free space propagation loss, the distance from the terminal A to the terminal B can be measured from the value. The free propagation loss is expressed by the following formula (1). Where d is the distance between terminals and λ is the wavelength of the radio wave used.

Figure 2010066235
Figure 2010066235

従来から、端末から無線で電波を発信し、その電波の強弱を複数の基地局で受信して、3角測量と同様の原理で端末の位置を検出する方法が知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a method is known in which a radio wave is transmitted from a terminal wirelessly, the strength of the radio wave is received by a plurality of base stations, and the position of the terminal is detected based on the same principle as triangulation.

例えば、無線LANによる位置測定ネットワークシステムの1つとして、予め無線LANを構成する基地局で無線端末が出す電波のRSSIと位置の関係を学習しておき、位置測定の際に基地局で無線端末の電波のRSSIを測定し、これにより無線端末の位置を測定するRADARシステムが知られている。   For example, as one of the position measurement network systems using a wireless LAN, the base station that configures the wireless LAN learns in advance the relationship between the RSSI of radio waves emitted by the wireless terminal and the position. There is known a RADAR system that measures the RSSI of a radio wave and measures the position of a wireless terminal.

また、室内に配置された無線装置からの電波を受信したときの受信信号強度パターンを用いる位置検出システムが提案されている(例えば、特許文献1を参照のこと)。この位置検出システムでは、無線装置を室内の各場所に配置し、無線装置から送信された電波の受信信号強度パターンを予め測定して記憶しておき、無線装置から送信された電波の受信信号強度パターンを実際に測定し、その実際に測定した受信信号強度パターンに類似するあらかじめ測定した受信信号強度パターンを検出し、その検出した受信信号強度パターンに対応する無線装置の位置を現在の無線装置の位置として検出するようになっている。   In addition, a position detection system that uses a received signal intensity pattern when a radio wave is received from a wireless device arranged indoors has been proposed (for example, see Patent Document 1). In this position detection system, wireless devices are placed at various locations in the room, and received signal strength patterns of radio waves transmitted from the wireless devices are measured and stored in advance, and received signal strengths of radio waves transmitted from the wireless devices are stored. The pattern is actually measured, a pre-measured received signal strength pattern similar to the actually measured received signal strength pattern is detected, and the position of the wireless device corresponding to the detected received signal strength pattern is The position is detected.

受信信号電力の自由伝搬損失に基づいて距離を測定する方法は、反射波が存在しない伝搬環境下では、かなり正確に距離を得ることができる。しかしながら、実際の伝搬環境は、反射波が存在するマルチパス伝搬環境であるから、上式(1)に基づいて距離を算出することはできない。   The method of measuring the distance based on the free propagation loss of the received signal power can obtain the distance fairly accurately in a propagation environment where no reflected wave exists. However, since the actual propagation environment is a multipath propagation environment in which reflected waves exist, the distance cannot be calculated based on the above equation (1).

図2には、マルチパス伝搬環境下での遅延プロファイルを示している。図示の例では、直接波に続いて、受信電力が徐々に小さくなる複数の反射波(間接波)が順次到来してくる様子が示されている。受信機で観測される受信電力は、これらの多数の反射波からなるマルチパス成分を含めて電力を測定することになる。このため、同じ距離から同じ送信電力で送出された信号であってでも、その場所の反射波の状況に応じて自由空間伝搬損失とは異なる値の損失値を得ることになる。すなわち、マルチパス伝搬環境では、受信電力を用いて距離を求めようとしてもマルチパス分の電力により不正確になることを理解できよう。   FIG. 2 shows a delay profile in a multipath propagation environment. In the example shown in the figure, a state in which a plurality of reflected waves (indirect waves) whose reception power gradually decreases following the direct wave sequentially arrives is shown. The received power observed by the receiver measures the power including a multipath component composed of these many reflected waves. For this reason, even for signals transmitted with the same transmission power from the same distance, a loss value different from the free space propagation loss is obtained according to the situation of the reflected wave at that location. In other words, in a multipath propagation environment, it can be understood that even if an attempt is made to obtain a distance using received power, it becomes inaccurate due to the power of the multipath.

このようなマルチパス伝搬環境下では、測定対象物からの到来電波を受信する場所に応じて重なりが起こる反射波同士の位相関係が異なり、互いに強め合ったり、逆に弱め合ったりする。このため、受信する場所のわずかな変化によっても受信電力は大きく変動する。このように受信振幅が変動する現象は、「フェージング(fading)」と呼ばれる。   Under such a multipath propagation environment, the phase relationships of the reflected waves that overlap each other differ depending on the location where the incoming radio wave from the measurement object is received, and they are strengthened or weakened. For this reason, the received power fluctuates greatly even if the reception location is slightly changed. Such a phenomenon that the reception amplitude fluctuates is called “fading”.

図2に示した遅延プロファイルでは、実際には、到来時刻の差が受信機のサンプリング・クロック以下に接近した反射波同士は、1つの反射波と表示される。すなわち、同図中の1つの線は複数の反射波の合計で合成されたものであると解釈すると、受信する場所が移動すると、各線がフェージングにより上下に変動することになる。直接波以外に反射波があることにより受信信号電力がずれるともに、その値は微小な位置のずれによっても変動するのでさらに誤差が生じる。このため、マルチパス伝搬環境下で、受信電力を元に自由空間伝搬損失で距離を求めても、大きな誤差を生じることになる。   In the delay profile shown in FIG. 2, actually, the reflected waves whose arrival time differences are close to the sampling clock of the receiver or less are displayed as one reflected wave. In other words, if one line in the figure is interpreted as a combination of a plurality of reflected waves, each line fluctuates up and down due to fading when the receiving location moves. The received signal power is shifted due to the presence of reflected waves in addition to the direct wave, and the value fluctuates due to a minute position shift, and further errors occur. For this reason, even if the distance is obtained by free space propagation loss based on the received power in a multipath propagation environment, a large error occurs.

特許第3809528号公報Japanese Patent No. 3809528

本発明の目的は、測定対象物から到来する信号の強弱を基に距離を正確に測定することができる、優れた距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an excellent distance measuring device, distance measuring method, communication device, and computer program capable of accurately measuring a distance based on the strength of a signal coming from a measurement object. .

本発明のさらなる目的は、測定対象物から送出される送信電力が既知となる信号の受信電力の自由空間伝搬損失に基づいて距離を正確に算出することができる、優れた距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムを提供することにある。   A further object of the present invention is to provide an excellent distance measurement device and distance measurement capable of accurately calculating a distance based on a free space propagation loss of a received power of a signal whose transmission power transmitted from a measurement object is known. To provide a method, a communication device, and a computer program.

本発明のさらなる目的は、マルチパス伝搬環境下であっても、受信信号電力の自由空間伝搬損失に基づいて距離を大きな誤差を生じることなく算出することができる、優れた距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムを提供することにある。   A further object of the present invention is to provide an excellent distance measurement device and distance measurement capable of calculating a distance without causing a large error based on a free space propagation loss of received signal power even in a multipath propagation environment. To provide a method, a communication device, and a computer program.

本願は、上記課題を参酌してなされたものであり、請求項1に記載の発明は、
測定対象物から受信したパケットに含まれる既知リファレンス信号を相関演算して遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成部と、
前記生成した遅延プロファイルに基づいて推定される直接波の受信信号電力を取得する直接波電力取得部と、
前記推定された直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる伝搬損失に基づいて前記測定対象物までの距離を判別する距離判別部と、
を具備することを特徴とする距離測定装置である。
The present application has been made in consideration of the above problems, and the invention according to claim 1
A delay profile generation unit that generates a delay profile by performing a correlation operation on a known reference signal included in a packet received from a measurement object;
A direct wave power acquisition unit that acquires received signal power of a direct wave estimated based on the generated delay profile;
A distance discriminating unit that discriminates a distance to the measurement object based on a propagation loss composed of a difference between the estimated direct wave reception signal power and transmission signal power;
It is a distance measuring device characterized by comprising.

また、本願の請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の距離測定装置において、送信信号電力と前記伝搬損失との関係を記述した伝搬損失テーブルを備え、前記距離判定部は、前記伝搬損失テーブル上で前記推定された直接波の受信信号電力を参照して該当する距離を取り出すように構成されている。   The invention according to claim 2 of the present application is the distance measuring device according to claim 1, further comprising a propagation loss table describing a relationship between transmission signal power and the propagation loss, wherein the distance determining unit A corresponding distance is extracted by referring to the estimated received signal power of the direct wave on the propagation loss table.

また、本願の請求項3に記載の発明は、前記測定対象物から送出される前記パケットを受信する複数のアンテナ・ブランチを備え、前記遅延プロファイル生成部は、アンテナ・ブランチ毎の遅延プロファイルを生成し、これら複数の遅延プロファイルを平均化するように構成されている。   The invention according to claim 3 of the present application further includes a plurality of antenna branches that receive the packet transmitted from the measurement object, and the delay profile generation unit generates a delay profile for each antenna branch. The plurality of delay profiles are averaged.

また、本願の請求項4に記載の発明は、前記測定対象物からは複数のチャネル上でパケットが送出されることを想定して、受信ブランチはチャネル毎のRF受信回路を備え、前記遅延プロファイル生成部は、前記受信ブランチのチャネル毎に遅延プロファイルを生成し、これら複数の遅延プロファイルを平均化するように構成されている。   Further, in the invention according to claim 4 of the present application, assuming that packets are transmitted from the measurement object on a plurality of channels, the reception branch includes an RF reception circuit for each channel, and the delay profile is provided. The generation unit is configured to generate a delay profile for each channel of the reception branch and average the plurality of delay profiles.

また、本願の請求項5に記載の発明は、前記直接波電力取得部は、受信信号を周波数領域に変換し、該周波数領域に高分解能アルゴリズムを適用して前記測定対象物から前記パケットが送信されてから受信されるまでの遅延時間を取得し、該取得した遅延時間に対応する直接波の受信信号電力を前記遅延プロファイルから取得するように構成されている。   Further, in the invention according to claim 5 of the present application, the direct wave power acquisition unit converts the received signal into a frequency domain, and applies the high resolution algorithm to the frequency domain to transmit the packet from the measurement object. A delay time from reception to reception is acquired, and a received signal power of a direct wave corresponding to the acquired delay time is acquired from the delay profile.

また、本願の請求項6に記載の発明は、前記直接波電力取得部は、前記遅延プロファイル中で受信信号電力が最大となる遅延波を直接波として推定するが、該受信信号電力が最大の遅延波が第1到来波から所定時間経過した以降の到来波であるときには直接波がないと判定し、該直接波がないと判定したときには、前記距離判別部は距離の判別を行なわず、又は、警告付きで距離判別を行なうように構成されている。   In the invention according to claim 6 of the present application, the direct wave power acquisition unit estimates a delayed wave having the maximum received signal power in the delay profile as a direct wave, but the received signal power is maximum. When the delayed wave is an incoming wave after a predetermined time has elapsed from the first incoming wave, it is determined that there is no direct wave, and when it is determined that there is no direct wave, the distance determining unit does not determine the distance, or The distance is determined with a warning.

また、本願の請求項7に記載の発明は、
測定対象物から受信したパケットに含まれる既知リファレンス信号を相関演算して遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成ステップと、
前記生成した遅延プロファイルに基づいて推定される直接波の受信信号電力を取得する直接波電力取得ステップと、
前記推定された直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる伝搬損失に基づいて前記測定対象物までの距離を判別する距離判別ステップと、
を具備することを特徴とする距離測定方法である。
The invention according to claim 7 of the present application is
A delay profile generation step for generating a delay profile by correlating a known reference signal included in a packet received from a measurement object;
A direct wave power acquisition step of acquiring a received signal power of a direct wave estimated based on the generated delay profile;
A distance determination step of determining a distance to the measurement object based on a propagation loss consisting of a difference between the estimated direct wave reception signal power and transmission signal power;
A distance measuring method characterized by comprising:

また、本願の請求項8に記載の発明は、
通信相手とパケットの送受信を行なう送受信部と、
通信相手に送信するパケット並びに通信相手から受信したパケットのデータ処理を行なうデータ処理部と、
受信パケットに含まれる既知リファレンス信号を相関演算して遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成部と、
前記生成した遅延プロファイルに基づいて推定される直接波の受信信号電力を取得する直接波電力取得部と、
前記推定された直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる伝搬損失に基づいて通信相手までの距離を判別する距離判別部と、
を具備することを特徴とする通信装置である。
The invention according to claim 8 of the present application is
A transmission / reception unit for transmitting / receiving packets to / from a communication partner;
A data processing unit that performs data processing of a packet transmitted to the communication partner and a packet received from the communication partner;
A delay profile generation unit that generates a delay profile by performing a correlation operation on a known reference signal included in the received packet;
A direct wave power acquisition unit that acquires received signal power of a direct wave estimated based on the generated delay profile;
A distance discriminating unit that discriminates a distance to a communication partner based on a propagation loss formed by a difference between the estimated direct wave reception signal power and transmission signal power;
A communication device comprising:

また、本願の請求項9に記載の発明は、
測定対象物から到来する信号の強弱を基に距離を測定するための処理をコンピューター上で実行するようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムであって、前記コンピューターを、
測定対象物から受信したパケットに含まれる既知リファレンス信号を相関演算して遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成部、
前記生成した遅延プロファイルに基づいて推定される直接波の受信信号電力を取得する直接波電力取得部、
前記推定された直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる伝搬損失に基づいて前記測定対象物までの距離を判別する距離判別部、
として機能させるためのコンピューター・プログラムである。
The invention according to claim 9 of the present application is
A computer program written in a computer-readable format to execute a process for measuring a distance on the computer based on the strength of a signal coming from a measurement object,
A delay profile generator for generating a delay profile by performing a correlation operation on a known reference signal included in a packet received from a measurement object;
A direct wave power acquisition unit that acquires a received signal power of a direct wave estimated based on the generated delay profile;
A distance discriminating unit that discriminates a distance to the measurement object based on a propagation loss formed by a difference between the estimated direct wave reception signal power and transmission signal power;
It is a computer program to function as.

本願の請求項9に係るコンピューター・プログラムは、コンピューター・システム上で所定の処理を実現するようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムを定義したものである。換言すれば、本願の請求項9に係るコンピューター・プログラムをコンピューター・システムにインストールすることによって、コンピューター・システム上では協働的作用が発揮され、本願の請求項1に係る距離測定装置と同様の作用効果を得ることができる。   The computer program according to claim 9 of the present application defines a computer program described in a computer-readable format so as to realize predetermined processing on a computer system. In other words, by installing the computer program according to claim 9 of the present application in the computer system, a cooperative action is exhibited on the computer system, and the same as the distance measuring device according to claim 1 of the present application. An effect can be obtained.

本発明によれば、測定対象物から到来する信号の強弱を基に距離を正確に測定することができる、優れた距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an excellent distance measuring device, distance measuring method, communication device, and computer program capable of accurately measuring a distance based on the strength of a signal coming from a measurement object. .

また、本発明によれば、測定対象物から送出される送信電力が既知となる信号の受信電力の自由空間伝搬損失に基づいて距離を正確に算出することができる、優れた距離測定装置及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムを提供することができる。   Further, according to the present invention, an excellent distance measuring apparatus and distance that can accurately calculate the distance based on the free space propagation loss of the received power of the signal for which the transmission power transmitted from the measurement object is known A measurement method, a communication device, and a computer program can be provided.

また、本発明によれば、マルチパス伝搬環境下であっても、受信信号電力の自由空間伝搬損失に基づいて距離を大きな誤差を生じることなく算出することができる、優れた距離測定装及び距離測定方法、通信装置、コンピューター・プログラムを提供することができる。   Further, according to the present invention, even in a multipath propagation environment, it is possible to calculate the distance without causing a large error based on the free space propagation loss of the received signal power, and an excellent distance measurement device and distance A measurement method, a communication device, and a computer program can be provided.

本願の請求項1、2、7、8、9に記載の発明によれば、測定対象物から受信したパケットに含まれる既知リファレンス信号を用いて取得した遅延プロファイルから、直接波のみの電力を取り出し、それを用いて、伝搬損失のテーブルから距離を求めることができる。実際には、受信機のサンプリング・クロックがあまり高くない場合には、直接波電力取得部で直接波と推定した波の中に遅延波が含まれてしまうこともあるが、他の多くの遅延波を除去しているので、精度はかなり向上する。   According to the first, second, seventh, eighth, and ninth aspects of the present application, the power of only the direct wave is extracted from the delay profile acquired by using the known reference signal included in the packet received from the measurement object. Using this, the distance can be obtained from the propagation loss table. Actually, when the sampling clock of the receiver is not very high, a delayed wave may be included in the wave estimated as the direct wave by the direct wave power acquisition unit, but many other delays are included. Since the wave is removed, the accuracy is considerably improved.

本願の請求項3に記載の発明によれば、MIMO若しくはダイバーシチ受信を行なうための複数の受信アンテナ・ブランチを備えている場合に、アンテナ位置の相違に依拠するフェージングの影響によりアンテナ毎に求めた遅延プロファイルが変動するが、これら複数の遅延プロファイルを平均化することによって、フェージングの影響による受信信号電力の変動を極力抑えることが可能となり、正確な距離測定を行なうことができる。また、複数の遅延プロファイルを平均化することによって、サンプリング・クロック内に存在する遅延波によるフェージングの影響を平均化して、直接波の電力をより安定化させることができるので、正確な距離測定が可能となる。   According to the invention described in claim 3 of the present application, when there are a plurality of receiving antenna branches for performing MIMO or diversity reception, it is obtained for each antenna due to the fading effect depending on the difference in antenna position. Although the delay profile fluctuates, by averaging the plurality of delay profiles, it becomes possible to suppress the fluctuation of the received signal power due to the influence of fading as much as possible, and an accurate distance measurement can be performed. In addition, by averaging multiple delay profiles, it is possible to average the effects of fading due to delayed waves present in the sampling clock and to stabilize the power of the direct wave more accurately, so accurate distance measurement is possible. It becomes possible.

本願の請求項4に記載の発明は、前記測定対象物からは複数のチャネル上でパケットが送出されることを想定して、受信ブランチはチャネル毎のRF受信回路を備えており、使用するチャネル毎のフェージングの影響が異なることからチャネル毎に求めた遅延プロファイルが変動するが、これら複数の遅延プロファイルを平均化することによって、フェージングの影響による受信信号電力の変動を極力抑えることが可能となり、正確な距離測定を行なうことができる。例えば、5GHz帯を用いるIEEE802.11aと2.4GHz帯を用いるIEEE802.11bといった2つの通信システムが混在するマルチパス通信環境下では、各通信システムで使用するチャネル毎に求めた直接波の受信信号電力を平均化することにより、直接波の電力をより安定化させることができるので、正確な距離測定が可能となる。   In the invention according to claim 4 of the present application, the reception branch includes an RF reception circuit for each channel on the assumption that packets are transmitted from the measurement object on a plurality of channels. The delay profile obtained for each channel varies because the influence of fading differs for each channel, but by averaging these multiple delay profiles, it becomes possible to suppress fluctuations in the received signal power due to the effect of fading as much as possible. Accurate distance measurement can be performed. For example, in a multipath communication environment in which two communication systems such as IEEE802.11a using 5 GHz band and IEEE802.11b using 2.4 GHz band coexist, a direct wave reception signal obtained for each channel used in each communication system. By averaging the power, the power of the direct wave can be further stabilized, so that accurate distance measurement is possible.

本願の請求項5に記載の発明によれば、前記直接波電力取得部が高分解能アルゴリズムを用いて直接波の受信信号電力を取得するように構成されている。高分解能アルゴリズムとしては、MUSICやESPRITアルゴリズムなどが知られており、受信信号をFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)演算することにより周波数領域の信号に変化して、周波数領域の信号に対してESPRITアルゴリズムを適応することにより、サンプリング・クロックの間においても受信信号の到着位置を推定することができる。そして、この到着時間に対する電力を求める式を利用して直接波の電力を正確に求めることができる。   According to the invention described in claim 5 of the present application, the direct wave power acquisition unit is configured to acquire the received signal power of the direct wave using a high resolution algorithm. As a high resolution algorithm, MUSIC, ESPRIT algorithm, etc. are known, and the received signal is changed to a frequency domain signal by performing an FFT (Fast Fourier Transform) operation on the frequency domain signal. By adapting the ESPRIT algorithm, the arrival position of the received signal can be estimated even during the sampling clock. And the electric power of a direct wave can be calculated | required correctly using the formula which calculates | requires the electric power with respect to this arrival time.

本願の請求項6に記載の発明によれば、前記直接波電力取得部は、前記遅延プロファイル中で受信信号電力が最大となる遅延波を直接波として推定することができる。また、該受信信号電力が最大の遅延波が第1到来波から所定時間経過した以降の到来波であるときには直接波がないと判定し、該直接波がないと判定したときには、前記距離判別部は距離の判別を行なわず、又は、警告付きで距離判別を行なうことができる。   According to the invention described in claim 6 of the present application, the direct wave power acquisition unit can estimate a delayed wave having the maximum received signal power in the delay profile as a direct wave. Further, when the delayed wave with the maximum received signal power is an incoming wave after a predetermined time has elapsed from the first incoming wave, it is determined that there is no direct wave, and when it is determined that there is no direct wave, the distance determining unit Can determine the distance without warning or with a warning.

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。   Other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from more detailed description based on embodiments of the present invention described later and the accompanying drawings.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図3には、無線通信機能を搭載したコンピューターの構成例を示している。   FIG. 3 shows a configuration example of a computer equipped with a wireless communication function.

CPU(Central Processing Unit)1は、オペレーティング・システム(OS)が提供するプログラム実行環境下で、ROM(Read Only Memory)2やハード・ディスク・ドライブ(HDD)11に格納されているプログラムを実行する。例えば、後述する受信パケットの同期処理又はその一部の処理をCPU1が所定のプログラムを実行するという形態で実現することもできる。   A CPU (Central Processing Unit) 1 executes a program stored in a ROM (Read Only Memory) 2 or a hard disk drive (HDD) 11 under a program execution environment provided by an operating system (OS). . For example, the received packet synchronization process described later or a part of the process can be realized in a form in which the CPU 1 executes a predetermined program.

ROM2は、POST(Power On Self Test)やBIOS(Basic Input Output System)などのプログラム・コードを恒久的に格納する。RAM(Random Access Memory)3は、ROM2やHDD11に格納されているプログラムをCPU1が実行する際にロードしたり、実行中のプログラムの作業データを一時的に保持したりするために使用される。これらはCPU1のローカル・ピンに直結されたローカル・バス4により相互に接続されている。   The ROM 2 permanently stores program codes such as POST (Power On Self Test) and BIOS (Basic Input Output System). A RAM (Random Access Memory) 3 is used to load a program stored in the ROM 2 or the HDD 11 when the CPU 1 executes it, or to temporarily hold work data of the program being executed. These are connected to each other by a local bus 4 directly connected to a local pin of the CPU 1.

ローカル・バス4は、ブリッジ5を介して、PCI(Peripheral Component Interconnect)バスなどの入出力バス6に接続されている。   The local bus 4 is connected via a bridge 5 to an input / output bus 6 such as a peripheral component interconnect (PCI) bus.

キーボード8と、マウスなどのポインティング・デバイス9は、ユーザにより操作される入力デバイスである。ディスプレイ10は、LCD(Liquid Crystal Display)又はCRT(Cathode Ray Tube)などから成り、各種情報をテキストやイメージで表示する。   A keyboard 8 and a pointing device 9 such as a mouse are input devices operated by a user. The display 10 includes an LCD (Liquid Crystal Display) or a CRT (Cathode Ray Tube), and displays various information as text and images.

HDD11は、記録メディアとしてのハード・ディスクを内蔵したドライブ・ユニットであり、ハード・ディスクを駆動する。ハード・ディスクには、オペレーティング・システムや各種アプリケーションなどCPU1が実行するプログラムをインストールしたり、データ・ファイルなどを保存したりするために使用される。   The HDD 11 is a drive unit incorporating a hard disk as a recording medium, and drives the hard disk. The hard disk is used for installing programs executed by the CPU 1 such as an operating system and various applications, and for storing data files and the like.

通信部12は、例えばIEEE802.11a/nに従う無線通信インターフェースであり、インフラストラクチャ・モード下でアクセスポイント若しくは端末局として動作し、あるいはアドホック・モード下で動作し、通信範囲内に存在するその他の通信端末との通信を実行する。また、本実施形態では、通信部12は、受信パケットの既知リファレンス信号を相関演算して得られる遅延プロファイルから推定される直接波の受信電力を用いて、自由空間伝搬損失に基づいて送信機までの距離を測定するようになっている(後述)。   The communication unit 12 is a wireless communication interface according to, for example, IEEE802.11a / n, and operates as an access point or a terminal station in the infrastructure mode, or operates in the ad hoc mode, and is in the communication range. Execute communication with the communication terminal. In this embodiment, the communication unit 12 uses the received power of the direct wave estimated from the delay profile obtained by correlating the known reference signal of the received packet to the transmitter based on the free space propagation loss. The distance is measured (described later).

ここで、IEEE802.11a/gの規格では最大で54Mbpsの通信速度を達成する変調方式をサポートしているが、さらなる高ビットレートを実現できる次世代の無線LAN規格が求められている。高スループットの無線データ伝送を実現する無線通信技術として、通信機が複数のアンテナを備えるマルチアンテナ技術を挙げることができる。   Here, the IEEE 802.11a / g standard supports a modulation scheme that achieves a communication speed of 54 Mbps at the maximum, but a next-generation wireless LAN standard capable of realizing a higher bit rate is required. As a wireless communication technique for realizing high-throughput wireless data transmission, a multi-antenna technique in which a communication device includes a plurality of antennas can be cited.

マルチアンテナ技術の一例として、アダプティブ・アレーアンテナが広く知られている。これは、各アンテナ素子の利得を制御することで、送受信における適切なアンテナ指向性を得て通信をサポートする方式である。アレーアンテナには、希望の方向にのみメインローブを向け、希望しない方向には低サイドローブにより不要な電波を放射しないといったセクターアンテナ的な方法と、所望移動局方向にはメインローブを向け、干渉局移動局方向にはヌルを向けSINR(信号対雑音干渉電力比)を改善する方法がある。   As an example of the multi-antenna technique, an adaptive array antenna is widely known. This is a system that supports communication by obtaining appropriate antenna directivity in transmission and reception by controlling the gain of each antenna element. For the array antenna, the main lobe is directed only in the desired direction and unnecessary radio waves are not radiated by the low side lobe in the undesired direction, and the main lobe is directed in the desired mobile station direction for interference. There is a method for improving the SINR (signal-to-noise interference power ratio) by pointing null toward the mobile station.

また、マルチアンテナ技術の他の例として、信号間の相関が小さくなるように配置した複数アンテナを用い、同一情報を含む複数の受信信号を合成又は切り換えて特性改善を図るダイバーシチ(diversity)技術を挙げることができ、フラット・フェージングによる劣化を解決することができる。   In addition, as another example of the multi-antenna technique, a diversity technique that uses a plurality of antennas arranged so as to reduce the correlation between signals and combines or switches a plurality of received signals including the same information to improve characteristics. And degradation due to flat fading can be solved.

また、マルチアンテナ技術のさらに他の例として、MIMO(Multi−Input Multi−Output)通信が注目を集めている。 MIMOとは、それぞれ複数のアンテナ素子を備えた送信機(Beamformer)と受信機(Beamformee)間で、ビーム・フォーミングを行なうことによって、より高品質な通信を実現するものである。ここで言うビーム・フォーミングとは、各送信アンテナにディジタル的に重み付けしてアンテナの指向性を変化させる方法である。送信アンテナ重みは、送信機から受信機への順方向のチャネル行列Hを解析して得ることができる。MIMO通信方式によれば、周波数帯域を増大させることになく、アンテナ本数に応じて伝送容量の拡大を図り、通信速度向上を達成することができる。また、空間多重を利用するので、周波数利用効率はよい。MIMOはチャネル特性を利用した通信方式であり、送受信アダプティブ・アレーとは相違する。例えば、IEEE802.11の拡張規格であるIEEE802.11nでは、MIMO通信方式を採用している。   Further, as another example of the multi-antenna technique, MIMO (Multi-Input Multi-Output) communication has attracted attention. MIMO realizes higher quality communication by performing beam forming between a transmitter (Beamformer) and a receiver (Beamforme) each having a plurality of antenna elements. The beam forming here is a method in which each transmitting antenna is digitally weighted to change the directivity of the antenna. The transmit antenna weight can be obtained by analyzing the forward channel matrix H from the transmitter to the receiver. According to the MIMO communication system, it is possible to increase the transmission capacity according to the number of antennas without increasing the frequency band, thereby achieving an improvement in communication speed. Also, since spatial multiplexing is used, the frequency utilization efficiency is good. MIMO is a communication method using channel characteristics, and is different from a transmission / reception adaptive array. For example, IEEE 802.11n, which is an extension standard of IEEE 802.11, employs a MIMO communication system.

図1には、図3に示したコンピューターに装備される通信部12内の構成例を模式的に示している。図示の通信機は、マルチアンテナを備え、MIMO受信、あるいは、ダイバーシチ受信を行なうものとする。図示の例では、説明の便宜上、送受信アンテナ数を2本としているが、本発明の要旨は特定のアンテナ本数に限定されるものではない。   FIG. 1 schematically shows a configuration example in the communication unit 12 equipped in the computer shown in FIG. The illustrated communication device includes a multi-antenna and performs MIMO reception or diversity reception. In the illustrated example, the number of transmission / reception antennas is two for convenience of explanation, but the gist of the present invention is not limited to a specific number of antennas.

また、図示の通信機は、IEEE802.11a及びIEEE802.11bなど、異なるチャネルを使用する複数の通信システムに用いることを想定している。IEEE802.11aは5GHz帯の周波数チャネルを使用し、IEEE802.11bは2.4GHz帯の周波数チャネルを使用することから(周知)、送受信アンテナ毎に設けられた各送受信ブランチは、5GHz帯用のRF送受信部及び2.4GHz帯用のRF送受信部の組み合わせをそれぞれ備えている。   The illustrated communication device is assumed to be used for a plurality of communication systems using different channels such as IEEE802.11a and IEEE802.11b. Since IEEE802.11a uses a frequency channel of 5 GHz band and IEEE802.11b uses a frequency channel of 2.4 GHz band (well-known), each transmission / reception branch provided for each transmission / reception antenna is an RF for 5 GHz band. Each is provided with a combination of a transmitting / receiving unit and an RF transmitting / receiving unit for 2.4 GHz band.

送受信アンテナ101は、アンテナ・スイッチ102を介してRF送受信回路部103に接続される。RF送受信回路部103は、受信系統として、低雑音アンプ(Low Noise Amplifier:LNA)、RF周波数帯の受信信号をダウンコンバートする直交復調器(IQデモジュレーター)、受信信号の電力が後段のADコンバータ(Analog to Digital Comverter:ADC)のダイナミック・レンジに収まるように正規化するAGC(Automatic Gain Control:自動利得制御)アンプ、所望帯域以外の信号成分を除去するアナログ低域フィルタ(LPF)などを備え、また、送信系統として、DA変換した後のアナログ送信信号から所望帯域以外の信号成分を除去するアナログLPF、RF周波数帯の送信信号にアップコンバートする直交変調器(IQモジュレーター)、送信信号を電力増幅する電力増幅アンプ(Power Amplifier)などで構成される(いずれも図示しない)。通信機が通信相手から距離測定を行なう対象物として動作する際には、電力増幅アンプにおいて、通信相手にとって既知となる送信信号電力となるようにパケットの既知リファレンス信号を電力増幅する。   The transmission / reception antenna 101 is connected to the RF transmission / reception circuit unit 103 via the antenna switch 102. The RF transmission / reception circuit unit 103 includes, as a reception system, a low noise amplifier (LNA), an orthogonal demodulator (IQ demodulator) that down-converts a reception signal in the RF frequency band, and an AD converter in which the power of the reception signal is in a subsequent stage Equipped with an AGC (Automatic Gain Control) amplifier that normalizes to fit within the dynamic range of (Analog to Digital Converter: ADC), an analog low-pass filter (LPF) that removes signal components other than the desired band, etc. Also, as a transmission system, an analog LPF that removes signal components other than the desired band from the analog transmission signal after DA conversion, a quadrature modulator (IQ modulator) that upconverts to a transmission signal in the RF frequency band, Power amplifier for power-amplifying the signal (Power Amplifier) (not shown either) composed like. When the communication device operates as an object for measuring the distance from the communication partner, the power amplification amplifier amplifies the known reference signal of the packet so that the transmission signal power becomes known to the communication partner.

また、上述したように、通信機は、5GHz帯を用いるIEEE802.11aと2.4GHz帯を用いるIEEE802.11bが並存するマルチパス通信環境で使用することが想定されており、送受信ブランチ毎のRF送受信回路部103は、5GHz帯用RF送受信部103Aと、2.4GHz帯用RF送受信部103Bをそれぞれ備えている。   Further, as described above, the communication device is assumed to be used in a multipath communication environment in which IEEE802.11a using the 5 GHz band and IEEE802.11b using the 2.4 GHz band coexist. The transmission / reception circuit unit 103 includes a 5 GHz band RF transmission / reception unit 103A and a 2.4 GHz band RF transmission / reception unit 103B.

各RF送受信処理部103A、103Bは、スイッチ104を介して、AD変換器(ADC)105A、DA変換器(DAC)105Bに接続される。   Each of the RF transmission / reception processing units 103A and 103B is connected to an AD converter (ADC) 105A and a DA converter (DAC) 105B via a switch 104.

送信データ処理部108は、上位処理部109から渡された送信データ・ストリームをパケットに分割し、符号化などの処理を施してからDA変換器105Bに渡す。OFDM変調方式を採用する通信システムにおいては、IFFT(Inverse FFT:逆高速フーリエ変換)演算などのOFDM変調処理が行なわれる。また、MIMO通信方式を採用する通信システムにおいては、複数の送信データ・ストリームを各送信ブランチに振り分け、ビーム・フォーミング若しくは空間多重処理がなされる。   The transmission data processing unit 108 divides the transmission data stream passed from the higher-level processing unit 109 into packets, performs processing such as encoding, and then passes them to the DA converter 105B. In a communication system that employs the OFDM modulation scheme, OFDM modulation processing such as IFFT (Inverse FFT: Inverse Fast Fourier Transform) calculation is performed. Further, in a communication system employing the MIMO communication method, a plurality of transmission data streams are distributed to each transmission branch, and beam forming or spatial multiplexing processing is performed.

また、同期処理部106では、AD変換器105Aでディジタル変換された受信信号に対し、パケット発見に基づく大雑把な受信タイミング(仮受信タイミング)の決定や、周波数オフセット補正、ノイズ推定、仮受信タイミングを利用したより正確な受信タイミングの抽出などの処理が行なわれる。仮受信タイミングは、パケット先頭のバースト的な既知リファレンス信号の自己相関演算に基づいて決定することができる。また、正確な受信タイミングは、既知リファレンス信号の相互相関演算に基づいて決定することができる。   Further, the synchronization processing unit 106 determines rough reception timing (temporary reception timing) based on packet discovery, frequency offset correction, noise estimation, and provisional reception timing for the reception signal digitally converted by the AD converter 105A. Processing such as extraction of more accurate reception timing used is performed. The temporary reception timing can be determined based on the autocorrelation calculation of the known burst-like reference signal at the head of the packet. In addition, accurate reception timing can be determined based on cross-correlation calculation of known reference signals.

なお、IEEE802.11a/gにおけるフレーム・フォーマットでは、仮受信タイミング決定や周波数オフセットに利用できる短いトレーニング系列(Short Training Sequence:STS)からなるプリアンブル区間(STF:Short Training Field)や、正確な受信タイミングの抽出に利用で切る長いトレーニング系列(Long Training Sequence:LTS)からなるプリアンブル区間(LTF:Long Training Field)が定義されているが、本明細書では詳細な説明を省略する。   In the frame format in IEEE802.11a / g, a preamble section (STF: Short Training Field) consisting of a short training sequence (STS) that can be used for temporary reception timing determination and frequency offset, and accurate reception timing. A preamble section (LTF: Long Training Field) consisting of a long training sequence (LTS) that is cut by use for extraction is defined, but detailed description thereof is omitted in this specification.

受信データ処理部107は、同期処理がされた以降の部分(情報フィールド)の復号処理を行なって、元のデータを再生する。OFDM変調方式を採用する通信システムにおいては、FFT演算などのOFDM復調処理が行なわれる。また、MIMO通信方式を採用する通信システムにおいては、受信ブランチ毎の受信データ・ストリームに受信重み行列を乗算して空間分離処理がなされる。   The received data processing unit 107 performs decoding processing of the portion (information field) after the synchronization processing, and reproduces the original data. In a communication system employing the OFDM modulation scheme, OFDM demodulation processing such as FFT operation is performed. Also, in a communication system that employs the MIMO communication scheme, spatial separation processing is performed by multiplying the reception data stream for each reception branch by a reception weight matrix.

遅延プロファイル生成部110は、パケット先頭に付加されている既知リファレンス信号を相互相関演算して、遅延プロファイル(図2を参照のこと)を生成する。遅延プロファイルは、同期処理部106内におけるタイミング検出時の相互相関演算の結果を用いて生成することができ、受信時のAGCアンプ(前述)のゲイン値とディジタルの信号の大きさに基づいて、遅延プロファイルの各遅延波の受信信号電力を換算することができる。相互相関演算により遅延プロファイルを生成する方法については、例えば本出願人に既に譲渡されている特開2004−221940号公報(段落番号0201〜0202、図29)にも記載されており、本明細書では詳細な説明を省略する。   The delay profile generator 110 generates a delay profile (see FIG. 2) by performing a cross-correlation operation on the known reference signal added to the head of the packet. The delay profile can be generated using the result of the cross-correlation calculation at the time of timing detection in the synchronization processing unit 106, and based on the gain value of the AGC amplifier (described above) at the time of reception and the magnitude of the digital signal, The received signal power of each delayed wave of the delay profile can be converted. A method for generating a delay profile by cross-correlation calculation is also described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-221940 (paragraph numbers 0201 to 0202, FIG. 29) already assigned to the present applicant. Then, detailed description is abbreviate | omitted.

直接波電力取得部111は、遅延プロファイル生成部110で生成した遅延プロファイルから直接波を推定するとともに、推定された直接波の受信信号電力を取得する。   The direct wave power acquisition unit 111 estimates a direct wave from the delay profile generated by the delay profile generation unit 110 and acquires the received signal power of the estimated direct wave.

直接波電力取得部111は、例えば、遅延プロファイル中で受信信号電力が最大となる遅延波を直接波として推定することができる。但し、受信信号電力が最大の遅延波が第1到来波から所定時間経過した以降の到来波であるときには直接波がないと判定するべきである。   For example, the direct wave power acquisition unit 111 can estimate a delayed wave having the maximum received signal power in the delay profile as a direct wave. However, it should be determined that there is no direct wave when the delayed wave having the maximum received signal power is an incoming wave after a predetermined time has elapsed from the first incoming wave.

距離判別部112は、直接波電力取得部111で推定された直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる伝搬損失に基づいて、パケットの送信元である測定対象物までの距離を判別する。   The distance discriminating unit 112 calculates the distance to the measurement object that is the transmission source of the packet based on the propagation loss that is the difference between the direct wave received signal power and the transmitted signal power estimated by the direct wave power acquiring unit 111. Determine.

測定対象物から送出される前記パケットの送信信号電力は既知である(前述)。したがって、直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる自由伝搬損失を上式(1)から計算することができる。伝搬損失テーブル113は、既知の送信信号電力と伝搬損失との関係を記述したテーブル形式で格納したROMからなる。伝播損失テーブル113の構成例を以下に示しておく。   The transmission signal power of the packet transmitted from the measurement object is known (described above). Accordingly, the free propagation loss consisting of the difference between the direct wave received signal power and the transmitted signal power can be calculated from the above equation (1). The propagation loss table 113 includes a ROM stored in a table format describing the relationship between known transmission signal power and propagation loss. A configuration example of the propagation loss table 113 is shown below.

Figure 2010066235
Figure 2010066235

距離判定部112は、直接波電力取得部111で推定された直接波の受信信号電力を、伝搬損失テーブル113上で参照することによって、該当する距離を取り出す。距離を判定する具体例を以下に示す。   The distance determination unit 112 refers to the reception signal power of the direct wave estimated by the direct wave power acquisition unit 111 on the propagation loss table 113 to extract the corresponding distance. A specific example of determining the distance is shown below.

ステップ1:測定対象物が5GHz帯で0dBmでパケットを送信する。
ステップ2:通信機は、パケットを受信して、遅延プロファイル生成部110で遅延プロファイルを作成し、直接波電力取得部111が直接波に相当する受信信号電力を求める。例えば、直接波の受信信号電力が−65.5dBmと判別する。
ステップ3:表1のテーブルから0dBが65.5dBmの伝搬損失があると、受信電力が−65.5dBmになることから、距離判別部112は測定対象物まで9メートルの距離があると推定する。
Step 1: The measurement object transmits a packet at 0 dBm in the 5 GHz band.
Step 2: The communication device receives the packet, creates a delay profile in the delay profile generation unit 110, and the direct wave power acquisition unit 111 obtains received signal power corresponding to the direct wave. For example, it is determined that the received signal power of the direct wave is −65.5 dBm.
Step 3: If there is a propagation loss with 0 dB of 65.5 dBm from the table in Table 1, the received power becomes -65.5 dBm, so the distance determination unit 112 estimates that there is a distance of 9 meters to the measurement object. .

また、上述したように、直接波電力取得部111が遅延プロファイル中には「直接波がない」と判定することもある。このような場合、距離判別部112は、距離の判別を行なわず、又は、警告付きで距離判別を行なうようにしてもよい。   Further, as described above, the direct wave power acquisition unit 111 may determine that “there is no direct wave” in the delay profile. In such a case, the distance determination unit 112 may perform distance determination without performing distance determination or with a warning.

図1に示した通信機は、複数の送受信アンテナを備えたマルチアンテナ構成であり、MIMO通信、アダプティブ・アレー、あるいはダイバーシチ受信を行なう。このような場合、測定対象物から送出されるパケットを各アンテナ・ブランチで受信処理することができる。遅延プロファイル生成部110は、受信ブランチ毎の遅延プロファイルを生成し、これら複数の遅延プロファイルを平均化する。   The communication apparatus shown in FIG. 1 has a multi-antenna configuration including a plurality of transmission / reception antennas, and performs MIMO communication, adaptive array, or diversity reception. In such a case, a packet transmitted from the measurement object can be received and processed by each antenna branch. The delay profile generation unit 110 generates a delay profile for each reception branch, and averages the plurality of delay profiles.

アンテナ位置の相違に依拠するフェージングの影響によって、アンテナ・ブランチ毎に求めた遅延プロファイルが変動することが予測されるが、遅延プロファイル生成部110がこれら複数の遅延プロファイルを平均化することによって、フェージングの影響による受信信号電力の変動を極力抑えることが可能となる。この結果、後段の距離判別部112では、より正確な距離判定を行なうことができる。また、複数の遅延プロファイルを平均化することによって、サンプリング・クロック内に存在する遅延波によるフェージングの影響を平均化して、直接波の電力をより安定化させることができるので、正確な距離判定が可能となる。ブランチ毎に受信する直接波はすべて位相が揃っているが、各反射波の位相は揃っていないことから、平均化することで反射波が抑制される。   Although it is predicted that the delay profile obtained for each antenna branch varies due to the influence of fading depending on the difference in antenna position, the delay profile generator 110 averages the plurality of delay profiles, thereby fading. It is possible to suppress fluctuations in received signal power as much as possible. As a result, the latter distance determination unit 112 can perform more accurate distance determination. Also, by averaging multiple delay profiles, it is possible to average the effect of fading due to delayed waves present in the sampling clock and stabilize the power of the direct wave, so accurate distance determination is possible. It becomes possible. The direct waves received for each branch are all in phase, but since the phases of the reflected waves are not aligned, the reflected waves are suppressed by averaging.

また、上述したように、図1に示した通信機は、5GHz帯を用いるIEEE802.11aと2.4GHz帯を用いるIEEE802.11bが並存するマルチパス通信環境で使用することを想定して、送受信ブランチ毎のRF送受信回路部103は、5GHz帯用RF送受信部103Aと、2.4GHz帯用RF送受信部103Bをそれぞれ備えている。   Further, as described above, the communication device shown in FIG. 1 is assumed to be used in a multipath communication environment in which IEEE802.11a using the 5 GHz band and IEEE802.11b using the 2.4 GHz band coexist. The RF transmission / reception circuit unit 103 for each branch includes an RF transmission / reception unit 103A for 5 GHz band and an RF transmission / reception unit 103B for 2.4 GHz band.

遅延プロファイル生成部110は、各受信ブランチにおいて、5GHz帯及び2.4GHZ対の周波数チャネル毎に、既知リファレンス信号の相互相関演算により遅延プロファイルを生成し、これら周波数チャネル毎の複数の遅延プロファイルを平均化するようにしている。   The delay profile generator 110 generates a delay profile by cross-correlation of known reference signals for each frequency channel of 5 GHz band and 2.4 GHz pair in each reception branch, and averages a plurality of delay profiles for each frequency channel. It tries to become.

使用するチャネル毎にフェージングの影響が異なることから、周波数チャネル毎に求めた遅延プロファイルは変動するものとなる。遅延プロファイル生成部110がこれら複数の遅延プロファイルを平均化することによって、かかるフェージングの影響による受信信号電力の変動を極力抑えることが可能となり、後段の距離判別部112ではより正確な距離判別を行なうことができる。このように2つの通信システムが混在するマルチパス通信環境下では、各通信システムで使用するチャネル毎に求めた直接波の受信信号電力を平均化することにより、直接波の電力をより安定化させることができるので、正確な距離判定が可能となる。ブランチ毎に受信する直接波はすべて位相が揃っているが、各反射波の位相は揃っていないことから、平均化することで反射波が抑制される(同上)。   Since the influence of fading is different for each channel to be used, the delay profile obtained for each frequency channel varies. The delay profile generation unit 110 averages the plurality of delay profiles, thereby making it possible to suppress fluctuations in received signal power as much as possible due to the influence of fading, and the distance determination unit 112 in the subsequent stage performs more accurate distance determination. be able to. Thus, in a multipath communication environment in which two communication systems coexist, the direct wave power is further stabilized by averaging the direct wave received signal power obtained for each channel used in each communication system. Therefore, accurate distance determination can be performed. Although the direct waves received for each branch are all in phase, since the phases of the reflected waves are not aligned, the reflected waves are suppressed by averaging (same as above).

これまでの説明では、直接波電力取得部111は、遅延プロファイル中で受信信号電力が最大となる遅延波を直接波として推定するものであったが(但し、受信信号電力が最大の遅延波が第1到来波から所定時間経過した以降の到来波であるときには直接波がないと判定する)、その代替的な方法として、高分解能アルゴリズムを適用して、測定対象物からパケットが送信されてから受信されるまでの遅延時間τを取得し、該取得した遅延時間τに対応する直接波の受信信号電力を遅延プロファイルから取得するという方法が挙げられる。   In the above description, the direct wave power acquisition unit 111 estimates a delayed wave having the maximum received signal power in the delay profile as a direct wave (however, the delayed wave having the maximum received signal power is If it is an incoming wave after a lapse of a predetermined time from the first incoming wave, it is determined that there is no direct wave). There is a method in which a delay time τ until reception is acquired, and a received signal power of a direct wave corresponding to the acquired delay time τ is acquired from a delay profile.

図1に示した通信機は、マルチアンテナ技術が適用され、測定対象物からのパケットを受信するアレーアンテナを備えており、MUSICやESPRITアルゴリズムなどの高分解能アルゴリズムを適用することができる。   The communication device shown in FIG. 1 is applied with a multi-antenna technique and includes an array antenna that receives a packet from a measurement target, and can apply a high-resolution algorithm such as a MUSIC or ESPRIT algorithm.

ここで、MUSIC((MUltiple SIgnal Classifcation)アルゴリズム、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techinique)アルゴリズムは電波の到来角を検出する技術として当業界で知られている。MUSIC法はアレーアンテナを利用し、アレーアンテナ受信信号から得られる相関行列の固有値、固有ベクトルを求め、角度スペクトラムを計算する。ESPRIT法も、MUSIC法と同様にアレーアンテナ受信信号から得られる相関行列の固有値、固有ベクトルを求めるが、サブアレーアンテナ間の回転不変式の関係を基に電波の到来角を推測する点が異なる。   Here, MUSIC ((Multiple Signal Classification) algorithm and ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique) algorithm are known in the industry as a technique for detecting the angle of arrival of radio waves. The eigenvalues and eigenvectors of the correlation matrix obtained from the array antenna reception signal are obtained, and the angle spectrum is calculated, and the ESPRIT method also obtains the eigenvalues and eigenvectors of the correlation matrix obtained from the array antenna reception signal as in the MUSIC method. The difference is that the arrival angle of the radio wave is estimated based on the rotation invariant relationship between the antennas.

MUSICやESPRITアルゴリズムを用いた遅延時間推定については、例えば、菊間信良著「アレーアンテナによる適応信号処理」(1998年、科学技術出版)に記載されている。遅延時間推定を行なうシステム構成は以下の通りとなる。   The delay time estimation using the MUSIC or ESPRIT algorithm is described in, for example, “Adaptive signal processing by array antenna” written by Nobuyoshi Kikuma (1998, Science and Technology Publication). The system configuration for estimating the delay time is as follows.

(1)電波を生成する送信機A(測定対象物に相当)
(2)送信機Aにより生成された電波を目標に向けて送信する送信アンテナB
(3)目標に反射された電波を受信する受信アンテナC
(4)受信アンテナCの受信波に帯域制限や位相検波を施して受信信号を生成する受信機D
(5)受信機Dにより生成された受信信号をAD変換して、ディジタル信号を出力するA/D変換器E
(6)A/D変換器Eから出力されたディジタル信号に高速フーリエ変換処理であるFFT演算処理を施して、受信信号の周波数スペクトルを求めるFFT処理部F
(7)FFT処理部Fにより求められた受信信号の周波数スペクトルを送信波の周波数スペクトルで除算して除算信号を生成する除算信号生成部G
(8)除算信号生成部Gにより生成された除算信号に高分解能遅延時間推定処理を施して、目標信号の遅延時間を推定する高分解能推定処理部H
(1) Transmitter A that generates radio waves (equivalent to a measurement object)
(2) Transmit antenna B that transmits the radio wave generated by transmitter A toward the target
(3) Receiving antenna C that receives radio waves reflected by the target
(4) A receiver D that generates a reception signal by subjecting the reception wave of the reception antenna C to band limitation and phase detection.
(5) A / D converter E that AD converts the received signal generated by the receiver D and outputs a digital signal
(6) An FFT processing unit F that performs an FFT operation process, which is a fast Fourier transform process, on the digital signal output from the A / D converter E to obtain a frequency spectrum of the received signal.
(7) A division signal generation unit G that generates a division signal by dividing the frequency spectrum of the reception signal obtained by the FFT processing unit F by the frequency spectrum of the transmission wave.
(8) A high resolution estimation processing unit H that estimates the delay time of the target signal by performing a high resolution delay time estimation process on the division signal generated by the division signal generation unit G

例えば128ポイントのFFTを使った場合には、128個のデータを取得することができる。これを100回平均することにより、128×128のサイズの共分散行列を取得することができる。この共分散行列に対して、MUSICやESPRITアルゴリズムにより、遅延スペクトルを描き、その到着時間を正確に推定する。到着時間に対応する受信信号電力は、遅延時間推定により波の到来時刻が求まれば、直接波に対応するモード・ベクトルを用いて、下式(2)のようにしてSを求める。Sの対角行列に到来波の受信電力が入るので、直接波に対応する電力を正確に求めることが可能になる。   For example, when 128-point FFT is used, 128 pieces of data can be acquired. By averaging this 100 times, a 128 × 128 covariance matrix can be obtained. For this covariance matrix, a delay spectrum is drawn by MUSIC or ESPRIT algorithm, and its arrival time is accurately estimated. As for the received signal power corresponding to the arrival time, if the arrival time of the wave is obtained by delay time estimation, S is obtained as shown in the following equation (2) using the mode vector corresponding to the direct wave. Since the received power of the incoming wave enters the diagonal matrix of S, the power corresponding to the direct wave can be accurately obtained.

Figure 2010066235
Figure 2010066235

これにより正確に直接波のみの電力を使用することによりフェージング影響を受け難くなり正確な距離を求めることが可能になる。この種の高分解能アルゴリズムは、上位処理部109でソフトウェア的に実装することが現実的である。   As a result, by using the power of only the direct wave accurately, it becomes difficult to be affected by fading, and an accurate distance can be obtained. This type of high resolution algorithm is practically implemented in software by the upper processing unit 109.

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。   The present invention has been described in detail above with reference to specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can make modifications and substitutions of the embodiment without departing from the gist of the present invention.

本明細書では、マルチアンテナを備えた通信機に適用した実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨はマルチアンテナ技術に限定されるものではない。勿論、シングルアンテナの通信技術にも本発明を好適に適用することができる。   In the present specification, the embodiment applied to a communication device including a multi-antenna has been mainly described, but the gist of the present invention is not limited to the multi-antenna technology. Of course, the present invention can be suitably applied to a single antenna communication technique.

また、本発明をマルチアンテナ技術に適用した場合には、アンテナ位置の相違に依拠するフェージングの影響からアンテナ毎に遅延プロファイルが変動することを利用して、複数の遅延プロファイルを平均化することによって、フェージングの影響による受信信号電力の変動を極力抑えることができる。本発明の要旨は特定のマルチアンテナ技術にのみ限定されるものではなく、MIMO、アダプティブ・アレー、ダイバーシチのいずれにも好適に適用することができる。   In addition, when the present invention is applied to the multi-antenna technology, a plurality of delay profiles are averaged by using the fact that the delay profile varies for each antenna due to the influence of fading that depends on the difference in antenna position. Thus, fluctuations in received signal power due to fading can be suppressed as much as possible. The gist of the present invention is not limited to a specific multi-antenna technique, and can be suitably applied to any of MIMO, adaptive array, and diversity.

また、本明細書では、異なるチャネルを使用する通信システムとして、5GHz帯を用いるIEEE802.11aと2.4GHz帯を用いるIEEE802.11bの組み合わせを採り上げたが、本発明の要旨は特定の通信システムの組み合わせに限定されるものではない。   In this specification, a combination of IEEE802.11a using 5 GHz band and IEEE802.11b using 2.4 GHz band is taken up as a communication system using different channels, but the gist of the present invention is that of a specific communication system. It is not limited to the combination.

また、本発明の適用範囲は、IEEE802.11a/nなどの無線LAN規格に限定されるものではなく、さまざまなディジタル無線技術に遍く本発明を利用することができる。   The scope of application of the present invention is not limited to wireless LAN standards such as IEEE802.11a / n, and the present invention can be applied to various digital wireless technologies.

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。   In short, the present invention has been disclosed in the form of exemplification, and the description of the present specification should not be interpreted in a limited manner. In order to determine the gist of the present invention, the claims should be taken into consideration.

図1は、本発明の一実施形態に係る通信機の構成例を示した図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a communication device according to an embodiment of the present invention. 図2は、マルチパス伝搬環境下での遅延プロファイルを示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a delay profile in a multipath propagation environment. 図3は、無線通信機能を搭載したコンピューターの構成例を示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a computer having a wireless communication function.

符号の説明Explanation of symbols

1…CPU
2…ROM
3…RAM
4…ローカル・バス
5…ブリッジ
6…入出力バス
7…入出力インターフェース
8…キーボード
9…ポインティング・デバイス(マウス)
10…ディスプレイ
11…HDD
12…通信部
101…アンテナ
102…アンテナ・スイッチ
103…RF送受信回路部
103A…5GHz帯用RF送受信回路部
103B…2.4GHz帯用RF送受信回路部
104…スイッチ
105A…AD変換器(ADC)、105B…DA変換器(DAC)
106…同期処理部
107…受信データ処理部
108…送信データ処理部
109…上位処理部
110…遅延プロファイル生成部
111…直接波電力取得部
112…距離判別部
113…伝播損失テーブル
1 ... CPU
2 ... ROM
3 ... RAM
4 ... Local bus 5 ... Bridge 6 ... I / O bus 7 ... I / O interface 8 ... Keyboard 9 ... Pointing device (mouse)
10 ... Display 11 ... HDD
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Communication part 101 ... Antenna 102 ... Antenna switch 103 ... RF transmission / reception circuit part 103A ... RF transmission / reception circuit part for 5 GHz band 103B ... RF transmission / reception circuit part for 2.4 GHz band 104 ... Switch 105A ... AD converter (ADC), 105B ... DA converter (DAC)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 106 ... Synchronization processing part 107 ... Reception data processing part 108 ... Transmission data processing part 109 ... High-order processing part 110 ... Delay profile generation part 111 ... Direct wave power acquisition part 112 ... Distance discrimination | determination part 113 ... Propagation loss table

Claims (9)

測定対象物から受信したパケットに含まれる既知リファレンス信号を相関演算して遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成部と、
前記生成した遅延プロファイルに基づいて推定される直接波の受信信号電力を取得する直接波電力取得部と、
前記推定された直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる伝搬損失に基づいて前記測定対象物までの距離を判別する距離判別部と、
を具備することを特徴とする距離測定装置。
A delay profile generation unit that generates a delay profile by performing a correlation operation on a known reference signal included in a packet received from a measurement object;
A direct wave power acquisition unit that acquires received signal power of a direct wave estimated based on the generated delay profile;
A distance discriminating unit that discriminates a distance to the measurement object based on a propagation loss composed of a difference between the estimated direct wave reception signal power and transmission signal power;
A distance measuring device comprising:
前記測定対象物から送出される前記パケットの送信信号電力は既知であり、
前記既知の送信信号電力と前記伝搬損失との関係を記述した伝搬損失テーブルを備え、
前記距離判定部は、前記伝搬損失テーブル上で前記推定された直接波の受信信号電力を参照して該当する距離を取り出す、
ことを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。
The transmission signal power of the packet transmitted from the measurement object is known,
A propagation loss table describing the relationship between the known transmission signal power and the propagation loss;
The distance determining unit refers to the estimated direct wave received signal power on the propagation loss table, and extracts a corresponding distance.
The distance measuring device according to claim 1.
前記測定対象物から送出される前記パケットを受信する複数の受信アンテナ及び受信アンテナ毎の複数の受信ブランチを備え、
前記遅延プロファイル生成部は、受信ブランチ毎の遅延プロファイルを生成し、これら複数の遅延プロファイルを平均化する、
ことを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。
A plurality of reception antennas for receiving the packets sent from the measurement object and a plurality of reception branches for each reception antenna;
The delay profile generation unit generates a delay profile for each reception branch, and averages the plurality of delay profiles.
The distance measuring device according to claim 1.
前記測定対象物からは複数のチャネル上でパケットが送出されることが想定され、受信ブランチはチャネル毎のRF受信回路を備え、
前記遅延プロファイル生成部は、前記受信ブランチのチャネル毎に遅延プロファイルを生成し、これら複数の遅延プロファイルを平均化する、
ことを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。
It is assumed that packets from the measurement object are transmitted on a plurality of channels, and the reception branch includes an RF reception circuit for each channel,
The delay profile generation unit generates a delay profile for each channel of the reception branch, and averages the plurality of delay profiles.
The distance measuring device according to claim 1.
前記測定対象物から送出される前記パケットを受信するアレー・アンテナを備え、
前記直接波電力取得部は、受信信号を周波数領域に変換し、該周波数領域に高分解能アルゴリズムを適用して前記測定対象物から前記パケットが送信されてから受信されるまでの遅延時間を取得し、該取得した遅延時間に対応する直接波の受信信号電力を前記遅延プロファイルから取得する、
ことを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。
An array antenna for receiving the packet transmitted from the measurement object;
The direct wave power acquisition unit converts a received signal into a frequency domain, applies a high resolution algorithm to the frequency domain, and acquires a delay time from when the packet is transmitted from the measurement object to when it is received. Acquiring the received signal power of the direct wave corresponding to the acquired delay time from the delay profile;
The distance measuring device according to claim 1.
前記直接波電力取得部は、前記遅延プロファイル中で受信信号電力が最大となる遅延波を直接波として推定するが、該受信信号電力が最大の遅延波が第1到来波から所定時間経過した以降の到来波であるときには直接波がないと判定し、
該直接波がないと判定したときには、前記距離判別部は距離の判別を行なわず、又は、警告付きで距離判別を行なう、
ことを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。
The direct wave power acquisition unit estimates a delayed wave having the maximum received signal power in the delay profile as a direct wave, but after the delayed wave having the maximum received signal power has elapsed for a predetermined time from the first incoming wave. When it is an incoming wave, it is determined that there is no direct wave,
When it is determined that there is no direct wave, the distance determination unit does not determine the distance or performs distance determination with a warning.
The distance measuring device according to claim 1.
測定対象物から受信したパケットに含まれる既知リファレンス信号を相関演算して遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成ステップと、
前記生成した遅延プロファイルに基づいて推定される直接波の受信信号電力を取得する直接波電力取得ステップと、
前記推定された直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる伝搬損失に基づいて前記測定対象物までの距離を判別する距離判別ステップと、
を具備することを特徴とする距離測定方法。
A delay profile generation step for generating a delay profile by correlating a known reference signal included in a packet received from a measurement object;
A direct wave power acquisition step of acquiring a received signal power of a direct wave estimated based on the generated delay profile;
A distance determination step of determining a distance to the measurement object based on a propagation loss consisting of a difference between the estimated direct wave reception signal power and transmission signal power;
A distance measuring method comprising:
通信相手とパケットの送受信を行なう送受信部と、
通信相手に送信するパケット並びに通信相手から受信したパケットのデータ処理を行なうデータ処理部と、
受信パケットに含まれる既知リファレンス信号を相関演算して遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成部と、
前記生成した遅延プロファイルに基づいて推定される直接波の受信信号電力を取得する直接波電力取得部と、
前記推定された直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる伝搬損失に基づいて通信相手までの距離を判別する距離判別部と、
を具備することを特徴とする通信装置。
A transmission / reception unit for transmitting / receiving packets to / from a communication partner;
A data processing unit that performs data processing of a packet transmitted to the communication partner and a packet received from the communication partner;
A delay profile generation unit that generates a delay profile by performing a correlation operation on a known reference signal included in the received packet;
A direct wave power acquisition unit that acquires received signal power of a direct wave estimated based on the generated delay profile;
A distance discriminating unit that discriminates a distance to a communication partner based on a propagation loss formed by a difference between the estimated direct wave reception signal power and transmission signal power;
A communication apparatus comprising:
測定対象物から到来する信号の強弱を基に距離を測定するための処理をコンピューター上で実行するようにコンピューター可読形式で記述されたコンピューター・プログラムであって、前記コンピューターを、
測定対象物から受信したパケットに含まれる既知リファレンス信号を相関演算して遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成部、
前記生成した遅延プロファイルに基づいて推定される直接波の受信信号電力を取得する直接波電力取得部、
前記推定された直接波の受信信号電力と送信信号電力との差からなる伝搬損失に基づいて前記測定対象物までの距離を判別する距離判別部、
として機能させるためのコンピューター・プログラム。
A computer program written in a computer-readable format to execute a process for measuring a distance on the computer based on the strength of a signal coming from a measurement object, the computer comprising:
A delay profile generator for generating a delay profile by performing a correlation operation on a known reference signal included in a packet received from a measurement object;
A direct wave power acquisition unit that acquires a received signal power of a direct wave estimated based on the generated delay profile;
A distance discriminating unit that discriminates a distance to the measurement object based on a propagation loss formed by a difference between the estimated direct wave reception signal power and transmission signal power;
A computer program that functions as a computer.
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