JP2019129501A - Radio communication device and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線通信装置、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a wireless communication apparatus and program.
近年、複数のアンテナの各々が受信した受信信号に基づき、信号の送信元の端末の位置を推定するための技術が開発されている。具体的な推定方法として、受信信号の先頭タイミングに基づき、位置推定端末がパケットの送信元の端末の位置を推定する方法がある。また、受信信号電力、又は受信信号強度(RSSI:Received Signal Strength Indicator)に基づき、位置推定端末が信号の送信元の端末の位置を推定する方法もある。また、パケットの同期がとられた通信端末間におけるパケットの受信時刻(またはパケットの往復時間)に基づき、位置推定端末がパケットの送信元の端末の位置を推定する方法もある。 In recent years, a technique has been developed for estimating the position of a terminal as a signal transmission source based on a received signal received by each of a plurality of antennas. As a specific estimation method, there is a method in which the position estimation terminal estimates the position of the packet transmission source terminal based on the leading timing of the received signal. There is also a method in which a position estimation terminal estimates the position of a terminal as a signal transmission source based on received signal power or received signal strength indicator (RSSI). There is also a method in which the position estimation terminal estimates the position of the source terminal of the packet based on the reception time of the packet (or the round trip time of the packet) between the communication terminals whose packets are synchronized.
上述した方法に関連し、例えば、下記特許文献1では、複数本の受信アンテナの各々が受信した受信信号の先頭タイミングに基づき、距離測定装置が遅延プロファイルを推定し、当該遅延プロファイルに基づき直接波の電力を算出する。そして、当該電力に基づき、距離測定装置が信号の送受信間の伝送距離を推定する方法が開示されている。
In relation to the above-described method, for example, in
また、参考までに、下記特許文献2では、複数本の受信アンテナを備えた受信装置が各々のアンテナの遅延プロファイルの推定を行う。推定した遅延プロファイルにおける最大遅延時間が、MB−OFDM信号(Multi Band Orthogonal Frequency Division Multiplexing)のガードインターバル時間長を超えないように、受信装置は、アンテナを切り替える。このように、受信装置がアンテナを切り替えることにより、受信パケットの復号特性を改善する方法が開示されている。
For reference, in
また、下記特許文献3では、半波長間隔で設置された複数本の受信アンテナを用意し、電波の到来方向を推定すると同時に、遅延波とのDUR(Desired to Undesired power Ratio)、遅延時間を同時に推定する方法が開示されている。 Further, in Patent Document 3 below, a plurality of receiving antennas installed at half-wavelength intervals are prepared, and the arrival direction of radio waves is estimated, and simultaneously, the DUR (Desired to Undesired power Ratio) with delay waves and the delay time are simultaneously achieved. An estimation method is disclosed.
しかし、特許文献1の技術は、複数のアンテナを用いていることで受信信号の先頭タイミングの推定電力と、自由空間伝搬の場合に想定される電力の誤差を低減できるが、受信信号の先頭タイミングの推定精度の向上は期待されない。よって、当該先頭タイミングに基づき推定される無線端末の位置が、期待する精度に満たない可能性がある。
However, the technique of
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、受信信号の先頭タイミングをより精度よく推定することが可能な、新規かつ改良された無線通信装置、及びプログラムを提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a new and improved wireless communication apparatus capable of estimating the leading timing of a received signal with higher accuracy. And providing a program.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、他の無線端末からの無線信号を受信する複数のアンテナを有する通信部と、前記複数のアンテナが受信した各々の前記無線信号に対して伝搬路のインパルス応答を推定する信号処理を行い、前記信号処理の結果に基づき遅延波の電力に対する直接波の電力の比率を算出し、前記比率が最大となるアンテナを前記無線信号の先頭タイミングの推定に用いるアンテナとして選択する制御部と、を備える無線通信装置が提供される。 To solve the above problems, according to one aspect of the present invention, a communication unit having a plurality of antennas for receiving a wireless signal from another wireless terminal, and each of the wireless signals received by the plurality of antennas The signal processing for estimating the impulse response of the propagation path is performed, the ratio of the direct wave power to the delay wave power is calculated based on the result of the signal processing, and the antenna having the maximum ratio is set to the head of the radio signal. And a control unit that selects the antenna used for timing estimation.
前記制御部は、前記インパルス応答の先頭部の電力を前記直接波の電力として算出し、前記インパルス応答の前記先頭部以外の電力和を前記遅延波の電力として算出してもよい。 The control unit may calculate the power of the head portion of the impulse response as the power of the direct wave and calculate the power sum of the impulse response other than the head portion as the power of the delayed wave.
前記制御部は、前記無線信号に対して既知信号を用いて相互相関処理を行い、前記相互相関処理の結果に基づき、前記インパルス応答を推定してもよい。 The control unit may perform cross correlation processing on the wireless signal using a known signal, and estimate the impulse response based on a result of the cross correlation processing.
前記制御部は、前記無線信号のプリアンブル部に対して前記既知信号を用いて前記相互相関処理を行ってもよい。 The control unit may perform the cross-correlation process on the preamble part of the radio signal using the known signal.
前記プリアンブル部は、前記無線通信装置と前記他の無線端末との間で既知であってもよい。 The preamble unit may be known between the wireless communication device and the other wireless terminal.
前記制御部は、前記比率が最大となる前記アンテナが受信した前記無線信号の前記プリアンブル部を用いて、前記無線信号の先頭タイミングを推定してもよい。 The control unit may estimate the start timing of the wireless signal using the preamble portion of the wireless signal received by the antenna at which the ratio is maximum.
前記制御部は、時間の経過に応じた重みを設定し、前記直接波の電力及び前記遅延波の電力に前記重みを適用してもよい。 The control unit may set a weight according to the passage of time, and apply the weight to the power of the direct wave and the power of the delay wave.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コンピュータを、他の無線端末からの無線信号を受信する複数のアンテナを有する通信部と、前記複数のアンテナが受信した各々の前記無線信号に対して伝搬路のインパルス応答を推定する信号処理を行い、前記信号処理の結果に基づき遅延波の電力に対する直接波の電力の比率を算出し、前記比率が最大となるアンテナを前記無線信号の先頭タイミングの推定に用いるアンテナとして選択する制御部と、として機能させるための、プログラムが提供される。 In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, a computer is provided with a communication unit having a plurality of antennas for receiving a wireless signal from another wireless terminal, and the plurality of antennas received An antenna that performs signal processing for estimating an impulse response of a propagation path for each of the wireless signals, calculates a ratio of direct wave power to delayed wave power based on the result of the signal processing, and maximizes the ratio Is provided as a control unit that selects an antenna to be used for estimation of the leading timing of the radio signal.
以上説明したように本発明によれば、受信信号の先頭タイミングをより精度よく推定することを実現することが可能である。 As described above, according to the present invention, it is possible to estimate the leading timing of the received signal with higher accuracy.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration will be assigned the same reference numerals and redundant description will be omitted.
また、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成または論理的意義を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。ただし、実質的に同一の機能構成または論理的意義を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、複数の構成要素の各々に同一符号のみを付する。 Further, in the present specification and the drawings, a plurality of components having substantially the same functional configuration or logical meaning may be distinguished by appending different alphabets after the same symbol. However, when it is not necessary to distinguish each of a plurality of components having substantially the same functional configuration or logical meaning, each of the plurality of components is only given the same reference numeral.
<<1.本実施形態の概要>>
<1−1.無線通信システムの概要>
本実施形態は、複数のアンテナを搭載する無線局において、受信信号の先頭タイミングをより高精度に推定することが可能なアンテナを選択する無線通信システムに関する。以下では、図1を参照しながら、本発明の実施形態に係る無線通信システムの概要について説明する。
<< 1. Overview of this embodiment >>
<1-1. Overview of Wireless Communication System>
The present embodiment relates to a wireless communication system in which, in a wireless station equipped with a plurality of antennas, an antenna capable of estimating the head timing of a received signal with higher accuracy. Hereinafter, an overview of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1は、本発明の実施形態に係る無線通信システムの概要を示す説明図である。図1に示すように、本実施形態の無線通信システムは、無線LANシステム(例えば、IEEE802.11に準拠する無線LANシステム)であり、複数の無線局10、及び無線端末20で構成される。
FIG. 1 is an explanatory view showing an overview of a wireless communication system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the wireless communication system of the present embodiment is a wireless LAN system (for example, a wireless LAN system compliant with IEEE 802.11), and includes a plurality of
図1に示す無線通信システムでは、無線局10が無線端末20とパケットの送受信を行う。当該無線通信システムは、無線局10が無線端末20から受信した受信信号に基づき、無線端末20の位置が推定されるシステムに関する。本発明の実施形態は、特に、無線局10が備える複数のアンテナから、無線端末20の位置推定に用いる情報をより高精度に推定可能な信号を受信したアンテナを、無線局10が選択することに関する。
In the wireless communication system illustrated in FIG. 1, the
図1に示す無線局10A、無線局10B、無線局10C、無線局10Dは、固定局である。また、無線端末20は、移動端末である。無線局10A〜Dの各々は、無線端末20が無線局10A〜Dの周辺を通過した際に、無線端末20からブロードキャスト送信されるパケットを受信する。なお、無線局10は、無線端末20から送信されたパケットが到達する範囲を示すパケット送信範囲30の範囲内に存在する場合、当該パケットを受信できる。
The radio station 10A, the
無線局10は、無線端末20からパケットを受信すると、受信信号の先頭タイミングを推定する。より具体的に、まず、無線局10は、複数のアンテナが受信した各々の無線信号に対して信号処理を行い、インパルス応答を推定する。なお、本実施形態では、無線局10は、伝搬路ごとのインパルス応答を推定し、その推定結果は、チャネルインパルス応答(CIR:Channel Impulse Response)とも称される。次に、無線局10は、信号処理の結果に基づき、遅延波の電力に対する直接波の電力の比率DUR(Desired to Undesired power Ratio)を算出する。最後に、無線局10は、当該比率DURが最大となるアンテナを、無線信号の先頭タイミングの推定に用いるアンテナとして選択する。
When the
ここで、直接波は、無線信号の送信元のアンテナから、受信元のアンテナに直接伝播する電波のことである。なお、直接波は、以下では、CIRの先頭部とも称される。また、遅延波は、無線信号の送信元のアンテナから、地面、壁等に反射してから受信元のアンテナに伝播する電波のことである。なお、遅延波は、以下では、CIRの先頭部以外とも称される。 Here, the direct wave is a radio wave directly propagating from the antenna of the radio signal transmission source to the reception source antenna. The direct wave is also hereinafter referred to as the head of the CIR. Also, the delayed wave is a radio wave that is reflected from the antenna of the transmission source of the wireless signal to the ground, a wall, etc. and then propagated to the antenna of the reception source. In the following, the delayed wave is also referred to as other than the head portion of the CIR.
そして、無線局10は、選択したアンテナで受信した無線信号の先頭タイミングを推定し、当該先頭タイミングの時間情報に基づき、無線端末20の位置は推定される。なお、無線端末20の位置の推定方法として、例えば、送信時刻が不要で受信時刻のみに基づき位置を推定可能なTDOA(Time Difference of Arrival)方式、及び送信時刻と受信時刻に基づき位置を推定可能なTOA(Time of Arrival)方式等が挙げられる。
Then, the
以上、図1を参照しながら、本発明の実施形態に係る無線通信システムの概要について説明した。続いて、本発明の実施形態に係るパケットの構成例について説明する。 The overview of the wireless communication system according to the embodiment of the present invention has been described above with reference to FIG. Subsequently, a configuration example of a packet according to the embodiment of the present invention will be described.
<1−2.パケットの構成例>
以下では、図2を参照しながら、本発明の実施形態に係るパケットの構成例について説明する。図2は、本発明の実施形態に係るパケットの構成例を示す説明図である。
<1-2. Example of packet configuration>
Hereinafter, a configuration example of a packet according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration example of a packet according to the embodiment of the present invention.
図2に示すように、無線局10が無線端末20と送受信するパケットは、プリアンブル部50、シグナル部52、ペイロード部54で構成されている。
As shown in FIG. 2, the packet transmitted / received to / from the
プリアンブル部50は、パケットのシンボルタイミングを検出するのに利用されるシンボル系列である。また、プリアンブル部50の時間長は、16μsである。なお、プリアンブル部50は、無線局10と無線端末20との間で既知である。よって、無線局10は、受信した無線信号のプリアンブル部50に対して、既知信号を用いて相互相関処理を実施することができる。
The
シグナル部52は、ペイロード部54の変調方式、伝送速度、パケット長等を含む制御情報が含まれるシンボルである。また、シグナル部52の時間長は、4μsである。
The
ペイロード部54は、アプリケーションデータが含まれるシンボル系列であり、複数のシンボルで構成されている。また、ペイロード部54を構成する複数のシンボルの1個あたりの時間長は4μsであり、ペイロード部54の全体の時間長は、複数のシンボルの時間長の合計である。なお、ペイロード部の時間長は、プリアンブル部よりも長い信号波形となる。
The
以上、図2を参照しながら、本発明の実施形態に係るパケットの構成例を説明した。続いて、本発明の実施形態に係る無線通信システムの構成例について説明する。 The configuration example of the packet according to the embodiment of the present invention has been described above with reference to FIG. Then, the structural example of the radio | wireless communications system which concerns on embodiment of this invention is demonstrated.
<1−3.無線通信システムの構成例>
以下では、本実施形態に係る無線通信システムの構成例について説明する。上述したように、本実施形態の無線通信システムは、無線局10、無線端末20で構成されている。
<1-3. Configuration example of wireless communication system>
Below, the structural example of the radio | wireless communications system which concerns on this embodiment is demonstrated. As described above, the wireless communication system of the present embodiment is configured of the
(1)無線局10
無線局10は、無線端末20と通信を行う無線通信装置である。例えば、無線局10は、無線端末20と任意の通信方式で接続され、通信を行う。より具体的に、無線局10は、外部ネットワークと接続されることで、無線端末20と通信を行う。
(1)
The
なお、無線局10の通信方式は特に限定されない。例えば、無線局10は、無線端末20と無線通信によって接続される。
The communication scheme of the
また、無線局10は、無線端末20とパケットを送受信した際の情報に基づき、パケットの先頭タイミングを算出する。例えば、無線局10は、無線端末20からパケットを受信し、パケットのプリアンブル部50を用いてパケットの先頭タイミングを推定する。
Further, the
(2)無線端末20
無線端末20は、無線局10と通信を行う無線端末である。例えば、無線端末20は、無線局10との間でパケットの送受信を行う。また、本実施形態における無線端末20は、位置推定の対象である。例えば、無線端末20は、位置推定に用いる情報を取得するためにパケットを無線局10との間で送受信する。
(2)
The
また、無線端末20は、無線局10から受信したパケットに基づき、当該パケットのペイロード部54にデータを生成する機能も有する。例えば、無線端末20は、パケットを送受信する無線局10との間で予め既知であるアプリケーションデータ、及び情報ビット系列に基づき、無線端末20と無線局10との間で既知となるシンボル系列をペイロード部54に生成する。以下では、ペイロード部54における既知のシンボル系列は、ペイロード部プリアンブルとも称される。
The
以上、本実施形態に係る無線通信システムの構成例について説明した。続いて、本発明の実施形態に係る無線通信装置の構成例について説明する。 The configuration example of the wireless communication system according to the present embodiment has been described above. Subsequently, a configuration example of a wireless communication apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
<<2.無線通信装置の構成例>>
以下では、図3、4を参照しながら、本発明の実施形態に係る無線通信装置の構成例について説明する。図3は、本発明の実施形態に係る無線通信装置である無線局10の構成例を示すブロック図である。図3に示すように、本実施形態に係る無線局10は、通信部100、制御部130を備える。
<< 2. Configuration example of wireless communication device >>
Hereinafter, with reference to FIGS. 3 and 4, an exemplary configuration of a wireless communication apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the
(1)通信部100
通信部100は、複数の通信部を有し、各々の通信部にて無線信号を受信する機能を有する。例えば、通信部100は、複数の通信部の各々が備えるアンテナにて、無線端末20とパケットを送受信する。より具体的に、本実施形態に係る通信部100は、図3に示すように、第1の通信部110、第2の通信部120を備える。第1の通信部110は、アンテナ112、復調器114、ADC(Analog to Digital Converter)116で構成されている。また、第2の通信部120は、アンテナ122、復調器124、ADC126で構成されている。なお、本実施形態では、通信部100は、上述のアンテナ、復調器、及びADCで構成される通信部を少なくとも2組有する。
(1)
The
(第1の通信部110)
・アンテナ112
アンテナ112は、単一の又は複数のアンテナ素子を有し、他の通信装置のアンテナとの間で無線信号を送受信する機能を有する。例えば、アンテナ112は、無線端末20のアンテナから送信された無線信号を受信する。そして、アンテナ112は、受信した無線信号を受信信号として復調器114へ出力する。
(First communication unit 110)
・
The
・復調器114
復調器114は、受信信号を復調する機能を有する。例えば、復調器114は、アンテナ112から入力された受信信号をアナログのベースバンド受信信号に変換する。そして、復調器114は、当該アナログのベースバンド受信信号をADC116へ出力する。
・
The
・ADC116
ADC116は、アナログ−デジタル変換回路(A/D変換回路)であり、アナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有する。例えば、ADC116は、復調器114から受信したアナログのベースバンド受信信号をデジタルのベースバンド受信信号に変換する、そして、ADC116は、当該デジタルのベースバンド受信信号を制御部130へ出力する。
・
The
(第2の通信部120)
・アンテナ122
アンテナ122は、上述したアンテナ112と同一の機能を有しており、重複した説明を避けるため、その説明を省略する。ただし、アンテナ122が受信した無線信号を受信信号として復調器124へ出力する点は異なる。
(Second communication unit 120)
・
The
・復調器124
復調器124は、上述した復調器114と同一の機能を有しており、重複した説明を避けるため、その説明を省略する。ただし、復調器124がアナログのベースバンド受信信号をADC126へ出力する点は異なる。
・
The
・ADC126
ADC126は、上述したADC116と同一の機能を有しており、重複した説明を避けるため、その説明を省略する。
・
The
(2)制御部130
制御部130は、通信部100は受信した無線信号に関する処理を制御する機能を有する。例えば、制御部130は、無線端末20から受信した受信信号の先頭タイミングを推定する機能を有する。
(2)
The
上述の機能を実現するために、本実施形態に係る制御部130は、図3に示すように、FPGA(Field Programmable Gate Array)132、及び記憶部134を備える。
In order to realize the above-described function, the
(FPGA132)
FPGA132は、デジタル信号処理を行う機能を有し、上述した受信信号の先頭タイミングを推定する。ここで、FPGAとは、製造後にユーザが構成を書き換えることができる集積回路である。例えば、FPGA132は、受信信号に対してデジタル信号処理を行い、インパルス応答を推定する。そして、FPGA132は、当該インパルス応答に基づき、受信信号の先頭タイミングを推定する。なお、本実施形態のFPGA132は、デジタル信号処理として相互相関処理を行うが、先頭タイミングの推定に関するデジタル信号処理は、相互相関処理に限定されず、任意の処理であってもよい。
(FPGA132)
The
まず、パケットの先頭タイミングを算出するにあたり、FPGA132は、通信部100の複数のアンテナが受信した各々の無線信号(受信信号)に対して伝搬路のインパルス応答を推定する信号処理を行う。より具体的に、FPGA132は、第1の通信部110が受信した受信信号と、第2の通信部120が受信した受信信号の各々に対して既知信号を用いて相互相関処理を行う。この時、FPGA132は、各々の受信信号のプリアンブル部50に対して既知信号を用いて相互相関処理を行う。そして、FPGA132は、相互相関処理の結果に基づき、第1の通信部110の受信信号のチャネルインパルス応答をCIR1と推定し、第2の通信部120の受信信号のチャネルインパルス応答をCIR2と推定する。
First, in calculating the head timing of the packet, the
ここで、図4を参照しながらチャネルインパルス応答の例について説明する。図4は、本発明の実施形態に係るチャネルインパルス応答の例を示す説明図である。図4に示すグラフは、FPGA132が相互相関処理により算出した相互相関値に基づくチャネルインパルス応答CIRを示している。また、縦軸は相互相関値を、横軸は時間を示している。
Here, an example of a channel impulse response will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of a channel impulse response according to the embodiment of the present invention. The graph shown in FIG. 4 shows the channel impulse response CIR based on the cross-correlation value calculated by the
図4には、第1の通信部110のアンテナ112で受信された受信信号のチャネルインパルス応答CIR1と、第2の通信部120のアンテナ122で受信された受信信号のチャネルインパルス応答CIR2が示されている。アンテナ112とアンテナ122の設置位置が異なるため、無線伝搬路が異なり、FPGA132が推定するCIR1とCIR2は、異なる形状を示す。例えば、図4に示すように、CIR1の相互相関値は、先頭部の相互相関値70の振幅レベルが高く、先頭部以外の相互相関値72の振幅レベルと先頭部の相互相関値70の振幅レベルとの差が大きい。また、CIR2の相互相関値は、先頭部の相互相関値80の振幅レベルが高く、先頭部以外の相互相関値82の振幅レベルと先頭部の相互相関値80の振幅レベルとの差は、CIR1の場合と比較して小さく、時間経過に伴いなだらかに減少している。
FIG. 4 shows the channel impulse response CIR1 of the received signal received by the
上述のように、CIR2の先頭部の相互相関値80の振幅レベルと先頭部以外の相互相関値82の振幅レベルの差は小さい。よって、後述する理由により、CIR2に基づき推定される先頭タイミングは、CIR1に基づき推定される先頭タイミングと比較し、推定誤差が生じやすい。
As described above, the difference between the amplitude level of the
そこで、本実施形態では、FPGA132は、信号処理の結果に基づき遅延波の電力に対する直接波の電力の比率DURを算出し、当該電力の比率DURに基づき、より推定精度の高い先頭タイミングを選択する。例えば、FPGA132は、CIRの先頭部(直接波)の電力を直接波の電力として算出し、CIRの先頭部以外(遅延波)の電力和を遅延波の電力として算出する。より具体的に、図4に示すCIR1において、CIR1の時間長をT_N、CIR1の先頭部の時間長をT_H、直接波の電力をα1、遅延波の電力和をβ1とすると、遅延波の電力和β1に対する直接波の電力α1の比率DUR1は、下記数式1により算出される。なお、図4に示すCIR1の場合、CIR1の時間長はT_N=6、先頭部の時間長はT_H=1である。
Therefore, in the present embodiment, the
同様に、図4に示すCIR2において、CIR2の時間長をT_N、CIR2の先頭部の時間長をT_H、直接波の電力をα2、遅延波の電力和をβ2とすると、遅延波の電力和β2に対する直接波の電力α2の比率DUR2は、下記数式2により算出される。なお、図4に示すCIR2の場合、CIR2の時間長はT_N=6、CIR2の先頭部の時間長はT_H=1である。
Similarly, in CIR2 shown in FIG. 4, assuming that the time length of CIR2 is T_N, the time length of the head of CIR2 is T_H, the power of the direct wave is α2, and the power sum of the delay waves is β2, the power sum of the delay waves β2 The ratio DUR2 of the direct wave power α2 with respect to is calculated by the following
なお、直接波の電力α1、及びα2は、ある時刻における瞬時の電力に限定されない。例えば、CIRの先頭部とみなせる時間が複数存在する場合、直接波の電力α1、及びα2は、遅延波の電力和β1、及びβ2と同様に、複数の時間における電力を足し合わせて算出されてもよい。 Note that the direct-wave powers α1 and α2 are not limited to instantaneous power at a certain time. For example, when there are a plurality of times that can be regarded as the head of the CIR, the powers α1 and α2 of the direct waves are calculated by adding the powers at a plurality of times as in the sums β1 and β2 of the delayed waves. Also good.
そして、FPGA132は、算出した比率DURが最大となるアンテナを無線信号の先頭タイミングの推定に用いるアンテナとして選択する。例えば、DUR1≧DUR2の場合、第1の通信部110のアンテナ112の受信信号から推定される先頭タイミングの推定精度が高いと判定される。よって、FPGA132は、アンテナ112を選択する。また、DUR1<DUR2の場合、第2の通信部120のアンテナ122の受信信号から推定される先頭タイミングの推定精度が高いと判定される。よって、FPGA132は、アンテナ122を選択する。
Then, the
最後に、FPGA132は、比率DURが最大となるアンテナが受信した無線信号のプリアンブル部50を用いて、無線信号の先頭タイミングを推定する。例えば、FPGA132は、比率DURが最大となるアンテナとして第1の通信部110のアンテナ112を選択した場合、アンテナ112の受信信号の先頭タイミングT_EST1を推定する。また、FPGA132は、比率DURが最大となるアンテナとして第2の通信部120のアンテナ122を選択した場合、アンテナ122の受信信号の先頭タイミングT_EST2を推定する。
Finally, the
なお、FPGA132は、比率DURが最大となるアンテナを選択してから受信信号の先頭タイミングを推定するのではなく、アンテナを選択する前に予め先頭タイミングを推定しておいてもよい。例えば、FPGA132は、CIR1を推定した際に、アンテナ112の受信信号の先頭タイミングT_EST1も推定し、記憶部134に格納する。また、FPGA132は、CIR2を推定した際に、アンテナ122の受信信号の先頭タイミングT_EST2も推定し、記憶部134に格納する。そして、FPGA132は、チャネルインパルス応答に基づくアンテナの選択後、選択されたアンテナの受信信号に対応する先頭タイミングを記憶部134から取得して用いてもよい。
Note that the
一般的に、広域無線通信におけるマルチパス伝搬路を経由した受信信号に対しては、パケット信号処理の前に等化処理が行われる。等化処理により、マルチパスの各成分がコヒーレントに合成される。よって、通信路復号化時のパケット誤り率を低減するためにアンテナを選択する場合、DUR基準ではなく、マルチパスの電力和基準でアンテナを選択することが一般的には有効である。 In general, equalization processing is performed before packet signal processing on a received signal that has passed through a multipath propagation path in wide area wireless communication. The equalization process coherently combines the components of the multipath. Therefore, when an antenna is selected in order to reduce the packet error rate during channel decoding, it is generally effective to select the antenna based on the multipath power sum criterion instead of the DUR criterion.
例えば、2つのアンテナを有する通信部において、1つのアンテナにおける電力和をSUM1とし、もう1つのアンテナにおける電力和をSUM2とすると、SUM1とSUM2は、下記数式3により算出される。 For example, in a communication unit having two antennas, assuming that the sum of power in one antenna is SUM1 and the sum of power in another antenna is SUM2, SUM1 and SUM2 are calculated by the following Equation 3.
そして、SUM1とSUM2を比較し、大きい方のアンテナを選択することで、等化された受信信号の信号処理におけるパケット誤り率を低減することができる。なお、下記表1には、上述したパケットの復号において有利なアンテナの選択基準の例が示されている。上述した電力和基準の場合、表1が示すように、SUM1の方がSUM2より大きければ、DURの大小に関係なく、アンテナ112が選択される。また、SUM2の方がSUM1より大きければ、アンテナ122が選択される。
Then, by comparing SUM1 and SUM2 and selecting the larger antenna, it is possible to reduce the packet error rate in the signal processing of the equalized received signal. Table 1 below shows examples of antenna selection criteria that are advantageous in the above-described packet decoding. In the case of the above-described power sum reference, as shown in Table 1, if SUM1 is larger than SUM2, the
一方、本実施形態では、CIRの先頭部以外の成分が受信信号の先頭タイミングを推定する際の誤差要因であるとする。その場合、SUM1<SUM2であってもDUR1≧DUR2であれば、パケット誤り率が悪い方のアンテナを選択し、当該アンテナの受信信号を積極的に使うことで、受信信号の先頭タイミングをより精度よく推定することができる。また、先頭タイミングの推定精度が向上することで、当該先頭タイミングの時間情報に基づく無線端末20の位置推定の精度も向上する。
On the other hand, in the present embodiment, components other than the head portion of the CIR are assumed to be error factors when estimating the head timing of the received signal. In that case, even if SUM1 <SUM2, if DUR1 ≧ DUR2, the antenna with the worse packet error rate is selected, and the reception signal of the antenna is positively used to make the head timing of the reception signal more accurate. Can be estimated well. In addition, since the accuracy of estimating the start timing is improved, the accuracy of position estimation of the
なお、下記表2には、上述した先頭タイミングの推定において有利となるアンテナの選択基準の例が示されている。上述したDUR基準の場合、表2が示すように、DUR1の方がDUR2より大きければ、SUMの大小に関係なく、アンテナ112が選択される。また、DUR2の方がDUR1より大きければ、アンテナ122が選択される。
Table 2 below shows an example of an antenna selection criterion that is advantageous in the above-described head timing estimation. In the case of the DUR standard described above, as shown in Table 2, if DUR1 is larger than DUR2, the
(記憶部134)
記憶部134は、無線局10に関する情報を記憶するための装置である。例えば、記憶部134は、FPGA132の処理において出力されるデータや、各種アプリケーション等のデータを記憶する。
(Storage unit 134)
The
以上、図3、4を参照しながら、本発明の実施形態に係る無線通信装置の構成例について説明した。続いて、本発明の実施形態に係る無線通信装置の動作例について説明する。 The configuration example of the wireless communication apparatus according to the embodiment of the present invention has been described above with reference to FIGS. Subsequently, an operation example of the wireless communication apparatus according to the embodiment of the present invention will be described.
<<3.動作例>>
以下では、図5を参照しながら、本発明の実施形態に係る無線通信装置の動作例について説明する。図5は、本発明の実施形態に係る無線通信装置である無線局10の動作例を示すシーケンスである。
<< 3. Operation example >>
Hereinafter, an operation example of the wireless communication apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a sequence showing an operation example of the
図5に示すように、まず、無線局10の通信部100、すなわち第1の通信部110と第2の通信部120は、無線端末20から無線信号を受信する(ステップS1000)。ステップS1000以降、ステップS1004〜1016の処理と、ステップS1020〜S1032までの処理は並列処理が可能である。
As shown in FIG. 5, first, the
1つ目の並列処理として、まず、制御部130は、第1の通信部110が受信した無線信号のプリアンブル部50に対して、相互相関処理を実施する(ステップS1004)。制御部130は、相互相関処理によりチャネルインパルス応答CIR1を推定する(ステップS1008)。制御部130は、CIR1の先頭部の電力α1と、先頭部以外の電力和β1を算出する(ステップS1012)。制御部130は、算出した電力α1と電力和β1に基づき、電力の比率DUR1を算出する(ステップS1016)。
As the first parallel processing, first, the
2つ目の並列処理として、まず、制御部130は、第2の通信部120が受信した無線信号のプリアンブル部50に対して、相互相関処理を実施する(ステップS1020)。制御部130は、相互相関処理によりチャネルインパルス応答CIR2を推定する(ステップS1024)。制御部130は、CIR2の先頭部の電力α2と、先頭部以外の電力和β2を算出する(ステップS1028)。制御部130は、算出した電力α2と電力和β2に基づき、電力の比率DUR2を算出する(ステップS1032)。以上で、制御部130は、並列処理を終了する。
As the second parallel processing, first, the
並列処理終了後、制御部130は、DUR1とDUR2の大きさを比較する(ステップS1036)。DUR1がDUR2よりも大きい場合(ステップS1036/YES)、制御部130は、第1の通信部110で受信した無線信号を先頭タイミングの推定に用いると判定する(ステップS1040)。また、DUR1がDUR2よりも小さい場合(ステップS1036/NO)、制御部130は、第2の通信部120で受信した無線信号を先頭タイミングの推定に用いると判定する(ステップS1044)。
After completing the parallel processing, the
以上、図5を参照しながら、本発明の実施形態に係る無線通信装置の動作例について説明した。 The operation example of the wireless communication apparatus according to the embodiment of the present invention has been described above with reference to FIG.
以上、図1〜5を参照しながら、本発明の実施形態について説明した。続いて、本発明の実施形態に係る変形例について説明する。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to FIGS. Then, the modification concerning an embodiment of the present invention is explained.
<<4.変形例>>
以下では、本発明の実施形態の幾つかの変形例を説明する。なお、以下に説明する各変形例は、単独で本発明の実施形態に適用されてもよいし、組み合わせで本発明の実施形態に適用されてもよい。また、各変形例は、本発明の実施形態で説明した構成に代えて適用されてもよいし、本発明の実施形態で説明した構成に対して追加的に適用されてもよい。
<< 4. Modified example >>
Hereinafter, some modifications of the embodiment of the present invention will be described. In addition, each modification described below may be independently applied to the embodiment of the present invention, or may be applied to the embodiment of the present invention in combination. Each modification may be applied instead of the configuration described in the embodiment of the present invention, or may be additionally applied to the configuration described in the embodiment of the present invention.
(第1の変形例)
上述の実施形態では、FPGA132が直接波の電力と遅延波の電力をそのまま用いて、電力の比率DURを算出する例を説明したが、FPGA132は、直接波と遅延波の電力の各々に重みを適用した上で、電力の比率DURを算出してもよい。例えば、FPGA132は、時間の経過に応じた重みを設定し、直接波の電力及び遅延波の電力に当該重みを掛け合わせる。より具体的に、FPGA132は、直接波の電力に対する重みを1と設定し、遅延波の電力に対する重みを時間経過に伴い0.75、0.50、0.25と小さくなるように設定する。また、当該重みをWEI(k)とすると、遅延波の電力和β1に対する直接波の電力α1の比率DUR1、及び遅延波の電力和β2に対する直接波の電力α2の比率DUR2は、下記数式4により算出される。
(First modification)
In the above-described embodiment, the example in which the
仮に、遅延波の電力を算出する際の時間長を長く設定した場合、遅延波の電力和を算出する際に足し合わせる電力の数が多くなってしまう。その場合、重要度の低い電力も電力和に含まれてしまい、電力の比率DURの算出精度に影響を与えてしまう。そこで、上述のように、FPGA132は、直接波と遅延波の電力に経過時間に応じた重みを掛け合わせる。時間長を長く設定した場合でも重要度の低い電力の重みを小さく設定することで、その影響度を小さくすることができる。よって、FPGA132は、重みを設定することで、より適切にアンテナを選択することができる。
If the time length for calculating the power of the delay wave is set to be long, the number of powers to be added when calculating the power sum of the delay wave is increased. In that case, low-importance power is also included in the power sum, which affects the calculation accuracy of the power ratio DUR. Therefore, as described above, the
(第2の変形例)
上述の実施形態では、制御部130が1つのアンテナを選択する例について説明したが、制御部130は、1つのアンテナを選択しなくてもよい。より具体的に、上述の実施形態では、制御部130は、複数のアンテナの各々で算出された電力の比率DURに基づき1つのアンテナを選択し、当該アンテナが受信した無線信号に基づき先頭タイミングを算出した。第2の変形例では、制御部130は、複数のアンテナの各々で算出された電力の比率DURを、信頼度を示す重みとする。そして、制御部130は、各々のアンテナが受信した無線信号に基づき推定された先頭タイミングに当該重みを適用し、先頭タイミングを算出してもよい。
(Second modification)
Although the above-mentioned embodiment explained an example which control
例えば、制御部130は、第1の通信部110における電力の比率をDUR1、先頭タイミングをT_EST1とする。また、制御部130は、第2の通信部120における電力の比率をDUR2、先頭タイミングをT_EST2とする。信頼度を示す重みを適用した先頭タイミングT_EST_COMは、下記数式5により算出される。
For example, the
上述のように、制御部130は、アンテナを1つに選択せずに、複数のアンテナの各々で算出された先頭タイミングに対して比率DURに基づく重みを適用することで、より信頼度の高い先頭タイミングを算出することができる。さらに、制御部130が算出したより信頼度の高い先頭タイミングの時間情報を用いることで、無線端末20の位置は、より精度よく推定される。
As described above, the
(第3の変形例)
上述の実施形態では、制御部130が1つの無線パケットに対して信号処理を行う例について説明したが、制御部130は、複数の無線パケットに対して信号処理を行ってもよい。例えば、制御部130は、無線端末20の移動に対して、伝搬路の時間変動が準静的とみなせる時間間隔内に含まれるN_STA個のパケットに対して信号処理を行う。より具体的に、制御部130は、N_STA個のパケットの各々のCIR1(k)とCIR2(k)を算出し、N_STA個で平均化したCIR1_AVE(k)とCIR2_AVE(k)を算出する。算出したCIR1_AVE(k)とCIR2_AVE(k)に基づき、制御部130は、さらにDUR1_AVEとDUR2_AVEを算出する。そして、制御部130は、DUR1_AVEとDUR2_AVEを比較し、大きい方のアンテナを選択する。
(Third modification)
In the above-described embodiment, an example in which the
上述のように、制御部130は、複数の無線パケットに対して信号処理を行った結果に基づきアンテナを選択することで、受信した無線信号に含まれる熱雑音に起因したアンテナ選択誤りを低減することができる。アンテナ選択誤りを低減することで、制御部130は、先頭タイミングをより精度よく推定することができる。さらに、制御部130が精度よく推定した当該先頭タイミングの時間情報を用いることで、無線端末20の位置は、TDOA方式やTOA方式等においてより精度よく推定される。
As described above, the
以上、本発明の実施形態に係る変形例について説明した。続いて、本発明の実施形態に係る無線局10のハードウェア構成について説明する。
Hereinabove, the modification according to the embodiment of the present invention has been described. Subsequently, the hardware configuration of the
<<5.ハードウェア構成>>
最後に、図6を参照しながら、本発明の実施形態に係る無線通信装置ハードウェア構成について説明する。図6は、本発明の実施形態に係る無線通信装置である無線局10のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る無線局10による情報処理は、ソフトウェアと、以下に説明するハードウェアとの協働により実現される。
<< 5. Hardware configuration >>
Finally, the hardware configuration of the wireless communication apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram showing an example of a hardware configuration of the
無線局10は、CPU(Central Processing Unit)101と、ROM(Read Only Memory)103と、RAM(Random Access Memory)105を備える。また、無線局10は、ストレージ装置107と、ネットワークインタフェース109とを備える。
The
CPU101は、演算処理装置および制御装置として機能し、各種プログラムに従って無線局10内の動作全般を制御する。また、CPU101は、マイクロプロセッサであってもよい。ROM103は、CPU101が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。RAM105は、CPU101の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する。これらはCPUバスなどから構成されるホストバスにより相互に接続されている。CPU101、ROM103およびRAM105は、例えば、図3を参照して説明した制御部130の機能を実現し得る。
The
ストレージ装置107は、データ格納用の装置である。ストレージ装置107は、記憶媒体、記憶媒体にデータを記録する記録装置、記憶媒体からデータを読み出す読出し装置および記憶媒体に記録されたデータを削除する削除装置などを含んでもよい。ストレージ装置107は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)またはSSD(Solid Strage Drive)、あるいは同等の機能を有するメモリ等で構成される。このストレージ装置107は、ストレージを駆動し、CPU101が実行するプログラムや各種データを格納する。ストレージ装置107は、例えば、図3を参照して説明した記憶部134の機能を実現し得る。
The
ネットワークインタフェース109は、例えば、ネットワークに接続するための通信デバイス等で構成された通信インタフェースである。かかる通信インタフェースは、例えば、Bluetooth(登録商標)またはZigBee(登録商標)等の近距離無線通信インタフェースや、無線LAN(Local Area Network)、Wi−Fi(登録商標)、または携帯通信網(LTE、3G)等の通信インタフェースである。また、ネットワークインタフェース109は、有線による通信を行う有線通信装置であってもよい。ネットワークインタフェース109は、例えば、図3を参照して説明した通信部100の機能を実現し得る。
The
以上、図6を参照しながら、無線通信装置のハードウェア構成例について説明した。 The hardware configuration example of the wireless communication apparatus has been described above with reference to FIG.
<<6.むすび>>
以上説明したように、本発明の実施形態に係る無線通信装置では、まず、通信部100の複数のアンテナの各々が他の無線端末20から無線信号を受信する。当該無線信号に対して、制御部130は、伝搬路のインパルス応答を推定する信号処理を行う。当該信号処理の結果に基づき、制御部130は、遅延波に対する直接波の電力の比率を算出する。そして、制御部130は、当該比率が最大となるアンテナを選択することができる。
<< 6. End >>
As described above, in the wireless communication apparatus according to the embodiment of the present invention, first, each of the plurality of antennas of the
その結果、制御部130は、選択したアンテナが受信した無線信号に基づき、無線信号の先頭タイミングをより精度よく算出することができる。
As a result, the
よって、受信信号の先頭タイミングをより精度よく推定することが可能な、新規かつ改良された無線通信装置、及びプログラムを提供することが可能である。 Therefore, it is possible to provide a new and improved wireless communication apparatus and program capable of estimating the head timing of the received signal with higher accuracy.
<<7.補足>>
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
<< 7. Supplement >>
The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that those skilled in the art to which the present invention belongs can conceive of various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also fall within the technical scope of the present invention.
なお、本明細書の無線通信システムの処理における各ステップは、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、無線通信システムの処理における各ステップは、フローチャートとして記載した順序と異なる順序で処理されても、並列的に処理されてもよい。また、追加的な処理ステップが採用されてもよく、一部の処理ステップが省略されてもよい。 Note that each step in the processing of the wireless communication system of the present specification does not necessarily have to be processed in time series in the order described as the flowchart. For example, each step in the processing of the wireless communication system may be processed in an order different from the order described as the flowchart, or may be processed in parallel. Further, additional processing steps may be employed, and some processing steps may be omitted.
また、スマートフォン、タブレット等のモバイル端末、本実施形態の無線端末20等に内蔵されるCPU、ROMおよびRAMなどのハードウェアに、上述した無線局10の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供される。
In addition, hardware, such as a mobile terminal such as a smartphone and a tablet, and a CPU, a ROM, and a RAM incorporated in the
10 無線局
20 無線端末
100 通信部
110 第1の通信部
112 アンテナ
114 復調器
116 ADC
120 第2の通信部
122 アンテナ
124 復調器
126 ADC
130 制御部
132 FPGA
134 記憶部
DESCRIPTION OF
120
130
134 storage unit
Claims (8)
前記複数のアンテナが受信した各々の前記無線信号に対して伝搬路のインパルス応答を推定する信号処理を行い、前記信号処理の結果に基づき遅延波の電力に対する直接波の電力の比率を算出し、前記比率が最大となるアンテナを前記無線信号の先頭タイミングの推定に用いるアンテナとして選択する制御部と、
を備える、無線通信装置。 A communication unit having a plurality of antennas for receiving radio signals from other radio terminals;
Performing signal processing for estimating an impulse response of a propagation path for each of the radio signals received by the plurality of antennas, and calculating a ratio of direct wave power to delayed wave power based on the result of the signal processing; A control unit that selects the antenna having the maximum ratio as an antenna to be used for estimation of the start timing of the radio signal;
A wireless communication device comprising:
他の無線端末からの無線信号を受信する複数のアンテナを有する通信部と、
前記複数のアンテナが受信した各々の前記無線信号に対して伝搬路のインパルス応答を推定する信号処理を行い、前記信号処理の結果に基づき遅延波の電力に対する直接波の電力の比率を算出し、前記比率が最大となるアンテナを前記無線信号の先頭タイミングの推定に用いるアンテナとして選択する制御部と、
として機能させるための、プログラム。 Computer,
A communication unit having a plurality of antennas for receiving radio signals from other radio terminals;
Performing signal processing for estimating an impulse response of a propagation path for each of the radio signals received by the plurality of antennas, and calculating a ratio of direct wave power to delayed wave power based on the result of the signal processing; A control unit that selects the antenna having the maximum ratio as an antenna to be used for estimation of the start timing of the radio signal;
Program to function as
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