JP2021089236A - 携帯端末距離推定システムおよび車載システム - Google Patents

Abstract

【課題】精度よく携帯端末までの距離を推定することができる携帯端末距離推定システムを提供する。【解決手段】車両に搭載され、超広帯域通信により、インパルス信号である応答要求信号を送信するＵＷＢ通信機１２と、ユーザに携帯され、応答要求信号を受信した場合に、インパルス信号である応答信号を車載通信機に送信する携帯端末と、ＵＷＢ通信機１２が、応答要求信号を送信してから、応答信号を受信するまでのラウンドトリップ時間Ｔｐに基づいて、ＵＷＢ通信機１２と携帯端末との間の距離を推定する距離推定部Ｆ５とを備えた携帯端末距離推定システムであって、ＵＷＢ通信機１２および携帯端末は、超広帯域通信する周波数帯域が可変であり、広帯域化条件が成立した場合、ＵＷＢ通信機１２および携帯端末は、広帯域化条件が成立しない場合よりも通信周波数を広帯域化することで、波形の立ち上がりを急峻にしたインパルス信号を送受信する。【選択図】図５

Description

本開示は、携帯端末から車両に搭載されている車載通信機までの信号の伝播時間に基づいて、車載通信機から携帯端末までの距離を推定する携帯端末距離推定システム、および、車載システムに関する。

位置が既知の３以上の車載通信機がスマートフォン等の携帯端末と無線通信を行うことで各車載通信機から携帯端末までの距離を特定する方法が提案されている。また、各車載通信機から携帯端末までの距離に基づいて携帯端末の位置を推定する方法も知られている。車載通信機から携帯端末までの距離は、例えば、計測された電波の伝播時間（換言すれば飛行時間）に電波の速度を乗じることで算出される。なお、電波の伝播時間を用いた測位方式としては、ＴＯＡ（Time Of Arrival）方式や、ＴＤＯＡ（Time Difference Of Arrival）方式などがある。

特許文献１には車載システムと携帯端末とがＵＷＢ（Ultra Wide Band）通信可能に構成されており、車載システムが、ＵＷＢ通信で用いられるインパルス信号を送信してから携帯端末からの応答信号を受信するまでの時間（以降、ラウンドトリップ時間）に基づいて車両に対する携帯端末の距離を推定する構成が開示されている。

特許第６０９３６４７号公報

特許文献１に開示されているように携帯端末−車載通信機間のインパルス信号の伝播時間を用いて、車両に対する携帯端末の相対位置を推定する場合、伝播時間の計測誤差が車載通信機から携帯端末までの距離（ひいては位置）の推定精度に与える影響が大きい。具体的には、伝播時間が１ナノ秒ずれるだけで、車載通信機から携帯端末までの推定距離が３０センチずれてしまう。

伝播時間は、携帯端末および車載通信機の一方がインパルス信号を送信してから他方がインパルス信号を受信したことを検出するまでの時間である。インパルス信号を受信したことを検出する処理は、受信信号の強度が閾値を超えたことを検出する処理である。

受信信号の強度が閾値を超える時刻と、受信信号の強度がピークとなる時刻との間には時間差がある。受信信号の検出時刻と、受信信号のピーク時刻との時間差が大きいと、距離の誤差が大きくなってしまう。

本開示は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、精度よく携帯端末までの距離を推定することができる携帯端末距離推定システム、および車載システムを提供することにある。

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示した技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するための携帯端末距離推定システムに係る１つの開示は、
車両（Ｈｖ）に搭載され、超広帯域通信により、インパルス信号である応答要求信号を送信する車載通信機（１２）と、
ユーザに携帯され、超広帯域通信により応答要求信号を受信し、かつ、応答要求信号を受信した場合に、インパルス信号である応答信号を車載通信機に送信する携帯端末（２）と、
車載通信機が、応答要求信号を送信してから、応答信号を受信するまでのラウンドトリップ時間（Ｔｐ）に基づいて、車載通信機と携帯端末との間の距離を推定する距離推定部（Ｆ５）とを備えた携帯端末距離推定システムであって、
携帯端末は、応答要求信号の受信強度が検出閾値を超えた時刻を、応答要求信号を受信した時刻とし、
車載通信機は、応答信号の受信強度が検出閾値を超えた時刻を、応答信号を受信した時刻とし、
車載通信機および携帯端末は、超広帯域通信する周波数帯域が可変であり、
広帯域化条件が成立した場合、車載通信機および携帯端末は、広帯域化条件が成立しない場合よりも通信周波数を広帯域化することで、波形の立ち上がりを急峻にしたインパルス信号を送受信する。

インパルス信号の波形の立ち上がりが急峻である方が、受信信号としてインパルス信号において、検出閾値を超えた時点と、受信信号のピーク時点との時間差が短くなる。しかし、インパルス信号の立ち上がりを急峻にするためには、インパルス信号が使う周波数帯域を広くする必要がある。そこで、広帯域化条件が成立した場合に限り、通信周波数を広帯域化することで、波形の立ち上がりを急峻にする。このようにすることで、法規制を遵守しつつ、精度よく携帯端末までの距離を推定することができる。

上記目的を達成するための車載システムは、上記携帯端末距離推定システムが備えることができる車載システムである。すなわち、その車載システムは、
車両に搭載され、超広帯域通信により、インパルス信号である応答要求信号を送信する車載通信機（１２）と、
車載通信機が、応答要求信号を送信してから、ユーザに携帯される携帯端末から送信されたインパルス信号である応答信号を受信するまでのラウンドトリップ時間（Ｔｐ）に基づいて、車載通信機と携帯端末との間の距離を推定する距離推定部（Ｆ５）とを備えた車載システムであって、
車載通信機は、
応答信号の受信強度が検出閾値を超えた時刻を、応答信号を受信した時刻とし、
超広帯域通信する周波数帯域が可変であり、
広帯域化条件が成立した場合、広帯域化条件が成立しない場合よりも通信周波数を広帯域化することで、波形の立ち上がりを急峻にしたインパルス信号を送信する。

デジタルキーシステムの全体構成を示す図である。 スマートフォン２の内部構成の一部を示すブロック図である。 車載システム１の構成を説明するブロック図である。 ＵＷＢ通信機１２の取り付け位置の一例を説明する図である。 スマートＥＣＵ１１およびＵＷＢ通信機１２の構成を示すブロック図である。 ＵＷＢ通信機１２が備える送信回路３１１の構成を示すブロック図である。 ＵＷＢ通信機１２が備える受信回路３２２の構成を示すブロック図である。 ラウンドトリップ時間Ｔｐを説明する図である。 車両Ｈｖからスマートフォン２へのインパルス信号の送受信を示す図である。 スマートフォン２から車両Ｈｖへのインパルス信号の送受信を示す図である。 位置推定処理においてスマートＥＣＵ１１が実行する処理を示すフローチャートである。

以下、本開示の携帯端末距離推定システムを、図を用いて説明する。以下の実施形態では、携帯端末距離推定システムの機能を備えるデジタルキーシステムを説明する。図１に示すように、実施形態のデジタルキーシステムは、車両Ｈｖに搭載された車載システム１と、当該車両Ｈｖのユーザによって携帯される携帯端末であるスマートフォン２とを備えている。

〔全体の概要〕
スマートフォン２は車載システム１に対するデジタルキーとして機能する。スマートフォン２がデジタルキーとして機能するためには、車載システム１によって認証されるデジタルキー情報を、車載システム１に送信する必要がある。スマートフォン２は、デジタルキー情報を、事前にサーバなどから取得して記憶している。

デジタルキー情報は有効期限があり、有効期限内であれば車載システム１は、スマートフォン２による車載装置の操作を許可する。ただし、車載システム１がスマートフォン２による車載装置の操作を許可する条件は、デジタルキー情報が認証できることのみではない。車両Ｈｖに対するスマートフォン２の位置あるいは距離も条件とする。したがって、車載システム１はスマートフォン２の距離あるいは位置を決定する。

車載システム１がスマートフォン２の距離あるいは位置を決定するために、車載システム１とスマートフォン２との間の電波を利用する。具体的には、電波の伝播時間を利用する。伝播時間を精度よく測定するために、車載システム１とスマートフォン２は、ＵＷＢ−ＩＲ（Ultra Wide Band - Impulse Radio）方式の無線通信（以降、ＵＷＢ通信）を実施可能に構成されている。すなわち、車載システム１とスマートフォン２はＵＷＢ通信で使用されるインパルス状の電波（以降、インパルス信号）を送受信可能に構成されている。ＵＷＢ通信で用いられるインパルス信号とは、パルス幅が極短時間（たとえば２ナノ秒）であって、かつ、５００ＭＨｚ程度あるいはそれ以上の帯域幅（つまり超広帯域幅）を有する信号である。なお、ＵＷＢ通信は超広帯域通信と呼ばれることもある。

ＵＷＢ通信に利用できる周波数帯（以降、ＵＷＢ帯）は、法規により定められている。たとえば、３．２ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚや、３．４ＧＨｚ〜４．８ＧＨｚ、７．２５ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚ、２２ＧＨｚ〜２９ＧＨｚ等が規定されている。

日本では、２種類のＵＷＢ帯が規定されている。これら２種類のＵＷＢ帯のうち、相対的に低いＵＷＢ帯（以下、低ＵＷＢ帯）は３．４〜４．８ＧＨｚである。高い側のＵＷＢ帯（以下、高ＵＷＢ帯）は７．２５〜１０．２５ＧＨｚである。低周波数帯域である低ＵＷＢ帯の帯域幅は１．４ＧＨｚであるのに対して、高周波数帯域である高ＵＷＢ帯の帯域幅は３ＧＨｚであり、高ＵＷＢ帯の方が広帯域である。インパルス信号に使用される周波数帯は、当該車両Ｈｖが使用される国に応じて適宜選定されればよい。本実施形態におけるインパルス信号は、日本で使用可能な上記２種類の周波数帯で送受信される。

ＵＷＢ−ＩＲ通信の変調方式としては、パルスの発生位置で変調を行うＰＰＭ（pulse position modulation）方式など、多様なものを採用可能である。具体的には、オンオフ変調（ＯＯＫ：On Off Keying）方式や、パルス幅変調（PWM：Pulse Width Modulation）、パルス振幅変調（PAM：Pulse-Amplitude Modulation）方式、パルス符号変調（PCM：Pulse-Code Modulation）などを採用可能である。なお、オンオフ変調方式はインパルス信号の存在／欠如によって情報（たとえば０と１）を表現する方式であり、パルス幅変調方式はパルス幅によって情報を表現する方式である。パルス振幅変調方式は、インパルス信号の振幅によって情報を表現する方式である。パルス符号変調方式はパルスの組み合わせによって情報を表現する方式である。

また、本実施形態の車載システム１とスマートフォン２は、第２の通信方式として、Bluetooth Low Energy（Bluetoothは登録商標）規格に準拠した無線通信（以降、ＢＬＥ通信）も実施可能に構成されている。なお、第１の通信方式とは前述のＵＷＢ通信を指す。第２の通信方式としては、Bluetooth Low Energy以外にも、たとえばWi-Fi（登録商標）、ZigBee（登録商標）等、通信距離を１０メートル程度に設定可能な多様な近距離無線通信方式を採用可能である。第２の通信方式は、たとえば、数メートル〜数１０メートル程度の通信距離を提供可能なものであればよい。以降では、ＵＷＢ通信の信号とＢＬＥ通信の信号とを区別するために、ＢＬＥ規格に準拠した無線信号のことをＢＬＥ信号とも記載する。以下、車載システム１、およびスマートフォン２の具体的な構成について順に説明する。

〔スマートフォン２の構成〕
まず、スマートフォン２の構成および作動について説明する。スマートフォン２は、図２に示すように、ＵＷＢ通信部２１、ＢＬＥ通信部２２、広域通信部２３、ＧＮＳＳ受信器２４、端末記憶部２５、通知部２６、入力装置２７および端末側制御部２８を備える。端末側制御部２８は、ＵＷＢ通信部２１、ＢＬＥ通信部２２、広域通信部２３、ＧＮＳＳ受信器２４、端末記憶部２５、通知部２６、入力装置２７のそれぞれと相互通信可能に接続されている。

ＵＷＢ通信部２１は、ＵＷＢのインパルス信号を送受信するための通信モジュールである。ＵＷＢ通信部２１は、端末側制御部２８から入力されたベースバンド信号に合わせたインパルス信号をＵＷＢ通信により送信する。ＵＷＢ通信部２１の構成は、後述するＵＷＢ通信機１２と同じである。また、ＵＷＢ通信部２１は、車載システム１から送信された複数のインパルス信号からなるパルス系列信号を受信すると、受信した信号からベースバンド信号を復元する。そして、ベースバンド信号を端末側制御部２８に出力する。

ＢＬＥ通信部２２は、ＢＬＥ通信を実施するための通信モジュールである。ＢＬＥ通信部２２は、車両Ｈｖから送信されたＢＬＥ信号を受信して端末側制御部２８に提供するとともに、端末側制御部２８から入力されたデータを変調して車両Ｈｖに送信する。

広域通信部２３は、公衆通信回線網を利用した広域通信が可能な通信部である。広域通信部２３は、広域通信部３１と通信することができる。ＧＮＳＳ受信器２４は、衛星航法システムであるＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）が備える航法衛星が送信する航法信号を受信し、受信した航法信号に基づいて現在位置を逐次算出する。端末記憶部２５は書き込み可能な不揮発性のメモリである。端末記憶部２５には、サーバから送信されたデジタルキー情報が記憶される。通知部２６は、表示部およびスピーカの一方または両方である。通知部２６からは、種々の通知が出力される。入力装置２７は、表示部の表示面に重畳されたタッチパネルである。

端末側制御部２８は、たとえばＣＰＵ、ＲＡＭ、およびＲＯＭ等を備えた、コンピュータを用いて実現されている。端末側制御部２８は、ＵＷＢ通信部２１から応答要求信号を示す受信データが入力されると、応答要求信号に応答する応答信号に相当するベースバンド信号を生成し、このベースバンド信号をＵＷＢ通信部２１に出力する。端末側制御部２８がＵＷＢ通信部２１に出力したベースバンド信号は、ＵＷＢ通信部２１にて変調され、応答電波として送信される。

端末側制御部２８は位置検出部２９を備える。位置検出部２９は、ＧＮＳＳ受信器２４から現在位置を取得することで、スマートフォン２の現在位置を検出する。

〔車載システム１〕
車載システム１は、スマートフォン２と所定の周波数帯の電波を用いた無線通信を実施することで、スマートフォン２の位置に応じた所定の車両制御を実施するパッシブ・エントリ・パッシブ・スタートシステム（以降、ＰＥＰＳシステム）を実現する。

たとえば車載システム１は、スマートフォン２が車両Ｈｖに対して予め設定されている作動エリア内に存在することを確認できている場合には、後述するドアボタン１４に対するユーザ操作に基づいて、ドアの施錠や開錠といった制御を実行する。また、車載システム１は、スマートフォン２との無線通信によってスマートフォン２が車室内に存在することを確認できている場合には、後述するスタートボタン１５に対するユーザ操作に基づいて、エンジンの始動制御を実行する。

作動エリアとは、当該エリア内にスマートフォン２が存在することに基づいて、車載システム１がドアの施錠や開錠といった所定の車両制御を実行するためのエリアである。たとえば、運転席用のドア付近や、助手席用のドア付近、トランクドア付近が作動エリアに設定されている。ドア付近とは、外側ドアハンドルから、所定の作動距離以内となる範囲を指す。外側ドアハンドルとは、ドアの外側面に設けられた、ドアを開閉するための把持部材を指す。作動エリアの大きさを規定する作動距離は、たとえば０．７ｍである。もちろん、作動距離は１ｍであってもよいし、１．５ｍであってもよい。作動距離は、防犯性の観点から２ｍよりも小さく設定されていることが多い。

当該車載システム１は、図３に示すように、スマートＥＣＵ１１、複数のＵＷＢ通信機１２、ＢＬＥ通信機１３、ドアボタン１４、スタートボタン１５、エンジンＥＣＵ１６、ボディＥＣＵ１７、および広域通信機１９を備える。また、車載システム１は、車載アクチュエータ１７１、車載センサ１７２なども備える。なお、部材名称中のＥＣＵは、Electronic Control Unitの略であり、電子制御装置を意味する。

スマートＥＣＵ１１は、スマートフォン２とＵＷＢ通信を実施することでドアの施開錠やエンジンの始動等の車両制御を実行するＥＣＵである。スマートＥＣＵ１１は、車両内に構築されている通信ネットワークを介してエンジンＥＣＵ１６およびボディＥＣＵ１７と相互通信可能に接続されている。また、スマートＥＣＵ１１は、ＵＷＢ通信機１２やＢＬＥ通信機１３、ドアボタン１４、スタートボタン１５とも電気的に接続されている。当該スマートＥＣＵ１１は、たとえばコンピュータを用いて実現されている。すなわち、スマートＥＣＵ１１は、ＣＰＵ１１１、フラッシュメモリ１１２、ＲＡＭ１１３、Ｉ／Ｏ１１４、およびこれらの構成を接続するバスラインなどを備えている。

フラッシュメモリ１１２には、コンピュータをスマートＥＣＵ１１として機能させるためのプログラム（以降、位置推定プログラム）等が格納されている。なお、上述の位置推定プログラムは、非遷移的実体的記録媒体（non- transitory tangible storage medium）に格納されていればよい。ＣＰＵ１１１が位置推定プログラムを実行することは、位置推定プログラムに対応する方法が実行されることに相当する。スマートＥＣＵ１１の詳細については別途後述する。

ＵＷＢ通信機１２は、スマートフォン２とＵＷＢ通信を実施するための通信モジュールである。ＵＷＢ通信機１２はスマートフォン２の位置を推定するために備えられている車載通信機である。各ＵＷＢ通信機１２は専用の通信線または車両内ネットワークを介してスマートＥＣＵ１１と相互通信可能に接続されている。各ＵＷＢ通信機１２の動作はスマートＥＣＵ１１によって制御される。各ＵＷＢ通信機１２には、固有の通信機番号が設定されている。通信機番号は、スマートフォン２にとっての端末ＩＤに相当する情報である。通信機番号は、複数のＵＷＢ通信機１２を識別するための情報として機能する。複数のＵＷＢ通信機１２の取り付け位置や電気的構成については別途後述する。

ＢＬＥ通信機１３は、ＢＬＥ通信を実施するための通信モジュールである。ＢＬＥ通信機１３はスマートＥＣＵ１１と相互通信可能に接続されている。ＢＬＥ通信機１３は、スマートフォン２から送信されたＢＬＥ信号を受信してスマートＥＣＵ１１に提供する。また、ＢＬＥ通信機１３は、スマートＥＣＵ１１から入力されたデータを変調してスマートフォン２に無線送信する。ＢＬＥ通信機１３は車両Ｈｖの任意の位置に取り付けられている。たとえばＢＬＥ通信機１３は、インストゥルメントパネルや、フロントガラスの上端部、Ｂピラー、ロッカー部等に取り付けられている。ＢＬＥ通信機１３は１つであってもよいし、複数あってもよい。

ドアボタン１４は、ユーザが車両Ｈｖのドアを開錠および施錠するためのボタンである。ドアボタン１４は、たとえば車両Ｈｖの各ドアハンドルに設けられている。ドアボタン１４は、ユーザによって押下されると、その旨を示す電気信号を、スマートＥＣＵ１１に出力する。ドアボタン１４は、スマートＥＣＵ１１がユーザの開錠指示および施錠指示を受け付けるための構成に相当する。なお、ユーザの開錠指示および施錠指示の少なくとも何れか一方を受け付けるための構成としては、タッチセンサを採用することもできる。タッチセンサは、ユーザがそのドアハンドルを触れていることを検出する装置である。

スタートボタン１５は、ユーザが車両Ｈｖの駆動源（たとえばエンジン）を始動させるためのプッシュスイッチである。スタートボタン１５は、ユーザによってプッシュ操作がされると、その旨を示す電気信号をスマートＥＣＵ１１に出力する。なお、ここでは一例として車両Ｈｖは、エンジンを動力源として備える車両とするがこれに限らない。車両Ｈｖは、電気自動車やハイブリッド車であってもよい。車両Ｈｖがモータを駆動源として備える車両である場合には、スタートボタン１５は駆動用のモータを始動させるためのスイッチである。

エンジンＥＣＵ１６は、車両Ｈｖに搭載されたエンジンの動作を制御するＥＣＵである。たとえばエンジンＥＣＵ１６は、スマートＥＣＵ１１からエンジンの始動を指示する始動指示信号を取得すると、エンジンを始動させる。

ボディＥＣＵ１７は、スマートＥＣＵ１１からの要求に基づいて車載アクチュエータ１７１を制御するＥＣＵである。ボディＥＣＵ１７は、種々の車載アクチュエータ１７１や、種々の車載センサ１７２と通信可能に接続されている。ここでの車載アクチュエータ１７１とは、たとえば、各ドアのロック機構を構成するドアロックモータや、座席位置を調整するためのシートアクチュエータなどである。また、ここでの車載センサ１７２とは、ドア毎に配置されているカーテシスイッチなどである。カーテシスイッチは、ドアの開閉を検出するセンサである。ボディＥＣＵ１７は、たとえばスマートＥＣＵ１１からの要求に基づいて、車両Ｈｖの各ドアに設けられたドアロックモータに所定の制御信号を出力することで各ドアを施錠したり開錠したりする。

〔各ＵＷＢ通信機１２の取り付け位置および電気的構成について〕
本実施形態の車載システム１は、ＵＷＢ通信機１２として図４に示すように、右前通信機１２Ａ、左前通信機１２Ｂ、右後通信機１２Ｃ、および左後通信機１２Ｄを備える。右前通信機１２Ａは、たとえば車両右側のＡピラーの上側領域に配置されている。Ａピラーは車両Ｈｖにおいて前から１番目のピラーである。Ａピラーはフロントピラーとも称される。ピラーの上側領域とは、ピラーの上半分となる領域を指す。ピラーの上側領域には、ピラーの上端部も含まれる。左前通信機１２Ｂは、たとえば車両左側のＡピラーの上側領域に配置されている。右後通信機１２Ｃは車両右側のＣピラーの上側領域に配置されている。左後通信機１２Ｄは車両左側のＣピラーの上側領域に配置されている。Ｃピラーは前から３番目のピラーである。Ｃピラーはリアピラーとも称される。

本実施形態のように電波の伝播時間を用いて距離の測定を行う構成においては、各ＵＷＢ通信機１２は、車室内と車室外の両方に対して見通しが良い位置に配置されていることが好ましい。車室内と車室外の両方に対して見通しの良い場所とは、たとえば、室内天井、および各種ピラーである。つまり、上述したように各種ＵＷＢ通信機１２の配置態様は、各ＵＷＢ通信機１２を車室内および車室外を見通しやすい位置に配置した態様の一例に相当する。

車両Ｈｖにおける各ＵＷＢ通信機１２の設置位置は、車両の任意の点を基準点（換言すれば原点）とする３次元直交座標系の点として表現されていればよい。ここでは一例として、前輪車軸の中心を原点とし、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸を備える３次元座標系（以降、車両３次元座標系）上の点として表されている。車両３次元座標系を形成するＸ軸は車幅方向に平行であって、車両右側を正方向とする軸である。Ｙ軸は車両前後方向に平行であって、車両前方を正方向とする軸である。Ｚ軸は、車両高さ方向に平行であって、車両上方を正方向とする軸である。３次元座標系の中心は、たとえば後輪車軸の中心など、適宜変更可能である。もちろん、他の態様として各ＵＷＢ通信機１２の搭載位置は極座標で表されていてもよい。各ＵＷＢ通信機１２の設置位置を示す通信機位置データは、フラッシュメモリ１１２に格納されている。各ＵＷＢ通信機１２の設置位置は通信機番号と対応付けられて保存されていればよい。

複数のＵＷＢ通信機１２のそれぞれは、図５に示すように、送信部３１０、受信部３２０、及びラウンドトリップ時間計測部３３０を備える。送信部３１０は、送信回路３１１と送信アンテナ３１２を備える。図６に、送信回路３１１の具体的な構成を示す。送信回路３１１は、インパルス発生器３１３と、可変バンドパスフィルタ３１４と、増幅器３１５とを備えている。インパルス発生器３１３には、スマートＥＣＵ１１から送信データが入力される。インパルス発生器３１３は、入力された送信データに合わせたインパルス信号を発生させ、そのインパルス信号を可変バンドパスフィルタ３１４に入力する。

可変バンドパスフィルタ３１４は、通過周波数帯域が可変である。この可変バンドパスフィルタ３１４を備えることで、ＵＷＢ通信機１２は、通信周波数が可変である。通過周波数帯域は、スマートＥＣＵ１１により制御される。可変バンドパスフィルタ３１４は、通過周波数帯域を、低ＵＷＢ帯すなわち３．４−４．８ＧＨｚと、高ＵＷＢ帯すなわち７．２５−１０．２５ＧＨｚに切り替え可能になっている。増幅器３１５は、可変バンドパスフィルタ３１４を通過したインパルス信号を増幅して送信アンテナ３１２に出力する。増幅器３１５の増幅率は一定であって、空中線電力が電波法を遵守している電力になるように設定されている。

説明を図５に戻す。受信部３２０は、受信アンテナ３２１と受信回路３２２を備える。図７に受信回路３２２の具体的な構成を示す。受信回路３２２は、増幅器３２３と検波器３２４とを備える。増幅器３２３は、受信アンテナ３２１により受信された受信信号を増幅する。検波器３２４は、増幅器３２３により増幅された受信信号から受信データであるインパルス信号を取り出す。検波器３２４は、たとえば、包絡線検波によりインパルス信号を取り出す。検波器３２４は、取り出したインパルス信号をスマートＥＣＵ１１に出力する。

ラウンドトリップ時間計測部３３０は、送信部３１０がインパルス信号を送信してから、受信部３２０がインパルス信号を受信するまでの経過時間（以降、ラウンドトリップ時間Ｔｐ）を計測するタイマである。送信部３１０がインパルス信号を送信したタイミングは送信通知信号の入力によって特定される。また、受信部３２０がインパルス信号を受信したタイミングは受信通知信号の入力によって特定される。すなわち、ラウンドトリップ時間計測部３３０は、送信回路３１１が送信通知信号を出力してから、受信回路３２２が受信通知信号を出力するまでの時間を計測する。図８に示すように、ラウンドトリップ時間Ｔｐは、往復分の伝播時間Ｔａに、スマートフォン２での内部処理時間Ｔｂを加えた時間に相当する。

ラウンドトリップ時間計測部３３０は、図示しないクロック発振器から入力されるクロック信号を計数することによって、送信部３１０がインパルス信号を送信してからの経過時間を測定する。ラウンドトリップ時間計測部３３０によるカウントは、受信通知信号が入力された場合や、所定の上限値まで達した場合に停止され、そのカウント値をスマートＥＣＵ１１に出力する。つまり、スマートＥＣＵ１１にラウンドトリップ時間Ｔｐを報告する。なお、スマートＥＣＵ１１へのラウンドトリップ時間Ｔｐの報告が完了するとラウンドトリップ時間計測部３３０のカウント値は０に戻る（つまりリセットされる）。

ラウンドトリップ時間計測部３３０は、ラウンドトリップ時間Ｔｐの計測が完了すると、当該ラウンドトリップ時間ＴｐをスマートＥＣＵ１１に提供する。ラウンドトリップ時間計測部３３０はたとえばＩＣを用いて実現されている。なお、ここではＵＷＢ通信機１２は、送信用のアンテナ（つまり送信アンテナ３１２）と、受信用のアンテナ（つまり受信アンテナ３２１）とが別々に設けられている態様を示しているが、これに限らない。ＵＷＢ通信機１２は方向性結合器を用いて送信と受信とで１つのアンテナ素子を共用するように構成されていても良い。また、送信回路３１１や受信回路３２２はラウンドトリップ時間計測部３３０としての機能を提供するＩＣに内蔵されていても良い。つまり、ＵＷＢ通信機１２は、１つのアンテナと、種々の回路機能を有する１つの専用ＩＣとを用いて実現されていても良い。

〔スマートＥＣＵ１１の機能について〕
スマートＥＣＵ１１は、上述した位置推定プログラムを実行することで、図７に示す種々の機能ブロックに対応する機能を提供する。すなわち、スマートＥＣＵ１１は機能ブロックとして、車両情報取得部Ｆ１、通信処理部Ｆ２、認証処理部Ｆ３、補正時間算出部Ｆ４、距離推定部Ｆ５、位置推定部Ｆ６、車両制御部Ｆ７を備えている。

車両情報取得部Ｆ１は、車両Ｈｖに搭載されたセンサやＥＣＵ（たとえばボディＥＣＵ１７）、スイッチなどから、車両Ｈｖの状態を示す種々の情報（以降、車両情報）を取得する。車両情報としては、たとえば、ドアの開閉状態や、各ドアの施錠／開錠状態、ドアボタン１４の押下の有無、スタートボタン１５の押下の有無等が該当する。また、車両情報取得部Ｆ１は、上述した種々の情報に基づいて、車両Ｈｖの現在の状態を特定する。たとえば車両情報取得部Ｆ１は、エンジンがオフであり、全てのドアが施錠されている場合に、車両Ｈｖは駐車されていると判定する。もちろん、車両Ｈｖが駐車されていると判定する条件は適宜設計されればよく、多様な判定条件を適用することができる。

なお、各ドアの施錠／開錠状態を示す情報を取得することは、各ドアの施錠／開錠状態を判定すること、および、ユーザによるドアの施錠操作／開錠操作を検出することに相当する。また、ドアボタン１４やスタートボタン１５からの電気信号を取得することは、これらのボタンに対するユーザ操作を検出することに相当する。つまり、車両情報取得部Ｆ１はドアの開閉や、ドアボタン１４の押下、スタートボタン１５の押下などといった、車両Ｈｖに対するユーザの操作を検出する構成に相当する。以降における車両情報には、車両Ｈｖに対するユーザ操作も含まれる。加えて、車両情報に含まれる情報の種類は、上述したものに限らない。図示しないシフトポジションセンサが検出するシフトポジションや、ブレーキペダルが踏み込まれているか否かを検出するブレーキセンサの検出結果なども車両情報に含まれる。パーキングブレーキの作動状態もまた車両情報に含めることができる。

通信処理部Ｆ２は、ＵＷＢ通信機１２やＢＬＥ通信機１３と協働してスマートフォン２とのデータの送受信を実施する構成である。たとえば通信処理部Ｆ２は、スマートフォン２宛のデータを生成し、ＢＬＥ通信機１３に出力する。これにより、所望のデータに対応する信号を電波として送信させる。また、通信処理部Ｆ２は、ＢＬＥ通信機１３が受信したスマートフォン２からのデータを受信する。本実施形態ではより好ましい態様としてスマートＥＣＵ１１とスマートフォン２との無線通信は、暗号化して実施されるように構成されている。暗号化の方式としては、Bluetoothで規定されている方式など、多様な方式を援用することができる。

なお、本実施形態ではセキュリティ向上のためにスマートＥＣＵ１１およびスマートフォン２は、認証等のためのデータ通信を暗号化して実施するように構成されているものとするが、これに限らない。他の態様として、スマートＥＣＵ１１及びスマートフォン２は、暗号化せずにデータ通信を実施するように構成されていても良い。

通信処理部Ｆ２は、スマートフォン２とのＢＬＥ通信が確立していることに基づいて、ユーザが車両Ｈｖ周辺に存在することを認識する。また、通信処理部Ｆ２は、ＢＬＥ通信機１３から、当該ＢＬＥ通信機１３が通信接続しているスマートフォン２の端末ＩＤを取得する。このような構成によれば、車両Ｈｖが複数のユーザによって共有される車両であっても、スマートＥＣＵ１１は、ＢＬＥ通信機１３が通信接続しているスマートフォン２の端末ＩＤに基づいて車両Ｈｖ周辺に存在するユーザを特定することができる。

また、通信処理部Ｆ２は、ＵＷＢ通信機１２が受信したスマートフォン２からのデータを取得する。加えて、通信処理部Ｆ２は、スマートフォン２宛のデータを生成し、ＵＷＢ通信機１２に出力する。これにより、所望のデータに対応するパルス系列信号を無線送信させる。さらに通信処理部Ｆ２は、位置推定部Ｆ６からの指示に基づいて、任意のＵＷＢ通信機１２からインパルス信号を送信させる。

通信処理部Ｆ２は、ＵＷＢ通信機１２を通常モードで動作させるか、高周波モードで動作させるかを決定し、決定したモードをＵＷＢ通信機１２に指示する。また、ＵＷＢ通信機１２あるいはＢＬＥ通信機１３から、スマートフォン２にも、ＵＷＢ通信部２１を通常モードで動作させるか、高周波モードで動作させるかを指示する信号を送信する。通常モードとするか、高周波モードとするかは、距離推定部Ｆ５が決定する。通常モードおよび高周波モードの内容は、補正時間算出部Ｆ４にて説明する。

通常モードおよび高周波モードにおいて使用する周波数帯域は通信処理部Ｆ２が決定する。通信処理部Ｆ２は、通常モードおよび高周波モードにおいて使用する周波数帯域を、車載システム１およびスマートフォン２が位置する地域により決定する。地域は、電波についての法規を定める地域を意味し、多くの場合、国単位となる。ただし、電波の法規を定める地域が国よりも大きいこともあり、また、電波の法規については複数の国が１つの地域となっていることもある。

本実施形態では、通信処理部Ｆ２は、この地域を決定するために、スマートフォン２との通信により現在位置を取得する。スマートフォン２は、位置検出部２９を備えているので現在位置を検出することができる。スマートフォン２は位置検出部２９が検出した現在位置を車載システム１に送信する。これにより、通信処理部Ｆ２は現在位置を取得することができる。なお、位置検出部２９を車載システム１が備えることもできる。通信処理部Ｆ２は、取得した現在位置をもとに地域を決定する。地域が日本であれば、通常モードでは低ＵＷＢ帯を使用し、高周波モードでは高ＵＷＢ帯を使用する。なお、現在位置をもとに地域を決定することに代えて、スマートフォン２が備える入力装置２７から、ユーザに直接、地域を入力してもらい、通信処理部Ｆ２は、無線通信を介して、入力された域を取得してもよい。

スマートフォン２も、同様の構成により、通常モードおよび高周波モードで使用する周波数帯域を決定することができる。また、車載システム１からスマートフォン２に、通常モードおよび高周波モードで使用する周波数帯域を通知してもよい。反対に、スマートフォン２から車載システム１に、通常モードおよび高周波モードで使用する周波数帯域を通知してもよい。

認証処理部Ｆ３は、ＢＬＥ通信機１３と連携して、通信相手がユーザのスマートフォン２であることを確認（換言すれば認証）する処理を実施する。認証のための通信は、ＢＬＥ通信機１３を介して暗号化されて実施される。つまり、認証処理は暗号通信によって実施される。認証処理自体は、チャレンジ−レスポンス方式など多様な方式を用いて実施されればよい。ここではその詳細な説明は省略する。認証処理部Ｆ３が認証処理を実施するタイミングは、たとえばＢＬＥ通信機１３とスマートフォン２との通信接続が確立したタイミングとすればよい。認証処理部Ｆ３は、ＢＬＥ通信機１３とスマートフォン２とが通信接続している間、所定の周期で認証処理を実施するように構成されていても良い。また、ユーザによってスタートボタン１５が押下された場合など、車両Ｈｖに対する所定のユーザ操作をトリガとして認証処理のための暗号通信を実施するように構成されていても良い。

ところで、Bluetooth規格においてＢＬＥ通信機１３とスマートフォン２との通信接続が確立したということは、ＢＬＥ通信機１３の通信相手が予め登録されているスマートフォン２であることを意味する。故に、スマートＥＣＵ１１は、ＢＬＥ通信機１３とスマートフォン２との通信接続が確立したことに基づいて、スマートフォン２の認証が成功したと判定するように構成されていても良い。

補正時間算出部Ｆ４は、通常モードにおいて、ラウンドトリップ時間Ｔｐを補正する補正時間ΔＴを算出する。通常モードは、ラウンドトリップ時間Ｔｐに基づいてスマートフォン２までの距離を推定するモードの１つである。スマートフォン２までの距離を推定するモードには、通常モードの他に高周波モードがある。

本実施形態のＵＢＷ通信は、低ＵＷＢ帯と高ＵＷＢ帯とを使用することができる。通常時には、低ＵＷＢ帯を用いる。よって、通常モードは低ＵＷＢ帯を用いるモードである。一方、高周波モードは高ＵＷＢ帯を用いるモードである。同じ送信電力である場合、周波数が低い方が通信距離は長い。ＵＷＢ通信は、通信距離がそれほど長くないため、通常時は、通信距離が長くなる低ＵＷＢ帯を用いることにしているのである。

通常モードでは、低ＵＷＢ帯の全部に渡る周波数帯域のインパルス信号を送受信する。高周波モードでは、高ＵＷＢ帯の全部に渡る周波数帯域のインパルス信号を送受信する。前述したように、低ＵＷＢ帯の帯域幅は１．４ＧＨｚであるのに対して、高ＵＷＢ帯の帯域幅は３ＧＨｚである。したがって、高周波モードは、通常モードよりも広帯域化された周波数帯を用いるモードであると言える。換言すれば、通常モードは、高周波モードよりも狭帯域化された周波数帯を用いるモードであると言える。

次に、補正時間ΔＴを算出する理由を説明する。車載システム１が備えるＵＷＢ通信機１２およびスマートフォン２が備えるＵＷＢ通信部２１は、いずれも、受信した電波の信号強度が検出閾値ＴＨを超えた時刻を、信号の受信時刻とする。したがって、インパルス信号の受信時刻はインパルス信号の受信強度がピークとなる時刻とは相違する。前述したように、伝播時間が１ナノ秒ずれるだけで推定距離が３０センチずれてしまう。したがって、精度よく距離を推定するためには、インパルス信号の受信時刻がインパルス信号の受信強度がピークとなる時刻に近い方が好ましい。

ところでインパルス信号が広帯域であるほど、時間領域ではインパルス信号は狭幅となる。よって、インパルス信号が広帯域であるほど、インパルス信号の受信時刻とインパルス信号の受信強度がピークとなる時刻とは近づくことになる。

そこで、広帯域化された周波数帯すなわち高ＵＷＢ帯において検出したインパルス信号の受信時刻を誤差のない時刻とみなす。この受信時刻と、狭帯域である周波数帯すなわち低ＵＷＢ帯において検出したインパルス信号の受信時刻との時間差は、通常モードにおいて、距離の誤差につながる時間誤差である。

図９には、ＵＷＢ通信機１２がインパルス信号を送信し、ＵＷＢ通信部２１がそのインパルス信号を受信する場合の種々の時刻を示している。なお、図９においては、ＵＷＢ通信機１２とＵＷＢ通信部２１に代えて、それらがそれぞれ備えられている装置である車両Ｈｖおよびスマートフォン２と表記している。ＵＷＢ通信機１２とＵＷＢ通信部２１の区別を容易にするためである。また、破線は、通常モードにおけるインパルス信号であり、実線は高周波モードでのインパルス信号である。図９に示されるように、高周波モードでのインパルス信号は、通常モードでのインパルス信号よりも波形の立ち上がりが急峻である。高周波モードでのインパルス信号は、信号の周波数帯域が広いので時間領域では時間幅が狭くなるからである。

図９では、車両Ｈｖに搭載されたＵＷＢ通信機１２は、時刻ｔ０に応答要求信号であるインパルス信号を送信している。スマートフォン２に搭載されたＵＷＢ通信部２１がこのインパルス信号を受信したと判断する受信時刻は、通常モードでは時刻ｔ１であり、高周波モードでは時刻ｔ２である。受信信号のピークは、時刻ｔ２よりも後の時刻ｔ３に生じる。

通常モードでは、車両Ｈｖからスマートフォン２までインパルス信号が伝播する伝播時間はＴ１０と算出される。一方、高周波モードでは、その伝播時間はＴ２０と算出される。これら２つの伝播時間には時間差ΔＴｍが存在する。

図１０では、応答要求信号を受信したスマートフォン２が応答信号であるインパルス信号を送信している。なお、図１０においても、ＵＷＢ通信機１２とＵＷＢ通信部２１に代えて、車両Ｈｖおよびスマートフォン２と表記している。また、破線は、通常モードにおけるインパルス信号であり、実線は高周波モードでのインパルス信号である。

図１０では、スマートフォン２に搭載されたＵＷＢ通信部２１は、時刻ｔ４に応答信号であるインパルス信号を送信している。時刻ｔ４は、時刻ｔ３から内部処理時間Ｔｂが経過した時刻である。車両Ｈｖに搭載されたＵＷＢ通信機１２がこのインパルス信号を受信したと判断する受信時刻は、通常モードでは時刻ｔ５であり、高周波モードでは時刻ｔ６である。受信信号のピークは、時刻ｔ６よりも後の時刻ｔ７に生じる。

通常モードでは、スマートフォン２から車両Ｈｖまでインパルス信号が伝播する伝播時間はＴ５４と算出される。一方、高周波モードでは、その伝播時間はＴ６４と算出される。これら２つの伝播時間には時間差ΔＴｃが存在する。

図９は、時間差ΔＴｍを説明する概念図であり、実際には、２つのモードにて同時に時刻ｔ０にインパルス信号が送信されるわけではない。したがって、伝播時間Ｔ１０、Ｔ２０は算出できない。また、図１０も、時間差ΔＴｃを説明する概念図であり、実際には、２つのモードにて同時に時刻ｔ４にインパルス信号が送信されるわけではない。したがって、伝播時間Ｔ５４、Ｔ６４は算出できない。

そこで、広帯域化された周波数帯すなわち高ＵＷＢ帯を用いて算出したラウンドトリップ時間Ｔｐと、狭帯域である周波数帯すなわち低ＵＷＢ帯を用いて算出したラウンドトリップ時間Ｔｐとの差を補正時間ΔＴとして算出する。

高ＵＷＢ帯を用いたときのラウンドトリップ時間Ｔｐおよび低ＵＷＢ帯を用いたときのラウンドトリップ時間Ｔｐを順次、算出することはできる。高ＵＷＢ帯を用いたときのラウンドトリップ時間ＴｐはＴ２０＋Ｔｂ＋Ｔ６４である。低ＵＷＢ帯を用いたときのラウンドトリップ時間ＴｐはＴ１０＋Ｔｂ＋Ｔ５４である。したがって、補正時間ΔＴは、式１で表すことができる。
（式１） ΔＴ＝Ｔ２０＋Ｔｂ＋Ｔ６４−（Ｔ１０＋Ｔｂ＋Ｔ５４）
式１を計算して整理すると式２が得られる。
（式２） ΔＴ＝（Ｔ２０−Ｔ１０）＋（Ｔ６４−Ｔ５４）
＝ΔＴｍ＋ΔＴｃ
式２から、高ＵＷＢ帯を用いて算出したラウンドトリップ時間Ｔｐと、低ＵＷＢ帯を用いて算出したラウンドトリップ時間Ｔｐとの差は、高ＵＷＢ帯を用いたときと低ＵＷＢ帯を用いたときのインパルス信号の検出時間差を表していることが分かる。補正時間算出部Ｆ４は、算出した補正時間ΔＴをフラッシュメモリ１１２に記憶する。

距離推定部Ｆ５は、各ＵＷＢ通信機１２に所定の順にスマートフォン２とインパルス信号を送受信させ、通信処理部Ｆ２を介して、各ＵＷＢ通信機１２からラウンドトリップ時間Ｔｐを取得する。このラウンドトリップ時間Ｔｐと内部処理時間Ｔｂとに基づいて、各ＵＷＢ通信機１２からスマートフォン２までの距離を推定する。なお、内部処理時間Ｔｂは、予め標準値がフラッシュメモリ１１２に記憶されているとする。

詳しくは、距離推定部Ｆ５は、高周波モードであれば、ラウンドトリップ時間Ｔｐから内部処理時間Ｔｂを減算し、減算後の値を２で割る。これにより、伝播時間Ｔａが算出できる。すなわち、式３により伝播時間Ｔａを算出する。そして、この伝播時間Ｔａに光速を乗じることで、スマートフォン２までの距離を算出する。
（式３） Ｔａ＝（Ｔｐ−Ｔｂ）／２
一方、距離推定部Ｆ５は、通常モードであれば、以下の式４により、伝播時間Ｔａを算出する。
（式４） Ｔａ＝（Ｔｐ＋ΔＴ−Ｔｂ）／２
位置推定部Ｆ６は、距離推定部Ｆ５が推定した各ＵＷＢ通信機１２からスマートフォン２までの距離に基づいて、スマートフォン２の位置を推定する。当該位置推定部Ｆ６が実行する処理を含む、スマートフォン２の位置を推定する位置推定処理については別途後述する。

車両制御部Ｆ７は、認証処理部Ｆ３によるスマートフォン２の認証が成功している場合に、スマートフォン２（換言すればユーザ）の位置および車両Ｈｖの状態に応じた車両制御を、ボディＥＣＵ１７等と協働して実行する構成である。車両Ｈｖの状態は車両情報取得部Ｆ１によって判定される。スマートフォン２の位置は位置推定部Ｆ６によって判定される。

たとえば車両制御部Ｆ７は、車両Ｈｖが駐車されている状況下で、スマートフォン２が車室外に存在し、ユーザによってドアボタン１４が押下された場合には、ボディＥＣＵ１７と連携してドアのロック機構を開錠する。また、たとえば位置推定部Ｆ６によってスマートフォン２は車室内に存在すると判定されており、かつ、スタートボタン１５がユーザによって押下されたことを検出した場合には、エンジンＥＣＵ１６と連携してエンジンを始動させる。このように車両制御部Ｆ７は、基本的には車両Ｈｖへのユーザ操作をトリガとしてユーザの位置および車両Ｈｖの状態に応じた車両制御を実行するように構成されている。ただし、車両制御部Ｆ７が実施可能な車両制御の中には、車両Ｈｖへのユーザ操作を必要とせずに、ユーザの位置に応じて自動的に実行するものがあってもよい。

〔位置推定処理〕
次に、図１１に示すフローチャートを用いて、スマートＥＣＵ１１が実行する位置推定処理について説明する。位置推定処理は、スマートフォン２の位置を推定する処理である。位置推定処理は、ＢＬＥ通信機１３とスマートフォン２のＢＬＥ通信部２２との接続が確立されている状態において所定の位置推定周期で実施される。位置推定周期は、たとえば２００ミリ秒である。もちろん、位置推定周期は１００ミリ秒や３００ミリ秒であってもよい。

図１１に示す各ステップのうち、ステップ（以下、ステップは省略する）Ｓ１２、Ｓ２１は位置推定部Ｆ６が実行し、Ｓ１４〜Ｓ１９は補正時間算出部Ｆ４が実行する。Ｓ１１、Ｓ１３、Ｓ２０は距離推定部Ｆ５が実行する。なお、補正時間算出部Ｆ４、距離推定部Ｆ５は、通信処理部Ｆ２と連携しつつ処理を実行する。距離推定部Ｆ５は、ＵＷＢ通信機１２ごとに各処理を実行する。

まず、Ｓ１１では、通常モードで距離推定をする。通常モードでは、使用する周波数帯を低ＵＷＢ帯とし、応答要求信号をインパルス信号にして送信する。この応答要求信号に応答して応答信号であるインパルス信号を受信した場合に、上記式４から、伝播時間Ｔａを算出する。なお、補正時間算出部Ｆ４により補正時間ΔＴが算出される前は、予め設定されているデフォルト値を補正時間ΔＴとして用いる。デフォルト値は、たとえば、メーカから提供される公称値とすることができる。

Ｓ１２は、３つ以上のＵＷＢ通信機１２がスマートフォン２までの距離を算出している場合に実行する。Ｓ１２では、各ＵＷＢ通信機１２の設置位置と各ＵＷＢ通信機１２からスマートフォン２までの距離に基づいてスマートフォン２の位置を推定する。

各ＵＷＢ通信機１２の設置位置は、フラッシュメモリ１１２に格納されている通信機位置データを使用すれば良い。各ＵＷＢ通信機１２の設置位置と各ＵＷＢ通信機１２からスマートフォン２までの距離に基づく位置の推定は、三角測量の原理を用いて実施することができる。各ＵＷＢ通信機１２の設置位置およびスマートフォン２までの距離を用いた位置推定法としては、最小二乗法や、Newton-Raphson法、最小二乗平均推定法（MMSE：Minimum Mean Square Estimate）など、多様なアルゴリズムを採用することができる。

以上によって推定されたスマートフォン２の位置（以降、端末位置）は、車両制御部Ｆ７等によって参照される。たとえば、端末位置が作動エリアや車室内に該当するか否かを判定する。端末位置が作動エリア内に該当する場合には、車両制御部Ｆ７は当該判定結果に基づいてドアの開錠や施錠を実行する。また、端末位置が車室内に該当する場合には車両制御部Ｆ７は、当該判定結果に基づいて走行駆動源を始動させる。

Ｓ１３では、Ｓ１２で推定された位置に基づいて高周波モード可能位置であるか否かを判断する。Ｓ１３において判断する条件が広帯域化条件である。高周波モードは通常モードよりも通信距離が短いので高周波モードが可能であると推定できるエリアが予め設定されている。Ｓ１２で推定した位置がこの予め設定されているエリア内であれば、高周波モード可能位置であると判断する。高周波モード可能位置は、スマートフォン２とＵＷＢ通信機１２との間の距離が、高周波モードが可能な距離、すなわち高周波数可能距離であることを意味する。

Ｓ１３の判断結果がＮＯであればＳ１１へ戻る。一方、Ｓ１３の判断結果がＹＥＳであればＳ１４に進む。Ｓ１４では、補正時間ΔＴを算出する必要があるか否かを判断する。本実施形態では、補正時間ΔＴは、ＵＷＢ通信の接続が確立した後、一度、算出するとしている。その後は、接続が確立している間は再度の補正時間ΔＴの算出はしない。補正時間ΔＴは、通信環境、装置の個体差など、種々の要因で変動するが、装置の個体差は接続確立中に変化する要因ではなく、また、通信環境も、接続確立中の変化は少ないからである。

Ｓ１４の判断結果がＮＯであればＳ２０に直接進む。Ｓ１４の判断結果がＹＥＳであればＳ１５に進む。Ｓ１５では、通常モードで応答要求信号の送信および応答信号の受信を行い、ラウンドトリップ時間Ｔｐ（以下、Ｔｐ（ｎ））を測定する。Ｓ１６では、スマートフォン２に高周波モードを指示する。Ｓ１７では、ＵＷＢ通信機１２を高周波モードに変更する。

Ｓ１８では、高周波モードでラウンドトリップ時間Ｔｐを計測する。Ｓ１５〜Ｓ１８を連続的に実行することで、時間幅が相互に異なる応答要求信号および応答信号が、連続して、低ＵＷＢ帯および高ＵＷＢ帯で送受信される。連続しての信号の送受信であるので、低ＵＷＢ帯を使用したとき、および、高ＵＷＢ帯を使用したときのスマートフォン２の位置は変化していないとみなすことができる。

Ｓ１９では、Ｓ１８で計測したラウンドトリップ時間Ｔｐ（ｃ）から、Ｓ１５で計測したラウンドトリップ時間Ｔｐ（ｎ）を引くことで補正時間ΔＴを算出し、算出した補正時間ΔＴをフラッシュメモリ１１２に記憶する。

Ｓ２０では、高周波モードで、スマートフォン２までの距離を推定する。Ｓ２１は、３つ以上のＵＷＢ通信機１２がスマートフォン２までの距離を算出している場合に実行する。Ｓ２１では、各ＵＷＢ通信機１２の設置位置と各ＵＷＢ通信機１２からスマートフォン２までの距離に基づいてスマートフォン２の位置を推定する。Ｓ２１を実行したら、Ｓ１３に戻る。

〔実施形態のまとめ〕
以上、説明した本実施形態では、高周波モード可能位置である場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、広帯域化条件が成立したとして、高周波モード、すなわち、通常モードよりもインパルス信号の周波数帯域を広帯域化したモードで、スマートフォン２の距離を推定する（Ｓ２０）。インパルス信号の周波数帯域が広帯域化されることで、時間領域では、インパルス信号は時間幅が狭くなる。よって、インパルス信号の検出時刻に生じる誤差が低減されるので、スマートフォン２までの距離を推定する精度が向上する。

また、本実施形態では、スマートフォン２の位置が高周波モード可能位置であって、且つ、補正時間ΔＴを算出していない場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）には、通常モードと高周波モードでそれぞれラウンドトリップ時間Ｔｐ（ｎ）、Ｔｐ（ｃ）を計測し（Ｓ１５、Ｓ１８）、それらのラウンドトリップ時間Ｔｐ（ｎ）、Ｔｐ（ｃ）から補正時間ΔＴが算出される（Ｓ１９）。

通常モードでは、ラウンドトリップ時間Ｔｐに補正時間ΔＴを加えた式４により伝播時間Ｔａを算出する。これにより、通常モードでも、高周波モードに近い精度で、スマートフォン２までの距離を推定することができる。

以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、以降で述べる種々の変形例も本開示の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。たとえば下記の種々の変形例は、技術的な矛盾が生じない範囲において適宜組み合わせて実施することができる。

＜変形例１＞
実施形態では、波形の立ち上がりを急峻にしたインパルス信号として、時間幅を狭くしたインパルス信号を例示した。しかし、低ＵＷＢ帯と高ＵＷＢ帯とが同時に使用可能な構成とする場合、低ＵＷＢ帯で生成した信号と高ＵＷＢ帯で生成した信号とを合成した合成信号をインパルス信号としてもよい。合成信号も、低ＵＷＢ帯のみを用いて生成したインパルス信号よりも、波形の立ち上がりを急峻にすることができる。

＜変形例２＞
実施形態では、広帯域化する場合には、周波数帯域を高周波数帯にシフトして広帯域化していた。しかし、高周波数帯にシフトすることなく広帯域化してもよい。ＵＷＢ通信に割り当てられている周波数帯が２つに区分されていない国もある。たとえば、ＵＷＢ通信に３．１〜１０．６ＧＨｚが割り当てられている国もある。このような国において、ＵＷＢ通信機１２およびＵＷＢ通信部２１は、通常モードにおいて、３．１〜１０．６ＧＨｚのうちの一部の周波数帯のみを利用してインパルス信号を生成しているとする。この場合、使用する周波数を、通常モードで使用している周波数帯域を含みつつ、それよりも広い周波数帯域、たとえば、３．１〜１０．６ＧＨｚの全範囲とすることができる。

高周波数帯にシフトしない場合であっても、必要なときに限り広帯域化したモードを用いることで、通常モードにおいては、他の無線通信に妨害を与えてしまうことを抑制しつつ、広帯域化したモードでは、精度よくスマートフォン２までの距離を推定することができる。

また、高周波数帯にシフトしない場合であっても、広帯域化したモードで補正時間ΔＴを算出することで、通常モードにおける距離推定精度を向上させることができる。

＜変形例３＞
実施形態では、スマートフォン２までの距離が高周波数可能距離であるか否かを、距離推定部Ｆ５が推定した距離に基づいて判断していた。しかし、この距離推定部Ｆ５を第１距離推定部とし、これとは別に、スマートフォン２までの距離を推定する第２距離推定部を備えていてもよい。第２距離推定部は、たとえば、ＧＮＳＳ受信器を用いて定められるＵＷＢ通信機１２およびスマートフォン２のそれぞれの現在位置から、距離を推定する。このような第２距離推定部は、車両Ｈｖに備えられているＧＮＳＳ受信器から現在位置を取得し、ＧＮＳＳ受信器の現在位置と、事前に計測しておいたＧＮＳＳ受信器に対するＵＷＢ通信機１２の相対位置から、ＵＷＢ通信機１２の現在位置を決定する。また、スマートフォン２の現在位置も取得する。そして、ＵＷＢ通信機１２の現在位置とスマートフォン２の現在位置とから、スマートフォン２までの距離を推定する。また、第２距離推定部は、カメラ画像から距離を推定する構成でもよい。

＜変形例４＞
実施形態では、補正時間ΔＴを、接続が確立した後、一度だけ算出していた。しかし、補正時間ΔＴを、距離を推定する都度、算出してもよい。この場合、Ｓ１４の判断を省略すればよい。補正時間ΔＴは、通信環境によっても変動する。よって、補正時間ΔＴは、厳密には、距離を推定する都度変動する。したがって、補正時間ΔＴを、距離を推定する都度、算出すると、距離推定精度が向上する。

＜変形例５＞
また、補正時間ΔＴは、通信環境によっても変動するので、通信環境の変化を検出するセンサ等を備え、前回、補正時間ΔＴを算出したときの通信環境と現在の通信環境を比較して、補正時間ΔＴを算出し直す通信を行うか否かを決定してもよい。

通信環境の変化を検出するセンサの一例としては、雰囲気温度を検出するセンサを例示することができる。ラウンドトリップ時間Ｔｐにより距離を推定する場合には、ナノ秒レベルでの変動が問題になり、温度変化により、電子回路内の信号伝達時間はナノ秒レベルでの変動があるからである。通信環境の変化を検出するセンサの他の例としては、アンテナの通電状態を監視するセンサを例示できる。

＜変形例５＞
実施形態では、補正時間ΔＴを算出した場合には、必ず、フラッシュメモリ１１２に記憶していた補正時間ΔＴを、算出した補正時間ΔＴに更新していた。しかし、補正時間ΔＴを算出した後、公称値との差分を算出し、その差分が更新閾値よりも大きい場合に、新たに算出した補正時間ΔＴに更新してもよい。

＜変形例６＞
実施形態では、携帯端末としてスマートフォン２を例示した。しかし、携帯端末としては、タブレット端末、ウェアラブル端末など、スマートフォン２以外のものを用いることもできる。

＜変形例７＞
実施形態の車載システム１はＵＷＢ通信機１２を４つ備えていた。しかし、スマートフォン２の位置を推定する場合、ＵＷＢ通信機１２の数は３以上であればよい。

＜変形例８＞
実施形態では、ＵＷＢ通信機１２からスマートフォン２までの距離を３つ以上推定した後、その距離に基づいてスマートフォン２の位置を推定していた。しかし、位置までは推定せず、スマートフォン２の距離により、車載装置の操作を許可するか否かを決定してもよい。

１：車載システム ２：スマートフォン（携帯端末） １１：スマートＥＣＵ １２：ＵＷＢ通信機（車載通信機） １３：ＢＬＥ通信機 ２１：ＵＷＢ通信部 ２２：ＢＬＥ通信部 ２４：ＧＮＳＳ受信器 ２７：入力装置 ２８：端末側制御部 ２９：位置検出部 １１１：ＣＰＵ １１２：フラッシュメモリ １１３：ＲＡＭ ３１０：送信部 ３１１：送信回路 ３１２：送信アンテナ ３１３：インパルス発生器 ３１４：可変バンドパスフィルタ ３１５：増幅器 ３２０：受信部 ３２１：受信アンテナ ３２２：受信回路 ３２３：増幅器 ３２４：検波器 ３３０：ラウンドトリップ時間計測部 Ｆ１：車両情報取得部 Ｆ２：通信処理部 Ｆ３：認証処理部 Ｆ４：補正時間算出部 Ｆ５：距離推定部 Ｆ６：位置推定部 Ｆ７：車両制御部 Ｈｖ：車両 ＴＨ：検出閾値 Ｔａ：伝播時間 Ｔｂ：内部処理時間 Ｔｐ：ラウンドトリップ時間 ΔＴ：補正時間 ΔＴｃ：時間差 ΔＴｍ：時間差

Claims (15)

1. 車両（Ｈｖ）に搭載され、超広帯域通信により、インパルス信号である応答要求信号を送信する車載通信機（１２）と、
   ユーザに携帯され、超広帯域通信により前記応答要求信号を受信し、かつ、前記応答要求信号を受信した場合に、インパルス信号である応答信号を前記車載通信機に送信する携帯端末（２）と、
   前記車載通信機が、前記応答要求信号を送信してから、前記応答信号を受信するまでのラウンドトリップ時間（Ｔｐ）に基づいて、前記車載通信機と前記携帯端末との間の距離を推定する距離推定部（Ｆ５）とを備えた携帯端末距離推定システムであって、
   前記携帯端末は、前記応答要求信号の受信強度が検出閾値を超えた時刻を、前記応答要求信号を受信した時刻とし、
   前記車載通信機は、応答信号の受信強度が検出閾値を超えた時刻を、前記応答信号を受信した時刻とし、
   前記車載通信機および前記携帯端末は、前記超広帯域通信する周波数帯域が可変であり、
   広帯域化条件が成立した場合、前記車載通信機および前記携帯端末は、前記広帯域化条件が成立しない場合よりも通信周波数を広帯域化することで、波形の立ち上がりを急峻にした前記インパルス信号を送受信する、携帯端末距離推定システム。
2. 請求項１に記載の携帯端末距離推定システムであって、
   波形の立ち上がりを急峻にした前記インパルス信号は、時間幅を短くした前記インパルス信号である、携帯端末距離推定システム。
3. 請求項２に記載の携帯端末距離推定システムであって、
   前記車載通信機および前記携帯端末は、通信周波数を広帯域化する場合、周波数帯域を高周波数帯にシフトして広帯域化する、携帯端末距離推定システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の携帯端末距離推定システムであって、
   前記携帯端末および前記車載通信機は、広帯域化された前記周波数帯域を、前記携帯端末および前記車載通信機が位置する地域に基づいて決定する、携帯端末距離推定システム。
5. 請求項４に記載の携帯端末距離推定システムであって、
   ユーザが前記地域を入力するための入力装置（２７）を備え、
   前記携帯端末および前記車載通信機は、前記入力装置から入力された情報に基づいて地域を決定する、携帯端末距離推定システム。
6. 請求項４に記載の携帯端末距離推定システムであって、
   前記携帯端末または前記車載通信機の位置を検出する位置検出部（２９）を備え、
   前記携帯端末および前記車載通信機は、前記位置検出部が検出した位置をもとに前記地域を決定する、携帯端末距離推定システム。
7. 請求項３に記載の携帯端末距離推定システムであって、
   前記携帯端末と前記車載通信機との間の距離が高周波数可能距離である場合に前記広帯域化条件が成立したとし、前記通信周波数を、高周波数帯にシフトし、かつ、広帯域化する、携帯端末距離推定システム。
8. 請求項７に記載の携帯端末距離推定システムであって、
   前記距離推定部は、周期的に距離を推定し、
   前記広帯域化条件が成立したかどうかを判断する距離は、前記距離推定部が推定した最新の距離である、携帯端末距離推定システム。
9. 請求項７に記載の携帯端末距離推定システムであって、
   前記距離推定部を第１距離推定部とし、
   前記携帯端末と前記車載通信機との間の距離を、前記ラウンドトリップ時間とは別の手段により推定する第２距離推定部を備え、
   前記広帯域化条件が成立したかどうかを判断する距離は、前記第２距離推定部が推定した距離である、携帯端末距離推定システム。
10. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の携帯端末距離推定システムであって、
    前記ラウンドトリップ時間を補正する補正時間（ΔＴ）を算出するための通信である場合に、前記広帯域化条件が成立したとし、
    前記車載通信機は、前記広帯域化された周波数帯および前記広帯域化された周波数帯に比べて相対的に狭帯域である周波数帯で、連続して、時間幅を相互に異ならせた前記応答要求信号を送信し、
    前記携帯端末は、前記広帯域化された周波数帯および前記狭帯域である周波数帯で、それぞれ前記応答要求信号を受信した場合に、それぞれ、前記応答信号を送信し、
    前記広帯域化された周波数帯を用いて算出した前記ラウンドトリップ時間と、前記狭帯域である周波数帯を用いて算出した前記ラウンドトリップ時間との差を前記補正時間として算出する補正時間算出部（Ｆ４）を備え、
    前記距離推定部は、前記狭帯域である周波数帯で前記ラウンドトリップ時間を算出した場合、前記ラウンドトリップ時間に前記補正時間を加えた時間をもとに、前記携帯端末までの距離を推定する、携帯端末距離推定システム。
11. 請求項１０に記載の携帯端末距離推定システムであって、
    前記補正時間を算出するための通信を、前記距離推定部が前記距離を推定する都度実行する、携帯端末距離推定システム。
12. 請求項１０に記載の携帯端末距離推定システムであって、
    前記補正時間を算出するための通信を、前記携帯端末と前記車載通信機との通信が確立した後に、一度、実行する、携帯端末距離推定システム。
13. 請求項１０に記載の携帯端末距離推定システムであって、
    前回、前記補正時間を算出したときの通信環境と現在の通信環境を比較して、前記補正時間を算出するための通信を行うか否かを決定する、携帯端末距離推定システム。
14. 請求項１に記載の携帯端末距離推定システムであって、
    前記超広帯域通信が可能な周波数帯として、相対的に高周波数帯域と相対的に低周波数帯域とが使用可能であり、
    前記高周波数帯域の信号と前記低周波数帯域の信号とを合成して、波形の立ち上がりを急峻にした前記インパルス信号を生成する携帯端末距離推定システム。
15. 車両に搭載され、超広帯域通信により、インパルス信号である応答要求信号を送信する車載通信機（１２）と、
    前記車載通信機が、前記応答要求信号を送信してから、ユーザに携帯される携帯端末から送信された前記インパルス信号である応答信号を受信するまでのラウンドトリップ時間（Ｔｐ）に基づいて、前記車載通信機と前記携帯端末との間の距離を推定する距離推定部（Ｆ５）とを備えた車載システムであって、
    前記車載通信機は、
    応答信号の受信強度が検出閾値を超えた時刻を、前記応答信号を受信した時刻とし、
    前記超広帯域通信する周波数帯域が可変であり、
    広帯域化条件が成立した場合、前記広帯域化条件が成立しない場合よりも通信周波数を広帯域化することで、波形の立ち上がりを急峻にした前記インパルス信号を送信する、車載システム。

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