JP2023113550A - Communication device, information processing method, and program - Google Patents

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JP2023113550A JP2022163508A JP2022163508A JP2023113550A JP 2023113550 A JP2023113550 A JP 2023113550A JP 2022163508 A JP2022163508 A JP 2022163508A JP 2022163508 A JP2022163508 A JP 2022163508A JP 2023113550 A JP2023113550 A JP 2023113550A
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佳樹 大石
Yoshiki Oishi
健一 古賀
Kenichi Koga
竜也 古池
Tatsuya Furuike
研人 片岡
Kento Kataoka
信良 菊間
Nobuyoshi Kikuma
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Tokai Rika Co Ltd
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Tokai Rika Co Ltd
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Abstract

To improve the accuracy of measuring a distance between a plurality of devices.SOLUTION: A communication device is provided, including a radio communication part for receiving a signal from another communication device by radio, and a control part for estimating an extension signal matrix for minimizing a prescribed norm by repeated calculation using a regularization parameter being a positive minute amount, and estimating a reception time of a signal received by the radio communication part on the basis of the extension signal matrix to minimize the prescribed norm. The control part divides the repeated calculation into a plurality of stages for execution, sets a value of the regularization parameter to be used for repeated calculation after a second stage among the plurality of stages to a value of the regularization parameter or more to be used in repeated calculation of the preceding stage, and changes the value of the regularization parameter on the basis of a reception situation of a second signal in the repeated calculation after the second stages.SELECTED DRAWING: Figure 15

Description

本発明は、通信装置、情報処理方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a communication device, an information processing method, and a program.

近年では、装置間で信号を送受信した結果に従って、一方の装置が他方の装置の位置を特定する技術が開発されている。位置特定技術の一例として、下記特許文献1には、UWB(Ultra-Wide Band)で無線通信を行うことで、UWB受信機がUWB送信機からの無線信号の入射角を特定する技術が開示されている。 In recent years, a technique has been developed in which one device identifies the position of the other device according to the result of transmitting and receiving signals between the devices. As an example of position specifying technology, Patent Document 1 below discloses a technology in which a UWB receiver specifies an incident angle of a radio signal from a UWB transmitter by performing wireless communication in UWB (Ultra-Wide Band). ing.

国際公開第2015/176776号WO2015/176776

しかし、上記特許文献1に記載の技術においては、無線信号の入射角を特定することはなされているものの、UWB受信機とUWB送信機との間の距離の測定精度を向上させることについては、更なる改善の余地があった。 However, in the technique described in Patent Document 1, although the incident angle of the radio signal is specified, improving the accuracy of measuring the distance between the UWB receiver and the UWB transmitter is difficult. There was room for further improvement.

すなわち、一方の装置と他方の装置との間の距離を測定する技術において、それらの装置間の距離の測定精度をより向上させることが望まれている。 That is, in the technology for measuring the distance between one device and the other device, it is desired to further improve the measurement accuracy of the distance between those devices.

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、複数の装置間における距離の測定精度を向上させることが可能な仕組み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 mechanism capable of improving the accuracy of distance measurement between a plurality of devices.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、他の通信装置から信号を無線で受信する無線通信部と、前記他の通信装置がパルスを含む信号を第1の信号として送信した場合に前記無線通信部により受信された、前記第1の信号に対応する信号である第2の信号と、前記第1の信号と、の相関を規定時間ごとにとり、前記無線通信部における前記第2の信号と前記第1の信号との相関を前記規定時間ごとにとった結果である相関演算結果をひとつまたは複数並べた行列であるデータ行列を、複数の設定時間の各々において信号を受信したと仮定したときの前記相関演算結果を表す複数の要素から成る行列である拡張モード行列と、前記無線通信部における前記設定時間ごとの信号の有無、並びに当該信号の振幅及び位相を表す複数の要素から成るベクトルである拡張信号ベクトルを、ひとつまたは複数の前記相関演算結果について並べた行列である拡張信号行列と、の行列積を含む形式に変換し、正の微小量である正則化パラメータを用いた反復計算により所定のノルムを最小化する前記拡張信号行列を推定し、前記所定のノルムを最小化する前記拡張信号行列に基づいて、前記第2の信号の受信時刻を推定する制御部と、を備え、前記制御部は、前記反復計算を複数段階に分けて実行し、前記複数段階のうち第2段階以降の反復計算において用いる前記正則化パラメータの値を前段階の反復計算において用いる前記正則化パラメータの値以上に設定し、かつ前記第2段階以降の反復計算において前記第2の信号の受信状況に基づいて前記正則化パラメータの値を変化させる、通信装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, a wireless communication unit that wirelessly receives a signal from another communication device, and the other communication device transmits a signal including pulses as a first signal. A correlation between a second signal, which is a signal corresponding to the first signal and the first signal, received by the wireless communication unit when the A data matrix, which is a matrix in which one or a plurality of correlation calculation results, which are results of correlation between the second signal and the first signal, are arranged at each of the predetermined times, is received at each of a plurality of set times. an extension mode matrix that is a matrix consisting of a plurality of elements representing the correlation calculation result when it is assumed that the The extended signal vector, which is a vector consisting of elements, is converted to a format including a matrix product of the extended signal matrix, which is a matrix in which one or more of the correlation calculation results are arranged, and the regularization parameter, which is a small positive amount a control unit that estimates the extended signal matrix that minimizes a predetermined norm by iterative calculation using the , wherein the control unit executes the iterative calculation in a plurality of stages, and uses the value of the regularization parameter used in the iterative calculation in the second and subsequent stages among the plurality of stages in the iterative calculation in the previous stage. A communication device is provided in which the value of the regularization parameter is set to be equal to or greater than the value of the regularization parameter, and the value of the regularization parameter is changed based on the reception status of the second signal in the iterative calculations after the second stage.

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、他の通信装置がパルスを含む信号を第1の信号として送信した場合に無線通信部により受信された、前記第1の信号に対応する信号である第2の信号と、前記第1の信号と、の相関を規定時間ごとにとり、前記無線通信部における前記第2の信号と前記第1の信号との相関を前記規定時間ごとにとった結果である相関演算結果をひとつまたは複数並べた行列であるデータ行列を、複数の設定時間の各々において信号を受信したと仮定したときの前記相関演算結果を表す複数の要素から成る行列である拡張モード行列と、前記無線通信部における前記設定時間ごとの信号の有無、並びに当該信号の振幅及び位相を表す複数の要素から成るベクトルである拡張信号ベクトルを、ひとつまたは複数の前記相関演算結果について並べた行列である拡張信号行列と、の行列積を含む形式に変換し、正の微小量である正則化パラメータを用いた反復計算により所定のノルムを最小化する前記拡張信号行列を推定し、前記所定のノルムを最小化する前記拡張信号行列に基づいて、前記第2の信号の受信時刻を推定すること、を含み、前記推定することは、前記反復計算を複数段階に分けて実行し、前記複数段階のうち第2段階以降の反復計算において用いる前記正則化パラメータの値を前段階の反復計算において用いる前記正則化パラメータの値以上に設定し、かつ前記第2段階以降の反復計算において前記第2の信号の受信状況に基づいて前記正則化パラメータの値を変化させること、をさらに含む、情報処理方法が提供される。 In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, when another communication device transmits a signal including a pulse as a first signal, the first The correlation between the second signal, which is the signal corresponding to the signal of the above, and the first signal is taken at regular intervals, and the correlation between the second signal and the first signal in the radio communication unit is calculated as the A data matrix, which is a matrix in which one or more correlation calculation results obtained at specified time intervals are arranged, is a plurality of elements representing the correlation calculation results when it is assumed that a signal is received at each of a plurality of set times. and an extension signal vector, which is a vector consisting of a plurality of elements representing the presence or absence of a signal in the wireless communication unit at each set time, and the amplitude and phase of the signal, one or more The extended signal matrix, which is a matrix in which the results of the correlation calculation are arranged, is converted into a format including a matrix product of the extended signal, and the extended signal minimizes a predetermined norm by iterative calculation using a regularization parameter that is a small positive amount. estimating a matrix and estimating the time of reception of the second signal based on the extended signal matrix that minimizes the predetermined norm, wherein the estimating comprises performing the iterative calculation in multiple stages. Execute separately, setting the value of the regularization parameter used in the iterative calculation of the second stage and later among the plurality of stages to be equal to or greater than the value of the regularization parameter used in the iterative calculation of the previous stage, and the second stage and later changing the value of the regularization parameter based on the reception status of the second signal in the iterative calculation of .

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、他の通信装置がパルスを含む信号を第1の信号として送信した場合に無線通信部により受信された、前記第1の信号に対応する信号である第2の信号と、前記第1の信号と、の相関を規定時間ごとにとり、前記無線通信部における前記第2の信号と前記第1の信号との相関を前記規定時間ごとにとった結果である相関演算結果をひとつまたは複数並べた行列であるデータ行列を、複数の設定時間の各々において信号を受信したと仮定したときの前記相関演算結果を表す複数の要素から成る行列である拡張モード行列と、前記無線通信部における前記設定時間ごとの信号の有無、並びに当該信号の振幅及び位相を表す複数の要素から成るベクトルである拡張信号ベクトルを、ひとつまたは複数の前記相関演算結果について並べた行列である拡張信号行列と、の行列積を含む形式に変換し、正の微小量である正則化パラメータを用いた反復計算により所定のノルムを最小化する前記拡張信号行列を推定し、前記所定のノルムを最小化する前記拡張信号行列に基づいて、前記第2の信号の受信時刻を推定する制御部、として機能させ、前記制御部に、前記反復計算を複数段階に分けて実行させ、前記複数段階のうち第2段階以降の反復計算において用いる前記正則化パラメータの値を前段階の反復計算において用いる前記正則化パラメータの値以上に設定させ、かつ前記第2段階以降の反復計算において前記第2の信号の受信状況に基づいて前記正則化パラメータの値を変化させる、プログラムが提供される。 Further, in order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, when another communication device transmits a signal including a pulse as a first signal, the computer receives by the wireless communication unit, A correlation between a second signal, which is a signal corresponding to the first signal, and the first signal is taken every prescribed time, and a correlation between the second signal and the first signal in the wireless communication unit is obtained. A data matrix, which is a matrix in which one or a plurality of correlation calculation results, which are the results of taking the correlation at each of the specified times, is arranged, represents the correlation calculation results when it is assumed that the signal is received at each of a plurality of set times. An extension mode matrix, which is a matrix consisting of a plurality of elements, and an extension signal vector, which is a vector consisting of a plurality of elements representing the presence or absence of a signal in the wireless communication unit at each set time, and the amplitude and phase of the signal, are combined into one Alternatively, convert to a format including a matrix product of the extended signal matrix, which is a matrix in which the results of the multiple correlation calculations are arranged, and minimize a predetermined norm by iterative calculation using a regularization parameter that is a small positive amount. estimating the extended signal matrix, and functioning as a control unit that estimates the reception time of the second signal based on the extended signal matrix that minimizes the predetermined norm, and causing the control unit to perform the iterative calculation is executed in a plurality of steps, and the value of the regularization parameter used in the iterative calculations in the second and subsequent steps among the plurality of steps is set to be equal to or greater than the value of the regularization parameter used in the iterative calculations in the previous step, and A program is provided for changing the value of the regularization parameter based on the reception status of the second signal in the iterative calculations of the second and subsequent stages.

以上説明したように本発明によれば、複数の装置間における距離の測定精度を向上させることが可能な仕組みが提供される。 As described above, according to the present invention, there is provided a mechanism capable of improving the accuracy of distance measurement between a plurality of devices.

本発明の一実施形態に係るシステムの構成の一例を示す図である。It is a figure showing an example of composition of a system concerning one embodiment of the present invention. 本実施形態に係る車両に設けられる複数のアンテナの配置の一例を示す図である。It is a figure showing an example of arrangement of a plurality of antennas provided in vehicles concerning this embodiment. 本実施形態に係る携帯機の位置パラメータの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the position parameter of the portable device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る携帯機の位置パラメータの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the position parameter of the portable device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る通信ユニットにおける信号処理の処理ブロックの一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of processing blocks for signal processing in the communication unit according to the embodiment; 本実施形態に係るCIRの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of CIR which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るシステムにおいて実行される測距処理の流れの一例を示すシーケンス図である。FIG. 4 is a sequence diagram showing an example of the flow of distance measurement processing executed in the system according to the embodiment; 本実施形態に係るシステムにおいて実行される角度推定処理の流れの一例を示すシーケンス図である。FIG. 4 is a sequence diagram showing an example of the flow of angle estimation processing executed in the system according to the embodiment; 本実施形態の技術的課題を説明するためのグラフである。It is a graph for explaining the technical problem of this embodiment. 本実施形態の技術的課題を説明するためのグラフである。It is a graph for explaining the technical problem of this embodiment. 本実施形態の技術的課題を説明するためのグラフである。It is a graph for explaining the technical problem of this embodiment. 本実施形態の技術的課題を説明するためのグラフである。It is a graph for explaining the technical problem of this embodiment. 4つのアンテナが2×2の平面アレーを構成する場合について説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a case where four antennas constitute a 2×2 planar array; y(k)とy[i]との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between y(k) and y[i]. 本実施形態に係る正則化パラメータの制御例を示すフローチャートである。5 is a flow chart showing an example of control of a regularization parameter according to the embodiment; 本実施形態に係る拡張信号行列Yの概略を説明するための説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an outline of an extended signal matrix Y according to this embodiment; 本実施形態に係る正則化パラメータ及び収束判定値を用いた反復計算の流れの一例を示すフローチャートである。7 is a flowchart showing an example of the flow of iterative calculation using a regularization parameter and a convergence determination value according to the embodiment; 第2の実施例に係る正則化パラメータの制御例を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flow chart showing an example of control of regularization parameters according to the second embodiment; FIG. 本実施形態に係る通信ユニットにより実行される位置パラメータ推定処理の流れの一例を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing an example of the flow of location parameter estimation processing executed by the communication unit according to the present embodiment; 4つのアンテナがリニアアレーを構成する場合について説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a case where four antennas form a linear array;

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、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。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, constituent elements having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description.

また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素を、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。例えば、実質的に同一の機能構成を有する複数の要素を、必要に応じて無線通信部210A、210B及び210Cのように区別する。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。例えば、無線通信部210A、210B及び210Cを特に区別する必要が無い場合には、単に無線通信部210と称する。 In addition, in this specification and drawings, elements having substantially the same functional configuration may be distinguished by attaching different letters after the same reference numerals. For example, a plurality of elements having substantially the same functional configuration are distinguished like radio communication units 210A, 210B and 210C as necessary. However, when there is no particular need to distinguish between a plurality of elements having substantially the same functional configuration, only the same reference numerals are used. For example, the wireless communication units 210A, 210B and 210C are simply referred to as the wireless communication unit 210 when there is no particular need to distinguish between them.

<<1.構成例>>
図1は、本発明の一実施形態に係るシステム1の構成の一例を示す図である。図1に示すように、本実施形態に係るシステム1は、携帯機100、及び通信ユニット200を含む。本実施形態における通信ユニット200は、車両202に搭載される。車両202は、ユーザの利用対象の一例である。
<<1. Configuration example >>
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a system 1 according to one embodiment of the invention. As shown in FIG. 1, the system 1 according to this embodiment includes a mobile device 100 and a communication unit 200. As shown in FIG. A communication unit 200 in this embodiment is mounted on a vehicle 202 . A vehicle 202 is an example of a user's utilization target.

本発明には、被認証者側の通信装置と、認証者側の通信装置と、が関与する。図1に示した例では、携帯機100が被認証者側の通信装置の一例であり、通信ユニット200が認証者側の通信装置の一例である。 The present invention involves a communication device on the side of the person to be authenticated and a communication device on the side of the authenticator. In the example shown in FIG. 1, the portable device 100 is an example of the communication device on the side of the person to be authenticated, and the communication unit 200 is an example of the communication device on the side of the authenticator.

システム1においては、ユーザ(例えば、車両202のドライバー)が携帯機100を携帯して車両202に近づくと、携帯機100と車両202に搭載された通信ユニット200との間で認証のための無線通信が行われる。そして、認証が成功すると、車両202のドア錠がアンロックされたりエンジンが始動されたりして、車両202がユーザにより利用可能な状態になる。システム1は、スマートエントリーシステムとも称される。以下、各構成要素について順に説明する。 In system 1, when a user (for example, a driver of vehicle 202) carries portable device 100 and approaches vehicle 202, wireless communication for authentication is performed between portable device 100 and communication unit 200 mounted on vehicle 202. Communication takes place. Then, when the authentication is successful, the door locks of the vehicle 202 are unlocked, the engine is started, and the vehicle 202 becomes available for use by the user. System 1 is also referred to as a smart entry system. Each component will be described in order below.

(1)携帯機100
携帯機100は、ユーザにより携帯される任意の装置として構成される。任意の装置には、電子キー、スマートフォン、及びウェアラブル端末等が含まれる。図1に示すように、携帯機100は、無線通信部110、記憶部120、及び制御部130を備える。
(1) Portable device 100
Portable device 100 is configured as any device carried by a user. Optional devices include electronic keys, smartphones, wearables, and the like. As shown in FIG. 1, the portable device 100 includes a wireless communication section 110, a storage section 120, and a control section .

無線通信部110は、車両202に搭載された通信ユニット200との間で、無線による通信を行う機能を有する。無線通信部110は、車両202に搭載された通信ユニット200から無線信号を受信し、無線信号を送信する。 The wireless communication unit 110 has a function of performing wireless communication with the communication unit 200 mounted on the vehicle 202 . Wireless communication unit 110 receives wireless signals from communication unit 200 mounted on vehicle 202 and transmits wireless signals.

無線通信部110と通信ユニット200との間の無線による通信は、例えばUWB(Ultra-Wide Band)を用いた信号によって実現される。UWBを用いた信号の無線通信において、インパルス方式を利用すれば、ナノ秒以下の非常に短いパルス幅の電波を使用することで電波の伝搬遅延時間を高精度に測定することができ、伝搬遅延時間に基づく測距を高精度に行うことができる。なお、伝搬遅延時間とは、電波を送信してから受信するまでにかかる時間である。無線通信部110は、例えば、UWBでの通信が可能な通信インタフェースとして構成される。 Wireless communication between the wireless communication unit 110 and the communication unit 200 is realized by signals using, for example, UWB (Ultra-Wide Band). In wireless communication of signals using UWB, if the impulse method is used, the propagation delay time of radio waves can be measured with high accuracy by using radio waves with extremely short pulse widths of nanoseconds or less. Time-based ranging can be performed with high accuracy. It should be noted that the propagation delay time is the time it takes for a radio wave to be received after it is transmitted. The wireless communication unit 110 is configured as a communication interface capable of UWB communication, for example.

なお、UWBを用いた信号は、例えば、測距用信号、角度推定用信号、及びデータ信号として送受信され得る。測距用信号とは、後述する測距処理において送受信される信号である。測距用信号は、データを格納するペイロード部分を有さないフレームフォーマットで構成されていてもよいし、ペイロード部分を有するフレームフォーマットで構成されていてもよい。角度推定用信号とは、後述する角度推定処理において送受信される信号である。角度推定用信号は、測距用信号と同様の構成を有していてもよい。データ信号は、データを格納するペイロード部分を有するフレームフォーマットで構成されることが好ましい。 Signals using UWB can be transmitted and received as, for example, ranging signals, angle estimation signals, and data signals. The rangefinding signal is a signal that is transmitted and received in rangefinding processing, which will be described later. The ranging signal may be configured in a frame format without a payload portion for storing data, or may be configured in a frame format with a payload portion. The angle estimation signal is a signal that is transmitted and received in angle estimation processing, which will be described later. The angle estimation signal may have the same configuration as the ranging signal. The data signal is preferably constructed in a frame format having a payload portion for storing data.

ここで、無線通信部110は、少なくとも1つのアンテナ111を有する。そして、無線通信部110は、少なくとも1つのアンテナ111を介して無線信号を送受信する。 Here, wireless communication section 110 has at least one antenna 111 . The wireless communication unit 110 transmits and receives wireless signals via at least one antenna 111 .

記憶部120は、携帯機100の動作のための各種情報を記憶する機能を有する。例えば、記憶部120は、携帯機100の動作のためのプログラム、並びに認証のためのID(identifier)、パスワード、及び認証アルゴリズム等を記憶する。記憶部120は、例えば、フラッシュメモリ等の記憶媒体、及び記憶媒体への記録再生を実行する処理装置により構成される。 The storage unit 120 has a function of storing various information for the operation of the portable device 100 . For example, the storage unit 120 stores a program for operating the portable device 100, an ID (identifier) for authentication, a password, an authentication algorithm, and the like. The storage unit 120 is configured by, for example, a storage medium such as a flash memory, and a processing device that executes recording/reproducing to/from the storage medium.

制御部130は、携帯機100における処理を実行する機能を有する。一例として、制御部130は、無線通信部110を制御して車両202の通信ユニット200との通信を行う。制御部130は、記憶部120からの情報の読み出し及び記憶部120への情報の書き込みを行う。制御部130は、車両202の通信ユニット200との間で行われる認証処理を制御する認証制御部としても機能する。制御部130は、例えばCPU(Central Processing Unit)及びマイクロプロセッサ等の電子回路によって構成される。 The control unit 130 has a function of executing processing in the portable device 100 . As an example, the control unit 130 controls the wireless communication unit 110 to communicate with the communication unit 200 of the vehicle 202 . The control unit 130 reads information from the storage unit 120 and writes information to the storage unit 120 . Control unit 130 also functions as an authentication control unit that controls authentication processing performed with communication unit 200 of vehicle 202 . The control unit 130 is configured by an electronic circuit such as a CPU (Central Processing Unit) and a microprocessor.

(2)通信ユニット200
通信ユニット200は、車両202に対応付けて設けられる。ここでは、車両202の車室内に設置される、又は通信モジュールとして車両202に内蔵される等、通信ユニット200は車両202に搭載されるものとする。他にも、車両202の駐車場に通信ユニット200が設けられる等、車両202と通信ユニット200とが別体として構成されてもよい。その場合、通信ユニット200は、携帯機100との通信結果に基づいて、車両202に制御信号を無線送信し、車両202を遠隔で制御し得る。図1に示すように、通信ユニット200は、複数の無線通信部210(210A~210D)、記憶部220、及び制御部230を備える。
(2) Communication unit 200
Communication unit 200 is provided in association with vehicle 202 . Here, it is assumed that the communication unit 200 is mounted in the vehicle 202, such as being installed in the vehicle interior of the vehicle 202, or built into the vehicle 202 as a communication module. In addition, the vehicle 202 and the communication unit 200 may be configured separately, such as by providing the communication unit 200 in the parking lot of the vehicle 202 . In that case, the communication unit 200 can wirelessly transmit a control signal to the vehicle 202 based on the communication result with the portable device 100 to remotely control the vehicle 202 . As shown in FIG. 1, the communication unit 200 includes a plurality of wireless communication sections 210 (210A to 210D), a storage section 220, and a control section 230. FIG.

無線通信部210は、携帯機100の無線通信部110との間で、無線による通信を行う機能を有する。無線通信部210は、携帯機100から無線信号を受信し、携帯機100へ無線信号を送信する。無線通信部210は、例えば、UWBでの通信が可能な通信インタフェースとして構成される。 The wireless communication unit 210 has a function of performing wireless communication with the wireless communication unit 110 of the portable device 100 . The wireless communication unit 210 receives wireless signals from the mobile device 100 and transmits wireless signals to the mobile device 100 . The wireless communication unit 210 is configured as a communication interface capable of UWB communication, for example.

ここで、各々の無線通信部210は、アンテナ211を有する。そして、各々の無線通信部210は、アンテナ211を介して無線信号を送受信する。 Here, each wireless communication unit 210 has an antenna 211 . Each wireless communication unit 210 transmits and receives wireless signals via an antenna 211 .

記憶部220は、通信ユニット200の動作のための各種情報を記憶する機能を有する。例えば、記憶部220は、通信ユニット200の動作のためのプログラム、及び認証アルゴリズム等を記憶する。記憶部220は、例えば、フラッシュメモリ等の記憶媒体、及び記憶媒体への記録再生を実行する処理装置により構成される。 The storage section 220 has a function of storing various information for the operation of the communication unit 200 . For example, the storage unit 220 stores a program for operating the communication unit 200, an authentication algorithm, and the like. The storage unit 220 is configured by, for example, a storage medium such as a flash memory, and a processing device that executes recording/reproducing to/from the storage medium.

制御部230は、通信ユニット200、及び車両202に搭載された車載機器の動作全般を制御する機能を有する。一例として、制御部230は、無線通信部210を制御して携帯機100との通信を行う。制御部230は、記憶部220からの情報の読み出し及び記憶部220への情報の書き込みを行う。制御部230は、携帯機100との間で行われる認証処理を制御する認証制御部としても機能する。また、制御部230は、車両202のドア錠を制御するドアロック制御部としても機能し、ドア錠のロック及びアンロックを行う。また、制御部230は、車両202のエンジンを制御するエンジン制御部としても機能し、エンジンの始動/停止を行う。なお、車両202に備えられる動力源は、エンジンの他にモータ等であってもよい。制御部230は、例えばECU(Electronic Control Unit)等の電子回路として構成される。 The control unit 230 has a function of controlling the overall operation of the communication unit 200 and onboard equipment mounted on the vehicle 202 . As an example, the control unit 230 controls the wireless communication unit 210 to communicate with the portable device 100 . The control unit 230 reads information from the storage unit 220 and writes information to the storage unit 220 . The control unit 230 also functions as an authentication control unit that controls authentication processing performed with the portable device 100 . The control unit 230 also functions as a door lock control unit that controls the door locks of the vehicle 202, and locks and unlocks the door locks. The control unit 230 also functions as an engine control unit that controls the engine of the vehicle 202, and starts/stops the engine. Note that the power source provided in the vehicle 202 may be a motor or the like in addition to the engine. The control unit 230 is configured as an electronic circuit such as an ECU (Electronic Control Unit).

<<2.技術的特徴>>
<2.1.位置パラメータ>
本実施形態に係る通信ユニット200(詳しくは、制御部230)は、携帯機100が存在する位置を示す位置パラメータを推定する、位置パラメータ推定処理を行う。以下、図2~図4を参照しながら、位置パラメータに関する各種定義について説明する。
<<2. Technical features >>
<2.1. Position parameter>
The communication unit 200 (specifically, the control unit 230) according to the present embodiment performs position parameter estimation processing for estimating a position parameter indicating the position where the portable device 100 exists. Various definitions of the positional parameters will be described below with reference to FIGS. 2 to 4. FIG.

図2は、本実施形態に係る車両202に設けられる複数のアンテナ211(無線通信部210)の配置の一例を示す図である。図2に示すように、車両202の天井部分には、4つのアンテナ211(211A-211D)が設けられている。アンテナ211Aは、車両202の前方右側に設けられる。アンテナ211Bは、車両202の前方左側に設けられる。アンテナ211Cは、車両202の後方右側に設けられる。アンテナ211Dは、車両202の後方左側に設けられる。なお、隣接するアンテナ211間の距離は、後述する角度推定用信号の波長λの2分の1以下になるように設定される。通信ユニット200を基準とする座標系として、通信ユニット200のローカル座標系が設定される。通信ユニット200のローカル座標系の一例は、4つのアンテナ211の中心を原点とし、車両202の前後方向をX軸とし、車両202の左右方向をY軸とし、車両202の上下方向をZ軸とする座標系である。なお、X軸は、前後方向のアンテナペア(例えば、アンテナ211Aとアンテナ211C、及び211Bとアンテナ211D)を結ぶ軸に平行する。また、Y軸は、左右方向のアンテナペア(例えば、アンテナ211Aとアンテナ211B、及び211Cとアンテナ211D)を結ぶ軸に平行する。 FIG. 2 is a diagram showing an example of arrangement of a plurality of antennas 211 (radio communication units 210) provided in a vehicle 202 according to this embodiment. As shown in FIG. 2, four antennas 211 (211A-211D) are provided on the ceiling of the vehicle 202. As shown in FIG. Antenna 211A is provided on the front right side of vehicle 202 . Antenna 211B is provided on the front left side of vehicle 202 . Antenna 211C is provided on the rear right side of vehicle 202 . Antenna 211D is provided on the rear left side of vehicle 202 . Note that the distance between adjacent antennas 211 is set to be less than or equal to half the wavelength λ of the angle estimation signal, which will be described later. A local coordinate system of the communication unit 200 is set as a coordinate system based on the communication unit 200 . An example of the local coordinate system of the communication unit 200 has the center of the four antennas 211 as the origin, the longitudinal direction of the vehicle 202 as the X axis, the lateral direction of the vehicle 202 as the Y axis, and the vertical direction of the vehicle 202 as the Z axis. It is a coordinate system that Note that the X-axis is parallel to the axis connecting the front-to-rear antenna pairs (eg, antenna 211A and antenna 211C, and antenna 211B and antenna 211D). In addition, the Y-axis is parallel to the axis connecting the left and right antenna pairs (eg, antenna 211A and antenna 211B, and antenna 211C and antenna 211D).

なお、4本のアンテナ211の配置形状は、正方形に限らず、平行四辺形、台形、矩形、及びその他の任意の形状を取り得る。もちろん、アンテナ211の数は4本に限定されない。 Note that the arrangement shape of the four antennas 211 is not limited to a square, and may be a parallelogram, a trapezoid, a rectangle, or any other shape. Of course, the number of antennas 211 is not limited to four.

図3は、本実施形態に係る携帯機100の位置パラメータの一例を示す図である。位置パラメータは、携帯機100と通信ユニット200との間の距離Rを含み得る。図3に示す距離Rは、通信ユニット200のローカル座標系の原点から携帯機100までの距離である。距離Rは、複数の無線通信部210のうちひとつの無線通信部210と携帯機100との間で行われる、後述する測距用信号の送受信結果に基づいて、推定される。距離Rは、後述する測距用信号の送受信を行うひとつの無線通信部210から携帯機100までの距離であってもよい。 FIG. 3 is a diagram showing an example of position parameters of the portable device 100 according to this embodiment. Location parameters may include the distance R between the mobile device 100 and the communication unit 200 . A distance R shown in FIG. 3 is the distance from the origin of the local coordinate system of the communication unit 200 to the portable device 100 . The distance R is estimated based on the result of transmission/reception of a ranging signal, which will be described later, performed between one wireless communication unit 210 of the plurality of wireless communication units 210 and the portable device 100 . The distance R may be the distance from one wireless communication unit 210 that transmits and receives a ranging signal to be described later to the portable device 100 .

また、位置パラメータは、図3に示す、X軸から携帯機100までの角度α、及びY軸から携帯機100までの角度βから成る、通信ユニット200を基準とする携帯機100の角度を含み得る。角度α及びβは、第1の所定の座標系における原点と携帯機100とを結ぶ直線と座標軸とがなす角度である。例えば、第1の所定の座標系は、通信ユニット200のローカル座標系である。角度αは、原点と携帯機100とを結ぶ直線とX軸とがなす角度である。角度βは、原点と携帯機100とを結ぶ直線とY軸とがなす角度である。 The position parameters also include the angle of the portable device 100 with respect to the communication unit 200, which consists of the angle α from the X-axis to the portable device 100 and the angle β from the Y-axis to the portable device 100 shown in FIG. obtain. The angles α and β are angles formed between the coordinate axes and a straight line connecting the origin of the first predetermined coordinate system and the portable device 100 . For example, the first predetermined coordinate system is the local coordinate system of communication unit 200 . The angle α is the angle between the straight line connecting the origin and the portable device 100 and the X axis. The angle β is the angle between the straight line connecting the origin and the portable device 100 and the Y axis.

図4は、本実施形態に係る携帯機100の位置パラメータの一例を示す図である。位置パラメータは、第2の所定の座標系における携帯機100の座標を含み得る。図4に示す、携帯機100のX軸上の座標x、Y軸上の座標y、及びZ軸上の座標zは、そのような座標の一例である。即ち、第2の所定の座標系は、通信ユニット200のローカル座標系であってもよい。他にも、第2の所定の座標系は、グローバル座標系であってもよい。 FIG. 4 is a diagram showing an example of position parameters of the portable device 100 according to this embodiment. The location parameters may include coordinates of portable device 100 in a second predetermined coordinate system. A coordinate x on the X axis, a coordinate y on the Y axis, and a coordinate z on the Z axis of the portable device 100 shown in FIG. 4 are examples of such coordinates. That is, the second predetermined coordinate system may be the local coordinate system of communication unit 200 . Alternatively, the second predetermined coordinate system may be the global coordinate system.

<2.2.CIR>
(1)CIR算出処理
携帯機100及び通信ユニット200は、位置パラメータ推定処理において、位置パラメータを推定するための通信を行う。その際、携帯機100及び通信ユニット200は、CIR(Channel Impulse Response)を算出する。
<2.2. CIR>
(1) CIR Calculation Process The portable device 100 and the communication unit 200 perform communication for estimating position parameters in the position parameter estimation process. At that time, the portable device 100 and the communication unit 200 calculate CIR (Channel Impulse Response).

CIRとは、インパルスをシステムに入力したときの応答である。本実施形態におけるCIRは、携帯機100及び通信ユニット200の一方(以下、送信側とも称する)の無線通信部がパルスを含む信号を第1の信号として送信した場合に、他方(以下、受信側とも称する)の無線通信部により受信された、第1の信号に対応する信号である第2の信号に基づいて算出される。CIRは、携帯機100と通信ユニット200との間の無線通信路の特性を示すとも言える。以下では、第1の信号を送信信号とも称し、第2の信号を受信信号とも称する。 CIR is the response when an impulse is input to the system. The CIR in this embodiment is defined as, when the wireless communication unit of one of the portable device 100 and the communication unit 200 (hereinafter also referred to as the transmitting side) transmits a signal including a pulse as the first signal, the other (hereinafter referred to as the receiving side) is calculated based on a second signal, which is a signal corresponding to the first signal, received by the wireless communication unit. It can also be said that the CIR indicates the characteristics of the wireless communication channel between the portable device 100 and the communication unit 200 . In the following, the first signal is also referred to as the transmitted signal and the second signal is also referred to as the received signal.

一例として、CIRは、送信信号と受信信号との相関を、規定時間ごとにとった結果である、相関演算結果であってもよい。ここでの相関とは、送信信号と受信信号との相関を、各々の時間方向の相対位置をずらしながらとる処理である、スライディング相関であってもよい。CIRは、送信信号と受信信号との相関の高さを示す相関値を、規定時間を間隔とする時刻ごとの要素として含む。規定時間は、例えば、受信側が受信信号をサンプリングする間隔である。そのため、CIRを構成する要素は、サンプリングポイントとも称される。相関値は、IQ成分を有する複素数であってもよい。また、相関値は、複素数の振幅又は位相であってもよい。また、相関値は、複素数のI成分及びQ成分の二乗和(又は振幅の二乗)である、電力であってもよい。 As an example, the CIR may be a correlation calculation result, which is the result of taking the correlation between the transmission signal and the reception signal at regular intervals. The correlation here may be a sliding correlation, which is a process of obtaining the correlation between the transmission signal and the reception signal while shifting their relative positions in the time direction. The CIR includes a correlation value indicating the degree of correlation between the transmission signal and the reception signal as an element for each time with a specified time interval. The specified time is, for example, an interval at which the receiving side samples the received signal. Therefore, the elements that make up the CIR are also called sampling points. The correlation value may be a complex number with IQ components. The correlation value may also be a complex amplitude or phase. The correlation value may also be power, which is the sum of the squares of the complex I and Q components (or the square of the amplitude).

CIRは、各時刻における値(以下、CIR値とも称する)を要素とする集合である、とも捉えられる。その場合、CIRは、CIR値の時系列変化である。CIRが相関演算結果である場合、CIR値は、相関値である。 The CIR can also be regarded as a set whose elements are values at each time (hereinafter also referred to as CIR values). In that case, CIR is the time series variation of the CIR value. If the CIR is the correlation calculation result, the CIR value is the correlation value.

なお、携帯機100及び通信ユニット200は、時間カウンタを用いて、時刻を取得する。時間カウンタとは、所定の時間間隔(以下、カウント周期とも称する)で経過時間を示す値(以下、カウント値とも称する)をカウント(典型的には、インクリメント)するカウンタである。時間カウンタによりカウントされたカウント値、カウント周期、及びカウント開始時刻に基づいて、現在時刻が計算される。異なる装置間で、カウント周期及びカウント開始時刻が一致することは、同期しているとも称される。他方、異なる装置間で、カウント周期及びカウント開始時刻の少なくともいずれかが異なることは、同期していない又は非同期であるとも称される。携帯機100と通信ユニット200とは、同期していてもよいし、非同期であってもよい。また、複数の無線通信部210の各々は、互いに同期していてもよいし、非同期であってもよい。CIRを計算する際の上記規定時間は、時間カウンタのカウント周期の整数倍であってもよい。以下の説明では、特に言及しない限り、携帯機100と複数の無線通信部210の各々とが互いに同期しているものとして説明する。 Note that the portable device 100 and the communication unit 200 acquire the time using a time counter. A time counter is a counter that counts (typically increments) a value (hereinafter also referred to as a count value) indicating an elapsed time at a predetermined time interval (hereinafter also referred to as a count cycle). The current time is calculated based on the count value counted by the time counter, the count period, and the count start time. Matching the count period and the count start time between different devices is also referred to as synchronization. On the other hand, the fact that at least one of the counting period and the counting start time differs between different devices is also referred to as non-synchronization or asynchronization. The portable device 100 and the communication unit 200 may be synchronous or asynchronous. Also, each of the plurality of wireless communication units 210 may be synchronous with each other or may be asynchronous with each other. The specified time for calculating the CIR may be an integral multiple of the count period of the time counter. In the following description, it is assumed that the portable device 100 and each of the plurality of wireless communication units 210 are synchronized with each other, unless otherwise specified.

以下、送信側が携帯機100であり、受信側が通信ユニット200である場合のCIR算出処理を、図5~図6を参照しながら詳しく説明する。 The CIR calculation process when the transmitting side is the portable device 100 and the receiving side is the communication unit 200 will be described in detail below with reference to FIGS. 5 and 6. FIG.

図5は、本実施形態に係る通信ユニット200における信号処理の処理ブロックの一例を示す図である。図5に示すように、通信ユニット200は、発振器212、乗算器213、90度移相器214、乗算器215、LPF(Low Pass Filter)216、LPF217、相関器218、及び積算器219を含む。 FIG. 5 is a diagram showing an example of processing blocks for signal processing in the communication unit 200 according to this embodiment. As shown in FIG. 5, the communication unit 200 includes an oscillator 212, a multiplier 213, a 90-degree phase shifter 214, a multiplier 215, an LPF (Low Pass Filter) 216, an LPF 217, a correlator 218, and an integrator 219. .

発振器212は、送信信号を搬送する搬送波の周波数と同一の周波数の信号を生成して、生成した信号を乗算器213及び90度移相器214に出力する。 Oscillator 212 generates a signal having the same frequency as the frequency of the carrier that carries the transmission signal, and outputs the generated signal to multiplier 213 and 90-degree phase shifter 214 .

乗算器213は、アンテナ211により受信された受信信号と発振器212から出力された信号とを乗算し、乗算した結果をLPF216に出力する。LPF216は、入力された信号のうち、送信信号を搬送する搬送波の周波数以下の周波数の信号を、相関器218に出力する。相関器218に入力される信号は、受信信号の包絡線に対応する成分のうちI成分(即ち、実部)である。 Multiplier 213 multiplies the received signal received by antenna 211 and the signal output from oscillator 212 and outputs the multiplied result to LPF 216 . The LPF 216 outputs to the correlator 218 signals having frequencies lower than the frequency of the carrier that carries the transmission signal among the input signals. The signal input to correlator 218 is the I component (that is, the real part) of the components corresponding to the envelope of the received signal.

90度移相器214は、入力された信号の位相を90度遅延させて、遅延させた信号を乗算器215に出力する。乗算器215は、アンテナ211により受信された受信信号と90度移相器214から出力された信号とを乗算し、乗算した結果をLPF217に出力する。LPF217は、入力された信号のうち、送信信号を搬送する搬送波の周波数以下の周波数の信号を、相関器218に出力する。相関器218に入力される信号は、受信信号の包絡線に対応する成分のうちQ成分(即ち、虚部)である。 90-degree phase shifter 214 delays the phase of the input signal by 90 degrees and outputs the delayed signal to multiplier 215 . Multiplier 215 multiplies the received signal received by antenna 211 and the signal output from 90-degree phase shifter 214 and outputs the multiplied result to LPF 217 . LPF 217 outputs to correlator 218 signals having frequencies lower than the frequency of the carrier that carries the transmission signal among the input signals. The signal input to the correlator 218 is the Q component (ie imaginary part) of the components corresponding to the envelope of the received signal.

相関器218は、LPF216及びLPF217から出力された、I成分及びQ成分から成る受信信号と、参照信号と、のスライディング相関をとることで、CIRを算出する。なお、ここでの参照信号とは、搬送波が乗算される前の送信信号と同一の信号である。 The correlator 218 calculates the CIR by taking the sliding correlation between the received signal composed of the I component and the Q component output from the LPF 216 and the LPF 217 and the reference signal. Note that the reference signal here is the same signal as the transmission signal before being multiplied by the carrier wave.

積算器219は、相関器218から出力されたCIRを積算して、出力する。 Integrator 219 integrates the CIR output from correlator 218 and outputs the result.

ここで、送信側は、ひとつ以上のプリアンブルシンボルを複数含むプリアンブルを含む信号を、送信信号として送信し得る。プリアンブルとは、送受信間で既知な系列である。プリアンブルは、典型的には送信信号の先頭に配置される。プリアンブルシンボルとは、ひとつ以上のパルスを含むパルス配列である。パルス配列とは、時間方向に分離した複数のパルスの集合である。プリアンブルシンボルは、積算219による積算の対象である。即ち、相関器218は、受信信号に含まれる複数のプリアンブルシンボルに対応する部分の各々と、送信信号(即ち、参照信号)に含まれるプリアンブルシンボルと、のスライディング相関をとることで、プリアンブルシンボルごとのCIRを算出する。そして、積算器219は、プリアンブルシンボルごとのCIRを、プリアンブルに含まれるひとつ以上のプリアンブルについて積算し、積算後のCIRを出力する。 Here, the transmitting side can transmit a signal including a preamble including a plurality of one or more preamble symbols as a transmission signal. A preamble is a known sequence between transmission and reception. A preamble is typically placed at the beginning of a transmission signal. A preamble symbol is a pulse sequence containing one or more pulses. A pulse sequence is a set of multiple pulses separated in the time direction. Preamble symbols are subject to accumulation by accumulation 219 . That is, the correlator 218 performs sliding correlation between each part corresponding to a plurality of preamble symbols contained in the received signal and the preamble symbol contained in the transmitted signal (that is, the reference signal), thereby obtaining Calculate the CIR of Then, the integrator 219 integrates the CIR of each preamble symbol for one or more preambles included in the preamble, and outputs the CIR after integration.

(2)CIRの例
積算器219から出力されるCIRの一例を、図6に示す。図6は、本実施形態に係るCIRの一例を示すグラフである。図6に示したCIRは、送信側が送信信号を送信した時刻を時間カウンタによるカウント開始時刻と仮定したときのCIRである。このようなCIRは、遅延プロファイルとも称される。本グラフの横軸は遅延時間である。遅延時間とは、送信側が送信信号を送信した時刻からの経過時間である。本グラフの縦軸は、CIR値の絶対値(例えば、電力値)である。なお、以下では、CIRとは遅延プロファイルを指すものとして説明する。
(2) Example of CIR An example of CIR output from the integrator 219 is shown in FIG. FIG. 6 is a graph showing an example of CIR according to this embodiment. The CIR shown in FIG. 6 is the CIR when the time at which the transmission side transmits the transmission signal is assumed to be the count start time of the time counter. Such a CIR is also called a delay profile. The horizontal axis of this graph is the delay time. The delay time is the elapsed time from the time when the transmission side transmits the transmission signal. The vertical axis of this graph is the absolute value of the CIR value (for example, power value). In the following description, CIR refers to a delay profile.

CIRの形状、より詳しくはCIR値の時系列変化の形状は、CIR波形とも称される。典型的には、CIRにおいて、ゼロクロス点とゼロクロス点との間の要素の集合が、ひとつのパルスに対応する。ゼロクロス点とは、値がゼロになる要素である。ただし、ノイズがある環境ではその限りではない。例えば、基準となる水準とCIR値の時系列変化との交点間の要素の集合が、ひとつのパルスに対応すると捉えられてもよい。図6に示したCIRには、あるパルスに対応する要素の集合21、及び他のパルスに対応する要素の集合22が、含まれている。 The shape of the CIR, more specifically the shape of the time series variation of the CIR values, is also referred to as the CIR waveform. Typically, in CIR, a set of elements between zero crossing points corresponds to one pulse. A zero-crossing point is an element whose value becomes zero. However, this is not the case in noisy environments. For example, a set of elements between the intersections of the reference level and the time-series variation of the CIR value may be regarded as corresponding to one pulse. The CIR shown in FIG. 6 includes a set 21 of elements corresponding to a certain pulse and a set 22 of elements corresponding to other pulses.

集合21は、例えば、ファストパスを経由して受信側に到来した信号(例えば、パルス)に対応する。ファストパスとは、送受信間の最も短い経路を指す。ファストパスは、遮蔽物がない環境では送受信間の直線経路を指す。集合22は、例えば、ファストパス以外の経路を通って受信側に到来した信号(例えば、パルス)に対応する。このように、複数の経路を経由して到来する信号を、マルチパス波とも称する。 A set 21 corresponds, for example, to signals (eg, pulses) arriving at the receiver via the fastpath. Fastpath refers to the shortest path between transmission and reception. Fastpath refers to a straight path between transmit and receive in an unobstructed environment. A set 22 corresponds to, for example, signals (eg, pulses) arriving at the receiver through paths other than the fastpath. Such signals arriving via multiple paths are also referred to as multipath waves.

(3)第1到来波の検出
受信側は、送信側から受信した無線信号のうち所定の検出基準を満たす信号を、ファストパスを経由して受信側に到達した信号として検出する。そして、受信側は、検出した信号に基づいて、位置パラメータを推定する。ファストパスを経由して受信側に到達した信号として検出された信号を、以下では第1到来波とも称する。
(3) Detection of First Arriving Wave The receiving side detects a signal that satisfies a predetermined detection criterion among the radio signals received from the transmitting side as a signal that has reached the receiving side via the fastpath. The receiving side then estimates the location parameters based on the detected signals. A signal detected as a signal that has reached the receiving side via the fast path is hereinafter also referred to as a first arriving wave.

受信側は、受信した無線信号のうち所定の検出基準を満たす信号を、第1到来波として検出する。所定の検出基準の一例は、CIR値(例えば、振幅又は電力)が最初に所定の閾値を超えることである。即ち、受信側は、CIRのうちCIR値が最初に所定の閾値を超えた部分に対応する信号を、第1到来波として検出してもよい。以下では、第1到来波を検出するために使用される所定の閾値を、ファストパス閾値とも称する。 The receiving side detects a signal that satisfies a predetermined detection criterion among the received radio signals as the first incoming wave. An example of a predetermined detection criterion is that the CIR value (eg amplitude or power) first exceeds a predetermined threshold. That is, the receiving side may detect, as the first incoming wave, a signal corresponding to a portion of the CIR whose CIR value first exceeds a predetermined threshold. The predetermined threshold used for detecting the first arriving wave is hereinafter also referred to as the fastpath threshold.

受信側が受信する信号は、直接波、遅延波、又は合成波のいずれかであり得る。直接波とは、送受信間の最短経路を経て、受信側に受信される信号である。即ち、直接波とは、ファストパスを経由して受信側に到達した信号である。遅延波とは、送受信間の最短でない経路を経て、即ち、ファストパス以外の経路を経由して受信側に到達した信号である。遅延波は、直接波よりも遅延して受信側に受信される。合成波とは、複数の異なる経路を経た複数の信号が合成された状態で受信側に受信される信号である。 The signal received by the receiver can be either direct wave, delayed wave, or synthetic wave. A direct wave is a signal that is received by the receiving side through the shortest path between transmission and reception. That is, the direct wave is a signal that reaches the receiving side via the fastpath. A delayed wave is a signal that reaches the receiving side via a path other than the shortest path between transmission and reception, that is, via a path other than the fast path. The delayed wave is received by the receiving side with a delay from the direct wave. A composite wave is a signal received by a receiving side in a state in which a plurality of signals that have passed through a plurality of different paths are combined.

ここで注意すべきは、第1到来波として検出された信号が、必ずしも直接波であるとは限らない点である。例えば、直接波が遅延波と打ち消し合った状態で受信されると、直接波に対応する要素のCIR値が所定の閾値を下回り、直接波が第1到来波として検出されない場合がある。その場合、直接波よりも遅延して到来する遅延波又は合成波が、第1到来波として検出されてしまう。 It should be noted here that the signal detected as the first arriving wave is not necessarily the direct wave. For example, if the direct wave is received while canceling out the delayed wave, the CIR value of the element corresponding to the direct wave may fall below a predetermined threshold and the direct wave may not be detected as the first arriving wave. In that case, a delayed wave or a composite wave that arrives later than the direct wave will be detected as the first arriving wave.

<2.3.位置パラメータの推定>
(1)距離推定
通信ユニット200は、測距処理を行う。測距処理とは、通信ユニット200と携帯機100との間の距離を推定する処理である。通信ユニット200と携帯機100との間の距離は、例えば図3に示した距離Rである。測距処理は、測距用信号を送受信すること、及び測距用信号の伝搬遅延時間に基づいて距離Rを計算することを含む。伝搬遅延時間とは、信号が送信されてから受信されるまでにかかる時間である。
<2.3. Estimation of Positional Parameters>
(1) Distance Estimation The communication unit 200 performs distance measurement processing. Distance measurement processing is processing for estimating the distance between communication unit 200 and portable device 100 . The distance between the communication unit 200 and the portable device 100 is, for example, the distance R shown in FIG. Ranging processing includes transmitting and receiving a ranging signal and calculating a distance R based on the propagation delay time of the ranging signal. Propagation delay time is the time it takes for a signal to be transmitted and received.

ここで、通信ユニット200が有する複数の無線通信部210のうち、いずれか1つの無線通信部210が、測距用信号を送受信する。測距用信号を送受信する無線通信部210を、以下ではマスタとも称する。距離Rは、マスタとして機能する無線通信部210(より正確には、アンテナ211)と携帯機100との間の距離である。 Here, one of the plurality of wireless communication units 210 included in the communication unit 200 transmits and receives the ranging signal. The wireless communication unit 210 that transmits and receives ranging signals is hereinafter also referred to as a master. The distance R is the distance between the wireless communication unit 210 (more precisely, the antenna 211 ) functioning as a master and the portable device 100 .

測距処理においては、通信ユニット200と携帯機100との間で複数の測距用信号が送受信され得る。複数の測距用信号のうち、一方の装置から他方の装置へ送信される測距用信号を第1の測距用信号とも称する。次に、第1の測距用信号を受信した装置から、第1の測距用信号を送信した装置へ、第1の測距用信号の応答として送信される測距用信号を、第2の測距用信号とも称する。次いで、第2の測距用信号を受信した装置から、第2の測距用信号を送信した装置へ、第2の測距用信号の応答として送信される測距用信号を、第3の測距用信号とも称する。 In the ranging process, multiple ranging signals can be transmitted and received between the communication unit 200 and the portable device 100 . Among the plurality of ranging signals, the ranging signal transmitted from one device to the other device is also referred to as a first ranging signal. Next, the ranging signal transmitted as a response to the first ranging signal from the device that received the first ranging signal to the device that transmitted the first ranging signal is sent to the second Also referred to as a ranging signal. Next, from the device that received the second ranging signal, to the device that transmitted the second ranging signal, the ranging signal transmitted as a response to the second ranging signal is sent to the third It is also called a ranging signal.

以下、図7を参照しながら、測距処理の流れの一例を説明する。 An example of the flow of distance measurement processing will be described below with reference to FIG.

図7は、本実施形態に係るシステム1において実行される測距処理の流れの一例を示すシーケンス図である。本シーケンスには、携帯機100及び通信ユニット200が関与する。本シーケンスでは、無線通信部210Aがマスタとして機能するものとする。 FIG. 7 is a sequence diagram showing an example of the flow of distance measurement processing executed in the system 1 according to this embodiment. The portable device 100 and the communication unit 200 are involved in this sequence. In this sequence, wireless communication section 210A functions as a master.

図7に示すように、まず、携帯機100は、第1の測距用信号を送信する(ステップS102)。無線通信部210Aにより第1の測距用信号が受信されると、制御部230は、第1の測距用信号のCIRを算出する。その後、制御部230は、算出したCIRに基づいて、無線通信部210Aにおける第1の測距用信号の第1到来波を検出する(ステップS104)。 As shown in FIG. 7, first, the portable device 100 transmits a first ranging signal (step S102). When the radio communication unit 210A receives the first ranging signal, the control unit 230 calculates the CIR of the first ranging signal. After that, based on the calculated CIR, the control unit 230 detects the first arriving wave of the first ranging signal in the wireless communication unit 210A (step S104).

次いで、無線通信部210Aは、第1の測距用信号の応答として第2の測距用信号を送信する(ステップS106)。携帯機100は、第2の測距用信号を受信すると、第2の測距用信号のCIRを算出する。その後、携帯機100は、算出したCIRに基づいて、第2の測距用信号の第1到来波を検出する(ステップS108)。 Next, the wireless communication unit 210A transmits a second ranging signal in response to the first ranging signal (step S106). Upon receiving the second ranging signal, the portable device 100 calculates the CIR of the second ranging signal. After that, the portable device 100 detects the first arriving wave of the second ranging signal based on the calculated CIR (step S108).

次に、携帯機100は、第2の測距用信号の応答として第3の測距用信号を送信する(ステップS110)。無線通信部210Aにより第3の測距用信号が受信されると、制御部230は、第3の測距用信号のCIRを算出する。その後、制御部230は、算出したCIRに基づいて、無線通信部210Aにおける第3の測距用信号の第1到来波を検出する(ステップS112)。 Next, the portable device 100 transmits a third ranging signal in response to the second ranging signal (step S110). When the radio communication unit 210A receives the third ranging signal, the control unit 230 calculates the CIR of the third ranging signal. After that, based on the calculated CIR, the control unit 230 detects the first arriving wave of the third ranging signal in the wireless communication unit 210A (step S112).

携帯機100は、第1の測距用信号の送信時刻から第2の測距用信号の受信時刻までの時間INT、及び第2の測距用信号の受信時刻から第3の測距用信号の送信時刻までの時間INTを計測する。ここで、第2の測距用信号の受信時刻とは、ステップS108において検出された、第2の測距用信号の第1到来波の受信時刻である。そして、携帯機100は、時間INT及びINTを示す情報を含む信号を送信する(ステップS114)。かかる信号は、例えば無線通信部210Aにより受信される。 The portable device 100 controls the time INT 1 from the transmission time of the first ranging signal to the reception time of the second ranging signal, and the time INT 1 from the reception time of the second ranging signal to the third ranging signal. The time INT 2 until the signal transmission time is measured. Here, the reception time of the second ranging signal is the reception time of the first arriving wave of the second ranging signal detected in step S108. Then, the portable device 100 transmits a signal including information indicating times INT 1 and INT 2 (step S114). Such a signal is received, for example, by the wireless communication unit 210A.

制御部230は、第1の測距用信号の受信時刻から第2の測距用信号の送信時刻までの時間INT、及び第2の測距用信号の送信時刻から第3の測距用信号の受信時刻までの時間INTを計測する。ここで、第1の測距用信号の受信時刻とは、ステップS104において検出された、第1の測距用信号の第1到来波の受信時刻である。同様に、第3の測距用信号の受信時刻とは、ステップS112において検出された、第3の測距用信号の第1到来波の受信時刻である。 The control unit 230 controls the time INT 3 from the reception time of the first ranging signal to the transmission time of the second ranging signal, and the time INT 3 from the transmission time of the second ranging signal to the third ranging signal. Measure the time INT 4 until the signal reception time. Here, the reception time of the first ranging signal is the reception time of the first arriving wave of the first ranging signal detected in step S104. Similarly, the reception time of the third ranging signal is the reception time of the first arriving wave of the third ranging signal detected in step S112.

そして、制御部230は、時間INT、INT、INT、及びINTに基づいて、距離Rを推定する(ステップS116)。例えば、制御部230は、次式により伝搬遅延時間τを推定する。 Then, the control unit 230 estimates the distance R based on the times INT 1 , INT 2 , INT 3 and INT 4 (step S116). For example, the control unit 230 estimates the propagation delay time τm using the following equation.

Figure 2023113550000002
Figure 2023113550000002

その後、制御部230は、推定した伝搬遅延時間τに信号の速度を乗算することで、距離Rを推定する。 After that, the control unit 230 estimates the distance R by multiplying the estimated propagation delay time τm by the speed of the signal.

-推定精度低下の一因
時間INT、INT、INT、及びINTの始期又は終期となる測距用信号の受信時刻は、測距用信号の第1到来波の受信時刻である。上述したように、第1到来波として検出された信号は、必ずしも直接波であるとは限らない。
- Contribution to Decrease in Estimation Accuracy The reception time of the ranging signal at the start or end of times INT 1 , INT 2 , INT 3 , and INT 4 is the reception time of the first arriving wave of the ranging signal. As described above, the signal detected as the first arriving wave is not necessarily the direct wave.

直接波よりも遅延して到来する遅延波又は合成波が第1到来波として検出された場合、直接波が第1到来波として検出される場合と比較して、第1到来波の受信時刻が遅延する。その場合、伝搬遅延時間τの推定結果が真の値(直接波が第1到来波として検出される場合の推定結果)から変動する。そして、変動した分だけ、測距精度は低下する。 When a delayed wave or composite wave arriving later than the direct wave is detected as the first arriving wave, the reception time of the first arriving wave is longer than when the direct wave is detected as the first arriving wave. Delay. In that case, the estimation result of the propagation delay time τ m will fluctuate from the true value (estimation result when the direct wave is detected as the first arriving wave). Then, the distance measurement accuracy is lowered by the amount of variation.

-補足
なお、受信側は、所定の検出基準が満たされた時刻を、第1到来波の受信時刻としてもよい。即ち、受信側は、CIRの電力値が最初に所定の閾値を超えた時刻、又は受信した無線信号の受信電力値が最初に所定の閾値を超えた時刻を、第1到来波の受信時刻としてもよい。他にも、受信側は、検出した第1到来波のピークの時刻(即ち、CIRのうち第1到来波に対応する部分において電力値が最も高い時刻、又は第1到来波のうち受信電力値が最も高い時刻)を、第1到来波の受信時刻としてもよい。
- Supplementary Note that the reception side may set the time at which a predetermined detection criterion is satisfied as the reception time of the first arriving wave. That is, the receiving side regards the time when the power value of the CIR first exceeds a predetermined threshold or the time when the reception power value of the received radio signal first exceeds a predetermined threshold as the reception time of the first arriving wave. good too. In addition, the receiving side detects the peak time of the detected first arriving wave (that is, the time when the power value is highest in the portion corresponding to the first arriving wave in the CIR, or the received power value of the first arriving wave is the highest) may be set as the reception time of the first arriving wave.

(2)角度推定
通信ユニット200は、角度推定処理を行う。角度推定処理とは、図3に示した角度α及びβを推定する処理である。角度取得処理は、角度推定用信号を受信すること、及び角度推定用信号の受信結果に基づいて角度α及びβを計算することを含む。角度推定用信号とは、角度推定処理において送受信される信号である。以下、図8を参照しながら、角度推定処理の流れの一例を説明する。
(2) Angle Estimation The communication unit 200 performs angle estimation processing. The angle estimation process is a process of estimating the angles α and β shown in FIG. The angle acquisition process includes receiving a signal for angle estimation and calculating angles α and β based on the result of receiving the signal for angle estimation. The angle estimation signal is a signal that is transmitted and received in angle estimation processing. An example of the flow of angle estimation processing will be described below with reference to FIG.

図8は、本実施形態に係るシステム1において実行される角度推定処理の流れの一例を示すシーケンス図である。本シーケンスには、携帯機100及び通信ユニット200が関与する。 FIG. 8 is a sequence diagram showing an example of the flow of angle estimation processing executed in the system 1 according to this embodiment. The portable device 100 and the communication unit 200 are involved in this sequence.

図8に示すように、まず、携帯機100は、角度推定用信号を送信する(ステップS202)。次いで、無線通信部210A~210Dの各々により角度推定用信号が受信されると、制御部230は、無線通信部210A~210Dの各々により受信された角度推定用信号のCIRを算出する。その後、制御部230は、無線通信部210A~210Dの各々について、算出したCIRに基づいて角度推定用信号の第1到来波を検出する(ステップS204A~S204D)。次に、制御部230は、無線通信部210A~210Dの各々について、検出した第1到来波の位相を検出する(ステップS206A~S206D)。そして、制御部230は、無線通信部210A~210Dの各々について検出した第1到来波の位相に基づいて、角度α及びβを推定する(ステップS208)。 As shown in FIG. 8, first, the portable device 100 transmits an angle estimation signal (step S202). Next, when the angle estimation signal is received by each of radio communication units 210A to 210D, control unit 230 calculates the CIR of the angle estimation signal received by each of radio communication units 210A to 210D. After that, control unit 230 detects the first arriving wave of the angle estimation signal based on the calculated CIR for each of radio communication units 210A to 210D (steps S204A to S204D). Next, control unit 230 detects the detected phase of the first arriving wave for each of radio communication units 210A to 210D (steps S206A to S206D). Then, control unit 230 estimates angles α and β based on the phase of the first arriving wave detected for each of radio communication units 210A to 210D (step S208).

ここで、第1到来波の位相は、CIRのうち、第1到来波の受信時刻における位相である。他にも、第1到来波の位相は、受信した無線信号のうち、第1到来波の受信時刻における位相であってもよい。 Here, the phase of the first arriving wave is the phase at the reception time of the first arriving wave in the CIR. Alternatively, the phase of the first arriving wave may be the phase of the received radio signal at the reception time of the first arriving wave.

以下、ステップS208における処理の詳細について説明する。無線通信部210Aについて検出された第1到来波の位相をPとする。無線通信部210Bについて検出された第1到来波の位相をPとする。無線通信部210Cについて検出された第1到来波の位相をPとする。無線通信部210Dについて検出された第1到来波の位相をPとする。この場合、X軸方向のアンテナアレー位相差PdAC及びPdBD、並びにY軸方向のアンテナアレー位相差PdBA及びPdDCは、それぞれ次式で表される。 Details of the processing in step S208 will be described below. Let P A be the phase of the first arriving wave detected for the radio communication unit 210A. Let PB be the phase of the first arriving wave detected for the radio communication unit 210B. Let PC be the phase of the first arriving wave detected for the radio communication unit 210C. Let PD be the phase of the first arriving wave detected for the wireless communication unit 210D. In this case, the antenna array phase differences Pd AC and Pd BD in the X-axis direction and the antenna array phase differences Pd BA and Pd DC in the Y-axis direction are expressed by the following equations.

Figure 2023113550000003
Figure 2023113550000003

角度α及びβは、次式により計算される。ここで、λは電波の波長であり、dはアンテナ211間の距離である。 Angles α and β are calculated by the following equations. Here, λ is the wavelength of radio waves, and d is the distance between antennas 211 .

Figure 2023113550000004
Figure 2023113550000004

従って、それぞれのアンテナアレー位相差に基づいて計算される角度は、それぞれ次式により表される。 Therefore, angles calculated based on the respective antenna array phase differences are represented by the following equations.

Figure 2023113550000005
Figure 2023113550000005

制御部230は、上記計算された角度αAC、αBD、βDC、及びβBAに基づいて、角度α及びβを計算する。例えば、制御部230は、次式に示すように、X軸及びY軸方向で各2アレーについて計算された角度を平均することで、角度α及びβを計算する。 The controller 230 calculates the angles α and β based on the calculated angles α AC , α BD , β DC and β BA . For example, the control unit 230 calculates the angles α and β by averaging the angles calculated for each of the two arrays in the X-axis and Y-axis directions, as shown in the following equations.

Figure 2023113550000006
Figure 2023113550000006

-推定精度低下の一因
以上説明したように、角度α及びβは、第1到来波の位相に基づいて計算される。上述したように、第1到来波として検出された信号は、必ずしも直接波であるとは限らない。
- One cause of reduced estimation accuracy As described above, the angles α and β are calculated based on the phase of the first arriving wave. As described above, the signal detected as the first arriving wave is not necessarily the direct wave.

つまり、第1到来波として、遅延波又は合成波が検出される場合がある。典型的には遅延波及び合成波の位相は直接波の位相と相違するので、相違した分だけ角度推定精度は低下する。 In other words, a delayed wave or composite wave may be detected as the first arriving wave. Since the phases of the delayed wave and the composite wave are typically different from the phase of the direct wave, the angle estimation accuracy is reduced by the difference.

-補足
なお、角度推定用信号と、測距用信号とは、同一であってもよい。例えば、図7に示した第3の測距用信号と、図8に示した角度推定用信号とは、同一であってもよい。この場合、通信ユニット200は、角度推定用信号及び第2の測距用信号を兼ねるひとつの無線信号を受信することで、距離R並びに角度α及びβを計算することができる。
- Supplement Note that the signal for angle estimation and the signal for distance measurement may be the same. For example, the third ranging signal shown in FIG. 7 and the angle estimation signal shown in FIG. 8 may be the same. In this case, the communication unit 200 can calculate the distance R and the angles α and β by receiving one radio signal that serves as both the angle estimation signal and the second ranging signal.

(3)座標推定
制御部230は、座標推定処理を行う。座標推定処理とは、図4に示した携帯機100の三次元座標(x,y,z)を推定する処理である、座標推定処理としては、以下の第1の計算方法及び第2の計算方法が採用され得る。
(3) Coordinate Estimation The control unit 230 performs coordinate estimation processing. The coordinate estimation process is a process of estimating the three-dimensional coordinates (x, y, z) of the portable device 100 shown in FIG. methods can be employed.

-第1の計算方法
第1の計算方法は、測距処理及び角度推定処理の結果に基づいて、座標x、y、及びzを計算する方法である。その場合、まず、制御部230は、次式により座標x及びyを計算する。
- First Calculation Method The first calculation method is a method of calculating coordinates x, y, and z based on the results of ranging processing and angle estimation processing. In that case, the controller 230 first calculates the coordinates x and y using the following equations.

Figure 2023113550000007
Figure 2023113550000007

ここで、距離R、並びに座標x、y及びzには、次式の関係が成り立つ。 Here, the distance R and the coordinates x, y and z have the following relationship.

Figure 2023113550000008
Figure 2023113550000008

制御部230は、上記関係を利用して、次式により座標zを計算する。 Using the above relationship, the control unit 230 calculates the coordinate z according to the following equation.

Figure 2023113550000009
Figure 2023113550000009

-第2の計算方法
第2の計算方法は、角度α及びβの推定を省略して、座標x、y、及びzを計算する方法である。まず、上記数式(4)(5)(6)(7)により、次式の関係が成り立つ。
- Second Calculation Method The second calculation method is a method of calculating the coordinates x, y, and z by omitting the estimation of the angles α and β. First, the relationships of the following equations hold from the above equations (4), (5), (6) and (7).

Figure 2023113550000010
Figure 2023113550000010

Figure 2023113550000011
Figure 2023113550000011

Figure 2023113550000012
Figure 2023113550000012

Figure 2023113550000013
Figure 2023113550000013

Figure 2023113550000014
Figure 2023113550000014

数式(12)を、cosαに関し整理して数式(9)に代入すると、次式により座標xが得られる。 By rearranging Equation (12) with respect to cosα and substituting it into Equation (9), the coordinate x is obtained by the following equation.

Figure 2023113550000015
Figure 2023113550000015

数式(13)を、cosβに関し整理して数式(10)に代入すると、次式により座標yが得られる。 When formula (13) is rearranged with respect to cos β and substituted into formula (10), the coordinate y is obtained by the following formula.

Figure 2023113550000016
Figure 2023113550000016

そして、数式(14)及び数式(15)を数式(11)に代入して整理すると、次式により座標zが得られる。 Then, substituting the formulas (14) and (15) into the formula (11) and arranging them, the coordinate z is obtained by the following formula.

Figure 2023113550000017
Figure 2023113550000017

以上、ローカル座標系における携帯機100の座標の推定処理について説明した。ローカル座標系における携帯機100の座標と、グローバル座標系におけるローカル座標系の原点の座標とを組み合わせることで、グローバル座標系における携帯機100の座標も推定可能である。 The process of estimating the coordinates of the portable device 100 in the local coordinate system has been described above. By combining the coordinates of the portable device 100 in the local coordinate system and the coordinates of the origin of the local coordinate system in the global coordinate system, the coordinates of the portable device 100 in the global coordinate system can also be estimated.

-推定精度低下の一因
以上説明したように、座標は、伝搬遅延時間及び位相に基づいて計算される。そして、これらは、いずれも第1到来波に基づいて推定される。従って、測距処理、及び角度推定処理と同様の理由で、座標推定精度は低下し得る。
- One cause of degraded estimation accuracy As described above, the coordinates are calculated based on the propagation delay time and the phase. These are all estimated based on the first arriving wave. Therefore, the accuracy of coordinate estimation can be reduced for the same reason as the distance measurement process and angle estimation process.

(4)存在領域の推定
位置パラメータは、予め定義された複数の領域のうち、携帯機100が存在する領域を含んでいてもよい。一例として、領域が通信ユニット200からの距離により定義される場合、制御部230は、測距処理により推定された距離Rに基づいて、携帯機100が存在する領域を推定する。他の一例として、領域が通信ユニット200からの角度により定義される場合、制御部230、角度推定処理により推定された角度α及びβに基づいて、携帯機100が存在する領域を推定する。他の一例として、領域が三次元座標により定義される場合、制御部230は、座標推定処理により推定された座標(x,y,z)に基づいて、携帯機100が存在する領域を推定する。
(4) Estimation of Existence Area The location parameter may include the area where the portable device 100 exists among the plurality of predefined areas. As an example, when the area is defined by the distance from the communication unit 200, the control unit 230 estimates the area where the portable device 100 exists based on the distance R estimated by the ranging process. As another example, when the area is defined by the angle from the communication unit 200, the control unit 230 estimates the area where the portable device 100 exists based on the angles α and β estimated by the angle estimation process. As another example, when the area is defined by three-dimensional coordinates, the control unit 230 estimates the area where the portable device 100 exists based on the coordinates (x, y, z) estimated by the coordinate estimation process. .

他にも、車両202に特有の処理として、制御部230は、車両202の車室内及び車室外を含む複数の領域の中から、携帯機100が存在する領域を推定してもよい。これにより、ユーザが車室内にいる場合と車室外にいる場合とで異なるサービスを提供する等、細やかなサービスを提供することが可能となる。他にも、制御部230は、車両202から所定距離以内の領域である周辺領域、及び車両202から所定距離以上の領域である遠方領域の中から、携帯機100が存在する領域を特定してもよい。 In addition, as a process specific to the vehicle 202 , the control unit 230 may estimate the area where the portable device 100 exists from among a plurality of areas including the interior and exterior of the vehicle 202 . This makes it possible to provide detailed services, such as providing different services depending on whether the user is inside the vehicle or outside the vehicle. In addition, the control unit 230 specifies an area in which the portable device 100 is present, from a peripheral area within a predetermined distance from the vehicle 202 and a distant area at a predetermined distance or more from the vehicle 202. good too.

(5)位置パラメータの推定結果の用途
位置パラメータの推定結果は、例えば携帯機100の認証のために使用され得る。例えば、制御部230は、運転席側であって通信ユニット200からの距離が近い領域に携帯機100が存在する場合に、認証成功を判定し、ドアを解錠する。
(5) Use of location parameter estimation result The location parameter estimation result can be used for authentication of the portable device 100, for example. For example, when the portable device 100 exists in an area close to the communication unit 200 on the side of the driver's seat, the control unit 230 determines that the authentication is successful and unlocks the door.

<<3.技術的課題>>
図9~図12を参照しながら、本実施形態の技術的課題を説明する。図9~図12は、本実施形態の技術的課題を説明するためのグラフである。横軸は遅延時間を示すチップ長であり、縦軸はCIR値の絶対値(例えば、電力値)である。チップ長とは、1パルス当たりの時間幅である。例えば、500MHzの帯域幅でパルスを作成する場合、パルス幅約2nsがチップ長となる。
<<3. Technical issues>>
Technical problems of this embodiment will be described with reference to FIGS. 9 to 12. FIG. 9 to 12 are graphs for explaining technical problems of this embodiment. The horizontal axis is the chip length indicating the delay time, and the vertical axis is the absolute value of the CIR value (for example, power value). A chip length is a time width per pulse. For example, when generating pulses with a bandwidth of 500 MHz, a pulse width of approximately 2 ns is the chip length.

図9では、遅延時間1Tにおいてファストパスを経由した信号が到来し、遅延時間3Tにおいてファストパス以外の経路を経由した信号が到来した場合のCIRが示されている。図9を参照すると、遅延時間1T及び3Tの各々においてCIR波形にピークが立っている。よって、遅延時間が2T離れた2つのマルチパス波の分離が、CIR波形で十分に実現されていることが分かる。 FIG. 9 shows the CIR when a signal arrives via the fastpath at a delay time of 1TC and a signal arrives via a route other than the fastpath at a delay time of 3TC . Referring to FIG. 9, the CIR waveform has a peak at each of delay times 1T C and 3T C. Therefore, it can be seen that the separation of two multipath waves separated by a delay time of 2T C is sufficiently achieved with the CIR waveform.

図10では、遅延時間1Tにおいてファストパスを経由した信号が到来し、遅延時間2Tにおいてファストパス以外の経路を経由した信号が到来した場合のCIRが示されている。なお、遅延時間1Tにて到来する1波目の信号と、遅延時間2Tにて到来する2波目の信号とは、同相である。図10を参照すると、遅延時間1TにおいてCIR波形にピークが立っている一方で、遅延時間2TにおいてCIR波形にピークが立っていない。さらに言えば、遅延時間1Tにおいて到来した信号と遅延時間2Tにおいて到来した信号とが同相で合成され、1つの波形として現れている。よって、遅延時間が1T離れた2つのマルチパス波の分離が、CIR波形では実現困難であることが分かる。 FIG. 10 shows the CIR when a signal arrives via the fastpath at a delay time of 1TC and a signal arrives via a route other than the fastpath at a delay time of 2TC . The signal of the first wave arriving at the delay time of 1TC and the signal of the second wave arriving at the delay time of 2TC are in phase. Referring to FIG. 10, the CIR waveform has a peak at the delay time of 1TC , while the CIR waveform does not have a peak at the delay time of 2TC . Furthermore, the signal arriving at the delay time of 1T C and the signal arriving at the delay time of 2T C are combined in phase and appear as one waveform. Therefore, it can be seen that separation of two multipath waves with a delay time of 1 T C apart is difficult to achieve with the CIR waveform.

図11では、遅延時間1.2Tにおいてファストパスを経由した信号が到来し、遅延時間1.7T及び3.6Tにおいてファストパス以外の経路を経由した信号が到来した場合のCIRが示されている。なお、遅延時間1.2Tにて到来する1波目の信号と、遅延時間1.7Tにて到来する2波目の信号とは、逆相である。図11を参照すると、遅延時間1.2T及び3.6TにおいてCIR波形にピークが立っている。他方、遅延時間2.2T付近に、2つ目のピークが立っている。これは、真の遅延時間1.7Tから大きく外れている。よって、遅延時間が0.5T離れた2つのマルチパス波の分離が、CIR波形では実現困難であることが分かる。 FIG. 11 shows the CIR when the signal arrives via the fastpath at a delay time of 1.2TC , and the signal arrives via a route other than the fastpath at delay times of 1.7TC and 3.6TC. It is The signal of the first wave arriving at the delay time of 1.2TC and the signal of the second wave arriving at the delay time of 1.7TC are in opposite phase. Referring to FIG. 11, the CIR waveform peaks at delay times of 1.2TC and 3.6TC . On the other hand, a second peak appears near the delay time of 2.2TC . This is far from the true delay time of 1.7T C. Therefore, it can be seen that separation of two multipath waves separated by a delay time of 0.5T C is difficult to achieve with the CIR waveform.

図10及び図11に示すように、2つのマルチパス波が受信側に到来する遅延時間の差が短い場合、CIR波形においてピークが立つ遅延時間が本来の遅延時間から変動し得る。そのため、第1到来波の受信時刻として検出される遅延時間が、本来の遅延時間から変動し得る。その場合、変動した分だけ、測距精度は低下してしまう。 As shown in FIGS. 10 and 11, when the difference between the delay times of two multipath waves arriving at the receiving side is short, the delay time with a peak in the CIR waveform may deviate from the original delay time. Therefore, the delay time detected as the reception time of the first arriving wave may fluctuate from the original delay time. In that case, the distance measurement accuracy is lowered by the amount of variation.

図12では、遅延時間1Tにおいてファストパスを経由した信号が到来し、遅延時間1.5Tにおいてファストパス以外の経路を経由した信号が到来した場合のCIR波形23が示されている。CIR波形21は、遅延時間1Tにおいてファストパスを経由した信号が単体で受信された場合のCIR波形である。CIR波形22は、遅延時間1.5Tにおいてファストパス以外の経路を経由した信号が単体で受信された場合のCIR波形である。なお、遅延時間1Tにて到来する1波目の信号と、遅延時間2Tにて到来する2波目の信号とは、90度位相がずれている。 FIG. 12 shows the CIR waveform 23 when a signal arrives via the fastpath at a delay time of 1TC and a signal arrives via a path other than the fastpath at a delay time of 1.5TC . A CIR waveform 21 is a CIR waveform when a single signal is received via the fast path with a delay time of 1TC . A CIR waveform 22 is a CIR waveform when a single signal is received through a path other than the fastpath with a delay time of 1.5TC . The signal of the first wave arriving with a delay time of 1TC and the signal of the second wave arriving with a delay time of 2TC are out of phase by 90 degrees.

2つのマルチパス波が受信側に到来する遅延時間の差が短い場合、第1到来波として遅延波又は合成波が検出される場合がある。図12に示した例では、第1到来波として合成波が検出される。典型的には遅延波及び合成波の位相は直接波の位相と相違するので、相違した分だけ角度推定精度は低下してしまう。 If the delay time difference between two multipath waves arriving at the receiving side is short, a delayed wave or a composite wave may be detected as the first arriving wave. In the example shown in FIG. 12, a composite wave is detected as the first arriving wave. Typically, the phases of the delayed wave and the composite wave are different from the phase of the direct wave, so the angle estimation accuracy is reduced by the difference.

図12に示した例のように、直接波と遅延波との合成波が第1到来波として検出される場合、ピーク付近のサンプリングポイント31では遅延波が合成されることにより位相が大きく変動する。従って、サンプリングポイント31における位相に基づいて角度推定を行うと、推定精度は低下してしまう。 As in the example shown in FIG. 12, when the combined wave of the direct wave and the delayed wave is detected as the first arriving wave, the delayed wave is combined at the sampling point 31 near the peak and the phase fluctuates greatly. . Therefore, if the angle is estimated based on the phase at the sampling point 31, the estimation accuracy will be degraded.

一方で、サンプリングポイント32のように、ピークよりも前の低電力のサンプリングポイントでは、遅延波の影響が少なくなるので位相の変動は小さくなる。しかしながら、遅延波の影響が低下することと引き換えに電力値が低下するので、ノイズの影響が大きくなり、その分推定精度は低下してしまう。 On the other hand, at a low-power sampling point before the peak, such as the sampling point 32, the influence of the delayed wave is reduced, so the phase fluctuation is reduced. However, since the power value is reduced in exchange for the reduced influence of the delayed wave, the influence of noise is increased, and the estimation accuracy is reduced accordingly.

そこで、CIRよりも高い分解能で、マルチパス波を分離することが可能になることが望ましい。 Therefore, it is desirable to be able to separate multipath waves with a resolution higher than CIR.

<<4.技術的特徴>>
<4.1.第1到来波の検出>
携帯機100及び通信ユニット200は、以下に詳しく説明する処理により、第1到来波を検出する。以下では一例として、第1到来波を検出する主体が通信ユニット200である場合について説明する。以下に説明する処理は、携帯機100により実行されてもよい。
<<4. Technical features >>
<4.1. Detection of First Arriving Wave>
The portable device 100 and the communication unit 200 detect the first arriving wave by the processing described in detail below. In the following, as an example, a case where the entity that detects the first arriving wave is the communication unit 200 will be described. The processing described below may be executed by the portable device 100 .

(1)遅延プロファイルの定式化
まず、PN(Pseudo-Noise)相関法における遅延プロファイル(即ち、CIR)の定式化を行う。PN相関法とは、送信側、受信側で共有したPN系列信号のようなランダム系列から成る信号を送信し、送信信号と受信信号とのスライディング相関をとることで、CIRを算出する手法である。なお、PN系列信号とは、1と0とがほぼランダムに並んだ信号である。
(1) Formulation of Delay Profile First, a delay profile (that is, CIR) in the PN (Pseudo-Noise) correlation method is formulated. The PN correlation method is a method of calculating the CIR by transmitting a signal composed of a random sequence such as a PN sequence signal shared by the transmitting side and the receiving side and taking the sliding correlation between the transmitted signal and the received signal. . A PN sequence signal is a signal in which 1s and 0s are arranged almost randomly.

以下では、単位振幅のPN系列信号u(t)が送信信号(例えば、測距用信号及び角度推定用信号のプリアンブルシンボル)として送信されるものとする。単位振幅とは、送受信間で既知な規定の振幅である。 In the following, it is assumed that a PN sequence signal u(t) of unit amplitude is transmitted as a transmission signal (for example, preamble symbols of distance measurement signals and angle estimation signals). A unit amplitude is a defined amplitude known between transmission and reception.

また、以下では、受信側のアンテナは、送信側から送信された送信信号に対応する信号として、L波のマルチパス波を受信するものとする。マルチパス波とは、複数の経路を経由して受信側に受信される信号である。即ち、送信側が1つの信号を送信したときに、複数の経路を経由したL個の信号が受信側に受信される。 In the following description, it is assumed that the antenna on the receiving side receives an L-wave multipath wave as a signal corresponding to the transmission signal transmitted from the transmitting side. A multipath wave is a signal received by a receiving side via multiple paths. That is, when the transmitting side transmits one signal, the receiving side receives L signals via a plurality of paths.

この場合、受信信号x(t)は、次式で表される。 In this case, the received signal x(t) is represented by the following equation.

Figure 2023113550000018
Figure 2023113550000018

ここで、tは、時刻である。hは、第iマルチパス波の複素応答値である。T0iは、第iマルチパス波の伝搬遅延時間である。fは、送信信号の搬送波の周波数である。v(t)は、内部雑音である。内部雑音とは、受信機側の回路内部で発生する雑音である。 where t is time. h i is the complex response value of the i-th multipath wave. T 0i is the propagation delay time of the i-th multipath wave. f is the frequency of the carrier wave of the transmission signal. v(t) is the internal noise. Internal noise is noise generated inside the circuit on the receiver side.

例えば、PN相関法では、次式のように、受信機側で既知な送信信号u(t)の時間をずらしながら、受信信号x(t)との相関がとられる。 For example, in the PN correlation method, correlation with the received signal x(t) is taken while shifting the time of the known transmitted signal u(t) on the receiver side as shown in the following equation.

Figure 2023113550000019
Figure 2023113550000019

なお、u()は、u()の複素共役である。 Note that u * () is the complex conjugate of u().

z(τ)は、遅延プロファイルとも称される。また、|z(τ)|は、電力遅延プロファイルとも称される。τは、遅延時間である。 z(τ) is also called the delay profile. |z(τ)| 2 is also referred to as the power delay profile. τ is the delay time.

L波のマルチパス波が受信される場合の遅延プロファイルは、次式で表される。 A delay profile when an L-wave multipath wave is received is expressed by the following equation.

Figure 2023113550000020
Figure 2023113550000020

ここで、r(τ)は、PN系列信号の自己相関関数である。自己相関関数とは、信号と信号自身との相関をとった関数である。r(τ)は、次式で与えられる。 Here, r(τ) is the autocorrelation function of the PN sequence signal. An autocorrelation function is a function that correlates a signal with itself. r(τ) is given by the following equation.

Figure 2023113550000021
Figure 2023113550000021

また、n(τ)は、内部雑音成分である。n(τ)は、次式で与えられる。 Also, n(τ) is an internal noise component. n(τ) is given by the following equation.

Figure 2023113550000022
Figure 2023113550000022

(2)スパース再構成
受信信号のサンプリング数をM(ただし、M>L)とする。そして、受信信号は、M個の離散遅延時間τ、τ、…、τにおいてサンプリングされるものとする。なお、遅延離散時間とは、遅延時間を離散値として表現したものである。z(τ)は、離散遅延時間τにおいてサンプリングされた受信信号に基づいて算出された遅延プロファイルである。M個の遅延プロファイルから成るデータベクトルzは、次式で表される。ただし、次式は、受信側がプリアンブルシンボルをひとつだけ受信した場合の式である。
(2) Sparse reconstruction Assume that the number of samples of the received signal is M (where M>L). The received signal is then sampled at M discrete delay times τ 1 , τ 2 , . . . , τ M . The discrete delay time is a discrete value representing the delay time. z(τ) is a delay profile calculated based on the received signal sampled at the discrete delay time τ. A data vector z consisting of M delay profiles is represented by the following equation. However, the following equation is an equation when the receiving side receives only one preamble symbol.

Figure 2023113550000023
Figure 2023113550000023

L波のマルチパス波が受信される場合、データベクトルzは、次式のように表される。 When L-wave multipath waves are received, the data vector z is expressed as follows.

Figure 2023113550000024
Figure 2023113550000024

Figure 2023113550000025
Figure 2023113550000025

Figure 2023113550000026
Figure 2023113550000026

なお、r(τ)は、モードベクトルと称される。 Note that r(τ) is called a mode vector.

さらに、データベクトルzを行列表記すると、次式のように表される。 Furthermore, when the data vector z is expressed in matrix form, it is expressed as in the following equation.

Figure 2023113550000027
Figure 2023113550000027

Figure 2023113550000028
Figure 2023113550000028

Figure 2023113550000029
Figure 2023113550000029

ここで、Aは、モード行列とも称される。 Here, A 0 is also referred to as a modal matrix.

また、Sは、信号ベクトルとも称される。 S0 is also referred to as the signal vector.

スパース再構成では、データベクトルzは、Aとsとの行列積を含む形式に変換される。 In sparse reconstruction, the data vector z is converted to a form containing the matrix product of A and s.

Figure 2023113550000030
Figure 2023113550000030

Figure 2023113550000031
Figure 2023113550000031

Figure 2023113550000032
Figure 2023113550000032

、T、…、Tは探索するN個の遅延時間を表す。T、T、…、Tは、遅延時間ビンとも称される。遅延時間ビンは、設定時間の一例である。なお、N>>Lである。 T 1 , T 2 , . . . , TN represent N delay times to search. T 1 , T 2 , . . . , TN are also referred to as delay time bins. A delay time bin is an example of a set time. Note that N>>L.

ここで、Aは、拡張モード行列とも称される。拡張モード行列は、複数の遅延時間ビンの各々において信号を受信したと仮定したときの遅延プロファイルを表す複数の要素から成る行列である。例えば、拡張モード行列Aの要素であるr(T)は、時刻Tにおいて信号が受信されたと仮定したときの、当該信号の遅延プロファイルである。 Here, A is also referred to as an extended mode matrix. The extended mode matrix is a matrix consisting of a plurality of elements representing a delay profile when it is assumed that signals are received at each of a plurality of delay time bins. For example, r(T 1 ), an element of the extended mode matrix A, is the delay profile of the signal assuming it was received at time T 1 .

また、sは、拡張信号ベクトルとも称される。拡張信号ベクトルとは、遅延時間ビンごとの信号の有無、並びに当該信号の振幅及び位相を表す複数の要素から成るベクトルである。 s is also called an extended signal vector. An extended signal vector is a vector consisting of a plurality of elements representing the presence or absence of a signal for each delay time bin, as well as the amplitude and phase of the signal.

(3)拡張信号ベクトルに基づく伝搬遅延時間の推定
スパース再構成によれば、遅延プロファイルzが、As+nの形でモデル化される。よって、未知数がNであり、条件数がM(M<N)である劣決定問題を解くことにより、拡張信号ベクトルsを求めることが可能となる。制御部230は、拡張信号ベクトルsにおける複数の要素に対応する遅延時間ビンに基づいて、第1到来波の受信時刻を推定する。
(3) Estimation of Propagation Delay Time Based on Extended Signal Vector According to sparse reconstruction, delay profile z is modeled in the form of As+n. Therefore, by solving an underdetermined problem with an unknown number of N and a condition number of M (M<N), the extended signal vector s can be obtained. The control unit 230 estimates the reception time of the first arrival wave based on the delay time bins corresponding to the multiple elements in the extended signal vector s.

ここで、拡張信号ベクトルのうち非ゼロの要素は、当該非ゼロの要素に対応する遅延時間ビンにおいて信号が存在することを示す。他方、拡張信号ベクトルのうちゼロの要素は、当該ゼロの要素に対応する遅延時間ビンにおいて信号が存在しないことを示す。よって、制御部230は、拡張信号ベクトルsにおける複数の要素に対応する遅延時間ビンのうち、非ゼロの要素に対応する遅延時間ビンを、第1到来波の受信時刻として推定する。 Here, a non-zero element of the extended signal vector indicates the presence of a signal at the delay time bin corresponding to the non-zero element. On the other hand, a zero element in the extended signal vector indicates no signal at the delay time bin corresponding to the zero element. Therefore, the control unit 230 estimates the delay time bin corresponding to the non-zero element among the delay time bins corresponding to the multiple elements in the extended signal vector s as the reception time of the first arriving wave.

その際、制御部230は、拡張信号ベクトルsのスパース解を推定し、推定したスパース解のうち非ゼロの要素に対応する遅延時間ビンを、第1到来波の受信時刻として推定する。スパース解とは、所定数の要素のみが非ゼロであるベクトルである。所定数は、送信信号に含まれるひとつのパルスに対応するパルスとして、受信信号に含まれるパルスの数である。即ち、スパース解とは、L波のマルチパス波が受信される場合、L個の要素のみが非ゼロであり、他の要素はゼロであるベクトルである。例えば、s=[s,s,…,s]のうちsが非ゼロである場合、遅延時間Tにおいて信号が受信されたと判定される。 At that time, the control unit 230 estimates the sparse solution of the extended signal vector s, and estimates the delay time bin corresponding to the non-zero element in the estimated sparse solution as the reception time of the first arriving wave. A sparse solution is a vector in which only a certain number of elements are non-zero. The predetermined number is the number of pulses included in the received signal as pulses corresponding to one pulse included in the transmitted signal. That is, a sparse solution is a vector whose only L elements are non-zero and the other elements are zero if L multipath waves are received. For example, if s2 is non-zero in s=[ s1 , s2 , .

とりわけ、制御部230は、拡張信号ベクトルsに含まれる要素のうち非ゼロの要素に対応する遅延時間ビンのうち、最も早い遅延時間ビンを、第1到来波の受信時刻として推定する。例えば、s=[s,s,…,s]のうちs、s、及びsが非ゼロである場合、遅延時間Tにおいてファストパスを経由した信号が受信され、遅延時間T及びTにおいてファストパス以外の経路を経由した信号が受信されたと判定される。 In particular, the control unit 230 estimates the earliest delay time bin among the delay time bins corresponding to the non-zero elements among the elements included in the extended signal vector s as the reception time of the first arriving wave. For example, when s 2 , s 4 , and s 6 of s=[s 1 , s 2 , . At times T4 and T6 , it is determined that a signal has been received via a path other than the fastpath.

スパース再構成されたモデルにより求まる信号の分解能は、スパース再構成においてモデル化する際のNの大きさ(即ち、拡張信号ベクトルsの要素数)で決まる。従って、スパース再構成の際にNの数を大きくとることで、CIRより細かい分解能でマルチパス波を分離することが可能となる。そこで、本実施形態では、受信信号のサンプリング数Mよりも遅延時間ビンの数Nを大きくする。換言すると、本実施形態では、N個の遅延時間ビンT、T、…、Tの時間間隔は、M個の離散遅延時間τ、τ、…、τの時間間隔よりも短い。かかる構成により、受信信号のサンプリング間隔より細かい分解能で、マルチパス波を分離することが可能となる。その結果、CIRより細かい分解能で、第1到来波の受信時刻を求めることが可能となる。 The signal resolution obtained by the sparsely reconstructed model is determined by the size of N (that is, the number of elements of the extended signal vector s) when modeling in the sparse reconstruction. Therefore, by increasing the number of N in sparse reconstruction, it is possible to separate multipath waves with finer resolution than CIR. Therefore, in this embodiment, the number N of delay time bins is made larger than the number M of samples of the received signal. In other words, in this embodiment, the time intervals of the N delay time bins T 1 , T 2 , . short. With such a configuration, it is possible to separate multipath waves with a finer resolution than the sampling interval of the received signal. As a result, it becomes possible to obtain the reception time of the first arriving wave with a finer resolution than the CIR.

(4)圧縮センシングアルゴリズム
制御部230は、圧縮センシングアルゴリズムを用いて、スパース解となる拡張信号ベクトルsを推定する。圧縮センシングアルゴリズムとは、未知なベクトルがスパースなベクトルであると仮定し、未知なベクトルに対する線形観測に基づいて、未知なベクトルを推定するアルゴリズムである。本実施形態において、拡張信号ベクトルsは未知なベクトルの一例である。線形観測とは、未知なベクトルに係数を乗算した結果を得ることである。本実施形態において、拡張モード行列Aは係数の一例である。遅延プロファイルzは、線形観測の一例である。
(4) Compressed Sensing Algorithm The control unit 230 uses a compressed sensing algorithm to estimate the extended signal vector s, which is a sparse solution. A compressed sensing algorithm is an algorithm that assumes that an unknown vector is a sparse vector and estimates the unknown vector based on linear observations of the unknown vector. In this embodiment, the extended signal vector s is an example of an unknown vector. Linear observation is the result of multiplying an unknown vector by a coefficient. In this embodiment, the extension mode matrix A is an example of coefficients. Delay profile z is an example of a linear observation.

圧縮センシングアルゴリズムとしては、FOCUSS(Focal Underdetermined System Solver)、ISTA(Iterative Shrinkage Thresholding Algorithm)、及びFISTA(Fast ISTA)等が挙げられる。とりわけ、FOCUSSとは、未知なベクトルに対し初期値を仮定し、一般逆行列と重み行列とを利用しながら反復的に未知なベクトルを推定するアルゴリズムである。FOCUSSは、一般逆行列と重み行列とを利用することにより、少ない反復回数で精度よく未知なベクトルを推定することが可能である。FOCUSSの基本原理については、第1の非特許文献「Irina F. Gorodnitsky, Member, IEEE, and Bhaskar D. Rao,“Sparse Signal Reconstruction from Limited Data Using FOCUSS: A Re-weighted Minimum Norm Algorithm”,IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING, VOL. 45, NO. 3, MARCH 1997」に詳しく説明されている。 Compressed sensing algorithms include FOCUSS (Focal Underdetermined System Solver), ISTA (Iterative Shrinkage Thresholding Algorithm), and FISTA (Fast ISTA). In particular, FOCUSS is an algorithm that assumes initial values for unknown vectors and iteratively estimates unknown vectors using a generalized inverse matrix and a weight matrix. FOCUSS can accurately estimate an unknown vector with a small number of iterations by using a generalized inverse matrix and a weight matrix. The basic principle of FOCUSS is described in the first non-patent document "Irina F. Gorodnitsky, Member, IEEE, and Bhaskar D. Rao, "Sparse Signal Reconstruction from Limited Data Using FOCUSS: A Re-weighted Minimum Norm Algorithm", IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING, VOL. 45, NO. 3, MARCH 1997.

圧縮センシングアルゴリズムの他の一例に、上述したFOCUSSを拡張した、M-FOCUSS(FOCUSS with multiple measurement vectors)がある。M-FOCUSSとは、FOCUSSを複数の未知なベクトルに対し並列的に適用するアルゴリズムである。M-FOCUSSの基本原理については、第2の非特許文献「Shane F. Cotter, et al; "Sparse Solutions to Linear Inverse Problems With Multiple Measurement Vectors", IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 53, No. 7, Jul. 2005, pp. 2477-2488.」に詳しく説明されている。 Another example of compressed sensing algorithm is M-FOCUSS (FOCUSS with multiple measurement vectors), which is an extension of FOCUSS described above. M-FOCUSS is an algorithm that applies FOCUSS to a plurality of unknown vectors in parallel. The basic principle of M-FOCUSS is described in the second non-patent document "Shane F. Cotter, et al; "Sparse Solutions to Linear Inverse Problems With Multiple Measurement Vectors", IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 53, No. 7. , Jul. 2005, pp. 2477-2488."

本実施形態に係る制御部230は、M-FOCUSSを使用して、第1到来波の受信時刻を推定する。そのために、まず、制御部230は、M-FOCUSSを使用可能にするためのスパース再構成を行う。詳しくは、制御部230は、データベクトルzを複数の無線通信部210について拡張したデータ行列を、拡張モード行列と、拡張信号ベクトルsを複数の無線通信部210について拡張した拡張信号行列と、の行列積の形式に変換する。そして、制御部230は、M-FOCUSSを用いて、所定の条件を満たす拡張信号行列を推定し、推定結果に基づいて第1到来波の受信時刻を推定する。 The control unit 230 according to this embodiment uses M-FOCUSS to estimate the reception time of the first arriving wave. For this purpose, the control unit 230 first performs sparse reconfiguration to enable M-FOCUSS. Specifically, the control unit 230 divides the data matrix obtained by extending the data vector z with respect to the plurality of wireless communication units 210 into an extended mode matrix and an extended signal matrix obtained by extending the extended signal vector s with respect to the plurality of wireless communication units 210. Convert to matrix product form. Then, using M-FOCUSS, control section 230 estimates an extended signal matrix that satisfies a predetermined condition, and estimates the reception time of the first arrival wave based on the estimation result.

-スパース再構成に関する数式の再定義
上記では、ひとつの無線通信部210により受信される受信信号に関し、CIRを計算し、スパース再構成が行われる場合の定式化を行った。以下では、複数の無線通信部210により受信される複数の受信信号に関する定式化を行う。
- Redefinition of Numerical Formulas Concerning Sparse Reconstruction In the above description, the CIR is calculated for a received signal received by one radio communication unit 210, and formulation is performed when sparse reconstruction is performed. In the following, formulation regarding a plurality of received signals received by a plurality of wireless communication units 210 is performed.

制御部230は、携帯機100が送信信号を送信した場合に複数の無線通信部210の各々により受信された受信信号と送信信号との相関を、複数の無線通信部210の各々において設定されたタイミングから規定時間ごとにとることで、複数の無線通信部210の各々におけるCIRを計算する。複数の無線通信部210の各々において設定されたタイミングとは、複数の無線通信部210の各々における時間カウンタのカウント開始時刻を指す。以下では、複数の無線通信部210の各々におけるカウント開始時刻が同一であるものと説明する。即ち、複数の無線通信部210の各々は、互いに同期しているものとする。もちろん、複数の無線通信部210の各々は、非同期であってもよい。 When portable device 100 transmits a transmission signal, control unit 230 determines the correlation between the reception signal received by each of wireless communication units 210 and the transmission signal set in each of wireless communication units 210. The CIR in each of the plurality of wireless communication units 210 is calculated by taking the timing from the specified time. The timing set in each of the plurality of wireless communication units 210 refers to the count start time of the time counter in each of the plurality of wireless communication units 210 . In the following description, it is assumed that the count start time is the same for each of the plurality of wireless communication units 210 . That is, it is assumed that each of the plurality of wireless communication units 210 is synchronized with each other. Of course, each of the plurality of wireless communication units 210 may be asynchronous.

無線通信部210の数(即ち、アンテナ211の数)をKとし、個別のアンテナ211を示すインデックスをkとする。第kアンテナにより受信された受信信号と送信信号との相関をとったCIRであるz(τ)は、次式で示される。 Let K be the number of wireless communication units 210 (that is, the number of antennas 211 ), and let k be an index indicating an individual antenna 211 . Z k (τ), which is the CIR obtained by taking the correlation between the received signal received by the k-th antenna and the transmitted signal, is expressed by the following equation.

Figure 2023113550000033
Figure 2023113550000033

ここで、x(t)は、第kアンテナにより受信された受信信号である。 where x k (t) is the received signal received by the k-th antenna.

第kアンテナにおけるCIRをサンプリング数Mで離散化したデータベクトルz(k)は、次式で示される。 A data vector z (k) obtained by discretizing the CIR at the k-th antenna with the sampling number M is expressed by the following equation.

Figure 2023113550000034
Figure 2023113550000034

ここで、Aは、L波全てのモードベクトルが列に並んだモード行列である。Aは、次式で表される。 where A s is the modal matrix in which the mode vectors of all L waves are arranged in columns. A s is represented by the following equation.

Figure 2023113550000035
Figure 2023113550000035

Figure 2023113550000036
Figure 2023113550000036

また、sは、K個のアンテナのうち、基準とするアンテナ(以下、基準アンテナとも称する)における信号ベクトルである。sは、次式で表される。 Also, ss is a signal vector at a reference antenna (hereinafter also referred to as a reference antenna) among the K antennas. ss is represented by the following equation.

Figure 2023113550000037
Figure 2023113550000037

また、Bは、基準アンテナに対する第kアンテナの位相差を示す対角行列である。Bは、次式で表される。 Also, B k is a diagonal matrix indicating the phase difference of the k-th antenna with respect to the reference antenna. Bk is represented by the following equation.

Figure 2023113550000038
Figure 2023113550000038

ここで、rkLは、第kアンテナが、L番目のパルスを受信した際に、到来角度に応じて発生する位相差である。ここでの位相差とは、基準アンテナに対する位相の遅れである。一例として、K=4であり、4つのアンテナ211が2×2の平面アレーを構成する場合のBについて、図13を参照しながら説明する。 Here, r kL is the phase difference generated according to the arrival angle when the k-th antenna receives the L-th pulse. The phase difference here means a phase delay with respect to the reference antenna. As an example, B k when K=4 and four antennas 211 form a 2×2 planar array will be described with reference to FIG.

図13は、4つのアンテナ211が2×2の平面アレーを構成する場合について説明するための図である。図13に示すように、アンテナ211A~アンテナ211Dが2×2の平面アレーを構成している。受信信号の到来方向(即ち、原点と携帯機100とを結ぶ直線)とX軸とがなす角度をαとし、受信信号の到来方向とY軸とがなす角度をβとする。そして、アンテナ211Aを第1アンテナ(即ち、k=1)とし、アンテナ211Bを第2アンテナ(即ち、k=2)とし、アンテナ211Cを第3アンテナ(即ち、k=3)とし、アンテナ211Dを第4アンテナ(即ち、k=4)とする。k=1を基準アンテナとすると、Bは、それぞれ以下の数式で表される。 FIG. 13 is a diagram for explaining a case where four antennas 211 form a 2×2 planar array. As shown in FIG. 13, antennas 211A to 211D form a 2×2 planar array. Let α be the angle formed between the direction of arrival of the received signal (that is, the straight line connecting the origin and the portable device 100) and the X axis, and β be the angle formed between the direction of arrival of the received signal and the Y axis. Then, antenna 211A is the first antenna (i.e., k=1), antenna 211B is the second antenna (i.e., k=2), antenna 211C is the third antenna (i.e., k=3), and antenna 211D is Let it be the fourth antenna (ie k=4). Assuming that k=1 is the reference antenna, B k is expressed by the following equations.

Figure 2023113550000039
Figure 2023113550000039

Figure 2023113550000040
Figure 2023113550000040

Figure 2023113550000041
Figure 2023113550000041

Figure 2023113550000042
Figure 2023113550000042

なお、Iは単位行列である。 Note that I is a unit matrix.

また、n(k)は、第kアンテナの内部雑音ベクトルである。 Also, n (k) is the internal noise vector of the k-th antenna.

また、y (k)は、第kアンテナの信号ベクトルである。y (k)は、B及びsにより、次式で表される。 Also, y s (k) is the signal vector of the k-th antenna. y s (k) is represented by the following equation using B k and s s .

Figure 2023113550000043
Figure 2023113550000043

スパース再構成では、データベクトルz(k)は、拡張モード行列Aとy(k)との行列積を含む形式に変換される。 In sparse reconstruction, the data vector z (k) is converted to a form containing the matrix product of the extended mode matrices A and y (k) .

Figure 2023113550000044
Figure 2023113550000044

ここで、Aは、上述した拡張モード行列である。また、y(k)は、第kアンテナにおける、上述した拡張信号ベクトルに相当する。 where A is the extension mode matrix described above. Also, y (k) corresponds to the above-described extended signal vector at the k-th antenna.

-M-FOCUSSの適用
上記数式(43)を、内部雑音を無視して複数の無線通信部210に対して拡張すると、次式の通り、ZがAとYとの行列積を含む形式に変換される。
-Application of M-FOCUSS When the above formula (43) is expanded to a plurality of wireless communication units 210 ignoring internal noise, Z is converted to a format including the matrix product of A and Y as shown in the following formula. be done.

Figure 2023113550000045
Figure 2023113550000045

Zは、データベクトルz(k)をK個並べた行列である。即ち、Zは、複数の無線通信部210の各々において得られたCIRを、複数の無線通信部210について並べたベクトルである。Zは、データ行列とも称される。Zは、次式で表される。 Z is a matrix in which K data vectors z (k) are arranged. That is, Z is a vector in which the CIRs obtained in each of the plurality of radio communication units 210 are arranged for the plurality of radio communication units 210 . Z is also called a data matrix. Z is represented by the following formula.

Figure 2023113550000046
Figure 2023113550000046

Yは、複数の無線通信部210の各々における拡張信号ベクトルを、複数の無線通信部210について並べた行列である。Yは、拡張信号行列とも称される。Yは、次式で表される。 Y is a matrix in which extended signal vectors in each of the plurality of wireless communication units 210 are arranged for the plurality of wireless communication units 210 . Y is also called an extended signal matrix. Y is represented by the following formula.

Figure 2023113550000047
Figure 2023113550000047

ここで、y(k)は、拡張信号行列Yの第k列ベクトルである。他方、y[i]は、拡張信号行列Yの第i行ベクトルである。y(k)とy[i]との関係を、図14を参照しながら詳しく説明する。 where y (k) is the k-th column vector of the augmented signal matrix Y; y[i], on the other hand, is the i-th row vector of the augmented signal matrix Y. The relationship between y (k) and y[i] will be described in detail with reference to FIG.

図14は、y(k)とy[i]との関係を説明するための図である。図14に示すように、y(k)は、第kアンテナにおけるCIRに対応する拡張信号ベクトルである。詳しくは、y(1)は、第1アンテナ(即ち、k=1)のCIRに対応する拡張信号ベクトルである。y(2)は、第2アンテナ(即ち、k=2)のCIRに対応する拡張信号ベクトルである。y(3)は、第3アンテナ(即ち、k=3)のCIRに対応する拡張信号ベクトルである。y(4)は、第4アンテナ(即ち、k=4)のCIRに対応する拡張信号ベクトルである。他方、y[i]は、全アンテナのCIRにおけるi番目の遅延時間に対応する要素を並べたベクトルである。例えば、y[1]は、4個のCIRにおける遅延時間ビンTに対応する要素を並べたベクトルである。y[N]は、4個のCIRにおける遅延時間ビンTに対応する要素を並べたベクトルである。 FIG. 14 is a diagram for explaining the relationship between y (k) and y[i]. As shown in FIG. 14, y (k) is the extended signal vector corresponding to the CIR at the kth antenna. Specifically, y (1) is the extended signal vector corresponding to the CIR of the first antenna (ie, k=1). y (2) is the extended signal vector corresponding to the CIR of the second antenna (ie, k=2). y (3) is the extended signal vector corresponding to the CIR of the third antenna (ie, k=3). y (4) is the extended signal vector corresponding to the CIR of the fourth antenna (ie, k=4). On the other hand, y[i] is a vector in which elements corresponding to the i-th delay time in the CIR of all antennas are arranged. For example, y[1] is a vector of elements corresponding to delay time bin T1 in four CIRs. y[N] is a vector in which elements corresponding to delay time bins T N in four CIRs are arranged.

制御部230は、所定のノルムを最小化する拡張信号行列Yを推定する。その際、制御部230は、上記数式(44)を満たすことを条件として、所定のノルムを最小化し、且つスパース解である、拡張信号行列Yを推定する。 The control unit 230 estimates an extended signal matrix Y that minimizes a given norm. At that time, the control unit 230 estimates the extended signal matrix Y, which minimizes a predetermined norm and is a sparse solution, on the condition that the above formula (44) is satisfied.

所定のノルムは、拡張信号行列Yを構成する要素のうち、同一の遅延時間に対応する複数の要素に対し所定の演算を行った値を、複数の遅延時間について並べたベクトルのノルムである。つまり、所定のノルムは、y[i]を構成する複数の要素に対し所定の演算を行った値を、N個並べたベクトルのノルムであってもよい。 The predetermined norm is the norm of a vector obtained by arranging, for a plurality of delay times, values obtained by performing a predetermined operation on a plurality of elements corresponding to the same delay time among the elements constituting the extended signal matrix Y. That is, the predetermined norm may be the norm of a vector in which N values obtained by performing a predetermined operation on a plurality of elements constituting y[i] are arranged.

一例として、所定の演算は、同一の遅延時間に対応する複数の要素を二乗和した値の平方根をとることであってもよい。その場合、所定のノルムは、次式に示すN次元ベクトルのノルムであってもよい。 As an example, the predetermined operation may be taking the square root of the sum of the squares of a plurality of elements corresponding to the same delay time. In that case, the predetermined norm may be the norm of the N-dimensional vector shown in the following equation.

Figure 2023113550000048
Figure 2023113550000048

他の一例として、所定の演算は、平均であってもよい。 As another example, the predetermined operation may be an average.

ここで、ノルムとはベクトルの長さである。ノルムは、lpノルムであってもよい。lpノルムは、次式で表される。 Here, the norm is the length of the vector. The norm may be the lp norm. The lp norm is represented by the following equation.

Figure 2023113550000049
Figure 2023113550000049

ここで、pは、0以上1以下の定数である。ただし、数式(48)において、0=0として考えるものとする。 Here, p is a constant of 0 or more and 1 or less. However, in Expression (48), it is assumed that 0 0 =0.

以下では、制御部230は、所定のノルムとして、拡張信号行列Yを構成する要素のうち、同一の遅延時間に対応する複数の要素を二乗和した値の平方根を、複数の遅延時間について並べたベクトルのlpノルムを、最小化する拡張信号行列Yを推定するものとする。具体的には、制御部230は、下記のSTEP1~STEP3を反復して計算することで、所定のノルムを最小化する拡張信号行列Yを推定する。 Below, as a predetermined norm, the control unit 230 arranges the square roots of the sum of the squares of a plurality of elements corresponding to the same delay time among the elements constituting the extended signal matrix Y for a plurality of delay times. Suppose we estimate an extended signal matrix Y that minimizes the lp-norm of the vector. Specifically, the control unit 230 estimates an extended signal matrix Y that minimizes a predetermined norm by repeatedly calculating STEP1 to STEP3 below.

Figure 2023113550000050
Figure 2023113550000050

Figure 2023113550000051
Figure 2023113550000051

Figure 2023113550000052
Figure 2023113550000052

ここで、Yは、所定のノルムを最小化する拡張信号行列Yの候補である。mは反復回数である。ym-1[N]は、Ym-1を構成するベクトルであって、拡張信号行列におけるi番目の遅延時間に対応する要素から成るベクトルである。iは、遅延時間のインデックスである。Nは、遅延時間のインデックスiの最大値である。 where Y m is a candidate for the extended signal matrix Y that minimizes a given norm. m is the number of iterations. y m−1 [N] is a vector that constitutes Y m−1 and is a vector consisting of elements corresponding to the i-th delay time in the extended signal matrix. i is the index of the delay time. N is the maximum value of the delay time index i.

の初期値Yは次式で与えられる。 The initial value Y0 of Ym is given by the following equation.

Figure 2023113550000053
Figure 2023113550000053

ここで、Aは、拡張モード行列Aの一般逆行列である。一般逆行列は、ムーア・ペンローズ一般逆行列であってもよい。そのため、初期値Yは、Yの最小ノルム解である。ただし、初期値Yは、スパース解ではない。 where A is the generalized inverse of the extended mode matrix A. The generalized inverse may be a Moore-Penrose generalized inverse. So the initial value Y 0 is the minimum norm solution for Y. However, the initial value Y 0 is not a sparse solution.

制御部230は、上記STEP1~STEP3を繰り返し実行する。一例として、STEP1~STEP3は、Yが収束するまで繰り返し実行されてもよい。他の一例として、STEP1~STEP3は、所定回数繰り返し実行されてもよい。これにより、より真値に近い、拡張信号行列Yを推定することが可能となる。 The control unit 230 repeatedly executes STEP1 to STEP3. As an example, STEP1 to STEP3 may be repeatedly executed until Y m converges. As another example, STEP1 to STEP3 may be repeatedly executed a predetermined number of times. This makes it possible to estimate an extended signal matrix Y that is closer to the true value.

-第1到来波の受信時刻の推定
制御部230は、M-FOCUSSにより推定された、所定のノルムを最小化する拡張信号行列Yに基づいて、第1到来波の受信時刻を推定する。M-FOCUSSでは、複数の無線通信部210におけるCIRに対して整合するという条件下で、拡張信号行列Yが推定される。従って、ひとつのCIRに対して整合するという条件下で拡張信号ベクトルsが推定される場合と比較して、第1到来波の受信時刻の推定精度を向上させることが可能となる。
- Estimation of Reception Time of First Arriving Wave The control unit 230 estimates the reception time of the first arriving wave based on the extended signal matrix Y that minimizes the predetermined norm estimated by M-FOCUSS. In M-FOCUSS, the extended signal matrix Y is estimated under the condition that it matches the CIR in multiple radio units 210 . Therefore, compared to the case where the extended signal vector s is estimated under the condition that it matches with one CIR, it is possible to improve the accuracy of estimating the reception time of the first arriving wave.

推定方法は、拡張信号ベクトルに基づく伝搬遅延時間の推定に関し、上記説明した通りである。即ち、制御部230は、所定のノルムを最小化する拡張信号行列における非ゼロの要素に対応する遅延時間を、第1到来波の受信時刻として推定する。とりわけ、制御部230は、所定のノルムを最小化する拡張信号行列における非ゼロの要素に対応する遅延時間のうち、最も早い遅延時間を、第1到来波の受信時刻として推定する。なお、拡張信号行列Yを構成する複数のy(k)は、共通する遅延時間において非ゼロの要素を有する。 The estimation method is as described above regarding the estimation of the propagation delay time based on the extended signal vector. That is, the control section 230 estimates the delay time corresponding to the non-zero element in the extended signal matrix that minimizes the predetermined norm as the reception time of the first arriving wave. In particular, control section 230 estimates the earliest delay time among the delay times corresponding to the non-zero elements in the extended signal matrix that minimizes the predetermined norm as the reception time of the first arriving wave. A plurality of y (k) s forming the extended signal matrix Y have non-zero elements in the common delay time.

(5)正則化パラメータ
以上、M-FOCUSSによって所定のノルムを最小化する拡張信号行列Yを推定し、推定した拡張信号行列Yに基づいて第1到来波の受信時刻を推定する方法について一例を述べた。
(5) Regularization parameter Above, an example of a method of estimating the extended signal matrix Y that minimizes a predetermined norm by M-FOCUSS and estimating the reception time of the first arrival wave based on the estimated extended signal matrix Y Stated.

ここで、拡張信号行列Yの推定精度をさらに向上させるため、本実施形態に係る制御部230は、所定のノルムを最小化する拡張信号行列Yの推定において、正の微小量である正則化パラメータを用いた反復計算を行うことを特徴の一つとする。 Here, in order to further improve the estimation accuracy of the extended signal matrix Y, the control unit 230 according to the present embodiment, in estimating the extended signal matrix Y that minimizes a predetermined norm, uses a regularization parameter One of the features is to perform iterative calculations using

例えば、M-FOCUSSの場合、制御部230は、上記STEP2において、数式(50)に代えて、下記の数式(53)を用いてもよい。 For example, in the case of M-FOCUSS, the control unit 230 may use the following formula (53) instead of formula (50) in STEP 2 above.

Figure 2023113550000054
Figure 2023113550000054

ここで、αは、上記正則化パラメータである。Iは、単位行列である。なお、正則化パラメータを用いた反復計算は、M-FOCUSSのみではなく、FOCUSSにおいても可能である。FOCUSS及びM-FOCUSSにおける正則化パラメータについては、第1の非特許文献及び第2の非特許文献において言及されている。 where α is the regularization parameter. I is the identity matrix. Note that iterative calculation using a regularization parameter is possible not only in M-FOCUSS but also in FOCUSS. Regularization parameters in FOCUSS and M-FOCUSS are mentioned in the first non-patent document and the second non-patent document.

反復計算において正則化パラメータを用いることにより、Yの収束がより容易となり、所定のノルムを最小化する拡張信号行列Yの推定精度が向上する効果が期待される。 By using the regularization parameter in the iterative calculation, the convergence of Y m is facilitated, and an effect of improving the estimation accuracy of the extended signal matrix Y that minimizes the predetermined norm is expected.

一方、反復計算において用いられる正則化パラメータの値が適切ではない場合、所定のノルムを最小化する拡張信号行列Yの推定精度が反対に劣化する可能性もある。 On the other hand, if the value of the regularization parameter used in the iterative calculation is not appropriate, the accuracy of estimating the extended signal matrix Y that minimizes the predetermined norm may conversely deteriorate.

上記のような状況を回避するため、本実施形態に係る制御部230は、反復計算において受信信号の受信状況に応じて正則化パラメータを適した値に変化させる制御を行ってよい。 In order to avoid the situation as described above, the control unit 230 according to the present embodiment may perform control to change the regularization parameter to a suitable value according to the reception status of the received signal in the iterative calculation.

より具体的には、本実施形態に係る制御部230は、反復計算を複数段階に分けて実行し、当該複数段階のうち第2段階以降の反復計算において用いる正則化パラメータの値を前段階の反復計算において用いる正則化パラメータの値以上に設定し、かつ第2段階以降の反復計算において第2の信号の受信状況に基づいて正則化パラメータの値を変化させること、を特徴の一つとする。 More specifically, the control unit 230 according to the present embodiment divides the iterative calculation into a plurality of stages and executes the iterative calculation, and sets the value of the regularization parameter used in the iterative calculation in the second and subsequent stages among the plurality of stages to the value of the previous stage. One of the features is that the value of the regularization parameter is set to be equal to or greater than the value of the regularization parameter used in the iterative calculation, and the value of the regularization parameter is changed in the iterative calculations from the second stage onward based on the reception status of the second signal.

以下、本実施形態に係る正則化パラメータの制御について詳細に説明する。図15は、本実施形態に係る正則化パラメータの制御例を示すフローチャートである。 The control of the regularization parameter according to this embodiment will be described in detail below. FIG. 15 is a flowchart showing an example of control of regularization parameters according to this embodiment.

なお、図15には、制御部230が反復計算を2段階に分けて行う場合が例示される。また、図15及び以下における説明では、N段階目の反復計算をN次推定と称する場合がある。例えば、1段階目における反復計算は1次推定、2段階目における反復計算は2次推定と称する。 Note that FIG. 15 illustrates a case where the control unit 230 performs iterative calculation in two steps. In addition, in FIG. 15 and the following description, the N-th iterative calculation may be referred to as N-th order estimation. For example, the iterative calculation in the first stage is called primary estimation, and the iterative calculation in the second stage is called secondary estimation.

図15に示す一例の場合、制御部230は、正則化パラメータにα_1、収束判定値にγ_1を設定し、1次推定を行う(S402)。 In the example shown in FIG. 15, the control unit 230 sets α_1 as the regularization parameter and γ_1 as the convergence determination value, and performs primary estimation (S402).

上記の収束判定値とは、N次推定ごとにおけるYの収束判定に用いられる基準値である。収束判定値をγとする場合、制御部230は、下記の数式(54)に基づいて収束判定を行ってもよい。だたし、下記の数式(54)はあくまで一例である。 The convergence determination value is a reference value used for determining the convergence of Ym for each N-th order estimation. When the convergence determination value is γ, the control unit 230 may perform the convergence determination based on the following formula (54). However, the following formula (54) is just an example.

Figure 2023113550000055
Figure 2023113550000055

次に、制御部230は、ステップS402において推定した拡張信号行列Yに基づいて受信信号の到来時刻推定を行う(S404)。ここで、図16を参照し、受信信号の到来時刻の推定方法の一例を説明する。 Next, the control unit 230 estimates the arrival time of the received signal based on the extended signal matrix Y estimated in step S402 (S404). Here, an example method for estimating the arrival time of the received signal will be described with reference to FIG.

図16は、本実施形態に係る拡張信号行列Yの概略を説明するための説明図である。図16に示すように、拡張信号行列Yの横方向(行方向)は素子方向であり、縦方向(列方向)は時間方向である。図16では、素子数が4つである拡張信号行列Yの一例を示す。 FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining an outline of the extended signal matrix Y according to this embodiment. As shown in FIG. 16, the horizontal direction (row direction) of the extended signal matrix Y is the element direction, and the vertical direction (column direction) is the time direction. FIG. 16 shows an example of an extended signal matrix Y with four elements.

まず、制御部230は、拡張信号行列Yに基づき、拡張信号電力ベクトルpを推定する。拡張信号電力ベクトルpは、拡張信号行列Yの各成分に対して絶対値の二乗を計算し、素子方向を平均したベクトルである。 First, the control unit 230 estimates the extended signal power vector p Y based on the extended signal matrix Y. The extended signal power vector pY is a vector obtained by calculating the square of the absolute value of each component of the extended signal matrix Y and averaging the element directions.

例えば、上述した数式(46)による拡張信号行列Yのi行j列の要素をY(i、j)とすると、制御部230は、下記の数式(55)に基づいて、拡張信号電力ベクトルpを推定してもよい。 For example, if the element of the i-th row j-th column of the extension signal matrix Y according to the above equation (46) is Y (i, j), the control unit 230, based on the following equation (55), the extension signal power vector p Y may be estimated.

Figure 2023113550000056
Figure 2023113550000056

そして、制御部230は、拡張信号電力ベクトルpのうち、所定値以上の成分を受信信号の到来時刻として推定してもよい。なお、所定値には、例えば、「拡張信号電力ベクトルpの最大値×0.5」により得られる値が設定されてもよいが、係る例に限定されない。 Then, the control section 230 may estimate a component of the extended signal power vector p Y that is equal to or greater than a predetermined value as the arrival time of the received signal. Note that the predetermined value may be set to a value obtained by, for example, “maximum value of extended signal power vector pY ×0.5”, but is not limited to such an example.

以上、受信信号の到来時刻の推定に係る一例を説明した。なお、受信信号の到来時刻の推定方法は上述した例に限定されない。再び、図15を参照し、本実施形態に係る正則化パラメータの制御例の続きを説明する。 An example of estimating the arrival time of a received signal has been described above. Note that the method of estimating the arrival time of the received signal is not limited to the example described above. Again, with reference to FIG. 15, the continuation of the control example of the regularization parameter according to this embodiment will be described.

受信信号の到来時刻推定が行われた後(S404)、制御部230は、受信信号の到来間隔が閾値θ以下であるか否かを判定する(S406)。 After the arrival time of the received signal is estimated (S404), the controller 230 determines whether or not the arrival interval of the received signal is equal to or less than the threshold θ (S406).

上記受信信号の到来間隔は、例えば、第1到来波と第2到来波との間隔であってもよい。この場合における閾値θには、0.5nsまたは2nsなどが設定されてもよい。 The arrival interval of the received signal may be, for example, the interval between the first arrival wave and the second arrival wave. In this case, the threshold value θ may be set to 0.5 ns or 2 ns.

ただし、上記はあくまで一例である。上記受信信号の到来間隔には、到来波間で最も広い間隔、最も狭い間隔、複数の間隔の平均値又は中央値などが採用されてもよい。また、閾値θは適宜設計されればよい。 However, the above is just an example. As the arrival interval of the received signals, the widest interval, the narrowest interval, the average value or the median value of a plurality of intervals between arrival waves, or the like may be employed. Also, the threshold value θ may be appropriately designed.

例えば、制御部230は、推定した受信信号の到来時刻のうち、拡張信号電力ベクトルpが最大であった受信信号の到来時刻と、当該受信信号の到来時刻に最も近い他の受信信号の到来時刻と、の差分を受信信号の到来間隔としてもよい。 For example, the control unit 230 determines the arrival time of the received signal with the maximum extended signal power vector pY among the estimated arrival times of the received signals, and the arrival time of the other received signal closest to the arrival time of the received signal. The difference between the time and the time may be used as the arrival interval of the received signal.

図15に示す一例において、受信信号の到来間隔が閾値θより大きい場合(S406:No)、制御部230は、正則化パラメータにα_2、収束判定値にγ_2を設定し、2次推定を行う(S408)。 In the example shown in FIG. 15, when the arrival interval of received signals is greater than the threshold θ (S406: No), the control unit 230 sets α_2 as the regularization parameter and γ_2 as the convergence determination value, and performs secondary estimation ( S408).

一方、受信信号の到来間隔が閾値θ以下である場合(S406:Yes)、制御部230は、正則化パラメータにα_3、収束判定値にγ_3を設定し、2次推定を行う(S4010)。 On the other hand, if the arrival interval of the received signals is equal to or less than the threshold θ (S406: Yes), the control unit 230 sets α_3 as the regularization parameter and γ_3 as the convergence determination value, and performs secondary estimation (S4010).

ここで、本実施形態に係る制御部230は、N次推定において用いられる正則化パラメータの値を、前段階であるN-1次推定において用いられる正則化パラメータの値以上に変化させることを特徴の一つとする。 Here, the control unit 230 according to the present embodiment is characterized in that the value of the regularization parameter used in the Nth order estimation is changed to be greater than or equal to the value of the regularization parameter used in the N-1th order estimation, which is the previous stage. be one of

また、本実施形態に係る制御部230は、2次推定以降において、受信信号の到来間隔が広いほど正則化パラメータの値を小さくすることを特徴の一つとする。 Also, one of the characteristics of the control unit 230 according to the present embodiment is that the value of the regularization parameter is reduced as the arrival interval of the received signal increases after the secondary estimation.

図15に示す一例の場合、制御部230は、正則化パラメータの値が、α_3>α_2≧α_1、を満たすように制御してよい。 In the example shown in FIG. 15, the control unit 230 may control the value of the regularization parameter to satisfy α_3>α_2≧α_1.

例えば、1次推定におけるα_1の値が10-4である場合、制御部230は、α_2の値を10-3、α_3の値を10-2としてもよい。 For example, when the value of α_1 in the primary estimation is 10 −4 , the control unit 230 may set the value of α_2 to 10 −3 and the value of α_3 to 10 −2 .

なお、図15に示す一例では、ステップS406における判定に単一の閾値θを設定しているが、当該判定において用いられる閾値の数は2以上であってもよい。すなわち、受信信号の到来間隔に基づく分岐は3以上であってもよい。この場合であっても、上記で挙げた正則化パラメータの制御に係る二つの特徴が満たされればよい。 Note that in the example shown in FIG. 15, a single threshold θ is set for the determination in step S406, but two or more thresholds may be used in the determination. That is, the number of branches based on the arrival intervals of received signals may be three or more. Even in this case, it is sufficient that the above-mentioned two features related to the control of the regularization parameter are satisfied.

また、本実施形態に係る制御部230は、反復計算の収束判定に用いる収束判定値に関し、2次推定以降において用いる収束判定値を前段階であるN-1次推定において用いる収束判定値より小さくすることを特徴の一つとする。 In addition, the control unit 230 according to the present embodiment relates to the convergence determination value used for the convergence determination of the iterative calculation, and the convergence determination value used in the secondary estimation and subsequent estimations is set to be smaller than the convergence determination value used in the previous stage (N-1st estimation). One of the characteristics is to

図15に示す一例の場合、制御部230は、収束判定値が、γ_1>γ_2、を満たすように制御してよい。 In the example shown in FIG. 15, the controller 230 may perform control so that the convergence determination value satisfies γ_1>γ_2.

例えば、1次推定におけるγ_1が10-1である場合、制御部230は、γ_2を10-6としてもよい。 For example, when γ_1 in the first-order estimation is 10 −1 , control section 230 may set γ_2 to 10 −6 .

なお、収束判定値は、同次の段階における計算においてはステップS406における分岐によらず同一の値であってもよいし、分岐によって異なる値が採用されてもよい。 Note that the convergence determination value may be the same value regardless of the branch in step S406 in the calculation at the same stage, or may adopt a different value depending on the branch.

以上説明したように設定される正則化パラメータ及び収束判定値を用いた2次推定(S408又はS410)の後、制御部230は、2次推定において得られた拡張信号行列Y’から第1到来波の到来時刻及び到来角度を推定する(S412)。 After the secondary estimation (S408 or S410) using the regularization parameter and the convergence determination value set as described above, the control unit 230 obtains the first arrival The arrival time and arrival angle of the wave are estimated (S412).

なお、図15では、制御部230が、反復計算を2段階(すなわち、1次推定及び2次推定)に分ける場合を例示したが、反復計算に係る段階数は3以上であってもよい。この場合であっても、N次推定において用いられる正則化パラメータの値が前段階であるN-1次推定において用いられる正則化パラメータの値よりも大きく設定され、N次推定において用いられる収束判定値が前段階であるN-1次推定において用いられる収束判定値よりも小さく設定されればよい。 Note that FIG. 15 illustrates a case where the control unit 230 divides the iterative calculation into two stages (that is, the primary estimation and the secondary estimation), but the number of stages related to the iterative calculation may be three or more. Even in this case, the value of the regularization parameter used in the N-th order estimation is set larger than the value of the regularization parameter used in the previous stage N−1-th order estimation, and the convergence determination used in the N-th order estimation It is sufficient if the value is set smaller than the convergence judgment value used in the N-1 order estimation which is the previous stage.

続いて、本実施形態に係る正則化パラメータ及び収束判定値を用いた反復計算の流れについてより詳細に説明する。 Subsequently, the flow of iterative calculation using the regularization parameter and the convergence determination value according to this embodiment will be described in more detail.

図17は、本実施形態に係る正則化パラメータ及び収束判定値を用いた反復計算の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図17は、制御部230が反復計算を2段階(すなわち、1次推定及び2次推定)に分ける場合が例示される。 FIG. 17 is a flowchart showing an example of the flow of iterative calculation using regularization parameters and convergence determination values according to this embodiment. Note that FIG. 17 illustrates a case where the control unit 230 divides the iterative calculation into two stages (that is, primary estimation and secondary estimation).

図17に示す一例の場合、まず、無線通信部210が第2の信号を受信する(S500)。 In the example shown in FIG. 17, first, the wireless communication unit 210 receives the second signal (S500).

次に、制御部230は、FOCUSS又はM-FOCUSSにおける初期値の算出を行う(S501)。ステップS501において、反復回数を示す変数であるmには0が代入される。 Next, the control unit 230 calculates an initial value for FOCUSS or M-FOCUSS (S501). In step S501, 0 is substituted for m, which is a variable indicating the number of iterations.

次に、制御部230は、ステップS510~S514から構成される1次推定を実行する。 Next, control unit 230 performs primary estimation consisting of steps S510 to S514.

1次推定において、制御部230は、mのインクリメント(S510)、上述したSTEP1~3に相当する計算(S511~S513)を順に行う。S512における上述したSTEP2に相当する計算では、正則化パラメータが用いられる。 In the primary estimation, the control unit 230 sequentially increments m (S510) and performs calculations corresponding to STEPs 1 to 3 described above (S511 to S513). A regularization parameter is used in the calculation corresponding to STEP2 described above in S512.

次に、制御部230は、収束判定値を用いて1次推定に係る収束判定を行う(S514)。 Next, the control unit 230 performs convergence determination related to primary estimation using the convergence determination value (S514).

制御部230は、収束条件が満たされないと判定した場合(S514:No)、ステップS510に復帰する。 When determining that the convergence condition is not satisfied (S514: No), the control unit 230 returns to step S510.

一方、制御部230は、収束条件が満たされると判定した場合(S514:Yes)、正則化パラメータ及び収束判定値を変更する(S515)。 On the other hand, when determining that the convergence condition is satisfied (S514: Yes), the control unit 230 changes the regularization parameter and the convergence determination value (S515).

次に、制御部230は、ステップS520~S524から構成される2次推定を実行する。 Next, control unit 230 performs secondary estimation consisting of steps S520 to S524.

2次推定において、制御部230は、mのインクリメント(S520)、上述したSTEP1~3に相当する計算(S521~S523)を順に行う。S522における上述したSTEP2に相当する計算では、ステップS515において変更された正則化パラメータが用いられる。 In the secondary estimation, the control unit 230 sequentially increments m (S520) and performs calculations corresponding to STEPs 1 to 3 described above (S521 to S523). The regularization parameter changed in step S515 is used in the calculation corresponding to STEP2 described above in S522.

次に、制御部230は、ステップS515において変更された収束判定値を用いて2次推定に係る収束判定を行う(S524)。 Next, the control unit 230 performs convergence determination related to secondary estimation using the convergence determination value changed in step S515 (S524).

制御部230は、収束条件が満たされないと判定した場合(S524:No)、ステップS520に復帰する。 When determining that the convergence condition is not satisfied (S524: No), the control unit 230 returns to step S520.

一方、制御部230は、収束条件が満たされると判定した場合(S524:Yes)、2次推定において得られた拡張信号行列Y’から第1到来波の到来時刻及び到来角度を推定する(S525)。 On the other hand, if the control unit 230 determines that the convergence condition is satisfied (S524: Yes), the control unit 230 estimates the arrival time and arrival angle of the first arrival wave from the extended signal matrix Y′ obtained in the secondary estimation (S525 ).

以上、本実施形態に係る正則化パラメータ及び収束判定値を用いた反復計算の流れについて一例を挙げて説明した。 An example of the flow of iterative calculation using the regularization parameter and the convergence determination value according to the present embodiment has been described above.

なお、図17では、反復回数が第1推定と第2推定とで継続してインクリメントされる場合を例示したが、反復回数は第1推定と第2推定との間において0にリセットされてもよい。 Note that FIG. 17 illustrates a case where the number of iterations is continuously incremented between the first estimation and the second estimation, but the number of iterations may be reset to 0 between the first and second estimations. good.

また、図17では、収束条件が満たされるまで反復計算が行われる場合を例示したが、反復計算は所定回数の実行を以て終了してもよい。 In addition, although FIG. 17 illustrates the case where the iterative calculation is performed until the convergence condition is satisfied, the iterative calculation may end after a predetermined number of executions.

また、上述した例では、2次推定以降における、正則化パラメータの値の設定に用いる信号の受信状況が、受信信号の到来間隔である一例を主に説明したが、正則化パラメータの値の設定に用いる信号の受信状況は、受信信号の到来間隔に限定されない。 Further, in the above-described example, an example was mainly described in which the signal reception condition used for setting the value of the regularization parameter after the secondary estimation is the arrival interval of the received signal. The reception condition of the signal used for is not limited to the arrival interval of the received signal.

例えば、本実施形態に係る制御部230は、2次推定以降において、受信信号の信号電力に基づいて、正則化パラメータの値を変化させてもよい。より具体的には、制御部230は、2次推定以降において、受信信号の信号電力が大きいほど、正則化パラメータの値を小さくすることを特徴の一つとしてもよい。 For example, the control unit 230 according to the present embodiment may change the value of the regularization parameter based on the signal power of the received signal after secondary estimation. More specifically, one of the characteristics of the control unit 230 may be that the value of the regularization parameter is decreased as the signal power of the received signal increases after the secondary estimation.

ここでの受信電力とは、例えば、拡張信号電力ベクトルpの最大値であってもよい。また、受信電力は、拡張信号電力ベクトルpの値の大きい複数成分の合計値または平均値であってもよい。例えば、拡張信号電力ベクトルpの所定値以上の成分の合計値を受信電力としてもよい。 The received power here may be, for example, the maximum value of the extended signal power vector pY . Also, the received power may be the total value or average value of a plurality of components with large values of the extended signal power vector pY . For example, the received power may be the sum of the components of the extended signal power vector pY that are greater than or equal to a predetermined value.

また、本実施形態に係る制御部230は、2次推定以降において、受信信号の雑音電力に基づいて、正則化パラメータの値を変化させてもよい。より具体的には、制御部230は、2次推定以降において、受信信号の雑音電力が小さいほど、正則化パラメータの値を小さくすることを特徴の一つとしてもよい。 Moreover, the control unit 230 according to the present embodiment may change the value of the regularization parameter based on the noise power of the received signal after the secondary estimation. More specifically, one of the characteristics of the control unit 230 may be that the smaller the noise power of the received signal is, the smaller the value of the regularization parameter after the secondary estimation.

なお、正則化パラメータの設定に、受信信号の雑音電力を用いる場合、制御部230は、反復計算における上記STEP3の後に、下記のSTEP4を含めることで、受信信号の雑音電力を推定してもよい。即ち、制御部230は、図17に示したステップS513の後と、ステップS523の後に、下記の数式(56)によるSTEP4の処理を追加し、受信信号の雑音電力を推定してもよい。 When the noise power of the received signal is used to set the regularization parameter, the control unit 230 may estimate the noise power of the received signal by including STEP 4 below after STEP 3 in the iterative calculation. . That is, the control unit 230 may estimate the noise power of the received signal by adding the processing of STEP4 according to the following equation (56) after steps S513 and S523 shown in FIG.

Figure 2023113550000057
Figure 2023113550000057

なお、数式(56)における、σは雑音電力であり、||・||はフロベニウスノルムであり、Tr[・]は、行列のトレース(対角成分の和)である。 In Equation (56), σ 2 is the noise power, ||·|| F is the Frobenius norm, and Tr[·] is the matrix trace (sum of diagonal elements).

また、本実施形態に係る制御部230は、2次推定以降において、受信信号のSNR(Signal to Noise Ratio)に基づいて、正則化パラメータの値を変化させてもよい。より具体的には、制御部230は、2次推定以降において、受信信号のSNRの値が大きいほど正則化パラメータの値を小さくすることを特徴の一つとしてもよい。これによりSNRの状況に適した正則化パラメータが設定され得る。なお、SNRは、信号対雑音比の一例である。 Also, the control unit 230 according to the present embodiment may change the value of the regularization parameter based on the SNR (Signal to Noise Ratio) of the received signal after the secondary estimation. More specifically, one of the characteristics of the control unit 230 may be that the larger the SNR value of the received signal, the smaller the value of the regularization parameter after the secondary estimation. This allows a regularization parameter suitable for the SNR situation to be set. Note that SNR is an example of signal-to-noise ratio.

例えば、受信電力をSPとした場合、制御部230は、下記の数式(57)によりSNRを算出してもよい。 For example, if the received power is SP, the control unit 230 may calculate the SNR by the following formula (57).

Figure 2023113550000058
Figure 2023113550000058

また、制御部230は、2次推定以降において、上述した各種の信号の受信状況を組み合わせて正則化パラメータの値を設定してもよい。一例として、受信信号のSNRと、受信信号の到来間隔と、に基づく、正則化パラメータの制御について詳細に説明する。 Further, after the secondary estimation, the control unit 230 may set the value of the regularization parameter by combining the reception conditions of the various signals described above. As an example, the control of the regularization parameter based on the SNR of the received signal and the arrival interval of the received signal will be described in detail.

図18は、第2の実施例に係る正則化パラメータの制御例を示すフローチャートである。なお、図18には、図15と同様に、制御部230が反復計算を2段階に分けて行う場合が例示される。また、図18では、図15と重複する説明を省略する場合がある。 FIG. 18 is a flowchart illustrating an example of control of regularization parameters according to the second embodiment. Note that FIG. 18 illustrates a case where the control unit 230 performs iterative calculation in two steps, as in FIG. 15 . In addition, in FIG. 18, explanations overlapping with those in FIG. 15 may be omitted.

まず、図18に示す一例の場合、制御部230は、正則化パラメータにα_1、収束判定値にγ_1を設定し、入力された拡張信号行列Yおよび雑音電力σ2(0)から、1次推定を行い、拡張信号行列Yを推定する(S602)。以下では、α_1を10-4とし、γ_1を10-1とし、σ2(0)を0とした場合について主に説明するが、係る例に限定されない。 First, in the case of the example shown in FIG. 18, the control unit 230 sets α_1 as the regularization parameter and γ_1 as the convergence judgment value, and from the input extended signal matrix Y 0 and noise power σ 2(0) , the linear Estimation is performed to estimate the extended signal matrix Y (S602). A case where α_1 is 10 −4 , γ_1 is 10 −1 , and σ 2(0) is 0 will be mainly described below, but the present invention is not limited to such an example.

次に、制御部230は、ステップS602において推定した拡張信号行列Yに基づいて受信信号の到来時刻推定を行う(S604) Next, the control unit 230 estimates the arrival time of the received signal based on the extended signal matrix Y estimated in step S602 (S604).

続いて、制御部230は、ステップS602において推定した拡張信号行列Yおよび雑音電力σ2(a)に基づいて、受信信号のSNR推定を行う(S606)。 Subsequently, the control unit 230 estimates the SNR of the received signal based on the extended signal matrix Y and the noise power σ 2(a) estimated in step S602 (S606).

そして、制御部230は、受信信号のSNRが規定値Φ以下であるか否かを判定する(S608)。図18に示す一例において、受信信号のSNRが規定値Φより大きい場合(S608:No)、制御部230は、正則化パラメータにα_2、収束判定値にγ_2を設定し、2次推定を行う(S610)。なお、規定値Φには、例えば20dBが設定されてもよい。 Then, the control unit 230 determines whether or not the SNR of the received signal is equal to or less than the specified value Φ (S608). In the example shown in FIG. 18, when the SNR of the received signal is greater than the specified value Φ (S608: No), the control unit 230 sets α_2 as the regularization parameter and γ_2 as the convergence determination value, and performs secondary estimation ( S610). Note that the specified value Φ may be set to 20 dB, for example.

受信信号のSNRが規定値Φ以下である場合(S608:Yes)、制御部230は、受信信号の到来間隔が閾値θ以下であるか否かを判定する(S612)。 If the SNR of the received signal is equal to or less than the specified value Φ (S608: Yes), the control section 230 determines whether or not the arrival interval of the received signal is equal to or less than the threshold θ (S612).

図18に示す一例において、受信信号の到来間隔が閾値θより大きい場合(S612:No)、制御部230は、正則化パラメータにα_3、収束判定値にγ_2を設定し、2次推定を行う(S614)。 In the example shown in FIG. 18, when the arrival interval of received signals is greater than the threshold θ (S612: No), the control unit 230 sets α_3 as the regularization parameter and γ_2 as the convergence determination value, and performs secondary estimation ( S614).

一方、受信信号の到来間隔が閾値θ以下である場合(S612:Yes)、制御部230は、正則化パラメータにα_4、収束判定値にγ_2を設定し、2次推定を行う(S616)。 On the other hand, if the arrival interval of received signals is equal to or less than the threshold θ (S612: Yes), the control unit 230 sets α_4 as the regularization parameter and γ_2 as the convergence determination value, and performs secondary estimation (S616).

ここで、上述したように、本実施形態に係る制御部230は、2次推定以降において、受信信号のSNRの値が大きいほど正則化パラメータの値を小さくすることを特徴の一つとする。また、制御部230は、2次推定以降において、受信信号の到来間隔が広いほど正則化パラメータの値を小さくすることを特徴の一つとする。 Here, as described above, one of the characteristics of the control unit 230 according to the present embodiment is that the larger the SNR value of the received signal, the smaller the value of the regularization parameter after the secondary estimation. Also, one of the characteristics of the control unit 230 is that after the secondary estimation, the larger the arrival interval of the received signal, the smaller the value of the regularization parameter.

このような二つの特徴によれば、図18に示す例の場合、制御部230は、正則化パラメータの値が、α_4>α_3>α_2≧α_1、を満たすように制御してよい。なお、ここでのα_2は、第1の値の一例である。 According to these two characteristics, in the case of the example shown in FIG. 18, the control unit 230 may control the values of the regularization parameter to satisfy α_4>α_3>α_2≧α_1. Note that α_2 here is an example of the first value.

例えば、1次推定におけるα_1の値が10-4である場合、制御部230は、α_2の値を10-4、α_3の値を10-3、α_4の値を10-2としてもよい。 For example, when the value of α_1 in the primary estimation is 10 −4 , the control unit 230 may set the value of α_2 to 10 −4 , the value of α_3 to 10 −3 , and the value of α_4 to 10 −2 .

なお、図18に示す一例では、ステップS608およびステップS610における判定にそれぞれ単一の規定値Φおよび閾値θを設定しているが、当該判定において用いられる規定値、および閾値の数はそれぞれ2以上であってもよい。すなわち、上述したフローでは、受信信号のSNRおよび受信信号の到来間隔により3パターン(α_2、α_3、α_4)の正則化パラメータに分岐されるが、4パターン以上に分岐されてもよい。 Note that in the example shown in FIG. 18, a single specified value Φ and a single threshold θ are set for the determinations in steps S608 and S610, respectively, but the number of specified values and thresholds used in the determination is two or more. may be That is, in the flow described above, the regularization parameter is branched into three patterns (α_2, α_3, α_4) depending on the SNR of the received signal and the arrival interval of the received signal, but may be branched into four or more patterns.

また、図18に示す一例では、ステップS608において、受信信号のSNRに基づく判定が行われ、その後のステップS610において、受信信号の到来間隔に基づく判定が行われているが、先に受信信号の到来間隔に基づく判定が行われ、その後に受信信号のSNRに基づく判定が行われてもよい。 Further, in the example shown in FIG. 18, in step S608, determination is made based on the SNR of the received signal, and in subsequent step S610, determination is made based on the arrival interval of the received signal. An inter-arrival-based decision may be made followed by a SNR-based decision of the received signal.

また、本実施形態に係る制御部230は、反復計算の収束判定に用いる収束判定値に関し、2次推定以降において用いる収束判定値を前段階であるN-1次推定において用いる収束判定値より小さくすることを特徴の一つとする。 In addition, the control unit 230 according to the present embodiment relates to the convergence determination value used for the convergence determination of the iterative calculation, and the convergence determination value used in the secondary estimation and subsequent estimations is set to be smaller than the convergence determination value used in the previous stage (N-1st estimation). One of the characteristics is to

図15に示す一例の場合、制御部230は、収束判定値が、γ_1>γ_2、を満たすように制御してよい。例えば、1次推定におけるγ_1が10-1である場合、制御部230は、γ_2を10-6としてもよい。 In the example shown in FIG. 15, the controller 230 may perform control so that the convergence determination value satisfies γ_1>γ_2. For example, when γ_1 in the first-order estimation is 10 −1 , control section 230 may set γ_2 to 10 −6 .

なお、収束判定値は、同次の段階における計算においてはステップS608およびステップS612における分岐によらず同一の値であってもよいし、分岐によって異なる値が採用されてもよい。 Note that the convergence determination value may be the same value regardless of the branching in steps S608 and S612 in the calculation at the same stage, or may adopt a different value depending on the branching.

以上説明したように設定される正則化パラメータ及び収束判定値を用いた2次推定(S610、S614又はS616)の後、制御部230は、2次推定において得られた拡張信号行列Y’から第1到来波の到来時刻及び到来角度を推定する(S618)。 After the secondary estimation (S610, S614 or S616) using the regularization parameter and the convergence determination value set as described above, the control unit 230 performs the second The arrival time and arrival angle of one arrival wave are estimated (S618).

以上、本実施形態に係る正則化パラメータを用いた反復計算について述べた。当該反復計算によれば、所定のノルムを最小化する拡張信号行列の推定精度を向上させることができ、ひいては、測距値算出、位置推定の精度を向上させることができる。 The iterative calculation using the regularization parameter according to the present embodiment has been described above. According to the iterative calculation, it is possible to improve the estimation accuracy of the extended signal matrix that minimizes the predetermined norm, and in turn improve the accuracy of distance measurement value calculation and position estimation.

(6)閾値処理
M-FOCUSSにおいて、閾値処理が行われてもよい。ここでの閾値処理とは、第2の閾値以下の要素を0にする処理である。例えば、制御部230は、上記STEP1の数式(49)において、重み行列Wの対角成分のうち第2の閾値以下の要素をゼロとしてもよい。第2の閾値は、重み行列Wの対角成分の最大値に基づいて設定されてもよい。一例として、制御部230は、重み行列Wの対角成分に対して、最大値との比が第2の閾値以下の値をゼロにしてもよい。
(6) Threshold processing Threshold processing may be performed in M-FOCUSS. The threshold processing here is processing to set elements equal to or lower than the second threshold to zero. For example, the control unit 230 may set zero the elements below the second threshold among the diagonal components of the weight matrix Wm in Equation (49) of STEP1 above. The second threshold may be set based on the maximum value of the diagonal elements of the weight matrix Wm . As an example, the control unit 230 may set to zero the values whose ratio to the maximum value is equal to or less than the second threshold for the diagonal components of the weight matrix Wm .

上記の閾値処理によれば、重み行列Wを作成する際に、拡張信号行列Yの要素のうち、第2の閾値未満の値をとる要素は信号ではなく雑音であるとみなして、ゼロに変換される。これにより、拡張信号行列Yをより早くに収束させることが可能となる。また、非ゼロの要素が削減されるので、スパース解を得やすくすることが可能となる。 According to the above-described threshold processing, when creating the weight matrix W m , among the elements of the extended signal matrix Y m , elements with values less than the second threshold are considered to be noise rather than signals, and zero is converted to This allows the extended signal matrix Y m to converge more quickly. In addition, since non-zero elements are reduced, it becomes possible to easily obtain a sparse solution.

<4.2.位置パラメータの推定>
制御部230は、上記説明した処理により検出した第1到来波に基づいて、位置パラメータを推定する。
<4.2. Estimation of Positional Parameters>
The control unit 230 estimates the position parameter based on the first arriving wave detected by the processing described above.

-測距処理
制御部230は、上記説明した処理により推定した第1到来波の受信時刻に基づいて、携帯機100と通信ユニット200との間の距離Rを推定する。距離Rの推定方法については、図7を参照しながら上記説明した通りである。
- Ranging process The control unit 230 estimates the distance R between the portable device 100 and the communication unit 200 based on the reception time of the first arriving wave estimated by the process described above. The method of estimating the distance R is as described above with reference to FIG.

詳しくは、通信ユニット200は、第1の測距用信号に関してCIRを算出し、スパース再構成及びM-FOCUSSを行う。そして、通信ユニット200は、M-FOCUSSにより推定された拡張信号行列Yに含まれる要素のうち非ゼロの要素に対応する遅延時間ビンのうち、最も早い遅延時間ビンに対応する時刻を、第1の測距用信号の第1到来波の受信時刻として、時間INTを計測する。 Specifically, the communication unit 200 calculates the CIR for the first ranging signal and performs sparse reconstruction and M-FOCUSS. Then, the communication unit 200 sets the time corresponding to the earliest delay time bin among the delay time bins corresponding to the non-zero elements among the elements included in the extended signal matrix Y estimated by M-FOCUSS to the first Time INT 3 is measured as the reception time of the first arriving wave of the ranging signal.

同様に、通信ユニット200は、第3の測距用信号に関してCIRを算出し、スパース再構成及びM-FOCUSSを行う。そして、通信ユニット200は、M-FOCUSSにより推定された拡張信号行列Yに含まれる要素のうち非ゼロの要素に対応する遅延時間ビンのうち、最も早い遅延時間ビンに対応する時刻を、第3の測距用信号の第1到来波の受信時刻として、時間INTを計測する。 Similarly, the communication unit 200 calculates the CIR for the third ranging signal and performs sparse reconstruction and M-FOCUSS. Then, the communication unit 200 sets the time corresponding to the earliest delay time bin among the delay time bins corresponding to the non-zero elements among the elements included in the extended signal matrix Y estimated by M-FOCUSS to the third Time INT 4 is measured as the reception time of the first arriving wave of the ranging signal.

そして、制御部230は、時間T~Tに基づいて伝搬遅延時間を推定し、距離Rを推定する。上記説明したように、M-FOCUSSにより高い精度で第1到来波の受信時刻を推定することができる。そのため、測距精度を向上させることが可能となる。 Then, the control unit 230 estimates the propagation delay time based on the times T 1 to T 4 and estimates the distance R. As described above, M-FOCUSS can estimate the reception time of the first arriving wave with high accuracy. Therefore, it is possible to improve the distance measurement accuracy.

-角度推定処理
通信ユニット200は、上記説明した処理により推定した第1到来波の受信時刻における位相に基づいて、角度α及びβを推定する。角度α及びβの推定方法については、図8を参照しながら上記説明した通りである。
-Angle Estimation Processing The communication unit 200 estimates the angles α and β based on the phase at the reception time of the first arriving wave estimated by the processing described above. The method of estimating the angles α and β is as described above with reference to FIG.

より詳しくは、制御部230は、上記説明した処理により推定した拡張信号行列Yに含まれる非ゼロの要素の位相に基づいて、角度α及びβを推定する。とりわけ、制御部230は、拡張信号行列Yに含まれるひとつ以上の非ゼロの要素のうち、対応する遅延時間が最も早い要素の位相に基づいて、角度α及びβを推定する。例えば、図13に示したアンテナ構成により得られたCIRについてM-FOCUSSが適用されることで推定された拡張信号行列Yにおいて、最も早い非ゼロの要素が遅延時間Tにおいて現れたものとする。その場合、アンテナアレー位相差PdACは、次式により計算される。 More specifically, the control unit 230 estimates the angles α and β based on the phases of the non-zero elements included in the extended signal matrix Y estimated by the process described above. In particular, the control unit 230 estimates the angles α and β based on the phase of the element with the earliest corresponding delay time among the one or more non-zero elements included in the extended signal matrix Y. For example, in the extended signal matrix Y estimated by applying M-FOCUSS to the CIR obtained by the antenna configuration shown in FIG. 13, the earliest non-zero element shall appear at the delay time T i . In that case, the antenna array phase difference Pd AC is calculated by the following equation.

Figure 2023113550000059
Figure 2023113550000059

若しくは、アンテナアレー位相差PdACは、次式により計算されてもよい。 Alternatively, the antenna array phase difference Pd AC may be calculated by the following equation.

Figure 2023113550000060
Figure 2023113550000060

なお、angle()は、複素数の位相角を算出する関数である。Y(i,k)は、拡張信号行列Yの、第i行第k列の要素である。 Note that angle( ) is a function for calculating the phase angle of a complex number. Y(i, k) is the element of the i-th row and the k-th column of the extended signal matrix Y.

他のアンテナアレー位相差についても上記と同様に計算されて、角度α及び角度βが計算される。 Other antenna array phase differences are calculated in the same manner as above to calculate angles α and β.

上記説明したように、M-FOCUSSにより高い精度で第1到来波の受信時刻を推定することができる。拡張信号行列Yを構成する要素のうち、高い精度で推定された第1到来波の受信時刻に対応する要素の位相に基づいて角度推定を行うことで、角度推定精度をも向上させることが可能となる。 As described above, M-FOCUSS can estimate the reception time of the first arriving wave with high accuracy. Angle estimation accuracy can also be improved by estimating the angle based on the phase of the element corresponding to the reception time of the first arrival wave estimated with high accuracy among the elements that make up the extended signal matrix Y. becomes.

<4.3.処理の流れ>
図19は、本実施形態に係る通信ユニット200により実行される位置パラメータ推定処理の流れの一例を示すフローチャートである。
<4.3. Process Flow>
FIG. 19 is a flowchart showing an example of the flow of position parameter estimation processing executed by the communication unit 200 according to this embodiment.

図19に示すように、まず、制御部230は、各アンテナにおけるCIRを計算する(ステップS302)。次いで、制御部230は、スパース再構成により、各アンテナにおけるCIRから成るデータ行列を、拡張モード行列と拡張信号行列との行列積を含む形式に変換する(ステップS304)。次に、制御部230は、M-FOCUSSにより、所定のノルムを最小化する拡張信号行列を推定する(ステップS306)。そして、制御部230は、推定した拡張信号行列に基づいて、位置パラメータを推定する(ステップS308)。 As shown in FIG. 19, the controller 230 first calculates the CIR for each antenna (step S302). Next, the control unit 230 converts the data matrix consisting of the CIR at each antenna into a format including the matrix product of the extended mode matrix and the extended signal matrix by sparse reconstruction (step S304). Next, the control unit 230 estimates an extended signal matrix that minimizes a predetermined norm by M-FOCUSS (step S306). Then, the control unit 230 estimates a position parameter based on the estimated extended signal matrix (step S308).

<4.4.M-FOCUSSの適用先について>
上記説明したように、送信側は、ひとつ以上のプリアンブルシンボルを含むプリアンブルを複数含む信号を、送信信号として送信し得る。その場合、受信側は、受信信号における複数のプリアンブルシンボルに対応する部分の各々と、プリアンブルシンボルと、の相関を、送信側が送信信号を送信してから規定時間ごとにとることで、プリアンブルシンボルごとのCIRを算出し得る。
<4.4. Where to apply M-FOCUSS>
As explained above, a transmitter may send a signal including multiple preambles including one or more preamble symbols as a transmission signal. In that case, the receiving side correlates each of the portions corresponding to the plurality of preamble symbols in the received signal with the preamble symbol at regular time intervals after the transmitting side transmits the transmission signal. can be calculated.

M-FOCUSSは、プリアンブルシンボルごとのCIRを積算した、積算後のCIRに対して適用されてもよい。他方、M-FOCUSSは、プリアンブルシンボルごとのCIRに対して適用されてもよい。 M-FOCUSS may be applied to the accumulated CIR obtained by accumulating the CIR for each preamble symbol. On the other hand, M-FOCUSS may be applied for CIR per preamble symbol.

なお、CIRは、パルスごとに計算されてもよい。その場合、M-FOCUSSは、パルスごとのCIRを積算した、積算後のCIRに対して適用されてもよいし、パルスごとのCIRに対して適用されてもよい。 Note that the CIR may be calculated for each pulse. In that case, M-FOCUSS may be applied to the CIR after integration, which is obtained by accumulating the CIR for each pulse, or may be applied to the CIR for each pulse.

また、CIRは、プリアンブル全体に対して計算されてもよい。その場合、M-FOCUSSは、プリアンブル全体に対して算出されたCIRに対して適用されてもよい。 Also, the CIR may be calculated for the entire preamble. In that case, M-FOCUSS may be applied to the CIR calculated for the entire preamble.

いずれの方法においても、同様の結果を得ることが可能である。 Similar results can be obtained in either method.

<4.5.M-FOCUSSの適用範囲>
M-FOCUSSは、CIR全体に対して適用されてもよい。
<4.5. Scope of application of M-FOCUSS>
M-FOCUSS may be applied for the entire CIR.

一方で、M-FOCUSSは、CIRのうち時間軸方向の一部に対して適用されてもよい。これにより、CIR全体に対してM-FOCUSSが適用される場合と比較して、計算負荷を軽減することができる。 On the other hand, M-FOCUSS may be applied to part of the CIR in the time axis direction. This reduces the computational load compared to when M-FOCUSS is applied to the entire CIR.

とりわけ、第1到来波の検出を目的とするのであれば、CIRのうち第1到来波の受信時刻付近の一部分に限定して、M-FOCUSSが適用されることが望ましい。送信信号のパルス配列と受信信号のパルス配列とが完全に一致する遅延時間でのみ強い相関が得られ、その他の部分では相関が低い。よって、CIRのうち第1到来波の受信時刻付近の一部分に限定してM-FOCUSSを適用したとしても、第1到来波の検出精度を維持することができる。 In particular, if the purpose is to detect the first arriving wave, it is desirable to apply M-FOCUSS only to a portion of the CIR near the reception time of the first arriving wave. A strong correlation is obtained only at the delay time when the pulse arrangement of the transmission signal and the pulse arrangement of the reception signal completely match, and the correlation is low at other portions. Therefore, even if M-FOCUSS is applied only to a part of the CIR near the reception time of the first arriving wave, the detection accuracy of the first arriving wave can be maintained.

このように、CIRのうち第1到来波の受信時刻付近の一部分に限定してM-FOCUSSを適用することで、CIR全体にM-FOCUSSを適用する場合と比較して、検出精度を維持しつつ、計算負荷を軽減することが可能である。 In this way, by applying M-FOCUSS only to a portion of the CIR near the reception time of the first arriving wave, the detection accuracy can be maintained as compared to applying M-FOCUSS to the entire CIR. However, it is possible to reduce the computational load.

<<5.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、各種の変更例又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。
<<5. Supplement >>
Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs can conceive of various modifications or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that these also naturally belong to the technical scope of the present invention.

例えば、上記実施形態では、CIRが相関演算結果であるものと説明したが、本発明はかかる例に限定されない。一例として、CIRは、受信信号(IQ成分を有する複素数)そのものであってもよい。CIR値は、受信信号であるIQ成分を有する複素数そのものであってもよいし、受信信号の振幅又は位相であってもよいし、受信信号のI成分及びQ成分の二乗和(又は振幅の二乗)である電力であってもよい。この場合、受信側は、受信信号から第1到来波を検出する。例えば、受信側は、受信した無線信号の振幅又は電力が最初に所定の閾値を超えることを、第1到来波を検出するための所定の検出基準として用いてもよい。その場合、受信側は、受信信号のうち振幅又は受信電力が最初に所定の閾値を超えた信号(より詳しくは、サンプリングポイント)を、第1到来波として検出してもよい。 For example, in the above embodiments, the CIR is the correlation calculation result, but the present invention is not limited to such an example. As an example, the CIR may be the received signal (a complex number with IQ components) itself. The CIR value may be a complex number itself having the IQ component of the received signal, may be the amplitude or phase of the received signal, or may be the sum of squares of the I and Q components of the received signal (or the square of the amplitude). ). In this case, the receiving side detects the first arriving wave from the received signal. For example, the receiving side may use the fact that the amplitude or power of the received radio signal first exceeds a predetermined threshold as a predetermined detection criterion for detecting the first arriving wave. In that case, the receiving side may detect the signal (more specifically, the sampling point) of the received signal whose amplitude or received power first exceeds a predetermined threshold as the first arriving wave.

例えば、上記実施形態では、制御部230がCIRの算出、第1到来波の検出、及び位置パラメータの推定を行うものと説明したが、本発明はかかる例に限定されない。これらの処理の少なくともいずれかが、無線通信部210により実行されてもよい。例えば、複数の無線通信部210の各々において、各々が受信した受信信号に基づいてCIRの算出、及び第1到来波の検出を行ってもよい。また、位置パラメータの推定は、例えばマスタとして機能する無線通信部210により実行されてもよい。 For example, in the above embodiment, the controller 230 calculates the CIR, detects the first arriving wave, and estimates the position parameter, but the present invention is not limited to such examples. At least one of these processes may be performed by wireless communication section 210 . For example, each of the plurality of wireless communication units 210 may calculate the CIR and detect the first arriving wave based on the received signal received by each. Also, estimation of location parameters may be performed by the wireless communication unit 210 functioning as a master, for example.

例えば、上記実施形態では、アンテナペアにおけるアンテナアレー位相差に基づいて角度α及びβが計算される例を説明したが、本発明はかかる例に限定されない。一例として、通信ユニット200は、複数のアンテナ211によりビームフォーミングを行うことで、角度α及びβを計算してもよい。その場合、通信ユニット200は、複数のアンテナ211のメインローブを全方向にわたって走査し、受信電力が最も大きい方向に携帯機100が存在すると判定し、かかる方向に基づいて角度α及びβを計算する。 For example, in the above embodiments, the angles α and β are calculated based on the antenna array phase difference in the antenna pair, but the present invention is not limited to such an example. As an example, the communication unit 200 may calculate the angles α and β by performing beamforming with multiple antennas 211 . In that case, the communication unit 200 scans the main lobes of the multiple antennas 211 in all directions, determines that the portable device 100 exists in the direction with the highest received power, and calculates the angles α and β based on this direction. .

例えば、上記実施形態では、図3を参照しながら説明したように、ローカル座標系が、アンテナペアを結ぶ軸に平行する座標軸を有する座標系であるものとして説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、ローカル座標系は、アンテナペアを結ぶ軸に平行しない座標軸を有する座標系であってもよい。また、原点は、複数のアンテナ211の中心に限定されない。本実施形態に係るローカル座標系は、通信ユニット200が有する複数のアンテナ211の配置を基準に、任意に設定されてよい。 For example, in the above embodiment, as described with reference to FIG. 3, the local coordinate system is a coordinate system having a coordinate axis parallel to the axis connecting the antenna pair. Not limited. For example, the local coordinate system may be a coordinate system having coordinate axes that are not parallel to the axes connecting the antenna pairs. Also, the origin is not limited to the center of the plurality of antennas 211 . The local coordinate system according to this embodiment may be arbitrarily set based on the arrangement of the multiple antennas 211 of the communication unit 200 .

例えば、上記実施形態では、4つのアンテナ211が2×2の平面アレーを構成する場合の例を説明したが、本発明はかかる例に限定されない。アンテナ211の数は4つに限定されないし、その配置形状は平面アレーに限定されない。例えば、複数のアンテナ211が、リニアアレーとして配置されてもよい。リニアアレーとは、複数のアンテナ211が同一線上に配置されることを指す。一例として、4つのアンテナ211がリニアアレーを構成する例を、図20を参照しながら説明する。 For example, in the above embodiment, an example in which four antennas 211 form a 2×2 planar array has been described, but the present invention is not limited to such an example. The number of antennas 211 is not limited to four, and their arrangement shape is not limited to a planar array. For example, multiple antennas 211 may be arranged as a linear array. A linear array means that a plurality of antennas 211 are arranged on the same line. As an example, an example in which four antennas 211 form a linear array will be described with reference to FIG.

図20は、4つのアンテナ211がリニアアレーを構成する場合について説明するための図である。図20に示すように、アンテナ211A~アンテナ211Dがリニアアレーを構成している。アンテナ211A~アンテナ211Dが配置される軸を座標軸とし、座標軸と受信信号の到来方向とが成す角度をθとする。そして、アンテナ211Aを第1アンテナ(即ち、k=1)とし、アンテナ211Bを第2アンテナ(即ち、k=2)とし、アンテナ211Cを第3アンテナ(即ち、k=3)とし、アンテナ211Dを第4アンテナ(即ち、k=4)とする。k=1を基準アンテナとすると、Bは、それぞれ以下の数式で表される。 FIG. 20 is a diagram for explaining a case where four antennas 211 form a linear array. As shown in FIG. 20, antennas 211A to 211D form a linear array. Let the axis along which the antennas 211A to 211D are arranged be the coordinate axis, and let θ be the angle between the coordinate axis and the arrival direction of the received signal. Then, antenna 211A is the first antenna (i.e., k=1), antenna 211B is the second antenna (i.e., k=2), antenna 211C is the third antenna (i.e., k=3), and antenna 211D is Let it be the fourth antenna (ie k=4). Assuming that k=1 is the reference antenna, B k is expressed by the following equations.

Figure 2023113550000061
Figure 2023113550000061

例えば、上記実施形態では、複数の無線通信部210における複数のCIRに対しM-FOCUSSを適用する例を説明したが、本発明はかかる例に限定されない。ひとつの無線通信部210から得られた複数のCIRに対し、M-FOCUSSが適用されてもよい。その場合、制御部230は、ひとつの無線通信部210から得られた複数のCIRを並べた行列をデータ行列とし、データ行列を、拡張モード行列と、拡張信号ベクトルを複数のCIRについて並べた拡張信号行列と、の行列積を含む形式に変換する。そして、制御部230は、かかる変換結果に対しM-FOCUSSを適用することで、第1到来波の受信時刻を推定する。かかる例においても、上記実施形態と同様に、第1到来波の受信時刻の推定精度を向上させることが可能である。 For example, in the above embodiment, an example in which M-FOCUSS is applied to multiple CIRs in multiple wireless communication units 210 has been described, but the present invention is not limited to such an example. M-FOCUSS may be applied to multiple CIRs obtained from one wireless communication unit 210 . In that case, the control unit 230 uses a matrix in which a plurality of CIRs obtained from one wireless communication unit 210 are arranged as a data matrix, and the data matrix is an extension mode matrix and an extension in which the extension signal vectors are arranged for a plurality of CIRs. Convert to a format containing the matrix product of the signal matrix and Then, the control unit 230 estimates the reception time of the first arriving wave by applying M-FOCUSS to the conversion result. Also in this example, it is possible to improve the estimation accuracy of the reception time of the first arriving wave, as in the above embodiment.

一例として、ひとつの無線通信部210は、携帯機100から複数のプリアンブルを含む信号を受信してもよい。その場合、制御部230は、無線通信部210により受信されたひとつのプリアンブルに対しひとつのCIRを計算する。そして、制御部230は、複数のプリアンブルから計算された複数のCIRに対して、上記行列積を含む形式への変換を行い、M-FOCUSSを適用する。 As an example, one wireless communication unit 210 may receive a signal including multiple preambles from the portable device 100 . In that case, control section 230 calculates one CIR for one preamble received by radio communication section 210 . Then, control section 230 converts a plurality of CIRs calculated from a plurality of preambles into a format including the matrix product, and applies M-FOCUSS.

他の一例として、ひとつの無線通信部210は、携帯機100から信号を複数回受信してもよい。ここでの信号とは、ひとつ以上のプリアンブルを含む信号である。その場合、制御部230は、無線通信部210により受信されたひとつ信号に対しひとつのCIRを計算する。そして、制御部230は、複数回受信された信号から計算された複数のCIRに対して、上記行列積を含む形式への変換を行い、M-FOCUSSを適用する。 As another example, one wireless communication unit 210 may receive a signal from the portable device 100 multiple times. A signal here is a signal containing one or more preambles. In that case, the control unit 230 calculates one CIR for one signal received by the wireless communication unit 210 . Then, the control unit 230 converts a plurality of CIRs calculated from the signals received a plurality of times into a format including the matrix product, and applies M-FOCUSS.

なお、ひとつの無線通信部210から得られた複数のCIRに対しM-FOCUSSを適用する場合、Bは、次式で表される。 Note that when applying M-FOCUSS to a plurality of CIRs obtained from one radio communication unit 210, Bk is expressed by the following equation.

Figure 2023113550000062
Figure 2023113550000062

一方、制御部230は、ひとつの無線通信部210から得られたひとつのCIRに対してFOCUSSを適用してもよい。 On the other hand, the control unit 230 may apply FOCUSS to one CIR obtained from one wireless communication unit 210 .

例えば、上記実施形態では、被認証者が携帯機100であり、認証者が通信ユニット200である例を説明したが、本発明はかかる例に限定されない。携帯機100及び通信ユニット200の役割は逆であってもよい。例えば、携帯機100が、位置パラメータを特定してもよい。また、携帯機100及び通信ユニット200の役割が動的に交換されてもよい。また、通信ユニット200同士で位置パラメータの特定、及びに認証が行われてもよい。 For example, in the above embodiment, an example has been described in which the person to be authenticated is the portable device 100 and the authenticator is the communication unit 200, but the present invention is not limited to such an example. The roles of portable device 100 and communication unit 200 may be reversed. For example, the mobile device 100 may identify location parameters. Also, the roles of the portable device 100 and the communication unit 200 may be dynamically exchanged. Also, location parameters may be specified and authenticated between the communication units 200 .

例えば、上記実施形態では、本発明がスマートエントリーシステムに適用される例を説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明は、信号を送受信することで位置パラメータを推定し認証を行う任意のシステムに適用可能である。例えば、携帯機、車両、スマートフォン、ドローン、家、及び家電製品等のうち任意の2つの装置を含むペアに、本発明は適用可能である。その場合、ペアのうち一方が認証者として動作し、他方が被認証者として動作する。なお、ペアは、2つの同じ種類の装置を含んでいてもよいし、2つの異なる種類の装置を含んでいてもよい。また、無線LAN(Local Area Network)ルータがスマートフォンの位置を特定するためにも、本発明は適用可能である。 For example, in the above embodiments, an example in which the present invention is applied to a smart entry system has been described, but the present invention is not limited to such an example. The present invention is applicable to any system that estimates location parameters and performs authentication by transmitting and receiving signals. For example, the present invention is applicable to a pair including any two devices among portable devices, vehicles, smart phones, drones, homes, home electric appliances, and the like. In that case, one of the pair acts as the authenticator and the other acts as the authenticated person. Note that a pair may include two devices of the same type, or may include devices of two different types. The present invention can also be applied to a wireless LAN (Local Area Network) router specifying the location of a smartphone.

例えば、上記実施形態では、無線通信規格としてUWBを用いるものを挙げたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、無線通信規格として、赤外線を用いるものが使用されてもよい。 For example, in the above embodiments, UWB is used as the wireless communication standard, but the present invention is not limited to such an example. For example, a wireless communication standard that uses infrared rays may be used.

また、本明細書において説明した各装置による一連の処理は、コンピュータにより読み取り可能な非一過性の記憶媒体(non-transitory computer readable storage medium)に格納されるプログラムにより実現されてもよい。各プログラムは、例えば、コンピュータによる実行時にRAMに読み込まれ、CPUなどのプロセッサにより実行される。上記記憶媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等である。また、上記のプログラムは、記憶媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信されてもよい。 Also, a series of processes by each device described in this specification may be implemented by a program stored in a non-transitory computer readable storage medium. Each program, for example, is read into a RAM when executed by a computer, and executed by a processor such as a CPU. The storage medium is, for example, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a flash memory, or the like. Also, the above program may be distributed, for example, via a network without using a storage medium.

また、本明細書においてフローチャートを用いて説明した処理は、必ずしも図示された順序で実行されなくてもよい。いくつかの処理ステップは、並列的に実行されてもよい。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。 Also, the processes described in this specification using flowcharts do not necessarily have to be performed in the order shown. Some processing steps may be performed in parallel. Also, additional processing steps may be employed, and some processing steps may be omitted.

1:システム、100:携帯機、110:無線通信部、111:アンテナ、120:記憶部、130:制御部、200:通信ユニット、202:車両、210:無線通信部、211:アンテナ、220:記憶部、230:制御部 1: System, 100: Portable Device, 110: Wireless Communication Unit, 111: Antenna, 120: Storage Unit, 130: Control Unit, 200: Communication Unit, 202: Vehicle, 210: Wireless Communication Unit, 211: Antenna, 220: Storage unit, 230: control unit

Claims (15)

他の通信装置から信号を無線で受信する無線通信部と、
前記他の通信装置がパルスを含む信号を第1の信号として送信した場合に前記無線通信部により受信された、前記第1の信号に対応する信号である第2の信号と、前記第1の信号と、の相関を規定時間ごとにとり、
前記無線通信部における前記第2の信号と前記第1の信号との相関を前記規定時間ごとにとった結果である相関演算結果をひとつまたは複数並べた行列であるデータ行列を、
複数の設定時間の各々において信号を受信したと仮定したときの前記相関演算結果を表す複数の要素から成る行列である拡張モード行列と、
前記無線通信部における前記設定時間ごとの信号の有無、並びに当該信号の振幅及び位相を表す複数の要素から成るベクトルである拡張信号ベクトルを、ひとつまたは複数の前記相関演算結果について並べた行列である拡張信号行列と、
の行列積を含む形式に変換し、
正の微小量である正則化パラメータを用いた反復計算により所定のノルムを最小化する前記拡張信号行列を推定し、
前記所定のノルムを最小化する前記拡張信号行列に基づいて、前記第2の信号の受信時刻を推定する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記反復計算を複数段階に分けて実行し、前記複数段階のうち第2段階以降の反復計算において用いる前記正則化パラメータの値を前段階の反復計算において用いる前記正則化パラメータの値以上に設定し、かつ前記第2段階以降の反復計算において前記第2の信号の受信状況に基づいて前記正則化パラメータの値を変化させる、
通信装置。
a wireless communication unit that wirelessly receives a signal from another communication device;
a second signal that is a signal corresponding to the first signal received by the wireless communication unit when the other communication device transmits a signal including a pulse as the first signal; Take the correlation between the signal and the at every specified time,
A data matrix that is a matrix in which one or a plurality of correlation calculation results, which are results of correlation between the second signal and the first signal in the wireless communication unit, is arranged at the predetermined time,
an extension mode matrix, which is a matrix consisting of a plurality of elements representing the results of the correlation calculation when it is assumed that signals are received at each of a plurality of set times;
A matrix in which an extended signal vector, which is a vector consisting of a plurality of elements representing the presence or absence of a signal in the wireless communication unit for each set time, and the amplitude and phase of the signal, is arranged for one or more of the correlation calculation results. an extended signal matrix;
into a form containing the matrix product of
Estimate the extended signal matrix that minimizes a predetermined norm by iterative calculation using a regularization parameter that is a small positive amount,
A control unit that estimates the reception time of the second signal based on the extended signal matrix that minimizes the predetermined norm;
with
The control unit performs the iterative calculation in a plurality of steps, and sets the value of the regularization parameter used in the iterative calculation of the second and subsequent steps among the plurality of steps to the value of the regularization parameter used in the iterative calculation of the previous step. value or more, and change the value of the regularization parameter based on the reception status of the second signal in the iterative calculation after the second stage,
Communication device.
前記制御部は、前記第2段階以降の反復計算において、前記第2の信号に係る到来波の間隔に基づいて前記正則化パラメータの値を変化させる、
請求項1に記載の通信装置。
The control unit changes the value of the regularization parameter based on the interval of incoming waves related to the second signal in the iterative calculation after the second stage.
A communication device according to claim 1 .
前記制御部は、前記第2段階以降の反復計算において、前記第2の信号に係る到来波の間隔が広いほど前記正則化パラメータの値を小さくする、
請求項2に記載の通信装置。
The control unit reduces the value of the regularization parameter in the iterative calculation after the second stage as the interval between incoming waves related to the second signal increases.
3. A communication device according to claim 2.
前記制御部は、前記第2段階以降の反復計算において、前記第2の信号に係る信号電力に基づいて前記正則化パラメータの値を設定する、
請求項1に記載の通信装置。
The control unit sets the value of the regularization parameter based on the signal power of the second signal in the iterative calculation after the second stage.
A communication device according to claim 1 .
前記制御部は、前記第2段階以降の反復計算において、前記第2の信号に係る雑音電力に基づいて前記正則化パラメータの値を設定する、
請求項1に記載の通信装置。
The control unit sets the value of the regularization parameter based on the noise power related to the second signal in the iterative calculation after the second stage.
A communication device according to claim 1 .
前記制御部は、前記第2段階以降の反復計算において、前記第2の信号に係る信号対雑音比に基づいて前記正則化パラメータの値を設定する、
請求項5に記載の通信装置。
The control unit sets the value of the regularization parameter based on the signal-to-noise ratio of the second signal in the iterative calculations after the second stage.
6. A communication device according to claim 5.
前記制御部は、前記第2段階以降の反復計算において、前記第2の信号に係る信号対雑音比の値が大きいほど前記正則化パラメータの値を小さくする、
請求項6に記載の通信装置。
The control unit reduces the value of the regularization parameter as the value of the signal-to-noise ratio of the second signal increases in the iterative calculations after the second stage.
7. A communication device according to claim 6.
前記制御部は、前記第2の信号に係る信号対雑音比が規定値より大きい場合、前記正則化パラメータの値を第1の値に設定し、前記第2の信号に係る信号対雑音比が前記規定値以下である場合、前記正則化パラメータの値を前記第1の値より大きい値に設定する、
請求項6に記載の通信装置。
The control unit sets the value of the regularization parameter to a first value when the signal-to-noise ratio of the second signal is greater than a specified value, and the signal-to-noise ratio of the second signal is if less than or equal to the specified value, then setting the value of the regularization parameter to a value greater than the first value;
7. A communication device according to claim 6.
前記制御部は、前記反復計算の収束判定に用いる収束判定値に関し、前記第2段階以降の反復計算において用いる前記収束判定値を前段階の反復計算において用いる前記収束判定値より小さくする、
請求項1に記載の通信装置。
With respect to a convergence determination value used for determining convergence of the iterative calculation, the control unit makes the convergence determination value used in the second and later iterative calculations smaller than the convergence determination value used in the iterative calculation of the previous stage.
A communication device according to claim 1 .
前記制御部は、前記所定のノルムとして、前記拡張信号行列を構成する要素のうち、同一の前記設定時間に対応する複数の要素に対し所定の演算を行った値を、複数の前記設定時間について並べたベクトルのノルムを最小化する前記拡張信号行列を推定する、
請求項1に記載の通信装置。
The control unit calculates, as the predetermined norm, a value obtained by performing a predetermined operation on a plurality of elements corresponding to the same set time among the elements constituting the extended signal matrix, for a plurality of the set times. estimating the augmented signal matrix that minimizes the norm of the ordered vectors;
A communication device according to claim 1 .
前記制御部は、前記所定のノルムとして、前記拡張信号行列を構成する要素のうち、同一の前記設定時間に対応する複数の要素を二乗和した値の平方根を、複数の前記設定時間について並べたベクトルのノルムを最小化する前記拡張信号行列を推定する、
請求項10に記載の通信装置。
The control unit arranges, as the predetermined norm, square roots of sums of squares of a plurality of elements corresponding to the same set time among the elements constituting the extended signal matrix for a plurality of the set times. estimating the augmented signal matrix that minimizes the norm of the vector;
11. A communication device according to claim 10.
前記制御部は、前記反復計算において、数式(1)、数式(2)、及び数式(3)を反復して計算することで、前記所定のノルムを最小化する前記拡張信号行列を推定する、
請求項11に記載の通信装置。
Figure 2023113550000063
Figure 2023113550000064
Figure 2023113550000065
ここで、Yは、前記所定のノルムを最小化する前記拡張信号行列の候補である。mは反復回数である。ym-1[i]は、Ym-1を構成するベクトルであって、前記拡張信号行列におけるi番目の設定時間に対応する要素から成るベクトルである。Nは、設定時間のインデックスiの最大値である。pは、0以上1以下の定数である。Aは、前記拡張モード行列である。Zは、前記データ行列である。αは、前記正則化パラメータである。Iは、単位行列である。Yの初期値Yは次式で与えられる。
Figure 2023113550000066
ここで、Aは、Aの一般逆行列である。
The control unit, in the iterative calculation, by repeatedly calculating formula (1), formula (2), and formula (3), to estimate the extended signal matrix that minimizes the predetermined norm,
12. A communication device according to claim 11.
Figure 2023113550000063
Figure 2023113550000064
Figure 2023113550000065
where Y m is the candidate for the augmented signal matrix that minimizes the given norm. m is the number of iterations. y m−1 [i] is a vector that constitutes Y m−1 and is a vector consisting of elements corresponding to the i-th set time in the augmented signal matrix. N is the maximum value of the set time index i. p is a constant of 0 or more and 1 or less. A is the extension mode matrix. Z is the data matrix. α is the regularization parameter. I is the identity matrix. The initial value Y0 of Ym is given by the following equation.
Figure 2023113550000066
where A is the generalized inverse of A.
前記制御部は、前記反復計算において、数式(5)により、前記第2の信号に係る雑音電力を算出する、
請求項5から請求項8までのうちいずれか一項に記載の通信装置。
Figure 2023113550000067
ここで、σ2(m)は、前記雑音電力である。Mは時間のサンプル数であり、Kは素子数である。||・||は、フロベニウスノルムである。Tr[・]は、行列のトレース(対角成分の和)である。
In the iterative calculation, the control unit calculates the noise power related to the second signal by Equation (5).
9. A communication device according to any one of claims 5-8.
Figure 2023113550000067
where σ 2(m) is the noise power. M is the number of time samples and K is the number of elements. ||·|| F is the Frobenius norm. Tr[·] is the matrix trace (diagonal sum).
他の通信装置がパルスを含む信号を第1の信号として送信した場合に無線通信部により受信された、前記第1の信号に対応する信号である第2の信号と、前記第1の信号と、の相関を規定時間ごとにとり、
前記無線通信部における前記第2の信号と前記第1の信号との相関を前記規定時間ごとにとった結果である相関演算結果をひとつまたは複数並べた行列であるデータ行列を、
複数の設定時間の各々において信号を受信したと仮定したときの前記相関演算結果を表す複数の要素から成る行列である拡張モード行列と、
前記無線通信部における前記設定時間ごとの信号の有無、並びに当該信号の振幅及び位相を表す複数の要素から成るベクトルである拡張信号ベクトルを、ひとつまたは複数の前記相関演算結果について並べた行列である拡張信号行列と、
の行列積を含む形式に変換し、
正の微小量である正則化パラメータを用いた反復計算により所定のノルムを最小化する前記拡張信号行列を推定し、
前記所定のノルムを最小化する前記拡張信号行列に基づいて、前記第2の信号の受信時刻を推定すること、
を含み、
前記推定することは、前記反復計算を複数段階に分けて実行し、前記複数段階のうち第2段階以降の反復計算において用いる前記正則化パラメータの値を前段階の反復計算において用いる前記正則化パラメータの値以上に設定し、かつ前記第2段階以降の反復計算において前記第2の信号の受信状況に基づいて前記正則化パラメータの値を変化させること、をさらに含む、
情報処理方法。
a second signal that is a signal corresponding to the first signal received by a wireless communication unit when another communication device transmits a signal including a pulse as the first signal; and the first signal. , is taken at regular intervals, and
A data matrix that is a matrix in which one or a plurality of correlation calculation results, which are results of correlation between the second signal and the first signal in the wireless communication unit, is arranged at the predetermined time,
an extension mode matrix, which is a matrix consisting of a plurality of elements representing the results of the correlation calculation when it is assumed that signals are received at each of a plurality of set times;
A matrix in which an extended signal vector, which is a vector consisting of a plurality of elements representing the presence or absence of a signal in the wireless communication unit for each set time, and the amplitude and phase of the signal, is arranged for one or more of the correlation calculation results. an extended signal matrix;
into a form containing the matrix product of
Estimate the extended signal matrix that minimizes a predetermined norm by iterative calculation using a regularization parameter that is a small positive amount,
estimating the reception time of the second signal based on the extended signal matrix that minimizes the predetermined norm;
including
The estimating is performed by dividing the iterative calculation into a plurality of stages, and using the value of the regularization parameter used in the iterative calculation of the second and subsequent stages among the plurality of stages in the iterative calculation of the previous stage. and changing the value of the regularization parameter based on the reception status of the second signal in the iterative calculation after the second stage,
Information processing methods.
コンピュータを、
他の通信装置がパルスを含む信号を第1の信号として送信した場合に無線通信部により受信された、前記第1の信号に対応する信号である第2の信号と、前記第1の信号と、の相関を規定時間ごとにとり、
前記無線通信部における前記第2の信号と前記第1の信号との相関を前記規定時間ごとにとった結果である相関演算結果をひとつまたは複数並べた行列であるデータ行列を、
複数の設定時間の各々において信号を受信したと仮定したときの前記相関演算結果を表す複数の要素から成る行列である拡張モード行列と、
前記無線通信部における前記設定時間ごとの信号の有無、並びに当該信号の振幅及び位相を表す複数の要素から成るベクトルである拡張信号ベクトルを、ひとつまたは複数の前記相関演算結果について並べた行列である拡張信号行列と、
の行列積を含む形式に変換し、
正の微小量である正則化パラメータを用いた反復計算により所定のノルムを最小化する前記拡張信号行列を推定し、
前記所定のノルムを最小化する前記拡張信号行列に基づいて、前記第2の信号の受信時刻を推定する制御部、
として機能させ、
前記制御部に、前記反復計算を複数段階に分けて実行させ、前記複数段階のうち第2段階以降の反復計算において用いる前記正則化パラメータの値を前段階の反復計算において用いる前記正則化パラメータの値以上に設定させ、かつ前記第2段階以降の反復計算において前記第2の信号の受信状況に基づいて前記正則化パラメータの値を変化させる、
プログラム。
the computer,
a second signal that is a signal corresponding to the first signal received by a wireless communication unit when another communication device transmits a signal including a pulse as the first signal; and the first signal. , is taken at regular intervals, and
A data matrix that is a matrix in which one or a plurality of correlation calculation results, which are results of correlation between the second signal and the first signal in the wireless communication unit, is arranged at the predetermined time,
an extension mode matrix, which is a matrix consisting of a plurality of elements representing the results of the correlation calculation when it is assumed that signals are received at each of a plurality of set times;
A matrix in which an extended signal vector, which is a vector consisting of a plurality of elements representing the presence or absence of a signal in the wireless communication unit for each set time, and the amplitude and phase of the signal, is arranged for one or more of the correlation calculation results. an extended signal matrix;
into a form containing the matrix product of
Estimate the extended signal matrix that minimizes a predetermined norm by iterative calculation using a regularization parameter that is a small positive amount,
A control unit that estimates the reception time of the second signal based on the extended signal matrix that minimizes the predetermined norm;
function as
causing the control unit to divide the iterative calculation into a plurality of stages and execute the iterative calculation, and set the value of the regularization parameter used in the iterative calculation of the second stage and later among the plurality of stages as the value of the regularization parameter used in the iterative calculation of the preceding stage. value or more, and change the value of the regularization parameter based on the reception status of the second signal in the iterative calculation after the second stage;
program.
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