JP4900360B2 - 受信装置、移動角度推定方法、プログラム、および無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、受信装置、移動角度推定方法、プログラム、および無線通信システムに関する。

従来、複数のアンテナを備え、複数のアンテナ間のキャリアの位相差から信号の到来角度を推定する受信装置が提案されている。ここで、複数のアンテナの間隔がキャリアの半波長以上である場合、複数のアンテナ間のキャリアの位相差と到来角度が一対一に対応しないため、一般的に複数のアンテナの間隔はキャリアの半波長以内になるように設計される。すなわち、例えば３つ以上のアンテナを備える受信装置においては、アンテナの配置に制約が生じる。

一方、複数のアンテナの間隔が長いほど、到来角度の変化に対するキャリアの位相差の変化が大きいため、到来角度の変化に対する検出感度が向上する。このため、受信装置に設けるアンテナの数を増やすことにより、アンテナの間隔を半波長以内にしつつ、検出感度を向上させることができる。しかし、アンテナの数を増やすと、装置規模やコストが増大してしまう。

また、特許文献１には、複数のアンテナ間での受信信号の位相差と、撮像装置による撮像画面とを複合的に利用することにより受信信号の到来角度を検出する方位検出装置が記載されている。

特開２００７−２６３９８６号公報

しかし、従来の方位検出装置では、到来角度の変化量から送信装置の移動角度を検出できたとしても、撮像装置を付加的に設ける必要があるため、装置規模およびコストが増大する点で問題である。

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、アンテナ配置に関する制約を抑制しつつ送信装置の移動角度を推定することが可能な、新規かつ改良された受信装置、移動角度推定方法、プログラム、および無線通信システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数のアンテナと、前記複数のアンテナ間での受信信号の位相差を算出する位相差算出部と、前記位相差算出部により算出された以前の受信信号の位相差、および新たな受信信号の位相差の差分を算出する差分算出部と、前記差分算出部により算出された位相差の差分から送信装置の移動角度を推定する移動角推定部と、を備える受信装置が提供される。

前記受信装置は、前記差分算出部により算出された位相差の差分が閾値を上回った場合、前記送信装置に信号の送信間隔を短縮させる制御信号を生成する信号生成部をさらに備えてもよい。また、前記信号生成部は、前記差分算出部により算出された位相差の差分が０である場合、前記送信装置に信号の送信間隔を設定範囲内で最大にさせる制御信号を生成してもよい。

前記受信装置は、前記複数のアンテナによる受信信号ごとに、前記送信装置および前記アンテナの間の伝送路のインパルス応答の極大値のうちで遅延時間が最も小さい極大値における位相を検出する位相検出部をさらに備え、前記位相差算出部は、前記位相検出部により検出された前記複数のアンテナによる受信信号ごとの位相の差分を算出してもよい。

前記受信装置は、前記差分算出部により算出された位相差の差分、前記受信信号の波長、および前記送信装置の移動角度の関係を保持している関係保持部をさらに備え、前記移動角推定部は、前記関係保持部に保持されている関係、前記差分算出部により算出された位相差の差分、および前記受信信号の波長から前記送信装置の移動角度を推定してもよい。

前記移動角推定部により推定された前記送信装置の移動角度を積分する積分演算部をさらに備えてもよい。また、前記差分算出部により算出された位相差の差分の大きさに応じ、前記送信装置に信号の送信間隔を動的に変化させる制御信号を生成する信号生成部をさらに備えてもよい。

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、複数のアンテナにより受信された受信信号の各々の位相差を算出するステップと、算出された以前の受信信号の位相差、および新たな受信信号の位相差の差分を算出するステップと、受信信号の位相差、および新たな受信信号の位相差の差分から送信装置の移動角度を推定するステップと、を含む移動角度推定方法が提供される。

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、コンピュータに、複数のアンテナにより受信された受信信号の各々の位相差を算出するステップと、算出された以前の受信信号の位相差、および新たな受信信号の位相差の差分を算出するステップと、受信信号の位相差、および新たな受信信号の位相差の差分から送信装置の移動角度を推定するステップと、を実行させるためのプログラムが提供される。

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、送信装置と、複数のアンテナ、前記複数のアンテナ間での前記送信装置からの受信信号の位相差を算出する位相差算出部、前記位相差算出部により算出された以前の受信信号の位相差、および新たな受信信号の位相差の差分を算出する差分算出部、および、前記差分算出部により算出された位相差の差分から前記送信装置の移動角度を推定する移動角推定部、を有する受信装置と、
を備える無線通信システムが提供される。

以上説明したように本発明にかかる受信装置、移動角度推定方法、プログラム、および無線通信システムによれば、アンテナ配置に関する制約を抑制しつつ送信装置の移動角度を推定することができる。

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。

また、以下に示す項目順序に従って当該「発明を実施するための最良の形態」を説明する。
１．第１の実施形態
１．１ 第１の実施形態にかかる無線通信システム
１．２ 第１の実施形態にかかる受信装置の構成
１．３ 第１の実施形態にかかる受信装置の動作
２．第２の実施形態
３．まとめ、および補足

＜１．第１の実施形態＞
［１．１ 第１の実施形態にかかる無線通信システム］
まず、図１〜図４を参照し、本発明の第１の実施形態にかかる無線通信システム１の全体構成および要旨を概略的に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態にかかる無線通信システム１の全体構成を示した説明図である。図１に示したように、当該無線通信システム１は、送信装置１０と受信装置２０を備える。

送信装置１０は、間欠的にパケットを無線送信する。また、本実施形態においては、ユーザが送信装置１０を保持し、送信装置１０を空間的に移動させることを想定している。ただし、移動対象は送信装置１０に限られず、移動対象は受信装置２０であっても、送信装置１０と受信装置２０の双方であってもよい。

受信装置２０は、複数のアンテナｂ０およびｂ１を備え、送信装置１０から送信されるパケットをアンテナｂ０およびｂ１で受信する。ここで、送信装置１０から送信されるパケットは、ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）８０２．１１ａ、ｂ、ｇおよびｎなどに準拠する無線ＬＡＮのパケットであってもよい。なお、図１においては、複数のアンテナｂ０およびｂ１の間隔を模式的に示しているにすぎず、複数のアンテナｂ０およびｂ１は実際には図１に示したより近接していてもよい。

また、図１においては送信装置１０の一例としてリモートコントローラを示し、受信装置２０の一例として表示装置を示しているが、本実施形態はかかる例に限定されない。例えば、送信装置１０および受信装置２０は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、家庭用映像処理装置、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、家庭用ゲーム機器、家電機器などの情報処理装置であってもよい。また、送信装置１０および受信装置２０は、携帯電話、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、携帯用音楽再生装置、携帯用映像処理装置、携帯用ゲーム機器などの情報処理装置であってもよい。

このような無線通信システム１における、受信装置２０から見たパケットの到来角度と、複数のアンテナｂ０およびｂ１間でのパケットの位相差の関係について、図２および図３を参照して説明する。

図２は、複数のアンテナｂ０およびｂ１とパケットの到来角度の関係を示した説明図である。図２において、ｄはアンテナｂ０およびｂ１間の距離を示し、θ_０はパケット０の到来角度を示し、θ_１はパケット１（パケット０の次のパケット）の到来角度を示している。また、図２において、ｒ_０はパケット０がアンテナｂ０へ到達するまでの距離とアンテナｂ１へ到達するまでの距離の差分を示し、ｒ_１はパケット１がアンテナｂ０へ到達するまでの距離とアンテナｂ１へ到達するまでの距離の差分を示している。このようなｒ_０およびｒ_１は、以下の数式１のように表現される。

ｒ_０＝ｄｓｉｎθ_０
ｒ_１＝ｄｓｉｎθ_１
（数式１）

また、アンテナｂ０におけるパケット０の受信位相特性をα_０，０、
アンテナｂ０におけるパケット１の受信位相特性をα_０，１、
アンテナｂ１におけるパケット０の受信位相特性をα_１，０、
アンテナｂ１におけるパケット１の受信位相特性をα_１，１、
とすると、パケット０のアンテナｂ０およびアンテナｂ１間での位相差特性β_０およびパケット１のアンテナｂ０およびアンテナｂ１間での位相差特性β_１は以下の数式２のように表現される。なお、受信位相特性や位相差特性のように特性という語が付されているパラメータは、複素数で表現され、位相および振幅に関する情報を含むものとする。

β_０＝α_１，０α_０，０ ^＊
β_１＝α_１，１α_０，１ ^＊
（数式２）

また、位相差特性β_０の偏角ａｒｇ（β_０）、およびβ_１の偏角ａｒｇ（β_１）は、アンテナ間の経路差であるｒ_０およびｒ_１と以下の数式３に示す関係を有する。なお、数式３中のλはパケットのキャリア波長に該当する。

ａｒｇ（β_０）＝−２πｒ_０／λ
ａｒｇ（β_１）＝−２πｒ_１／λ
（数式３）

さらに、数式３に数式１を代入することにより、以下の数式４が得られる。

ａｒｇ（β_０）＝−２π（ｄｓｉｎθ_０）／λ
ａｒｇ（β_１）＝−２π（ｄｓｉｎθ_１）／λ
（数式４）

数式４より、アンテナｂ０およびｂ１間の距離ｄ、キャリア波長λが既知であるとすれば、受信位相差特性β_０およびβ_１から、パケット０の到来角度θ_０およびパケット１の到来角度θ_１を推定できる。ただし、位相差特性βの偏角ａｒｇ（β）、すなわちアンテナ間の位相差ａｒｇ（β）とパケットの到来角度θの関係は、図３に示すように、アンテナｂ０およびｂ１間の距離ｄとキャリア波長λとの関係によって相違する。

図３は、アンテナ間の位相差ａｒｇ（β）とパケットの到来角度θの関係を示した説明図である。より詳細には、図３上図には、距離ｄ＝０．５λである場合のアンテナ間の位相差ａｒｇ（β）とパケットの到来角度θの関係を示しており、図３下図には、距離ｄ＝４．０λである場合のアンテナ間の位相差ａｒｇ（β）とパケットの到来角度θの関係を示している。

図３上図に示したように、距離ｄ≦キャリア波長λ／２である場合には、アンテナ間の位相差ａｒｇ（β）とパケットの到来角度θが一対一に対応するため、アンテナ間の位相差ａｒｇ（β）からパケットの到来角度θを正確に推定することが可能である。一方、図３下図に示したように、距離ｄ＞キャリア波長λ／２である場合には、アンテナ間の位相差ａｒｇ（β）とパケットの到来角度θが一意に対応しないため、アンテナ間の位相差ａｒｇ（β）からパケットの到来角度θを正確に推定することが困難である。

しかし、本実施形態においては、距離ｄ≦キャリア波長λ／２であるか否かにかかわらず、パケット０のアンテナ間の位相差β_０およびパケット１のアンテナ間の位相差β_１から、信号源である送信装置１０の相対的な移動角度を推定することが可能である。以下、図４を参照して本実施形態の要旨を説明する。

図４は、本実施形態の要旨を示した説明図である。図４に示したように、本実施形態においては、パケット０のアンテナ間の位相差特性β_０、およびパケット１のアンテナ間の位相差特性β_１の差分特性Δβから、送信装置１０の相対的な移動角度Δθ’を算出する。ただし、パケット間の位相差の差分ａｒｇ（Δβ）が±π（ｒａｄ）を上回る場合、送信装置１０の相対的な移動角度Δθ’を正確に推定することが困難となる。そこで、本実施形態においては、パケット間の位相差の差分ａｒｇ（Δβ）が±π（ｒａｄ）を上回らないよう工夫することにより、送信装置１０の相対的な移動角度Δθ’の高い精度での推定を実現する。以下、このような効果を実現する本実施形態について、図５〜図１０を参照して詳細に説明する。

［１．２ 第１の実施形態にかかる受信装置の構成］
図５は、本発明の第１の実施形態にかかる受信装置２０の構成を示した機能ブロック図である。図５に示したように、受信装置２０は、アンテナｂ０およびｂ１と、ＲＦ部２１０と、Ａ／Ｄ変換器２１２Ａおよび２１２Ｂと、ＰＨＹ信号処理部２２０と、ＭＡＣ処理部２８０と、を備える。なお、以下では、実質的に同一機能を有する複数の構成の各々は、同一符号の後に異なるアルファベットを付することで区別する。しかし、同一機能を有する複数の構成の各々を特に区別する必要が無い場合、同一符号のみを付する。例えば、Ａ／Ｄ変換器２１２Ａおよび２１２Ｂを特に区別する必要が無い場合、単にＡ／Ｄ変換器２１２と総称する。

（受信機能）
ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）部２１０は、アンテナｂ０およびｂ１により受信されたパケットの無線信号（受信信号）の各々をアナログ形式のベースバンド信号に変換して出力する。例えば、ＲＦ部２１０には、アンテナｂ０およびｂ１により受信された無線信号が高周波信号として入力される。ＲＦ部２１０は、入力された高周波信号をフィルタリングし、高周波信号に所定周波数を乗算してダウンコンバージョンすることによりアナログ形式のベースバンド信号への変換を行なう。

Ａ／Ｄ変換器２１２Ａは、ＲＦ部２１０から入力されるアンテナｂ０により受信されたパケットのアナログ形式のベースバンド信号をサンプリング、および量子化することにより、デジタル形式のベースバンド信号に変換して出力する。同様に、Ａ／Ｄ変換器２１２Ｂは、ＲＦ部２１０から入力されるアンテナｂ１により受信されたパケットのアナログ形式のベースバンド信号をサンプリング、および量子化することにより、デジタル形式のベースバンド信号に変換して出力する。

ＰＨＹ信号処理部２２０は、Ａ／Ｄ変換器２１２から入力されるデジタル形式のベースバンド信号の復調およびデコードを行い、デコードされたパケットのデータを出力する。なお、ＰＨＹ信号処理部２２０の詳細な構成については図６〜図９を参照して後述する。

ＭＡＣ処理部２８０は、ＰＨＹ信号処理部２２０から入力されるデータの誤り検出やフレーム結合などを行なう。また、ＭＡＣ処理部２８０は信号生成部２８２を有し、信号生成部２８２は送信装置１０へ送信するための制御信号を生成する。当該制御信号は、後述するように、送信装置１０にパケットの送信間隔を指示する情報が記載される。

（送信機能）
ＰＨＹ信号処理部２２０は、ＭＡＣ処理部２８０から入力されるデータをデジタル形式のベースバンド信号に変換して出力する。なお、ＰＨＹ信号処理部２２０は、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）送信を実現するために、入力されたデータを２系列のデジタル形式のベースバンド信号に変換してもよい。

Ａ／Ｄ変換器２１２は、ＰＨＹ信号処理部２２０から入力されるデジタル形式のベースバンド信号をアナログ形式のベースバンド信号に変換して出力する。なお、通常送信の場合にはＡ／Ｄ変換器２１２ＡまたはＡ／Ｄ変換器２１２Ｂのいずれかが利用され、ＭＩＭＯ送信の場合には双方が利用される。

ＲＦ部２１０は、Ａ／Ｄ変換器２１２から入力されるアナログ形式のベースバンド信号を高周波信号に変換してアンテナｂから無線信号として送信させる。なお、通常送信の場合にはアンテナｂ０またはｂ１のいずれかが利用され、ＭＩＭＯ送信の場合には双方が利用される。

次に、図６を参照し、ＰＨＹ信号処理部２２０の構成をより詳細に説明する。なお、以下では受信時のＰＨＹ信号処理部２２０の機能を説明するが、ＰＨＹ信号処理部２２０はパケット送信のための信号処理機能も有する。

図６は、ＰＨＹ信号処理部２２０の構成を示した機能ブロック図である。図６に示したように、ＰＨＹ信号処理部２２０は、フィルタ２２２Ａおよび２２２Ｂと、バッファ２２４Ａおよび２２４Ｂと、ＦＦＴ２２６Ａおよび２２６Ｂと、チャネル推定部２２８Ａおよび２２８Ｂと、ＩＦＦＴ２３０Ａおよび２３０Ｂと、を含む。また、ＰＨＹ信号処理部２２０は、イコライザ２３２と、デコーダ２３４と、位相検出部２３６と、推定部２４０と、を含む。

フィルタ２２２Ａにはアンテナｂ０により受信されたパケットのベースバンド信号が入力され、フィルタ２２２Ａは、入力されたベースバンド信号から不要な周波数成分を除去するためのフィルタリングを行なう。同様に、フィルタ２２２Ｂにはアンテナｂ１により受信されたパケットのベースバンド信号が入力され、フィルタ２２２Ｂは、入力されたベースバンド信号から不要な周波数成分を除去するためのフィルタリングを行なう。

バッファ２２４Ａは、フィルタ２２２Ａによりフィルタリングされたベースバンド信号を一時的に保持し、バッファ２２４Ｂは、フィルタ２２２Ｂによりフィルタリングされたースバンド信号を一時的に保持する。

ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）２２６Ａは、バッファ２２４Ａに保持されているベースバンド信号を、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）シンボルごとにＦＦＴする。同様に、ＦＦＴ２２６Ｂは、バッファ２２４Ｂに保持されているベースバンド信号を、ＯＦＤＭシンボルごとにＦＦＴする。

チャネル推定部２２８Ａは、ＦＦＴ２２６Ａにより得られたサブキャリアごとの信号成分に基づき、送信装置１０およびアンテナｂ０間を含む伝送路特性をサブキャリアごとに測定する。例えば、チャネル推定部２２８Ａは、パケットのプリアンブル部分に含まれるショートトレーニングシンボルやロングトレーニングシンボルでサブキャリアごとの伝送路特性を測定してもよい。同様に、チャネル推定部２２８Ｂは、ＦＦＴ２２６Ｂにより得られたサブキャリアごとの信号成分に基づき、送信装置１０およびアンテナｂ１間を含む伝送路特性をサブキャリアごとに測定する。

イコライザ２３２は、ＦＦＴ２２６Ａから入力されるサブキャリアごとの信号から、チャネル推定部２２８Ａにより推定された伝送路特性に基づいて伝送路の歪み成分を除去してチャネル等化を行なう。また、イコライザ２３２は、ＦＦＴ２２６Ｂから入力されるサブキャリアごとの信号から、チャネル推定部２２８Ｂにより推定された伝送路特性に基づいて伝送路の歪み成分を除去してチャネル等化を行なう。なお、受信装置２０がＭＩＭＯ受信を行なう場合、イコライザ２３２はＭＩＭＯ受信処理を行う。

デコーダ２３４は、イコライザ２３２によりしてチャネル等化されたサブキャリアごとの信号の復調、およびデコードを行ってパケットの復号データを取得する。そして、デコーダ２３４はパケットの復号データをＭＡＣ処理部２８０へ出力する。

ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ ＦＦＴ）２３０Ａは、チャネル推定部２２８Ａから入力されるサブキャリアごとの伝送路特性に逆高速フーリエ変換を施すことにより、送信装置１０およびアンテナｂ０間を含む伝送路の時間領域におけるインパルス応答を得る。同様に、ＩＦＦＴ２３０Ｂは、チャネル推定部２２８Ｂから入力されるサブキャリアごとの伝送路特性に逆高速フーリエ変換を施すことにより、送信装置１０およびアンテナｂ１間を含む伝送路の時間領域におけるインパルス応答を得る。

位相検出部２３６は、ＩＦＦＴ２３０Ａおよび２３０Ｂにより得られた伝送路のインパルス応答から、アンテナｂ０およびｂ１により受信されたパケットの各々の直接波の位相特性を推定する。図７は、伝送路のインパルス応答の振幅レベルを示した説明図である。図７に示したように、インパルス応答の振幅レベル（│Ｉ^２＋Ｑ^２│）は複数の極大値を有する。そのうちで遅延時間が最も小さい最初の極大値が直接波に対応していると考えられる。このため、位相検出部２３６は、インパルス応答の振幅レベルの極大値のうちで遅延時間が最も小さい極大値を検索し、当該極大値における複素受信特性（Ｉ＋ｊＱ）を、受信パケットの位相角度を有する信号として検出する。

より具体的には、位相検出部２３６は、ＩＦＦＴ２３０Ａにより得られたインパルス応答の振幅レベルの極大値のうちで遅延時間が最も小さい極大値を検索し、当該極大値における位相特性α_０をアンテナｂ０による受信パケットの位相特性として検出する。同様に、位相検出部２３６は、ＩＦＦＴ２３０Ｂにより得られたインパルス応答の振幅レベルの極大値のうちで遅延時間が最も小さい極大値を検索し、当該極大値における位相特性α_１をアンテナｂ１による受信パケットの位相特性として検出する。

推定部２４０は、位相検出部２３６により検出されたアンテナｂ０による受信パケットの位相特性α_０およびアンテナｂ１による受信パケットの位相特性α_１から、送信装置１０の相対的な移動角度を推定する。なお、本実施形態における移動角度は、アンテナｂ０およびｂ１の離隔方向に垂直な軸を回転軸とする角度である。以下、図８を参照し、推定部２４０の構成について詳細に説明する。

図８は、推定部２４０の構成を示した機能ブロック図である。図８に示したように、推定部２４０は、複素乗算部２４２および２４６と、遅延部２４４および２５２と、移動角度推定部２４８と、加算部２５０と、を備える。

複素乗算部２４２は、位相α_１と位相α_０の複素共役とを乗算することにより、パケット１のアンテナ間の位相差β_１を算出する位相差算出部として機能する。遅延部２４４は、複素乗算部２４２により算出された位相差特性が入力され、入力された位相差特性を遅延して出力する。図８には、遅延部２４４が複素乗算部２４２により前回（以前に）算出されたパケット０のアンテナ間の位相差特性β_０を遅延して出力している例を示している。

複素乗算部２４６は、パケット１のアンテナ間の位相差特性β_１およびパケット０のアンテナ間の位相差特性β_０の複素共役とを乗算することにより、パケット間の位相差の差分特性Δβを算出する差分算出部として機能する。

移動角度推定部２４８には、パケット間の位相差の差分特性Δβ、および前回のパケット０の到来角度θ’より、送信装置１０の相対的な移動角度Δθ’を推定する。パケット間の位相差の差分特性Δβ、前回のパケット０の到来角度θ’、および移動角度Δθ’は、例えば以下の数式５のように表現される。

（数式５）

移動角度推定部２４８は、上記の数式５にパケット間の位相差の差分特性Δβ、および前回のパケット０の到来角度θ’を代入することにより、送信装置１０の相対的な移動角度Δθ’を推定することができる。なお、移動角度推定部２４８（関係保持部）は、パケット間の位相差の差分Δβ、前回のパケット０の到来角度θ’、およびキャリア波長λなどの関係を示すテーブルを保持していてもよい。そして、移動角度推定部２４８は、当該テーブルを参照することにより送信装置１０の相対的な移動角度Δθ’を推定してもよい。

このようにして移動角度推定部２４８により推定された移動角度Δθ’は、例えば、受信装置２０または受信装置２０に接続されるアプリケーション機器（例えばゲーム機器）へのユーザ操作として利用される。

また、前回のパケット０の到来角度θ’は、移動角度推定部２４８により推定された移動角度Δθ’と加算部２５０により加算され、パケット１の到来角度θ’に更新される。すなわち、加算部２５０は、これまでの移動角度Δθ’を累積的に加算して到来角度θ’を算出する積分演算部として機能する。当該パケット１の到来角度θ’は遅延部２５２により遅延して出力され、移動角度推定部２４８によるパケット２の移動角度Δθ’の推定時に利用される。

なお、上記では移動角度Δθ’の推定に際し、数式５に示したように前回のパケット０の到来角度θ’が利用される例を説明したが、本実施形態はかかる例に限定されない。例えば、移動角度Δθ’および到来角度θ’が極めて０に近い場合、ｘ＝ｓｉｎｘと近似できることが知られている。したがって、上記数式５を、以下の数式６のように置き換えることにより、移動角度Δθ’の推定に際して前回のパケット０の到来角度θ’を不要とすることも可能である。

（数式６）

また、移動角度Δθ’の推定に際し、数式５に示したように前回のパケット０の到来角度θ’を利用する場合、到来角度θ’の初期値は任意の方法により特定することができる。例えば、移動角度推定部２４８は、起動時のパケットの到来角度θ’を初期値０と特定してもよいし、ユーザにより所定操作が行なわれたときのパケットの到来角度θ’を初期値０と特定してもよい。

このように、本実施形態によれば、アンテナ間の位相差特性β_０やβ_１に基づいて送信装置１０の移動角度を推定することができる。ただし、移動による生じるパケット間の位相差の差分ａｒｇ（Δβ）が±π（ｒａｄ）を上回る場合、送信装置１０の相対的な移動角度Δθ’を正確に推定することが困難となる。そこで、本実施形態にかかる受信装置２０は、パケット間の位相差の差分ａｒｇ（Δβ）が±π（ｒａｄ）を上回らないよう、以下に説明する機能を有する。

図８に示したように、パケット間のアンテナ位相差の差分特性ΔβはＭＡＣ処理部２８０へ出力される。ＭＡＣ処理部２８０の信号生成部２８２は、パケット間のアンテナ位相差の差分特性Δβの偏角の大きさ｜ａｒｇ（Δβ）｜、すなわちパケット間のアンテナ位相差の差分｜ａｒｇ（Δβ）｜に基づき、送信装置１０に対して要求するパケット送信間隔を特定し、当該パケット送信間隔が記載された制御信号を生成する。そして、送信装置１０は、当該制御信号に記載されたパケット送信間隔でパケットを送信する。信号生成部２８２は、例えば図９に示すパターンに従ってパケット送信間隔を特定してもよい。

図９は、パケット間のアンテナ位相差の差分｜ａｒｇ（Δβ）｜と送信装置１０に対して要求するパケット送信間隔の関係を示した説明図である。パターンＡにおいては、パケット間のアンテナ位相差の差分｜ａｒｇ（Δβ）｜が所定の閾値ｔｈを越えるまでは送信間隔が一定であり、所定の閾値ｔｈを越えると送信間隔が短縮される。このため、送信装置１０の角移動速度が同一であった場合にもパケット間のアンテナ位相差の差分｜ａｒｇ（Δβ）｜が小さくなるため、｜ａｒｇ（Δβ）｜が±π（ｒａｄ）を上回ることを防止することができる。

また、パターンＢにおいては、パケット間のアンテナ位相差の差分｜ａｒｇ（Δβ）｜が大きくなると送信間隔が段階的に短縮される。ここで、パケット間のアンテナ位相差の差分｜ａｒｇ（Δβ）｜が０である場合、送信装置１０は移動していないため、｜ａｒｇ（Δβ）｜が±πを上回る可能性は低いと考えられる。そこで、パターンＢに示したように、パケット間のアンテナ位相差の差分｜ａｒｇ（Δβ）｜が０である場合には、設定範囲内で最大の送信間隔を適用することにより、送信装置１０から不要に多量のパケットが送信されてしまう場合を防止できる。

また、パターンＣに示したように、パケット間のアンテナ位相差の差分｜ａｒｇ（Δβ）｜が大きくなるにつれて送信間隔が連続的に短縮されるようにしてもよい。より詳細には、パターンＣには、パケット間のアンテナ位相差の差分｜ａｒｇ（Δβ）｜が大きくなるほど、送信間隔の短縮時間が少なくなる例を示している。このパターンＣにおいても、送信装置１０から不要に多量のパケットが送信されてしまう場合、およびパケット間のアンテナ位相差の差分ａｒｇ（Δβ）が±π（ｒａｄ）を上回ってしまう場合を防止することができる。

なお、上記ではパケット間のアンテナ位相差の差分｜ａｒｇ（Δβ）｜に応じて送信装置１０に動的にパケットの送信間隔を変化させる例を説明したが、本実施形態はかかる例に限定されない。例えば、送信装置１０は、常に、想定される送信装置１０の最大の角移動速度においてもアンテナ位相差の差分｜ａｒｇ（Δβ）｜が±π（ｒａｄ）を上回らない送信間隔でパケットを送信してもよい。

また、上記では受信装置２０が具体的なパケットの送信間隔を送信装置１０に指示する例を説明したが、本実施形態はかかる例に限定されない。例えば、受信装置２０は、単にパケットの送信間隔を短くするよう指示する制御信号を送信しても、長くするよう指示する制御信号を送信してもよい。

また、上記では受信装置２０がパケットの送信間隔を送信装置１０に指示する例を説明したが、本実施形態はかかる例に限定されない。例えば、受信装置２０はパケット間のアンテナ位相差の差分｜ａｒｇ（Δβ）｜を記載した制御信号を送信装置１０へ送信し、送信装置１０においてパケット間のアンテナ位相差の差分｜ａｒｇ（Δβ）｜に対応する送信間隔を特定してもよい。

［１．３ 第１の実施形態にかかる受信装置の動作］
以上、図５〜図９を参照して本実施形態にかかる受信装置２０の構成を説明した。続いて、図１０を参照し、本実施形態にかかる受信装置２０において実行される移動角度推定方法について説明する。

図１０は、第１の実施形態にかかる受信装置２０において実行される移動角度推定方法の流れを示したフローチャートである。図１０に示したように、送信装置１０から送信された新たなパケットがアンテナｂ０およびｂ１により受信されると（Ｓ３０４）、位相検出部２３６がアンテナｂ０およびｂ１により受信されたパケットの位相を検出する（Ｓ３０８）。

そして、推定部２４０の複素乗算部２４２が、アンテナｂ０およびｂ１により受信されたパケットの位相差を算出し（Ｓ３１２）、当該位相差と前回のパケットの位相差との差分を複素乗算部２４６が算出する（Ｓ３１６）。さらに、複素乗算部２４６により算出されたパケット間のアンテナ位相差の差分に基づき、移動角度推定部２４８が送信装置１０の移動角度を推定する（Ｓ３２０）。

一方、ＭＡＣ処理部２８０の信号生成部２８２は、複素乗算部２４６により算出されたパケット間のアンテナ位相差の差分に応じて送信装置１０に要求するパケットの送信間隔を特定し、当該送信間隔が記載された制御信号を生成する。信号生成部２８２により生成されたこの制御信号は、ＰＨＹ信号処理部２２０、Ａ／Ｄ変換器２１２Ａおよび２１２Ｂ、ＲＦ部２１０、アンテナｂ０およびｂ１を介して送信装置１０へ送信される（Ｓ３２４）。その後、Ｓ３０４からの処理が繰り返される。

＜２．第２の実施形態＞
以上説明した第１の実施形態では、受信装置２０に２つのアンテナｂ０およびｂ１が設けられていた。しかし、受信装置２０に設けられるアンテナの数は２つに限定されない。例えば、以下に説明する第２の実施形態にかかる受信装置２０’のように、設けられるアンテナの数は３つであってもよい。

図１１は、本発明の第２の実施形態にかかる受信装置２０’におけるアンテナの配置例を示した説明図である。図１１に示したように、第２の実施形態にかかる受信装置２０’には、アンテナｂ１がアンテナｂ０とｙ方向に距離ｄｙだけ離隔して配置され、アンテナｂ２がアンテナｂ０とｚ方向に距離ｄｚだけ離隔して配置されている。なお、図１１においては、複数のアンテナの間隔を模式的に示しているにすぎず、複数のアンテナは実際には図１１に示したより近接していてもよい。

かかる構成によれば、第２の実施形態にかかる受信装置２０’は、ｙ方向に離隔して配置されているアンテナｂ１およびアンテナｂ０による受信パケットの位相差に基づき、送信装置１０のｚ軸を回転軸とする移動角度を推定することができる。さらに、第２の実施形態にかかる受信装置２０’は、ｚ方向に離隔して配置されているアンテナｂ２およびアンテナｂ０による受信パケットの位相差に基づき、送信装置１０のｙ軸を回転軸とする移動角度を推定することができる。以下、図１２を参照して上記移動角度の推定を実現するための構成について説明する。

図１２は、第２の実施形態にかかる受信装置２０’の推定部２４０’の構成を示した機能ブロック図である。図１２に示したように、推定部２４０’は、複素乗算部２４２、２４６、２６２および２６６と、遅延部２４４、２５２、２６４および２７２と、移動角度推定部２４８および２６８と、加算部２５０および２７０と、を備える。

複素乗算部２４２は、アンテナｂ１による受信パケットの位相特性α_１とアンテナｂ０による受信パケットの位相特性α_０の複素共役とを乗算することにより、パケット１のアンテナｂ０およびｂ１間の位相差特性β_１を算出する。遅延部２４４は、複素乗算部２４２により算出された位相差が入力され、入力された位相差を遅延して出力する。図１２には、遅延部２４４が複素乗算部２４２により前回（以前に）算出されたパケット０のアンテナ間の位相差β_０を遅延して出力している例を示している。

複素乗算部２４６は、パケット１のアンテナ間の位相差β_１およびパケット０のアンテナ間の位相差特性β_０の複素共役とを乗算することにより、パケット間のアンテナ位相差の差分特性Δβｚを算出する。

移動角度推定部２４８には、パケット間のアンテナ位相差の差分特性Δβｚ、および前回のパケット０の到来角度θｚ’より、送信装置１０の移動角度Δθｚ’を推定する。なお、到来角度θｚ’および移動角度Δθｚ’は、図１１に示したｚ軸を回転軸とする角度である。

また、前回のパケット０の到来角度θｚ’は、移動角度推定部２４８により推定された移動角度Δθｚ’と加算部２５０により加算され、パケット１の到来角度θｚ’に更新される。当該パケット１の到来角度θｚ’は遅延部２５２により遅延して出力され、移動角度推定部２４８によるパケット２の移動角度Δθｚ’の推定時に利用される。

同様に、複素乗算部２６２は、アンテナｂ２による受信パケットの位相特性α_２とアンテナｂ０による受信パケットの位相特性α_０の複素共役とを乗算することにより、パケット１のアンテナｂ０およびｂ２間の位相差特性γ_１を算出する。遅延部２６４は、複素乗算部２６２により算出された位相差が入力され、入力された位相差を遅延して出力する。図１２には、遅延部２６４が複素乗算部２６２により前回（以前に）算出されたパケット０のアンテナ間の位相差特性γ_０を遅延して出力している例を示している。

複素乗算部２６６は、パケット１のアンテナ間の位相差特性γ_１およびパケット０のアンテナ間の位相差特性γ_０の複素共役とを乗算することにより、パケット間のアンテナ位相差の差分特性Δγｙを算出する。

移動角度推定部２６８には、パケット間のアンテナ位相差の差分特性Δγｙ、および前回のパケット０の到来角度θｙ’より、送信装置１０の移動角度Δθｙ’を推定する。なお、到来角度θｙ’および移動角度Δθｙ’は、図１１に示したｙ軸を回転軸とする角度である。

また、前回のパケット０の到来角度θｙ’は、移動角度推定部２６８により推定された移動角度Δθｙ’と加算部２７０により加算され、パケット１の到来角度θｙ’に更新される。当該パケット１の到来角度θｙ’は遅延部２７２により遅延して出力され、移動角度推定部２６８によるパケット２の移動角度Δθｙ’の推定時に利用される。

また、図１２に示したように、パケット間のアンテナ位相差の差分特性ΔβｚおよびΔ特性γｙはＭＡＣ処理部２８０へ出力される。ＭＡＣ処理部２８０の信号生成部２８２は、パケット間のアンテナ位相差の差分特性ΔβｚおよびΔγｙの偏角の大きさに基づき、送信装置１０に対して要求するパケット送信間隔を特定し、当該パケット送信間隔が記載された制御信号を生成する。

例えば、第２の実施形態においては、信号生成部２８２は、パケット間のアンテナ位相差の差分特性ΔβｚおよびΔγｙの双方について対応する送信間隔を特定し、送信装置１０に要求する送信間隔を短い方の送信間隔に決定してもよい。かかる構成により、パケット間のアンテナ位相差の差分特性ΔβｚまたはΔγｙの偏角が±π（ｒａｄ）を上回ってしまう場合を防止し、送信装置１０の複数方向の移動角度を高精度に推定することが可能となる。

＜３．まとめ、および補足＞
以上説明したように、本実施形態によれば、アンテナ間の距離とキャリア波長の関係にかかわらず、送信装置１０の移動角度を検出することができる。したがって、アンテナの配置の自由度を高めることができる。さらに、本実施形態によれば、アンテナ間隔を大きくできるため、送信装置１０の移動角度や到来角度の検出精度の向上が期待される。また、アンテナ間のキャリブレーションも不要である。

さらに、本実施形態によれば、信号生成部２８２が、パケット間のアンテナ位相差の差分の大きさに基づき、送信装置１０に対して要求するパケット送信間隔を特定し、当該パケット送信間隔が記載された制御信号を生成する。かかる構成により、送信装置１０から不要に多量のパケットが送信されてしまう場合、およびパケット間のアンテナ位相差の差分が±π（ｒａｄ）を上回ってしまう場合を防止することができる。

なお、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説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、そ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。

例えば、本明細書の受信装置２０の処理における各ステップは、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、受信装置２０の処理における各ステップは、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）を含んでもよい。

また、上記実施形態では、１つの信号源からパケットを送信する送信装置１０の移動角度を推定する例を説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、複数の信号源からパケットをＭＩＭＯ送信するＭＩＭＯトランシーバにも本発明を適用することが可能である。この場合、受信装置２０は、複数の信号源に対する到来角度や移動角度を検出することができるため、ＭＩＭＯトランシーバの向きの変化、およびＭＩＭＯトランシーバの向きそのものを検出することも可能である。

また、受信装置２０に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアを、上述した受信装置２０の各構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供される。また、図６および図８の機能ブロック図で示したそれぞれの機能ブロックをハードウェアで構成することで、一連の処理をハードウェアで実現することもできる。

本発明の第１の実施形態にかかる無線通信システムの全体構成を示した説明図である。 複数のアンテナとパケットの到来角度の関係を示した説明図である。 位相差ａｒｇ（β）とパケットの到来角度の関係を示した説明図である。 本実施形態の要旨を示した説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかる受信装置の構成を示した機能ブロック図である。 ＰＨＹ信号処理部の構成を示した機能ブロック図である。 伝送路のインパルス応答の振幅レベルを示した説明図である。 推定部の構成を示した機能ブロック図である。 パケット間のアンテナ位相差の差分と送信装置に対して要求するパケット送信間隔の関係を示した説明図である。 第１の実施形態にかかる受信装置において実行される移動角度推定方法の流れを示したフローチャートである。 本発明の第２の実施形態にかかる受信装置におけるアンテナの配置例を示した説明図である。 第２の実施形態にかかる受信装置の推定部の構成を示した機能ブロック図である。

符号の説明

１０ 送信装置
２０ 受信装置
２１０ ＲＦ部
２２０ ＰＨＹ信号処理部
２２８ チャネル推定部
２３０ ＩＦＦＴ
２３６ 位相検出部
２４０ 推定部
２４２、２４６、２６２、２６６ 複素乗算部
２４８、２６８ 移動角度推定部
２５０、２７０ 加算部
２８０ ＭＡＣ処理部
２８２ 信号生成部

Claims (10)

1. 複数のアンテナと；
   前記複数のアンテナ間での受信信号の位相差を算出する位相差算出部と；
   相対的に移動可能な同一の送信装置から複数回受信することで前記位相差算出部により算出された複数回の位相差の間で、位相差の差分を算出する差分算出部と；
   前記位相差の差分から前記送信装置の相対的な移動角度を推定する移動角推定部と；
   前記差分算出部により算出された位相差の差分の大きさに応じて前記送信装置からの信号の送信間隔を制御する制御信号を生成する信号生成部と；
   を備え、
   前記アンテナは、前記信号生成部により生成された前記制御信号を前記送信装置に送信する、受信装置。
2. 前記信号生成部は、前記差分算出部により算出された位相差の差分が閾値を上回った場合、前記送信装置に信号の送信間隔を短縮させる制御信号を生成する、請求項１に記載の受信装置。
3. 前記信号生成部は、前記差分算出部により算出された位相差の差分が０である場合、前記送信装置に信号の送信間隔を設定範囲内で最大にさせる制御信号を生成する、請求項２に記載の受信装置。
4. 前記受信装置は、
   前記複数のアンテナによる受信信号ごとに、前記送信装置および前記アンテナの間の伝送路のインパルス応答の極大値のうちで遅延時間が最も小さい極大値における位相を検出する位相検出部をさらに備え、
   前記位相差算出部は、前記位相検出部により検出された前記複数のアンテナによる受信信号ごとの位相の差分を算出する、請求項３に記載の受信装置。
5. 前記受信装置は、前記差分算出部により算出された位相差の差分、前記受信信号の波長、および前記送信装置の移動角度の関係を保持している関係保持部をさらに備え、
   前記移動角推定部は、前記関係保持部に保持されている関係、前記差分算出部により算出された位相差の差分、および前記受信信号の波長から前記送信装置の移動角度を推定する、請求項４に記載の受信装置。
6. 前記移動角推定部により推定された前記送信装置の移動角度を積分する積分演算部をさらに備える、請求項５に記載の受信装置。
7. 前記信号生成部は、前記差分算出部により算出された位相差の差分の大きさに応じ、前記送信装置に信号の送信間隔を動的に変化させる制御信号を生成する、請求項１に記載の受信装置。
8. 複数のアンテナにより受信された受信信号の各々の位相差を算出するステップと：
   相対的に移動可能な同一の送信装置から複数受信することで算出された複数回の位相差の間で、位相差の差分を算出するステップと；
   前記位相差の差分から前記送信装置の相対的な移動角度を推定するステップと；
   前記位相差の差分の大きさに応じて前記送信装置からの信号の送信間隔を制御する制御信号を生成するステップと；
   前記制御信号を前記送信装置に送信するステップと；
   を含む、移動角度推定方法。
9. コンピュータに、
   複数のアンテナにより受信された受信信号の各々の位相差を算出するステップと：
   相対的に移動可能な同一の送信装置から複数受信することで算出された複数回の位相差の間で、位相差の差分を算出するステップと；
   前記位相差の差分から前記送信装置の相対的な移動角度を推定するステップと；
   前記位相差の差分の大きさに応じて前記送信装置からの信号の送信間隔を制御する制御信号を生成するステップと；
   前記制御信号を前記送信装置に送信するステップと；
   を実行させるための、プログラム。
10. 送信装置と；
    複数のアンテナ、
    前記複数のアンテナ間での前記送信装置からの受信信号の位相差を算出する位相差算出部、
    相対的に移動可能な前記送信装置から複数回受信することで前記位相差算出部により算出された複数回の位相差の間で、位相差の差分を算出する差分算出部、
    前記位相差の差分から前記送信装置の相対的な移動角度を推定する移動角推定部、および、
    前記差分算出部により算出された位相差の差分の大きさに応じて前記送信装置からの信号の送信間隔を制御する制御信号を生成する信号生成部と；
    を有し、
    前記アンテナは、前記信号生成部により生成された前記制御信号を前記送信装置に送信する、受信装置と；
    を備え、
    前記送信装置は、前記受信装置から受信される制御信号に従って信号の送信間隔を変化させる、無線通信システム。

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