JP5407856B2 - マルチバンドトランシーバおよび該トランシーバを用いた測位システム - Google Patents
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Description
Δφは、受信側の移動端末での第1の搬送波と第2の搬送波との位相差を表す。ここで、−π≦Δφ≦πである。
上式(1)から搬送波の角周波数ωは次式のようになる。
距離Rを位相で表すと、2πR/λ[rad]となる。
ここで、送信側の移動端末での第1および第2の搬送波をそれぞれ式(4)および式(5)で表す。
w2T=sin(2πf2t+φ2)…(5)
上式(4)および(5)において、w1Tおよびw2Tはそれぞれ送信側の移動端末での第1および第2の搬送波の振幅、tは時間、φ1およびφ2はそれぞれ第1および第2の搬送波の送信側の移動端末での位相である。
w2R=sin(2πf2t−2πRf2/c+φ2)…(7)
上式(6)および(7)において、受信側の移動端末でのw1Rおよびw2Rはそれぞれ第1および第2の搬送波の振幅、tは時間である。
上式(8)において、Δfは第1の周波数f1と第2の周波数f2との差である。上式(8)を変形すると、次式のようになる。
ここで、第1の周波数f1と第2の周波数f2との差Δfを1.0MHzに設定した場合を考える。この場合、位相差Δφがπになると、上式(9)より距離Rは次のように算出される。
以上が特許文献2に記載されている説明である。ここで、特許文献2の手法の問題点は式(8)にある。式(6)のsinの係数から式(7)のsinの係数を引いて求めた受信側の移動端末での搬送波の位相差Δφは、
Δφ=2π(R/c−t)・(f1−f2)…(10)
となるべきで、Δφは時間変化してしまうため、時間情報(送信側でφ1=φ2となる瞬間の時間)なしには距離を算出することができず、特許文献2に開示されている手法は実際には時間情報なしには実施不可能である。
第1の周波数を発生する第1の局部発信器と、
第2の周波数を発生する第2の局部発信器と、
送信信号と前記第1の局部発信器出力に第1の位相差を設定する位相差設定手段と、
受信信号と前記第2の局部発信器出力との位相差である第2の位相差を検出する位相差検出手段と、
通信相手から通知された、通信相手が第2の周波数に設定した第3の位相差と、通信相手が第1の周波数にて検出した第4の位相差と、前記第1の位相差および第2の位相差により通信相手との距離を計算する計算手段を備えることを特徴とする。
第1の周波数を発生する第1の局部発信器と、
第2の周波数を発生する第2の局部発信器と、
受信信号と前記第1の局部発信器出力との位相差である第4の位相差を検出する位相差検出手段と、
前記第1の周波数と第2の周波数の比を1対mとしたときに、前記第4の位相差のm倍もしくはm倍した結果に定数を加算した値とした位相差を第3の位相差として送信信号と前記第2の局部発信器出力に設定する位相差設定手段とを備えることを特徴とする。
第1の周波数を発生する第1の局部発信器と、
第2の周波数を発生する第2の局部発信器と、
受信信号と前記第2の局部発信器出力との位相差である第1の位相差を検出する位相差検出手段と、
送信信号と前記第1の局部発信器出力に第2の位相差を設定する位相差設定手段と、
通信相手としての上記の他の形態によるマルチバンドトランシーバからの信号により、通信相手が第2の周波数に設定した第3の位相差と、通信相手が第1の周波数に設定した第4の位相差とを求め、前記第1の位相差ないし第2の位相差により通信相手との距離を計算する計算手段を備えることを特徴とする。
第1の周波数を発生する第1の局部発信器と、
第2の周波数を発生する第2の局部発信器と、
受信信号と前記第1の周波数にとの位相差である第1の位相差を検出する第1の位相差検出手段と、
受信信号と前記第2の周波数にとの位相差である第2の位相差を検出する第2の位相差検出手段と、
通信相手からの前記第1の位相差と第2の位相差の通知を受信する受信手段を備えることを特徴とする。
101 高周波増幅器
102 アンテナ
103 直交変調器
104 直交復調器
105 ベースバンド送信機
106 ベースバンド受信機
107 搬送波周波数発生器
図5は本発明の第1の実施の形態を示す図である。
ここで、式26および式27から明らかなように、mの値が整数の場合、トランシーバTRX0は自身が設定する位相差φf0を2π/m移相しても、距離計算に影響はない。
また、式26および式27からわかるように、位置の検出精度は位相の検出精度に依存しており、一般に数十分の1程度である。受信位相をm倍すると、誤差もm倍となってしまうため、用いることのできる2周波の周波数比は一般に100倍以下になる。ただし、位相の検出精度は、受信信号の信号対雑音比にも大きく影響を受けるため、雑音の多い状況では位相の検出精度が20〜30分の1に低下してしまうので、その場合には用いることのできる2周波の周波数比は、20〜30倍程度までとなる。
トランシーバTRX1の送信位相φr1をφr1=m×φf1として返信するような場合、受信した信号が雑音に埋もれてしまったときには、送信をやめる、または、ある特定の信号を送るなどの仕組みを備えていてもよい。
図7は本発明の第2の実施の形態を示す図である。
受信位相φf2およびφr2は、
図9は本発明の第1実施例を説明する図である。
使う周波数を増やすことで計測範囲を広げることができる。たとえば、式27の関係より実施例1では13.56MHzと27.12MHzを用いたため、L01が2.5mの場合と8mの場合で同じ結果が出てしまうため、5.5mを超える距離では利用できなかった。しかし、ここでさらに、40.68MHzを用いると、2.5mのときは6.18mや9.85mと同じ結果が、8mのときは0.65mや4.32mと同じ結果が出るはずなので、それによりどちらであるか判断できる。
Claims (16)
- 異なる2つ以上の周波数を用いて送信と受信を同時に行う手段を備えたマルチバンドトランシーバにおいて、
第1の周波数を発生する第1の局部発信器と、
第2の周波数を発生する第2の局部発信器と、
送信信号と前記第1の局部発信器出力に第1の位相差を設定する位相差設定手段と、
受信信号と前記第2の局部発信器出力との位相差である第2の位相差を検出する位相差検出手段と、
通信相手から通知された、通信相手が第2の周波数に設定した第3の位相差と、通信相手が第1の周波数にて検出した第4の位相差と、前記第1の位相差および第2の位相差により通信相手との距離を計算する計算手段を備えることを特徴とするマルチバンドトランシーバ。 - 異なる2つ以上の周波数を用いて送信と受信を同時に行う手段を備えたマルチバンドトランシーバにおいて、
第1の周波数を発生する第1の局部発信器と、
第2の周波数を発生する第2の局部発信器と、
受信信号と前記第1の局部発信器出力との位相差である第4の位相差を検出する位相差検出手段と、
前記第1の周波数と第2の周波数の比を1対mとしたときに、前記第4の位相差のm倍もしくはm倍した結果に定数を加算した値とした位相差を第3の位相差として送信信号と前記第2の局部発信器出力に設定する位相差設定手段とを備えることを特徴とするマルチバンドトランシーバ。 - 異なる2つ以上の周波数を用いて送信と受信を同時に行う手段を備えたマルチバンドトランシーバにおいて、
第1の周波数を発生する第1の局部発信器と、
第2の周波数を発生する第2の局部発信器と、
受信信号と前記第2の局部発信器出力との位相差である第1の位相差を検出する位相差検出手段と、
送信信号と前記第1の局部発信器出力に第2の位相差を設定する位相差設定手段と、
通信相手としての請求項2に記載のマルチバンドトランシーバからの信号により、前記第1の位相差ないし第2の位相差により通信相手との距離を計算する計算手段を備えることを特徴とするマルチバンドトランシーバ。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のマルチバンドトランシーバにおいて、
第1の局部発信器および第2の局部発信器は、第1の周波数と第2の周波数の比として用いる値が1以外の有理数となる周波数を発生することを特徴とするマルチバンドトランシーバ。 - 請求項4記載のマルチバンドトランシーバにおいて、
有理数の比の関係にある2つの周波数を、同一の発振器からの分周もしくは逓倍によって作成する信号生成手段を備えることを特徴とするマルチバンドトランシーバ。 - 請求項4記載のマルチバンドトランシーバにおいて、
第1の局部発信器および第2の局部発信器は、有理数の関係にある2つの周波数の比を1対mとした際、mが整数もしくは整数分の1となる周波数を発生することを特徴とするマルチバンドトランシーバ。 - 請求項6記載のマルチバンドトランシーバにおいて、
第1の局部発信器および第2の局部発信器は、有理数の関係にある2つの周波数の比を1対mとした際、mが2の整数乗となる周波数を発生することを特徴とするマルチバンドトランシーバ。 - 請求項4記載のマルチバンドトランシーバにおいて、
第1の局部発信器および第2の局部発信器は、有理数の関係にある2つの周波数の比を1対mとした際、mが100以下かつ100分の1以上である周波数を発生することを特徴とするマルチバンドトランシーバ。 - 請求項2記載のマルチバンドトランシーバにおいて、
位相差設定手段は、第1の周波数と第2の周波数の比を1対mとしたときに、第2の位相差のm倍した結果に定数を加算した値とした位相差を第1の位相差として設定する場合には、該定数を送受タイミングずれに相当する位相分を補正する値とすることを特徴とするマルチバンドトランシーバ。 - 請求項2記載のマルチバンドトランシーバにおいて、
位相差設定手段は、受信電力を予め定められた閾値と比較し、受信電力が前記閾値よりも大きな場合にのみ、検出した位相差をm倍もしくはm倍した結果に定数を加算した値とした位相差を送信信号の位相差として設定することを特徴とするマルチバンドトランシーバ。 - 請求項1または請求項3に記載のマルチバンドトランシーバにおいて、
計算手段は、距離を計算する際に、他の周波数を用いた測定結果もしくは電波強度などの他の距離測定手段で測定した結果を用いて、半波長以上離れた距離を計算することを特徴とするマルチバンドトランシーバ。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のマルチバンドトランシーバにおいて、
第1の局部発信器および第2の局部発信器は、1GHz以下の周波数を発生することを特徴とするマルチバンドトランシーバ。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のマルチバンドトランシーバにおいて、
第1の局部発信器および第2の局部発信器は、13.56MHz、27.12MHz、40.68MHzなどのISM帯の周波数を発生することを特徴とするマルチバンドトランシーバ。 - 請求項1または請求項3に記載のマルチバンドトランシーバを用いた測位システムであって、
計算手段は、存在位置が既知である3以上のマルチバンドトランシーバとの通信結果に基づいて自己の存在位置を特定することを特徴とする測位システム。 - 異なる2つ以上の周波数を用いて送信と受信を同時に行う手段を備えたマルチバンドトランシーバを用いて通信相手との距離を計算する距離計算方法であって、
第1の周波数を発生し、
第2の周波数を発生し、
送信信号と前記第1の周波数とに第1の位相差を設定し、
受信信号と前記第2の周波数との位相差である第2の位相差を検出し、
通信相手から通知された、通信相手が第2の周波数に設定した第3の位相差と、通信相手が第1の周波数にて検出した第4の位相差と、前記第1の位相差および第2の位相差により通信相手との距離を計算することを特徴とする距離計算方法。 - 異なる2つ以上の周波数を用いて送信と受信を同時に行う手段を備えたマルチバンドトランシーバを用いた位相差設定方法であって、
第1の周波数を発生し、
第2の周波数を発生し、
受信信号と前記第1の周波数との位相差である第2の位相差を検出し、
前記第1の周波数と第2の周波数の比を1対mとしたときに、前記第2の位相差のm倍もしくはm倍した結果に定数を加算した値とした位相差を第1の位相差として送信信号と前記第2の局部発信器出力に設定することを特徴と位相差設定方法。
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