JP5799816B2 - 電波方向推定装置、及び電波方向推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電波方向推定装置、及び電波方向推定方法に関する。

近年、無線通信方式の多様化に伴い、無線通信環境は、携帯電話、近距離無線通信、テレビ放送等に用いられる複数の電波が混在する状況にある。この様な無線通信環境において、無線通信端末は、異なる無線通信方式によって送信される複数の電波の中から、自端末宛の電波を受信して、所望のデータ通信を行う。その際、無線通信端末は、所望のデータ通信の妨げとなる電波（妨害電波）や干渉による影響を受けることがある。例えば、複数の端末のアンテナを経由してネットワークを構築するアドホックネットワークでは、一旦構築されたネットワークが、妨害電波や電波干渉により分断されてしまう問題が想定されている。かかる問題を解消するためには、無線通信端末は、所望の電波が何れの方向から来るのか（電波到来方向）を正確に特定し、自端末宛の電波を用いてデータを受信することが好ましい。

特開平８−８４０１５号公報 特開平９−９６６６７号公報

しかしながら、電波到来方向の高精度な推定を、簡易な構成で実現する方法は無かった。例えば、ビームポインティング測定方法は、アレイアンテナと可変位相器とを組み合わせることで、アンテナ指向性角度を走査し、電波到来方向を探知するものであるが、この方法では、アンテナのスイッチング素子が複数必要となる。また、可変位相器等の特殊な機器が別途必要となる。更に、マルチアンテナによる電波強度測定方法は、指向性アンテナを回転させ、回転角度毎に得られた受信強度パターンと、事前に記憶されているパターンとを照合して、一致したパターンから電波到来方向を推定するものである。この方法でも、パターンデータ及びその記憶装置や比較回路が別途必要となり、その結果、電波方向推定装置を簡易な構成で実現することは困難であった。この様な装置構成の複雑化が、装置の小型化や低価格化を阻害する要因となっていた。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で、電波到来方向を精度良く推定することのできる電波方向推定装置、及び電波方向推定方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本願の開示する電波方向推定装置は、一つの態様において、第１のアンテナと、第２のアンテナと、回転制御部と、計数部と、推定部とを有する。前記第１のアンテナは電波を受信する。前記第２のアンテナは、前記第１のアンテナに対して所定の角度で設置され、前記電波を受信する。前記回転制御部は、前記第１及び第２のアンテナを所定方向に回転させる。前記計数部は、前記回転制御部により制御された各回転角度において、前記第１及び第２のアンテナ毎のデータ受信数を計数する。前記推定部は、前記計数部により計数された前記データ受信数の変化率が最大となる回転角度を、前記電波の到来方向と推定する。

本願の開示する電波方向推定装置の一つの態様によれば、簡易な構成で、電波到来方向を精度良く推定することができる。

図１は、本実施例に係る電波方向推定装置の機能構成を示す図である。 図２は、本実施例に係る電波方向推定装置のハードウェア構成を示す図である。 図３は、電波方向推定装置の有する各アンテナ装置の概略構成を示す図である。 図４は、電波方向推定装置の有する各アンテナ装置の利得特性を回転角度毎に示す図である。 図５は、本実施例に係る電波方向推定装置の動作の前半部分を説明するためのフローチャートである。 図６は、回転角度θの変更に応じて、各アンテナ装置の向きが変化する様子を示す図である。 図７は、本実施例に係る電波方向推定装置の動作の後半部分を説明するためのフローチャートである。 図８は、各アンテナ装置の回転角度毎のパケット受信数及びその変化率の一例を示す図である。 図９は、電波方向推定装置の有する各アンテナ装置のパケット受信率を回転角度毎に示す図である。 図１０は、電波方向推定プログラムを実行するコンピュータを示す図である。

以下に、本願の開示する電波方向推定装置、及び電波方向推定方法の実施例を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施例により本願の開示する電波方向推定装置、及び電波方向推定方法が限定されるものではない。

まず、本実施例に係る電波方向推定装置の構成を説明する。図１は、本実施例に係る電波方向推定装置１０の機能構成を示す図である。電波方向推定装置１０は、第１パッチアンテナ１１と、第２パッチアンテナ１２と、回転制御部１３と、通信部１４と、ＲＳＳＩ値保持部１５と、パケット受信数計数部１６と、電波方向推定部１７とを有する。これら各構成部分は、一方向又は双方向に、信号やパケットの入出力が可能なように接続されている。

第１パッチアンテナ１１は、所定方向に指向性を有する垂直偏波パッチアンテナであり、全方位（０〜３６０°）の垂直偏波の電波を受信する。第２パッチアンテナ１２は、第１パッチアンテナ１１と同等の利得特性と指向性を有する。第２パッチアンテナ１２は、第１パッチアンテナ１１と所定の設置角度（例えば、９０°）を為し、上記電波を受信する。これら２枚のパッチアンテナ１１、１２は、双方の利得が同一となる角度（受信利得境界点）を有する一対のアンテナである。

回転制御部１３は、上記設置角度を維持しながら、第１パッチアンテナ１１と第２パッチアンテナ１２とを回転させる。回転角度は、電波の受信方向と同様、全方位であるが、その一部であってもよい。回転制御部１３は、後述する電波方向推定部１７により推定された上記電波の到来方向が、パッチアンテナ１１、１２の最大利得（ゲイン）方向となるように、第１パッチアンテナ１１と第２パッチアンテナ１２とを回転させる。

通信部１４は、第１パッチアンテナ１１と第２パッチアンテナ１２とにより受信された各電波の受信強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indication）を測定し、測定結果をＲＳＳＩ値保持部１５に保持させる。また、通信部１４は、送受信アドレスの指定や外部装置（例えば、後述のパケット送信装置２０）とのパケット通信を行う。

パケット受信数計数部１６は、ＲＳＳＩ値保持部１５に保持されているＲＳＳＩ値を参照し、各回転角度における、パッチアンテナ１１、１２毎のパケット受信数を計数する。パケット受信数計数部１６は、パケット受信数を計数するに際し、パッチアンテナ１１、１２の内、受信された電波の強度が大きい値を示すアンテナがパケットを受信したとして、当該アンテナのパケット受信数に計上する。電波方向推定部１７は、パケット受信数計数部１６により計数された上記パケット受信数の変化率が最大となる回転角度を、電波の到来方向と推定する。

次に、電波方向推定装置１０のハードウェア構成を説明する。図２は、電波方向推定装置１０のハードウェア構成を示す図である。図２に示すように、電波方向推定装置１０は、プロセッサ１０ａと、第１アンテナ装置１０ｂと、第２アンテナ装置１０ｃと、ＲＦ（Radio Frequency）回路１０ｄと、記憶装置１０ｅと、入力装置１０ｆと、表示装置１０ｇとが、バスを介して各種信号やデータの入出力が可能なように接続されている。プロセッサ１０ａは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。記憶装置１０ｅは、例えば、ＨＤ（Hard Disk）、ＲＯＭ（Read Only Memory)、フラッシュメモリ等の不揮発性記憶装置の他、ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）等のＲＡＭを含む。また、入力装置１０ｆは、例えば、キーボード、マウス、タッチパネルにより構成され、表示装置１０ｇは、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬＤ（Electro Luminescence Display）により構成される。

図１に示した電波方向推定装置１０の機能的構成要素の内、第１パッチアンテナ１１と第２パッチアンテナ１２とはそれぞれ、ハードウェアとしての第１アンテナ装置１０ｂと第２アンテナ装置１０ｃとにより実現される。回転制御部１３とパケット受信数計数部１６と電波方向推定部１７とは、ハードウェアとしてのプロセッサ１０ａにより実現される。通信部１４は、ハードウェアとしてのＲＦ回路１０ｄ及びプロセッサ１０ａにより実現される。ＲＳＳＩ値保持部１５は、ハードウェアとしての記憶装置１０ｅにより実現される。

続いて、図３、図４を参照して、本実施例に係る各アンテナ装置１０ｂ、１０ｃの構成と利得特性との関係を説明する。図３は、電波方向推定装置１０の有する各アンテナ装置１０ｂ、１０ｃの概略構成を示す図である。図３に示すように、アンテナ装置１０ｂ、１０ｃは共に、平板状のパッチアンテナであり、各アンテナ装置が９０°の設置角度を為すように構成されている。２つのアンテナ装置１０ｂ、１０ｃは、必ずしも同一の構成を有する必要はないが、電波到来方向の推定精度を向上する観点から、同様の利得特性や指向性を有することが望ましい。また、設置角度についても、必ずしも９０°（直角）である必要はない。すなわち、電波到来方向を所定の精度で推定可能な角度、換言すれば、有効な受信利得境界点が生じ得る角度であればよい。なお、有効な受信利得境界点が生じ得る角度は、アンテナ装置１０ｂ、１０ｃの設置角度α＝４５〜１３５°程度であり、この範囲内の角度であれば、本実施例と同等の効果が得られることが実測結果により確認されている。

図４は、電波方向推定装置１０の有する各アンテナ装置１０ｂ、１０ｃの利得特性を回転角度θ毎に示す図である。図４では、全方位０〜３６０°の角度方向に放射状に利得（ゲイン）が規定されている。第１アンテナ装置１０ｂの角度毎の利得を実線Ｌ１に示し、第２アンテナ装置１０ｃの角度毎の利得を破線Ｌ２に示す。図４に示すように、第１アンテナ装置１０ｂは、角度ｄ１（例えば、約１７４°）において利得の最大値（３．７３６ｄＢｉ）をとり、第２アンテナ装置１０ｃは、角度ｄ２（例えば、約８２°）において利得の最大値（３．２１６ｄＢｉ）をとる。このように、各アンテナ装置１０ｂ、１０ｃの最大利得角度はそれぞれ異なる値をとるが、利得特性としては、対称性を有するため、電波方向推定装置１０は、各利得特性の境界点を知ることで、電波方向を精度良く推定することができる。図４に示す例では、各アンテナ装置１０ｂ、１０ｃの利得が同一となる交点ｃ１が、上述の受信利得境界点となる。図４では、受信利得境界点に対応する角度θtは、約１４６°であるので、電波方向推定装置１０は、この角度の示す方向を、アンテナ装置１０ｂ、１０ｃの境界方向である最大利得方向、すなわち電波到来方向と推定することが可能である。

次に、電波方向推定装置１０の動作を説明する。図５は、本実施例に係る電波方向推定装置１０の動作の前半部分を説明するためのフローチャートである。

まずＳ１では、電波方向推定処理の前提処理として、プロセッサ１０ａは、アンテナ装置１０ｂ、１０ｃに対応する受信モジュールＭ１、Ｍ２及びアンテナ回転機構を初期化する。併せて、プロセッサ１０ａは、アンテナ装置１０ｂ、１０ｃの回転角度θ及びＡを初期値である“０”に設定し、ステップ値を初期値である“２°”に設定する（Ｓ２）。ステップ値は、１回の回転当たりに回転機構がアンテナ装置１０ｂ、１０ｃを回転させる角度を表す。なお、ステップ値は、電波到来方向の推定精度を維持するため、推定に要する時間の実効性を確保可能な範囲内で極力小さい値であることが望ましいが、必ずしも全方位において同一の値であることを要しない。

Ｓ３では、プロセッサ１０ａは、現時点における回転角度θの値が３６０°であるか否かの判定を行う。判定の結果、回転角度θ＝３６０°でない場合（Ｓ３；Ｎｏ）、プロセッサ１０ａは、回転角度θをＡ＋ステップ値（２°）に設定すると共に、Ａを回転角度θに設定する（Ｓ４）。初回のループでは、Ａの初期値は０に設定されていることから、回転角度θ＝２°となる。また、この回転角度θがＡにも設定されるため、初回のループではＡ＝２°となり、次回以降のループでは、このＡの値に、ステップ値である２°が順次加算される。これにより、回転角度θは２°単位で増加し、Ａ＝θ＝３６０°となった時点で、全方位のデータ取得が完了するため、上記ループは終了する。

図６は、回転角度θの変更に応じて、各アンテナ装置１０ｂ、１０ｃの向きが変化する様子を示す図である。図６に示すように、電波方向推定装置１０の第１アンテナ装置１０ｂ及び第２アンテナ装置１０ｃは、電波方向推定装置１０宛のパケットを送信するパケット送信装置２０と、例えば約１ｍの距離を空けて設置される。パケット送信装置２０は、所定の送信元アドレスからの送信電波の信号を随時発信することで、１回転角度当たり２０００個のパケットを、電波方向推定装置１０に繰り返し送信する。送信電波の周波数は、例えば９５３ＭＨｚであり、電波強度は、例えば１ｄＢｍである。２つのアンテナ装置１０ｂ、１０ｃの回転角度θは２°単位で変更されるため、ＲＳＳＩ値の測定は、各受信モジュールＭ１、Ｍ２により、図６に示す過程（４５°〜２２５°）を経て実行される。

図５のＳ５では、プロセッサ１０ａは、Ｓ４で設定された回転角度θの各アンテナ装置１０ｂ、１０ｃにつき、Ｎ個分のＲＳＳＩ値を取得し、記憶装置１０ｅに記憶させる。Ｎは、自然数である。Ｎは、要求される精度に応じて任意の値を設定可能であるが、電波到来方向の推定に関し、所定の精度を確保するため、２０以上の値であることが好ましく、例えば、Ｎ＝２０００程度の値が好適である。

図７に移り、Ｓ１１では、プロセッサ１０ａは、受信パケットを識別するためのパケット番号Ｓの初期値としてＳ＝１を設定する。Ｓは１〜Ｎの自然数をとるため、Ｓ＝１が初期値となる。Ｓ１１では、Ｓの初期化に併せて、プロセッサ１０ａは、第１アンテナ装置１０ｂによるパケット受信数ＰＫ１と、第２アンテナ装置１０ｃによるパケット受信数ＰＫ２とに、それぞれ初期値である“０”を設定する。これにより、ＰＫ１＝ＰＫ２＝０となる。次に、プロセッサ１０ａは、図５のＳ５で記憶装置１０ｅに記憶された、現在のパケット番号ＳのＲＳＳＩ値の大小関係を比較する（Ｓ１２）。ＲＳＳＩ値の比較は、例えば、アンテナ装置１０ｂに対応する受信モジュールＭ１の取得したＲＳＳＩの最大値と、アンテナ装置１０ｃに対応する受信モジュールＭ２の取得したＲＳＳＩの最大値とを比較することにより行われる。

プロセッサ１０ａは、第１及び第２アンテナ装置１０ｂ、１０ｃの内、ＲＳＳＩ値が大きい値をとるアンテナ装置によりパケットが受信されたものと判定する。すなわち、Ｓ１２における比較の結果、受信モジュールＭ１のＲＳＳＩ値が受信モジュールＭ２のＲＳＳＩ値よりも大きい場合（Ｓ１３；Ｙｅｓ）、プロセッサ１０ａは、アンテナ装置１０ｂに対応する受信モジュールＭ１によりパケットを受信したものと判定する（Ｓ１４）。そして、プロセッサ１０ａは、パケット受信数ＰＫ１に１を加算する。これに対して、受信モジュールＭ１のＲＳＳＩ値が受信モジュールＭ２のＲＳＳＩ値以下である場合（Ｓ１３；Ｎｏ）、プロセッサ１０ａは、アンテナ装置１０ｃに対応する受信モジュールＭ２によりパケットを受信したものと判定する（Ｓ１５）。そして、プロセッサ１０ａは、パケット受信数ＰＫ２に１を加算する。

パケット受信数ＰＫ１またはＰＫ２の更新が完了すると、プロセッサ１０ａは、Ｓ１１で設定されたＳの値をＳ＋１とし（Ｓ１６）、更新後のＳと現在のＮとの大小関係を比較する（Ｓ１７）。比較の結果、Ｓ＞Ｎである場合（Ｓ１７；Ｙｅｓ）には、図５のＳ３に戻り、プロセッサ１０ａは、Ｓ３以降の処理を実行する。一方、Ｓ≦Ｎである場合（Ｓ１７；Ｎｏ）には、図４のＳ１２に戻り、プロセッサ１０ａは、次のＲＳＳＩ値を比較するため、Ｓ１２以降の処理を実行する。したがって、例えばＮ＝２０００の値が設定されている場合には、Ｓ１２〜Ｓ１７の一連の処理が２０００回繰り返して実行される。

図５に戻り、回転角度θが３６０°に達した時点で、一連の電波方向推定処理を終了する。すなわち、上記Ｓ３における判定の結果、回転角度θ＝３６０°である場合（Ｓ３；Ｙｅｓ）、プロセッサ１０ａは、全方位におけるパケット受信数変化率の取得が完了したものとして、一連の処理を終了する。

図８は、各アンテナ装置１０ｂ、１０ｃの回転角度θ毎のパケット受信数及びその変化率の一例を示す図である。上述したように、各パケットは、アンテナ装置１０ｂ、１０ｃ間の大小比較の結果、ＲＳＳＩ値が大きい方のアンテナ装置により受信されたものとして、その受信が、記憶装置１０ｅに形成されたパケット受信数格納領域１０ｅ−１に計上される。本実施例では、１回転角度である２°当たりの総パケット受信数は２０００であるので、この２０００の受信パケット数が、何れかのアンテナ装置１０ｂ、１０ｃに対応する格納領域（図８のＰＫ１領域、ＰＫ２領域）に振り分けられる。

電波方向推定装置１０は、回転角度θ＝１３８°程度迄は第２アンテナ装置１０ｃ側で電波を受信し易く、１３８°を過ぎた辺りから、第１アンテナ装置１０ｂ側で電波を受信し易くなるという特性を有する。したがって、回転角度θ＝１３０°〜１３４°では、全ての送信パケットが第２アンテナ装置１０ｃにより受信される。このため、図８に示すように、ＰＫ１領域のパケット受信数は“０”であり、ＰＫ２領域のパケット受信数は“２０００”である。ところが、回転角度θの増加に伴い、ＰＫ１領域のパケット受信数も増加する。特に、第１アンテナ装置１０ｂと第２アンテナ装置１０ｃとの境界である、回転角度θ＝１３６〜１４２°付近において、パケット受信数は急激に変動する。回転角度θ＝１４０°に至るまでは第２アンテナ装置１０ｃよりも少なかった第１アンテナ装置１０ｂでのパケット受信数は、１４０°にて逆転し、その後は、第１アンテナ装置１０ｂでのパケット受信数が第２アンテナ装置１０ｃを上回る。そして、回転角度θ＝１４４°以降は、各領域内のパケット受信数は完全に逆転し、ＰＫ１領域のパケット受信数は“２０００”、ＰＫ２領域のパケット受信数は“０”となる。

パケット受信数変化率ｈ１、ｈ２は、パケット受信数の増減値△ＰＫ１、△ＰＫ２を、回転角度の増加値△θでそれぞれ除算した値の絶対値をとることにより算出される。このため、各回転角度における総パケット受信数が一定（２０００）であり、かつ、回転角度の増加値が一定（ステップ値２°）である本実施例では、パケット受信数の逆転が生じた回転角度θにおいて、パケット受信数変化率ｈ１、ｈ２は最大値をとる。このパケット受信数変化率ｈ１、ｈ２が最大値をとる回転角度θが、アンテナ装置１０ｂ、１０ｃ間の受信利得境界点に対応する角度θt、すなわち電波の到来方向と推定することができる。図８では、パケット受信数変化率ｈ１＝│△ＰＫ１／△θ│は、回転角度θ＝１４０°において最大値４２７をとるため、本実施例では、１４０°の方向が電波到来方向と推定されることとなる。

図９は、電波方向推定装置１０の有する各アンテナ装置１０ｂ、１０ｃのパケット受信率を回転角度θ毎に示す図である。図９では、全方位０〜３６０°の角度方向に放射状にパケット受信率（単位は％）が規定されている。第１アンテナ装置１０ｂの角度毎のパケット受信率を実線Ｌ３に示し、第２アンテナ装置１０ｃの角度毎のパケット受信率を破線Ｌ４に示す。ここで、パケット受信率は、実際に受信されたパケットの数をパケット受信の試行回数により除算した値である。図４に示すように、アンテナ装置１０ｂ、１０ｃにより受信可能な回転角度θの略全域（例えば、約４５°〜２２５°）において、何れかのアンテナ装置のパケット受信率が１００％の値をとっている。しかしながら、各アンテナ装置１０ｂ、１０ｃの境界付近（例えば、約１４０°）では、各アンテナ装置１０ｂ、１０ｃがパケットを受信し合うことから、双方のパケット受信数は、境界付近で最も大きく変化する。これに伴い、パケット受信率も、回転角度の僅かな変化に依存して、境界付近で急峻に変化する。

上記の変化は、各アンテナ装置１０ｂ、１０ｃの設置角度に基づき利得が同一となる受信利得境界（本実施例では１４０°）を境に発生する、ＲＳＳＩ値の差異に起因するものである。したがって、電波方向推定装置１０は、この様な受信率の急峻な変化を利用することで、電波の到来方向を精度良く検知することができる。すなわち、電波方向推定装置１０は、各アンテナ装置１０ｂ、１０ｃを回転させながら、所定周波数の電波を受信することで、各アンテナ装置１０ｂ、１０ｃのパケット受信数ＰＫ１、ＰＫ２を測定する。そして、電波方向推定装置１０は、受信数変化率ｈ１＝│△ＰＫ１／△θ│またはｈ２＝│△ＰＫ２／△θ│の少なくとも一方を算出し、ｈ１またはｈ２が最大となる回転角度を電波到来方向と判定する。

以上説明したように、電波方向推定装置１０は、第１パッチアンテナ１１と、第２パッチアンテナ１２と、回転制御部１３と、パケット受信数計数部１６と、電波方向推定部１７とを有する。第１パッチアンテナ１１は、電波を受信する。第２パッチアンテナ１２は、第１パッチアンテナ１１に対して所定の角度で設置され、上記電波を受信する。回転制御部１３は、第１及び第２パッチアンテナ１１、１２を所定方向に回転させる。パケット受信数計数部１６は、回転制御部１３により制御された各回転角度において、第１及び第２パッチアンテナ１１、１２毎のパケット受信数を計数する。電波方向推定部１７は、パケット受信数計数部１６により計数された上記パケット受信数の変化率が最大となる回転角度を、上記電波の到来方向と推定する。

電波方向推定装置１０において好ましくは、パケット受信数計数部１６は、受信された上記電波の強度を用いて、上記パケット受信数を計数する。例えば、パケット受信数計数部１６は、第１及び第２パッチアンテナ１１、１２により受信された各電波の強度の大小を比較し、第１及び第２パッチアンテナ１１、１２の内、受信された電波の強度（ＲＳＳＩ）が大きい値をとるアンテナがパケットを受信したとして、パケット受信数を計数する。また、電波方向推定装置１０において好ましくは、回転制御部１３は、電波方向推定部１７により推定された上記電波の到来方向が、第１及び第２パッチアンテナ１１、１２の最大利得方向（両アンテナの境界）となるように、第１及び第２パッチアンテナ１１、１２を回転させる制御を行う。

すなわち、電波方向推定装置１０は、ある角度において双方の利得が同一となるように設置された２枚の指向性アンテナ装置１０ｂ、１０ｃを有する。アンテナ装置１０ｂ、１０ｃには、ある角度θtにおいて各アンテナ装置の利得が同一となる受信利得境界が設定されており、この境界付近でパケット受信数が急峻に変化する。このため、電波方向推定装置１０は、パケット受信数変化率が最大となる角度を、電波到来方向と推定することができる。アンテナ装置１０ｂ、１０ｃは、パッチアンテナ等の一般的なアンテナにより構成することができ、その他、受信数のカウントや電波方向の推定処理についても、一時記憶メモリを有する通常のＰＣ（Personal Computer）等により実現することができる。したがって、電波方向推定装置１０は、安価な機器の組合せで構成することができる。その結果、装置の低価格化、小型化が可能となる。

例えば、電波の送信源が複数存在する場合、電波方向推定装置１０は、各々の送信源の送信フォーマットを機器アドレス等から検知することで、各到来電波の送信源を特定することができる。これにより、電波方向推定装置１０は、電波到来方向と送信源との対応付けを図ることができる。したがって、電波方向推定装置１０は、複数の電波の内、何れの方向から来た電波が何れの送信源から送信されたものであるかを、容易に識別することができる。その結果、電波方向推定装置１０の利便性が向上する。

電波方向推定装置１０の適用例として、例えば、マルチパス環境が想定される。マルチパス環境下では、送信源が１つであっても、建物等への反射により、電波の到来方向が複数となることがある。この様な場合に、送信源の送信フォーマットが特定されているならば、電波方向推定装置１０は、機器アドレス等を基に、複数の電波の送信源を容易に特定することができる。すなわち、電波方向推定装置１０は、複数の電波が、マルチパスにより自装置に到達したものであるのか、異なる複数の送信源から自装置に到達したものであるのかを、簡易迅速に判別することが可能となる。

［電波方向推定プログラム］
上記実施例で説明した電波方向推定装置１０の各種の処理は、予め用意されたプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータシステムで実行することによって実現することもできる。そこで、以下では、図１０を用いて、上記の実施例で説明した電波方向推定装置１０と同様の機能を有する電波方向推定プログラムを実行するコンピュータの一例について説明する。図１０は、電波方向推定プログラムを実行するコンピュータを示す図である。

図１０に示すように、上記実施例におけるコンピュータ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１０と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２０と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１３０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１４０とを有する。これら１００〜１４０の各部は、バス１５０を介して接続される。

ＲＯＭ１２０には、上記実施例で示した回転制御部１３と、通信部１４と、ＲＳＳＩ値保持部１５と、パケット受信数計数部１６と、電波方向推定部１７と同様の機能を発揮する電波方向推定プログラムが予め記憶される。すなわち、ＲＯＭ１２０には、図１０に示すように、電波方向推定プログラム１２０ａが記憶される。なお、電波方向推定プログラム１２０ａについては、適宜分離してもよい。そして、ＣＰＵ１１０が、電波方向推定プログラム１２０ａをＲＯＭ１２０から読み出して実行する。

ＨＤＤ１３０には、上述のＲＳＳＩ値１３０ａとパケット受信数１３０ｂとパケット受信数変化率１３０ｃとが格納される。ＣＰＵ１１０は、ＲＳＳＩ値１３０ａ、パケット受信数１３０ｂ、及びパケット受信数変化率１３０ｃを読み出す。ＣＰＵ１１０は、これらをＲＡＭ１４０に記憶させる。ＣＰＵ１１０は、ＲＡＭ１４０に記憶されたＲＳＳＩ値１３０ａ、パケット受信数１３０ｂ、及びパケット受信数変化率１３０ｃを用いて、電波方向推定プログラム１２０ａを実行する。また、ＣＰＵ１１０は、ＲＡＭ１４０に記憶されたＲＳＳＩ値１３０ａ、パケット受信数１３０ｂ、及びパケット受信数変化率１３０ｃを用いて、電波方向推定プログラム１２０ａを実行する。なお、ＲＡＭ１４０に記憶される各データ（ＲＳＳＩ値１４０ａ、パケット受信数１４０ｂ、及びパケット受信数変化率１４０ｃ）は、常に全てのデータがＲＡＭ１４０に記憶される必要はなく、処理に必要なデータのみがＲＡＭ１４０に一時記憶されればよい。

なお、電波方向推定プログラム１２０ａは、必ずしも最初からＨＤＤ１３０に記憶させておく必要はない。例えば、コンピュータ１００は、コンピュータ１００に挿入されるフレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤディスク、光磁気ディスク、ＩＣカードなどの「可搬用の物理媒体」にプログラムを記憶させておく。そして、コンピュータ１００が、これらの媒体からプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。更には、公衆回線、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮなどを介して、コンピュータ１００に接続される「他のコンピュータ（またはサーバ）」等にプログラムを記憶させておくものとしてもよい。

なお、上記実施例では、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等、特定の通信規格に則った通信フォーマットに従って送受される電波の到来を想定した。したがって、電波方向推定装置１０は、電波の到来方向の推定に際し、アンテナ装置毎のパケット受信数を使用するものとした。しかしながら、かかる態様に限らず、電波方向推定装置１０は、パケット受信数を計数することなく、アンテナ装置毎のＲＳＳＩの瞬時値を直接使用するものとしてもよい。かかる変形態様においては、プロセッサ１０ａは、パケット受信の回数を計数する代わりに、ＲＳＳＩの瞬時値を例えば２０００個ずつ収集する。そして、プロセッサ１０ａは、各々の値が高い値をとる回数をアンテナ装置別に計数することにより、電波の到来方向を推定する。これにより、電波方向推定装置１０は、実際にパケットを受信することなく、ＲＳＳＩ値を監視するだけで、電波方向を推定することができる。したがって、電波方向推定装置１０は、特定の通信規格に則った通信フォーマットに従って送受されない電波にも対応することができる。換言すれば、パケット送信装置と電波方向推定装置１０との間の通信仕様が予め定まっていなくても、電波方向推定装置１０は、簡易かつ高精度な電波方向の推定を実現することができる。その結果、電波方向推定装置１０の汎用性、ひいては通信環境適応性が向上する。更に、かかる態様によれば、所望周波数のＲＳＳＩのみを取得可能な安価な受信モジュールによっても、本実施例に係る電波方向推定装置１０を実現することができる。これにより、装置の低価格化、小型化が可能となる。

また、上記実施例では、電波方向推定装置１０は、各アンテナ装置１０ｂ、１０ｃに対応する２つの受信モジュールＭ１、Ｍ２を使用するものとした。しかしながら、受信モジュールは必ずしも複数である必要は無い。すなわち、電波方向推定装置１０は、高周波スイッチと受信モジュールとを１つずつ具備し、各アンテナ装置１０ｂ、１０ｃの受信した電波信号を、スイッチで切り替えて取得するものとしてもよい。

更に、上記実施例では、電波方向推定装置１０のアンテナ装置として、板状のパッチアンテナを例示したが、２つのアンテナ装置の利得が同一となる角度（受信利得境界点θt）が存在するものであれば、アンテナ装置の種類、形状、設置角度、用途は問わない。例えば、アンテナ装置の形状は、矩形の板状に限らず、円形等、任意である。また、給電方式に関しても、電流給電、電圧給電等、任意の態様を採ることができる。更に、アンテナ装置の特性につき、上述したように、２つのアンテナ装置の利得や指向性が類似することが望ましいが、必ずしも同一である必要はなく、偏波や定在波比等の特性についても、同一である必要はない。また、電波方向推定装置１０には、アンテナ装置が複数実装されるが、必ずしも２つである必要はない。

特に、上記実施例では、２枚の垂直偏波パッチアンテナが設置角度α＝９０°で取り付けられたアンテナ装置１０ｂ、１０ｃを例示したが、電波方向推定装置１０は、２枚の水平偏波アンテナを組み合わせたアンテナ装置を使用するものとしてもよい。これにより、電波方向推定装置１０は、水平偏波の電波の到来方向にも対応することができる。更に、電波方向推定装置１０は、垂直偏波と水平偏波とを共用することのできるパッチアンテナを有するものとすれば、偏波の方向を問わず、電波の到来に対応することができる。

また、上記実施例では、電波方向推定装置１０は、アンテナ装置１０ｂ、１０ｃを水平方向に回転させることで、水平方向（東西南北）の電波到来方向を推定するものとした。しかしながら、電波方向推定装置１０は、アンテナ装置１０ｂ、１０ｃを垂直方向に回転させることで、垂直方向（天地方向）の電波到来方向を推定するものとしてもよい。

上記実施例では、電波方向推定装置１０は、全方位（０〜３６０°）に対して２°単位で回転角度θを変えながら、パケット受信数をカウントするものとした。このため、パケット受信数の計数及び変化率の算出に係る処理（図５、図６参照）は、各回転角度毎に計１８０回繰り返し実行されることとなる。しかしながら、回転角度の変化量を表すステップ値（△θ）は、常に一定である必要はなく、回転角度に応じて変化させてもよい。例えば、パケット受信数変化率ｈ１、ｈ２が“０”の間は、電波方向推定装置１０は、ステップ値を大き目の値（例えば、５°）に設定しておき、パケット受信数変化率ｈ１、ｈ２に変化が生じた時点（図８の１３６°）で、小さい値（例えば、２°）に変更するものとしてもよい。その後再び、パケット受信数変化率ｈ１、ｈ２が“０”となった場合には、電波方向推定装置１０は、ステップ値を従前の値（例えば、５°）に戻すものとしてもよい。これにより、常時２°単位で変化率を算定する場合と比較して、プロセッサ１０ａの処理量が減少する。したがって、電波方向推定装置１０は、電波到来方向の推定精度を低下させることなく、全体の処理時間を短縮し、処理負荷を軽減することができる。その結果、電波方向推定処理の効率化を図ることが可能となる。

同様に、上記実施例では、電波方向推定装置１０は、全ての回転角度θにおいて２０００個分のパケットを受信するものとした。しかしながら、図９に示したように、多くの回転角度では、パケットを受信するアンテナ装置は、何れか一方の装置に偏っている。このため、電波方向推定装置１０が、全ての回転角度θにおいて一律に多数のパケットの受信数をカウントすることは、効率的ではない場合がある。そこで、処理効率向上の観点から、パケット受信数変化率ｈ１、ｈ２に変化の兆しがみられる迄は、電波方向推定装置１０は、総パケット受信数を低目の値（例えば、２０〜５００個）に設定しておき、変化が生じ始めた時（図８の１３６°）以降、高い値（例えば、２０００個）に増加させるものとしてもよい。そして、電波方向推定装置１０は、パケット受信数変化率ｈ１、ｈ２が“０”となった時点で、総パケット受信数を再び低い値（例えば、２０〜５００個）に設定するものとしてもよい。これにより、プロセッサ１０ａの処理量が減少するため、電波方向推定装置１０は、処理時間の短縮や処理負荷の低減を図ることができる。また、電波方向推定装置１０とパケット送信装置２０との間で送受信されるパケット数も減少するため、電波方向推定装置１０は、通信時間の短縮や通信負荷の低減を図ることが可能となる。

また、電波方向推定装置１０は、必ずしも全方位について、パケット受信数及びその変化率を観測する必要はない。すなわち、パケット受信数変化率は、図８に示したように、受信利得境界点でピークに達し、その後は、│△ＰＫ１／△θ│＝│△ＰＫ２／△θ│＝０に向かって減少する。したがって、電波方向推定装置１０は、この特性を利用して、パケット受信数変化率が増加から減少に転じた時点で、パケット受信数の計数及び変化率の算出に係る処理を停止してもよい。これにより、電波到来方向の推定に不要な処理が中断により省略される。したがって、所要時間が短縮されると共に、処理負荷が低減される。その結果、処理効率が向上する。なお、停止された上記処理は、パケット受信数変化率の増加に伴い、再開されるものとしてもよい。

電波方向推定装置１０の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的態様は、図示のものに限らず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することもできる。例えば、パケット受信数計数部１６と電波方向推定部１７、あるいは、通信部１４とＲＳＳＩ値保持部１５をそれぞれ１つの構成要素として統合してもよい。反対に、電波方向推定部１７に関し、パケット受信数の変化率を算出する部分と、算出結果に基づき実際に電波の到来方向を推定する部分とに分散してもよい。更に、記憶装置１０ｅを、電波方向推定装置１０の外部装置としてネットワークやケーブル経由で接続するようにしてもよい。

１０ 電波方向推定装置
１０ａ プロセッサ
１０ｂ 第１アンテナ装置
１０ｂ−１ 給電点
１０ｃ 第２アンテナ装置
１０ｄ ＲＦ回路
１０ｅ 記憶装置
１０ｅ−１ パケット受信数格納領域
１０ｅ−２ パケット受信数変化率格納領域
１０ｆ 入力装置
１０ｇ 表示装置
１１ 第１パッチアンテナ
１２ 第２パッチアンテナ
１３ 回転制御部
１４ 通信部
１５ ＲＳＳＩ値保持部
１６ パケット受信数計数部
１７ 電波方向推定部
２０ パケット送信装置
１００ コンピュータ
１１０ ＣＰＵ
１２０ ＲＯＭ
１２０ａ 電波方向推定プログラム
１３０ ＨＤＤ
１３０ａ ＲＳＳＩ値
１３０ｂ パケット受信数
１３０ｃ パケット受信数変化率
１４０ ＲＡＭ
１４０ａ ＲＳＳＩ値
１４０ｂ パケット受信数
１４０ｃ パケット受信数変化率
１５０ バス
ｃ１ 受信利得境界点
ｄ１ 第１アンテナ装置の最大利得角度
ｄ２ 第２アンテナ装置の最大利得角度
ｈ１、ｈ２ パケット受信数変化率
Ｌ１ 第１アンテナ装置の利得
Ｌ２ 第２アンテナ装置の利得
Ｌ３ 第１アンテナ装置のパケット受信率
Ｌ４ 第２アンテナ装置のパケット受信率

Claims (3)

1. 電波を受信する第１のアンテナと、
   前記第１のアンテナに対して所定の角度で設置され、前記電波を受信する第２のアンテナと、
   前記第１及び第２のアンテナを所定方向に回転させる回転制御部と、
   前記回転制御部により制御された各回転角度において、前記第１及び第２のアンテナの内、受信された前記電波の強度の大きい方のアンテナのみがデータを受信したとして、各アンテナの総データ受信数を計数する計数部と、
   前記計数部により計数された前記総データ受信数の変化率が最大となる回転角度を、前記電波の到来方向と推定する推定部と
   を有することを特徴とする電波方向推定装置。
2. 前記回転制御部は、前記推定部により推定された前記電波の到来方向が、前記第１及び第２のアンテナ間の受信利得の大小関係が入れ替わる境界点に対応する角度となるように、前記第１及び第２のアンテナを回転させることを特徴とする請求項１記載の電波方向推定装置。
3. 電波を受信する第１のアンテナと、前記第１のアンテナに対して所定の角度で設置され前記電波を受信する第２のアンテナとを有する電波方向推定装置が、
   前記第１及び第２のアンテナを所定方向に回転させ、
   各回転角度において、前記第１及び第２のアンテナの内、受信された前記電波の強度の大きい方のアンテナのみがデータを受信したとして、各アンテナの総データ受信数を計数し、
   計数された前記総データ受信数の変化率が最大となる回転角度を、前記電波の到来方向と推定する
   ことを特徴とする電波方向推定方法。

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