JP6032469B2 - Source estimation method and source estimation apparatus using the same - Google Patents

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Description

本発明は、発信源推定技術に関し、未知の発信源を推定する発信源推定方法およびそれを利用した発信源推定装置に関する。   The present invention relates to a transmission source estimation technique, and relates to a transmission source estimation method for estimating an unknown transmission source and a transmission source estimation apparatus using the same.

近年、携帯端末の小型高性能化にともない、入学試験等公正が期待される場での携帯端末の不正使用への懸念が広まっている。まず、携帯端末を利用できなくする最も簡単な方法として電波を遮断する方法が考えられる。この手法では試験会場に電波吸収体を包み込むよう敷き詰めることで電波を遮断することが考えられ、現在の技術ですでに実現可能である。しかし、電波吸収体の価格が比較的高く、試験のたびにすべての試験会場を電波吸収体で覆う必要があるため、コストと手間の点で現実的でない。続いて、妨害電波を出すことで通信そのものを行えなくする方法が考えられる。しかしこれも電波吸収体と同様に手間の点で現実的でないほか、関係ない携帯端末の通信を妨害してしまうなど運用・法律上の問題が考えられる。   In recent years, with the downsizing and high performance of mobile terminals, there are growing concerns about unauthorized use of mobile terminals in places where fairness such as entrance examinations is expected. First, a method of blocking radio waves can be considered as the simplest method for making a mobile terminal unusable. In this method, it is conceivable to block the radio wave by laying a radio wave absorber around the test site, and it is already possible with the current technology. However, since the price of the radio wave absorber is relatively high and it is necessary to cover all the test venues with the radio wave absorber for each test, it is not practical in terms of cost and labor. Subsequently, a method of making it impossible to perform communication itself by issuing jamming radio waves can be considered. However, this is also not practical in terms of labor, as is the case with radio wave absorbers, and there may be operational and legal problems such as obstructing communication of unrelated portable terminals.

このような直接的に通信を妨害する手法には実用上さまざまな問題が想定され現実的でない。そこでこれらの問題を解決する方法として、携帯端末の送信電波を検出することで通信が行われたことを検出し、不正行為防止に役立てる受動的アプローチが考えられる。このアプローチの簡便な実装方法として、携帯端末による通信が試験会場内で行われたかどうかを検出するものが挙げられる。このシステムでは、センサを用いて携帯端末の通信帯域ごとに受信電力を監視し、試験会場内で携帯端末が使われたかどうかを判定する。この手法では、前述の通信妨害で問題となるコストや運用の手間を解消できる。しかし、試験会場内で携帯端末による通信が行われたかどうかの判定だけでは不正を行なっていないほかの受験者が不利益を被る可能性が高く、不正行為防止のためには不十分である。   Such a method of directly obstructing communication is not practical because various problems are assumed in practice. Thus, as a method for solving these problems, a passive approach is considered in which communication is performed by detecting a transmission radio wave of a mobile terminal, which is useful for preventing fraud. As a simple implementation method of this approach, there is a method for detecting whether or not communication by a portable terminal is performed in a test venue. In this system, received power is monitored for each communication band of a mobile terminal using a sensor, and it is determined whether or not the mobile terminal is used in a test venue. With this method, the cost and the trouble of operation that are problematic due to the above-described communication interruption can be eliminated. However, it is highly possible that other examinees who have not committed fraud will suffer a disadvantage simply by determining whether or not communication is performed by a portable terminal in the test venue, and this is insufficient for preventing fraud.

そこで、試験会場内で不正行為をした携帯端末の位置を特定するシステムが考えられる。このシステムでは、試験会場のような屋内環境で推定対象が高密度に配置していることから、1m程度の位置推定精度が求められる。このような屋内環境における高精度位置推定は近年非常に注目を集めており、研究も盛んに行われている。既存の位置推定手法では、代表的なものとして受信信号電力強度(Received Signal Strength Indicator: RSSI)(例えば、非特許文献1参照)、電波到来時間差(Time Difference of Arrival: TDOA)(例えば、非特許文献2参照)、電波到来角(Direction of Arrival: DOA)(例えば、非特許文献3参照)、位置指紋を用いた位置推定手法がある。   In view of this, a system for identifying the position of a mobile terminal that has performed an illegal act in a test venue can be considered. In this system, since estimation targets are arranged at high density in an indoor environment such as a test venue, position estimation accuracy of about 1 m is required. In recent years, high-accuracy position estimation in an indoor environment has attracted a great deal of attention and has been actively studied. In the existing position estimation method, as a representative, received signal power strength (Received Signal Strength Indicator: RSSI) (for example, see Non-Patent Document 1), radio wave arrival time difference (Time Difference of Arrival: TDOA) (for example, non-patent) There is a position estimation method using a radio wave arrival angle (Direction of Arrival: DOA) (see, for example, Non-Patent Document 3) and a position fingerprint.

RSSIは計測が容易であり、既存のハードウエアでも追加ハードウエアを用いずに利用できることから現在最も利用されている屋内位置推定手法である。この手法では、携帯端末と受信センサの間の距離伝搬損を利用して携帯端末センサ間の距離を求め、少なくとも3つのセンサからの推定距離の組合せにより幾何的に位置推定を行う。しかし、受信電力は雑音やフェージングの影響を大きく受けるため、RSSIによる位置推定は比較的精度が低いことが知られている。TDOAでは、センサ間での電波到来時間差からRSSIと同様に携帯端末センサ間距離を算出し、少なくとも3つのセンサから推定距離の組合せにより幾何的に位置推定を行う。   RSSI is the most widely used indoor position estimation method because it is easy to measure and can be used without existing hardware even with existing hardware. In this method, the distance between the portable terminal sensors is obtained using the distance propagation loss between the portable terminal and the receiving sensor, and the position is estimated geometrically by a combination of estimated distances from at least three sensors. However, since the received power is greatly affected by noise and fading, it is known that position estimation by RSSI is relatively inaccurate. In TDOA, the distance between mobile terminal sensors is calculated from the radio wave arrival time difference between sensors in the same manner as RSSI, and the position is estimated geometrically by a combination of estimated distances from at least three sensors.

N. Patwari etc、「Relative Location Estimation in Wireless Sensor Networks」、IEEE Trans. Signal Processing、Aug. 2003、51、8、p.2137−2148N. Patwari etc, “Relative Location Estimation in Wireless Sensor Networks”, IEEE Trans. Signal Processing, Aug. 2003, 51, 8, p. 2137-2148 Z. Merhi, M. Elgamel and M. Bayoumi、「A Lightweight Collaborative Fault Tolerant Target Localization System for Wireless Sensor Networks」、IEEE Trans. Mobile Computing、Dec 2009、8、12、p.1690−1704Z. Merhi, M. Elgamel and M. Bayoumi, “A Lightweight Collaborative Fault Tolerant Target Localization System for Wireless Sensor Networks”, IEEE Trans. Mobile Computing, Dec 2009, 8, 12, p. 1690-1704 C.-C. Lim, Y. Wan, B.-P. Ng, and C.-M. S. See、「A realtime indoor WiFi localization system using smart antenna」、IEEE Trans. Consum. Electron.、May. 2007、53、2、p.618−622C.-C. Lim, Y. Wan, B.-P. Ng, and C.-MS See, `` A realtime indoor WiFi localization system using smart antenna '', IEEE Trans. Consum. Electron., May. 2007, 53 , 2, p. 618-622

TDOAでは、RSSIに比べて雑音耐性が高く、より高精度な位置推定が可能であるといわれているが、屋内のマルチパス環境の影響により正確に電波到来時間を捉えることが難しいため、屋内環境においてはこれも位置推定精度が劣化する。DOAは、ひとつのセンサに複数のアンテナを搭載したアレーアンテナを用いることにより、アンテナ間の受信信号位相差から電波到来角を推定し、少なくとも2 つのセンサからの推定方向の交点によって位置推定を行う手法である。DOAはMUSIC法など巧みな計算手法により雑音耐性が強いことが知られているが、屋内のマルチパス環境の影響をTDOA同様受けるほか、角度分解能を向上させるためには多数のアンテナを持つ大規模なセンサが必要であるため屋内のアプリケーションには不向きである。このように、既存の位置推定手法では、屋内環境のマルチパス環境が推定精度を劣化させるため、不正行為検出のための位置推定としては精度が不十分である。   TDOA is said to have higher noise immunity than RSSI and is capable of more accurate position estimation, but it is difficult to accurately capture the arrival time of radio waves due to the effects of indoor multipath environments. This also degrades the position estimation accuracy. DOA uses an array antenna with multiple antennas mounted on a single sensor, estimates the radio wave arrival angle from the received signal phase difference between the antennas, and estimates the position based on the intersection of the estimated directions from at least two sensors. It is a technique. DOA is known to have strong noise immunity due to clever calculation methods such as the MUSIC method, but it is affected by the indoor multipath environment as well as TDOA, and in order to improve angular resolution, it has a large scale with many antennas. This is unsuitable for indoor applications due to the need for such sensors. As described above, in the existing position estimation method, since the multipath environment of the indoor environment deteriorates the estimation accuracy, the accuracy is insufficient as the position estimation for detecting the fraud.

これに対し、このマルチパスを含めた伝搬路応答が位置の関数であることを利用した位置推定手法が位置指紋方式である。位置指紋方式は文字通り、それぞれの推定位置に関して固有であるマルチパス環境を位置の指紋として採取し、その指紋と推定対象の信号の類似性により位置を推定する手法である。この指紋としてマルチパスのDOA情報を用いたものなどがあり、指紋を採取した位置に推定対象端末が存在する場合には高精度な推定が可能となっている。しかし、この位置推定手法では位置指紋を取得した位置上に端末がない場合、正確な推定が難しくなることから、位置指紋を高密度に事前に計測しておくことが必要とされており実用上困難である。   On the other hand, a position fingerprinting method using the fact that the propagation path response including the multipath is a function of the position is the position fingerprint method. Literally, the position fingerprinting method is a technique for collecting a multipath environment unique to each estimated position as a position fingerprint and estimating the position based on the similarity between the fingerprint and the signal to be estimated. There is a fingerprint using multi-pass DOA information as the fingerprint, and high-precision estimation is possible when the estimation target terminal exists at the position where the fingerprint is collected. However, with this location estimation method, it is difficult to accurately estimate if there is no terminal at the location where the location fingerprint was obtained. Have difficulty.

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、処理量の増加を抑制しながら、推定精度の悪化も抑制する技術を提供することである。   This invention is made | formed in view of such a condition, The objective is to provide the technique which suppresses the deterioration of estimation precision, suppressing the increase in a processing amount.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の発信源推定装置は、離散的な複数の候補位置のいずれかの近傍に配置された発信源から送信された送信信号が、互いに異なった既知位置に配置された複数のセンサのそれぞれにおいて受信されており、複数のセンサのそれぞれから受信信号を取得する取得部と、取得部において取得した受信信号に対してセンサ間における相互相関を導出するとともに、相互相関の絶対値の期待値を導出する第1導出部と、第1導出部において導出した期待値に対するレプリカであって、かつ候補位置に対するレプリカと、第1導出部において導出した期待値との誤差を導出する第2導出部と、第2導出部における候補位置を変更しながら、第2導出部に対して処理を繰り返し実行させることによって導出された複数の誤差から、ひとつの誤差を選択する選択部と、選択部において選択した誤差に対応した候補位置を、発信源が設置された位置として出力する出力部とを備える。第2導出部において使用されるレプリカは、各候補位置に対して、予め取得されている。   In order to solve the above-described problem, a transmission source estimation apparatus according to an aspect of the present invention is a known transmission signal transmitted from a transmission source arranged in the vicinity of any one of a plurality of discrete candidate positions. The sensor is received by each of the plurality of sensors arranged at the position, and obtains a reception signal from each of the plurality of sensors, and derives a cross-correlation between the sensors with respect to the reception signal acquired by the acquisition unit. A first deriving unit for deriving an expected value of the absolute value of the cross-correlation, a replica for the expected value derived by the first deriving unit and a replica for the candidate position, and an expected value derived by the first deriving unit A second derivation unit for deriving the error of the second derivation unit, and the second derivation unit by repeatedly executing the process while changing candidate positions in the second derivation unit. A plurality of error, comprising a selector for selecting one of the error, and an output unit for the candidate position corresponding to the selected error in the selection unit, and outputs the source is installed position. The replica used in the second derivation unit is acquired in advance for each candidate position.

この態様によると、離散的な複数の候補位置のそれぞれに対するレプリカをもとに、発信源の位置を推定するので、処理量の増加を抑制しながら、推定精度の悪化も抑制できる。   According to this aspect, since the position of the transmission source is estimated based on replicas for each of a plurality of discrete candidate positions, it is possible to suppress deterioration in estimation accuracy while suppressing an increase in processing amount.

本発明の別の態様は、発信源推定方法である。この方法は、離散的な複数の候補位置のいずれかの近傍に配置された発信源から送信された送信信号が、互いに異なった既知位置に配置された複数のセンサのそれぞれにおいて受信されており、複数のセンサのそれぞれから受信信号を取得するステップと、取得した受信信号に対してセンサ間における相互相関を導出するとともに、相互相関の絶対値の期待値を導出するステップと、導出した期待値に対するレプリカであって、かつ候補位置に対するレプリカと、導出した期待値との誤差を導出するステップと、候補位置を変更しながら、誤差を導出するステップに対して処理を繰り返し実行させることによって導出された複数の誤差から、ひとつの誤差を選択するステップと、選択した誤差に対応した候補位置を、発信源が設置された位置として出力するステップとを備える。誤差を導出するステップにおいて使用されるレプリカは、各候補位置に対して、予め取得されている。   Another aspect of the present invention is a source estimation method. In this method, a transmission signal transmitted from a source arranged near any one of a plurality of discrete candidate positions is received by each of a plurality of sensors arranged at different known positions, Obtaining a received signal from each of a plurality of sensors, deriving a cross-correlation between the sensors for the obtained received signal, deriving an expected value of an absolute value of the cross-correlation, and A step of deriving an error between the replica for the candidate position and the derived expected value, and the step of deriving the error while changing the candidate position, and being derived by repeatedly executing the process The step of selecting one error from multiple errors, and the candidate position corresponding to the selected error, the position where the transmission source is installed And a step of then output. The replica used in the step of deriving the error is acquired in advance for each candidate position.

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。   It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and a conversion of the expression of the present invention between a method, an apparatus, a system, a recording medium, a computer program, etc. are also effective as an aspect of the present invention.

本発明によれば、処理量の増加を抑制しながら、推定精度の悪化も抑制できる。   According to the present invention, it is possible to suppress an increase in estimation accuracy while suppressing an increase in processing amount.

本発明の前提技術となるDSMシステムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the DSM system used as the premise technique of this invention. 図1のDSMシステムの処理手順を示す図である。It is a figure which shows the process sequence of the DSM system of FIG. 図1のDSMシステムによる周波数利用状況マッピングを示す図である。It is a figure which shows the frequency utilization condition mapping by the DSM system of FIG. 本発明の実施例に係る屋内環境における位置推定と特徴量のイメージを示す図である。It is a figure which shows the position estimation in the indoor environment which concerns on the Example of this invention, and the image of a feature-value. 本発明の実施例に係る検出システムの処理手順を示す図である。It is a figure which shows the process sequence of the detection system which concerns on the Example of this invention. 図5の検出システムに対する屋内実験の緒元を示す図である。It is a figure which shows the origin of the indoor experiment with respect to the detection system of FIG. 図5の検出システムに対する実験環境を示す図である。It is a figure which shows the experimental environment with respect to the detection system of FIG. 図5の検出システムにおいて使用されるLTEのリソースブロックを示す図である。It is a figure which shows the resource block of LTE used in the detection system of FIG. 図5の検出システムにおいて使用されるLTEの基準信号によるアンテナ間相互相関を示す図である。It is a figure which shows the cross correlation between antennas by the reference signal of LTE used in the detection system of FIG. 図5の検出システムと旧来手法との比較を示す図である。It is a figure which shows the comparison with the detection system of FIG. 5, and the conventional method. 図5の検出システムの平均誤差範囲を示す図である。It is a figure which shows the average error range of the detection system of FIG. 本発明の実施例に係る発信源推定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the transmission source estimation apparatus which concerns on the Example of this invention. 図13(a)−(b)は、本発明の変形例において使用されるプレス機の構成を示す図である。FIGS. 13A to 13B are diagrams showing the configuration of a press used in the modification of the present invention.

本発明を具体的に説明する前に、まず概要を述べる。本発明の実施例は、複数センサを用いた屋内環境での簡便でかつ高精度な位置推定を実行する発信源推定装置に関する。アンテナ間の相互相関は、各アンテナにおける伝搬路応答の情報を持つので、発信源推定装置は、受信電力強度(RSSI)・電波到来時間差(TDOA)・電波到来角(DOA)すべての情報を利用した位置指紋法に基づく位置推定を実行する。しかし、位置指紋法では空間相関の局所性を利用することから高精度位置推定を行うには多くの位置指紋を採取する必要がある。そこで本実施例では、日常的に使用している携帯端末の送信信号を用いて位置指紋を統計的に学習し、学習した統計量を用いることで相互相関を利用した位置推定を行う。さらに入学試験等公正が期待される場での携帯端末を用いた不正行為を検出・特定するに十分な精度があることを実験によって検証する。そのため、簡易に導入可能でありながら不正行為検出に耐えうる位置推定精度が実現できることが屋内実験によって示される。   Before describing the present invention specifically, an outline will be given first. An embodiment of the present invention relates to a transmission source estimation apparatus that performs simple and highly accurate position estimation in an indoor environment using a plurality of sensors. Since the cross-correlation between antennas has information on the channel response at each antenna, the source estimation device uses all the information of received power intensity (RSSI), radio wave arrival time difference (TDOA), and radio wave arrival angle (DOA) The position estimation based on the obtained position fingerprint method is executed. However, since the position fingerprint method uses the locality of spatial correlation, it is necessary to collect a large number of position fingerprints in order to perform highly accurate position estimation. Therefore, in the present embodiment, the position fingerprint is statistically learned using the transmission signal of the portable terminal used on a daily basis, and the position estimation using the cross-correlation is performed by using the learned statistic. Furthermore, it will be verified through experiments that it has sufficient accuracy to detect and identify fraudulent acts using mobile devices in places where fairness is expected, such as entrance examinations. Therefore, indoor experiments show that position estimation accuracy that can be easily introduced but can withstand fraud detection can be realized.

なお、本実施例の前提技術として、不法無線局や未知発信源の位置推定だけでなく、分散スペクトラムモニター(Distributed Spectrum Monitor, DSM)も説明する。分散スペクトラムモニターによって、既存システムも含めて、電波利用が希薄な周波数およびそのエリア(ホワイトスペース)の特定や、効率的にエナジーハーベスティングが可能な電波利用が盛んな周波数およびそのエリア(チャージングスペース)の特定も同時になされる。その結果、より高効率な周波数資源の活用が実現される   As a prerequisite technology of the present embodiment, not only the position estimation of illegal radio stations and unknown transmission sources but also a distributed spectrum monitor (DSM) will be described. Using a distributed spectrum monitor, including existing systems, the frequency and its area (white space) where radio waves are sparse and the area (white space) that can be used for energy harvesting can be identified efficiently. ) Is specified at the same time. As a result, more efficient use of frequency resources is realized.

以下では、前提技術として、1.DSMの概要、2.DSMにおける複数センサを用いた未知発信源の推定手法、3.DSMを実現するための送信電力推定を説明する。これらに続いて、4.検出システム、5.実験環境、6.統計的学習、7.推定手法、8.実験結果、9.装置構成、10.変形例の順番で本実施例を説明する。なお、2.では、(i)単一アンテナ、(ii)複数アンテナを用いた場合に分けて説明し、6.統計的学習では、6.1基準信号系列の自己相関、6.2LTEの基準信号系列を説明する。   In the following, as a prerequisite technology, 1. 1. Outline of DSM 2. Unknown source estimation method using multiple sensors in DSM; Transmission power estimation for realizing DSM will be described. Following these, 4. 4. detection system; Experimental environment, 6. Statistical learning, 7. 7. Estimation method, Experimental results, 9. Device configuration, 10. The present embodiment will be described in the order of modifications. In addition, 2. Then, (i) a single antenna and (ii) a case where a plurality of antennas are used will be described separately. In statistical learning, an autocorrelation of 6.1 reference signal sequence and a 6.2 LTE reference signal sequence will be described.

1.DSMの概要
図1は、本発明の実施例に係るDSMシステム100の構成を示す。DSMシステム100は、フュージョンセンタ10、センサ12と総称される第1センサ12a、第2センサ12b、第3センサ12c、未知送信源14と総称される第1未知送信源14a、第2未知送信源14bを含む。ここでは、3つのセンサ12が示されているが、センサ12の数はこれに限定されない。第1未知送信源14aあるいは第2未知送信源14bから送信された信号は、複数のセンサ12のそれぞれにおいて受信される。未知送信源14が設置されている位置、信号の送信電力は未知である。各センサ12は、受信信号をフュージョンセンタ10に出力する。フュージョンセンタ10は、各センサ12からの受信電力をもとに、未知送信源14が設置されている位置、信号の送信電力を推定する。推定の具体的な処理は後述する。
1. Overview of DSM FIG. 1 shows a configuration of a DSM system 100 according to an embodiment of the present invention. The DSM system 100 includes a fusion sensor 10, a first sensor 12a, a second sensor 12b, a third sensor 12c, which are collectively referred to as a sensor 12, and a first unknown transmission source 14a, a second unknown transmission source, which are collectively referred to as an unknown transmission source 14. 14b. Here, three sensors 12 are shown, but the number of sensors 12 is not limited to this. A signal transmitted from the first unknown transmission source 14 a or the second unknown transmission source 14 b is received by each of the plurality of sensors 12. The position where the unknown transmission source 14 is installed and the transmission power of the signal are unknown. Each sensor 12 outputs a reception signal to the fusion center 10. The fusion center 10 estimates the position where the unknown transmission source 14 is installed and the transmission power of the signal based on the received power from each sensor 12. Specific processing for estimation will be described later.

図2は、DSMシステム100の処理手順を示す。DSMシステム100は、前述のフュージョンセンタ10、センサ12に加えて既知情報データベース16も含む。また、DSMシステム100は、伝搬路学習プロセス、未知送信源推定プロセス、そしてスペクトラムマップ作成プロセスの3つからなる。以下では、各プロセスにおける具体的な処理を順を追って説明する。   FIG. 2 shows a processing procedure of the DSM system 100. The DSM system 100 includes a known information database 16 in addition to the above-described fusion center 10 and sensor 12. The DSM system 100 includes a propagation path learning process, an unknown transmission source estimation process, and a spectrum map creation process. Hereinafter, specific processing in each process will be described in order.

まず、伝搬路学習プロセスでは、未知発信源推定に必要な、実際の環境における任意位置からセンサ12間の伝搬路情報とその計算量の学習・取得を行う。しかしながら、任意位置すべてに既知発信源を設置し伝搬路推定を行うのは現実的に考えると非常に難しい。そこで地形データや建物データを用いてレイトレースシミュレーションによって、任意位置からセンサ12までの伝搬路およびその統計量をモデリングする。しかしながら、実際の環境では人や車などの移動物や、事前データに存在しない障害物の存在などによってシミュレートした伝搬路とは異なる場合がある。そこでセルラシステムなどを既知発信源として活用して、既知位置からセンサ12までの伝搬路を実際に測定し、その統計量を取得する。これを用いて先ほどのシミュレートした任意位置からの伝搬路を繰り返し補正し、実際の環境における任意位置とセンサ12間の伝搬路情報およびその統計量を取得する。   First, in the propagation path learning process, learning / acquisition of propagation path information and its calculation amount between the sensors 12 from an arbitrary position in the actual environment necessary for unknown source estimation. However, it is very difficult to install a known transmission source at any arbitrary position and perform propagation path estimation. Therefore, the propagation path from an arbitrary position to the sensor 12 and its statistics are modeled by ray tracing simulation using terrain data and building data. However, in an actual environment, the simulated propagation path may be different depending on a moving object such as a person or a car or an obstacle that does not exist in advance data. Therefore, a cellular system or the like is utilized as a known transmission source, and the propagation path from the known position to the sensor 12 is actually measured and its statistics are acquired. Using this, the propagation path from the arbitrary position simulated earlier is corrected repeatedly, and the propagation path information between the arbitrary position and the sensor 12 in the actual environment and its statistics are acquired.

次に、未知発信源推定プロセスでは、伝搬路学習プロセスで取得した伝搬路情報の統計量、未知送信源14の送信信号パターン候補データベース、および未知送信源14からの受信信号を用いて未知送信源14の情報の推定を行う。各センサ12もしくはアンテナ間における伝搬路情報の統計量から作成した相互相関と、送信信号の自己相関の畳み込み積分が、各センサ12もしくはアンテナにおける受信信号の相互相関に等しくなるという特徴を用いて未知発信源を推定する。   Next, in the unknown transmission source estimation process, the unknown transmission source is obtained using the statistics of the propagation path information acquired in the propagation path learning process, the transmission signal pattern candidate database of the unknown transmission source 14, and the reception signal from the unknown transmission source 14. 14 information is estimated. Unknown using the feature that the cross-correlation created from the statistics of the propagation path information between each sensor 12 or antenna and the convolution integral of the autocorrelation of the transmission signal are equal to the cross-correlation of the received signal at each sensor 12 or antenna. Estimate the source.

最後に、スペクトラムマップ作成プロセスでは、推定した未知送信源14の情報と、予め所有している既知発信源の情報を用いてスペクトラムマップの作成を行う。図3は、DSMシステム100による周波数利用状況マッピングを示す。任意の位置や周波数における、受信電力を地形データ上にマッピングし、十分な電力を受けることのできるチャージングスペース202や利用されていない周波数領域ホワイトスペース200を発見する。   Finally, in the spectrum map creation process, a spectrum map is created using information on the estimated unknown transmission source 14 and information on a known transmission source possessed in advance. FIG. 3 shows frequency usage mapping by the DSM system 100. The received power at an arbitrary position and frequency is mapped onto the terrain data, and a charging space 202 that can receive sufficient power and an unused frequency domain white space 200 are found.

2.DSMにおける複数センサを用いた未知発信源の推定手法
ここでは広帯域信号を想定し、伝搬路は伝搬遅延プロファイルが指数分布にしたがうマルチパスである統計モデルを用いる。また、各パスはレイリー分布にしたがい無相関である。なお、簡単のため未知送信源14はひとつであるとし、最初のプロセスである伝搬路学習プロセスは学習済みであると仮定する。
2. Estimation Method of Unknown Source Using Multiple Sensors in DSM Here, a broadband model is assumed, and a propagation model uses a statistical model in which a propagation delay profile is a multipath according to an exponential distribution. Each path is uncorrelated according to the Rayleigh distribution. For simplicity, it is assumed that there is one unknown transmission source 14 and that the propagation path learning process, which is the first process, has been learned.

(i)単一アンテナの場合
i番目の(i=1,・・・,M)センサ12が任意の位置から受ける受信信号は、広帯域信号および伝搬環境が時々刻々と変化する場合、未知送信源14の位置ψにおける動的伝搬チャネルと未知送信源14の送信信号を用いて以下のように表される。
ここでtとτは信号系列上の時間および遅延時間を表しており、
は伝搬路の変動を表す時間である。gは未知発信源の送信電力が1の電力スペクトル(以下、「規格化フィルタ」という)の形であり送信フィルタおよび変調方式に依存する。pは未知発信源の送信電力である。また、
は未知発信源の送信信号、
は未知発信源の位置ψからi番目のセンサ12までの伝搬路応答、
は分散σの白色ガウス雑音である。
(I) In the case of a single antenna The received signal received from an arbitrary position by the i-th (i = 1,..., M) sensor 12 is an unknown transmission source when the broadband signal and the propagation environment change from moment to moment. It is expressed as follows using the dynamic propagation channel at the position ψ 0 of 14 and the transmission signal of the unknown transmission source 14.
Where t and τ i represent the time and delay time on the signal sequence,
Is the time representing the fluctuation of the propagation path. g 0 is in the form of a power spectrum (hereinafter referred to as “normalized filter”) in which the transmission power of the unknown source is 1, and depends on the transmission filter and the modulation method. p 0 is the transmission power of the unknown source. Also,
Is the transmission signal of an unknown source,
Is the propagation path response from the unknown source position ψ 0 to the i-th sensor 12,
Is white Gaussian noise with variance σ 2 .

式(1)で表現されるi番目のセンサ12の受信信号とj番目のセンサ12の受信信号の時間tに関する相互相関は、Δtをi番目のセンサ12およびj番目のセンサ12で観測される信号の伝搬遅延差分(TDOA)を表すものとして以下のように計算できる。ただし、本来i=jは自己相関と呼ぶが以下では簡略化のために相互相関と表記する。また、式の簡潔化のためにψ、g、pの記載を省略し、Rx[A,B]を関数AとBのxに対する相関と置く。
The cross-correlation of the reception signal of the i-th sensor 12 and the reception signal of the j-th sensor 12 expressed by the equation (1) with respect to the time t is observed by the i-th sensor 12 and the j-th sensor 12. It can be calculated as follows to express the propagation delay difference (TDOA) of the signal. However, i = j is originally referred to as autocorrelation, but is hereinafter referred to as cross-correlation for simplification. Further, for simplification of the equation, description of ψ 0 , g 0 , p 0 is omitted, and Rx [A, B] is set as the correlation of functions A and B with respect to x.

ただし、Dijはi=jのとき1、
のとき0である。
は統計的処理であるため
に依存しない。ここで、
と置けば、式(2)はさらに以下のように変形できる。
Where D ij is 1 when i = j,
Is 0.
Is a statistical process
Does not depend on. here,
(2) can be further modified as follows.

はそれぞれ未知発信源の送信信号の時間に関する自己相関および未知発信源からi番目のセンサ12までの伝搬路とj番目のセンサ12までの伝搬路の相互相関を表している。すなわち各センサ12における未知発信源からの受信信号同士の相互相関は、未知発信源から各センサ12までの伝搬路同士の相互相関と、送信信号の自己相関との畳み込み積分で表すことができる。このとき送信信号の自己相関は、未知発信源の送信電力および規格化フィルタの形によって形状が決定する。また、伝搬路応答同士の相互相関は、
のときにピーク値を持つことからi番目のセンサ12までの伝搬遅延およびj番目のセンサ12までの伝搬遅延の差分の情報を持つ関数となり、その形状はそれぞれのセンサまでの伝搬路の環境によって決定される。ここで、

に関して変化するため期待値を取る必要がある。
Represents the autocorrelation with respect to the time of the transmission signal of the unknown transmission source and the cross-correlation between the propagation path from the unknown transmission source to the i-th sensor 12 and the propagation path to the j-th sensor 12, respectively. That is, the cross-correlation between the reception signals from the unknown transmission source in each sensor 12 can be expressed by a convolution integral of the cross-correlation between the propagation paths from the unknown transmission source to each sensor 12 and the autocorrelation of the transmission signal. At this time, the shape of the autocorrelation of the transmission signal is determined by the transmission power of the unknown transmission source and the shape of the normalization filter. The cross-correlation between channel responses is
Since it has a peak value at this time, it becomes a function having information on the difference between the propagation delay to the i-th sensor 12 and the propagation delay to the j-th sensor 12, and its shape depends on the environment of the propagation path to each sensor. It is determined. here,
Is
It is necessary to take the expected value because it changes.

しかし、伝搬路応答の位相は一様分布するため、動的な環境で式(2)の期待値を取ると相互相関の値は0となり、位置に関する情報を抽出することができない。そのため、式(2)の絶対値を取ることで位相情報を棄却する。この処理によって
に関して変化するのはi番目のセンサ12とj番目のセンサ12のそれぞれのチャネルの振幅に限られる。よって式(2)について絶対値を取り、
に対する期待値を取ると以下のように表される。なお、Ex[・]をxに対する期待値と置く。
However, since the phase of the propagation path response is uniformly distributed, if the expected value of Equation (2) is taken in a dynamic environment, the cross-correlation value becomes 0, and information regarding the position cannot be extracted. Therefore, phase information is rejected by taking the absolute value of Formula (2). This process
It is limited only to the amplitude of each channel of the i-th sensor 12 and the j-th sensor 12. Therefore, take an absolute value for equation (2),
The expected value for is expressed as follows. Note that Ex [•] is set as an expected value for x.

伝搬路応答の振幅は確率的に変動するため、式(4)からRSSIとTDOA情報抽出が可能であることを示している。すなわち伝搬路の相互相関にはTDOAとRSSIの位置によって決定される2つの情報が含まれていることを示している。よって式(1)に示されるように受信信号は位置、送信電力および規格化フィルタにも依存するため、式(3)で表される相互相関および式(4)で示した絶対値の期待値を各センサの受信信号から作成し、さらに受信信号をセンサ中の最大平均受信電力によって規格化すると、以下の式で書き表すことができる。
Since the amplitude of the propagation path response varies stochastically, it shows that RSSI and TDOA information can be extracted from Equation (4). That is, the cross-correlation of the propagation path includes two pieces of information determined by the positions of TDOA and RSSI. Therefore, as shown in Expression (1), the received signal also depends on the position, transmission power, and normalization filter. Therefore, the cross-correlation expressed by Expression (3) and the expected value of the absolute value expressed by Expression (4) Is created from the received signal of each sensor, and the received signal is normalized by the maximum average received power in the sensor, it can be expressed by the following equation.

ここで、推定候補の場所から相互相関のレプリカを作成し、そのレプリカと
の値の差分が最小となる場所を推定値とする。具体的に、位置候補ψ、規格化フィルタ候補gおよび伝搬学習プロセスで取得した伝搬路情報の統計量から作成したレプリカは式(3)から以下のように表される。
Here, a cross-correlation replica is created from the estimated candidate locations, and the replica and
The place where the difference in the values of the values is the minimum is taken as the estimated value. Specifically, the replica created from the position candidate ψ, the normalized filter candidate g, and the statistics of the propagation path information acquired in the propagation learning process is expressed as follows from Equation (3).

は推定規格化フィルタ候補gから作成したレプリカ送信信号
の自己相関
と、推定候補位置ψおよび伝搬路の学習プロセスで取得した動的伝搬路応答の統計量から作成したi番目のセンサ12およびj番目のセンサ12の伝搬路応答
の相互相関
を畳み込み、絶対値を取った後に
に対する期待値を取ったものである。
Is the replica transmission signal created from the estimated normalization filter candidate g
Autocorrelation
And the propagation path responses of the i th sensor 12 and the j th sensor 12 created from the estimated candidate position ψ and the statistics of the dynamic propagation path response obtained in the propagation path learning process.
Cross-correlation
After convolving and taking the absolute value
Is the expected value for.

よって、式(5)、式(8)を用いて、未知発信源の位置および規格化フィルタを以下の最尤推定法によって推定できる。
式(9)において未知発信源の位置および規格化フィルタの2つのパラメータを変化させ、実際の受信信号から作成した
と推定値のレプリカから作成した
の差の二乗和が最小となったものがそれら2つのパラメータの推定値となる。また、真値同士の相互相関を引いた値は雑音となる。
Therefore, using the equations (5) and (8), the position of the unknown transmission source and the normalization filter can be estimated by the following maximum likelihood estimation method.
In the equation (9), the two parameters of the unknown source position and the normalization filter were changed and created from the actual received signal.
And a replica of the estimate
The sum of the squares of the differences between the two is the estimated value of these two parameters. A value obtained by subtracting the cross-correlation between true values is noise.

(ii)複数アンテナの場合
i番目のセンサ12の第kアンテナ(k=1,・・・,N)が任意の位置から受ける受信信号のレプリカは、広帯域信号、線形アレーアンテナおよび伝搬環境が時々刻々と動的に変化することを想定した場合、未知発信源の位置ψにおける動的伝搬路応答と未知発信源の送信信号を用いて以下のように表される。
(Ii) In the case of a plurality of antennas A replica of a received signal received from an arbitrary position by the k-th antenna (k = 1,..., N i ) of the i-th sensor 12 includes a wideband signal, a linear array antenna, and a propagation environment. Assuming that it changes dynamically from moment to moment, it is expressed as follows using the dynamic propagation path response at the position ψ 0 of the unknown source and the transmission signal of the unknown source.

ここでdは第1素子のアンテナを基準点としたときの、基準点から第k素子の位置までの距離であり、λは到来波の波長を、θ(τ)は到来角度を表す。このとき同一センサ間の相互相関と異なるセンサにおけるアンテナ間の相互相関では期待値を取った場合の振る舞いが異なる。なお、以下では単一アンテナの場合と同様に式の簡潔のためにψ、g、pの記載を省略する。 Here, d k is the distance from the reference point to the position of the k-th element when the antenna of the first element is used as the reference point, λ is the wavelength of the incoming wave, and θ ii ) is the angle of arrival. Represent. At this time, the behavior when the expected value is obtained differs between the cross-correlation between the same sensors and the cross-correlation between the antennas of different sensors. In the following, description of ψ 0 , g 0 , and p 0 is omitted for the sake of brevity, as in the case of a single antenna.

(ii−1)同一センサにおけるアンテナ間の相互相関
i番目のセンサ12に関して同一センサ間における第kアンテナと第lアンテナの相互相関は以下のように表される。
ただし
である。したがって、
のときに相互相関のピークが現れることを示しており、
に関する変化が相互相関に与える影響は、伝搬路応答の振幅と到来角度であるといえる。
(Ii-1) Cross-correlation between antennas in the same sensor The cross-correlation between the k-th antenna and the l-th antenna between the same sensors with respect to the i-th sensor 12 is expressed as follows.
However,
It is. Therefore,
Shows that a cross-correlation peak appears at
It can be said that the influence of the change on the cross-correlation is the amplitude and the arrival angle of the propagation path response.

式(12)の相互相関において
に関する期待値を取ると以下のように表される。
In the cross-correlation of equation (12)
The expected value is expressed as follows.

よって、
のときは値が0となり、
のときは以下の式で表される。
式(14)から
は同一センサの異なるアンテナ間における相互相関は動的な伝搬路応答において、その変化に対して期待値を取ったとしてもRSSI、DOAの情報を抽出することが可能であることを示している。
Therefore,
When the value is 0,
Is expressed by the following formula.
From equation (14)
Indicates that RSSI and DOA information can be extracted even if the cross-correlation between different antennas of the same sensor takes an expected value for the change in the dynamic channel response.

(ii−2)異なるセンサにおけるアンテナ間の相互相関
i番目のセンサ12の第kアンテナとj番目のセンサ12の第lアンテナとの相互相関は以下のように表される。
(Ii-2) Cross-correlation between antennas in different sensors The cross-correlation between the k-th antenna of the i-th sensor 12 and the l-th antenna of the j-th sensor 12 is expressed as follows.

よって、
の変化が相互相関に与える影響は、伝搬路応答の振幅および位相と到来角度であるといえる。一般に動的伝搬路応答の位相は一様分布するため、式(15)の期待値を取ると位置に関する情報を抽出することができない。そこで単一アンテナのときと同様に式(15)について絶対値を取る。この処理によって
に関して変化するのはi番目のセンサ12およびj番目のセンサ12のチャネルの振幅に限られる。よって式(15)の絶対値について、
に対する期待値を取ると以下のように表される。
Therefore,
It can be said that the effect of the change in the cross-correlation is the amplitude and phase of the channel response and the arrival angle. In general, since the phase of the dynamic channel response is uniformly distributed, information regarding the position cannot be extracted if the expected value of Equation (15) is taken. Therefore, the absolute value is taken for equation (15) as in the case of a single antenna. This process
Only the amplitude of the channel of the i-th sensor 12 and the j-th sensor 12 changes with respect to. Therefore, for the absolute value of equation (15),
The expected value for is expressed as follows.

一般に、動的な伝搬路応答では振幅の確率分布は任意の形となるため、式(16)はRSSIとTDOA情報の抽出が可能であることを示している。以上から複数アンテナを用いた場合、伝搬路の相互相関にはRSSI、TDOA、DOAの位置によって決定される3つの情報が含まれていることを示した。よって、式(10)に示されるように受信信号は位置、送信電力および規格化フィルタにも依存するため、式(12)、式(15)で表される相互相関および式(13)、式(16)に示した絶対値の期待値を各センサの受信信号から作成し、さらに受信信号をセンサにおける最大平均受信電力によって規格化すると、以下の式に書き表すことができる。
In general, in a dynamic channel response, the probability distribution of amplitude takes an arbitrary form, and therefore Equation (16) indicates that RSSI and TDOA information can be extracted. From the above, when multiple antennas are used, it has been shown that three information determined by the positions of RSSI, TDOA, and DOA are included in the cross-correlation of the propagation path. Therefore, as shown in Expression (10), the received signal also depends on the position, the transmission power, and the normalization filter. Therefore, the cross-correlation represented by Expression (12) and Expression (15) and Expression (13) and Expression If the expected value of the absolute value shown in (16) is created from the received signal of each sensor, and the received signal is normalized by the maximum average received power in the sensor, it can be written in the following equation.

また、位置候補ψ、規格化フィルタ候補gおよび伝搬学習プロセスで取得した伝搬路情報の統計量から作成したレプリカは式(3)から以下のように表される。
は推定規格化フィルタ候補gから作成したレプリカ送信信号
の自己相関
と、推定候補位置ψおよび伝搬路の学習プロセスで取得した動的伝搬路応答の統計量から作成したi番目のセンサ12の第kアンテナおよびj番目のセンサ12の第lアンテナの伝搬路応答
の相互相関を畳み込み、
に対する期待値を取ったものである。
A replica created from the position candidate ψ, the normalized filter candidate g, and the statistics of the propagation path information acquired by the propagation learning process is expressed as follows from the equation (3).
Is the replica transmission signal created from the estimated normalization filter candidate g
Autocorrelation
And the channel response of the k-th antenna of the i-th sensor 12 and the l-th antenna of the j-th sensor 12 created from the estimated candidate position ψ and the statistics of the dynamic channel response acquired in the channel learning process.
Convolve the cross-correlation of
Is the expected value for.

また、
は畳み込みに対して絶対値を取った後に
に対する期待値を取ったものである。よって、式(17)、式(18)、式(21)を用いて、未知発信源の位置および規格化フィルタを以下の最尤推定法によって推定できる。
式(22)において未知発信源の位置および規格化フィルタの2つのパラメータを変化させ、実際の受信信号から作成した
とレプリカから作成した
との差の二乗和が最小となったものがそれら2つのパラメータの推定値となる。また、真値同士の相互相関を引いた値は雑音となる。
Also,
After taking the absolute value for the convolution
Is the expected value for. Therefore, using the equations (17), (18), and (21), the position of the unknown transmission source and the normalized filter can be estimated by the following maximum likelihood estimation method.
The two parameters of the unknown source position and the normalization filter were changed in the equation (22), and created from the actual received signal.
And created from replica
The sum of the squares of the differences is the estimated value of these two parameters. A value obtained by subtracting the cross-correlation between true values is noise.

3.DSMを実現するための送信電力推定
式(9)および式(22)を用いることで未知発信源の位置推定を行うことができるが、DSMのスペクトラムマップ作成のためには未知発信源の送信電力も知る必要がある。そこで、未知発信源の位置推定後に学習した伝搬路情報およびRSSIを用いることで、以下の最尤推定法から未知発信源の送信電力Ptxを推定する。
3. Transmission power estimation for realizing DSM The position of an unknown transmission source can be estimated by using Equations (9) and (22). To create a DSM spectrum map, the transmission power of an unknown transmission source can be estimated. You also need to know. Therefore, the transmission power P tx of the unknown source is estimated from the following maximum likelihood estimation method by using the propagation path information and RSSI learned after estimating the position of the unknown source.

ただし、
であり、平均受信電力を表している。また、Ptx,0は未知発信源の真の送信電力であり、
は未知発信源の推定送信電力および学習した伝搬路情報から作成した推定平均受信電力である。式(23)において未知発信源の送信電力をパラメータとして変化させ、実際の平均受信電力との差の和が最小となったものが送信電力パラメータの推定値となる。
However,
And represents the average received power. P tx, 0 is the true transmission power of the unknown source,
Is the estimated average received power created from the estimated transmit power of the unknown source and the learned propagation path information. In Equation (23), the transmission power of the unknown transmission source is changed as a parameter, and the sum of the difference from the actual average reception power is minimized to be an estimated value of the transmission power parameter.

4.検出システム
図4は、本発明の実施例に係る屋内環境における位置推定と特徴量のイメージを示す。屋内環境として、教室が想定され、教室には、第1センサ12a、第2センサ12b、第3センサ12cが設置される。また、教室には、携帯端末302を携帯した人がいる。また、図4では、各センサ12において、携帯端末302から出力された信号による伝搬路応答、遅延時間も示される。
4). FIG. 4 shows an image of position estimation and feature amounts in an indoor environment according to an embodiment of the present invention. A classroom is assumed as the indoor environment, and the first sensor 12a, the second sensor 12b, and the third sensor 12c are installed in the classroom. In the classroom, there is a person who carries the mobile terminal 302. FIG. 4 also shows a propagation path response and a delay time due to a signal output from the mobile terminal 302 in each sensor 12.

図5は、本発明の実施例に係る検出システム300の処理手順を示す。検出システム300は、例えば、不正行為検出システムであり、図5は、不正行為検出システムの目指す全体像と、位置指紋の学習から位置推定を行うまでのフローチャートを示す。図5に示した通り、検出システム300は、信号発信源である携帯端末302、それを受信する複数のセンサ12からなるセンサ群、位置指紋を実空間にマッピングするカメラ、そして位置指紋と実空間を紐づけて保存し、統計化や特徴量抽出を行うデータベースが含まれた発信源推定装置50の4つの要素で成り立っている。   FIG. 5 shows a processing procedure of the detection system 300 according to the embodiment of the present invention. The detection system 300 is, for example, a fraud detection system, and FIG. 5 shows a flowchart from the learning of the position fingerprint to the position estimation from the overall image aimed by the fraud detection system. As shown in FIG. 5, the detection system 300 includes a mobile terminal 302 that is a signal transmission source, a sensor group that includes a plurality of sensors 12 that receive the signal, a camera that maps the position fingerprint to the real space, and the position fingerprint and the real space. Are stored in association with each other, and are composed of four elements of the transmission source estimation apparatus 50 including a database for performing statistics and feature quantity extraction.

学習プロセスでは、日常的に使用されている携帯端末302から発信される信号を複数のセンサ12で受信し、位置指紋を作成する。位置指紋は離散的に配置されている席ごとの特徴量であるが、これだけでは実空間上の位置と関係を持たないため、カメラや、すでに実空間に紐づけて学習されている位置指紋を用いて、実空間上の位置の情報と紐付けることで位置の関数とする必要がある。発信源推定装置50は、このようにして位置情報を紐付けられた位置指紋を、位置の関数としてデータベースに記録する。さらにデータベースでは、位置指紋を記録する機能だけではなく、蓄積された位置指紋を統計的に処理することで、特徴量を強調するなど、より効率的な学習を行う。   In the learning process, signals transmitted from the portable terminals 302 that are used on a daily basis are received by the plurality of sensors 12, and a position fingerprint is created. The position fingerprint is a feature value for each seat that is discretely arranged, but this alone has no relation to the position in the real space, so the position fingerprint that has already been learned in association with the real space can be used. It is necessary to use it as a function of position by associating it with information on the position in real space. The transmission source estimation apparatus 50 records the position fingerprint associated with the position information in this way in the database as a function of the position. Furthermore, the database performs not only the function of recording the position fingerprint but also more efficient learning such as enhancing the feature amount by statistically processing the accumulated position fingerprint.

推定プロセスでは、まずはじめに、受信された信号が試験会場内から発信されたものであるかどうか受信電力から判断する。受信電力が十分に大きければ、試験会場内から通信が行われたと判断し、位置推定を行う。推定プロセスでは、学習プロセスと同様に、発信源推定装置50が、携帯端末302から発信される信号を複数センサで受信して位置指紋を作成し、位置の関数として学習された位置指紋と比較を行い、最も近い位置指紋が紐付けられた席を位置推定結果として出力する。   In the estimation process, first, it is determined from the received power whether or not the received signal is transmitted from within the test site. If the received power is sufficiently large, it is determined that communication has been performed from within the test site, and position estimation is performed. In the estimation process, similar to the learning process, the transmission source estimation device 50 receives a signal transmitted from the mobile terminal 302 by a plurality of sensors, creates a position fingerprint, and compares it with the position fingerprint learned as a function of the position. And the seat with the closest position fingerprint is output as the position estimation result.

5.実験環境
検出システム300の実証を行うために、携帯端末302として、LTE(Long Term Evolution)端末を用いた位置推定の実験を行った。図6は、検出システム300に対する屋内実験の緒元を示し、図7は、検出システム300に対する実験環境を示す。実験環境は、10.8m×16.85mの教室であり、部屋の四隅にアンテナ1本のセンサを配置した。これらは、第1アンテナ60aから第4アンテナ60dと示される。部屋の中央に3本の円形アレーアンテナ(間隔0.45λ)のセンサを配置した。これらは、第5アンテナ60eから第7アンテナ60gと示される。
5. Experimental environment In order to verify the detection system 300, an experiment of position estimation using an LTE (Long Term Evolution) terminal as the portable terminal 302 was performed. FIG. 6 shows the specifications of the indoor experiment for the detection system 300, and FIG. 7 shows the experimental environment for the detection system 300. The experimental environment was a classroom of 10.8 m x 16.85 m, and sensors with one antenna were placed at the four corners of the room. These are indicated as the first antenna 60a to the fourth antenna 60d. In the center of the room, sensors with three circular array antennas (interval 0.45λ) were arranged. These are denoted as the fifth antenna 60e to the seventh antenna 60g.

測定間隔は試験などが行われると想定し、横方向1.2m、縦方向0.78mの2席間隔、合計114席で測定を行った。また、教室の環境は変動しないが、不正行為をする端末自身は一定の位置に定まらない準静的な環境を想定するために、各席の測定は、送信端末を2cmごとに動かし、合計10点の測定を行った。このとき各測定点では2点ずつ測定し、席ごとに合計20サンプルの測定を行っている。このような環境の中で本実験ではLTE端末から送信される信号を受信し、各席における伝搬路情報を位置指紋情報として得ることを考える。なお、今回はカメラを用いた位置情報の紐づけは行わず、学習対象となる席は既知のものとしている。また、今回センサ間の時間同期は校正済みであり、実証実験のためにLTE端末は1台である。さらに、今後の説明のために席番号を左上の席から右へ1、2、3と定義する。   The measurement interval was assumed to be a test, and the measurement was performed at a distance of 2 seats in the horizontal direction of 1.2 m and in the vertical direction of 0.78 m, for a total of 114 seats. Also, in order to assume a quasi-static environment in which the classroom environment does not change, but the terminal that performs the fraudulent act itself is not fixed, the measurement of each seat is performed by moving the transmitting terminal every 2 cm. Point measurements were taken. At this time, two points are measured at each measurement point, and a total of 20 samples are measured for each seat. In such an environment, in this experiment, a signal transmitted from the LTE terminal is received and propagation path information at each seat is obtained as position fingerprint information. Note that this time, position information is not linked using a camera, and the seat to be learned is known. In addition, the time synchronization between the sensors has been calibrated this time, and there is one LTE terminal for the demonstration experiment. Furthermore, for future explanation, the seat numbers are defined as 1, 2, 3 from the upper left seat to the right.

6.統計的学習
本実験で用いる統計的学習は、複数センサのアンテナ間受信信号相互相関が伝搬路応答の情報を含む性質を利用する。これは、既存の位置指紋法では伝搬路応答に含まれるRSSI、TDOA、DOAの中で、一部の情報を用いた位置推定が一般であるが、ここでは伝搬路応答の情報すべてを利用することができる。本実施例では、このアンテナ間の受信信号相互相関を位置指紋とし、さらに、アンテナ間の受信信号相互相関の性質から、既知の基準信号系列を用いた手法を提案する。
6). Statistical learning The statistical learning used in this experiment utilizes the property that the cross-correlation between received signals of multiple sensors includes information on the channel response. This is because position estimation using a part of information is common among RSSI, TDOA, and DOA included in the propagation path response in the existing position fingerprint method, but here, all the information of the propagation path response is used. be able to. In the present embodiment, a method using the received signal cross-correlation between the antennas as a position fingerprint and a known reference signal sequence is proposed from the nature of the received signal cross-correlation between the antennas.

6.1基準信号系列の自己相関
アンテナ間の受信信号相互相関には、伝搬路応答のほか、送信信号の自己相関の情報が畳み込まれている。送信信号の自己相関は位置推定に関する情報が含まれていないため、位置に関係なく変動が少ないものが望ましい。しかし、送信信号の変調方式は常に一定とは限らないため、送信信号の自己相関の形状は時々刻々と変化する。そこで、無線通信システムの基準信号系列を用いることを考える。この系列は情報量を運ばずに、シンボル同期や伝搬路品質の推定を行うための系列であり、系列パターンは一般に既知である。
6.1 Autocorrelation of reference signal sequence The reception signal cross-correlation between antennas convolves information on the autocorrelation of the transmission signal in addition to the propagation path response. Since the autocorrelation of the transmission signal does not include information related to position estimation, it is desirable that there is little fluctuation regardless of the position. However, since the modulation scheme of the transmission signal is not always constant, the shape of the autocorrelation of the transmission signal changes every moment. Therefore, consider using a reference signal sequence of a wireless communication system. This sequence is a sequence for carrying out symbol synchronization and channel quality estimation without carrying the amount of information, and the sequence pattern is generally known.

基準信号系列には通常PN系列などの擬似雑音行列が用いられており、自己相関が遅延時間τ=0でのみ高い値を示すことが知られている。そのため、既知の基準信号系列のアンテナ間受信信号相互相関を位置指紋とすることにより、送信信号の自己相関が一定な、伝搬路応答のみに依存する位置指紋を得ることが可能となり、より高精度な位置推定が行えると考えられる。本実施例では実際に、既知の基準信号系列を用いた受信信号相互相関による位置指紋の取得を行った。   A pseudo-noise matrix such as a normal PN sequence is usually used as the reference signal sequence, and it is known that the autocorrelation shows a high value only when the delay time τ = 0. Therefore, by using the cross-correlation signal between antennas of a known reference signal sequence as a position fingerprint, it is possible to obtain a position fingerprint that has a constant autocorrelation of the transmission signal and that depends only on the channel response, with higher accuracy. It is thought that accurate position estimation can be performed. In the present embodiment, the position fingerprint was actually acquired by the received signal cross-correlation using a known reference signal sequence.

6.2LTEの基準信号系列
実験環境の項で述べた通り、LTEを通信システムとした携帯端末302で実験を行ったため、ここでLTEの上りリンクの仕様について簡単に述べ、本実施例で用いるLTEの基準信号系列について説明する。LTEの上りリンクのはSC−FDMAと呼ばれるOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)の一種である通信方式を採用しており、多数のサブキャリアによる通信が行われる。
6.2 LTE Reference Signal Sequence As described in the experimental environment section, since the experiment was performed with the mobile terminal 302 using LTE as a communication system, the LTE uplink specifications are briefly described here, and the LTE used in this embodiment is used. The reference signal sequence will be described. The LTE uplink employs a communication method called OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) called SC-FDMA, and communication by many subcarriers is performed.

図8は、検出システム300において使用されるLTEのリソースブロックを示す。これは、LTEの周波数とシンボル時間の設計を示す。横方向が時間を表しており、縦方向が周波数リソースを表している。LTEでは最小のリソース単位として、1msのタイムスロットが14または12のシンボルで構成されており、180KHzのリソースブロックが15KHzのサブキャリア12本で構成されている。このような通信チャネルのほかに、シンボル同期を行うDRS(Demodurate ReferenceSignal)と伝搬路品質を推定するためのSRS(SoundingReference Signal)がある。   FIG. 8 shows LTE resource blocks used in the detection system 300. This shows the LTE frequency and symbol time design. The horizontal direction represents time, and the vertical direction represents frequency resources. In LTE, a 1 ms time slot is composed of 14 or 12 symbols as a minimum resource unit, and a 180 kHz resource block is composed of 12 15 kHz subcarriers. In addition to such communication channels, there are DRS (Demodulate Reference Signal) for symbol synchronization and SRS (Sounding Reference Signal) for estimating channel quality.

本実施例では、伝搬路推定用のSRSを利用した。SRSは伝搬路推定のための基準信号系列であり、その目的から広帯域信号(6−110RB)となっており、通信中は定期的(2、5、10、20、40、80、160、320msごと)に送信される。そのため、比較的頻繁に広帯域の基準信号系列を得られるといえる。SRSの帯域幅と送信間隔はオペレータ依存であるが、本実施例では、SRSの帯域幅として3.6MHz=20RBを使用した。   In the present embodiment, SRS for propagation path estimation is used. SRS is a reference signal sequence for propagation path estimation, which is a wideband signal (6-110RB) for the purpose, and is periodically (2, 5, 10, 20, 40, 80, 160, 320 ms) during communication. Every). Therefore, it can be said that a broadband reference signal sequence can be obtained relatively frequently. Although the SRS bandwidth and the transmission interval depend on the operator, in this embodiment, 3.6 MHz = 20 RB is used as the SRS bandwidth.

SRSの時間信号は、以下の式で定義されるZadoff−Chu系列(ZC系列)のDFTとなっている。
ここで、sSRS(kΔt)はSRSの離散時間信号、kは時間インデックス、Δtはサンプル時間、nはサブキャリアインデックス、uはZC系列のグループ番号、vはグループのシーケンス番号、αはユーザー間直交化パラメタ、NZCはZC系列の系列長、
はサブキャリア数である。
The SRS time signal is a Zadoff-Chu sequence (ZC sequence) DFT defined by the following equation.
Here, s SRS (kΔt) is an SRS discrete time signal, k is a time index, Δt is a sample time, n is a subcarrier index, u is a ZC sequence group number, v is a group sequence number, and α is between users. Orthogonalization parameter, NZC is the sequence length of the ZC sequence,
Is the number of subcarriers.

ZC系列のDFTもまたZC系列であることが知られており、ZC系列のDFT、すなわちSRSの時間信号の自己相関は遅延時間τ=0でのみ高いピーク値を持つ。図9は、検出システム300において使用されるLTEの基準信号によるアンテナ間相互相関を示す。これは、ZC系列を用いたSRSのアンテナ間受信信号相互相関に関するイメージである。このようにして、送信信号の自己相関を排除した、帯域制限された伝搬路応答の情報を含む位置指紋が取得できる。屋内実験では、このSRSを受信することで、各離散位置にある席の位置指紋を取得する。   The ZC sequence DFT is also known to be a ZC sequence, and the autocorrelation of the ZC sequence DFT, that is, the SRS time signal, has a high peak value only when the delay time τ = 0. FIG. 9 shows cross-correlation between antennas based on LTE reference signals used in the detection system 300. This is an image related to the cross-correlation between received signals of SRS antennas using a ZC sequence. In this way, it is possible to obtain a position fingerprint including band-limited channel response information from which the autocorrelation of the transmission signal is eliminated. In an indoor experiment, by receiving this SRS, a position fingerprint of a seat at each discrete position is acquired.

このように取得された位置指紋に対して、統計的処理を行うことで位置指紋を統計的に学習することが可能となり、既存の位置指紋法の問題であった、膨大な指紋取得点数の問題を解決することができる。屋内実験では、席ごとに蓄積した20のデータに対し、19を学習用、1を推定用とすることで学習量を処理した。学習用の19データに対しては、相互相関の遅延時間方向の値についてKL変換を行うことで、特徴量を抽出し時限削減を適当に行った。   It is possible to statistically learn the position fingerprint by performing statistical processing on the position fingerprint acquired in this way, and the problem of the huge number of fingerprint acquisition points that was a problem of the existing position fingerprint method Can be solved. In the indoor experiment, the learning amount was processed by using 19 for learning and 1 for estimation for 20 data accumulated for each seat. For 19 data for learning, KL conversion was performed on the value of the cross-correlation in the delay time direction, thereby extracting the feature amount and appropriately reducing the time limit.

7.推定手法
位置推定では、前節で得られた位置指紋のデータベースに対し、推定用の位置指紋が最も近い席を探索する問題となる。位置指紋の形状をパターンとして見たとき、さまざまなパターンマッチング手法が適応可能であると考えられる。屋内実験では、事前に学習用位置指紋からKL変換基底とその変換後の位置指紋特徴量を取得しているため、推定用位置指紋を席ごとのKL変換基底で変換し、変換後のベクトルについて最尤推定を行うアプローチをとった。
7). Estimation method In the position estimation, it becomes a problem to search for the seat where the position fingerprint for estimation is the closest to the database of the position fingerprint obtained in the previous section. When the shape of the position fingerprint is viewed as a pattern, various pattern matching methods can be applied. In the indoor experiment, since the KL conversion base and the converted position fingerprint feature amount are acquired from the learning position fingerprint in advance, the estimation position fingerprint is converted by the KL conversion base for each seat, and the converted vector is obtained. An approach to maximum likelihood estimation was taken.

8.実験結果
実験諸元は前述の通りであり、TDOA、RSSI、本実施例すべてで20サンプルを用いて20回位置推定を行い、席ごとの位置推定結果の平均距離誤差について評価した。本実施例では、20のサンプルから順番に推定サンプルをひとつずつ取り出して、席ごとに20回の位置推定を行った。図10は、検出システム300と旧来手法との比較を示す。ここでは、横軸が図7に示した席番号、縦軸が席ごとの平均距離誤差であり、TDOA、RSSI、本実施例のすべての席の推定距離誤差平均はそれぞれ3.94m、3.02m、0.42mとなっている。これらから、本実施例が大幅に推定精度を改善しているといえる。
8). Experimental results The experimental specifications were as described above, and TDOA, RSSI, and all of the present examples performed position estimation 20 times using 20 samples, and evaluated the average distance error of the position estimation result for each seat. In this example, the estimated samples were taken out one by one from the 20 samples, and the position was estimated 20 times for each seat. FIG. 10 shows a comparison between the detection system 300 and the traditional method. Here, the horizontal axis is the seat number shown in FIG. 7, and the vertical axis is the average distance error for each seat, and the average estimated distance error of all seats in TDOA, RSSI, and this embodiment is 3.94 m, 3. 02m and 0.42m. From these, it can be said that the present embodiment greatly improves the estimation accuracy.

図11は、検出システム300の平均誤差範囲を示す。これは、本実施例について、その誤差を円で可視化したものである。これから、本実施例の誤りは高々隣席までであり、検出システム300の求める位置推定精度としては十分であることがわかる。   FIG. 11 shows the average error range of the detection system 300. In this embodiment, the error is visualized by a circle. From this, it can be seen that the error of this embodiment is at most up to the adjacent seat, which is sufficient as the position estimation accuracy required by the detection system 300.

9.装置構成
図12は、本発明の実施例に係る発信源推定装置50の構成を示す図である。フュージョンセンタ10は、取得部70、第1導出部72、記憶部74、第2導出部76、選択部78、出力部80を含む。まず、(i)単一アンテナの場合について説明する。取得部70は、離散的な複数の候補位置のいずれかの近傍に配置された携帯端末302から送信された送信信号が、互いに異なった既知位置に配置された複数のセンサ12のそれぞれにおいて受信されており、複数のセンサ12のそれぞれから受信信号を取得する。ここで、離散的な複数の候補位置は、図7に示した各席に相当する。受信信号は、式(1)のように示される。
9. Device Configuration FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a transmission source estimation device 50 according to an embodiment of the present invention. The fusion center 10 includes an acquisition unit 70, a first derivation unit 72, a storage unit 74, a second derivation unit 76, a selection unit 78, and an output unit 80. First, (i) the case of a single antenna will be described. In the acquisition unit 70, a transmission signal transmitted from the mobile terminal 302 disposed in the vicinity of any one of the plurality of discrete candidate positions is received by each of the plurality of sensors 12 disposed at different known positions. The reception signal is acquired from each of the plurality of sensors 12. Here, the plurality of discrete candidate positions correspond to the respective seats shown in FIG. The received signal is expressed as shown in Equation (1).

第1導出部72は、取得部70において取得した受信信号に対してセンサ12間における相互相関を導出するとともに、相互相関の絶対値の期待値を導出する。第1導出部72での処理は、式(5)から式(7)に相当する。特に、相互相関の絶対値の期待値は、式(5)に相当する。   The first deriving unit 72 derives a cross-correlation between the sensors 12 with respect to the reception signal acquired by the acquiring unit 70 and derives an expected value of the absolute value of the cross-correlation. The processing in the first deriving unit 72 corresponds to Expression (5) to Expression (7). In particular, the expected value of the absolute value of the cross-correlation corresponds to Equation (5).

記憶部74は、第1導出部72において導出した期待値に対するレプリカを予め記憶する。このようなレプリカは、各候補位置に対して、予め取得されている。前述のごとく、レプリカを導出するために、ひとつの候補位置に含まれた各測定点では2点ずつ測定しているので、候補位置ごとに合計20サンプルの測定を行っている。つまり、ひとつのレプリカは、ひとつの候補位置の近傍における複数の測定点のそれぞれからの受信信号を反映させて生成されている。具体的に説明すると、レプリカは、式(8)のように示されており、測定点からの受信信号をもとに導出されたレプリカを、複数の測定点にわたって平均することによって、ひとつの候補位置に対するレプリカが導出される。   The storage unit 74 stores in advance a replica for the expected value derived by the first deriving unit 72. Such a replica is acquired in advance for each candidate position. As described above, since two points are measured at each measurement point included in one candidate position in order to derive a replica, a total of 20 samples are measured for each candidate position. That is, one replica is generated by reflecting received signals from each of a plurality of measurement points in the vicinity of one candidate position. More specifically, the replica is expressed as in equation (8), and one candidate is obtained by averaging the replica derived based on the received signal from the measurement point over a plurality of measurement points. A replica for the position is derived.

第2導出部76は、記憶部74に記憶したレプリカと、第1導出部72において導出した期待値との誤差を導出する。選択部78は、第2導出部76における候補位置を変更したレプリカを使用しながら、第2導出部76に対して処理を繰り返し実行させることによって導出された複数の誤差から、ひとつの誤差を選択する。この処理は、式(9)において、最小値を選択することに相当する。出力部80は、選択部78において選択した誤差に対応した候補位置を、携帯端末302が存在する座席の位置として出力する。   The second deriving unit 76 derives an error between the replica stored in the storage unit 74 and the expected value derived by the first deriving unit 72. The selecting unit 78 selects one error from a plurality of errors derived by causing the second deriving unit 76 to repeatedly execute the process while using the replica whose candidate position is changed in the second deriving unit 76. To do. This process corresponds to selecting the minimum value in Equation (9). The output unit 80 outputs the candidate position corresponding to the error selected by the selection unit 78 as the position of the seat where the mobile terminal 302 exists.

次に、(ii)複数アンテナの場合について説明する。取得部70は、センサ12に複数のアンテナ60が備えられている場合、アンテナ60ごとの受信信号を取得する。受信信号は、式(10)、式(11)のように示される。第1導出部72は、異なったセンサ12に備えられたアンテナ60間において、相互相関の絶対値の期待値を導出する。相互相関の絶対値の期待値は、式(18)に相当する。また、第1導出部72は、同一のセンサ12に備えられたアンテナ60間における受信信号の相互相関の期待値も導出する。相互相関の期待値は、式(17)に相当する。   Next, (ii) the case of multiple antennas will be described. When the sensor 12 includes a plurality of antennas 60, the acquisition unit 70 acquires a reception signal for each antenna 60. The received signal is expressed as in equations (10) and (11). The first deriving unit 72 derives the expected value of the absolute value of the cross-correlation between the antennas 60 provided in different sensors 12. The expected value of the absolute value of the cross correlation corresponds to Expression (18). The first deriving unit 72 also derives an expected value of the cross-correlation of received signals between the antennas 60 provided in the same sensor 12. The expected value of cross-correlation corresponds to equation (17).

第2導出部76は、異なったセンサ12に備えられたアンテナ60間に対する期待値とレプリカから誤差を導出するとともに、同一のセンサ12に備えられたアンテナ60間における期待値とレプリカからも誤差を導出する。前者は、式(22)の右辺の第2項に相当し、後者は、式(22)の右辺の第1項に相当する。   The second deriving unit 76 derives an error from the expected value and the replica between the antennas 60 provided in different sensors 12 and also calculates the error from the expected value and the replica between the antennas 60 provided in the same sensor 12. To derive. The former corresponds to the second term on the right side of Equation (22), and the latter corresponds to the first term on the right side of Equation (22).

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのCPU、メモリ、その他のLSIで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。   This configuration can be realized in terms of hardware by a CPU, memory, or other LSI of any computer, and in terms of software, it can be realized by a program loaded in the memory, but here it is realized by their cooperation. Draw functional blocks. Accordingly, those skilled in the art will understand that these functional blocks can be realized in various forms by hardware only, software only, or a combination thereof.

10.変形例
実施例では、教室で試験が行なわれている状況を想定し、そのような状況に検出システムを適用している。その際、検出システムによって、教室に持ち込まれている携帯端末を特定することによって、試験における不正行為が抑制される。一方、変形例では、工場でプレス機等が動作している状況を想定し、そのような状況に検出システムを適用している。その際、検出システムによって、工場内の携帯端末を特定することによって、工場内に存在する作業員が認識される。試験が行なわれている教室では、人が動作することによって伝搬環境が変動する。一方、工場では、人が動作することによって伝搬環境が変動するとともに、プレス機等の動作によっても伝搬環境が変動する。そのため、工場での伝搬環境の変動は、教室での伝搬環境の変動よりも大きくなる傾向にある。
10. In the embodiment, a situation where a test is performed in a classroom is assumed, and the detection system is applied to such a situation. At that time, the detection system identifies the mobile terminal brought into the classroom, thereby suppressing fraud in the test. On the other hand, in the modified example, a situation is assumed in which a press machine or the like is operating in a factory, and the detection system is applied to such a situation. In that case, the worker who exists in a factory is recognized by specifying a portable terminal in a factory by a detection system. In the classroom where the test is being conducted, the propagation environment fluctuates due to human movement. On the other hand, in a factory, the propagation environment varies as a person operates, and the propagation environment also varies depending on the operation of a press or the like. Therefore, the fluctuation of the propagation environment in the factory tends to be larger than the fluctuation of the propagation environment in the classroom.

図13(a)−(b)は、本発明の変形例において使用されるプレス機230の構成を示す図である。これは、工場に設置されている機械の一例であり、機械はこれに限定されない。プレス機230は、フレーム210、ボルスタ212、スライド214、コネクティングロッド216、クランクシャフト218、スライドギブ220、フライホイル/クラッチ222を含む。   FIGS. 13A to 13B are diagrams showing the configuration of the press machine 230 used in the modification of the present invention. This is an example of a machine installed in a factory, and the machine is not limited to this. The press machine 230 includes a frame 210, a bolster 212, a slide 214, a connecting rod 216, a crankshaft 218, a slide give 220, and a flywheel / clutch 222.

フレーム210は、加圧力を受ける。ボルスタ212には、金型が固定される。スライド214には、金型が取り付けられ動作する。コネクティングロッド216は、クランクシャフト218とスライド214を連結しエネルギーを伝える。クランクシャフト218は、回転運動をコネクティングロッド216を介し直線運動に変換する。スライドギブ220は、スライド214の動きを拘束する。フライホイル/クラッチ222は、フライホイルでエネルギーを蓄えクラッチの断続によりスライド214を作動させる。   The frame 210 receives pressure. A mold is fixed to the bolster 212. A mold is attached to the slide 214 to operate. The connecting rod 216 connects the crankshaft 218 and the slide 214 to transmit energy. The crankshaft 218 converts the rotational movement into a linear movement via the connecting rod 216. The slide give 220 restrains the movement of the slide 214. The flywheel / clutch 222 stores energy with the flywheel and operates the slide 214 by the engagement / disengagement of the clutch.

このような構成によって、プレス機230はモータの回転をクランクシャフト218に伝え、コネクティングロッド216を介しスライドギブ220に拘束されたスライド214を上下させる。スライド214は往復運動(一般的には上下)をしそれに対し固定されたボルスタ212がある。ボルスタ212はベッド上に固定されフレーム210、タイロッド等によりスライド駆動機構部と連結され加圧力を受ける構造になる。   With such a configuration, the press machine 230 transmits the rotation of the motor to the crankshaft 218 and moves the slide 214 constrained to the slide give 220 via the connecting rod 216 up and down. The slide 214 reciprocates (generally up and down) and has a bolster 212 fixed thereto. The bolster 212 is fixed on the bed and is connected to the slide drive mechanism by a frame 210, a tie rod or the like, and receives a pressure.

図13(a)では、スライド214が上下運動の上の位置に配置され、図13(b)では、スライド214が上下運動の下の位置に配置されている。スライド214の位置が異なることによって、伝搬環境が異なる。プレス機230の動作によって、図13(a)の状態と図13(b)の状態とが反復的に繰り返される。その結果、伝搬環境が変動する。   In FIG. 13A, the slide 214 is arranged at a position above the vertical movement, and in FIG. 13B, the slide 214 is arranged at a position below the vertical movement. The propagation environment varies depending on the position of the slide 214. By the operation of the press machine 230, the state of FIG. 13A and the state of FIG. 13B are repeated repeatedly. As a result, the propagation environment varies.

変形例に係る検出システム300は、図5と同様のタイプであり、変形例に係る発信源推定装置50は、図12と同様のタイプである。ここでは、差異を中心に説明する。記憶部74に記憶されたひとつのレプリカは、物体の各移動位置のそれぞれに応じた受信信号を反映させて生成されている。つまり、これまでのように候補位置の近傍に複数の測定点を設定して、各測定点でのレプリカが生成されているだけではなく、ひとつの測定点においても、図13(a)の状態でのレプリカと図13(b)の状態でのレプリカとが生成されている。ひとつの候補位置のレプリカは、これらのレプリカが平均されることによって生成されている。   The detection system 300 according to the modified example is the same type as in FIG. 5, and the transmission source estimating apparatus 50 according to the modified example is the same type as in FIG. Here, the difference will be mainly described. One replica stored in the storage unit 74 is generated by reflecting a received signal corresponding to each moving position of the object. That is, not only a plurality of measurement points are set in the vicinity of the candidate position and replicas at each measurement point are generated as in the past, but also at one measurement point, the state of FIG. And the replica in the state of FIG. 13B are generated. A replica at one candidate position is generated by averaging these replicas.

本発明の実施例によれば、離散的な複数の候補位置のそれぞれに対するレプリカをもとに、携帯端末の位置を推定するので、推定すべき位置の候補を限定できる。また、推定すべき位置の候補が限定されるので、処理量の増加を抑制できる。また、レプリカは予め取得されているので、処理量の増加を抑制できる。また、推定すべき位置の候補を座席に対応づけるので、処理量の増加を抑制しながら、推定精度の悪化も抑制できる。また、ひとつのレプリカは、ひとつの候補位置の近傍における複数の位置のそれぞれからの受信信号を反映させて生成されているので、携帯端末の位置がずれることによる影響を低減できる。また、ひとつのレプリカは、機械の動作位置を反映させるように生成されているので、機械の動作による影響を低減できる。また、処理量の増加が抑制されるので、コストを低減できる。   According to the embodiment of the present invention, since the position of the mobile terminal is estimated based on the replicas for each of the plurality of discrete candidate positions, the position candidates to be estimated can be limited. Moreover, since the position candidates to be estimated are limited, an increase in the processing amount can be suppressed. Further, since the replica is acquired in advance, an increase in the processing amount can be suppressed. Moreover, since the position candidate to be estimated is associated with the seat, it is possible to suppress the deterioration of the estimation accuracy while suppressing an increase in the processing amount. In addition, since one replica is generated by reflecting received signals from each of a plurality of positions in the vicinity of one candidate position, it is possible to reduce the influence due to the shift of the position of the mobile terminal. Further, since one replica is generated so as to reflect the operating position of the machine, the influence due to the operation of the machine can be reduced. Moreover, since the increase in the processing amount is suppressed, the cost can be reduced.

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。   In the above, this invention was demonstrated based on the Example. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements, and such modifications are also within the scope of the present invention.

10 フュージョンセンタ、 12 センサ、 14 未知送信源、 16 既知情報データベース、 50 発信源推定装置、 60 アンテナ、 70 取得部、 72 第1導出部、 74 記憶部、 76 第2導出部、 78 選択部、 80 出力部、 100 DSMシステム、 300 検出システム、 302 携帯端末。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fusion center, 12 Sensor, 14 Unknown transmission source, 16 Known information database, 50 Transmission source estimation apparatus, 60 Antenna, 70 Acquisition part, 72 1st derivation part, 74 Storage part, 76 2nd derivation part, 78 Selection part, 80 output unit, 100 DSM system, 300 detection system, 302 mobile terminal.

Claims (5)

離散的な複数の候補位置のいずれかの近傍に配置された発信源から送信された送信信号が、互いに異なった既知位置に配置された複数のセンサのそれぞれにおいて受信されており、前記複数のセンサのそれぞれから受信信号を取得する取得部と、
前記取得部において取得した受信信号に対してセンサ間における相互相関を導出するとともに、相互相関の絶対値の平均として予期される期待値を導出する第1導出部と、
前記第1導出部において導出した期待値から減算すべきレプリカであって、かつ発信源の送信電力が1の電力スペクトルである規格化フィルタの候補から作成したレプリカ送信信号の自己相関と、候補位置および伝搬学習プロセスで取得した2つのセンサ間の伝送路特性の相互相関とを畳み込んでから、絶対値を計算した後に、平均として予期される期待値として導出されるレプリカと、前記第1導出部において導出した期待値との誤差を導出する第2導出部と、
前記第2導出部における候補位置を変更しながら、前記第2導出部に対して処理を繰り返し実行させることによって導出された複数の誤差から、最小の誤差を選択する選択部と、
前記選択部において選択した誤差に対応した候補位置を、発信源が設置された位置として出力する出力部とを備え、
前記第2導出部において使用されるレプリカは、各候補位置に対して、予め取得されていることを特徴とする発信源推定装置。
A transmission signal transmitted from a transmission source arranged near any one of a plurality of discrete candidate positions is received by each of a plurality of sensors arranged at different known positions, and the plurality of sensors An acquisition unit for acquiring a reception signal from each of the
A first derivation unit for deriving a cross-correlation between sensors with respect to the reception signal acquired in the acquisition unit, and deriving an expected value expected as an average of absolute values of the cross-correlation;
Auto-correlation of a replica transmission signal created from a candidate for a normalization filter that is a replica to be subtracted from the expected value derived in the first deriving unit and has a transmission power of 1 at the transmission source, and a candidate position And the replica derived as an expected value expected as an average after calculating the absolute value after convolving the cross-correlation of the transmission path characteristics between the two sensors acquired in the propagation learning process, and the first derivation A second derivation unit for deriving an error from the expected value derived in the unit;
A selection unit that selects a minimum error from a plurality of errors derived by causing the second derivation unit to repeatedly execute a process while changing a candidate position in the second derivation unit;
An output unit that outputs a candidate position corresponding to the error selected in the selection unit as a position where a transmission source is installed;
The replica used in the second derivation unit is acquired in advance for each candidate position.
前記第2導出部において使用されるひとつのレプリカは、ひとつの候補位置の近傍における複数の既知位置のそれぞれからセンサまでの伝送路特性を平均することによって生成されていることを特徴とする請求項1に記載の発信源推定装置。 The one replica used in the second derivation unit is generated by averaging transmission path characteristics from each of a plurality of known positions in the vicinity of one candidate position to the sensor. The transmission source estimation apparatus according to 1. 前記第2導出部において使用されるひとつのレプリカは、既知発信源の各移動位置のそれぞれからセンサまでの伝送路特性を平均することによって生成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の発信源推定装置。 The one replica used in the second derivation unit is generated by averaging transmission path characteristics from each moving position of the known transmission source to the sensor. The source estimation apparatus described. 前記取得部は、センサに複数のアンテナが備えられている場合、アンテナごとの受信信号を取得し、
前記第1導出部は、異なったセンサに備えられたアンテナ間において、相互相関の絶対値の平均として予期される期待値を導出するとともに、同一のセンサに備えられたアンテナ間における受信信号の相互相関の期待値も導出し、
前記第2導出部は、異なったセンサに備えられたアンテナ間に対する期待値とレプリカから誤差を導出するとともに、同一のセンサに備えられたアンテナ間における期待値とレプリカからも誤差を導出することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の発信源推定装置。
The acquisition unit acquires a reception signal for each antenna when the sensor includes a plurality of antennas;
The first deriving unit derives an expected value that is expected as an average of absolute values of cross-correlation between antennas provided in different sensors, and receives signals between antennas provided in the same sensor. Derived expected correlation value,
The second deriving unit derives an error from an expected value and a replica between antennas provided in different sensors, and derives an error from an expected value and a replica between antennas provided in the same sensor. The transmission source estimation apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein
離散的な複数の候補位置のいずれかの近傍に配置された発信源から送信された送信信号が、互いに異なった既知位置に配置された複数のセンサのそれぞれにおいて受信されており、前記複数のセンサのそれぞれから受信信号を取得するステップと、
取得した受信信号に対してセンサ間における相互相関を導出するとともに、相互相関の絶対値の平均として予期される期待値を導出するステップと、
導出した期待値から減算すべきレプリカであって、かつ発信源の送信電力が1の電力スペクトルである規格化フィルタの候補から作成したレプリカ送信信号の自己相関と、候補位置および伝搬学習プロセスで取得した2つのセンサ間の伝送路特性の相互相関とを畳み込んでから、絶対値を計算した後に、平均として予期される期待値として導出されるレプリカと、導出した期待値との誤差を導出するステップと、
候補位置を変更しながら、前記誤差を導出するステップに対して処理を繰り返し実行させることによって導出された複数の誤差から、最小の誤差を選択するステップと、
選択した誤差に対応した候補位置を、発信源が設置された位置として出力するステップとを備え、
前記誤差を導出するステップにおいて使用されるレプリカは、各候補位置に対して、予め取得されていることを特徴とする発信源推定方法。
A transmission signal transmitted from a transmission source arranged near any one of a plurality of discrete candidate positions is received by each of a plurality of sensors arranged at different known positions, and the plurality of sensors Obtaining received signals from each of the
Deriving a cross-correlation between sensors for the acquired received signal and deriving an expected value expected as an average of absolute values of the cross-correlation;
Auto-correlation of replica transmission signal created from a candidate for a normalization filter that is a replica to be subtracted from the derived expected value and the transmission power of the transmission source is 1, and acquired by candidate position and propagation learning process After calculating the absolute value after convolving the cross-correlation of the transmission path characteristics between the two sensors , the error between the expected value expected as the average and the derived expected value is derived. Steps,
Selecting a minimum error from a plurality of errors derived by repeatedly executing a process for the step of deriving the error while changing a candidate position;
Outputting a candidate position corresponding to the selected error as a position where the transmission source is installed,
A source estimation method, wherein a replica used in the step of deriving the error is acquired in advance for each candidate position.
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