JP7056616B2 - アンテナ配置方法およびアンテナ選択方法 - Google Patents

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Description

本発明は、無線信号の伝搬チャネル情報から物体検知を行うシステムにおけるアンテナ配置方法およびアンテナ選択方法に関する。
近年、無線信号における信号強度情報であるＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）を応用した様々なサービスが利用されている。例えば、無線ＬＡＮ（Local Area Network）システムを用いた無線端末局の位置提供サービスでは、無線端末局が複数の無線基地局から送信されるビーコン信号のＲＳＳＩを測定し、測定した複数のＲＳＳＩから無線端末局の位置を計算する技術が用いられている（例えば、非特許文献１）。また、ＲＳＳＩを応用した他のサービスとして、ＲＳＳＩの変動特性から人の行動（呼吸・動作）や物体などを検知する技術が検討されている（例えば、非特許文献２）。また、検知精度のさらなる向上に向けて、各システムで用いる信号の周波数帯域の平均値であるＲＳＳＩに加えて、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調の各サブキャリアにおける伝搬チャネル情報（ＣＳＩ：Channel State Information）を用いて物体などの検知を行う技術が検討されている。ここで、無線ＬＡＮシステムにおける伝搬チャネル情報とは、無線基地局のアンテナと無線端末局のアンテナとの間の伝搬路におけるＯＦＤＭ変調のサブキャリアごとの振幅やアンテナ間の位相差などの情報である。例えば、非特許文献３では、伝搬チャネル情報を用いることで、人物などの物体の位置推定や行動検知などを高精度化する技術が検討されている。
Navarro Eduardo,2011."Wi-Fi Localization Using RSSI Fingerprinting",California Polytechnic State University,United States of America. http://digitalcommons.calpoly.edu/cpesp/17/ (17 Aug. 2011) Wang,Wei,et al."Understanding and modeling of wifi signal based human activity recognition."Proceedings of the 21st annual international conference on mobile computing and networking.ACM,2015. Yang,Zheng,Zimu Zhou,and Yunhao Liu. "From RSSI to CSI:Indoor localization via channel response."ACM Computing Surveys (CSUR)46.2(2013): 25.
背景技術で説明したように、物体検知や行動検知のサービスを提供する上で検知精度を高くすることは非常に重要である。ここで、無線信号を用いる場合の検知精度は、検知アルゴリズム、送受信機の感度、検知に用いる情報量、検知に用いる送受信機の数および送受信機のアンテナの配置などに依存する。しかしながら、例えば送受信機の数を増やす場合、コストの増加だけでなく、検知精度を高めるためのアンテナの配置方法や選択方法などの課題があり、これらを最適化する手法が十分に検討されていなかった。
本発明では、伝搬チャネル情報から物体検知や行動検知を行う無線検知システムにおいて、検知エリア内の広範囲に無線信号が届き、かつ通信容量が最大となるアンテナ配置によって検知精度を高め、検知精度に大きく寄与するアンテナを選択することによって不要な情報量を削減できるアンテナ配置方法およびアンテナ選択方法を提供することを目的とする。
第１の発明は、少なくとも一組の送信局と受信局との間の検知エリア内の物体を無線信号により検知するシステムのアンテナ配置方法であって、前記送信局は、複数のアンテナを有し、伝搬チャネル情報を測定するための測定信号を送信し、前記受信局は、複数のアンテナを有し、前記測定信号から伝搬チャネル情報の測定を行い、測定結果を検知サーバに通知し、前記検知サーバは、前記伝搬チャネル情報から物体の検知を行うとともに、前記送信局と前記受信局との間の伝搬チャネル行列から通信容量および固有値分布の少なくとも一方を算出し、前記通信容量が最大となるアンテナ配置、または、前記固有値分布の広がりが最も小さいアンテナ配置を決定する処理を行うことを特徴とする。
第２の発明は、第１の発明のアンテナ配置方法において、前記送信局および前記受信局の少なくとも一方のアンテナの信号に重み付けを行う機能を設け、前記検知サーバは、アンテナ配置と重み付け係数との複数の組み合わせ毎に、前記送信局と前記受信局との間の伝搬チャネル行列から通信容量および固有値分布の少なくとも一方を算出し、前記通信容量が最大となるアンテナ配置と重み付け係数との組み合わせ、または、前記固有値分布の広がりが最も小さいアンテナ配置と重み付け係数との組み合わせを決定する処理を行うことを特徴とする。
第３の発明は、第１または第２の発明のアンテナ配置方法において、前記送信局および前記受信局の少なくとも一方のアンテナを切り替える機能を設け、前記検知サーバは、アンテナ配置とアンテナ切替パターンとの複数の組み合わせ毎に、前記送信局と前記受信局との間の伝搬チャネル行列から通信容量および固有値分布の少なくとも一方を算出し、前記通信容量が最大となるアンテナ配置とアンテナ切替パターンとの組み合わせ、または、前記固有値分布の広がりが最も小さいアンテナ配置とアンテナ切替パターンとの組み合わせを決定する処理を行うことを特徴とする。
第４の発明は、第１から第３の発明のいずれかのアンテナ配置方法において、前記通信容量は、Ｉを単位行列、Ｈを全体のノルムを１として正規化された伝搬チャネル行列、Ｈをエルミート行列として、次式により算出される
Ｃ＝ｌｏｇ２ｄｅｔ（Ｉ＋ＨＨＨ）
ことを特徴とする。
第５の発明は、少なくとも一組の送信局と受信局との間の検知エリア内の物体を無線信号により検知するシステムのアンテナ選択方法であって、前記送信局は、複数のアンテナを有し、伝搬チャネル情報を測定するための測定信号を送信し、前記受信局は、複数のアンテナを有し、前記測定信号から伝搬チャネル情報の測定を行い、測定結果を検知サーバに通知し、前記検知サーバは、前記伝搬チャネル情報から物体の検知を行うとともに、前記送信局と前記受信局との間の伝搬チャネル行列から通信容量および固有値分布の少なくとも一方を算出し、前記通信容量が予め決められた閾値以下となるアンテナを選択しない、または、前記固有値分布に予め決められた閾値以上の差があるアンテナを選択しないことを特徴とする。
第６の発明は、第５の発明のアンテナ選択方法において、前記通信容量は、Ｉを単位行列、Ｈを全体のノルムを１として正規化された伝搬チャネル行列、Ｈをエルミート行列として、次式により算出される
Ｃ＝ｌｏｇ２ｄｅｔ（Ｉ＋ＨＨＨ）
ことを特徴とする。
本発明に係るアンテナ配置方法およびアンテナ選択方法は、伝搬チャネル情報から物体検知や行動検知を行う無線検知システムにおいて、検知エリア内の広範囲に無線信号が届き、かつ通信容量が最大となるアンテナ配置によって検知精度を高め、検知精度に大きく寄与するアンテナを選択することによって不要な情報量を削減することができる。
無線検知システムの一例を示す図である。 第１実施形態に係る送信局、受信局および検知サーバの構成例を示す図である。 第１実施形態に係るアンテナ配置方法の処理の一例を示す図である。 第１実施形態に係るアンテナ選択方法の処理の一例を示す図である。 第２実施形態に係る送信局、受信局および検知サーバの構成例を示す図である。 送信局に重み付け部を設ける例を示す図である。 受信局に重み付け部を設ける例を示す図である。 第３実施形態に係る送信局、受信局および検知サーバの構成例を示す図である。 送信局にアンテナ切替部を設ける例を示す図である。 受信局にアンテナ切替部を設ける例を示す図である。 伝搬チャネルの変動率を加えてアンテナ配置を決定する処理の一例を示す図である。
以下、図面を参照して本発明に係るアンテナ配置方法およびアンテナ選択方法の実施形態について説明する。
図１は、無線検知ステム１００の一例を示す。無線検知ステム１００は、無線信号を用いて物体検知や行動検知などを行い、以降で説明する各実施形態に共通のシステムである。図１において、送信局１０１（１）、送信局１０１（２）、受信局１０２（１）、受信局１０２（２）および検知サーバ１０３を備える。ここで、送信局１０１（１）および送信局１０１（２）に共通の説明を行う場合は符号末尾の（番号）を省略して例えば送信局１０１と表記し、特定のブロックを指す場合は符号末尾に（番号）を付加して例えば送信局１０１（１）と表記する。受信局１０２（１）および受信局１０２（２）についても同様に表記する。以降の説明において、同じ機能を有する複数のブロックについても同様に表記する。
図１において、無線検知システム１００は、２台の送信局１０１と２台の受信局１０２との間の伝搬路に存在する物体１５１を、受信局１０２（１）および受信局１０２（２）に接続された検知サーバ１０３により検知する。例えば、送信局１０１（１）から受信局１０２（１）に送信される無線信号は、伝搬路の途中に存在する物体１５１の影響を受ける。同様に、送信局１０１（２）から受信局１０２（２）に送信される無線信号は、伝搬路の途中に存在する物体１５１の影響を受ける。そこで、検知サーバ１０３は、受信局１０２（１）および受信局１０２（２）におけるＲＳＳＩや位相を測定することにより、検知エリア１５０内の物体１５１の位置や動作を検知する。ここで、無線検知システム１００では、少なくとも一組の送信局１０１と受信局１０２とが用いられる。
［第１実施形態］
図２は、第１実施形態に係る送信局、受信局および検知サーバの構成例を示す。なお、図２では、本実施形態に関係する主要な機能ブロックのみを示し、一般的な無線基地局が有する機能ブロックは省略してある。
図２において、送信局１０１は、測定信号生成部２０１、送信部２０２および複数のアンテナ２０３を備える。ここで、送信局１０１は、例えば無線ＬＡＮシステムにおける無線基地局に対応する。
測定信号生成部２０１は、受信局１０２が伝搬チャネル情報を測定するための測定信号（例えば、送信局１０１および受信局１０２が既知信号（伝搬路応答を測定するためのトレーニング信号など））を生成し、送信部２０２に出力する。
送信部２０２は、測定信号生成部２０１で生成された測定信号を配下の受信局１０２宛の例えば無線ＬＡＮ信号に変換し、複数のアンテナ２０３に出力する。
アンテナ２０３は、アンテナ２０３（１）からアンテナ２０３（Ｎ）までのＮ個（Ｎは正の整数）のアンテナを有し、送信部２０２が出力する無線ＬＡＮ信号を電磁波に変換して空中に放射する。なお、アンテナ２０３は、指向性を有していてもよいし、無指向性であってもよい。また、個々のアンテナ２０３は、ケーブルにより接続され、任意の位置に配置できるようになっており、分散アレーアンテナを形成することもできる。この場合、個々のアンテナ２０３の位置を移動する機構を設けて、自動的に位置を変えられるようにしてもよいし、作業者が移動してもよい。また、予め複数の種類のアンテナ２０３を設置しておき、アンテナ２０３の種類（例えば、パラボラアンテナ、平面アンテナ、ダイポールアンテナなど）を切り替えるスイッチで自動的に切り替えられるようにしてもよいし、作業者がケーブルを取り外して種類の異なるアンテナ２０３に接続するようにしてもよい。ここで、自動的にアンテナ２０３の配置や切り替えを行う場合は、後述する検知サーバ１０３のアンテナ配置決定部４０４やアンテナ選択部４０５により移動機構や切り替えスイッチなどが制御される。
図２において、受信局１０２は、複数のアンテナ３０１、受信部３０２、伝搬チャネル情報測定部３０３および通知部３０４を備える。ここで、受信局１０２は、例えば無線ＬＡＮシステムにおける無線端末局に対応する。
アンテナ３０１は、アンテナ３０１（１）からアンテナ３０１（Ｍ）までのＭ個（Ｍは正の整数）のアンテナを有し、送信局１０１から送信された電磁波を受信して無線ＬＡＮ信号に変換する。なお、アンテナ３０１は、指向性を有していてもよいし、無指向性であってもよい。
受信部３０２は、複数のアンテナ３０１で受信した無線信号を伝搬チャネル情報測定部３０３で扱うことができる測定信号に変換し、伝搬チャネル情報測定部３０３に出力する。
伝搬チャネル情報測定部３０３は、受信部３０２から入力する測定信号から伝搬チャネル情報（例えば、各アンテナ間のＲＳＳＩ、位相など）の測定を行い、その測定結果を通知部３０４に出力する。
通知部３０４は、伝搬チャネル情報測定部３０３から入力する伝搬チャネル情報を検知サーバ１０３に伝送可能な形式に変換し、検知サーバ１０３に通知する。また、通知部３０４では、検知サーバ１０３から入力されるアンテナ情報（例えば、アンテナの指定など）に応じて、指定されたアンテナの情報（ＲＳＳＩ、位相などの伝搬チャネル情報）を検知サーバ１０３に通知することもできる。
図２において、検知サーバ１０３は、取得部４０１、検知部４０２、通信容量解析部４０３、アンテナ配置決定部４０４およびアンテナ選択部４０５を備える。
取得部４０１は、受信局１０２から通知される伝搬チャネル情報を取得し、その情報を検知部４０２と通信容量解析部４０３とに出力する。
検知部４０２は、伝搬チャネル情報から物体検知や行動検知の判定を行う。なお、検知結果の情報（検知情報）は、内部に保持されてもよいし、外部に出力されてもよい。また、判定手法については、機械学習によるクラスタリングなどの周知技術を用いることができるが、詳細な説明は省略する。
通信容量解析部４０３は、式（１）を用いて複数のアンテナ間の通信容量Ｃを算出する。
Ｃ＝ｌｏｇ２ｄｅｔ（Ｉ＋ＨＨＨ） …（１）
ここで、Ｉは単位行列、Ｈは全体のノルムを１として正規化された伝搬チャネル行列、Ｈはエルミート行列である。さらに、通信容量解析部４０３は、送信局１０１と受信局１０２との間の伝搬チャネル行列Ｈから複数の固有値を算出し、その分布を取得する。そして、通信容量解析部４０３は、算出した結果をアンテナ配置決定部４０４とアンテナ選択部４０５に出力する。なお、通信容量もしくは固有値分布は、送信局１０１および受信局１０２の設置場所を含むアンテナ配置を変える毎に算出される。
アンテナ配置決定部４０４は、通信容量解析部４０３が出力する各送受信局の通信容量もしくは固有値分布から物体検知に適した送受信局の配置を含むアンテナ配置を決定する。ここで、通信容量を用いる場合は、システム全体の通信容量が最大となるアンテナ配置に決定する。固有値分布を用いる場合は、固有値の大きさが近い（固有値分布の広がりが最も小さい）アンテナ配置に決定する。このようにして、アンテナ配置決定部４０４は、アンテナ配置を決定する。なお、決定されたアンテナ配置の情報は、作業者に分かるように、配置情報として外部に出力するようにしてもよい。また、送信局１０１のアンテナ２０３および受信局１０２のアンテナ３０１のアンテナの配置や切り替えを自動的に行う場合は、アンテナ配置決定部４０４により送信局１０１のアンテナ２０３および受信局１０２のアンテナ３０１に設けられたアンテナの移動機構やアンテナの切り替えスイッチを制御するようにしてもよい。
アンテナ選択部４０５は、通信容量解析部４０３が出力する通信容量もしくは固有値分布の少なくとも一方に基づいて使用するアンテナを選択する。ここで、通信容量を用いる場合は、通信容量が閾値以下のアンテナを選択しないように処理する。固有値分布を用いる場合は、固有値の大きさに閾値以上の差があるアンテナを選択しないように処理する。このようにして、アンテナ選択部４０５は、使用するアンテナを選択することができる。
図３は、第１実施形態に係るアンテナ配置方法の処理の一例を示す。なお、図３に示す処理は、図２で説明した送信局１０１、受信局１０２および検知サーバ１０３により実行される。
ステップＳ１０１において、第１実施形態に係るアンテナ配置方法の処理が開始される。
ステップＳ１０２において、検知エリア１５０を挟むように送信局１０１と受信局１０２を設置する。なお、送信局１０１と受信局１０２の設置は、作業者が行ってもよいし、予め設置された複数の送信局１０１および受信局１０２の中から使用する局を切り替える機構を設けることにより、検知サーバ１０３から自動的に送信局１０１と受信局１０２の設置場所を切り替えられるようにしてもよい。
ステップＳ１０３において、送信局１０１および受信局１０２の少なくとも一方のアンテナの場所を変更する。なお、アンテナの向き、アンテナの種類、アンテナの本数などを含めて変更してもよい。また、アンテナの変更は作業者が行ってもよいし、検知サーバ１０３がプログラムに従って自動的に変更できるようにしてもよい。この場合、例えば、アンテナの場所・向きを変更する機構を送信局１０１および受信局１０２に設けることにより、検知サーバ１０３からの指令により制御できる。また、アンテナの種類は、例えばパラボラアンテナ、平面アンテナ、ダイポールアンテナなどを予め設置しておき、スイッチで切り替えられるようにすることで、検知サーバ１０３からの指令により制御できる。アンテナの本数についても、スイッチで任意のアンテナを選択するようにすれば、検知サーバ１０３からの指令により制御できる。
ステップＳ１０４において、検知エリア１５０内で検知対象（人物などの物体）が行動する。そして、送信局１０１と受信局１０２の各アンテナ間の伝搬チャネル情報の測定が開始され、測定された伝搬チャネル情報が保存される。
ステップＳ１０５において、ステップＳ１０４で保存した各アンテナ間の伝搬チャネル情報から通信容量もしくは固有値分布を算出する。
ステップＳ１０６において、検知対象の行動が終了したか否かを判別する。なお、検知対象の行動が終了したか否かの判別は、予め設定された検知対象の行動のバリエーション（人、物などの判別を含む行動の範囲や動作など種類）が全て完了したか否かにより判別し、全て完了していればステップＳ１０７に移行し、完了していなければステップＳ１０４に移行する。
ステップＳ１０７において、アンテナ変更が終了したか否かを判別する。なお、アンテナ変更が終了したか否かの判別は、アンテナ変更のバリエーション（アンテナの場所、向き、種類および本数などの組み合わせの種類）が全て完了したか否かにより判別し、全て完了していればステップＳ１０８に移行し、完了していなければステップＳ１０３に移行する。なお、アンテナ変更のバリエーションは、予め設定されているものとする。
ステップＳ１０８において、送信局１０１と受信局１０２の変更が終了したか否かを判別する。送信局１０１と受信局１０２の変更が終了したか否かの判別は、送信局１０１と受信局１０２の設置場所のバリエーション（設置場所の種類）が全て完了していればステップＳ１０８に移行し、完了していなければステップＳ１０２に移行する。なお、送信局１０１と受信局１０２の設置場所のバリエーションは、予め設定されているものとする。
ステップＳ１０９において、送信局１０１、受信局１０２、アンテナ配置の決定を行う。送信局１０１および受信局１０２の設置場所を含むアンテナ配置の決定は、各アンテナ配置における通信容量もしくは固有値分布に基づいて行う。例えば、算出した通信容量が最大となるアンテナ配置もしくは固有値分布の広がりが最も小さいアンテナ配置の少なくとも一方を抽出し、抽出したアンテナ配置に決定する。ここで、本実施形態では、送信局１０１および受信局１０２の局の設置場所を変えて最適なアンテナ配置を決定しているので、送信局１０１および受信局１０２の局の配置も含めて決定される。
ステップＳ１１０において、第１実施形態に係るアンテナ配置方法の処理を終了する。
このようにして、本実施形態に係るアンテナ配置方法では、予め決められた検知対象の行動のバリエーション、アンテナ変更のバリエーションおよび送信局１０１と受信局１０２の設置場所のバリエーション、などで与えられる組み合わせ毎に、送信局１０１と受信局１０２と間で測定信号を送受信して伝搬チャネル情報を測定し、測定した複数の組み合わせ毎の通信容量もしくは固有値分布を算出して、物体検知に最適なアンテナ配置を決定することができる。
図４は、第１実施形態に係るアンテナ選択方法の処理の一例を示す。なお、図４に示す処理は、図２で説明した送信局１０１、受信局１０２および検知サーバ１０３を構成する各ブロックにより実行される。なお、図４において、ステップＳ１０２からステップＳ１０８までの処理については、図３で説明したアンテナ配置方法の処理と同じなので、図３と異なる処理について説明する。
ステップＳ２０１において、使用するアンテナの選択が行われる。なお、使用するアンテナの選択は、送信局１０１と受信局１０２との間の通信容量もしくは固有値分布の少なくとも一方に基づいて、使用するアンテナを選択する。例えば、通信容量を用いる場合、アンテナ選択部４０５は、通信容量が閾値以下のアンテナを選択しないようにする。また、固有値分布を用いる場合、アンテナ選択部４０５は、固有値の大きさに閾値以上の差があるアンテナを選択しないようにする。
ステップＳ２０２において、使用するアンテナの設定が行われる。なお、使用するアンテナの設定は、ステップＳ２０１で選択しないと決定されたアンテナを備える送信局１０１および受信局１０２にアンテナ選択部４０５が通知することにより行われる。そして、通知された送信局１０１および受信局１０２は、選択しないと決定されたアンテナに関する情報を検知サーバ１０３に通知しないようにする。これにより、不要な情報を処理する必要がなくなり、効率が向上する。
このようにして、本実施形態に係るアンテナ選択方法では、予め決められた検知対象の行動のバリエーション、アンテナ変更のバリエーションおよび送信局１０１と受信局１０２の設置場所のバリエーション、などで与えられる組み合わせ毎に、送信局１０１と受信局１０２と間で測定信号を送受信して伝搬チャネル情報を測定し、測定した複数の組み合わせ毎の通信容量もしくは固有値分布を算出して、物体検知に使用しないアンテナを選択することができる。このように、本実施形態では、検知精度に大きく寄与しないアンテナを選択しないことによって不要な情報量を削減することができる。
なお、上述のアンテナ配置方法およびアンテナ選択方法では、送信局１０１および受信局１０２の設置場所やアンテナの場所・向き・種類・本数などを変更するようにしたが、検知エリア１５０内の検知対象の物体の材質を変更したり、移動しない物体（机、パーティション、反射板など）の位置や材質を変更して、それぞれ伝搬チャネル情報を測定し、最適なアンテナ配置やアンテナ選択を行うようにしても構わない。これにより、実際に様々な種類の物体が検知エリア１５０内に存在する場合の無線検知システム１００の検出精度を向上することができる。
［第２実施形態］
図５は、第２実施形態に係る送信局１０１ａ、受信局１０２ａおよび検知サーバ１０３ａの構成例を示す。なお、図５では、図２と同様に、本実施形態に関係する主要な機能ブロックのみを示し、一般的な無線基地局が有する機能ブロックは省略してある。また、図５において、図２と同符号のブロックは、図２のブロックと同様の機能を有する。
図５において、送信局１０１ａは、測定信号生成部２０１、送信部２０２、複数のアンテナ２０３および重み付け部２０４を備える。また、受信局１０２ａは、複数のアンテナ３０１、受信部３０２、伝搬チャネル情報測定部３０３、通知部３０４および重み付け部３０５を備える。ここで、送信局１０１ａは、例えば無線ＬＡＮシステムにおける無線基地局に対応し、受信局１０２ａは、例えば無線ＬＡＮシステムにおける無線端末局に対応する。
なお、送信局１０１ａにおいて、測定信号生成部２０１、送信部２０２およびアンテナ２０３は、図２の送信局１０１の場合と同様に動作し、受信局１０２ａにおいて、アンテナ３０１、受信部３０２、伝搬チャネル情報測定部３０３および通知部３０４は、図２の受信局１０２の場合と同様に動作する。
図５において、送信局１０１ａの重み付け部２０４は、送信信号を複数のアンテナ２０３から測定信号を送信する際に、各アンテナから送信する測定信号を重み付けする。例えば、アンテナ２０３（１）の振幅および位相に係数ａ（１）および係数ｂ（１）をそれぞれ乗算して重み付けを行い、振幅や位相を変化させる。同様に、アンテナ２０３（Ｎ）の振幅および位相に係数ａ（Ｎ）および係数ｂ（Ｎ）の重み付けをそれぞれ行う。なお、複数の組み合わせの重み係数が予め決められており、検知サーバ１０３ａから指定された組み合わせの重み係数を設定して重み付けを行うものとする。
同様に、受信局１０２の重み付け部３０５は、複数のアンテナ３０１の各アンテナが受信した信号を重み付けする。例えば、アンテナ３０１（１）の振幅および位相に係数ｃ（１）および係数ｄ（１）をそれぞれ乗算して重み付けを行い、振幅や位相を変化させる。同様に、アンテナ３０１（M）の振幅および位相に係数ｃ（M）および係数ｄ（M）の重み付けをそれぞれ行う。なお、送信局１０１ａの重み係数と同様に、複数の組み合わせの重み係数が予め決められており、検知サーバ１０３ａから指定された組み合わせの重み係数を設定して重み付けを行うものとする。
このようにして、本実施形態に係るアンテナ配置方法では、第１実施形態で説明した図２のシステムと同様に、送信局１０１ａおよび受信局１０２ａの間で測定信号を送受信して伝搬チャネル情報を測定し、アンテナ配置と重み係数との組み合わせ毎に算出される通信容量もしくは固有値分布に基づいて、最適なアンテナ配置と重み係数とを決定することができる。
ここで、第１実施形態に係るアンテナ配置方法では、送信局１０１および受信局１０２の設置場所を含む複数のアンテナ配置の中から最適なアンテナ配置を決定するようにしたが、第２実施形態に係るアンテナ配置方法では、アンテナ配置と重み係数との組み合わせの中からアンテナ配置を決定するので、無線検知システム１００の検知精度を向上することができる。また、アンテナ選択方法においても、アンテナ配置と重み係数との組み合わせの中毎の通信容量もしくは固有値分布を算出して、第１実施形態と同様に、物体検知に使用しないアンテナを選択することができる。
なお、図５では、送信局１０１ａおよび受信局１０２ａの両方に重み付け部２０４および重み付け部３０５を備える例を示したが、図６に示すように、送信局１０１ａだけに重み付け部２０４を設けて、受信局１０２は、図２の受信局１０２と同じ構成にしてもよい。或いは、図７に示すように、受信局１０２ａだけに重み付け部３０５を設けて、送信局１０１は、図２の送信局１０１と同じ構成にしてもよい。
［第３実施形態］
図８は、第３実施形態に係る送信局１０１ｂ、受信局１０２ｂおよび検知サーバ１０３ｂの構成例を示す。なお、図８では、図２と同様に、本実施形態に関係する主要な機能ブロックのみを示し、一般的な無線基地局が有する機能ブロックは省略してある。また、図８において、図２と同符号のブロックは、図２のブロックと同様の機能を有する。
図８において、送信局１０１ｂは、測定信号生成部２０１、送信部２０２、複数のアンテナ２０３およびアンテナ切替部２０５を備える。また、受信局１０２ｂは、複数のアンテナ３０１、受信部３０２、伝搬チャネル情報測定部３０３、通知部３０４およびアンテナ切替部３０６を備える。ここで、送信局１０１ｂは、例えば無線ＬＡＮシステムにおける無線基地局に対応し、受信局１０２ｂは、例えば無線ＬＡＮシステムにおける無線端末局に対応する。
なお、送信局１０１ｂにおいて、測定信号生成部２０１、送信部２０２およびアンテナ２０３は、図２の送信局１０１の場合と同様に動作し、受信局１０２ｂにおいて、アンテナ３０１、受信部３０２、伝搬チャネル情報測定部３０３および通知部３０４は、図２の受信局１０２の場合と同様に動作する。
図８において、送信局１０１ｂのアンテナ切替部２０５は、複数のアンテナ２０３を予め決められたアンテナ切替パターン（選択されるアンテナがどれであるかを示すパターン）に切り替える機構を有する。ここで、複数のアンテナ２０３は、種類の異なるアンテナであってもよい。また、各アンテナ２０３にケーブルで接続し、分散アンテナとして用いても構わない。さらに、アンテナ２０３の切り替えは、検知サーバ１０３ｂのアンテナ選択部４０５の指令により制御される。
同様に、受信局１０２ｂのアンテナ切替部３０６は、複数のアンテナ３０１を予め決められたアンテナ切替パターン（選択されるアンテナがどれであるかを示すパターン）に切り替える機構を有する。ここで、複数のアンテナ３０１は、種類の異なるアンテナであってもよい。また、各アンテナ３０１にケーブルで接続し、分散アンテナとして用いても構わない。さらに、アンテナ３０１の切り替えは、検知サーバ１０３ｂのアンテナ選択部４０５の指令により制御される。
このようにして、本実施形態に係るアンテナ配置方法では、第１実施形態で説明した図２のシステムと同様に、送信局１０１ｂおよび受信局１０２ｂの間で測定信号を送受信して伝搬チャネル情報を測定し、アンテナ配置とアンテナ切替パターンとの組み合わせ毎に算出される通信容量もしくは固有値分布に基づいて、最適なアンテナ配置とアンテナ切替パターンとの組み合わせを決定することができる。
ここで、第１実施形態に係るアンテナ配置方法では、送信局１０１および受信局１０２の設置場所を含む複数のアンテナ配置の中から最適なアンテナ配置を決定するようにしたが、第２実施形態に係るアンテナ配置方法では、アンテナ配置とアンテナ切替パターンとの複数の組み合わせの中から最適なアンテナ配置とアンテナ切替パターンとを決定するので、無線検知システム１００の検知精度を向上することができる。また、アンテナ選択方法においても、アンテナ配置とアンテナ切替パターンとの組み合わせ毎に通信容量もしくは固有値分布を算出して、第１実施形態と同様に、物体検知に使用しないアンテナを選択することができる。
なお、図８では、送信局１０１ｂおよび受信局１０２ｂの両方にアンテナ切替部２０５およびアンテナ切替部３０６を備える例を示したが、図９に示すように、送信局１０１ｂだけにアンテナ切替部２０５を設けて、受信局１０２は、図２の受信局１０２と同じ構成にしてもよい。或いは、図１０に示すように、受信局１０２ｂだけにアンテナ切替部３０６を設けて、送信局１０１は、図２の送信局１０１と同じ構成にしてもよい。
［変形例］
上述の各実施形態では、通信容量もしくは固有値分布からアンテナ配置を決定するようにしたが、伝搬チャネルの変動率も加えてアンテナ配置を決定するようにしても構わない。
図１１は、伝搬チャネルの変動率を加えてアンテナ配置を決定する処理の一例を示す。なお、図１１に示す処理は、図３で説明したアンテナ配置方法の処理に対応し、ステップＳ１０１からステップＳ１０４までの処理と、ステップＳ１０６からステップＳ１１０までの処理については、図３で説明したアンテナ配置方法の処理と同じである。図１１のステップＳ１０５ａの処理のみが図３のステップＳ１０５の処理と異なる。
ステップＳ１０５ａにおいて、ステップＳ１０４で保存した各アンテナ間の伝搬チャネル情報から通信容量もしくは固有値分布を算出するとともに、伝搬チャネル情報の変動率も算出する。そして、各アンテナ間の伝搬チャネルの変動率に基づいて、例えば、具体的にある時刻からある時刻までの伝搬チャネル情報の相関行列の分布から、より多く伝搬チャネル情報が変化しているアンテナを選択する。
このようにして、本変形例では、アンテナ配置の決定に伝搬チャネル情報の変動率を加えることにより、より精度の高い物体検知を行える無線検知システム１００のアンテナ配置を決定することができる。
以上、各実施形態で説明したように、本発明に係るアンテナ配置方法およびアンテナ選択方法は、伝搬チャネル情報を用いて物体検知や行動検知を行う無線検知システム１００において、検知エリア１５０内の広範囲に無線信号が届き、検知精度の高いアンテナ配置を決定することができる。また、検知精度に大きく寄与しないアンテナを選択しないことによって不要な情報量を削減することができる。
１０１，１０１ａ，１０１ｂ・・・送信局；１０２，１０２ａ，１０２ｂ・・・受信局；１０３，１０３ａ，１０３ｂ・・・検知サーバ；２０１・・・測定信号生成部；２０２・・・送信部；２０３，３０１・・・アンテナ；２０４，３０５・・・重み付け部；２０５，３０６・・・アンテナ切替部；３０２・・・受信部；３０３・・・伝搬チャネル情報測定部；３０４・・・通知部；４０１・・・取得部；４０２・・・検知部；４０３・・・通信容量解析部；４０４・・・アンテナ配置決定部；４０５・・・アンテナ選択部

Claims (6)

  1. 少なくとも一組の送信局と受信局との間の検知エリア内の物体を無線信号により検知するシステムのアンテナ配置方法であって、
    前記送信局は、複数のアンテナを有し、伝搬チャネル情報を測定するための測定信号を送信し、
    前記受信局は、複数のアンテナを有し、前記測定信号から伝搬チャネル情報の測定を行い、測定結果を検知サーバに通知し、
    前記検知サーバは、前記伝搬チャネル情報から物体の検知を行うとともに、前記送信局と前記受信局との間の伝搬チャネル行列から通信容量および固有値分布の少なくとも一方を算出し、前記通信容量が最大となるアンテナ配置、または、前記固有値分布の広がりが最も小さいアンテナ配置を決定する処理を行う
    ことを特徴とするアンテナ配置方法。
  2. 請求項１に記載のアンテナ配置方法において、
    前記送信局および前記受信局の少なくとも一方のアンテナの信号に重み付けを行う機能を設け、
    前記検知サーバは、アンテナ配置と重み付け係数との複数の組み合わせ毎に、前記送信局と前記受信局との間の伝搬チャネル行列から通信容量および固有値分布の少なくとも一方を算出し、前記通信容量が最大となるアンテナ配置と重み付け係数との組み合わせ、または、前記固有値分布の広がりが最も小さいアンテナ配置と重み付け係数との組み合わせを決定する処理を行う
    ことを特徴とするアンテナ配置方法。
  3. 請求項１または請求項２に記載のアンテナ配置方法において、
    前記送信局および前記受信局の少なくとも一方のアンテナを切り替える機能を設け、
    前記検知サーバは、アンテナ配置とアンテナ切替パターンとの複数の組み合わせ毎に、前記送信局と前記受信局との間の伝搬チャネル行列から通信容量および固有値分布の少なくとも一方を算出し、前記通信容量が最大となるアンテナ配置とアンテナ切替パターンとの組み合わせ、または、前記固有値分布の広がりが最も小さいアンテナ配置とアンテナ切替パターンとの組み合わせを決定する処理を行う
    ことを特徴とするアンテナ配置方法。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ配置方法において、
    前記通信容量は、Ｉを単位行列、Ｈを全体のノルムを１として正規化された伝搬チャネル行列、Ｈをエルミート行列として、次式により算出される
    Ｃ＝ｌｏｇ２ｄｅｔ（Ｉ＋ＨＨＨ）
    ことを特徴とするアンテナ配置方法。
  5. 少なくとも一組の送信局と受信局との間の検知エリア内の物体を無線信号により検知するシステムのアンテナ選択方法であって、
    前記送信局は、複数のアンテナを有し、伝搬チャネル情報を測定するための測定信号を送信し、
    前記受信局は、複数のアンテナを有し、前記測定信号から伝搬チャネル情報の測定を行い、測定結果を検知サーバに通知し、
    前記検知サーバは、前記伝搬チャネル情報から物体の検知を行うとともに、前記送信局と前記受信局との間の伝搬チャネル行列から通信容量および固有値分布の少なくとも一方を算出し、前記通信容量が予め決められた閾値以下となるアンテナを選択しない、または、前記固有値分布に予め決められた閾値以上の差があるアンテナを選択しない
    ことを特徴とするアンテナ選択方法。
  6. 請求項５に記載のアンテナ選択方法において、
    前記通信容量は、Ｉを単位行列、Ｈを全体のノルムを１として正規化された伝搬チャネル行列、Ｈをエルミート行列として、次式により算出される
    Ｃ＝ｌｏｇ２ｄｅｔ（Ｉ＋ＨＨＨ）
    ことを特徴とするアンテナ選択方法。
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