JP7345710B2 - 検出装置および検出方法 - Google Patents
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Description
<構成>
図1は本開示の実施の形態1による検出装置の構成例を示す図である。図1に示されているように、検出装置は、複数の受信用アンテナ素子1-kr(kr=1、2、・・・、Kr)、送信用アンテナ素子1-kt(kt=1、2、・・・、Kt)、送信部20、送信信号生成部30、CP制御部40、受信部50、干渉検出部60、ヌリング部70、信号抽出部80、および検出処理部90から構成される。図1では送信と受信で異なるアンテナ素子を設けているが、送受共用として同一のアンテナ素子を利用してもよい。
(CP制御部)
CP制御部40は、検出装置の全体的な動作を統括する制御を行う。CP制御部40は、送信信号生成部30、干渉検出部60および信号抽出部80と接続され、これらの機能部に対して当該機能部を制御する制御情報を出力する。
送信信号生成部30は、複数のサブキャリアが配置されかつサブキャリア割り当てされていない周波数単位を有し、複数のシンボルからなるマルチキャリア信号を生成し、マルチキャリア信号の各シンボルにサイクリックプレフィックスを付加して送信信号を生成し、生成した送信信号を送信部20に出力する。送信信号生成部30は、例えばCPU(Central Processing Unit)を実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成される。これらKt個の信号から、送信ビーム形成に必要な励振係数(振幅位相値)およびアンテナ素子間の校正値が考慮された波形が生成される。さらに、送信信号生成部30は、CP制御部40からの制御情報に基づき、CP長を逐次変更する。CPは、各OFDMシンボルの一部を複製し、OFDMシンボルの波形の先頭に付加することにより設けられる。送信信号生成部30は、生成したKt個のマルチキャリア信号(OFDM信号)を送信部20に供給する。
送信部20は、不図示のDAC(Digital to Analog Converter)、局部発振器、ミキサ、およびパワーアンプを備え、送信信号生成部30から供給された信号をRF(Radio Frequency)帯に周波数変換し、電力増幅するなどして無線信号に変換し、無線信号を送信用アンテナ素子1-k(k=1、2、・・・、Kt)へ入力する。送信用アンテナ素子1-kは、入力された無線信号を空間に放射する。
(受信部)
受信用アンテナ素子1-k(k=1、2、・・・、Kr)は、放射されたRF帯の信号が反射、散乱または回折を経て到来したマルチキャリア信号を受信する。受信用アンテナ素子1-kには受信部50が接続され、受信部50は、受信用アンテナ素子1-kを介して受信されたマルチキャリア信号が入力される。受信部50は、不図示の帯域制限フィルタ、LNA(Low Noise Amplifier)、局部発振器、直交復調器、およびADC(Analog to Digital Converter)を備え、Kr個の信号を周波数変換およびディジタル化を行う。受信部50は、さらに、ディジタル化された信号に対してFFT(Fast Fourier Transform)を行ってマルチキャリア信号を得る。受信部50は、干渉検出部60およびヌリング部70に接続されており、マルチキャリア信号を干渉検出部60およびヌリング部70に入力する。
干渉検出部60は、マルチキャリア信号を第1の周波数単位と第2の周波数単位に分波し、干渉の有無を検出する。干渉が検出された場合、干渉検出部60は、干渉を抑圧するため、ヌリング部70に対して干渉抑圧指示情報を出力する。干渉抑圧指示情報には、ディジタル化されたマルチキャリア信号に乗算する重み係数、および重み係数をディジタル化されたマルチキャリア信号に乗算する旨の指示が含まれる。
ヌリング部70は、干渉抑圧指示情報に基づき、受信部50からの各受信信号に重み係数を乗算し、重み係数が乗算された各受信信号を合成して、複数の合成信号を出力する。ヌリング部70は、図2に示すような、L個のヌリング処理器100-l(l=1、2、・・・、L)から構成され、各ヌリング処理器はKr個の乗算器101と1つの加算器102を備える。ここで、Lは分離する無線信号の数である。乗算器は文字どおり入力された信号に対して干渉検出部60から指示された重み係数を複素乗算するものであり、入力信号の振幅および位相を調整して、振幅および位相が調整された信号を出力する。また、加算器は入力された複数の信号を複素加算して、複素加算した信号を出力する。したがって、いずれも複素数演算を想定した構成図である。ヌリング部70は、分離されたL個の信号を、信号抽出部80へ供給する。
信号抽出部80は、複数の合成信号から信号電力の大きい順に複数の信号成分(本開示において、「信号成分」を単に「信号」と呼ぶ場合がある。)を抽出する。具体的には、信号抽出部80は、ヌリング部70から供給されたL個の信号を用いて、各信号成分の抽出を実施する。信号抽出部80は、例えば、図3に示すようなL個の信号抽出器81-l(l=1、2、・・・、L)とL―1個の減算器85-l(l=1、2、・・・、L-1)から構成され、各信号抽出器は判定器201とレプリカ生成器202を備える。判定器201は入力信号に含まれる複数の無線信号の中から最も信号電力が大きい信号成分、つまり信号対雑音電力比が大きい信号成分に関する波形情報を判定して抽出する。この情報に基づき、レプリカ生成器202は抽出した信号成分の受信信号に含まれる状態を再生したレプリカ信号を再生する。この時点で、互いに干渉となる信号成分が取り除かれており、後段の検出処理部90において、人体などの物標の位置または方向が推定される。またレプリカ生成器202で再生された信号は、2番目に信号電力の大きい信号成分を抽出するために、第2系統に伝送され、減算器85-1により第2系統に入力された入力信号から差し引かれる。信号抽出部80は、この手順をL-1回繰り返すことで、信号電力の大きい順にL個の信号成分を抽出する。抽出信号抽出部80は、このようにして抽出したL個の信号成分を検出処理部90へ供給する。
検出処理部90は、信号抽出部80から供給されたL個の信号成分に基づき、見通し外(NLOS:Non Line of Sight)の物標を含む物標の位置または方向を推定する検出処理を行う。
図1の例では、ヌリング部70および信号抽出部80などの構成部のそれぞれが専用の処理回路を備えたハードウェアで構成されているものを想定しているが、各構成部はコンピュータで構成されていてもよい。図4は、例えばヌリング部70がコンピュータで構成される場合におけるハードウェアの構成例を示す図である。ヌリング部70がコンピュータで構成される場合、乗算器101-k(k=1、2、・・・、Kr)と加算器102-k(k=1、2、・・・、Kr)の処理内容を記述しているプログラムがコンピュータのメモリ501に格納され、そのコンピュータのプロセッサ502がメモリ501に格納されているプログラムを読み出して実行する。なお、図4において、入力インタフェース機器503は例えばUSB(Universal Serial Bus)ポートまたはシリアルポートなどの信号入出力ポートを備えるインタフェース機器であり、受信部50と接続されて、受信部50から出力された信号を入力する。出力インタフェース機器504は、例えばUSBポートまたはシリアルポートなどの信号入出力ポートを備えるインタフェース機器であり、信号抽出部80と接続されて、信号を出力する。
次に、図5を参照して、検出装置の動作について説明する。図5は、本開示の実施の形態1による検出装置の処理内容を示すフローチャートである。まず、送信系における信号生成方法について説明する。
Claims (10)
- 複数の送信アンテナ素子に接続され、送信信号を出力する送信部と、
複数のサブキャリアが配置されかつサブキャリア割り当てされていない周波数単位を有し、複数のシンボルからなるマルチキャリア信号を生成し、前記マルチキャリア信号の各シンボルにサイクリックプレフィックスを付加して送信信号を生成し、生成した送信信号を前記送信部に出力する送信信号生成部と、
前記サイクリックプレフィックスの長さを一定時間毎に増加させるよう前記送信信号生成部に指示をするCP制御部と、
複数の受信アンテナ素子に接続され、前記複数の受信アンテナ素子を介して受信されたマルチキャリア信号を受信信号として出力する受信部と、
前記受信信号からサブキャリア割り当てされていない前記周波数単位を分離し、干渉検出を行って干渉抑圧指示情報を出力する干渉検出部と、
前記干渉抑圧指示情報に基づき、前記受信部からの各受信信号に重み係数を乗算し、前記重み係数が乗算された各受信信号を合成して、複数の合成信号を出力するヌリング部と、
前記複数の合成信号から信号電力の大きい順に複数の信号成分を抽出する信号抽出部と、
前記抽出された複数の信号成分に基づき、物標の存在する方向または位置を推定する検出処理部と、
を備えた検出装置。 - 前記信号抽出部は、前記複数の合成信号に含まれる1つの合成信号から電力最大の信号成分を抽出し、抽出した信号成分の前記受信信号に含まれる状態を再生したレプリカ信号を再生し、前記複数の合成信号に含まれる他の1つの合成信号から前記レプリカ信号を減算して電力が2番目に大きい信号成分を抽出することにより、信号電力の大きい順に複数の信号成分を抽出する、
請求項1に記載の検出装置。 - 前記CP制御部は前記サイクリックプレフィックスの長さをゼロから始めるよう前記送信信号生成部に指示をする、
請求項1または2に記載の検出装置。 - 前記信号抽出部は、前記干渉検出部による前記干渉検出から前記信号抽出部による前記信号成分抽出までの処理がL回(Lは2以上の整数)繰り返されることにより、L個の信号成分を抽出し、
前記検出処理部は、抽出されたL個の信号成分に基づき物標の存在する方向または位置を推定する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の検出装置。 - 前記検出処理部は、前記サイクリックプレフィックスの長さに対応した遅延時間に基づいて抽出された複数の信号成分を識別し、識別された信号成分を用いて物標の方向または位置を推定する、
請求項1から4のいずれか1項に記載の検出装置。 - 送信部、送信信号生成部、CP制御部、受信部、ヌリング部、信号抽出部、および検出処理部を備えた検出装置が行う検出方法であって、
CP制御部により、サイクリックプレフィックスの長さを一定時間毎に増加させるよう指示をするステップと、
送信信号生成部により、複数のサブキャリアが配置されかつサブキャリア割り当てされていない周波数単位を有し、複数のシンボルからなるマルチキャリア信号を生成し、前記指示に基づいて前記マルチキャリア信号の各シンボルにサイクリックプレフィックスを付加して送信信号を生成し、生成した送信信号を出力するステップと、
送信部により、出力された送信信号を複数の送信アンテナ素子を介して放射するステップと、
受信部により、複数の受信アンテナ素子を介して受信されたマルチキャリア信号を受信信号として出力するステップと、
干渉検出部により、前記受信信号からサブキャリア割り当てされていない前記周波数単位を分離し、干渉検出を行って干渉抑圧指示情報を出力するステップと、
ヌリング部により、前記干渉抑圧指示情報に基づき、前記受信部からの各受信信号に重み係数を乗算し、前記重み係数が乗算された各受信信号を合成して、複数の合成信号を出力するステップと、
信号抽出部により、前記複数の合成信号から信号電力の大きい順に複数の信号成分を抽出するステップと、
検出処理部により、前記抽出された複数の信号成分に基づき、物標の存在する方向または位置を推定するステップと、
を備えた検出方法。 - 前記信号電力の大きい順に複数の信号成分を抽出するステップは、前記信号抽出部により、前記複数の合成信号に含まれる1つの合成信号から電力最大の信号成分を抽出し、抽出した信号成分の前記受信信号に含まれる状態を再生したレプリカ信号を再生し、前記複数の合成信号に含まれる他の1つの合成信号から前記レプリカ信号を減算して電力が2番目に大きい信号成分を抽出するステップを含む、
請求項6に記載の検出方法。 - 前記サイクリックプレフィックスの長さの指示をするステップは、前記CP制御部により、前記サイクリックプレフィックスの長さをゼロから始めるよう前記送信信号生成部に指示をすることを含む、
請求項6または7に記載の検出方法。 - 複数の信号を抽出するステップは、前記干渉検出部による前記干渉検出から前記信号抽出部による前記信号成分抽出までの処理がL回(Lは2以上の整数)繰り返されることにより、前記信号抽出部によりL個の信号成分を抽出するステップを含み、
前記物標の存在する方向または位置を推定するステップは、前記検出処理部により、抽出されたL個の信号成分に基づき物標の存在する方向または位置を推定するステップを含む、
請求項6から8のいずれか1項に記載の検出方法。 - 前記物標の存在する方向または位置を推定するステップは、前記検出処理部により、前記サイクリックプレフィックスの長さに対応した遅延時間に基づいて抽出された複数の信号成分を識別し、識別された信号成分を用いて物標の方向または位置を推定するステップを含む、
請求項6から9のいずれか1項に記載の検出方法。
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PCT/JP2021/032747 WO2023037395A1 (ja) | 2021-09-07 | 2021-09-07 | 検出装置および検出方法 |
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SEN, Satyabrata et al.,Multiobjective Optimization of OFDM Radar Waveform for Target Detection,IEEE Transactions on Signal Processing,米国,IEEE,2010年10月28日,Volume: 59, Issue: 2,Pages: 639 - 652,インターネット: <URL: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5613205><DOI: 10.1109/TSP.2010.2089628> |
渡部 颯人 ほか,ミスマッチドフィルタ受信によるOFDM通信・レーダ統合システムの基本検討,電子情報通信学会技術研究報告,日本,一般社団法人電子情報通信学会,2020年02月12日,第119巻 第416号,Pages: 7-12,ISSN: 2432-6380 |
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