JP7366794B2 - 通信装置、制御方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係るシステム1の構成の一例を示す図である。図1に示すように、本実施形態に係るシステム1は、携帯機100、及び通信ユニット200を含む。本実施形態における通信ユニット200は、車両202に搭載される。車両202は、ユーザの利用対象の一例である。
携帯機100は、ユーザにより携帯される任意の装置として構成される。任意の装置には、電子キー、スマートフォン、及びウェアラブル端末等が含まれる。図1に示すように、携帯機100は、無線通信部110、記憶部120、及び制御部130を備える。
通信ユニット200は、車両202に対応付けて設けられる。ここでは、車両202の車室内に設置される、又は通信モジュールとして車両202に内蔵される等、通信ユニット200は車両202に搭載されるものとする。他にも、車両202の駐車場に通信ユニット200が設けられる等、車両202と通信ユニット200とが別体として構成されてもよい。その場合、通信ユニット200は、携帯機100との通信結果に基づいて、車両202に制御信号を無線送信し、車両202を遠隔で制御し得る。図1に示すように、通信ユニット200は、複数の無線通信部210(210A~210D)、記憶部220、及び制御部230を備える。
<2.1.位置パラメータ>
本実施形態に係る通信ユニット200(詳しくは、制御部230)は、携帯機100が存在する位置を示す位置パラメータを推定する、位置パラメータ推定処理を行う。以下、図2~図4を参照しながら、位置パラメータに関する各種定義について説明する。
(1)CIR算出処理
携帯機100及び通信ユニット200は、位置パラメータ推定処理において、位置パラメータを推定するための通信を行う。その際、携帯機100及び通信ユニット200は、CIR(Channel Impulse Response)を算出する。
積算器219から出力されるCIRの一例を、図6に示す。図6は、本実施形態に係るCIRの一例を示すグラフである。グラフの横軸は遅延時間である。縦軸はCIR値の絶対値(例えば、振幅又は電力)である。なお、CIRの形状、より詳しくはCIR値の時系列変化の形状は、CIR波形とも称される。典型的には、CIRにおいて、ゼロクロス点とゼロクロス点との間の要素の集合が、ひとつのパルスに対応する。ゼロクロス点とは、値がゼロになる要素である。ただし、ノイズがある環境ではその限りではない。例えば、基準となる水準とCIR値の時系列変化との交点間の要素の集合が、ひとつのパルスに対応すると捉えられてもよい。図6に示したCIRには、あるパルスに対応する要素の集合21、及び他のパルスに対応する要素の集合22が、含まれている。
受信側は、送信側から受信した無線信号のうち所定の検出基準を満たす信号を、ファストパスを経由して受信側に到達した信号として検出する。そして、受信側は、検出した信号に基づいて、位置パラメータを推定する。
受信側は、所定の検出基準が満たされた時刻を、第1到来波の受信時刻としてもよい。第1到来波の受信時刻の一例は、CIR値が最初にファストパス閾値を超える要素の遅延時間に対応する時刻である。
受信側は、所定の検出基準が満たされた時刻の位相を、第1到来波の位相としてもよい。第1到来波の位相の一例は、CIR値が最初にファストパス閾値を超える要素の、CIR値としての位相である。
第1到来波に対応する要素の集合の時間方向の幅を、第1到来波の幅とも称する。一例として、第1到来波の幅は、CIRにおけるゼロクロス点とゼロクロス点との間の時間方向の幅である。他の一例として、第1到来波の幅は、基準となる水準とCIR値の時系列変化との交点間の時間方向の幅である。
(1)測距
通信ユニット200は、測距処理を行う。測距処理とは、通信ユニット200と携帯機100との間の距離を推定する処理である。通信ユニット200と携帯機100との間の距離は、例えば図3に示した距離Rである。測距処理は、測距用信号を送受信すること、及び測距用信号の伝搬遅延時間に基づいて距離Rを計算することを含む。測距用信号とは、携帯機100と通信ユニット200との間で送受信される信号のうち、測距に用いられる信号である。伝搬遅延時間とは、信号が送信されてから受信されるまでにかかる時間である。
時間T1、T2、T3、及びT4の始期又は終期となる測距用信号の受信時刻は、測距用信号の第1到来波の受信時刻である。上述したように、第1到来波として検出された信号は、必ずしも直接波であるとは限らない。
通信ユニット200は、角度推定処理を行う。角度推定処理とは、図3に示した角度α及びβを推定する処理である。角度取得処理は、角度推定用信号を受信すること、及び角度推定用信号の受信結果に基づいて角度α及びβを計算することを含む。角度推定用信号とは、携帯機100と通信ユニット200との間で送受信される信号のうち、角度推定に用いられる信号である。以下、図8を参照しながら、角度推定処理の流れの一例を説明する。
以上説明したように、角度α及びβは、第1到来波の位相に基づいて計算される。上述したように、第1到来波として検出された信号は、必ずしも直接波であるとは限らない。
なお、角度推定用信号は、角度推定処理の中で送受信されてもよいし、その他のタイミングで送受信されても良い。例えば、角度推定用信号は、測距処理において送受信されてもよい。具体的には、図7に示した第3の測距用信号と、図8に示した角度推定用信号とは、同一であってもよい。この場合、通信ユニット200は、角度推定用信号及び第3の測距用信号を兼ねるひとつの無線信号を受信することで、距離R並びに角度α及びβを計算することができる。
制御部230は、座標推定処理を行う。座標推定処理とは、図4に示した携帯機100の三次元座標(x,y,z)を推定する処理である、座標推定処理としては、以下の第1の計算方法及び第2の計算方法が採用され得る。
第1の計算方法は、測距処理及び角度推定処理の結果に基づいて、座標x、y、及びzを計算する方法である。その場合、まず、制御部230は、次式により座標x及びyを計算する。
第2の計算方法は、角度α及びβの推定を省略して、座標x、y、及びzを計算する方法である。まず、上記数式(4)(5)(6)(7)により、次式の関係が成り立つ。
以上説明したように、座標は、伝搬遅延時間及び位相に基づいて計算される。そして、これらは、いずれも第1到来波に基づいて推定される。従って、測距処理、及び角度推定処理と同様の理由で、座標推定精度は低下し得る。
位置パラメータは、予め定義された複数の領域のうち、携帯機100が存在する領域を含んでいてもよい。一例として、領域が通信ユニット200からの距離により定義される場合、制御部230は、測距処理により推定された距離Rに基づいて、携帯機100が存在する領域を推定する。他の一例として、領域が通信ユニット200からの角度により定義される場合、制御部230、角度推定処理により推定された角度α及びβに基づいて、携帯機100が存在する領域を推定する。他の一例として、領域が三次元座標により定義される場合、制御部230は、座標推定処理により推定された座標(x,y,z)に基づいて、携帯機100が存在する領域を推定する。
位置パラメータの推定結果は、例えば携帯機100の認証のために使用され得る。例えば、制御部230は、運転席側であって通信ユニット200からの距離が近い領域に携帯機100が存在する場合に、認証成功を判定し、ドアを解錠する。
複数の無線通信部210のすべてにおいて、直接波を第1到来波として検出することに成功するとは限らない。複数の無線通信部210のうち少なくともいずれかにおいて直接波を第1到来波として検出することに失敗した場合、角度推定精度は低下する。また、マスタにおいて直接波を第1到来波として検出することに失敗した場合、測距精度は低下する。このように、直接波を第1到来波として検出することに失敗した場合、位置パラメータの推定精度は低下する。
(1)特定要素の検出
携帯機100は、プリアンブルシンボルをひとつ以上含む送信信号を送信する。複数の無線通信部210の各々は、送信信号に対応する受信信号を受信する。制御部230は、複数の無線通信部210の各々により受信された複数の受信信号の各々に基づいて、複数の無線通信部210の各々におけるCIR(積算後のCIR)を取得する。
制御部230は、信頼性パラメータを計算する。信頼性パラメータは、検出した特定要素が処理対象として適切であるかを示す指標である。より詳しくは、信頼性パラメータは、検出した特定要素を位置パラメータ推定に使用することが適切であるかを示す指標である。複数の無線通信部210の各々について検出された複数の特定要素に関して言えば、信頼性パラメータは、検出した複数の特定要素の各々が処理対象として適切であるかを示す指標である。
制御部230は、信頼性パラメータに基づいて、送信信号に含まれるプリアンブルシンボルの数を制御する。プリアンブルシンボルの数の制御対象である送信信号の一例は、測距用信号である。なお、第1~第3の測距用信号の少なくともいずれかが制御対象であってよい。この場合、測距精度を制御することが可能となる。プリアンブルシンボルの数の制御対象である送信信号の他の一例は、角度推定用信号である。この場合、角度推定精度を制御することが可能となる。
-測距
制御部230は、検出した特定要素の遅延時間に対応する時刻を、無線通信部210が受信信号に含まれるパルスを受信した時刻であるパルス受信時刻として検出する。制御部230は、複数の無線通信部210のうち少なくともひとつの無線通信部210について、パルス受信時刻を検出する。例えば、制御部230は、マスタとして機能する無線通信部210について、パルス受信時刻を検出する。パルス受信時刻は、上述した第1到来波の受信時刻の一例である。
制御部230は、検出した特定要素のCIR値に含まれる位相成分に基づいて、通信ユニット200を基準とする座標系における原点と携帯機100とを結ぶ直線と当該座標系における座標軸とがなす角度を推定する。詳しくは、制御部230は、携帯機100から送信された角度推定用信号に関し、複数の無線通信部210の各々について計算したCIRにおいて検出した特定要素の位相成分に基づいて、通信ユニット200を基準とする座標系における原点と携帯機100とを結ぶ直線と当該座標系における座標軸とがなす角度を推定する。通信ユニット200を基準とする座標系における原点と携帯機100とを結ぶ直線と当該座標系における座標軸とがなす角度を推定する処理の詳細については、角度推定処理として上記説明した通りである。
図10は、本実施形態に係る通信ユニット200により実行されるプリアンブルシンボル数の制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。
-第2の信頼性パラメータ
信頼性パラメータは、複数の無線通信部210の各々について検出された特定要素が、複数のパルスが合成された状態で受信された合成波に対応しないことの妥当性を示す指標である第2の信頼性パラメータを含み得る。複数の無線通信部210の各々について検出された特定要素が、複数のパルスが合成された状態で受信された合成波に対応しないことの妥当性が高いほど、信頼性は高い。一方で、複数の無線通信部210の各々について検出された特定要素が、複数のパルスが合成された状態で受信された合成波に対応しないことの妥当性が低いほど、信頼性は低い。
第3の信頼性パラメータは、第1到来波そのものが検出される対象として適切であるかを示す指標である。換言すると、第3の信頼性パラメータは、特定要素そのものが検出される対象として適切であるかを示す指標である。第1到来波が検出される対象として適切であるほど信頼性は高く、第1到来波が検出される対象として不適切であるほど信頼性は低い。
第4の信頼性パラメータは、第1到来波が直接波によるものであることの妥当性を示す指標である。換言すると、第4の信頼性パラメータは、特定要素が直接波に対応することの妥当性を示す指標である。第1到来波が直接波によるものであることの妥当性が高いほど信頼性は高く、第1到来波が直接波によるものであることの妥当性が低いほど信頼性は低い。
第5の信頼性パラメータは、第1到来波が合成波によるものではないことの妥当性を示す指標である。換言すると、第5の信頼性パラメータは、特定要素が合成波に対応しないことの妥当性を示す指標である。第1到来波が合成波によるものではないことの妥当性が高いほど信頼性は高く、第1到来波が合成波によるものではないことの妥当性が低いほど信頼性は低い。
第6の信頼性パラメータは、無線信号を受信した状況の妥当性を示す指標である。無線信号を受信した状況の妥当性が高いほど信頼性は高く、無線信号を受信した状況の妥当性が低いほど信頼性は低い。
信頼性パラメータは、CIRにおいて特定要素よりも後に1番目にCIR値がピークをとる第1の要素の遅延時間と、特定要素よりも後に2番目にCIR値がピークをとる第2の要素の遅延時間と、の差である、第7の信頼性パラメータを含んでいてもよい。第7の信頼性パラメータについて、図14及び図15を参照しながら詳しく説明する
以下、第8の信頼性パラメータについて説明するための補足説明を行う。
信頼性パラメータは、特定要素の遅延時間と、CIRにおいてCIR値が最大となる要素の遅延時間と、の差である、第8の信頼性パラメータを含み得る。第8の信頼性パラメータについて、図16及び図17を参照しながら詳しく説明する。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
Claims (18)
- 他の通信装置から前記他の通信装置の位置パラメータの推定に使用される信号を無線で受信する無線通信部と、
前記他の通信装置がひとつ以上のパルスを含むプリアンブルシンボルをひとつ以上含む第1の信号を送信した場合に、前記無線通信部により受信された前記第1の信号に対応する信号である第2の信号に含まれるひとつ以上の前記プリアンブルシンボルに対応する部分の各々について、前記プリアンブルシンボルに対応する部分と前記プリアンブルシンボルとの相関を前記他の通信装置が前記プリアンブルシンボルを送信してから規定時間ごとにとることで得られたひとつ以上の第1の相関演算結果を積算することで、前記第1の信号と前記第2の信号との相関の高さを示す相関値を、前記規定時間を間隔とする前記他の通信装置が前記プリアンブルシンボルを送信してからの経過時間である遅延時間ごとの要素として含む第2の相関演算結果を取得し、
前記第2の相関演算結果に含まれる複数の前記要素のうちひとつ以上の前記要素である特定要素を所定の基準に従って検出し、
検出した前記特定要素が、前記位置パラメータの推定処理の処理対象として適切であるかを示す指標である信頼性パラメータを計算し、
前記信頼性パラメータに基づいて、前記第1の信号に含まれるプリアンブルシンボルの数を制御する制御部、
を備える通信装置。 - 前記制御部は、検出した前記特定要素の前記遅延時間に対応する時刻を、前記無線通信部が前記第2の信号に含まれる前記パルスを受信した時刻であるパルス受信時刻として検出する、請求項1に記載の通信装置。
- 前記制御部は、前記パルス受信時刻に基づいて、前記通信装置と前記他の通信装置との間の距離を推定する、請求項2に記載の通信装置。
- 前記制御部は、検出した前記特定要素の前記相関値に含まれる位相成分に基づいて、前記通信装置を基準とする座標系における原点と前記他の通信装置とを結ぶ直線と前記座標系における座標軸とがなす角度を推定する、請求項1~3のいずれか一項に記載の通信装置。
- 前記制御部は、前記特定要素として、前記相関値に含まれる振幅成分が最初に第1の閾値を超える前記要素を検出する、請求項2~4のいずれか一項に記載の通信装置。
- 前記制御部は、検出した前記特定要素が前記処理対象として適切である度合が第2の閾値よりも低いことが前記信頼性パラメータにより示された場合、前記第1の信号に含まれるプリアンブルシンボルの数を増やすことを、前記信頼性パラメータに基づいて前記第1の信号に含まれる前記プリアンブルシンボルの数を制御することとして行う、請求項1~5のいずれか一項に記載の通信装置。
- 前記制御部は、検出した前記特定要素が前記処理対象として適切である度合が第3の閾値よりも高いことが前記信頼性パラメータにより示された場合、前記第1の信号に含まれるプリアンブルシンボルの数を減らすことを、前記信頼性パラメータに基づいて前記第1の信号に含まれる前記プリアンブルシンボルの数を制御することとして行う、請求項1~6のいずれか一項に記載の通信装置。
- 前記制御部は、前記第1の信号に含まれるプリアンブルシンボルの数を増加又は減少させるための情報を含む信号を前記他の通信装置に送信するよう前記無線通信部を制御する、請求項1~7のいずれか一項に記載の通信装置。
- 前記通信装置は、前記無線通信部を複数備え、
前記制御部は、前記他の通信装置が前記第1の信号を送信した場合に複数の前記無線通信部により受信された複数の前記第2の信号の各々に基づいて、複数の前記第2の相関演算結果を取得し、
複数の前記第2の相関演算結果の各々について、前記特定要素を前記所定の基準に従って検出し、
検出した複数の前記特定要素の各々が、前記処理対象として適切であるかを示す指標である前記信頼性パラメータを計算する、請求項1~8のいずれか一項に記載の通信装置。 - 前記信頼性パラメータは、複数の前記無線通信部の各々について検出された前記特定要素が、送受信間の最短経路を経て受信された信号に対応することの妥当性を示す指標である第1の信頼性パラメータを含む、請求項9に記載の通信装置。
- 前記第1の信頼性パラメータは、複数の前記無線通信部のうち第1の前記無線通信部により受信された前記第2の信号に基づいて得られた前記第2の相関演算結果における前記特定要素の前記遅延時間と、複数の前記無線通信部のうち前記第1の前記無線通信部と異なる第2の無線通信部により受信された前記第2の信号に基づいて得られた前記第2の相関演算結果における前記特定要素の時間と、の間の差を含む、請求項10に記載の通信装置。
- 前記制御部は、前記信頼性パラメータにより示される前記差が所定の閾値よりも大きい場合に、前記第1の信号に含まれるプリアンブルシンボルの数を増やすことを、前記信頼性パラメータに基づいて前記第1の信号に含まれる前記プリアンブルシンボルの数を制御することとして行う、請求項11に記載の通信装置。
- 前記信頼性パラメータは、複数の前記無線通信部の各々について検出された前記特定要素が、複数のパルスが合成された状態で受信された合成波に対応しないことの妥当性を示す指標である第2の信頼性パラメータを含む、請求項10~12のいずれか一項に記載の通信装置。
- 前記第2の信頼性パラメータは、複数の前記無線通信部のうち第1の前記無線通信部により受信された前記第2の信号に基づいて得られた前記第2の相関演算結果と、複数の前記無線通信部のうち第1の前記無線通信部と異なる第2の無線通信部により受信された前記第2の信号に基づいて得られた前記第2の相関演算結果と、の間の相関係数である、請求項13に記載の通信装置。
- 前記信頼性パラメータは、複数の前記無線通信部のうち第1の前記無線通信部により受信された前記第2の信号に基づいて得られた前記第2の相関演算結果のうち前記特定要素を含む一部分における前記相関値の時系列変化と、複数の前記無線通信部のうち第1の前記無線通信部と異なる第2の無線通信部により受信された前記第2の信号に基づいて得られた前記第2の相関演算結果のうち前記特定要素を含む一部分における前記相関値の時系列変化と、の間の相関係数を含む、請求項13に記載の通信装置に記載の通信装置。
- 前記第2の相関演算結果は、前記相関値としての複素数を、前記遅延時間ごとの要素として含み、
前記制御部は、2つの前記第2の相関演算結果の各々に含まれる対応する遅延時間ごとの複素数同士の相関をとることで、前記相関係数を計算する、請求項14又は15に記載の通信装置。 - 他の通信装置から前記他の通信装置の位置パラメータの推定に使用される信号を無線で受信する無線通信部を備える通信装置により実行される制御方法であって、
前記他の通信装置がひとつ以上のパルスを含むプリアンブルシンボルをひとつ以上含む第1の信号を送信した場合に、前記無線通信部により受信された前記第1の信号に対応する信号である第2の信号に含まれるひとつ以上の前記プリアンブルシンボルに対応する部分の各々について、前記プリアンブルシンボルに対応する部分と前記プリアンブルシンボルとの相関を前記他の通信装置が前記プリアンブルシンボルを送信してから規定時間ごとにとることで得られたひとつ以上の第1の相関演算結果を積算することで、前記第1の信号と前記第2の信号との相関の高さを示す相関値を、前記規定時間を間隔とする前記他の通信装置が前記プリアンブルシンボルを送信してからの経過時間である遅延時間ごとの要素として含む第2の相関演算結果を取得し、
前記第2の相関演算結果に含まれる複数の前記要素のうちひとつ以上の前記要素である特定要素を所定の基準に従って検出し、
検出した前記特定要素が、前記位置パラメータの推定処理の処理対象として適切であるかを示す指標である信頼性パラメータを計算し、
前記信頼性パラメータに基づいて、前記第1の信号に含まれるプリアンブルシンボルの数を制御すること、
を含む制御方法。 - 他の通信装置から前記他の通信装置の位置パラメータの推定に使用される信号を無線で受信する無線通信部を備える通信装置を制御するコンピュータを、
前記他の通信装置がひとつ以上のパルスを含むプリアンブルシンボルをひとつ以上含む第1の信号を送信した場合に、前記無線通信部により受信された前記第1の信号に対応する信号である第2の信号に含まれるひとつ以上の前記プリアンブルシンボルに対応する部分の各々について、前記プリアンブルシンボルに対応する部分と前記プリアンブルシンボルとの相関を前記他の通信装置が前記プリアンブルシンボルを送信してから規定時間ごとにとることで得られたひとつ以上の第1の相関演算結果を積算することで、前記第1の信号と前記第2の信号との相関の高さを示す相関値を、前記規定時間を間隔とする前記他の通信装置が前記プリアンブルシンボルを送信してからの経過時間である遅延時間ごとの要素として含む第2の相関演算結果を取得し、
前記第2の相関演算結果に含まれる複数の前記要素のうちひとつ以上の前記要素である特定要素を所定の基準に従って検出し、
検出した前記特定要素が、前記位置パラメータの推定処理の処理対象として適切であるかを示す指標である信頼性パラメータを計算し、
前記信頼性パラメータに基づいて、前記第1の信号に含まれるプリアンブルシンボルの数を制御する制御部、
として機能させるためのプログラム。
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