JPWO2020026895A1 - 電波到来方向推定装置 - Google Patents
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Abstract
Description
周波数が異なる3つの電波を受信する2つのアンテナと、
前記2つのアンテナでそれぞれ受信した周波数の異なる前記3つの電波の受信信号に基づいて、同一の送信箇所から相互に異なる2つの経路を伝搬して前記2つのアンテナに到来する前記3つの電波の到来方向を求める演算部と
を有する電波到来方向推定装置が提供される。
図1から図6までの図面を参照して、第1実施例による電波到来方向推定装置について説明する。
図1は、第1実施例による電波到来方向推定装置10及び送信機20を含む無線通信システムの概略図である。送信機20は、局部発振器21、信号生成部22、及びアンテナ23を含む。局部発振器21はローカルクロック信号を出力する。信号生成部22は、ある決まったパターンの特定の送信信号を、3つの異なるキャリア周波数で順番に出力する。この送信信号がアンテナ23から電波として放射される。このように、同一の送信箇所から、異なる周波数を持つ3つの電波が順番に放射される。
図2は、演算部14(図1)が行う処理のフローチャートである。
図3Aは、電波到来方向推定装置10の2つのアンテナ11と、電波の到来方向との関係の一例を示す図である。2つのアンテナ11が間隔Dを隔てて設置されている。一方のアンテナ11を第1アンテナ11Aといい、他方のアンテナ11を第2アンテナ11Bということとする。電波の到来方向を、2つのアンテナ11を通過する仮想直線VLに対して直交する仮想平面からの傾斜角で表すこととする。基準となる仮想平面から第1経路P1及び第2経路P2までの傾斜角を、それぞれθ1及びθ2で表す。送信機20(図1)から第1アンテナ11Aまでの第1経路P1の経路長と、第2アンテナ11Bまでの第1経路P1の経路長との差をΔd1で表す。同様に、送信機20(図1)から第1アンテナ11Aまでの第2経路P2の経路長と、第2アンテナ11Bまでの第2経路P2の経路長との差をΔd2で表す。
第1実施例では、マルチパス環境下においても、固定された2つの受信用のアンテナ11(図1)を用いて、電波の到来方向を推定することができる。このように、第1実施例では、3個以上の受信用のアンテナを必要とせず、回転台等の機械的な可動機構を必要としない。このため、既存の無線システムをそのまま利用して、電波の到来方向を推定することができる。また、電波の到来方向を求めるための演算量が、従来の方法と比べて極めて少ないため、演算部14(図1)のハードウェアの低コスト化及び低消費電力化を図ることができる。
第1実施例では、前述のように、ステップST3(図2)でΔτ1+Δτ2を一意に求めるために、2つのアンテナ11の間隔Dをλ/4未満にすることが好ましい。送信機20の移動範囲が制限されており、電波の到来方向も一定の角度範囲内に制限されている場合には、2つのアンテナ11の間隔Dがλ/4以上であっても、Δτ1+Δτ2を一意に求めることができる場合がある。例えば、建物内の直交する壁面の角部分に受信用のアンテナ11を設置し、建物内の送信機20からの電波の到来方向を推定する場合には、電波の到来方向は、水平方向に関して角度90°の範囲内に制限される。
次に、図7を参照して第2実施例による電波到来方向推定装置10について説明する。以下、第1実施例による電波到来方向推定装置10と共通の構成については説明を省略する。第2実施例では、送信機20(図1)と電波到来方向推定装置10とが、既存の無線通信用プロトコルに準拠した通信を行う。無線通信用プロトコルの例として、例えばブルートゥースローエナジ(BLE)、WiFi、ZigBee(登録商標)等が挙げられる。
11 アンテナ
11A 第1アンテナ
11B 第2アンテナ
12 局部発振器
13 受信部
14 演算部
15 出力部
16 出力装置
17 復調部
20 送信機
21 局部発振器
22 信号生成部
23 アンテナ
P1 第1経路
P2 第2経路
θ1 第1経路を伝搬する電波の到来方向
θ2 第2経路を伝搬する電波の到来方向
周波数が異なる3つの電波を受信する2つのアンテナと、
前記2つのアンテナでそれぞれ受信した周波数の異なる前記3つの電波の受信信号に基づいて、同一の送信箇所から相互に異なる2つの経路を伝搬して前記2つのアンテナに到来する前記3つの電波の到来方向を求める演算部と
を有し、
前記演算部は、
前記3つの電波のそれぞれについて、前記2つのアンテナで受信した受信信号をそれぞれ複素表現に置き換えた2つの複素信号の一方の複素共役と他方との積、及び前記2つの複素信号の一方を他方で除算した商とを求め、
前記3つの電波のそれぞれについて求められた前記積と前記商とに基づいて、前記3つの電波の到来方向を求める電波到来方向推定装置が提供される。
Claims (8)
- 周波数が異なる3つの電波を受信する2つのアンテナと、
前記2つのアンテナでそれぞれ受信した周波数の異なる前記3つの電波の受信信号に基づいて、同一の送信箇所から相互に異なる2つの経路を伝搬して前記2つのアンテナに到来する前記3つの電波の到来方向を求める演算部と
を有する電波到来方向推定装置。 - 前記演算部は、
前記3つの電波のそれぞれについて、前記2つのアンテナで受信した受信信号をそれぞれ複素表現に置き換えた2つの複素信号の一方の複素共役と他方との積、及び前記2つの複素信号の一方を他方で除算した商とを求め、
前記3つの電波のそれぞれについて求められた前記積と前記商とに基づいて、前記3つの電波の到来方向を求める請求項1に記載の電波到来方向推定装置。 - 前記演算部は、
前記3つの電波についてそれぞれ求められた前記積に対応する複素平面上の3つの点に基づいて求められた近似直線の傾き、及び前記3つの電波についてそれぞれ求められた前記商に対応する複素平面上の3つの点を通過する円周の中心座標に基づいて、前記3つの電波の到来方向を求める請求項2に記載の電波到来方向推定装置。 - 前記2つのアンテナの間隔が、前記3つの電波の波長のうち最小の波長の1/4以下である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電波到来方向推定装置。
- 前記3つの電波の比帯域が5%未満である請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電波到来方向推定装置。
- 前記3つの電波は、マイクロ波またはミリ波である請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電波到来方向推定装置。
- 前記3つの電波は、ある無線通信用プロトコルに準拠したものである請求項1乃至6のいずれか1項に記載の電波到来方向推定装置。
- 前記3つの電波は、2.4GHz帯のISMバンドの電波である請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電波到来方向推定装置。
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