KR20220158691A - 통신 장치, 통신 시스템 및 통신 방법 - Google Patents

통신 장치, 통신 시스템 및 통신 방법 Download PDF

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히로아키 나카노
코헤이 야마모토
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소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 간이한 구성으로 고정밀도로 거리 정보를 취득할 수 있고, 신뢰성이 높은 위치측정을 행한다.
[해결 수단] 통신 장치는 전반 채널 특성에 의거하여 산출된 거리 정보를 취득하는 거리 취득부와, 고도 정보를 취득하는 고도 취득부를 구비한다.

Description

통신 장치, 통신 시스템 및 통신 방법
본 개시는 통신 장치, 통신 시스템 및 통신 방법에 관한 것이다.
근래, 옥내 위치측정(測位) 기술이 주목을 모으고 있다. 옥내에서는, 위성의 전파가 도달하지 않기 때문에, GPS(Global Positioning System)나 GNSS(Global Navigation Satellite System)의 신호를 수신할 수가 없다는 과제가 있어, 여러 가지의 수법이 제안되어 있다. 예를 들면, 가속도 센서나 자이로 센서 등의 복수의 센서에 의해, 유저의 동작과 움직인 양을 측정하는 PDR(Pedestrian Dead Reckoning: 보행자 자율 항법), 지자기(地磁氣) 데이터의 조합에 의해 위치를 추측하는 수법, 광이 투광되고 나서 수광될 때까지의 비행시간에 의해 거리를 추정하는 수법(ToF: Time of Flight) 등이 있다.
일본 특개2011-17685호 공보 일본 특개2017-67565호 공보
그렇지만, 예를 들면 PDR의 수법은 거리측정 오차가 축적되어 가는데, 그것을 보정하는 수단이 없는 것이 과제로 되어 있다. 또한 지자기 데이터 등의 데이터 조회를 필요로 하는 수법에서는, 사전(事前) 맵의 작성이 불가결하고, 또한 레이아웃 변경이나 맵이 변화한 때에 재차 조회 데이터의 재작성이 필요한 등 운용면에서 큰 문제가 있다. ToF 수법은 섀도우잉(인체에 의한 거리측정 성능의 저하)의 영향이 크고, 훤히 트인 환경이 아니면 올바른 거리가 측정될 수 없다는 문제가 있다.
그 문제를 해결하기 위해 무선 신호에 의한 거리측정 수법이 이전부터 주목받고 있다. 이미 BLE(Bluetooth Low Energy)나 Wifi, LTE(Long Term Evolution) 등 많은 무선 통신 IC는 스마트폰에 내장되어 있고, 사전 학습 등도 불필요하면서 애플리케이션에의 전개도 용이해지기 때문이다. 그렇지만, 무선 신호에 의한 거리측정 수법은 거리측정 정밀도가 낮은 것이 과제로 되어 있다.
현재 상태의 솔루션으로서 비즈니스화가 진행되고 있는 것이 RSSI(Received Signal Strength Indicator: 수신 신호 강도)를 이용하는 수법이다. 이것은 신호가 크면 가깝고, 작으면 멀다고 판정하는 수법인데, 멀티 패스 (반사파)의 영향을 받기 쉬운 것이 알려져 있다. 또한, 안테나의 각도에 의해서도, 수신 신호 강도에 큰 오차가 생긴다는 문제가 있다.
그래서, 본 개시에서는, 간이한 구성으로 고정밀도로 거리 정보를 취득할 수 있고, 신뢰성이 높은 위치측정을 행하는 것이 가능한 통신 장치, 통신 시스템 및 통신 방법을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위해, 본 개시에 의하면, 전반(傳搬) 채널 특성에 의거하여 산출된 거리 정보를 취득하는 거리 취득부와,
고도(高度) 정보를 취득하는 고도 취득부를 구비하는 통신 장치가 제공된다.
상기 거리 정보 및 상기 고도 정보를 처리 장치에 송신하는 통신부를 구비하여도 좋다.
상기 거리 취득부는 복수의 전반 채널의 각 주파수 및 위상의 관계로부터 산출된 상기 거리 정보를 취득하여도 좋다.
상기 거리 취득부는 복수의 전반 채널의 각 주파수 및 위상의 관계로부터 산출되는 군지연(群遲延)에 의거하여 산출된 측정 위상으로부터 직접 상기 거리 정보를 취득하여도 좋다.
상기 거리 취득부는 UWB(Ultra WideBand)대(帶)의 무선 신호에 의거하여 상기 거리 정보를 취득하여도 좋다.
상기 고도 취득부는 기압(氣壓) 센서에서 검출된 기압에 의거하여 상기 고도 정보를 취득하여도 좋다.
상기 고도 취득부는 상기 기압 센서에서 검출된 기압과 온도 센서에서 검출된 온도에 의거하여 상기 고도 정보를 취득하여도 좋다.
본 개시에 의하면, 복수의 전반 채널의 각 주파수 및 위상의 관계로부터 산출된 복수의 거리 정보를 취득하는 거리 취득부와,
고도 정보를 통신에 의해 취득하는 고도 취득부와,
상기 거리 정보 및 상기 고도 정보에 의거하여 위치 정보를 검출하는 위치 검출부를 구비하는 처리 장치가 제공된다.
상기 거리 취득부는 대상물과 3개 이상의 통신 상대(相手) 장치와의 거리에 관한 3개 이상의 상기 거리 정보를 취득하고,
상기 위치 검출부는 상기 3개 이상의 거리 정보 및 상기 고도 정보에 의거하여 상기 대상물의 위치를 검출하여도 좋다.
상기 고도 취득부는 상기 3개 이상의 통신 상대 장치로부터 3개 이상의 상기 고도 정보를 취득하고,
상기 위치 검출부는 상기 3개 이상의 거리 정보 및 상기 3개 이상의 고도 정보에 의거하여 상기 대상물의 위치를 검출하여도 좋다.
상기 거리 취득부는 대상물이 상기 3개 이상의 통신 상대 장치와 복수 주파수의 무선 신호를 송수(送受)하여 위상을 산출함에 의해, 상기 대상물에 상기 3개 이상의 통신 상대 장치와의 거리 정보를 산출하고,
상기 위치 검출부는 상기 거리 취득부에서 산출된 3개 이상의 상기 거리 정보와, 상기 3개 이상의 고도 정보에 의거하여, 상기 대상물의 위치를 검출하여도 좋다.
상기 거리 취득부는 상기 대상물이 상기 3개 이상의 통신 상대 장치와 통신하여 상기 3개 이상의 통신 상대 장치에서 산출된 상기 3개 이상의 거리 정보를 취득하고, 상기 위치 검출부는 상기 거리 취득부에서 취득된 상기 3개 이상의 거리 정보 및 상기 3개 이상의 고도 정보에 의거하여, 상기 대상물의 위치를 검출하여도 좋다.
상기 위치 검출부는 상기 거리 정보에 의거하여, 소정의 3차원 공간 내의 위치 정보를 나타내는 3차원 맵을 작성하여도 좋다.
상기 거리 취득부는 대상물과 3개 이상의 통신 상대 장치와의 3개 이상의 상기 거리 정보를 취득하고,
상기 위치 검출부는 상기 3개 이상의 거리 정보에 의거하여 상기 3차원 맵을 작성하여도 좋다.
상기 3차원 맵은 상기 대상물 및 상기 3개 이상의 통신 상대 장치의 위치 정보를 포함하여도 좋다.
상기 거리 취득부는 대상물과 3개 이상의 통신 상대 장치와의 거리에 관한 3개 이상의 상기 거리 정보를 취득하고,
상기 고도 취득부는 상기 3개 이상의 통신 상대 장치로부터 3개 이상의 상기 고도 정보를 취득하고,
상기 위치 검출부는 상기 3개 이상의 거리 정보와 상기 3개 이상의 고도 정보에 의거하여, 상기 3차원 맵을 작성하여도 좋다.
본 개시에 의하면, 복수의 전반 채널의 각 주파수 및 위상의 관계로부터 산출된 복수의 거리 정보를 취득하는 거리 취득부와,
적어도 1점(点)의 절대 위치 정보를 취득하는 위치 취득부와,
상기 복수의 거리 정보 및 상기 위치 취득부에서 취득된 절대 위치 정보에 의거하여 위치 정보를 검출하는 위치 검출부를 구비하는 처리 장치가 제공된다.
상기 위치 취득부는 정기 또는 부정기적으로 상기 절대 위치 정보를 취득하고,
상기 위치 검출부는 상기 위치 취득부가 정기 또는 부정기적으로 취득한 상기 절대 위치 정보에 의거하여, 상기 위치 정보를 갱신하여도 좋다.
고도 정보를 통신에 의해 취득하는 고도 취득부를 더 구비하고,
상기 위치 검출부는 상기 복수의 거리 정보, 상기 절대 위치 정보 및 상기 고도 정보에 의거하여, 상기 위치 정보를 검출하여도 좋다.
상기 고도 정보는 2점 사이의 고도차에 관한 고도차 정보를 포함하고 있고,
상기 거리 정보 및 상기 고도차 정보에 의거하여, 상기 거리 정보의 신뢰도를 추정하는 신뢰도 추정부를 더 구비하여도 좋다.
적어도 1점의 절대 위치 정보를 취득하는 위치 취득부를 더 구비하여도 좋다.
상기 위치 취득부는 GPS(Global Positioning System) 정보를 취득하여도 좋다.
본 개시에 의하면, 제1 통신 장치와,
상기 제1 통신 장치와의 사이에서 무선 신호를 송수하는 제2 통신 장치와,
전반 채널 특성에 의거하여 산출된 거리 정보를 취득하는 거리 취득부와,
고도 정보를 취득하는 고도 취득부와,
상기 거리 정보 및 상기 고도 정보에 의거하여 위치 정보를 검출하는 위치 검출부를 구비하는 통신 시스템이 제공된다.
상기 제2 통신 장치와의 사이에서 무선 신호를 송수하는 제3 통신 장치를 구비하고,
상기 제2 통신 장치는 상기 거리 취득부 및 상기 고도 취득부를 가지고,
상기 제3 통신 장치는 상기 위치 검출부를 가지고,
상기 거리 취득부는 상기 제1 통신 장치와의 상기 거리 정보를 취득하고,
상기 위치 검출부는 상기 거리 정보 및 상기 고도 정보에 의거하여 상기 위치 정보를 검출하여도 좋다.
본 개시에 의하면, 전반 채널 특성에 의거하여 산출된 거리 정보를 취득하고,
고도 정보를 취득하고,
상기 거리 정보 및 상기 고도 정보에 의거하여 위치 정보를 검출하는 통신 방법이 제공된다.
도 1은 제1 실시 형태에 의한 통신 장치(1)의 주요부분의 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 제1 실시 형태에 의한 통신 장치(1)를 도 1보다도 구체화한 블록도.
도 3은 위상 베이스 방식의 개요를 설명하는 도면.
도 4는 위상 베이스 방식의 이니시에이터(11) 및 리플렉터(12)의 내부 구성의 한 예를 도시하는 블록도.
도 5는 위상 베이스 방식의 이니시에이터(11)와 리플렉터(12) 사이에서 송수되는 신호 시퀀스의 한 예를 도시하는 도면.
도 6A는 위상 측정시에 이니시에이터(11)로부터 송신되는 패킷 구성도.
도 6B는 도 6A의 한 변형례의 패킷 구성도.
도 6C는 데이터 통신 시작시의 패킷 구성도.
도 7은 이니시에이터로부터 리플렉터에 국부 발진 신호로 중간 주파수 신호로 변환된 송신 신호(cosωt)를 송신하는 예를 도시하는 도면.
도 8은 리플렉터로부터 이니시에이터에 국부 발진 신호로 중간 주파수 신호로 변환된 송신 신호를 송신하는 예를 도시하는 도면.
도 9는 도 7의 리플렉터에서의 측정 위상과, 도 8의 이니시에이터에서의 측정 위상을 서로 더한 예를 도시하는 도면.
도 10은 제1 실시 형태에 의한 통신 시스템에서의 신호의 송수를 도시하는 도면.
도 11은 디바이스의 처리 동작을 도시하는 플로우 차트.
도 12A는 제2 실시 형태에 의한 통신 시스템에서의 신호의 송수를 도시하는 도면.
도 12B는 제2 실시 형태에 의한 통신 시스템에서의 신호의 송수를 도시하는 도면.
도 13은 제3 실시 형태에 의한 처리 장치의 개략 구성을 도시하는 블록도.
도 14A는 제3 실시 형태에 의한 통신 시스템에서의 신호의 송수를 도시하는 도면.
도 14B는 제3 실시 형태에 의한 통신 시스템에서의 신호의 송수를 도시하는 도면.
도 15는 도 14B에서의 서버 등의 처리 장치(31)의 처리 동작을 도시하는 플로우 차트.
도 16은 실내의 복수 개소에 비컨 기기가 설치되어 있는 예를 도시하는 평면 레이아웃도.
도 17은 제4 실시 형태에 의한 통신 시스템의 처리 동작의 제1 예를 도시하는 플로우 차트.
도 18은 기준 비컨 기기를 창의 근방에 설치하여, 절대 위치 정보를 취득하는 예를 도시하는 도면.
도 19는 제4 실시 형태에 의한 통신 시스템의 처리 동작의 제2 예를 도시하는 플로우 차트.
도 20A는 디바이스(dv1)와 디바이스(dv2)가 같은 고도에 마련되는 예를 도시하는 도면.
도 20B는 디바이스(dv1)와 디바이스(dv2)의 고도가 다른 예를 도시하는 도면.
도 21은 제5 실시 형태에 의한 통신 시스템의 처리 동작의 제1 예를 도시하는 플로우 차트.
도 22는 제5 실시 형태에 의한 통신 시스템의 처리 동작의 제2 예를 도시하는 플로우 차트.
이하, 도면을 참조하여, 통신 장치, 통신 시스템 및 통신 방법의 실시 형태에 관해 설명한다. 이하에서는, 통신 장치 및 통신 시스템의 주요한 구성 부분을 중심으로 설명하지만, 통신 장치 및 통신 시스템에는, 도시 또는 설명되지 않은 구성 부분이나 기능이 존재할 수 있다. 이하의 설명은 도시 또는 설명되지 않은 구성 부분이나 기능을 제외하는 것이 아니다.
(제1 실시 형태)
도 1은 제1 실시 형태에 의한 통신 장치(1)의 주요부분의 구성을 도시하는 블록도이다. 도 1의 통신 장치(1)는 안테나(2)와, 송신부(3)와, 수신부(4)와, 거리 취득부(5)와, 고도 취득부(6)를 구비하고 있다. 본 명세서에서는, 송신부(3)와 수신부(4)를 합쳐서 통신부라고 부르는 일이 있다.
거리 취득부(5)는 전반(傳搬) 채널 특성에 의거하여 산출된 거리 정보를 취득한다. 전반 채널 특성이란, 무선 신호가 전반로(傳搬路)를 전반하는 사이의 특성을 가리키고, 예를 들면, 전반로를 전반하는 사이에 생기는 위상차이다. 거리 취득부(5)는 도 1의 통신 장치(1)의 내부에서 거리 정보를 산출하여도 좋고, 또는, 수신부(4)를 통하여 거리 정보를 취득하여도 좋다. 거리 취득부(5)는 예를 들면 복수의 전반 채널의 각 주파수 및 위상의 관계로부터 산출되는 거리 정보를 취득한다. 또는, 거리 취득부(5)는 복수의 전반 채널의 각 주파수 및 위상의 관계로부터 산출되는 군지연(群遲延)에 의거하여 산출된 측정 위상으로부터 직접 거리 정보를 취득하여도 좋다.
고도 취득부(6)는 고도 정보를 취득한다. 고도 취득부(6)는 예를 들면 도 1의 통신 장치(1)에 마련되는 고도 센서에서 검출된 고도 정보를 취득하여도 좋다. 고도 센서는 기압 센서이라도 좋고, 고도 취득부(6)는 기압 센서에서 검출된 기압에 의거하여 고도 정보를 취득하여도 좋다. 또는, 고도 취득부(6)는 기압 센서에서 검출된 기압과 온도 센서에서 검출된 온도에 의거하여 고도 정보를 취득하여도 좋다. 또는, 고도 취득부(6)는 수신부(4)를 통하여 통신 상대 장치의 고도 정보를 취득하여도 좋다.
도 1의 통신 장치(1)는 거리 취득부(5)에서 취득된 거리 정보와, 고도 취득부(6)에서 취득된 고도 정보에 의거하여, 여러 가지의 정보 처리를 행하여도 좋고, 또는, 거리 정보와 고도 정보를 송신부(3)를 통하여 서버 등의 처리 장치에 송신하여도 좋다.
도 2는 제1 실시 형태에 의한 통신 장치(1)를 도 1보다도 구체화한 블록도이다. 도 2의 통신 장치(1)는 안테나(2)와, 송신부(3)와, 수신부(4)와, 클록 발생기(7)와, 거리 산출부(8)와, 고도 산출부(9)와, 고도 센서(10)와, 인터페이스(IF)부(30)를 구비하고 있다.
클록 발생기(7)는 송신부(3)에서의 변조 처리 및 수신부(4)에서의 복조 처리에 이용되는 국부 발진 신호를 생성하는 국부 발진기를 갖는다.
거리 산출부(8)는 전반 채널 특성에 의거하여 거리 정보를 산출한다. 예를 들면, 거리 산출부(8)는 예를 들면 위상 베이스 방식 또는 UWB(Ultra WideBand) 방식으로 거리 정보를 산출하여도 좋다. 위상 베이스 방식 및 UWB 방식의 상세에 관해서는 후술한다. 거리 산출부(8)는 도 1의 거리 취득부(5)의 기능을 구비하고 있다.
고도 산출부(9)는 고도 센서(10)에서 검출된 신호에 의거하여 고도 정보를 산출한다. 고도 산출부(9)는 도 1의 고도 취득부(6)의 기능을 구비하고 있다. 고도 센서(10)는 예를 들면 기압 센서이라도 좋다. 높이에 의해 기압이 변화하기 때문에, 기압 센서의 검출 신호에 의해 고도 정보를 산출할 수 있다. 기압은 온도의 영향을 받기 때문에, 고도 센서(10)로서 기압 센서뿐만 아니라, 온도 센서를 포함함으로써, 고도 산출부(9)는 기압 센서에서 검출된 기압을 온도 센서에서 검출된 온도에 응하여 보정할 수 있다. 인터페이스부(30)는 각종 신호의 입력 및 출력을 행한다.
도 2의 통신 장치(1)는, GPS(Global Positioning System) 수신부(51)와 위치 취득부(52)를 구비하고 있어도 좋다. GPS 수신부(51)는 GPS 위성으로부터의 GPS 신호를 수신한다. 위치 취득부(52)는 수신된 GPS 신호에 의거하여, 적어도 1점의 절대 위치 정보를 취득한다.
도 1의 통신 장치(1)는 스마트폰이나 휴대 전화 등의 휴대 통신 기기라도 좋고, 소정의 장소에 설치된 비컨 기기라도 좋고, 휴대 통신 기기나 비컨 기기 등과 무선 통신을 행하는 기지국이나 서버 등의 무선국이라도 좋다.
도 1의 통신 장치(1)는 통신 상대 장치와의 사이에서 무선 통신을 행함에 의해, 전반 채널 특성에 의거하여, 통신 상대 장치와의 거리 정보를 산출한다. 이하에서는, 전반 채널 특성의 구체례로서, 위상 베이스 방식으로 통신 상대 장치와의 거리 정보를 산출하는 수법을 설명한다.
도 3은 위상 베이스 방식의 개요를 설명하는 도면이다. 위상 베이스 방식에서는, 이니시에이터(11)와 리플렉터(12) 사이에서 무선 신호를 송수하여, 이니시에이터(11)와 리플렉터(12) 사이의 전반로의 위상차를 추정하는 것이다. 이니시에이터(11)와 리플렉터(12)는 예를 들면 도 1 또는 도 2의 통신 장치(1)와 같은 구성을 구비하고 있다.
도 3은 위상 베이스 방식을 도시하는 도면이다. 이니시에이터(11)와 리플렉터(12) 사이에서, 2.4㎓대의 주파수 대역의 무선 신호를 송수하여, 제어부(13)에서 전송로의 위상차(θ)를 측정하는 예를 나타내고 있다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 횡축을 주파수(ω), 종축을 위상차(θ)로 했을 때에, 위상차(θ)는 주파수에 응하여 거의 선형으로 변화한다. 위상차의 기울기로부터 군지연(τ)을 산출할 수 있다. 군지연(τ)은 입력 파형과 출력 파형의 위상차(θ)를 각주파수(角周波數)(ω)로 미분한 것이다. 위상은, 2π의 정수배 비켜진 위상과의 차이를 구별할 수 없기 때문에, 필터 회로의 특성을 나타내는 지표로서, 군지연이 이용된다.
송신 신호와 수신 신호의 위상차를 θd, 측정 위상을 θm, 전반로의 거리를 D, 광속을 c라고 하면, 이하의 식(1)이 성립된다.
θd(=θm+2πn)=ωtd=ω×2D/c …(1)
식(1)의 양변을 각주파수(ω)로 미분하면, 식(2)이 얻어진다.
[수식 1]
Figure pct00001
식(2)을 변형하면, 거리(D)는 이하의 식(3)으로 구하여진다.
[수식 2]
Figure pct00002
도 4는 위상 베이스 방식의 이니시에이터(11) 및 리플렉터(12)의 내부 구성의 한 예를 도시하는 블록도이다. 이니시에이터(11)도 리플렉터(12)도 내부 구성은 같다. 도 4의 이니시에이터(11) 및 리플렉터(12)는 안테나(2)와, 송신부(3)와, 수신부(4)와, 제어부(13)를 구비하고 있다. 송신부(3)로부터 출력된 송신 신호와, 안테나(2)에서 수신된 수신 신호는 고주파 스위치(RF-SW)(14)에서 전환된다. 송신부(3)와 수신부(4)는 주파수 신디사이저(15)로부터 출력된 클록에 동기하여 변조 처리 및 복조 처리를 행한다.
송신부(3)는 제어부(13) 내의 변조기(21)와, DA 컨버터(DAC)(22)와, 밴드 패스 필터(BPF)(23)와, 믹서(24)를 갖는다. 수신부(4)는 로우 노이즈 앰프(LNA)(31)와, 믹서(32)와, I채널용의 밴드 패스 필터(BPF)(33) 및 가변 게인 앰프(VGA)(34)와, Q채널용의 BPF(35) 및 VGA(36)와, AD 변환기(ADC)(37)를 갖는다.
제어부(13)는 변조기(21)와, 위상 측정부(41)와, RAM(43)과, 자동 이득 제어부(AGC)(44)를 갖는다.
수신부(4)로부터 출력된 디지털 복조 신호는 위상 측정부(41)에서 주파수 채널마다 송신 신호와 수신 신호의 위상차 측정 등이 행해진 후에 RAM(43)에 격납된다. 위상 측정부(41)에서는, 평균화나 필터링, FFT 등의 디지털 신호 처리를 행하여도 좋다.
도 5는 위상 베이스 방식의 이니시에이터(11)와 리플렉터(12) 사이에서 송수되는 신호 시퀀스의 한 예를 도시하는 도면이다. 우선, 거리측정을 시작하기 위한 설정을 행한다(스텝 S1). 스텝 S1에서는, 예를 들면, BLE(Bluetooth Low Energy)에 준거한 기기인지 여부의 디바이스 인증과, 네고시에이션과, 주파수 오프셋 보정과, AGC 게인 설정 등을 행한다. 네고시에이션에서는, 거리측정 가능한 기기인지 여부의 확인이나, 거리측정 설정 파라미터의 확인 등을 행한다.
다음에, 예를 들면 BLE가 사용하는 2400㎒∼2480㎒의 범위 내에서 주파수를 스윕(sweep)시켜서, 주파수 채널마다 위상 측정을 행하여, 거리 정보를 산출한다(스텝 S2). 스텝 S2에 의해 거리 정보가 산출되면, 다음에, 이니시에이터(11)와 리플렉터(12)의 사이에서 데이터 통신을 행하여(스텝 S3), 거리 정보나 고도 정보를 포함하는 데이터를 송수한다.
도 6A, 도 6B 및 도 6C는 위상 베이스 방식의 이니시에이터(11)와 리플렉터(12)가 송수하는 패킷의 구체례이다. 도 6A는 위상 측정시에 이니시에이터(11)로부터 송신되는 패킷 구성도이다. 도 6B는 도 6A의 한 변형례의 패킷 구성도이다. 도 6C는 데이터 통신 시작시의 패킷 구성도이다.
도 6A의 패킷은 프리앰블(d1)과, 액세스 어드레스(d2)와, 위상 측정 신호(d3)를 갖는다. 위상 측정 신호(d3)는 단일 캐리어 신호이다. 도 6B의 패킷은 도 6A의 패킷 구성에 더하여, PDU(Protocol Data Unit)(d4)와, CRC(Cyclic Redundancy Check)(d5)를 갖는다. 도 6C의 패킷은 프리앰블(d1)과, 액세스 어드레스(d2)와, PDU(d4)와, CRC(d5)를 갖는다. 또한, 도 6A∼도 6C는 패킷 구성의 한 예이고, 여러 가지의 변형례가 생각된다.
도 6A 및 도 6B에 도시하는 바와 같이, 이니시에이터(11)는 리플렉터(12)에 대해, 단일 캐리어 신호를 송신하는데, 이니시에이터(11)로부터 리플렉터(12)에의 편방향(片方向)만으로는, 로컬 위상의 영향을 받아, 전반로의 위상차를 올바르게 검출할 수 없다. 그래서, 위상 베이스 방식에서는, 이니시에이터(11)와 리플렉터(12)의 사이에서 신호를 왕복시켜서, 로컬 위상을 캔슬하는 처리를 행한다.
도 7∼도 9는 로컬 위상을 캔슬하는 수법을 설명하는 도면이다. 도 7∼도 9에 도시하는 바와 같이, 도 4의 주파수 신디사이저(15)는 국부 발진기(7a)와, 90도 이상기(移相器)(7b)를 갖는다. 도 7은 이니시에이터(11)로부터 리플렉터(12)에, 국부 발진 신호로 중간 주파수 신호로 변환된 송신 신호(cosωt)를 송신하는 예를 나타내고 있다. 도 7에서는, 송신 신호가 전반로를 전반하는 사이의 위상차를 φ로 하고 있다. 이 경우, 리플렉터(12)는 신호(cos(ωt+φ))를 수신한다. 리플렉터(12) 내부의 국부 발진기(7a)가 로컬 위상(θ)를 갖고 있다고 하면, 국부 발진 신호는 cos(ωt+φ)로 표시된다. 따라서, 리플렉터(12)에서 생성된 I신호는 I(t)=cos(φ-θ)/2로 표시되고, Q신호는 Q(t)=sin(φ-θ)/2로 표시된다.
이와 같이, 리플렉터(12)의 측정 위상은 φ-θ가 된다. 이 측정 위상은 리플렉터(12)에 마련되는 연산기 등에서 검출할 수 있다. 이 연산기는 예를 들면 리플렉터(12)의 기능을 실행하는 IC(Integrated Circuit)칩에 내장된다.
도 8은 리플렉터(12)로부터 이니시에이터(11)에, 국부 발진 신호로 중간 주파수 신호로 변환된 송신 신호(cos(ωt+θ))를 송신하는 예를 나타내고 있다. θ은 상술한 바와 같이 리플렉터(12)의 국부 발진기(7a)의 로컬 위상이다. 이 경우, 이니시에이터(11)는 신호(cos(ωt+φ+θ))를 수신한다. 따라서, 이니시에이터(11)에서 생성된 I신호는 I(t)=cos(φ+θ)/2로 표시되고, Q신호는 Q(t)=sin(φ+θ)/2로 표시된다.
이와 같이, 이니시에이터(11)의 측정 위상은 φ+θ가 된다. 이 측정 위상은 이니시에이터(11)에 마련되는 연산기 등에서 검출할 수 있다. 이 연산기는 예를 들면 이니시에이터(11)의 기능을 실행하는 IC 칩에 내장된다.
도 9는 도 7의 리플렉터(12)에서의 측정 위상(φ-θ)과, 도 8의 이니시에이터(11)에서의 측정 위상(φ+θ)을 서로 더하는 예를 나타내고 있다. (φ-θ)+(φ+θ)=2φ가 되어, 로컬 위상의 영향을 상쇄할 수 있음을 알 수 있다. 이 서로 더하는 연산은 상술한 리플렉터(12)용 또는 이니시에이터(11)용의 IC 칩 내의 연산기 등에서 실행할 수 있다.
이와 같이, 이니시에이터(11)와 리플렉터(12) 사이에서 신호를 왕복시킴으로써, 로컬 위상(θ)의 영향을 받는 일 없이, 전송로의 위상차를 검출할 수 있다. 전반로의 위상차가 검출될 수 있으면, 상술한 식(1)∼(3)으로, 전반로의 거리를 산출할 수 있다.
도 10은 제1 실시 형태에 의한 통신 시스템에서의 신호의 송수를 도시하는 도면이다. 도 10의 디바이스(dv1)는 예를 들면 스마트폰 등의 휴대 통신 기기이고, 디바이스(dv2∼dv4)는 예를 들면 소정의 장소에 설치된 비컨 기기이다. 디바이스(dv1∼dv4)는 모두 예를 들면 도 2의 통신 장치(1)와 같은 구성을 구비하고 있다. 도 10의 예에서는, 디바이스(dv1)의 요구에 따라, 디바이스(dv2∼dv4)가 거리를 산출하기 위한 정보와, 자체(自) 좌표(their own coordinates)와, 고도 정보를 디바이스(dv1)에 보낸다.
거리를 산출하기 위한 정보란, 예를 들면 단일 캐리어 신호이다. 디바이스(dv1)가 각 디바이스(dv2∼dv4)에 단일 캐리어 신호를 송신하고, 디바이스(dv2∼dv4)가 같은 신호를 디바이스(dv1)에 돌려줌으로써, 상술한 바와 같이, 디바이스(dv1)는 각 디바이스(dv2∼dv4)와의 거리 정보를 산출할 수 있다. 또한, 디바이스(dv2∼dv4)는 자체 좌표 정보와 고도 정보를 디바이스(dv1)에 보낸다. 이에 의해, 디바이스(dv1)는 각 디바이스(dv2∼dv4)와의 거리 정보와 각 디바이스(dv2∼dv4)의 고도 정보에 의해, 디바이스(dv1)의 높이에 의하지 않고, 고정밀도의 위치측정을 행할 수가 있다.
도 11은 디바이스(dv1)의 처리 동작을 도시하는 플로우 차트이다. 우선, 디바이스(dv2∼dv4)의 평면 좌표 정보를 취득한다(스텝 S11). 이 스텝 S11에서는, 디바이스(dv2∼dv4)로부터 보내오는 각 디바이스의 자체 좌표 정보를 취득한다.
다음에, 각 디바이스(dv1∼dv4)의 고도 정보를 취득한다(스텝 S12). 디바이스(dv1)는 고도 센서(10)를 구비하고 있으면, 고도 센서(10)에 의해 고도 정보를 취득한다. 또한, 디바이스(dv2∼dv4)로부터 보내오는 고도 정보를 취득한다.
다음에, 디바이스(dv1)와, 디바이스(dv2∼dv4)와의 거리 정보를 취득한다(스텝 S13). 상술한 바와 같이, 예를 들면 위상 베이스 방식으로, 디바이스(dv1)와 디바이스(dv2∼dv4) 사이에서 주파수 채널마다 신호를 왕복시킴으로써, 거리 정보를 산출할 수 있다. 또한, 거리 정보의 산출은 반드시 디바이스(dv1)가 행할 필요는 없고, 디바이스(dv2∼dv4)의 각각이 디바이스(dv1)와의 거리 정보를 산출한 결과를 디바이스(dv1)가 취득하여도 좋다.
다음에, 3점 이상의 거리 정보가 있는지의 여부를 판정한다(스텝 S14). 디바이스(dv1)의 위치를 특정하는 데는, 디바이스(dv1)의 주위의 3점 이상의 다른 디바이스와의 거리를 계측할 필요가 있다. 그래서, 스텝 S14에서는, 3점 이상의 거리 정보가 있는지의 여부를 판정하고, 없는 경우에는 스텝 S13으로 돌아와, 새로운 거리 정보를 취득한다.
스텝 S14에서, 3점 이상의 거리 정보가 있다고 판정되면, 3점 이상의 고도 정보가 있는지의 여부를 판정한다(스텝 S15). 디바이스(dv1)의 위치 검출을 행할 때에, 고도 정보를 포함함으로써, 단지 거리 정보의 수가 1개 증가한 이상의 위치 검출 정밀도 향상의 은혜를 받을 수 있다. 옥내 위치측정은 주변의 금속 부재 등에서 무선 신호가 반사되는 멀티 패스의 영향 등에 의해, 반드시 신뢰성이 높은 거리계측을 할 수 있는다고는 한하지 않는다. 이에 대해, 기압 센서 등의 고도 센서(10)는 높은 검출 정밀도를 갖고 있고, 멀티 패스 환경하에서도, 신뢰성 좋게 고도 정보를 검출할 수 있다. 따라서, 고도 정보를 이용하여 위치 검출을 행함으로써, 위치 검출의 정밀도를 향상할 수 있다. 또한, 고도 정보의 수가 많을수록, 위치 검출의 정밀도가 높아지기 때문에, 스텝 S15에서는, 3점 이상의 고도 정보가 있는지의 여부를 판정하고, 3점 미만의 고도 정보밖에 없으면, 스텝 S12로 돌아와 새로운 고도 정보를 취득하고, 3점 이상의 고도 정보가 있으면, 디바이스(dv1)의 위치를 검출하고(스텝 16), 도 11의 처리를 종료한다.
이와 같이, 제1 실시 형태에서는, 디바이스(dv1)가 주위의 디바이스(dv2∼dv4)로부터, 거리를 산출하기 위한 정보와, 자체 좌표 정보와, 고도 정보를 취득하기 때문에, 전반 채널 특성에 의거하여 각 디바이스(dv2∼dv4)와의 거리 정보를 산출할 수 있음과 함께, 디바이스(dv2∼dv4)의 좌표 정보와 고도 정보에 의거하여, 디바이스(dv1)의 위치를 정밀도 좋게 검출할 수 있다.
(제2 실시 형태)
제2 실시 형태는 서버 등의 처리 장치에서 디바이스(dv1)의 위치를 산출하는 것이다. 제2 실시 형태는 주로 공장에서의 동선 해석이나 로봇의 위치 파악 등을 상정한 것이다.
도 12A 및 도 12B는 제2 실시 형태에 의한 통신 시스템에서의 신호의 송수를 도시하는 도면이다. 도 12A 및 도 12B에서의 디바이스(dv1)는 특정한 인간 또는 기계 등의 이동체에 설치된 비컨 기기이고, 디바이스(dv2∼dv4)는 각처에 설치된 비컨 기기 또는 서버(처리 장치)와의 통신 기능을 구비한 통신 장치(1)이다. 디바이스(dv1∼dv4)는 예를 들면 도 2와 같은 구성을 구비하고 있다.
우선, 도 12A에 도시하는 바와 같이, 디바이스(dv2∼dv4)로부터의 요구에 응하여, 디바이스(dv1)는, 거리를 산출하기 위한 정보를 디바이스(dv2∼dv4)에 송신한다. 거리를 산출하기 위한 정보는 예를 들면 상술한 바와 같이 단일 캐리어 신호이다. 또한, 디바이스(dv1)가 고도 센서(10)를 소지하고 있으면, 고도 센서(10)에서 계측한 고도 정보를 거리를 산출하기 위한 정보에 포함하여, 디바이스(dv2∼dv4)에 송신하여도 좋다.
디바이스(dv2∼dv4)는 상술한 전반 채널 특성에 의거하여 디바이스(dv1)와의 거리 정보를 산출한다. 그리고, 도 12B에 도시하는 바와 같이, 디바이스(dv2∼dv4)는 산출된 거리 정보와, 자체 좌표 정보와, 고도 센서(10)에 의해 취득된 고도 정보를 서버 등의 처리 장치(20)에 송신한다. 처리 장치(20)는 디바이스(dv2∼dv4)로부터 송신된 거리 정보, 자체 좌표 정보 및 고도 정보에 의거하여, 디바이스(dv1)의 위치를 산출한다.
도 12A 및 도 12B에서는, 디바이스(dv1)의 위치를 디바이스(dv1)의 주위의 디바이스(dv2∼dv4)를 이용하여 산출하는 예를 나타냈지만, 복수의 디바이스(dv1)가 존재하는 경우에도, 각 디바이스(dv1)의 주위의 복수의 디바이스를 이용함으로써, 상술한 처리 순서로, 복수의 디바이스(dv1)의 위치를 산출할 수 있다.
또한, 처리 장치(20)의 구체적인 형태는 묻지 않는다. 처리 장치(20)는 디바이스(dv2∼dv4)와의 통신 기능과, 디바이스(dv1)의 위치를 산출하는 처리 성능을 구비하고 있으면 되고, 서버, PC 또는 태블릿 등이라도 좋다.
이와 같이, 제2 실시 형태에서는, 디바이스(dv1)로부터 디바이스(dv2∼dv4)에 거리를 산출하기 위한 정보를 송신하고, 디바이스(dv2∼dv4)에서 디바이스(dv1)와의 거리 정보를 산출하고, 디바이스(dv2∼dv4)로부터 서버에, 거리 정보, 자체 좌표 정보 및 고도 정보를 송신하여, 처리 장치(20)에서 디바이스(dv1)의 위치를 산출한다. 이에 의해, 서버 등의 처리 장치(20)에서, 디바이스(dv1)의 위치를 관리할 수 있다. 또한, 디바이스(dv1)가 위치를 산출하는 처리 성능을 갖고 있지 않아도, 처리 장치(20)에서 디바이스(dv1)의 위치를 정밀도 좋게 산출할 수 있다.
(제3 실시 형태)
제3 실시 형태는 복수의 디바이스 간에 상호 신호를 송수하여, 서로의 거리 정보를 산출함과 함께, 산출된 거리 정보를 서버 등의 처리 장치(20)에 송신하는 것이다.
도 13은 제3 실시 형태에 의한 처리 장치(20)의 개략 구성을 도시하는 블록도이다. 도 13의 통신 장치(1)는 안테나(2)와, 송신부(3)와, 수신부(4)와, 거리 취득부(61)와, 위치 검출부(62)를 구비하고 있다.
거리 취득부(61)는 통신 상대 장치와의 사이에서 신호를 송수함에 의해, 전반 채널 특성에 의거하여 통신 상대 장치가 산출한 거리 정보를 취득한다. 통신 상대 장치는 다른 통신 상대 장치와의 사이에서 신호를 왕복시켜서, 전반 채널 특성에 의거하여 다른 통신 상대 장치와의 거리 정보를 산출한다. 위치 검출부(62)는 거리 취득부(61)에서 취득된 거리 정보에 의거하여 위치 정보를 검출한다. 도 13의 처리 장치(20)는 고도 센서(10)를 구비하고 있어도 좋다.
도 14A 및 도 14B는 제3 실시 형태에 의한 통신 시스템에서의 신호의 송수를 도시하는 도면이다. 디바이스(dv2∼dv5)는 예를 들면 비컨 기기이고, 도 2의 통신 장치(1)와 같은 구성을 구비하고 있다. 이하에서는, 각 디바이스(dv2∼dv5)가 고도 센서(10)를 구비하고 있는 예를 설명한다. 디바이스(dv2∼dv5)의 각각은 절대 좌표를 파악하고 있을 필요는 없다. 우선, 도 14A에 도시하는 바와 같이, 디바이스(dv2∼dv5)는 각 디바이스 사이에서 신호를 왕복시킴에 의해, 전반 채널 특성에 의거하여 거리 정보를 산출한다. 이에 의해, 디바이스(dv2∼dv5)의 각각은 상대 좌표를 산출할 수 있다.
다음에, 도 14B에 도시하는 바와 같이, 디바이스(dv2∼dv5)는 산출된 거리 정보와 고도 정보를 서버 등의 처리 장치(20)에 송신한다. 처리 장치(20)는 도 13의 구성을 구비하고 있고, 디바이스(dv2∼dv5)로부터 송신된 거리 정보와 고도 정보에 의거하여, 디바이스(dv2∼dv5)의 상대적인 위치 맵을 작성할 수 있다.
도 15는 도 14B에서의 서버 등의 처리 장치(20)의 처리 동작을 도시하는 플로우 차트이다. 우선, 처리 장치(20)는 디바이스(dv2∼dv5)로부터 송신된 고도 정보를 취득함과 함께(스텝 S21), 거리 정보를 취득한다(스텝 S22).
다음에, 처리 장치(20)는 3점 이상의 거리 정보가 취득되었는지의 여부를 판정하고(스텝 S23), 아직 3점 미만의 거리 정보밖에 취득되지 않은 경우는 스텝 S22 이후의 처리를 행한다. 3점 이상의 거리 정보가 취득됐다고 판정되면, 처리 장치(20)는 3점 이상의 고도 정보가 취득되었는지의 여부를 판정한다(스텝 S24). 아직, 3점 미만의 거리 정보밖에 취득되어 있지 않으면 스텝 S21 이후의 처리를 행한다. 3점 이상의 거리 정보가 취득됐다고 판정되면, 처리 장치(20)는 3차원 맵을 작성한다(스텝 S25).
3차원 맵은 디바이스(dv2∼dv5)의 상대 위치 정보를 포함하는 맵이다. 또한, 후술하는 바와 같이, 처리 장치(20)가 1점 이상의 절대 위치(좌표) 좌표를 취득할 수 있었던 경우는 디바이스(dv2∼dv5)의 절대 위치(좌표) 정보를 포함하는 3차원 맵을 작성할 수 있다.
이와 같이, 제3 실시 형태에서는, 디바이스(dv2∼dv5) 간에 신호를 왕복시킴으로써, 각 디바이스에서, 전반 채널 특성에 의거하여 상대 거리 정보를 산출할 수 있다. 또한, 디바이스(dv2∼dv5)로부터 처리 장치(20)에 거리 정보와 고도 정보를 송신함으로써, 처리 장치(20)에서, 3차원 맵을 작성할 수 있다.
(제4 실시 형태)
상술한 제1∼제3 실시 형태에서는, 하나 또는 복수의 디바이스의 위치측정을 행하는 수법에 관해 설명했지만, 이하에서는, 구체적인 어플리케이션 예를 설명한다.
도 16은 실내의 복수 개소에 비컨 기기가 설치되어 있는 예를 도시하는 평면 레이아웃도이다. 도 16의 흑 삼각 마크는 설치 위치가 고정된 기준 비컨 기기(39a)이다. 속이 흰 삼각 마크는 설치 장소를 변경 가능한 비컨 기기(39b)이다. 본 실시 형태에서는, 비컨 기기(39b)의 설치 장소가 변경되어도, 비컨 기기(39b) 간, 또는 비컨 기기(39b)와 기준 비컨 기기(39a)에서, 신호를 왕복시킴으로써, 전반 채널 특성에 의거하여 산출된 거리 정보에 의해, 각 비컨 기기(39b)의 위치를 검출할 수 있다.
각 비컨 기기(39b)의 위치의 검출은 각 비컨 기기(39a) 및 각 기준 비컨 기기(39b)로부터의 거리 정보와 고도 정보를 취득하는 서버 등의 처리 장치(20)에서 행할 수 있다.
도 17은 제4 실시 형태에 의한 통신 시스템의 처리 동작의 제1 예를 도시하는 플로우 차트이다. 우선, 캘리브레이션 모드인지의 여부를 판정한다(스텝 S31). 캘리브레이션 모드란, 처리 장치(20)가 각 비컨 기기(39b)의 위치를 갱신하는 처리를 행하는 모드를 가리킨다. 처리 장치(20)는 전원 투입시나 리셋시에 캘리브레이션 모드로 이행하여도 좋고, 유저로부터 명시적인 지시가 있을 때에 캘리브레이션 모드로 이행하여도 좋고, 소정의 시간 간격 또는 부정기적으로 캘리브레이션 모드로 이행하여도 좋다.
스텝 S31에서 캘리브레이션 모드가 아니라고 판정되면, 각 비컨 기기(39b) 및 처리 장치(20)는 통상 모드로 동작한다(스텝 S32). 통상 모드란, 이동체와의 사이에서 거리 정보를 산출하는 또는 취득하는 모드이다.
스텝 S31에서 캘리브레이션 모드라고 판정되면, 각 비컨 기기(39b) 간, 또는 비컨 기기(39b)와 기준 비컨 기기(39a) 간에 신호를 왕복시켜서 거리측정을 시작하고, 전반 채널 특성에 의거하여 상대적인 거리 정보를 산출한다(스텝 S33). 산출된 거리 정보는, 처리 장치(20)에 송신된다(스텝 S34). 또한, 각 비컨 기기(39b)가 고도 센서(10)를 구비하고 있는 경우는, 고도 정보를 처리 장치(20)에 송신한다.
다음에, 처리 장치(20)는 거리 정보와 고도 정보에 의거하여, 각 비컨 기기(39b)의 위치측정 연산을 시작한다(스텝 S35). 위치측정 연산의 결과에 의거하여, 처리 장치(20)는 각 비컨 기기(39b)의 위치 정보를 갱신한다(스텝 S36).
각 비컨 기기(39b)의 위치 정보를 갱신할 때에는, 각 비컨 기기(39b)에 직접, 갱신 좌표 정보를 송신하여도 좋고, 처리 장치(20)가 각 비컨 기기(39b)의 위치(좌표) 정보를 등록한 데이터베이스를 소지하고, 처리 장치(20)가 각 비컨 기기(39b)의 위치를 관리하여도 좋다.
또한, 각 비컨 기기(39b)는 거리 정보와 고도 정보 이외의 정보, 예를 들면 배터리 잔량 정보를 처리 장치(20)에 송신하여도 좋다. 각 비컨 기기(39b)가 배터리 잔량 정보를 처리 장치(20)에 송신하는 경우, 처리 장치(20)에서, 각 비컨 기기(39b)의 배터리 상태를 관리할 수 있고, 배터리 방전(battery runs out)이 생기기 전에, 작업자 등에게, 배터리의 교환을 촉구할 수 있다.
도 16에서는, 설치 장소가 고정된 기준 비컨 기기(39a)를 구비하는 예를 설명했지만, 기준 비컨 기기(39a)가 절대 위치(좌표) 정보를 취득할 수 있도록 하여도 좋다. GPS 신호는 옥내에서는 취득이 어렵지만, 창가(窓際)에서는 취득할 수 있는 일이 많다. 그래서, 도 18에 도시하는 바와 같이, 기준 비컨 기기(39a)를 창(40)의 근방에 설치하여, 절대 위치 정보를 취득하여도 좋다. 복수의 비컨 기기(39b) 및 기준 비컨 기기(39a) 중에, 절대 위치 정보를 취득할 수 있는 기준 비컨 기기(39a)가 포함되어 있으면, 모든 비컨 기기(39b) 및 기준 비컨 기기(39a)가 절대 위치 정보를 취득할 수 있다.
도 19는 제4 실시 형태에 의한 통신 시스템의 처리 동작의 제2 예를 도시하는 플로우 차트이다. 도 19의 플로우 차트는 도 17의 플로우 차트에, 스텝 S37을 추가한 것이다. 스텝 S37은 스텝 S31에서 캘리브레이션 모드라고 판정된 때에 행해진다. 스텝 S37에서는, 기준 비컨 기기(39a)가 GPS 신호를 수신하여 절대 위치 정보를 취득한다. 그 후, 스텝 S33∼S36의 처리를 행함으로써, 처리 장치(20)는 각 비컨 기기(39b)의 절대 위치 정보를 갱신할 수 있다.
이와 같이, 제4 실시 형태에서는, 복수의 비컨 기기(39b) 간이 신호를 왕복시켜서, 전반 채널 특성에 의거하여 산출한 거리 정보를 처리 장치(20)에 송신함으로써, 처리 장치(20)에서 각 비컨 기기(39b)의 위치를 갱신할 수 있다.
(제5 실시 형태)
제5 실시 형태는 거리 정보의 산출치의 신뢰도를 평가하는 것이다.
도 20A는 디바이스(dv1)와 디바이스(dv2)가 같은 고도에 마련되는 예를 도시하고, 도 20B는 디바이스(dv1)와 디바이스(dv2)의 고도가 다른 예를 도시하는 도면이다. 예를 들면, 도 20A에서, 디바이스(dv1과 dv2)의 거리(A)가 5m로 산출됐다고 한다. 또한, 도 20B에서, 거리(A)가 5m로 산출되고, 또한 고도 센서(10)에서 고도차(B)가 3m로 검출됐다고 한다. 이 경우, 디바이스(dv1)와 디바이스(dv2)의 수평 거리(C)는 3평방의 정리(three-square theorem)에서 4m로 산출된다.
이와 같이, 높이 정보가 얻어지면, 2개의 디바이스만으로, 각도(角度)와 수평 거리를 얻을 수 있다. 이들의 정보를 이용하여, 거리 정보의 산출의 신뢰도를 설정할 수 있다.
도 21은 제5 실시 형태에 의한 통신 시스템의 처리 동작의 제1 예를 도시하는 플로우 차트이다. 이 플로우 차트는 예를 들면 서버 등의 처리 장치(20)에 의해 실행된다.
우선, 예를 들면 복수의 디바이스 사이에서 신호를 왕복시켜서, 전반 채널 특성에 의거하여 거리 정보를 취득한다(스텝 S41). 다음에, 각 디바이스로부터의 고도 정보를 취득하고, 취득된 고도 정보와 거리 정보에 의거하여, 2개의 디바이스 사이의 각도와 수평 거리를 산출한다(스텝 S42).
다음에, 스텝 S42에서 산출된 각도와 수평 거리가 타당한 범위 내의 값인 지의 여부를 판정한다(스텝 S43). 타당한 범위 내의 값이라고 판정되면, 취득된 거리 정보는 고신뢰도라고 판정한다(스텝 S44). 한편, 타당한 범위 내의 값이 아니라고 판정되면, 취득된 거리 정보는 저신뢰도라고 판정한다(스텝 S45).
예를 들면, 고도 센서(10)에서 높이가 3m로 검출됐음에도 불구하고, 산출된 거리 정보가 3m 이내였던 경우는 수평 거리가 0m 이하가 되기 때문에, 저신뢰도라고 판정된다. 또한, 수직 방향으로 복수의 디바이스가 배치되어 있지 않음에도 불구하고, 각도가 90도로 산출된 경우도 저신뢰도라고 판정된다.
이와 같이, 고도 정보를 고정밀한 기지(旣知) 정보로서 취급함으로써, 전반 채널 특성에 의거하여 산출된 거리 정보의 타당성을 간이하면서 정확하게 판단할 수 있다.
도 22는 제5 실시 형태에 의한 통신 시스템의 처리 동작의 제2 예를 도시하는 플로우 차트이다. 이 플로우 차트도 예를 들면 서버 등의 처리 장치(20)에 의해 실행된다. 우선, 4점 이상의 거리 정보를 취득한다(스텝 S51). 다음에, 4점 이상의 고도 정보를 취득한다(스텝 S52). 다음에, 스텝 S52에서 취득된 고도 정보 중, 고도 정보가 근접한 3점을 선택한다(스텝 S53). 다음에, 4점 이상의 거리 정보와, 선택된 3점의 고도 정보에 의거하여, 위치를 산출한다(스텝 S54).
스텝 S53에서는, 다수의 고도 정보 중, 고도 정보가 근접한 3점을 선택하고 있는데, 그 이유는 고도치가 가까울수록, 2점 사이의 거리에 차지하는 수평 거리의 비율이 커지기 때문이고, 2점 사이의 거리를 보다 정밀도 좋게 산출할 수 있다.
이와 같이, 제5 실시 형태에서는, 고도 정보를 이용함으로써, 전반 채널 특성에 의거하여 산출된 거리 정보의 신뢰도를 간이하면서 정확하게 판정할 수 있다.
(제6 실시 형태)
상술한 제1∼제5 실시 형태에서는, 전반 채널 특성에 의거하여 거리 정보를 산출하는 구체적인 수법으로서, 위상 베이스 방식으로 거리 정보를 산출하는 수법에 관해 주로 설명했지만, 위상 베이스 방식 이외의 수법으로 거리 정보를 산출하여도 좋다. 예를 들면, UWB를 이용하여 거리 정보를 산출하는 것도 생각된다. UWB에서는, 소정의 주파수 범위를 복수의 서브 밴드로 나누어서, 멀티 밴드의 신호를 송신하여, 송신부(3)와 수신부(4) 사이에서의 신호의 전반 지연 시간을 추정한다. 전반 지연 시간으로부터 송신부(3)와 수신부(4) 사이의 거리를 계산할 수 있다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.
(1)
전반 채널 특성에 의거하여 산출된 거리 정보를 취득하는 거리 취득부와,
고도 정보를 취득하는 고도 취득부를 구비하는 통신 장치.
(2)
상기 거리 정보 및 상기 고도 정보를 처리 장치에 송신하는 통신부를 구비하는 (1)에 기재된 통신 장치.
(3)
상기 거리 취득부는 복수의 전반 채널의 각 주파수 및 위상의 관계로부터 산출된 상기 거리 정보를 취득하는 (1) 또는 (2)에 기재된 통신 장치.
(4)
상기 거리 취득부는 복수의 전반 채널의 각 주파수 및 위상의 관계로부터 산출되는 군지연에 의거하여 산출된 측정 위상으로부터 직접 상기 거리 정보를 취득하는 (1) 또는 (2)에 기재된 통신 장치.
(5)
상기 거리 취득부는 UWB(Ultra WideBand)대의 무선 신호에 의거하여 상기 거리 정보를 취득하는 (1) 또는 (2)에 기재된 통신 장치.
(6)
상기 고도 취득부는 기압 센서에서 검출된 기압에 의거하여 상기 고도 정보를 취득하는 (3) 내지 (5)에 기재된 통신 장치.
(7)
상기 고도 취득부는 상기 기압 센서에서 검출된 기압과 온도 센서에서 검출된 온도에 의거하여 상기 고도 정보를 취득하는 (6)에 기재된 통신 장치.
(8)
복수의 전반 채널의 각 주파수 및 위상의 관계로부터 산출된 복수의 거리 정보를 취득하는 거리 취득부와,
고도 정보를 통신에 의해 취득하는 고도 취득부와,
상기 거리 정보 및 상기 고도 정보에 의거하여 위치 정보를 검출하는 위치 검출부를 구비하는 처리 장치.
(9)
상기 거리 취득부는 대상물과 3개 이상의 통신 상대 장치와의 거리에 관한 3개 이상의 상기 거리 정보를 취득하고,
상기 위치 검출부는 상기 3개 이상의 거리 정보 및 상기 고도 정보에 의거하여 상기 대상물의 위치를 검출하는 (8)에 기재된 처리 장치.
(10)
상기 고도 취득부는 상기 3개 이상의 통신 상대 장치로부터 3개 이상의 상기 고도 정보를 취득하고,
상기 위치 검출부는 상기 3개 이상의 거리 정보 및 상기 3개 이상의 고도 정보에 의거하여 상기 대상물의 위치를 검출하는 (9)에 기재된 처리 장치.
(11)
상기 거리 취득부는 대상물이 상기 3개 이상의 통신 상대 장치와 복수 주파수의 무선 신호를 송수하여 위상을 산출함에 의해, 상기 대상물에서 상기 3개 이상의 통신 상대 장치와의 거리 정보를 산출하고,
상기 위치 검출부는 상기 거리 취득부에서 산출된 3개 이상의 상기 거리 정보와, 상기 3개 이상의 고도 정보에 의거하여, 상기 대상물의 위치를 검출하는 (10)에 기재된 처리 장치.
(12)
상기 거리 취득부는 상기 대상물이 상기 3개 이상의 통신 상대 장치와 통신하여 상기 3개 이상의 통신 상대 장치에서 산출된 상기 3개 이상의 거리 정보를 취득하고,
상기 위치 검출부는 상기 거리 취득부에서 취득된 상기 3개 이상의 거리 정보 및 상기 3개 이상의 고도 정보에 의거하여, 상기 대상물의 위치를 검출하는 (10)에 기재된 처리 장치.
(13)
상기 위치 검출부는 상기 거리 정보에 의거하여, 소정의 3차원 공간 내의 위치 정보를 나타내는 3차원 맵을 작성하는 (11) 또는 (12)에 기재된 처리 장치.
(14)
상기 거리 취득부는 대상물과 3개 이상의 통신 상대 장치와의 3개 이상의 상기 거리 정보를 취득하고,
상기 위치 검출부는 상기 3개 이상의 거리 정보에 의거하여 상기 3차원 맵을 작성하는 (13)에 기재된 처리 장치.
(15)
상기 3차원 맵은 상기 대상물 및 상기 3개 이상의 통신 상대 장치의 위치 정보를 포함하는 (14)에 기재된 처리 장치.
(16)
상기 거리 취득부는 대상물과 3개 이상의 통신 상대 장치와의 거리에 관한 3개 이상의 상기 거리 정보를 취득하고,
상기 고도 취득부는 상기 3개 이상의 통신 상대 장치로부터 3개 이상의 상기 고도 정보를 취득하고,
상기 위치 검출부는 상기 3개 이상의 거리 정보와 상기 3개 이상의 고도 정보에 의거하여, 상기 3차원 맵을 작성하는 (15)에 기재된 처리 장치.
(17)
복수의 전반 채널의 각 주파수 및 위상의 관계로부터 산출된 복수의 거리 정보를 취득하는 거리 취득부와,
적어도 1점의 절대 위치 정보를 취득하는 위치 취득부와,
상기 복수의 거리 정보 및 상기 위치 취득부에서 취득된 절대 위치 정보에 의거하여 위치 정보를 검출하는 위치 정보 검출부를 구비하는 처리 장치.
(18)
상기 위치 취득부는 정기 또는 부정기적으로 상기 절대 위치 정보를 취득하고,
상기 위치 검출부는 상기 위치 취득부가 정기 또는 부정기적으로 취득한 상기 절대 위치 정보에 의거하여, 상기 위치 정보를 갱신하는 (17)에 기재된 처리 장치.
(19)
고도 정보를 통신에 의해 취득하는 고도 취득부를 더 구비하고,
상기 위치 검출부는 상기 복수의 거리 정보, 상기 절대 위치 정보 및 상기 고도 정보에 의거하여, 상기 위치 정보를 검출하는 (17) 또는 (18)에 기재된 처리 장치.
(20)
상기 고도 정보는 2점 사이의 고도차에 관한 고도차 정보를 포함하고 있고,
상기 거리 정보 및 상기 고도차 정보에 의거하여, 상기 거리 정보의 신뢰도를 추정하는 신뢰도 추정부를 더 구비하는 (19)에 기재된 처리 장치.
(21)
적어도 1점의 절대 위치 정보를 취득하는 위치 취득부를 더 구비하는 (3) 내지 (5)의 어느 한 항에 기재된 통신 장치.
(22)
상기 위치 취득부는 GPS(Global Positioning System) 정보를 취득하는 (21)에 기재된 통신 장치.
(23)
제1 통신 장치와,
상기 제1 통신 장치와의 사이에서 무선 신호를 송수하는 제2 통신 장치와,
전반 채널 특성에 의거하여 산출된 거리 정보를 취득하는 거리 취득부와,
고도 정보를 취득하는 고도 취득부와,
상기 거리 정보 및 상기 고도 정보에 의거하여 위치 정보를 검출하는 위치 검출부를 구비하는 통신 시스템.
(24)
상기 제2 통신 장치와의 사이에서 무선 신호를 송수하는 제3 통신 장치를 구비하고,
상기 제2 통신 장치는 상기 거리 취득부 및 상기 고도 취득부를 가지고,
상기 제3 통신 장치는 상기 위치 검출부를 가지고,
상기 거리 취득부는 상기 제1 통신 장치와의 상기 거리 정보를 취득하고,
상기 위치 검출부는 상기 거리 정보 및 상기 고도 정보에 의거하여 상기 위치 정보를 검출하는 (23)에 기재된 통신 시스템.
(25)
전반 채널 특성에 의거하여 산출된 거리 정보를 취득하고,
고도 정보를 취득하고,
상기 거리 정보 및 상기 고도 정보에 의거하여 위치 정보를 검출하는 통신 방법.
본 개시의 양태는 상술한 개개의 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 당업자가 상도할 수 있는 여러 가지의 변형도 포함하는 것이고, 본 개시의 효과도 상술한 내용으로 한정되지 않는다. 즉, 특허청구의 범위에 규정된 내용 및 그 균등물로부터 도출되는 본 개시의 개념적인 사상과 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 추가, 변경 및 부분적 삭제가 가능하다.
1: 통신 장치
2: 안테나
3: 송신부
4: 수신부
5: 거리 취득부
6: 고도 취득부
7: 클록 발생기
8: 거리 산출부
9: 고도 산출부
10: 고도 센서
11: 이니시에이터
12: 리플렉터
13: 제어부
20: 처리 장치
30: 인터페이스부
31: 로우 노이즈 앰프
32: 믹서
33: 밴드 패스 필터
34: 가변 게인 앰프
35: BPF
36: VGA
37: ADC
41: 위상 측정부
43: RAM
44: 자동 이득 제어부
61: 거리 취득부
62: 위치 검출부

Claims (25)

  1. 전반 채널 특성에 의거하여 산출된 거리 정보를 취득하는 거리 취득부와,
    고도 정보를 취득하는 고도 취득부를 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 거리 정보 및 상기 고도 정보를 처리 장치에 송신하는 통신부를 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 거리 취득부는 복수의 전반 채널의 각 주파수 및 위상의 관계로부터 산출된 상기 거리 정보를 취득하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 거리 취득부는 복수의 전반 채널의 각 주파수 및 위상의 관계로부터 산출되는 군지연에 의거하여 산출된 측정 위상으로부터 직접 상기 거리 정보를 취득하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 거리 취득부는 UWB(Ultra WideBand)대의 무선 신호에 의거하여 상기 거리 정보를 취득하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 고도 취득부는 기압 센서에서 검출된 기압에 의거하여 상기 고도 정보를 취득하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고도 취득부는 상기 기압 센서에서 검출된 기압과 온도 센서에서 검출된 온도에 의거하여 상기 고도 정보를 취득하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  8. 복수의 전반 채널의 각 주파수 및 위상의 관계로부터 산출된 복수의 거리 정보를 취득하는 거리 취득부와,
    고도 정보를 통신에 의해 취득하는 고도 취득부와,
    상기 거리 정보 및 상기 고도 정보에 의거하여 위치 정보를 검출하는 위치 검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 거리 취득부는 대상물과 3개 이상의 통신 상대 장치와의 거리에 관한 3개 이상의 상기 거리 정보를 취득하고,
    상기 위치 검출부는 상기 3개 이상의 거리 정보 및 상기 고도 정보에 의거하여 상기 대상물의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고도 취득부는 상기 3개 이상의 통신 상대 장치로부터 3개 이상의 상기 고도 정보를 취득하고,
    상기 위치 검출부는 상기 3개 이상의 거리 정보 및 상기 3개 이상의 고도 정보에 의거하여 상기 대상물의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 거리 취득부는 대상물이 상기 3개 이상의 통신 상대 장치와 복수 주파수의 무선 신호를 송수하여 위상을 산출함에 의해, 상기 대상물에서 상기 3개 이상의 통신 상대 장치와의 거리 정보를 산출하고,
    상기 위치 검출부는 상기 거리 취득부에서 산출된 3개 이상의 상기 거리 정보와, 상기 3개 이상의 고도 정보에 의거하여, 상기 대상물의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 거리 취득부는 상기 대상물이 상기 3개 이상의 통신 상대 장치와 통신하여 상기 3개 이상의 통신 상대 장치에서 산출된 상기 3개 이상의 거리 정보를 취득하고,
    상기 위치 검출부는 상기 거리 취득부에서 취득된 상기 3개 이상의 거리 정보 및 상기 3개 이상의 고도 정보에 의거하여, 상기 대상물의 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 위치 검출부는 상기 거리 정보에 의거하여, 소정의 3차원 공간 내의 위치 정보를 나타내는 3차원 맵을 작성하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 거리 취득부는 대상물과 3개 이상의 통신 상대 장치와의 3개 이상의 상기 거리 정보를 취득하고,
    상기 위치 검출부는 상기 3개 이상의 거리 정보에 의거하여 상기 3차원 맵을 작성하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 3차원 맵은 상기 대상물 및 상기 3개 이상의 통신 상대 장치의 위치 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 거리 취득부는 대상물과 3개 이상의 통신 상대 장치와의 거리에 관한 3개 이상의 상기 거리 정보를 취득하고,
    상기 고도 취득부는 상기 3개 이상의 통신 상대 장치로부터 3개 이상의 상기 고도 정보를 취득하고,
    상기 위치 검출부는 상기 3개 이상의 거리 정보와 상기 3개 이상의 고도 정보에 의거하여, 상기 3차원 맵을 작성하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  17. 복수의 전반 채널의 각 주파수 및 위상의 관계로부터 산출된 복수의 거리 정보를 취득하는 거리 취득부와,
    적어도 1점의 절대 위치 정보를 취득하는 위치 취득부와,
    상기 복수의 거리 정보 및 상기 위치 취득부에서 취득된 절대 위치 정보에 의거하여 위치 정보를 검출하는 위치 검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 위치 취득부는 정기 또는 부정기적으로 상기 절대 위치 정보를 취득하고,
    상기 위치 검출부는 상기 위치 취득부가 정기 또는 부정기적으로 취득한 상기 절대 위치 정보에 의거하여, 상기 위치 정보를 갱신하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    고도 정보를 통신에 의해 취득하는 고도 취득부를 더 구비하고,
    상기 위치 검출부는 상기 복수의 거리 정보, 상기 절대 위치 정보 및 상기 고도 정보에 의거하여, 상기 위치 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 고도 정보는 2점 사이의 고도차에 관한 고도차 정보를 포함하고 있고,
    상기 거리 정보 및 상기 고도차 정보에 의거하여, 상기 거리 정보의 신뢰도를 추정하는 신뢰도 추정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
  21. 제3항에 있어서,
    적어도 1점의 절대 위치 정보를 취득하는 위치 취득부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 위치 취득부는 GPS(Global Positioning System) 정보를 취득하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
  23. 제1 통신 장치와,
    상기 제1 통신 장치와의 사이에서 무선 신호를 송수하는 제2 통신 장치와,
    전반 채널 특성에 의거하여 산출된 거리 정보를 취득하는 거리 취득부와,
    고도 정보를 취득하는 고도 취득부와,
    상기 거리 정보 및 상기 고도 정보에 의거하여 위치 정보를 검출하는 위치 검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제2 통신 장치와의 사이에서 무선 신호를 송수하는 제3 통신 장치를 구비하고,
    상기 제2 통신 장치는 상기 거리 취득부 및 상기 고도 취득부를 가지고,
    상기 제3 통신 장치는 상기 위치 검출부를 가지고,
    상기 거리 취득부는 상기 제1 통신 장치와의 상기 거리 정보를 취득하고,
    상기 위치 검출부는 상기 거리 정보 및 상기 고도 정보에 의거하여 상기 위치 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
  25. 전반 채널 특성에 의거하여 산출된 거리 정보를 취득하고,
    고도 정보를 취득하고,
    상기 거리 정보 및 상기 고도 정보에 의거하여 위치 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.
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