KR20230024264A - 통신 장치 및 그 거리 생성 방법 - Google Patents

Abstract

통신 장치간의 거리를 측정할 때에, 양자간의 주파수 오프셋에 의한 영향을 억제한다. 통신 장치는 주파수 오프셋 취득부, 시간 취득부, 위상 취득부 및 거리 생성부를 구비한다. 주파수 오프셋 취득부는 통신 장치간에서 각각의 송수신을 할 때에 이용되는 주파수의 주파수 오프셋을 취득한다. 시간 취득부는 통신 장치간에서의 송수신의 시간을 취득한다. 위상 취득부는 송수신을 할 때에 이용되는 주파수의 위상 관계를 취득한다. 거리 생성부는 위상 관계에 의거하여 거리 정보를 생성한다.

Description

통신 장치 및 그 거리 생성 방법

본 기술은 통신 장치에 관한 것이다. 상세하게는, 통신 장치간의 거리 정보를 생성하는 통신 장치 및 그 거리 생성 방법에 관한 것이다.

근래, GPS(Global Positioning System)를 베이스로 하는 지도(地圖) 어플리케이션 등의 보급에 수반하여, 옥내 측위(側位) 기술이 주목을 모으고 있다. 옥내에서는 위성의 전파가 도달하지 않아 GPS가 사용될 수 없기 때문에, 다양한 수법이 제안되어 있다. 예를 들면, 가속도 센서나 자이로 센서 등 복수의 센서에 의해 유저의 동작과 움직인 양(量)을 측정하는 PDR(Pedestrian Dead Reckoning: 보행자 자율 항법)이나 지자기 데이터의 조회에 의해 위치를 추측하는 수법, 광의 투광파와 반사파의 시간차를 이용하여 파장으로 거리를 추정하는 수법(ToF: Time of Flight), 무선 신호에 의한 거리측정 수법 등을 들 수 있다. 예를 들면, 무선 신호에 의한 거리측정 수법으로서, 2대의 통신 장치의 거리측정 신호 사이에 생기고 있는 위상 회전량을 주파수마다 구하여, 양자간의 거리를 추정하는 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조.).

일본 특개2018-124181호 공보

상술한 종래 기술에서는, 주파수와 위상 회전량과의 관계에서의 기울기가 거리측정 신호의 지연 시간을 나타내기 때문에, 지연 시간에 공지의 광속을 곱함에 의해 전반 거리를 산출하여, 통신 장치간의 거리를 추정하고 있다. 이 종래 기술에서는, 왕복 통신을 행함에 의해, 통신 장치간의 로컬 위상의 차이의 상쇄를 도모하고 있다. 그렇지만, 양 통신 장치의 로컬 발진기가 주파수 오프셋을 갖는 경우, 그것을 상쇄할 수가 없어서 거리측정 정밀도를 크게 저하시킬 우려가 있다.

본 기술은 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 통신 장치간의 거리를 측정할 때에, 양자간의 주파수 오프셋에 의한 영향을 억제하는 것을 목적으로 한다.

본 기술은 상술한 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 그 제1 측면은 통신 장치간에서 각각의 송수신을 할 때에 이용되는 주파수의 주파수 오프셋을 취득하는 주파수 오프셋 취득부와, 상기 통신 장치간에서의 송수신의 시간을 취득하는 시간 취득부와, 상기 송수신을 할 때에 이용되는 주파수의 위상 관계를 취득하는 위상 취득부와, 상기 위상 관계에 의거하여 거리 정보를 생성하는 거리 생성부를 구비하는 통신 장치 및 그 거리 생성 방법이다. 이에 의해, 송수신을 할 때에 이용되는 주파수의 위상 관계에 의거하여 거리 정보를 생성한다는 작용을 가져온다.

또한, 이 제1 측면에서, 상기 위상 취득부는 상기 주파수 오프셋 및 상기 송수신의 시간에 의거하여 상기 위상 관계를 취득하도록 하여도 좋다. 이에 의해, 주파수 오프셋 및 상기 송수신의 시간에 의거하여 취득된 상기 위상 관계에 의거하여 거리 정보를 생성한다는 작용을 가져온다.

또한, 이 제1 측면에서, 상기 거리 생성부는 상기 위상 관계로부터 생성된 군지연(群遲延) 정보에 의거하여 상기 거리 정보를 생성하도록 하여도 좋다. 이에 의해, 군지연 정보에 의거하여 거리 정보를 생성한다는 작용을 가져온다.

또한, 이 제1 측면에서, 상기 위상 취득부는 상기 송수신의 시간으로부터 얻어진 상기 위상 관계를 상기 주파수 오프셋에 의거하여 보정하도록 하여도 좋다. 이 경우에 있어서, 상기 거리 생성부는 상기 보정된 위상 관계에 의거하여 상기 거리 정보를 생성하도록 하여도 좋다.

또한, 이 제1 측면에서, 상기 주파수 오프셋 취득부는 제1 통신에서 상기 주파수 오프셋을 측정하고, 상기 시간 취득부는 상기 제1 통신보다도 후에 행해지는 제2 통신에서 상기 송수신의 시간을 측정하도록 하여도 좋다. 이에 의해, 송수신의 시간을 측정하는 것에 앞서서 주파수 오프셋을 측정한다는 작용을 가져온다.

또한, 이 제1 측면에서, 상기 주파수 오프셋 취득부는 상기 통신 장치간에서 송수신된 IQ 변조된 신호에 관해 I축 및 Q축에 사영한 진폭의 일정 기간에서의 변화에 의거하여 상기 주파수 오프셋을 측정하도록 하여도 좋다.

또한, 이 제1 측면에서, 상기 주파수 오프셋 취득부는 상기 통신 장치간에서 수신한 신호를 고속 푸리에 변환한 신호에 의거하여 상기 주파수 오프셋을 측정하도록 하여도 좋다.

또한, 이 제1 측면에서, 상기 시간 취득부는 상기 통신 장치간의 신호의 송신 타이밍으로부터 상기 신호에 대한 기지(旣知) 패턴의 수신까지를 계시함에 의해 상기 송수신의 시간을 취득하도록 하여도 좋다.

또한, 이 제1 측면에서, 상기 통신 장치간의 송수신을 할 때에 이용되는 주파수를 생성하는 주파수 생성부를 더 구비하고, 상기 주파수 오프셋 취득부는 상기 통신 장치간에서 각각 이용되는 상기 주파수의 상기 주파수 오프셋을 측정하도록 하여도 좋다.

도 1은 본 기술의 실시의 형태에서의 통신 장치의 구성례를 도시하는 도면.
도 2는 본 기술의 실시의 형태에서의 거리 측정의 양태례를 도시하는 도면.
도 3은 본 기술의 실시의 형태에서의 이니시에이터(10)로부터 리플렉터(20)에의 통신에서의 신호 위상의 예를 도시하는 도면.
도 4는 본 기술의 실시의 형태에서의 리플렉터(20)로부터 이니시에이터(10)에의 통신에서의 신호 위상의 예를 도시하는 도면.
도 5는 본 기술의 실시의 형태에서의 시간 측정 타이밍의 양태례를 도시하는 도면.
도 6은 본 기술의 실시의 형태에서의 측정 신호의 패킷 구성례를 도시하는 도면.
도 7은 본 기술의 실시의 형태에서의 I채널 및 Q채널의 신호와 주파수 오프셋의 관계례를 도시하는 도면.
도 8은 본 기술의 실시의 형태에서의 I채널 및 Q채널의 신호와 기지 패턴과의 상관 관계의 예를 도시하는 도면.
도 9는 본 기술의 실시의 형태에서의 위상 파형의 예를 도시하는 도면.
도 10은 본 기술의 실시의 형태에서의 신호의 주파수 분포와 주파수 오프셋의 관계례를 도시하는 도면.
도 11은 본 기술의 실시의 형태의 거리 생성부(116)에서 위상 관계로부터 거리 정보를 생성하는 예를 도시하는 도면.
도 12는 본 기술의 실시의 형태에서의 이니시에이터(10)와 리플렉터(20) 사이의 측정 순서례를 도시하는 흐름도.
도 13은 본 기술의 실시의 형태에서의 이니시에이터(10)와 리플렉터(20) 사이의 측정 순서례를 도시하는 시퀀스도.
도 14는 본 기술의 실시의 형태의 적용례인 통신 시스템을 도시하는 도면.

이하, 본 기술을 실시하기 위한 형태(이하, 실시의 형태라고 칭한다)에 관해 설명한다. 설명은 이하의 순서에 의해 행한다.

1. 실시의 형태

2. 적용례

<1. 실시의 형태>

[통신 장치]

도 1은 본 기술의 실시의 형태에서의 통신 장치의 구성례를 도시하는 도면이다.

이 통신 장치는 거리 측정 블록(110)과, DAC(120)와, 송신 블록(130)과, 주파수 신디사이저(140)와, RF 스위치(150)와, 안테나(160)와, 수신 블록(170)과, ADC(180)를 구비한다. 거리 측정 블록(110)은 다른 통신 장치와의 사이의 거리를 측정하는 블록이다. 이 거리 측정 블록(110)은 변조기(111)와, 시간 측정부(112)와, 주파수 오프셋 측정부(113)와, 메모리(114)와, 위상 측정부(115)와, 거리 생성부(116)를 구비한다.

변조기(111)는 통신을 행하기 위한 신호의 변조 처리를 행하는 것이다. 이하에서는, 변조 처리의 한 예로서 IQ 변조를 행하는 것을 상정한다. IQ 변조에서는, 베이스밴드 신호로서, I채널(In-phase: 동상(同相) 성분)과 Q채널(Quadrature: 직교 성분)의 각 신호가 이용된다.

DAC(Digital-to-Analog Converter)(120)는 변조기(111)로부터의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 것이다. 이 DAC(120)에 의해 변환된 아날로그 신호는 송신 블록(130)에 공급된다.

송신 블록(130)은 무선 통신에 의해 신호를 송신하는 블록이다. 이 송신 블록(130)은 BPF(131)와, 믹서(132)를 구비한다. BPF(Band-Pass Filter)(131)는 특정한 주파수대의 신호만을 통과시키는 필터이다. 이 BPF(131)는 DAC(120)로부터의 아날로그 신호에 있어서 특정한 주파수대의 신호만을 믹서(132)에 공급한다. 믹서(132)는 BPF(131)로부터 공급되는 신호에, 주파수 신디사이저(140)로부터 공급되는 국부 발진 주파수를 혼합함에 의해, 무선 통신의 송신 주파수로 변환하는 것이다.

주파수 신디사이저(140)는 송수신을 할 때에 이용되는 주파수를 공급하는 것이다. 이 주파수 신디사이저(140)는 후술하는 바와 같이, 내부에 국부 발진기를 구비하고 있고, 무선 통신의 고주파 신호와 베이스밴드 신호의 변환에 이용된다.

RF 스위치(150)는 고주파(RF: Radio Frequency) 신호를 전환하는 스위치이다. 이 RF 스위치(150)는 송신시에는 송신 블록(130)을 안테나(160)에 접속하고, 수신시에는 수신 블록(170)을 안테나(160)에 접속한다. 안테나(160)는 무선 통신에 의해 송수신을 행하기 위한 안테나이다.

수신 블록(170)은 무선 통신에 의해 신호를 수신하는 블록이다. 이 수신 블록(170)은 LNA(171)와, 믹서(172)와, BPF(173 및 175)와, VGA(174 및 176)를 구비한다.

LNA(Low Noise Amplifier)(171)는 안테나(160)에 의해 수신한 RF 신호를 증폭하는 앰프이다. 믹서(172)는 LNA(171)로부터 공급되는 신호에, 주파수 신디사이저(140)로부터 공급되는 국부 발진 주파수를 혼합함에 의해, I채널과 Q채널의 각 신호로 변환하는 것이다. I채널의 신호는 BPF(173)에 공급되고, Q채널의 신호는 BPF(175)에 공급된다. BPF(173 및 175)는 BPF(131)와 마찬가지로, 특정한 주파수대의 신호만을 통과시키는 필터이다. VGA(Variable Gain Amplifier)(174 및 176)는 각각 BPF(173 및 175)로부터의 신호의 이득을 조정하는 아날로그 가변 이득 앰프이다.

ADC(Analog-to-Digital Converter)(180)는 VGA(174 및 176)로부터의 I채널 및 Q채널의 신호를 아날로그 신호로부터 디지털 신호로 변환하는 것이다.

시간 측정부(112)는 통신 장치간에서의 송수신에 필요로 하는 시간을 측정하는 것이다. 이 시간 측정부(112)는 변조기(111)로부터의 신호에 의해 송신 타이밍을 파악할 수 있고, 또한, ADC(180)로부터의 신호에 의해 수신 타이밍을 파악할 수 있다. 이에 의해, 시간 측정부(112)는 송수신의 시간을 측정할 수 있다. 또한, 시간 측정부(112)는 특허청구의 범위에 기재된 시간 취득부의 한 예이다.

주파수 오프셋 측정부(113)는 통신 장치간에서 각각의 송수신을 할 때에 이용되는 주파수의 주파수 오프셋을 측정하는 것이다. 통신 장치간에서의 거리를 측정할 때, 각각의 통신 장치의 국부 발진기의 사이에서 주파수가 다르면, 후술하는 바와 같이 거리측정 정밀도를 저하시킬 우려가 있다. 그 때문에, 국부 발진기 사이의 주파수의 차이를 주파수 오프셋으로서 측정함에 의해, 거리측정 정밀도의 향상을 도모한다. 또한, 주파수 오프셋 측정부(113)는 특허청구의 범위에 기재된 주파수 오프셋 취득부의 한 예이다.

메모리(114)는 ADC(180)로부터의 I채널과 Q채널의 각 신호의 데이터를 일시적으로 유지하기 위한 메모리이다.

위상 측정부(115)는 송수신을 할 때에 이용되는 주파수의 위상 관계를 측정하는 것이다. 이 위상 측정부(115)는 ADC(180)로부터의 I채널과 Q채널의 각 신호의 데이터에 의거하여 주파수의 위상 관계를 측정한다. 또한, 이 위상 측정부(115)는 주파수 오프셋 측정부(113)에 의해 측정된 주파수 오프셋 및 시간 측정부(112)에 의해 측정된 송수신에 필요로 한 시간에 의거하여, 주파수의 위상 관계를 보정한다. 이에 의해, 보다 정확한 위상 관계를 구할 수 있다. 또한, 위상 측정부(115)는 특허청구의 범위에 기재된 위상 취득부의 한 예이다.

거리 생성부(116)는 위상 측정부(115)에 의해 측정되고, 보정된 주파수의 위상 관계에 의거하여 거리 정보를 생성하는 것이다. 주파수와 위상 회전량과의 관계에서의 기울기가 거리측정 신호의 지연 시간을 나타내기 때문에, 지연 시간에 광속을 곱함에 의해, 통신 장치간의 거리를 구할 수 있다. 이 실시의 형태에서는, 보다 정확한 위상 관계를 구하여 둠에 의해, 얻어지는 거리 정보에 대해서도, 보다 정확한 것으로 될 것을 기대할 수 있다.

[거리 측정]

도 2는 본 기술의 실시의 형태에서의 거리 측정의 양태례를 도시하는 도면이다.

통신 장치간에서 거리를 측정할 때에는, 우선, 동 도면에서의 a에 도시하는 바와 같이, 일방의 통신 장치(이니시에이터(10))로부터 타방의 통신 장치(리플렉터(20))를 향하여 측정 신호가 송신된다. 상술한 통신 장치는 이니시에이터(10) 또는 리플렉터(20)의 어느 것도 이용할 수 있다.

이 예에서는, 주요한 블록만을 도시하고 있다. 즉, 이니시에이터(10)에서는, 거리 측정 블록(110)으로부터 송신 블록(130)을 통하여 안테나(160)로부터 측정 신호가 송신된다. 또한, 리플렉터(20)에서는, 안테나(160)를 통하여 수신 블록(170)에 의해 측정 신호가 수신된다.

그리고, 동 도면에서의 b에 도시하는 바와 같이 리플렉터(20)로부터 이니시에이터(10)를 향하여 측정 신호가 반송된다. 즉, 리플렉터(20)에서는, 거리 측정 블록(110)으로부터 송신 블록(130)을 통하여 안테나(160)로부터 측정 신호가 송신된다. 또한, 이니시에이터(10)에서는, 안테나(160)를 통하여 수신 블록(170)에 의해 측정 신호가 수신되어, 거리 측정 블록(110)에서 양자간의 거리가 측정된다.

이와 같이 왕복 통신을 행함에 의해, 각각의 위상차를 측정하고, 각각의 위상을 이용하여 거리를 측정할 수 있다.

도 3은 본 기술의 실시의 형태에서의 이니시에이터(10)로부터 리플렉터(20)에의 통신에서의 신호 위상의 예를 도시하는 도면이다.

여기에서는, 이니시에이터(10)로부터 cos(ωt)의 신호가 송신되고, 전반 채널(30)의 위상차를 φ로 한다. 즉, 이 φ가 산출하고 싶은 거리에 의거한 위상치가 된다. 리플렉터(20)에서의 수신 신호는 위상이 φ 변화한 cos(ωt+φ)가 된다.

그리고, 이 수신 신호 cos(ωt+φ)를 믹서(172)에 의해 다운 컨버전함에 의해, I채널 및 Q채널의 수신 신호를 얻을 수 있다. 이 다운 컨버전에 이용하는 리플렉터(20)의 국부 발진기(141)는 이니시에이터(10)의 것과 동기하지 않기 때문에, 로컬 위상차(θ) 및 주파수 오프셋(Δω)이 생긴다. 즉, 리플렉터(20)의 국부 발진기(141)의 신호는 cos((ω+Δω)t+θ)로 표현된다. 또한, 국부 발진기(141)는 특허청구의 범위에 기재된 주파수 생성부의 한 예이다.

I채널의 신호(I(t))는 수신 신호 cos(ωt+φ)에 국부 발진기(141)의 cos((ω+Δω)t+θ)를 혼합함에 의해 얻어진다.

I(t)=cos(φ-Δωt-θ)/2

한편, Q채널의 신호(Q(t))는 국부 발진기(141)의 신호를 위상 변환기(142)에 의해 90도 회전시킨 -sin((ω+Δω)t+θ)를 수신 신호 cos(ωt+φ)에 혼합함에 의해 얻어진다.

Q(t)=sin(φ-Δωt-θ)/2

I채널 및 Q채널의 신호의 각도를 검출함에 의해, 리플렉터(20)의 위상을 측정할 수 있다. 이 경우의 각도는 I채널 및 Q채널의 수신 신호의 아크탄젠트를 계산함에 의해 산출할 수 있다. 즉, 리플렉터(20)측에서 얻어지는 위상은 「φ-Δωt-θ」가 된다.

도 4는 본 기술의 실시의 형태에서의 리플렉터(20)로부터 이니시에이터(10)에의 통신에서의 신호 위상의 예를 도시하는 도면이다.

여기에서는, 이니시에이터(10)로부터 리플렉터(20)에의 통신과 마찬가지로, 전반 채널(30)에서의 전반 위상차를 φ, 국부 발진기(141)에서의 로컬 위상차를 θ, 주파수 오프셋을 Δω로 한다. 또한, 이니시에이터(10)와 리플렉터(20)에서의 송신 시작의 시간차를 Δt로 한다.

리플렉터(20)로부터의 송신 신호는 cos((ω+Δω)(t+Δt)+θ)로 표현된다. 그리고, 이니시에이터(10)에서의 수신 신호는 cos(ω(t+Δt)-φ+θ)가 된다.

그리고, 이 수신 신호 cos(ω(t+Δt)-φ+θ)를 믹서(172)에 의해 다운 컨버전함에 의해, I채널 및 Q채널의 수신 신호를 얻을 수 있다. 이 다운 컨버전에 이용하는 이니시에이터(10)의 국부 발진기(141)는 cos(ω(t+Δt))로 표현된다.

I채널의 신호(I(t))는 수신 신호 cos(ω(t+Δt)-φ+θ)에 국부 발진기(141)의 cos(ω(t+Δt))를 혼합함에 의해 얻어진다.

I(t)=cos(φ+Δω(t+Δt)+θ)/2

한편, Q채널의 신호(Q(t))는 국부 발진기(141)의 신호를 위상 변환기(142)에 의해 90도 회전시킨 -sin(ω(t+Δt))를 수신 신호 cos(ω(t+Δt)-φ+θ)에 혼합함에 의해 얻어진다.

Q(t)=sin(φ+Δω(t+Δt)+θ)/2

따라서, 이니시에이터(10)측에서 얻어지는 위상은, 「φ+Δω(t+Δt)+θ」가 된다.

이와 같이 하여 얻어진 리플렉터(20) 및 이니시에이터(10)에서의 위상을 가산하면, 다음 식과 같이 된다.

(φ-Δωt-θ)+(φ+Δω(t+Δt)+θ)

=2φ+Δω×Δt

즉, 거리를 산출하기 위한 위상에는, 로컬 위상(θ)은 상쇄되어 포함되지 않게 되는 것이지만, 주파수 오프셋의 성분인 Δω와 송신 시작의 시각차인 Δt의 곱이 포함되는 것을 알 수 있다. 따라서 이 성분은 거리측정 정밀도를 저하시키는 요인이 될 우려가 있다.

이상적으로는, 주파수 오프셋(Δω) 및 송신 시작의 시각차(Δt)를 한없이 제로로 함에 의해, 거리측정 정밀도에의 영향을 억제할 수 있는 것이 바람직하지만, 실제로는 양자를 제로로 하는 것은 곤란을 수반한다. 그래서, 이 실시의 형태에서는, 주파수 오프셋 측정부(113)가 이니시에이터(10)와 리플렉터(20) 사이의 무선 통신에서의 주파수 오프셋(Δω)을 측정한다. 또한, 시간 측정부(112)가 이니시에이터(10)와 리플렉터(20) 사이의 무선 통신에서의 송신 시작의 시각차(Δt)를 측정한다. 그리고, 위상 측정부(115)가 왕복 통신에 의해 산출된 위상 관계로부터 Δω×Δt를 감산함에 의해, 위상 관계를 보정한다. 그래서, 이에 의해, 그 위상 관계로부터 얻어지는 거리 정보의 정밀도를 향상시킨다.

[송신 시작의 시각차]

도 5는 본 기술의 실시의 형태에서의 시간 측정 타이밍의 양태례를 도시하는 도면이다.

상술한 바와 같이, 이 실시의 형태에서는, 이니시에이터(10)와 리플렉터(20) 사이의 왕복 통신에 의해 측정 신호를 송수신함에 의해 위상 관계를 측정하고, 그 위상 관계에 의거하여 거리 정보를 생성한다.

우선, 이니시에이터(10)는 리플렉터(20)에 대한 측정 신호의 송신 처리(710)를 행한다. 이에 의해, 측정 신호가 전반 채널(30)을 통하여 무선 통신에 의해 이니시에이터(10)로부터 리플렉터(20)에 송신된다.

다음에, 리플렉터(20)는 이니시에이터(10)로부터의 측정 신호의 수신 처리(720)를 행한다. 그리고, 수신한 측정 신호에 응답하여 소정의 준비 시간을 경유하여, 리플렉터(20)는 이니시에이터(10)에 대한 측정 신호의 송신 처리(730)를 시작한다. 이에 의해, 측정 신호가 전반 채널(30)를 통하여 무선 통신에 의해 리플렉터(20)로부터 이니시에이터(10)에 송신된다.

이니시에이터(10)는 리플렉터(20)로부터의 측정 신호의 수신 처리(740)를 행한다. 그 결과, 이니시에이터(10)는 송신 처리(710)의 시작 타이밍과 수신 처리(740)의 시작 타이밍과의 차로부터 왕복 통신에 필요로 한 시간을 실측할 수 있다. 이 왕복 통신에 필요로 한 시간에는, 측정 신호가 전반 채널(30)을 전반한 전반 시간에 더하여, 송신 처리(710 및 730)에 필요로 한 송신 시간과, 수신 처리(720)의 시작부터 송신 처리(730)의 시작까지 필요로 한 준비 시간이 포함되어 있다.

한편, 위상 관계를 보정하기 위해 필요한 송신 시작의 시각차(Δt)는 동 도면에 도시하는 바와 같이, 송신 처리(710)의 시작 타이밍과 송신 처리(730)의 시작 타이밍의 차이이다. 따라서 이니시에이터(10)가 송신 처리(710 및 730)에 필요로 한 송신 시간과, 수신 처리(720)의 시작으로부터 송신 처리(730)의 시작까지 필요로 한 준비 시간을 파악하고 있으면, 왕복 통신의 실측 시간으로부터 이들을 제외한 다음, 그 반분의 값을 산출하면, 측정 신호가 전반 채널(30)을 전반한 편도의 전반 시간을 얻을 수 있다. 그리고, 그 값에 송신 처리(710)에 필요로 한 송신 시간과 송신 처리(730)까지의 준비 시간을 가산함에 의해, 송신 시작의 시각차(Δt)를 얻을 수 있다. 여기에서, 송신 처리(730)까지의 준비 시간에 관해서는, 리플렉터(20)에서 측정한 값을 이니시에이터(10)에 송신해도 좋으며, 또한, 전반 시간에 비해 충분히 작은 경우에는 무시해도 좋다. 또한, 송신 처리(710 및 730)의 송신 시간에 관해서는, 이니시에이터(10) 및 리플렉터(20)의 각각에서 측정한 값을 이용하면 좋으며, 기지의 값을 이용해도 좋으며, 또한, 전반 시간에 비해 충분히 작은 경우에는 무시해도 좋다.

도 6은 본 기술의 실시의 형태에서의 측정 신호의 패킷 구성례를 도시하는 도면이다.

이 측정 패킷은 프리앰블(701), 액세스 어드레스(702) 및 위상 측정 신호(703)의 각 필드를 포함한다. 프리앰블(701)은 이 패킷의 시작 부분(冒頭)에 부가되는 필드이다. 액세스 어드레스(702)는 이 패킷의 송신처 어드레스를 나타내는 필드이다. 위상 측정 신호(703)는 위상 측정을 위한 신호를 포함하는 필드이다.

상술한 예에서는, 송신 시작의 시각차(Δt)로서, 측정 신호의 선두끼리의 시각차를 상정했지만, 그 이외의 타이밍을 이용해도 좋다. 예를 들면, 프리앰블(701) 또는 액세스 어드레스(702)에 기지 패턴을 마련하고, 그 위치를 비교하여 송신 시작의 시각차(Δt)를 구하도록 하여도 좋다. 또한, 위상 측정 신호(703)의 선두 등의 특정한 위치에 기지 패턴을 배치하고, 그 위치를 비교하여 송신 시작의 시각차(Δt)를 구하도록 하여도 좋다.

[주파수 오프셋]

도 7은 본 기술의 실시의 형태에서의 I채널 및 Q채널의 신호와 주파수 오프셋의 관계례를 도시하는 도면이다.

주파수 오프셋에 관해서는 다양한 측정 수법이 있다. 이하에서는, I채널 및 Q채널의 신호 밸런스에 의거하여 주파수 오프셋을 측정하는 수법에 관해 설명한다. 통신 장치간에 주파수 오프셋이 있는 경우, I채널 및 Q채널의 신호 밸런스가 시간에 의해 회전하도록 변화한다. 주파수 오프셋이 클수록, 이 회전 속도가 빨라진다. 이것을 검출하면 좋기 때문에, 기지 패턴을 일정 간격으로 출력하고, I축과 Q축의 진폭치에 의해 각도를 검출한다. 이것을 일정 기간 행하여, 일정 기간 내에 회전한 각도(각속도)가 주파수 오프셋(rad/s)이 된다.

도 8은 본 기술의 실시의 형태에서의 I채널 및 Q채널의 신호와 기지 패턴과의 상관 관계의 예를 도시하는 도면이다.

동 도면에서의 a에 도시하는 바와 같이, I채널 및 Q채널의 신호는 시간의 경과에 수반하여 각각 변화하여 간다. 또한, 동 도면에서, I채널의 신호를 실선으로 나타내고, Q채널의 신호를 점선으로 나타내고 있다.

이때, I채널 및 Q채널의 신호의 파형과 기지 패턴 파형과의 상관치를 구하면, 동 도면에서의 b에 나타내는 바와 같이 된다. 즉, I채널의 신호의 상관치의 피크값과, Q채널의 신호의 상관치의 피크값이 각각 얻어진다. 이 예에서는, 짧은 기간을 나타내고 있기 때문에, 피크값의 변화가 현저하지 않지만, 실제로는 이 피크값은 시간과 함께 변화하여 간다.

도 9는 본 기술의 실시의 형태에서의 위상 파형의 예를 도시하는 도면이다.

상술한 I채널 및 Q채널의 신호의 상관치의 피크값을 역탄젠트(逆正接) 함수(아크탄젠트)에 의해 변환하면, 동 도면에서의 a에 나타내는 바와 같이 된다. 또한, 동 도면에서는 횡축의 범위를 대폭적으로 넓히고 있고, I채널 및 Q채널의 신호의 진폭 밸런스의 변화를 길다란 시간에서 보고 있다.

그리고, 동 도면에서의 a에 도시하는 그래프를 360도마다에 되접지 않도록 언랩 처리(unwrapping process)하면, 동 도면에서의 b에 도시하는 바와 같이 된다. 언랩 처리 후의 파형에서, 주파수 오프셋이 없다면 기울기는 제로로 가로로 곧바른 라인이 되지만, 주파수 오프셋이 있는 경우에는 이 기울기가 주파수 오프셋을 나타낸다.

도 10은 본 기술의 실시의 형태에서의 신호의 주파수 분포와 주파수 오프셋의 관계례를 도시하는 도면이다.

상술한 예에서는 I채널 및 Q채널의 신호 밸런스에 의거하여 주파수 오프셋을 측정하는 수법에 관해 설명했지만, 다른 수법으로서, 수신 신호를 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform)함에 의해 주파수 오프셋을 측정할 수도 있다.

예를 들면, BPSK(Binary Phase Shift Keying)와 같은 변조 신호를 고속 푸리에 변환하면, 피크 신호(F0)의 주파수축의 정측과 부측에 베이스밴드 신호의 스펙트럼이 나타난다. 주파수 오프셋이 없는 경우는 베이스밴드 신호의 주파수만 시프트한 신호로 되지만, 주파수 오프셋이 있는 경우에는 또한 주파수 오프셋분만큼 시프트한 값이 된다. 베이스밴드 신호의 주파수(fb)는 통상 이미 알고 있기 때문에, 고속 푸리에 변환 후의 신호에 의해 Δf, 즉 주파수 오프셋을 산출할 수 있다.

[거리 정보 생성]

도 11은 본 기술의 실시의 형태의 거리 생성부(116)에서 위상 관계로부터 거리 정보를 생성하는 예를 도시하는 도면이다.

동 도면에 도시하는 바와 같이, 횡축을 주파수(ω), 종축을 위상차(θ)로 했을 때에, 위상차(θ)는 주파수에 응하여 거의 선형으로 변화한다. 위상차의 기울기로부터 군지연(群遲延)(τ)을 산출할 수 있다. 군지연(τ)은 입력 파형과 출력 파형의 위상차(θ)를 각 주파수(ω)로 미분한 것이다. 위상은 2π의 정수배 어긋난 위상과의 차를 구별할 수 없기 때문에, 필터 회로의 특성을 나타내는 지표로서, 군지연이 이용된다.

송신 신호와 수신 신호의 위상차를 θd, 측정 위상을 θm, 전반 채널(30)의 거리를 D, 광속을 c(=299792458m/s)라고 하면, 다음 식이 성립된다.

θd(=θm+2πn)=ωtd=ω×2D/c

윗식의 양변을 각 주파수(ω)로 미분하면, 다음 식을 얻을 수 있다.

dθd/dω=dθm/dω=2D/c

윗식을 변형하면, 거리(D)는 다음 식에 의해 구해진다.

D=(c/2)×(dθm/dω)

따라서 상술한 바와 같이 위상을 측정하여 그 기울기(각 주파수(ω)에 의한 미분치)를 알면, 그 위상 정보에 의거하여 거리 정보를 생성할 수 있다.

[동작]

도 12는 본 기술의 실시의 형태에서의 이니시에이터(10)와 리플렉터(20) 사이의 측정 순서례를 도시하는 흐름도이다.

이니시에이터(10)는 리플렉터(20)에 주파수 오프셋 측정용의 신호를 송신하고, 주파수 오프셋(Δω)을 측정한다(스텝 S911). 주파수 오프셋(Δω)의 측정에는, 상술한 바와 같이, 다양한 수법이 있다.

주파수 오프셋의 측정이 성공하면(스텝 S912: Yes), 다음에, 이니시에이터(10)는 위상 측정용의 신호를 생성하여(스텝 S913), 리플렉터(20)에 송신한다(스텝 S914). 그리고, 이니시에이터(10)는 리플렉터(20)로부터의 위상 측정용의 신호를 수신한다(스텝 S915). 이에 의해, 이니시에이터(10)는 상술한 바와 같이, I채널 및 Q채널의 신호의 각도를 검출함에 의해 위상을 측정함과 함께, 송신 시작의 시각차(Δt)를 측정한다(스텝 S916).

위상의 측정이 성공하면(스텝 S917: Yes), 이니시에이터(10)는 상술한 바와 같이, 측정한 주파수 오프셋(Δω) 및 송신 시작의 시각차(Δt)를 이용하여, 위상을 보정한다(스텝 S918). 그리고, 이니시에이터(10)는 이 보정된 위상으로부터 거리를 생성한다(스텝 S919).

도 13은 본 기술의 실시의 형태에서의 이니시에이터(10)와 리플렉터(20) 사이의 측정 순서례를 도시하는 시퀀스도이다.

우선, 측정에 앞서서, 이니시에이터(10)와 리플렉터(20) 사이에서 측정 설정(811 및 812)이 행해진다. 이 측정 설정에서는, 디바이스 인증이나 네고시에이션 등이 행해진다.

다음에, 주파수 오프셋(Δω)의 측정(821 및 822)이 행해진다. 이 주파수 오프셋 측정에서는, 측정 대상은 하나의 주파수만이라고는 한하지 않다. 예를 들면, 주파수 특성이 주위 환경 등에 의해 변화하여, 신호가 수신하기 어려운 주파수에 해당할 가능성이 있기 때문에, 여러 점(數点)에서의 측정을 시도하고, 측정할 수 없었던 경우에는 주파수를 바꾸어 리트라이하는 것 등이 상정된다.

다음에, 위상 측정(831 및 832)이 행해진다. 이 위상 측정에서는, 이니시에이터(10)와 리플렉터(20) 사이에서, 특정한 주파수대역(예를 들면 2.4㎓대)에서, 주파수를 순차적으로 스위프함(sweeping)에 의해 측정이 행해진다. 또한, 주파수 스위프 후, 필요에 응하여 데이터 통신(841 및 842)이 행해진다. 상술한 바와 같이, 위상 측정에 의해 얻어진 위상의 기울기로부터, 거리를 생성할 수 있다. 그 때문에, 필요한 정보는 이니시에이터(10)와 리플렉터(20) 사이에서나 교환된다.

이와 같이, 본 기술의 실시의 형태에서는, 주파수 오프셋 측정부(113)에 의해 측정된 주파수 오프셋(Δω) 및 시간 측정부(112)에 의해 측정된 송신 시작의 시각차(Δt)를 고려하여 위상 측정부(115)에서 위상 정보를 생성한다. 이에 의해, 위상 정보의 정밀도를 높이고, 거리 생성부(116)에 의해 생성되는 거리 정보의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

<2. 적용례>

상술한 실시의 형태에서는, 이니시에이터(10)의 거리 측정 블록(110)에서 거리 정보를 생성하는 것을 상정했지만, 본 기술은 이하에 예시하는 바와 같이 다양한 양태에서 적용 가능하다.

[통신 시스템]

도 14는 본 기술의 실시의 형태의 적용례인 통신 시스템을 도시하는 도면이다.

동 도면에서의 a에서는, 본 기술의 실시의 형태의 통신 장치의 구체례로서, 휴대 단말(200)을 상정한다. 휴대 단말(200)은 이니시에이터(10)로서 기능한다. 또한, 비컨(300)이 리플렉터(20)로서 기능하는 것으로 한다. 이 예에서는, 휴대 단말(200)로부터 측정 신호를 송신하여, 비컨(300)과의 사이의 위상 관계, 주파수 오프셋(Δω) 및 송신 시작의 시각차(Δt)를 측정한다. 그리고, 휴대 단말(200)은 이들의 정보에 의거하여 거리 정보를 생성한다. 또한, 휴대 단말(200)과 비컨(300)의 관계는 반대라도 상관없다. 그 경우, 본 기술의 실시의 형태의 통신 장치의 구체례로서, 비컨(300)을 상정해도 좋다.

동 도면에서의 b에서는, 본 기술의 실시의 형태의 통신 장치의 구체례로서, 서버(400)를 상정한다. 이 경우에도, 휴대 단말(200)은 이니시에이터(10)로서 기능하고, 비컨(300)은 리플렉터(20)로서 기능한다. 그리고, 서버(400)는 휴대 단말(200)과 비컨(300) 사이의 위상 관계, 주파수 오프셋(Δω) 및 송신 시작의 시각차(Δt)를 휴대 단말(200)로부터 취득한다. 그리고, 서버(400)는 취득한 이들의 정보에 의거하여, 휴대 단말(200)과 비컨(300) 사이의 거리 정보를 생성한다. 또한, 휴대 단말(200)과 비컨(300)의 관계는 반대라도 상관없다. 또한, 여기에서는, 휴대 단말(200)과 비컨(300) 사이의 거리 정보를 생성하는 제3자로서 서버(400)를 예시했지만, 다른 휴대 단말 등이 제3자로서 거리 정보를 생성하도록 하여도 좋다.

또한, 상술한 실시의 형태는 본 기술을 구현화하기 위한 한 예를 나타낸 것이고, 실시의 형태에서의 사항과, 특허청구의 범위에서의 발명 특정 사항은 각각 대응 관계를 갖는다. 마찬가지로, 특허청구의 범위에서의 발명 특정 사항과, 이것과 동일 명칭을 붙인 본 기술의 실시의 형태에서의 사항은 각각 대응 관계를 갖는다. 단, 본 기술은 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 실시의 형태에 여러가지의 변형을 시행함에 의해 구현화 할 수 있다.

또한, 상술한 실시의 형태에서의 설명한 처리 순서는 이들 일련의 순서를 갖는 방법으로서 파악해도 좋으며, 또한, 이들 일련의 순서를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램 내지 그 프로그램을 기억하는 기록 매체로서 파악해도 좋다. 이 기록 매체로서, 예를 들면, CD(Compact Disc), MD(Mini Disc), DVD(Digital Versatile Disc), 메모리 카드, 블루-레이 디스크(Blu-ray(등록상표) Disc) 등을 이용할 수 있다.

또한, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이고, 한정되는 것이 아니고, 또, 다른 효과가 있어도 좋다.

또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.

(1) 통신 장치간에서 각각의 송수신을 할 때에 이용되는 주파수의 주파수 오프셋을 취득하는 주파수 오프셋 취득부와,

상기 통신 장치간에서의 송수신의 시간을 취득하는 시간 취득부와,

상기 송수신을 할 때에 이용되는 주파수의 위상 관계를 취득하는 위상 취득부와,

상기 위상 관계에 의거하여 거리 정보를 생성하는 거리 생성부를 구비하는 통신 장치.

(2) 상기 위상 취득부는 상기 주파수 오프셋 및 상기 송수신의 시간에 의거하여 상기 위상 관계를 취득하는 상기 (1)에 기재된 통신 장치.

(3) 상기 거리 생성부는 상기 위상 관계로부터 생성된 군지연 정보에 의거하여 상기 거리 정보를 생성하는 상기 (2)에 기재된 통신 장치.

(4) 상기 위상 취득부는 상기 송수신의 시간으로부터 얻어진 상기 위상 관계를 상기 주파수 오프셋에 의거하여 보정하는 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 통신 장치.

(5) 상기 거리 생성부는 상기 보정된 위상 관계에 의거하여 상기 거리 정보를 생성하는 상기 (4)에 기재된 통신 장치.

(6) 상기 주파수 오프셋 취득부는 제1 통신에서 상기 주파수 오프셋을 측정하고,

상기 시간 취득부는 상기 제1 통신보다도 후에 행해지는 제2 통신에서 상기 송수신의 시간을 측정하는 상기 (2)부터 (5)의 어느 하나에 기재된 통신 장치.

(7) 상기 주파수 오프셋 취득부는 상기 통신 장치간에서 송수신된 IQ 변조된 신호에 관해 I축 및 Q축에 사영한 진폭의 일정 기간에서의 변화에 의거하여 상기 주파수 오프셋을 측정하는 상기 (2)부터 (6)의 어느 하나에 기재된 통신 장치.

(8) 상기 주파수 오프셋 취득부는 상기 통신 장치간에서 수신한 신호를 고속 푸리에 변환한 신호에 의거하여 상기 주파수 오프셋을 측정하는 상기 (2)부터 (6)의 어느 하나에 기재된 통신 장치.

(9) 상기 시간 취득부는 상기 통신 장치간의 신호의 송신 타이밍으로부터 상기 신호에 대한 기지 패턴의 수신까지를 계시함에 의해 상기 송수신의 시간을 취득하는 상기 (2)부터 (8)의 어느 하나에 기재된 통신 장치.

(10) 상기 통신 장치간의 송수신을 할 때에 이용되는 주파수를 생성하는 주파수 생성부를 더 구비하고,

상기 주파수 오프셋 취득부는 상기 통신 장치간에서 각각 이용되는 상기 주파수의 상기 주파수 오프셋을 측정하는 상기 (2)부터 (9)의 어느 하나에 기재된 통신 장치.

(11) 주파수 오프셋 취득부가 통신 장치간에서 각각의 송수신을 할 때에 이용되는 주파수의 주파수 오프셋을 취득하는 순서와,

시간 취득부가 상기 통신 장치간에서의 송수신의 시간을 취득하는 순서와,

위상 취득부가 상기 송수신을 할 때에 이용되는 주파수의 위상 관계를 취득하는 순서와,

거리 생성부가 상기 위상 관계에 의거하여 거리 정보를 생성하는 순서를 구비하는 통신 장치의 거리 생성 방법.

10: 이니시에이터
20: 리플렉터
30: 전반 채널
110: 거리 측정 블록
111: 변조기
112: 시간 측정부
113: 주파수 오프셋 측정부
114: 메모리
115: 위상 측정부
116: 거리 생성부
130: 송신 블록
132: 믹서
140: 주파수 신디사이저
141: 국부 발진기
142: 위상 변환기
150: RF 스위치
160: 안테나
170: 수신 블록
172: 믹서
200: 휴대 단말
300: 비컨
400: 서버

Claims (11)

1. 통신 장치간에서 각각의 송수신을 할 때에 이용되는 주파수의 주파수 오프셋을 취득하는 주파수 오프셋 취득부와,
   상기 통신 장치간에서의 송수신의 시간을 취득하는 시간 취득부와,
   상기 송수신을 할 때에 이용되는 주파수의 위상 관계를 취득하는 위상 취득부와,
   상기 위상 관계에 의거하여 거리 정보를 생성하는 거리 생성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 위상 취득부는 상기 주파수 오프셋 및 상기 송수신의 시간에 의거하여 상기 위상 관계를 취득하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 거리 생성부는 상기 위상 관계로부터 생성된 군지연 정보에 의거하여 상기 거리 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 위상 취득부는, 상기 송수신의 시간으로부터 얻어진 상기 위상 관계를 상기 주파수 오프셋에 의거하여 보정하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 거리 생성부는 상기 보정된 위상 관계에 의거하여 상기 거리 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
6. 제2항에 있어서,
   상기 주파수 오프셋 취득부는 제1 통신에서 상기 주파수 오프셋을 측정하고,
   상기 시간 취득부는 상기 제1 통신보다도 후에 행해지는 제2 통신에서 상기 송수신의 시간을 측정하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
7. 제2항에 있어서,
   상기 주파수 오프셋 취득부는 상기 통신 장치간에서 송수신된 IQ 변조된 신호에 관해 I축 및 Q축에 사영한 진폭의 일정 기간에서의 변화에 의거하여 상기 주파수 오프셋을 측정하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
8. 제2항에 있어서,
   상기 주파수 오프셋 취득부는 상기 통신 장치간에서 수신한 신호를 고속 푸리에 변환한 신호에 의거하여 상기 주파수 오프셋을 측정하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
9. 제2항에 있어서,
   상기 시간 취득부는 상기 통신 장치간의 신호의 송신 타이밍으로부터 상기 신호에 대한 기지 패턴의 수신까지를 계시함에 의해 상기 송수신의 시간을 취득하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
10. 제2항에 있어서,
    상기 통신 장치간의 송수신을 할 때에 이용되는 주파수를 생성하는 주파수 생성부를 더 구비하고,
    상기 주파수 오프셋 취득부는 상기 통신 장치간에서 각각 이용되는 상기 주파수의 상기 주파수 오프셋을 측정하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
11. 주파수 오프셋 취득부가 통신 장치간에서 각각의 송수신을 할 때에 이용되는 주파수의 주파수 오프셋을 취득하는 순서와,
    시간 취득부가 상기 통신 장치간에서의 송수신의 시간을 취득하는 순서와,
    위상 취득부가 상기 송수신을 할 때에 이용되는 주파수의 위상 관계를 취득하는 순서와,
    거리 생성부가 상기 위상 관계에 의거하여 거리 정보를 생성하는 순서를 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 장치의 거리 생성 방법.

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