JP4591565B2 - 受信装置、無線通信システム、位置推定方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、受信装置、無線通信システム、位置推定方法、及びプログラムに関する。

近年、無線通信により送受信される無線信号を用いて、通信装置の位置や通信相手との間の距離を推定する方法が提案されている。無線信号を用いて通信相手との間の距離を推定する方法としては、例えば、通信相手へ送信した信号が折り返して戻ってくるまでの時間に応じて推定する方法や、通信相手から送信された信号の電界強度に応じて推定する方法などがある。また、通信装置の位置を推定する方法としては、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）からの信号を用いる方法や、前述の距離測定方法と三点測位法などとを組み合わせた方法などがある。

下記特許文献１には、無線信号の折り返し時間に応じて距離を決定する手法の一例が開示されている。下記特許文献１で開示された手法は、送受信装置間の同期に着目し、所定のインパルスレスポンスに基づいて折り返し時間を補正することで、精度の高い距離の測定を実現しようとしている。

特開２００６−１４８４５７号公報

しかしながら、例えばＧＰＳからの信号を用いて距離又は位置を計算あるいは取得する方法は、ＧＰＳ衛星からの電波が届かない屋内や地下などでは使用することができない。また、ＧＰＳ衛星からの電波が建物の窓などによって反射して届いた場合には、もはや実用的な精度の距離又は位置を計算あるいは取得することができない。

また、例えば折り返し時間に応じて通信相手との間の距離を推定する方法では、通信相手が無線信号を受信して折り返すまでの時間を厳密に取り決めて保証する必要がある。さらに、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）による無線信号の折り返し時間を用いる場合には、信号の伝播速度やサンプルクロックの制約から通常の同期回路では十分な分解能が得られず、分解能を補償するためには計算コストの大きい処理が必要であった。

さらに、例えば電界強度に応じて距離を決定する方法では、通信相手の送信電力のばらつきや通信環境の雑音などから受ける影響が大きくなるなどといった問題点があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、無線信号を用いた位置の推定の精度を向上させることのできる、新規かつ改良された受信装置、無線通信システム、位置推定方法、及びプログラムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、周波数の異なる副搬送波が多重化された無線信号をそれぞれ受信する複数の受信アンテナと、前記複数の受信アンテナにより受信された各無線信号について、当該無線信号に含まれる前記副搬送波ごとに基準信号との間の位相差を計算する位相計算部と、前記位相計算部により計算された前記位相差に基づいて、前記無線信号が送信された送信アンテナから前記複数の受信アンテナのうち任意の２つの受信アンテナまでの距離の差である行路差を計算する行路差計算部と、を備える受信装置が提供される。

かかる構成によれば、周波数の異なる副搬送波が多重化された無線信号が複数の受信アンテナによりそれぞれ受信され、各無線信号に含まれる副搬送波ごとに、基準信号との間の位相差が位相計算部により計算される。そして、位相計算部により計算された位相差に基づいて、無線信号が送信された送信アンテナから複数の受信アンテナのうち任意の２つの受信アンテナまでの距離の差である行路差が、行路差計算部により計算される。

また、前記位相計算部は、前記副搬送波ごとの前記位相差を用いて前記受信アンテナごとに位相差平均と位相勾配とを計算し、前記行路差計算部は、前記位相計算部により計算された前記位相差平均と前記位相勾配とに基づいて前記行路差を計算してもよい。

また、前記行路差計算部は、前記複数の受信アンテナのうち２組以上の受信アンテナについて前記行路差を計算し、前記受信装置は、前記行路差計算部によって２組以上の受信アンテナについて計算された前記行路差を用いて前記送信アンテナの位置を推定する位置推定部、をさらに備えてもよい。

また、前記基準信号は、前記複数の受信アンテナのうちの１つの受信アンテナにより受信される無線信号であってもよい。

また、前記位相計算部は、前記基準信号の複素共役値を計算し、計算された前記基準信号の前記複素共役値と各無線信号に含まれる副搬送波ごとの信号値とを乗算することにより前記位相差を計算してもよい。

また、前記行路差計算部は、前記位相計算部により計算された前記位相差に基づいて、部分空間法により前記行路差を計算してもよい。

また、前記位相計算部は、前記複数の受信アンテナにより受信された各無線信号について、当該無線信号に含まれる前記副搬送波ごとに前記基準信号との間の前記位相差を複数回計算し、前記行路差計算部は、前記位相計算部により複数回計算された複数の前記位相差を用いて前記行路差を計算することにより、前記行路差に含まれる誤差を低減させてもよい。

また、前記受信装置は、前記複数の受信アンテナにより受信される無線信号の周波数帯を制御する制御部、をさらに備え、前記複数の受信アンテナは、前記制御部による制御に応じて、周波数の異なる副搬送波がそれぞれ多重化された第１の周波数帯の無線信号と第２の周波数帯の無線信号とを受信し、前記行路差計算部は、前記第１の周波数帯の無線信号について計算された前記受信アンテナごとの第１の位相勾配と、前記第２の周波数帯の無線信号について計算された前記受信アンテナごとの第２の位相勾配とを用いて、前記行路差の計算に用いる位相勾配の誤差を低減させてもよい。

また、前記無線信号は、直交周波数分割多重方式に従って変調された無線信号であってもよい。

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の送信アンテナからそれぞれ送信される複数の無線信号であって、周波数の異なる副搬送波がそれぞれ多重化された無線信号を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナにより受信された各無線信号について、当該無線信号に含まれる前記副搬送波ごとに基準信号との間の位相差を計算する位相計算部と、前記位相計算部により計算された前記位相差に基づいて、前記無線信号が送信された前記複数の送信アンテナのうち任意の２つの送信アンテナから前記受信アンテナまでの距離の差である行路差を計算する行路差計算部と、を備える受信装置が提供される。

また、前記位相計算部は、前記基準信号との間の前記副搬送波ごとの前記位相差を用いて、前記送信アンテナごとに位相差平均と位相勾配とを計算し、前記行路差計算部は、前記位相差平均と前記位相勾配とに基づいて前記行路差を計算してもよい。

また、前記行路差計算部は、前記複数の送信アンテナのうち２組以上の送信アンテナについて前記行路差を計算し、前記受信装置は、前記行路差計算部によって２組以上の送信アンテナについて計算された前記行路差を用いて自装置の位置を推定する位置推定部、をさらに備えてもよい。

また、前記位置推定部は、さらに前記無線信号のデータ部から取得した前記複数の送信アンテナの絶対位置に関する情報を用いて自装置の絶対位置を推定してもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、周波数の異なる副搬送波が多重化された無線信号をそれぞれ送信する複数の送信アンテナ、を備える送信装置と、前記複数の送信アンテナから送信された複数の無線信号を受信する受信アンテナ、前記受信アンテナにより受信された各無線信号について、当該無線信号に含まれる前記副搬送波ごとに基準信号との間の位相差を計算する位相計算部、前記位相計算部により計算された前記位相差に基づいて、前記無線信号が送信された前記複数の送信アンテナのうち任意の２つの送信アンテナから前記受信アンテナまでの距離の差である行路差を計算する行路差計算部、を備える受信装置と、を含む無線通信システムが提供される。

また、前記受信装置の前記行路差計算部は、前記複数の送信アンテナのうち２組以上の送信アンテナについて前記行路差を計算し、前記受信装置は、前記行路差計算部によって２組以上の送信アンテナについて計算された前記行路差を用いて自装置の相対位置を推定する位置推定部、をさらに備えてもよい。

また、前記送信装置は、前記複数の送信アンテナの絶対位置に関する情報を前記無線信号を用いて前記受信装置へ送信し、前記受信装置の前記位置推定部は、前記無線信号から取得した前記複数の送信アンテナの前記絶対位置に関する情報を用いて自装置の絶対位置を推定してもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、周波数の異なる副搬送波が多重化された無線信号を複数の受信アンテナによりそれぞれ受信するステップと、前記複数の受信アンテナにより受信された各無線信号について、当該無線信号に含まれる前記副搬送波ごとに基準信号との間の位相差を計算するステップと、計算された前記位相差に基づいて、前記無線信号が送信された送信アンテナから前記複数の受信アンテナのうち任意の２つの受信アンテナまでの距離の差である行路差を計算するステップと、を含む位置推定方法が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、周波数の異なる副搬送波が多重化された無線信号をそれぞれ受信する複数の受信アンテナを有する受信装置を制御するコンピュータを、前記複数の受信アンテナにより受信された各無線信号について、当該無線信号に含まれる前記副搬送波ごとに基準信号との間の位相差を計算する位相計算部と、前記位相計算部により計算された前記位相差に基づいて、前記無線信号が送信された送信アンテナから前記複数の受信アンテナのうち任意の２つの受信アンテナまでの距離の差である行路差を計算する行路差計算部と、として機能させるための、プログラムが提供される。

以上説明したように、本発明に係る受信装置、無線通信システム、位置推定方法、及びプログラムによれば、無線信号を用いた位置の推定の精度を向上させることができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

また、以下の順序にしたがって当該「発明を実施するための最良の形態」を説明する。
〔１〕無線通信システムの概要
〔２〕第１の実施形態（位相差平均と位相勾配を用いた位置推定の一例）
〔３〕第２の実施形態（複数の周波数チャネルを使用する一例）
〔４〕第３の実施形態（送信側から受信側へ位置を通知する一例）

〔１〕無線通信システムの概要
まず、図１を参照しながら、本発明の一実施形態に係る無線通信システム１の概要について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る無線通信システム１について概略的に示した模式図である。図１を参照すると、無線通信システム１は、送信装置５０と受信装置１００とを含む。

図１では、送信装置５０及び受信装置１００としてＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）を示しているが、送信装置５０及び受信装置１００はＰＣなどの情報処理装置に限られない。例えば、送信装置５０又は受信装置１００は、携帯電話端末やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、ゲーム端末などの端末装置、無線アクセスポイントやルータなどの通信専用装置、又はこれら装置に接続される無線通信モジュールなどであってもよい。

送信装置５０と受信装置１００との間は、例えばＯＦＤＭ（直交周波数分割多重：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式に従った無線通信によって接続される。ＯＦＤＭ方式とは、直交する関係にある複数の周波数の副搬送波（Ｓｕｂ−Ｃａｒｒｉｅｒ）を並列的に用いて変調を行う変調方式であり、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ｇ、ｎやワイヤレスＵＳＢなどの標準仕様に採用されている。

図１の例において、送信装置５０と受信装置１００との間に、搬送波Ｃ１が示されている。そして、搬送波Ｃ１には、周波数の異なる複数の副搬送波ＳＣ_１〜ＳＣ_ｉが多重化されている。受信装置１００は、このような搬送波Ｃ１を用いて伝送される無線信号を受信し、送信装置５０の位置を推定する。

なお、送信装置５０と受信装置１００との間の無線通信方式はＯＦＤＭ方式に限定されない。本明細書にて説明する各実施形態は、周波数の異なる複数の副搬送波を用いるマルチキャリア方式の無線通信に一般的に適用され得る。

〔２〕第１の実施形態（位相差平均と位相勾配を用いた位置推定の一例）
次に、図２〜図１３を参照しながら、本発明の第１の実施形態について説明する。

図２は、第１の実施形態に係る受信装置１００の論理的な構成を示したブロック図である。図２を参照すると、受信装置１００は、４本の受信アンテナ１１０−ｎ（ｎ＝１〜４）、４つの無線受信部１２０−ｎ（ｎ＝１〜４）、復調部１３０、復号部１４０、位相計算部１５０、行路差計算部１６０、及び位置推定部１７０を備える。

受信アンテナ１１０−ｎは、それぞれ対応する無線受信部１２０−ｎと接続され、４つの受信ブランチを形成する。無線受信部１２０−ｎは、並列的に復調部１３０と接続される。復調部１３０は、復号部１４０及び位相計算部１５０に接続される。位相計算部１５０は、行路差計算部１６０と接続される。行路差計算部１６０は、位置推定部１７０と接続される。そして、復号部１４０及び位置推定部１７０は、例えばそれぞれホストＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と接続される。

受信アンテナ１１０−ｎは、送信装置５０から送信された無線信号をそれぞれ受信し、受信した無線信号を同一の受信ブランチの無線受信部１２０−ｎへ出力する。

無線受信部１２０−ｎは、同一の受信ブランチの受信アンテナ１１０−ｎから出力された無線信号に対し、周波数変換やフィルタリング等の処理を行う。

図３は、無線受信部１２０−ｎの詳細な構成を示すブロック図である。図３を参照すると、無線受信部１２０−ｎは、ＲＦ回路１２２−ｎ、ＡＤ（アナログ−デジタル）変換器１２４−ｎ、フィルタ１２６−ｎ、及びインバランス補正部１２８−ｎをそれぞれ含む。

受信アンテナ１１０−ｎから出力された無線信号は、まずＲＦ回路１２２−ｎにおいて増幅及び周波数変換される。ＲＦ回路１２２−ｎから出力されたアナログ信号は、ＡＤ変換器１２４−ｎによってデジタル信号に変換される。ＡＤ変換器１２４−ｎによってデジタル信号に変換された受信信号は、フィルタ１２６−ｎによってフィルタリング処理される。その後、フィルタ１２６−ｎから出力された信号は、インバランス補正部１２８−ｎによってＩＱインバランスの影響が除去され、復調部１３０へ入力される。

図２に戻り、受信装置１００の説明を継続する。復調部１３０は、４本の受信ブランチからそれぞれ入力された受信信号を復調する。

図４は、復調部１３０の詳細な構成を示すブロック図である。図４を参照すると、復調部１３０は、同期回路１３２、ＦＦＴ（高速フーリエ変換：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）回路１３４−ｎ、チャネル推定部１３６−ｎ、及び合成部１３８を含む。

同期回路１３２は、４本の受信ブランチから入力された受信信号からパケットを検出し、同期タイミングと周波数オフセットとを測定した後、各受信信号からＯＦＤＭシンボルを切り出して、対応するＦＦＴ回路１３４−ｎへ出力する。同期回路１３２から出力されたＯＦＤＭシンボルは、ＦＦＴ回路１３４−ｎによって高速フーリエ変換され、副搬送波ごとに分離される。ＦＦＴ回路１３４−ｎによって副搬送波ごとに分離された受信信号は、チャネル推定部１３６−ｎにおけるチャネル推定結果に基づいて決定された信号合成比に従って、合成部１３８により合成される。そして、合成部１３８により合成された信号は、復調済みのストリーム信号として、復号部１４０へ出力される。

また、ＦＦＴ部１３４−ｎにより副搬送波ごとに分離された受信信号は、チャネル推定部１３６−ｎへ入力されるのと並行して、位相計算部１５０へ入力される。位相計算部１５０における処理については、後に詳しく説明する。

図２に戻り、受信装置１００の説明を継続する。復号部１４０は、前述のように復調部１３０から入力された復調済みのストリーム信号を復号する。

図５は、復号部１４０の詳細な構成を示すブロック図である。図５を参照すると、復号部１４０は、等化器１４２及び復号器１４４を含む。

復号部１４０へ入力された復調済みのストリーム信号は、等化器１４２によってデジタル復調された後、復号器１４４によって復号される。復号されたデータ信号は、ホストＣＰＵへ出力される。

図６は、本実施形態において送信装置５０から受信装置１００へ送信される可能性のある無線信号に含まれるパケットの構成の一例を示している。

図６（Ａ）は、ＯＦＤＭ方式を採用したＩＥＥＥ８０２．１１ｎの通信仕様において規定されているパケットＰ１の構成の一例である。

図６（Ａ）を参照すると、パケットＰ１は、Ｌ−ＳＴＦ（Ｌｅｇａｃｙ−Ｓｈｏｒｔ Ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｆｉｅｌｄ）、Ｌ−ＬＴＦ（Ｌｅｇａｃｙ−Ｌｏｎｇ Ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｆｉｅｌｄ）、Ｌ−ＳＩＧ（Ｌｅｇａｃｙ−ＳＩＧｎａｌ ｆｉｅｌｄ）、ＨＴ−ＳＩＧ（Ｈｉｇｈ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ−ＳＩＧ）、ＨＴ−ＳＴＦ、ＨＴ−ＬＴＦ、及びＤａｔａ（データ部）の各フィールドを含む。

このうち、Ｌ−ＳＴＦは、例えば前述の同期回路１３２によるパケットを検出に用いられる。Ｌ−ＬＴＦは、例えば同期回路１３２による周波数オフセットの測定やチャネル推定部１３６−ｎによるチャネル推定に用いられる。Ｌ−ＳＩＧやＨＴ−ＳＩＧには、例えばデータ長や通信レート、変調方式などの制御情報が含まれる。ＨＴ−ＳＴＦは例えば利得調整に、ＨＴ−ＬＴＦはＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）チャネル行列の取得に用いられる。データ部には、データシンボルが含まれる。

一方、図６（Ｂ）は、ＯＦＤＭ方式を採用したＩＥＥＥ８０２．１１ａの通信仕様において規定されているパケットＰ２の構成の一例である。図６（Ｂ）を参照すると、パケットＰ２は、ＳＴＦ、ＬＴＦ、ＳＩＧ、及びＤａｔａの各フィールドを含む。

ここで、例えば１つの送信アンテナから送信された１つの無線信号を複数の受信アンテナ１１０−ｎを用いて受信する場合、受信アンテナ１１０−ｎの位置に応じて無線信号が通信経路上を伝送される行路長には差異が生じる。

図７は、そのような受信アンテナ１１０−ｎの位置に応じた無線信号の行路長の差異を、概念的に示した説明図である。図７を参照すると、送信アンテナＴｘから受信アンテナ１１０−１、１１０−２、１１０−３及び１１０−４までの無線信号の行路が示されている。

図７において、弧ＳＴＤは、送信アンテナＴｘとの間に、送信アンテナＴｘから受信アンテナ１１０−４までの無線信号の行路長と等しい距離を有する位置の軌跡を示している。

この受信アンテナ１１０−４までの行路長を基準とすると、送信アンテナＴｘから受信アンテナ１１０−１までの行路長は距離ｄ１だけ長い。また、送信アンテナＴｘから受信アンテナ１１０−２までの行路長は距離ｄ２、送信アンテナＴｘから受信アンテナ１１０−３までの行路長は距離ｄ３だけ長いことが分かる。本明細書では、このような受信アンテナ間の行路長の差、即ち、例えば距離ｄ１、ｄ２、ｄ３などを、行路差と称する。

このように受信アンテナ１１０−ｎの間で行路差ｄが存在した場合、受信アンテナ１１０−ｎによって受信される無線信号の位相にずれが生じる。受信アンテナ１１０−ｎによって受信される無線信号の位相のずれ、即ち受信アンテナ１１０−ｎ間の位相差φと行路差ｄの関係は、次式で表される。

（１）

ここで、λは無線信号の波長、ｍは行路差ｄの間に位相が何周したかを示す整数である。

式（１）によれば、行路差ｄが一定であった場合には、位相差φは、無線信号の波長λに依存する。よって、無線信号として周波数の異なる副搬送波が多重化された例えばＯＦＤＭ方式の無線信号を用いた場合には、同一の受信アンテナ１１０−ｎであっても、当該受信アンテナ１１０−ｎにより受信された無線信号の副搬送波ごとに、検知される位相が異なる。

図８は、同一の受信アンテナ１１０−ｎにおける副搬送波ごとの位相差を概念的に示した説明図である。

図８（Ａ）〜（Ｃ）のうち、図８（Ａ）は、基準となるアンテナとの間の行路差ｄがｄ＝０である場合の、副搬送波ごとの位相差を示している。これに対し、図８（Ｂ）は行路差ｄが中程度の場合、図８（Ｃ）は行路差ｄが大きい場合の副搬送波ごとの位相差を示している。

図８（Ａ）〜（Ｃ）に示した多数の小さい矢印は、無線信号に含まれる各副搬送波を表す。各図の横軸は、副搬送波の周波数に対応する。即ち、図中右側に示した矢印は、図中左側に示した矢印よりも高い周波数の（即ち、波長が短い）副搬送波に対応する。また、横軸に対する矢印の回転角は、対応する副搬送波について検知される位相差φを表す。

図８（Ａ）を参照すると、行路差ｄ＝０の場合、位相差φは副搬送波の周波数によらず一定である。一方、図８（Ｂ）の例では、副搬送波間の位相差の平均を矢印ＡＶＧとすると、周波数の低い副搬送波では位相差φは矢印ＡＶＧよりも大きく、周波数の高い副搬送波では位相差φは矢印ＡＶＧよりも小さい。このような位相のねじれは、周波数の所定の変化量に対する位相の変化量として定量化することができる。本明細書では、このような位相の変化量を、位相勾配と称する。行路差ｄがより大きい図８（Ｃ）の例では、位相のねじれはさらに大きくなっている。

一例として、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎの標準仕様の４０ＭＨｚモードにおいて、無線信号の周波数帯の中央周波数をｆ_ｍｉｄ＝５［ＧＨｚ］、下端周波数ｆ_ｂｔｍ＝４．９８［ＧＨｚ］、上端周波数ｆ_ｔｏｐ＝５．０２［ＧＨｚ］とする。そうすると、中央周波数に対する波長λ_ｍｉｄ＝６．００［ｃｍ］、下端周波数に対する波長λ_ｂｔｍ＝６．０２４［ｃｍ］、上端周波数に対する波長λ_ｔｏｐ＝５．９７６［ｃｍ］となる。

ここで、行路差ｄ＝６［ｃｍ］であったとする。その場合、中央周波数において位相差φ_ｍｉｄ＝２πであり、即ち１つの周波数帯内の全副搬送波の位相差平均φ_ＡＶＧ＝２πとなる。一方、下端周波数における位相差φ_ｂｔｍ＝２π×（６．００／６．０２４）、上端周波数における位相差φ_ｔｏｐ＝２π×（６．００／５．９７６）である。よって、周波数帯の両端の間の位相のねじれφ_ｔｏｐ−φ_ｂｔｍ＝約２．８８［ｄｅｇ］となる。

受信アンテナ１１０−ｎ間の位相差平均φ_ＡＶＧ、及び受信アンテナ１１０−ｎにおける位相勾配θと、受信アンテナ１１０−ｎ間の行路差ｄとの関係についてさらに説明する。

離散フーリエ変換の等式から、信号ｘ_ｎと１サンプル推移した信号ｘ_ｎ＋１との間の関係は、次式で表される。

（２）

（３）

（４）

即ち、１周波数帯内の全ての副搬送波にわたって、１周分（３６０°）に相当する位相のねじれが生じる。４０［ＭＨｚ］の周波数帯の両端の間のねじれに相当する行路差は、３×１０^８［ｍ］／４０［ＭＨｚ］＝７．５［ｍ］である。よって、行路差ｄ＝７．５［ｍ］で位相のねじれが１周分に達する。行路差ｄ＝６［ｃｍ］では、２．８８［ｄｅｇ］に相当する。

ここで、仮に受信アンテナ１１０−ｎ間の位相差平均φ_ＡＶＧ＝０［ｄｅｇ］であった場合には、行路差ｄは、０又は波長λの整数倍のいずれかの値となり、位相差平均φ_ＡＶＧの値だけでは行路差ｄは一意に定まらない。そこで、本実施形態では、以下の関係式に基づき、さらに位相勾配θを考慮して行路差ｄを決定する。

まず、中央周波数（キャリア周波数に相当）の波長λ_ｍｉｄと任意の副搬送波の波長λ_ｓとの関係は、式（１）から次式のように導かれる。

（５）

（６）

ここで、δφは、中央周波数における位相と当該副搬送波における位相の間の位相差である。周波数軸上で隣り合う副搬送波間の位相差を位相勾配θと定義すると、位相差δφは次式で与えられる。

（７）

ここで、Ｎは中央周波数から当該副搬送波の周波数までの間に存在する副搬送波の本数である。また、波長λ_ｍｉｄと波長λ_ｓの関係は、中央周波数ｆ_ｍｉｄ及び副搬送波の周波数ｆ_ｓを用いて、次式で表される。

（８）

式（５）、式（６）、式（８）より、次式が導かれる。

（９）

さらに、当該副搬送波における位相のねじれの割合θ_λを次式のように定義する。

（１０）

そうすると、式（９）及び式（１０）から、行路差ｄと位相差φとの間の関係式（１）における整数ｍが、次式のように導かれる。

（１１）

式（１１）において、ｍを決定するパラメータのうち、θ_λは行路差ｄに依存しない。よって、受信アンテナ１１０−ｎの位置に応じて行路差ｄが変化した場合、受信アンテナ１１０−ｎごとの位相差平均φ_ＡＶＧと、δφを決定するための位相勾配θとを用いて、行路差ｄの間に位相が何周したかを表す整数ｍを決定できることが理解される。

そして、整数ｍが決定されれば、さらに中央周波数における波長λ_ｍｉｄ及び位相差平均φ_ＡＶＧを用いて、受信アンテナ１１０−ｎ間の行路差ｄを式（１）により計算することができる。

図２において、位相計算部１５０は、復調部１３０から入力される復調済みのストリーム信号を用いて、前述した受信アンテナ１１０−ｎ間の行路差ｄの計算に必要とされる位相差平均φ_ＡＶＧ及び位相勾配θを計算する。

図９は、位相計算部１５０の詳細な構成を示すブロック図である。図９を参照すると、位相計算部１５０は、複素共役計算部１５２、乗算器１５４−ｍ（ｍ＝１、２、３）、平均計算部１５６−ｍ、及び勾配計算部１５８−ｍを含む。

図９の例では、位相計算部１５０は、受信アンテナ１１０−ｎのうち、受信アンテナ１１０−４により受信された無線信号に対応する入力信号を、位相差の計算の基準信号としている。そのため、受信アンテナ１１０−４により受信され復調されたストリーム信号Ｓ_４は、複素共役計算部１５２に入力される。一方、受信アンテナ１１０−１、２、３により受信され復調されたストリーム信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３は、それぞれ乗算器１５４−１、１５４−２、及び１５４−３に入力される。

複素共役計算部１５２は、ストリーム信号Ｓ_４の複素共役値を計算し、その結果得られた信号を乗算器１５４−１、１５４−２、及び１５４−３へ入力する。

乗算器１５４−１、１５４−２、及び１５４−３は、複素共役計算部１５２から入力されたストリーム信号Ｓ_４の複素共役値とストリーム信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３とをそれぞれ乗算する。その結果、ストリーム信号Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３に含まれる副搬送波ごとの信号値について、それぞれ基準信号との間の位相差が計算される。

そして、平均計算部１５６−１は、乗算器１５４−１により計算されたストリーム信号Ｓ_１の副搬送波ごとの位相差を用いて、受信アンテナ１１０−１についての位相差平均φ_ＡＶＧ１を計算する。また、勾配計算部１５８−１は、当該位相差を用いて、受信アンテナ１１０−１についての位相勾配θ_１を計算する。

同様に、平均計算部１５６−２は、受信アンテナ１１０−２についての位相差平均φ_ＡＶＧ２を、勾配計算部１５８−２は、受信アンテナ１１０−２についての位相勾配θ_２を計算する。さらに、平均計算部１５６−３は、受信アンテナ１１０−３についての位相差平均φ_ＡＶＧ３を、勾配計算部１５８−３は、受信アンテナ１１０−３についての位相勾配θ_３を計算する。

これら処理の結果得られた位相差平均φ_ＡＶＧ１及び位相勾配θ_１、位相差平均φ_ＡＶＧ２及び位相勾配θ_２、並びに位相差平均φ_ＡＶＧ３及び位相勾配θ_３は、行路差計算部１６０へ出力される。

なお、ここでは、位相差の計算の基準とする基準信号を受信アンテナ１１０−４により受信された信号とする例について説明した。しかしながら、基準信号は、いずれかの受信アンテナにより受信された信号、又は例えば予め与えられる既知の信号であってもよい。

図２において、行路差計算部１６０は、位相計算部１５０から入力される受信アンテナ１１０−ｎごとの位相差平均及び位相勾配を用いて、前述の式（１）〜式（１１）に従い、無線信号が送信された送信アンテナから受信アンテナ１１０−ｎのうち任意の２つの受信アンテナまでの行路差を計算する。

ここで、行路差計算部１６０による計算の結果、受信アンテナ１１０−１と受信アンテナ１１０−４の間の行路差ｄ_１４が得られたとする。そうすると、無線信号が送信された送信アンテナの位置は、受信アンテナ１１０−１及び受信アンテナ１１０−４からの距離の差が一定（即ちｄ_１４）となる曲面上にあると考えることができる。

図１０は、受信アンテナ１１０−１と受信アンテナ１１０−４を通る二次元平面上において、行路差ｄ_１４から推定される送信アンテナの位置を示した説明図である。

図１０において、原点を通る水平軸上の座標（−１、０）、（１、０）に、受信アンテナ１１０−１と受信アンテナ１１０−４がそれぞれ位置している。

受信アンテナ１１０−１と受信アンテナ１１０−４の間の行路差ｄ_１４がｄ_１４＝０となる場合、送信アンテナは、受信アンテナ１１０−１と受信アンテナ１１０−４の中間点を通る直線Ｌ０上に位置する。

また、行路差ｄ_１４≠０の場合、送信アンテナの位置の描く軌跡は、論理的には双曲線を描く。そして、その双曲線の焦点に、受信アンテナ１１０−１及び受信アンテナ１１０−４が位置する。

例えば、行路差ｄ_１４が受信アンテナ１１０−１と受信アンテナ１１０−４の間隔の２０％であれば、送信アンテナは、双曲線Ｌ１又はＬ６上に位置する。このうち、受信アンテナ１１０−１の位相が受信アンテナ１１０−４に対して進んでいるか遅れているかを判定することによって、送信アンテナが双曲線Ｌ１とＬ６のいずれに位置するかを決定することができる。

同様に、行路差ｄ_１４が受信アンテナ１１０−１と受信アンテナ１１０−４の間隔の４０％であれば、送信アンテナは、双曲線Ｌ２又はＬ７上に位置する。行路差ｄ_１４が受信アンテナ１１０−１と受信アンテナ１１０−４の間隔の６０％であれば、送信アンテナは、双曲線Ｌ３又はＬ８上に位置する。さらに、行路差ｄ_１４が受信アンテナ１１０−１と受信アンテナ１１０−４の間隔の８０％であれば、送信アンテナは、双曲線Ｌ４又はＬ９上に位置する。

図１１は、受信アンテナ１１０−ｎのうち、受信アンテナ１１０−ａと１１０−ｂの間の行路差、及び受信アンテナ１１０−ｂと１１０−ｃの間の行路差に基づいて、送信アンテナの位置を推定する一例について説明するための説明図である。

図１１において、受信アンテナ１１０−ａと１１０−ｂの間の行路差に基づき、例えば曲線Ｌ１０上に送信アンテナが位置していると推定されたとする。また、受信アンテナ１１０−ｂと１１０−ｃの間の行路差に基づき、例えば曲線Ｌ２０上に送信アンテナが位置していると推定されたとする。そうすると、送信アンテナは、曲線Ｌ１０及び曲線Ｌ２０の交点Ｐ１又はＰ２上に位置すると推定される。

図１２は、受信アンテナ１１０−ａと１１０−ｂの間の行路差、及び受信アンテナ１１０ｂと１１０−ｃの間の行路差に基づいて、送信アンテナの位置を推定する他の例について説明するための説明図である。

図１２において、受信アンテナ１１０−ａと１１０−ｂの間の行路差に基づき、例えば曲線Ｌ３０上に送信アンテナが位置していると推定されたとする。また、受信アンテナ１１０−ｂと１１０−ｃの間の行路差に基づき、例えば曲線Ｌ４０上に送信アンテナが位置していると推定されたとする。そうすると、送信アンテナは、曲線Ｌ３０及びＬ４０の交点Ｐ３上に位置すると推定される。

図１１及び図１２を用いて説明したように、受信アンテナ１１０−ｎのうち２組の受信アンテナについてそれぞれ計算された行路差を用いることで、二次元平面上の送信アンテナの位置を推定することができる。また、こうした考え方を拡張し、受信アンテナ１１０−ｎのうち３組以上の受信アンテナについてそれぞれ計算された行路差を用いることで、三次元空間内の送信アンテナの位置を推定できることが理解される。

図２において、位置推定部１７０は、このようにして、行路差計算部１６０によって２組以上の受信アンテナ１１０−ｎについて計算された行路差を用いて、無線信号が送信された送信アンテナの位置を推定する。

図１３は、本実施形態に係る受信装置１００による送信アンテナの位置推定処理の流れの一例を示すフローチャートである。

図１３を参照すると、まず、周波数の異なる副搬送波が多重化された無線信号を、複数の受信アンテナ１１０−ｎがそれぞれ受信する（Ｓ５０２）。

次に、無線受信部１２０−ｎによりデジタル信号に変換された受信信号が復調部１３０により復調され、副搬送波ごとの信号にそれぞれ分離される（Ｓ５０４）。

そして、副搬送波ごとに分離されたそれぞれの信号について、位相計算部１５０により基準信号との間の位相差が計算される（Ｓ５０６）。ここで、位相計算部１５０は、例えば受信アンテナ１１０−ｎのうちの１つの受信アンテナにより受信された信号を基準信号とし、当該基準信号の複素共役値と副搬送波ごとの信号値とを乗算し、副搬送波ごとの位相差を計算する。このとき、基準信号は、１つの受信アンテナにより受信された信号ではなく、予め与えられる既知の信号であってもよい。

その後、位相計算部１５０は、副搬送波ごとに計算した位相差を用いて、受信アンテナ１１０−ｎごとに位相差平均を計算する（Ｓ５０８）。また、位相計算部１５０は、副搬送波ごとに計算した位相差を用いて、受信アンテナ１１０−ｎごとに位相勾配を計算する（Ｓ５１０）。

そして、行路差計算部１６０は、位相計算部１５０により計算された受信アンテナごとの位相差平均と位相勾配とに基づいて、無線信号が送信された送信アンテナから受信アンテナ１１０−ｎのうち任意の２つの受信アンテナまでの行路差を計算する（Ｓ５１２）。

さらに、行路差計算部１６０によって２組以上の受信アンテナについて計算された行路差を用いて、位置推定部１７０により送信アンテナの位置が推定される（Ｓ５１４）。

ここまで、図２〜図１３を用いて、本発明の第１の実施形態に係る受信装置１００について説明を行った。本実施形態によれば、周波数の異なる副搬送波が多重化された無線信号を複数の受信アンテナで受信し、各無線信号に含まれる副搬送波ごとに計算された位相差に基づいて、送信アンテナから任意の２つの受信アンテナまでの行路差が計算される。それにより、例えば信号の折り返し時間の保証などの追加的な要件を通信相手に求めることなく、無線信号を用いた位置の推定の精度を向上させることができる。

このとき、副搬送波ごとの位相差を、例えば基準信号の複素共役値と副搬送波ごとの信号値との乗算により計算してもよい。また、送信アンテナから２つの受信アンテナまでの行路差を、受信アンテナごとの位相差平均と位相勾配とに基づいて計算してもよい。そうした場合には、受信アンテナ間の行路差の計算を、比較的小さい計算コストにより行うことができる。

また、行路差の計算を、任意の２組以上の受信アンテナについて行ってもよい。例えば、２組の受信アンテナについて行路差を計算することにより、二次元平面上での通信相手の位置を推定することができる。また、３組以上の受信アンテナについて行路差を計算することにより、三次元空間内での通信相手の位置を推定することができる。

また、副搬送波ごとの位相差の基準となる基準信号として、複数の受信アンテナのうちの１つの受信アンテナにより受信される無線信号を用いてもよい。かかる場合には、同一の通信環境を経て届いた無線信号間で位相差が計算されるため、通信環境が信号に与える影響が相互に打ち消され、位置推定の精度が向上され得る。

なお、本実施形態では、送信アンテナから受信アンテナ１１０−ｎまでの行路差を位相差平均と位相勾配とを用いて計算した。しかしながら、その代わりに、例えばＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ ＳＩｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法、ＥＳＰＲＩＴ（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）法などの部分空間法を用いて、受信アンテナ１１０−ｎまでの行路差を計算してもよい。

また、前述した位相計算部１５０による位相差の計算処理を１つの無線信号について複数回実行し、その結果得られた複数の位相差に基づいて受信アンテナ間の行路差を計算してもよい。例えば、同一の副搬送波について複数回計算した位相差の平均値や中央値に基づいて行路差を計算することにより、行路差の計算結果に含まれる誤差を低減させることができる。

〔３〕第２の実施形態（複数の周波数チャネルを使用する一例）
本発明の第１の実施形態では、周波数の異なる副搬送波が多重化された１つの周波数チャネルの無線信号を複数のアンテナで受信して送信アンテナの位置を推定する受信装置１００について説明した。例えば、図８に関連する説明においては、中央周波数ｆ_ｍｉｄを５［ＧＨｚ］とするＩＥＥＥ８０２．１１ｎの１つの周波数チャネルを例に挙げて行路差と位相差平均、位相勾配との関係について述べた。

ここで、各副搬送波のアンテナ間の位相差や位相勾配は周波数チャネルの帯域幅が広い方がより明確に現れる。また、計算される行路差の精度は搬送波の波長が短いほど高くなり、位相差は搬送波の波長が長いほど行路差に対して緩やかに現れる。そこで、本発明の第２の実施形態に係る受信装置２００では、周波数チャネルを複数の周波数帯に変えながら位相差を計算し、位置推定処理の精度を向上させる。

図１４は、第２の実施形態に係る受信装置２００の論理的な構成を示したブロック図である。図１４を参照すると、受信装置２００は、４本の受信アンテナ１１０−ｎ、４つの無線受信部１２０−ｎ、復調部１３０、復号部１４０、位相計算部１５０、行路差計算部２６０、位置推定部１７０、及び周波数制御部２８０を備える。

周波数制御部２８０は、無線受信部１２０−ｎに周波数制御信号を出力することにより、受信アンテナ１１０−ｎにより受信される無線信号の周波数帯を制御する。そして、受信アンテナ１１０−ｎは、周波数制御部２８０による制御に応じて、例えば周波数の異なる副搬送波がそれぞれ多重化された第１の周波数帯の無線信号と第２の周波数帯の無線信号とを受信する。第１及び第２の周波数帯の無線信号とは、例えば中央周波数ｆ_ｍｉｄ＝５．００［ＧＨｚ］の周波数チャネル及び中央周波数ｆ_ｍｉｄ＝５．０８［ＧＨｚ］の周波数チャネルの無線信号であってもよい。

受信アンテナ１１０−ｎにより第１の周波数帯の無線信号が受信されると、第１の実施形態に関連して説明した処理に従って、受信アンテナ１１０−ｎごとに第１の周波数帯の無線信号についての第１の位相勾配が、位相計算部１５０により計算される。また、受信アンテナ１１０−ｎにより第２の周波数帯の無線信号が受信されると、同様に、第２の周波数帯の無線信号についての第２の位相勾配が、位相計算部１５０により計算される。

そして、行路差計算部２６０は、例えば第１の位相勾配と第２の位相勾配の平均を計算して位相勾配の誤差を低減した上で、受信アンテナ１１０−ｎ間の行路差を計算する。また、その代わりに、行路差計算部２６０は、例えば式（１）の整数ｍを式（１１）を用いて決定する際に、第１の位相差平均と第２の位相差平均から計算した新たな位相勾配をさらに用いて整数ｍを決定し、それにより行路差計算の精度を高めてもよい。

図１５は、本実施形態に係る受信装置２００による送信アンテナの位置推定処理の流れの一例を示すフローチャートである。

図１５を参照すると、まず、第１の周波数帯において、周波数の異なる副搬送波が多重化された無線信号を、複数の受信アンテナ１１０−ｎが受信する（Ｓ６０２）。

次に、無線受信部１２０−ｎによりデジタル信号に変換された受信信号が復調部１３０により復調され、副搬送波ごとの信号にそれぞれ分離される（Ｓ６０４）。

そして、副搬送波ごとに分離されたそれぞれの信号について、位相計算部１５０により基準信号との間の位相差が計算される（Ｓ６０６）。

その後、位相計算部１５０は、副搬送波ごとに計算した位相差を用いて、受信アンテナ１１０−ｎごとに位相差平均を計算する（Ｓ６０８）。また、位相計算部１５０は、副搬送波ごとに計算した位相差を用いて、受信アンテナ１１０−ｎごとに第１の位相勾配を計算する（Ｓ６１０）。

位相計算部１５０による位相差平均と位相勾配の計算が終了した後、周波数制御部２８０は、無線受信部１２０−ｎに周波数制御信号を出力し、受信アンテナ１１０−ｎにより受信される無線信号の周波数帯を第１の周波数帯から第２の周波数帯へ変更する（Ｓ６１２）。

それにより、第２の周波数帯において、周波数の異なる副搬送波が多重化された無線信号が複数の受信アンテナ１１０−ｎにより受信され（Ｓ６１４）、復調部１３０により復調され（Ｓ６１６）、位相計算部１５０により基準信号との間の位相差が計算される（Ｓ６１８）。

そして、位相計算部１５０は、副搬送波ごとに計算した位相差を用いて、受信アンテナ１１０−ｎごとに第２の位相勾配を計算する（Ｓ６２０）。

そして、行路差計算部２６０は、位相計算部１５０により計算された受信アンテナごとの位相差平均と第１及び第２の位相勾配とに基づいて、送信アンテナから任意の２つの受信アンテナまでの行路差を計算する（Ｓ６２２）。

さらに、行路差計算部２６０により２組以上の受信アンテナについて計算された行路差を用いて、位置推定部１７０により送信アンテナの位置が推定される（Ｓ６２４）。

ここまで、図１４及び図１５を用いて、本発明の第２の実施形態に係る受信装置２００について説明を行った。本実施形態によれば、２つ以上の異なる周波数帯で受信した無線信号について、副搬送波ごとの位相勾配が計算される。それにより、位相勾配に基づいて計算される行路差の誤差が低減され、位置推定の精度が向上される。

なお、本実施形態では、第１の周波数帯で計算した第１の位相勾配と第２の周波数帯で計算した第２の位相勾配とに基づいて送信アンテナからの行路差を計算する例について説明した。しかしながら、その代わりに、隣り合う第１の周波数帯と第２の周波数帯を帯域幅を広げられた仮想的な１つの周波数帯とみなし、その１つの周波数帯について副搬送波ごとの位相差から１つの位相勾配を計算してもよい。例えば、第１の周波数帯と第２の周波数帯が共に４０ＭＨｚの帯域幅を有していた場合には、それぞれ計算した副搬送波ごとの位相差に基づいて、８０ＭＨｚの帯域幅を持つ仮想的な周波数帯について１つの位相勾配を計算することができる。その場合にも、位相勾配に基づいて計算される行路差の誤差が低減され、位置推定の精度が向上される。

〔４〕第３の実施形態（送信側から受信側へ位置を通知する一例）
第１及び第２の実施形態では、複数の受信アンテナを受信装置に設け、当該複数の受信アンテナで受信した無線信号に含まれる副搬送波について計算された位相差に基づいて、送信アンテナの位置を推定した。これに対し、本実施形態では、送信装置に複数の送信アンテナを設け、受信装置の１本の受信アンテナで複数の送信アンテナからの無線信号を受信し、同様の考え方に基づいて位置の推定を行う。

図１６は、第３の実施形態に係る無線通信システム３について概略的に示した模式図である。図１６を参照すると、無線通信システム３は、送信装置５２と受信装置３００とを含む。

図１６では、送信装置５２として無線アクセスポイントを示しているが、送信装置５２は無線アクセスポイントに限られない。例えば、送信装置５２は、ＰＣやワークステーションなどの情報処理装置、携帯電話端末やＰＤＡ、ゲーム端末などの端末装置、ルータなどの通信専用装置、又はこれら装置に接続される無線通信モジュールなどであってもよい。

送信装置５２と受信装置３００との間は、例えばＯＦＤＭ方式に従った無線通信によって接続される。

本実施形態において、送信装置５２は、後述するように複数の送信アンテナを有する。そして、複数の送信アンテナから受信装置３００へ、周波数の異なる副搬送波が多重化された無線信号がそれぞれ送信される。受信装置３００は、このような複数の送信アンテナから送信された無線信号を受信し、位置の推定を行う。

図１７は、第３の実施形態に係る受信装置３００の論理的な構成を示したブロック図である。図１７を参照すると、受信装置３００は、受信アンテナ３１０、無線受信部３２０、復調部３３０、復号部３４０、位相計算部３５０、行路差計算部３６０、及び位置推定部３７０を備える。

本実施形態において、受信アンテナ３１０は、複数の送信アンテナからそれぞれ送信される無線信号を受信する。

図１８は、一例として４本の送信アンテナから送信された無線信号が受信アンテナ３１０に届く様子を概念的に示した説明図である。図１８を参照すると、送信アンテナＴｘ−１、Ｔｘ−２、Ｔｘ−３及びＴｘ−４から受信アンテナ３１０までの無線信号の行路が示されている。これら送信アンテナＴｘ−１、Ｔｘ−２、Ｔｘ−３及びＴｘ−４は、例えば図１６に示したような送信装置５２に設けられる。

図１８において、弧ＳＴＤは、受信アンテナ３１０との間に、送信アンテナＴｘ−４から受信アンテナ３１０までの行路長と等しい距離を有する位置の軌跡を示している。

例えば、この送信アンテナＴｘ−４から受信アンテナ３１０までの行路長を基準とする。そうすると、送信アンテナＴｘ−１についての行路差はｄ４、送信アンテナＴｘ−２についての行路差はｄ５、送信アンテナＴｘ−３についての行路差はｄ６となる。そして、これら行路差は、各送信アンテナＴｘ−ｎから送信され受信アンテナ３１０において受信された無線信号に含まれる副搬送波ごとの位相差から求めることができる。

図１７に戻り、無線受信部３２０は、受信アンテナ３１０から出力された無線信号に対し、増幅、周波数変換、アナログ−デジタル変換、フィルタリング、及びインバランス補正等を行う。

復調部３３０は、無線受信部３２０から出力された受信信号に対し、パケットの検出、同期タイミングと周波数オフセットの測定、ＯＦＤＭシンボルの切り出し、高速フーリエ変換、チャネル推定等を行う。復調部３３０によって復調されたストリーム信号は、復号部３４０及び位相計算部３５０へ出力される。

復号部３４０は、復調部３３０から入力された復調済みのストリーム信号のデジタル復調及び復号を行う。復号されたデータ信号は、復号部３４０から例えばホストＣＰＵへ出力される。

また、位相計算部３５０は、送信アンテナＴｘ−ｎからそれぞれ送信された各無線信号について、復調部３３０によって復調されたストリーム信号に含まれる副搬送波ごとに、任意の基準信号との間の位相差を計算する。位相差の計算は、基準信号の複素共役値と副搬送波ごとの信号値とを乗算することにより行ってもよい。さらに、位相計算部３５０は、計算した位相差を用いて、各送信アンテナＴｘ−ｎについての位相差平均と位相勾配とを計算する。

そして、行路差計算部３６０は、位相計算部３５０により計算された各送信アンテナについての位相差平均と位相勾配に基づいて、送信アンテナＴｘ−ｎのうち任意の２つの送信アンテナＴｘ−ｎから受信アンテナ３１０までの行路差を計算する。行路差の計算は、例えば前述した式（１）〜式（１１）に従って行われる。

ここで、受信装置３００は、受信アンテナ３１０から送信アンテナＴｘ−ｎまでの行路差を得られたとしても、送信アンテナＴｘ−ｎの相互の位置関係が分からなければ、送受信装置の位置を特定することができない。

そこで、本実施形態では、送信装置５２において例えば図６に示したパケットのデータ部（ＤＡＴＡ）等に各送信アンテナＴｘ−ｎの位置情報を挿入する。そして、受信装置３００では、復号部３４０が復号したデータ信号を位置推定部３７０へ出力し、位置推定部３７０が各送信アンテナＴｘ−ｎの当該位置情報を取得する。

例えば、送信装置５２においてパケットのデータ部に各送信アンテナＴｘ−ｎの絶対位置情報を挿入したとする。その場合、受信装置３００の位置推定部３７０は、復号部３４０が復号したデータ信号の中から当該絶対位置情報を取得する。そして、位置推定部３７０は、取得した絶対位置情報と送信アンテナＴｘ−ｎのうち２組以上の送信アンテナＴｘ−ｎの行路差に基づいて、図１０〜図１２を用いて説明した手法により、受信アンテナ３１０の絶対位置を推定することができる。

このような位置推定方法は、一例として図１６に示したように、送信装置５２が固定された無線アクセスポイント（又は無線基地局など）、受信装置３００が移動可能な端末装置であった場合には特に有効である。その場合、送信装置５２は、例えば自らの記憶装置に自装置の絶対位置情報を記録しておき、受信装置３００へ送信するパケットにその絶対位置情報を含めて送信してもよい。

ここまで、図１６〜図１８を用いて、本発明の第３の実施形態に係る送信装置５２及び受信装置３００について説明を行った。本実施形態によれば、送信装置５２に設けた複数の送信アンテナＴｘ−ｎから受信装置３００へ、周波数の異なる副搬送波が多重化された無線信号が送信される。受信装置３００の位相計算部３５０は、複数の送信アンテナから受信された前述の各無線信号について、基準信号との間の副搬送波ごとの位相差を計算する。そして、行路差計算部３６０は、位相計算部３５０により計算された位相差に基づいて、任意の２つの送信アンテナＴｘ−ｎから受信アンテナ３１０までの行路差を計算する。

このとき、送信アンテナＴｘ−ｎの絶対位置情報が例えば無線信号のデータ部を用いて受信装置３００へ送信され、受信装置３００の位置推定部３７０によって取得される。それにより、位置推定部３７０は、取得した絶対位置情報と前述の行路差とに基づいて、受信装置３００の受信アンテナ３１０の絶対位置を推定することができる。

ここで、本明細書において説明した第１〜第３の実施形態に係る一連の処理をハードウェアで実現するかソフトウェアで実現するかは問わない。一連の処理又はその一部をソフトウェアで実行させる場合には、ソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれたコンピュータ、又は例えば図１９に示した汎用コンピュータなどを用いて実行される。

図１９において、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９０２は、汎用コンピュータの動作全般を制御する。ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）９０４には、一連の処理の一部又は全部を記述したプログラム又はデータが格納される。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）９０６には、ＣＰＵ９０２が演算処理に用いるプログラムやデータなどが一時的に記憶される。

ＣＰＵ９０２、ＲＯＭ９０４、及びＲＡＭ９０６は、バス９０８を介して相互に接続される。バス９０８にはさらに、入出力インタフェース９１０が接続される。

入出力インタフェース９１０は、ＣＰＵ９０２、ＲＯＭ９０４、及びＲＡＭ９０６と、入力部９１２、出力部９１４、記憶部９１６、通信部９１８、及びドライブ９２０とを接続するためのインタフェースである。

入力部９１２は、例えばボタン、スイッチ、レバー、マウスやキーボードなどの入力装置を介して、利用者からの指示や情報入力を受け付ける。出力部９１４は、例えばＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）、液晶ディスプレイ、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの表示装置、又はスピーカなどの音声出力装置を介して利用者に対して情報を出力する。

記憶部９１６は、例えばハードディスクドライブ又はフラッシュメモリなどにより構成され、プログラム、プログラムデータ、画像データなどを記憶する。通信部９１８は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）又はインターネットなどのネットワークを介する通信処理を行う。ドライブ９２０は、必要に応じて汎用コンピュータに設けられ、例えばドライブ９２０にはリムーバブルメディア９２２が装着される。

第１〜第３の実施形態に係る一連の処理をソフトウェアで実行する場合には、例えば図１９に示したＲＯＭ９０４、記憶部９１６、又はリムーバブルメディア９２２に格納されたプログラムが、実行時にＲＡＭ９０６に読み込まれ、ＣＰＵ９０２によって実行される。

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説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、そ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。

例えば、図１３を用いて説明した第１の実施形態に係る位置推定処理を、必ずしもフローチャートに記載された順序に沿って実行しなくてもよい。各処理ステップは、並列的あるいは個別に独立して実行される処理を含んでもよい。

第１及び第２の実施形態に係る無線通信システムを示す模式図である。 第１の実施形態に係る受信装置の論理的な構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る無線受信部の構成の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る復調部の構成の一例を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る復号部の構成の一例を示すブロック図である。 通信パケットの構成の一例を示す説明図である。 送信アンテナから各受信アンテナまでの行路差を例示する説明図である。 副搬送波ごとの位相差と位相のねじれを例示する説明図である。 第１の実施形態に係る位相計算部の構成の一例を示すブロック図である。 行路差に基づいて推定される送信アンテナの位置の一例を示す説明図である。 行路差に基づいて推定される送信アンテナの位置の他の例を示す説明図である。 行路差に基づいて推定される送信アンテナの位置のさらに別の例を示す説明図である。 第１の実施形態に係る位置推定処理の一例を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る受信装置の論理的な構成を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る位置推定処理の一例を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る無線通信システムを示す模式図である。 第３の実施形態に係る受信装置の論理的な構成を示すブロック図である。 各送信アンテナから受信アンテナまでの行路差を例示する説明図である。 汎用コンピュータの構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１、３ 無線通信システム
５０、５２ 送信装置
１００、２００、３００ 受信装置
１１０−ｎ、３１０ 受信アンテナ
１５０、３５０ 位相計算部
１６０、２６０、３６０ 行路差計算部
１７０、３７０ 位置推定部
２８０ 制御部（周波数制御部）

Claims (15)

1. 周波数の異なる副搬送波が多重化された無線信号をそれぞれ受信する複数の受信アンテナと；
   前記複数の受信アンテナにより受信された各無線信号について当該無線信号に含まれる前記副搬送波ごとに基準信号との間の位相差を計算し、計算した前記副搬送波ごとの前記位相差を用いて前記受信アンテナごとに位相差平均と位相勾配とをさらに計算する位相計算部と；
   前記位相計算部により計算された前記位相差平均と前記位相勾配とに基づいて、前記無線信号が送信された送信アンテナから前記複数の受信アンテナのうち任意の２つの受信アンテナまでの距離の差である行路差を計算する行路差計算部と；
   を備える受信装置。
2. 前記行路差計算部は、前記複数の受信アンテナのうち２組以上の受信アンテナについて前記行路差を計算し；
   前記受信装置は：
   前記行路差計算部によって２組以上の受信アンテナについて計算された前記行路差を用いて前記送信アンテナの位置を推定する位置推定部；
   をさらに備える、
   請求項１に記載の受信装置。
3. 前記基準信号は、前記複数の受信アンテナのうちの１つの受信アンテナにより受信される無線信号である、請求項１に記載の受信装置。
4. 前記位相計算部は、前記基準信号の複素共役値を計算し、計算された前記基準信号の前記複素共役値と各無線信号に含まれる副搬送波ごとの信号値とを乗算することにより前記位相差を計算する、請求項１に記載の受信装置。
5. 前記位相計算部は、前記複数の受信アンテナにより受信された各無線信号について、当該無線信号に含まれる前記副搬送波ごとに前記基準信号との間の前記位相差を複数回計算し、
   前記位相計算部により複数回計算された複数の前記位相差を用いて、前記行路差計算部により計算される前記行路差に含まれる誤差が低減される、
   請求項１に記載の受信装置。
6. 前記受信装置は：
   前記複数の受信アンテナにより受信される無線信号の周波数帯を制御する制御部；
   をさらに備え；
   前記複数の受信アンテナは、前記制御部による制御に応じて、周波数の異なる副搬送波がそれぞれ多重化された第１の周波数帯の無線信号と第２の周波数帯の無線信号とを受信し；
   前記行路差計算部は、前記第１の周波数帯の無線信号について計算された前記受信アンテナごとの第１の位相勾配と、前記第２の周波数帯の無線信号について計算された前記受信アンテナごとの第２の位相勾配とを用いて、前記行路差の計算に用いる位相勾配の誤差を低減させる；
   請求項１に記載の受信装置。
7. 前記無線信号は、直交周波数分割多重方式に従って変調された無線信号である、請求項１に記載の受信装置。
8. 複数の送信アンテナからそれぞれ送信される複数の無線信号であって、周波数の異なる副搬送波がそれぞれ多重化された無線信号を受信する受信アンテナと；
   前記受信アンテナにより受信された各無線信号について当該無線信号に含まれる前記副搬送波ごとに基準信号との間の位相差を計算し、計算した前記基準信号との間の前記副搬送波ごとの前記位相差を用いて、前記送信アンテナごとに位相差平均と位相勾配とをさらに計算する位相計算部と；
   前記位相計算部により計算された前記位相差平均と前記位相勾配とに基づいて、前記無線信号が送信された前記複数の送信アンテナのうち任意の２つの送信アンテナから前記受信アンテナまでの距離の差である行路差を計算する行路差計算部と；
   を備える受信装置。
9. 前記行路差計算部は、前記複数の送信アンテナのうち２組以上の送信アンテナについて前記行路差を計算し；
   前記受信装置は：
   前記行路差計算部によって２組以上の送信アンテナについて計算された前記行路差を用いて自装置の位置を推定する位置推定部；
   をさらに備える、
   請求項８に記載の受信装置。
10. 前記位置推定部は、さらに前記無線信号のデータ部から取得した前記複数の送信アンテナの絶対位置に関する情報を用いて自装置の絶対位置を推定する、請求項９に記載の受信装置。
11. 周波数の異なる副搬送波が多重化された無線信号をそれぞれ送信する複数の送信アンテナ；
    を備える送信装置と：
    前記複数の送信アンテナから送信された複数の無線信号を受信する受信アンテナ；
    前記受信アンテナにより受信された各無線信号について当該無線信号に含まれる前記副搬送波ごとに基準信号との間の位相差を計算し、計算した前記基準信号との間の前記副搬送波ごとの前記位相差を用いて前記送信アンテナごとに位相差平均と位相勾配とをさらに計算する位相計算部；
    及び、前記位相計算部により計算された前記位相差平均と前記位相勾配とに基づいて、前記無線信号が送信された前記複数の送信アンテナのうち任意の２つの送信アンテナから前記受信アンテナまでの距離の差である行路差を計算する行路差計算部；
    を備える受信装置と：
    を含む無線通信システム。
12. 前記受信装置の前記行路差計算部は、前記複数の送信アンテナのうち２組以上の送信アンテナについて前記行路差を計算し；
    前記受信装置は：
    前記行路差計算部によって２組以上の送信アンテナについて計算された前記行路差を用いて自装置の相対位置を推定する位置推定部；
    をさらに備える、
    請求項１１に記載の無線通信システム。
13. 前記送信装置は、前記複数の送信アンテナの絶対位置に関する情報を前記無線信号を用いて前記受信装置へ送信し；
    前記受信装置の前記位置推定部は、前記無線信号から取得した前記複数の送信アンテナの前記絶対位置に関する情報を用いて自装置の絶対位置を推定する、
    請求項１２に記載の無線通信システム。
14. 周波数の異なる副搬送波が多重化された無線信号を複数の受信アンテナによりそれぞれ受信するステップと；
    前記複数の受信アンテナにより受信された各無線信号について、当該無線信号に含まれる前記副搬送波ごとに基準信号との間の位相差を計算するステップと；
    計算された前記副搬送波ごとの前記位相差を用いて、前記受信アンテナごとに位相差平均と位相勾配とを計算するステップと、
    計算された前記位相差平均と前記位相勾配とに基づいて、前記無線信号が送信された送信アンテナから前記複数の受信アンテナのうち任意の２つの受信アンテナまでの距離の差である行路差を計算するステップと；
    を含む位置推定方法。
15. 周波数の異なる副搬送波が多重化された無線信号をそれぞれ受信する複数の受信アンテナを有する受信装置を制御するコンピュータを：
    前記複数の受信アンテナにより受信された各無線信号について当該無線信号に含まれる前記副搬送波ごとに基準信号との間の位相差を計算し、計算した前記副搬送波ごとの前記位相差を用いて前記受信アンテナごとに位相差平均と位相勾配とをさらに計算する位相計算部と；
    前記位相計算部により計算された前記位相差平均と前記位相勾配とに基づいて、前記無線信号が送信された送信アンテナから前記複数の受信アンテナのうち任意の２つの受信アンテナまでの距離の差である行路差を計算する行路差計算部と；
    として機能させるためのプログラム。
    

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