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JP4356503B2 - Locating system, receiver, receiving method, receiving method and receiving method - Google Patents
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Locating system, receiver, receiving method, receiving method and receiving method Download PDF

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Description

本発明は、物体間の相対的な位置変化を検出する位置特定システムに係り、特に、微弱無線を用いて物体間の相対的な位置変化を検出する位置特定システム、並びに受信機及び受信方法及び受信方法及び受信方法に関する。   The present invention relates to a position specifying system that detects a relative position change between objects, and more particularly, to a position specifying system that detects a relative position change between objects using weak radio, and a receiver and a receiving method. The present invention relates to a reception method and a reception method.

さらに詳しくは、本発明は、物体間で極めて微弱なインパルス列を通信することを利用して相対的な位置変化を検出する位置特定システム、並びに受信機及び受信方法及び受信方法及び受信方法に関する。   More specifically, the present invention relates to a position identification system that detects a relative position change using communication of an extremely weak impulse train between objects, and a receiver, a reception method, a reception method, and a reception method.

LANを始めとするコンピュータ・ネットワーキングにより、情報資源の共有や機器資源の共有を効率的に実現することができる。ここで、旧来の有線方式によるLAN配線からユーザを解放するシステムとして、無線LANが注目されている。無線LANによれば、オフィスなどの作業空間において、有線ケーブルの大半を省略することができるので、パーソナル・コンピュータ(PC)などの通信端末を比較的容易に移動させることができる。   Information network sharing and device resource sharing can be efficiently realized by computer networking such as a LAN. Here, a wireless LAN is attracting attention as a system for releasing users from the conventional wired LAN connection. According to the wireless LAN, most of the wired cables can be omitted in a work space such as an office, so that a communication terminal such as a personal computer (PC) can be moved relatively easily.

近年では、無線LANシステムの高速化、低価格化に伴い、その需要が著しく増加してきている。特に、人の身の回りに存在する複数の電子機器間で小規模な無線ネットワークを構築して情報通信を行なうために、パーソナル・エリア・ネットワーク(PAN)の導入が検討されている。例えば、2.4GHz帯や、5GHz帯など、監督官庁の免許が不要な周波数帯域を利用して、異なった無線通信システム並びに無線通信装置が規定されている。   In recent years, the demand for wireless LAN systems has increased remarkably with the increase in speed and cost. In particular, the introduction of a personal area network (PAN) has been studied in order to construct a small-scale wireless network between a plurality of electronic devices existing around a person and perform information communication. For example, different radio communication systems and radio communication apparatuses are defined using frequency bands that do not require a license from a supervisory agency, such as 2.4 GHz band and 5 GHz band.

また、近年、「ウルトラワイドバンド(UWB)通信」と呼ばれる、極めて微弱なインパルス列に情報を載せて無線通信を行なう方式が、近距離超高速伝送を実現する無線通信システムとして注目され、その実用化が期待されている。   In recent years, a method called “ultra-wide band (UWB) communication” for performing wireless communication by placing information on a very weak impulse train has attracted attention as a wireless communication system that realizes short-range ultrahigh-speed transmission, and its practical use. Is expected.

米国では、2002年2月にFCC(Federal Communication Commission:米国連邦通信委員会)がUWBシステム関する規制緩和を行なった(例えば、非特許文献1を参照のこと)。規制緩和の内容としては3.1GHzから10.6GHzまで−41.3[dBm]の出力の電波を放射することを許可するものである(図10を参照のこと)。現在、IEEE802.15.3などにおいて、ウルトラワイドバンド通信のアクセス制御方式として、プリアンブルを含んだパケット構造のデータ伝送方式が考案されている(例えば、非特許文献2を参照のこと)。   In the United States, FCC (Federal Communication Commission) relaxed regulations on the UWB system in February 2002 (see, for example, Non-Patent Document 1). As the contents of deregulation, it is permitted to radiate radio waves having an output of −41.3 [dBm] from 3.1 GHz to 10.6 GHz (see FIG. 10). Currently, in IEEE802.15.3 and the like, a data transmission method having a packet structure including a preamble has been devised as an access control method for ultra-wideband communication (see, for example, Non-Patent Document 2).

一方、UWBシステムは、超極細パルスを用いることにより高い時間分解能を持ち、この性質を使ってレーダやポジショニングを行なう「測距(Ranging)」をすることが可能である。特に、最近のUWB通信では、100Mbps超の高速データ伝送と元来の測距機能を併せ持つことができる(例えば、特許文献1を参照のこと)。   On the other hand, the UWB system has a high time resolution by using ultra-fine pulses, and can perform “ranging” for radar and positioning using this property. In particular, recent UWB communication can have both high-speed data transmission exceeding 100 Mbps and the original ranging function (see, for example, Patent Document 1).

将来、UWBに代表される近距離通信のWPAN(Wireless Personal Access Network)はあらゆる家電品やCE(Consumer Electronics)機器に搭載されることが予想される。したがって、高速データ伝送とは別に、測距による位置情報の利用、例えばナビゲーションや近距離通信(Near Field Communication:NFC)のような無線の付加価値を生むことが考えられ、高速データ伝送とともに測距機能も実装することが望ましいと思料される。   In the future, WPAN (Wireless Personal Access Network) of near field communication represented by UWB is expected to be installed in all home appliances and CE (Consumer Electronics) devices. Therefore, apart from high-speed data transmission, it is considered that the use of position information by ranging, such as navigation and near field communication (NFC), may create added value of radio, and distance measurement together with high-speed data transmission. It is considered desirable to implement the function.

特表2002−517001号公報JP 2002-51001 A 佐々木重信、井家上哲史、眞田幸俊共著「UWBシステムと技術に関する国際会議(UWBST2002)報告」(SST2002−19,2002年7月)Sasaki Shigenobu, Ikegami Tetsufumi, and Koda Toshitoshi "International Conference on UWB System and Technology (UWBST2002)" (SST2002-19, July 2002) http://grouper.ieee.org/groups/802/15/pub/SG4a.htmlhttp: // grouper. iee. org / groups / 802/15 / pub / SG4a. html

本発明の目的は、物体間で極めて微弱なインパルス列の通信を利用して物体間の相対的な位置変化を検出することができる、優れた位置特定システム、並びに受信機及び受信方法及び受信方法及び受信方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an excellent position identification system, a receiver, a reception method, and a reception method capable of detecting a relative position change between objects by using communication of an extremely weak impulse train between the objects. And providing a receiving method.

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、無線信号を用いて物体間の相対的な位置変化を検出する位置特定システムであって、
正負のパルス成分の組み合わせからなり所定のパルス幅を持つ一対のパルス信号を送信する送信機と、
前記パルス幅の半分の長さだけずれた複数のテンプレート信号を生成し、前記送信機からのパルス信号の受信波形と各テンプレート信号との相関をとり、各テンプレート信号における相関結果が特定のパターンとなることにより同期を獲得するとともに、同期を獲得する際のタイミング調整量に基づいて送受信機間の距離の変化を検出する受信機と、
を具備することを特徴とする位置特定システムである。
The present invention has been made in consideration of the above problems, and is a position specifying system that detects a relative position change between objects using a radio signal,
A transmitter configured to transmit a pair of pulse signals having a predetermined pulse width composed of a combination of positive and negative pulse components;
Generate a plurality of template signals shifted by half the pulse width, correlate the received waveform of the pulse signal from the transmitter and each template signal, and the correlation result in each template signal is a specific pattern And a receiver for detecting a change in the distance between the transmitter and the receiver based on a timing adjustment amount at the time of acquiring the synchronization,
It is a position specifying system characterized by comprising.

但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置(又は特定の機能を実現する機能モジュール)が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。   However, “system” here refers to a logical collection of a plurality of devices (or functional modules that realize specific functions), and each device or functional module is in a single housing. It does not matter whether or not.

ここで、受信機は、送信機から送られてくるパルス信号のパルス幅以上の長さを持つテンプレート信号を生成する。   Here, the receiver generates a template signal having a length equal to or longer than the pulse width of the pulse signal sent from the transmitter.

受信機は、受信パルス幅以上の幅を持つテンプレート波形を用いて受信波形との相関処理を行なうが、受信信号の復号することを特に目的としておらず、パルスの存在のみを検出すればよいことから、問題はない。また、テンプレート波形を受信パルス幅以上とすることにより、低クロック駆動の回路でテンプレート波形を構成することができ、低消費電力化を図ることができる。   The receiver uses a template waveform with a width greater than or equal to the received pulse width to perform correlation processing with the received waveform, but is not specifically intended to decode the received signal, and only needs to detect the presence of a pulse. So there is no problem. Further, by setting the template waveform to be equal to or larger than the reception pulse width, the template waveform can be configured with a low clock driving circuit, and power consumption can be reduced.

また、受信機は、パルス幅以上の長さを持つテンプレート信号を、デジタル矩形波として生成するようにしてもよい。   The receiver may generate a template signal having a length equal to or longer than the pulse width as a digital rectangular wave.

このような場合、テンプレート波形を生成する符号発生回路をデジタル回路で構成することができる。したがって、符号発生回路をアナログ回路で構成した場合におけるような、微分器の調整などの問題を解消することができる。また、符号発生回路をデジタル回路で構成することにより、クロックの高速化による高精度化や回路規模など、プロセス技術の恩恵を受けることができる。   In such a case, the code generation circuit for generating the template waveform can be constituted by a digital circuit. Therefore, problems such as adjustment of the differentiator as in the case where the code generation circuit is constituted by an analog circuit can be solved. In addition, by configuring the code generation circuit with a digital circuit, it is possible to benefit from process technology such as high accuracy by increasing the clock speed and circuit scale.

本発明に係る位置特定システムにおいて、受信機は、受信パルス幅以上の幅を持つ、受信パルス幅の半分Δずつタイミングがずれた3種類のテンプレート波形l(t−Δ)、l(t)、l(t+Δ)を生成し、それぞれを受信波形と乗算し、さらに時間積分する。このような場合、受信したパルス波とタイミングが一致するテンプレート波形l(t)との乗算の積分d(0)は0となるが、これよりもパルス幅半分だけタイミングが早いテンプレート波形l(t−Δ)との乗算の積分d(−Δ)は負、パルス幅半分だけタイミングが遅いテンプレート波形l(t+Δ)との乗算の積分d(Δ)は正となる。このような特性を利用して、同期獲得を行なうことができる。   In the positioning system according to the present invention, the receiver has three types of template waveforms l (t−Δ), l (t), which have a width equal to or greater than the reception pulse width and are shifted in timing by half the reception pulse width Δ. l (t + Δ) is generated, each is multiplied by the received waveform, and further time integration is performed. In such a case, the integral d (0) of multiplication of the received pulse wave and the template waveform l (t) whose timing coincides is 0, but the template waveform l (t) whose timing is earlier by half the pulse width than this. The integral d (-Δ) of multiplication with -Δ) is negative, and the integral d (Δ) of multiplication with the template waveform l (t + Δ) delayed by half the pulse width is positive. Using such characteristics, synchronization can be acquired.

すなわち、d(−Δ)<0、d(0)=0、d(Δ)>0(あるいは、d(−Δ)>0、d(0)=0、d(Δ)<0)というパターンになったことにより、同期の獲得を検出することができる。また、d(−Δ)=0、d(0)>0、d(Δ)=0であればテンプレート信号のタイミングを遅め、d(−Δ)=0、d(0)<0、d(Δ)<0であれば逆にのタイミングを早めるようにすればよい。   That is, a pattern of d (−Δ) <0, d (0) = 0, d (Δ)> 0 (or d (−Δ)> 0, d (0) = 0, d (Δ) <0). Thus, acquisition of synchronization can be detected. If d (−Δ) = 0, d (0)> 0, d (Δ) = 0, the timing of the template signal is delayed, d (−Δ) = 0, d (0) <0, d If (Δ) <0, the reverse timing may be advanced.

本発明によれば、物体間で極めて微弱なインパルス列の通信を利用して物体間の相対的な位置変化を検出することができる、優れた位置特定システム、並びに受信機及び受信方法及び受信方法及び受信方法を提供することができる。   Advantageous Effects of Invention According to the present invention, an excellent position identification system, a receiver, a reception method, and a reception method that can detect a relative position change between objects using communication of an extremely weak impulse train between objects. And a receiving method can be provided.

本発明に係る位置検出システムによれば、送信機側は、UWB送信機に比べ、パルス発生器と、フィルタと、増幅器とが省略され、アンテナの構成を簡素にすることができる。すなわち、装置の設計・製造コストやサイズを削減するという効果が得られる。   According to the position detection system of the present invention, the transmitter side can omit the pulse generator, the filter, and the amplifier as compared with the UWB transmitter, and the configuration of the antenna can be simplified. That is, the effect of reducing the design / manufacturing cost and size of the apparatus can be obtained.

また、本発明に係る位置検出システムによれば、受信機側は、受信パルスとの同期獲得を行なうための相関処理用のテンプレート波形として、デジタル回路により生成した矩形波信号を直接用いることができる。これにより、設計や制御が困難となるアナログ回路部分を削減した受信機構成とすることにより、設計・製作コストを削減できるとともに、位置特定のための制御を簡素化することができる。   In addition, according to the position detection system of the present invention, the receiver side can directly use a rectangular wave signal generated by a digital circuit as a template waveform for correlation processing for acquiring synchronization with a received pulse. . Thus, by adopting a receiver configuration in which the analog circuit portion that is difficult to design and control is reduced, design / manufacturing costs can be reduced, and control for specifying the position can be simplified.

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。   Other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from more detailed description based on embodiments of the present invention described later and the accompanying drawings.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明は、物体間の相対的な位置変化を検出する位置特定システムに係り、より具体的には、物体間で極めて微弱なインパルス列を無線通信することより物体間の相対的な位置変化を検出する位置特定システムに関する。   The present invention relates to a position identification system that detects a relative position change between objects, and more specifically, a relative position change between objects by wirelessly communicating a very weak impulse train between the objects. The present invention relates to a position identification system to be detected.

図1には、一般的なUWBシステム用送信機の構成例を模式的に示している。図示の送信機は、クロック発生器1と、PN信号発生器2と、パルス発生器3と、フィルタ4と、増幅器5と、インピーダンス・マッチング回路6と、アンテナ7で構成される。この送信機構成によれば、物体間で極めて微弱なインパルス列に情報を載せて無線通信を行なうことにより物体間の相対的な位置変化を検出することができる。   FIG. 1 schematically shows a configuration example of a general UWB system transmitter. The illustrated transmitter includes a clock generator 1, a PN signal generator 2, a pulse generator 3, a filter 4, an amplifier 5, an impedance matching circuit 6, and an antenna 7. According to this transmitter configuration, it is possible to detect a relative position change between objects by performing wireless communication by placing information on an extremely weak impulse train between the objects.

まず、クロック発生器1からは、所定周波数のクロック信号が発生される。PN信号発生器2は、クロック発生器1の出力する所定周波数のクロック信号を用い、既知のPN符号に従って矩形波を発生する。送信データがあるときには、送信データによってPN符号が変調される。パルス発生器3は、PN信号発生器2から入力されるデジタル信号を表わすパルス信号を出力する。パルス変調の方式としては、パルスの位相に変化を加えることで送信データの0/1を表現する位相変調や、パルスの位置に変化を加えることで多値を表現するタイミング変調などが用いられる。フィルタ4は、パルス発生器3から出力されるパルス列を入力し、例えばFCC規制(図10を参照のこと)に適合する周波数の信号成分だけを取り出す。そして、フィルタ4の出力は、増幅器5により増幅され、さらにインピーダンス・マッチング回路6によりマッチング処理が施された後、アンテナ7を介して無線伝送路に送出される。   First, the clock generator 1 generates a clock signal having a predetermined frequency. The PN signal generator 2 generates a rectangular wave according to a known PN code using a clock signal having a predetermined frequency output from the clock generator 1. When there is transmission data, the PN code is modulated by the transmission data. The pulse generator 3 outputs a pulse signal representing the digital signal input from the PN signal generator 2. As a method of pulse modulation, phase modulation that expresses 0/1 of transmission data by changing the phase of the pulse, timing modulation that expresses multiple values by changing the position of the pulse, or the like is used. The filter 4 receives the pulse train output from the pulse generator 3 and extracts only a signal component having a frequency that conforms to, for example, FCC regulations (see FIG. 10). The output of the filter 4 is amplified by the amplifier 5, further subjected to matching processing by the impedance matching circuit 6, and then sent to the wireless transmission path via the antenna 7.

UWB伝送方式では、所定のパルス幅のインパルス列を所定のパルス周期で繰り返して送信することにより、ある情報ビットを構成する信号列が示される。図2には、図1に示した送信機から送出される送信信号の波形例を示している。   In the UWB transmission system, a signal sequence constituting a certain information bit is shown by repeatedly transmitting an impulse sequence having a predetermined pulse width at a predetermined pulse period. FIG. 2 shows a waveform example of a transmission signal sent from the transmitter shown in FIG.

ここで、FCCのUWBに関する規制に適合するために3.1GHzから10.6GHzという高周波数の信号を発生しなければならない。このため、図1に示した送信機回路の構成では、パルス発生器3により高周波数パルスを生成しなければならず消費電力が増大する。また、FCC規制に適合する信号成分を取り出すためにフィルタ4を通さなければならず、送信電力ロスが大きい、という問題がある。   Here, in order to comply with FCC UWB regulations, a high frequency signal of 3.1 GHz to 10.6 GHz must be generated. For this reason, in the configuration of the transmitter circuit shown in FIG. 1, high-frequency pulses must be generated by the pulse generator 3 and power consumption increases. In addition, there is a problem that a transmission power loss is large because a filter 4 must be passed in order to extract a signal component that conforms to FCC regulations.

図3には、UWBシステム用送信機についての他の構成例を模式的に示している。図示の送信機は、クロック発生器1と、PN信号発生器2と、インピーダンス・マッチング回路6と、アンテナ7で構成される。   FIG. 3 schematically shows another configuration example of the UWB system transmitter. The illustrated transmitter includes a clock generator 1, a PN signal generator 2, an impedance matching circuit 6, and an antenna 7.

まず、クロック発生器1からは、所定周波数のクロック信号が発生される。PN信号発生器2は、クロック発生器1の出力する所定周波数のクロック信号を用い、既知のPN符号に従って矩形波を発生する。   First, the clock generator 1 generates a clock signal having a predetermined frequency. The PN signal generator 2 generates a rectangular wave according to a known PN code using a clock signal having a predetermined frequency output from the clock generator 1.

発生された矩形波は、インピーダンス・マッチング回路6によりマッチング処理が施された後、アンテナ7を介して無線伝送路に送出される。   The generated rectangular wave is subjected to matching processing by the impedance matching circuit 6 and then transmitted to the wireless transmission path via the antenna 7.

ここで、アンテナ7には、送信信号を波形成形するという一般的な性質がある。例えば、ダイポール・アンテナなどのキャパシタンス型のアンテナの場合、入力された信号を微分出力するという特性がある。   Here, the antenna 7 has a general property that the transmission signal is waveform-shaped. For example, a capacitance type antenna such as a dipole antenna has a characteristic of differentially outputting an input signal.

したがって、PN信号発生器2により出力される矩形波形が図4に示す通りであったとすると、キャパシタンス型のアンテナ7により送出することにより、微分により矩形のエッジ部分が強調され、図5に示す通りとなる。すなわち、パルス発生器を用いなくとも、PN符号又はこれに代わる既知のデジタル信号からアンテナ7による波形成形でパルスを出力することができる。   Therefore, if the rectangular waveform output from the PN signal generator 2 is as shown in FIG. 4, the rectangular edge portion is emphasized by differentiation by being sent out by the capacitance type antenna 7, and as shown in FIG. It becomes. That is, without using a pulse generator, a pulse can be output by waveform shaping by the antenna 7 from a PN code or a known digital signal instead of the PN code.

図2に示す送信機構成では、図1に示したUWB送信機に比べ、パルス発生器3と、フィルタ4と、増幅器5とが省略されているという点に充分留意されたい。フィルタ4がないことにより、FCC規制に適合する周波数の信号成分だけを取り出すことはできないが、このこと自体は日本の規制には反しない。   It should be noted that in the transmitter configuration shown in FIG. 2, the pulse generator 3, the filter 4, and the amplifier 5 are omitted as compared to the UWB transmitter shown in FIG. The absence of the filter 4 makes it impossible to extract only signal components having a frequency that conforms to FCC regulations, but this does not violate Japanese regulations.

図10からも分かるように、FCCにおけるUWB規制と相違し、日本国内では放射周波数の制限がないため、送信機のフィルタが不要であり、また、アンテナの構成を簡素にすることができる。そして、PN信号発生器の矩形波出力をそのままアンテナより放射することにより、微弱なパルス信号を送出することが可能である。すなわち、システムのコストやサイズを削減するという効果が得られる。また、図3に示した送信機は、搬送波を使用しないことから、従来のCDMAとも相違する。   As can be seen from FIG. 10, unlike the UWB regulations in FCC, there is no limitation on the radiation frequency in Japan, so that no transmitter filter is required and the antenna configuration can be simplified. A weak pulse signal can be transmitted by radiating the rectangular wave output of the PN signal generator from the antenna as it is. That is, the effect of reducing the cost and size of the system can be obtained. Further, since the transmitter shown in FIG. 3 does not use a carrier wave, it differs from conventional CDMA.

一方、受信機側では、図1又は図2に示した送信機から出力された微弱なパルス信号を受信し、復調・復号処理を施すことで、送信機との相対的な位置変化を検出することができる。   On the other hand, on the receiver side, a weak pulse signal output from the transmitter shown in FIG. 1 or FIG. 2 is received and subjected to demodulation / decoding processing to detect a relative position change with respect to the transmitter. be able to.

図6には、位置特定システムの受信機側の構成例を模式的に示している。図示の通り、受信機は、アンテナ11と、フィルタ12と、低雑音アンプ13と、相関器14と、アンプ15と、テンプレート波形発生器16と、積分器17と、クロック発生器18と、PN符号発生器19とで構成される。   FIG. 6 schematically shows a configuration example on the receiver side of the position specifying system. As shown, the receiver includes an antenna 11, a filter 12, a low noise amplifier 13, a correlator 14, an amplifier 15, a template waveform generator 16, an integrator 17, a clock generator 18, and a PN. And a code generator 19.

アンテナ11で受信された信号は、フィルタ12を通過して送信パルス信号成分以外の周波数成分が除去される。フィルタ12を通過した信号は、さらに低雑音アンプ13によって増幅され、相関器14の第1の端子に入力される。   The signal received by the antenna 11 passes through the filter 12 to remove frequency components other than the transmission pulse signal component. The signal that has passed through the filter 12 is further amplified by the low noise amplifier 13 and input to the first terminal of the correlator 14.

他方、クロック発生器18からは所定周波数のクロック信号が出力されるとともに、PN符号発生器19からは送信機側と共通となるPN符号又はこれに代わる既知のデジタル信号が出力される。テンプレート波形発生器16は、アナログ回路で構成されるが、これらクロック信号並びにPN符号などのデジタル矩形信号に基づいて、受信波形と相関をとるためのアナログ的なテンプレート波形を生成する。クロック発生器18は、VCTCXO(電流制御発振器)などの周波数可変型のクロック発生器であるとする。   On the other hand, the clock generator 18 outputs a clock signal having a predetermined frequency, and the PN code generator 19 outputs a PN code common to the transmitter side or a known digital signal replacing the PN code. The template waveform generator 16 is composed of an analog circuit, and generates an analog template waveform for correlating with the received waveform based on the clock signal and a digital rectangular signal such as a PN code. The clock generator 18 is assumed to be a variable frequency type clock generator such as a VCTCXO (current controlled oscillator).

相関器14では、第1の端子から入力される受信波形と、第2の端子から入力されるテンプレート波形を乗算し、その結果をアンプ15に出力する。アンプ15はこの出力信号を増幅し、積分器17はさらにこれを時間積分して、積分値を出力し、これをクロック発生器18に帰還する。   The correlator 14 multiplies the received waveform input from the first terminal by the template waveform input from the second terminal, and outputs the result to the amplifier 15. The amplifier 15 amplifies this output signal, and the integrator 17 further integrates this with time to output an integrated value, which is fed back to the clock generator 18.

受信波形とテンプレート波形との相関は、受信波形とテンプレート波形とのタイミングのずれ量に相当することから、クロック発生器18では、積分器17からの積分出力に従って、相関値がゼロとなるようにクロック発生タイミングを調整する。   Since the correlation between the received waveform and the template waveform corresponds to the amount of timing deviation between the received waveform and the template waveform, the clock generator 18 causes the correlation value to become zero according to the integrated output from the integrator 17. Adjust the clock generation timing.

図7(a)には、受信機において受信した信号の波形を示している。また、図7(b)には、受信機において受信波形と相関処理を行なうために生成されたテンプレート波形の例を示している。また、図7(c)には、相関器14より出力される、受信波形とテンプレート波形との相関出力を示している。   FIG. 7A shows a waveform of a signal received by the receiver. FIG. 7B shows an example of a template waveform generated in order to perform correlation processing with the received waveform in the receiver. FIG. 7C shows the correlation output between the received waveform and the template waveform output from the correlator 14.

ここで、受信波形を時間の関数r(t)と表すと、テンプレート波形l(t)は、l(t)=r(t−Δ)−r(t+Δ)として表される。ここで、δは受信波形とテンプレート波形とのタイミングのずれ量である。受信波形とテンプレート波形との相関は、受信波形とテンプレート波形とのタイミングのずれ量に相当し、相関器14の出力d(Δ)は下式のように表される。   Here, when the received waveform is expressed as a function r (t) of time, the template waveform l (t) is expressed as l (t) = r (t−Δ) −r (t + Δ). Here, δ is a timing shift amount between the received waveform and the template waveform. The correlation between the received waveform and the template waveform corresponds to the amount of timing deviation between the received waveform and the template waveform, and the output d (Δ) of the correlator 14 is expressed by the following equation.

Figure 0004356503
Figure 0004356503

図7(c)に示すように、受信パルス波形はテンプレート波形のタイミングが一致(同期)すれば、相関器14の出力波形は0になる。したがって、積分器17の出力のゼロクロス点をトラッキングし、積分器17の出力が正の値を示すときにはクロック発生器18のタイミングを早め、また、負の値を示すときにはタイミングを遅らせる、という操作を行なうことにより、同期を獲得することができる。   As shown in FIG. 7C, if the timing of the template waveform of the received pulse waveform matches (synchronizes), the output waveform of the correlator 14 becomes zero. Therefore, an operation of tracking the zero-cross point of the output of the integrator 17 and advancing the timing of the clock generator 18 when the output of the integrator 17 shows a positive value and delaying the timing when showing a negative value. By doing so, synchronization can be obtained.

このような制御ループは遅延ロック・ループと呼ばれる。テンプレート波形と受信波形との間で相関がとられ、パルス位置並びに位相の同期が獲得されると、遅延ロック・ループでは同期の保持を行なう。   Such a control loop is called a delay locked loop. When a correlation is obtained between the template waveform and the received waveform, and synchronization of the pulse position and phase is acquired, synchronization is maintained in the delay lock loop.

これに対し、送信機と受信機の間の距離が変化すると、再びテンプレート波形と受信波形との間でタイミングのずれが発生する。すなわち、タイミングのずれ量は送受信機間の相対位置の変化量に相当する。このクロック発生タイミングの調整量を取り出して、送受信機間の距離の変化を測定することができる。例えば、ある時点で送信機と受信機間で同期タイミングのキャリブレーションを行なった後、タイミングのずれを継続的に測定していくことにより、受信機に対する送信機の位置移動を検出若しくはトラッキングを行なうことができる。これがUWB通信を用いた位置特定システムの仕組みである。   On the other hand, when the distance between the transmitter and the receiver changes, a timing shift occurs again between the template waveform and the received waveform. That is, the amount of timing deviation corresponds to the amount of change in the relative position between the transceivers. The amount of adjustment of this clock generation timing can be taken out and the change in the distance between the transmitter and the receiver can be measured. For example, after calibrating the synchronization timing between the transmitter and the receiver at a certain time, the position shift of the transmitter with respect to the receiver is detected or tracked by continuously measuring the timing deviation. be able to. This is the mechanism of the location system using UWB communication.

ここで、図6に示した受信機においては、テンプレート波形発生器16は、アナログ回路で構成され、クロック信号並びにPN符号などのデジタル矩形信号に基づいて、受信波形と相関をとるためのアナログ的なテンプレート波形を生成する(アナログ的なパルス波形を生成する点については、例えば、米国特許第5,365,240号公報を参照のこと)。ところが、アナログ回路は設計が難しく、また、この場合は微分器の調整など制御が困難となり、受信機側で機器設計や製作のコストが増大する、という問題がある。因みに、図3に示した送信機においては、アンテナが微分器の役割を実質的に果たしていることから、微分されたパルス波形を送信するためのアナログ回路部分が削減されている。   Here, in the receiver shown in FIG. 6, the template waveform generator 16 is composed of an analog circuit, and is analog for correlating with a received waveform based on a digital rectangular signal such as a clock signal and a PN code. A template waveform is generated (refer to, for example, US Pat. No. 5,365,240 for the point of generating an analog pulse waveform). However, the analog circuit is difficult to design, and in this case, control such as adjustment of the differentiator becomes difficult, and there is a problem that the cost of equipment design and production increases on the receiver side. Incidentally, in the transmitter shown in FIG. 3, since the antenna substantially plays the role of a differentiator, an analog circuit portion for transmitting the differentiated pulse waveform is reduced.

図8には、位置特定システムの受信機についての他の構成例を模式的に示している。図示の通り、受信機は、アンテナ21と、フィルタ22と、低雑音アンプ(LNA)23と、乗算器24と、アンプ25と、積分器26と、クロック発生器27,符号発生器28とで構成される。図示の受信機は、テンプレート波形生成のためのアナログ回路部分が省力されているという点で、図6に示した受信機とは大いに相違する。また、図8に示す受信機は、送信機との相対的な位置変化を検出することを主目的として構成され、受信信号を復調・復号処理を施してデータを復元することは特に考慮されていない。また、送信機からは、図2又は図5に示したように、正負の各成分を持つ一対のパルス信号を単位として送信するものとする。   FIG. 8 schematically shows another configuration example of the receiver of the position specifying system. As shown, the receiver includes an antenna 21, a filter 22, a low noise amplifier (LNA) 23, a multiplier 24, an amplifier 25, an integrator 26, a clock generator 27, and a code generator 28. Composed. The receiver shown in the figure is greatly different from the receiver shown in FIG. 6 in that an analog circuit portion for generating a template waveform is saved. The receiver shown in FIG. 8 is mainly configured to detect a change in position relative to the transmitter, and is particularly considered to restore the data by demodulating and decoding the received signal. Absent. In addition, as shown in FIG. 2 or 5, the transmitter transmits a pair of pulse signals having positive and negative components as a unit.

アンテナ21で受信した信号は、フィルタ22を通過し、送信パルス信号成分以外の周波数成分が除去される。フィルタ22を通過した信号は、低雑音アンプ23によって増幅され、乗算器4の第1の端子に入力される構成される。   The signal received by the antenna 21 passes through the filter 22, and frequency components other than the transmission pulse signal component are removed. The signal that has passed through the filter 22 is amplified by the low noise amplifier 23 and input to the first terminal of the multiplier 4.

他方、クロック発生器26からは所定周波数のクロック信号が出力され、符号発生器28に入力される。クロック発生器26は、VCTCXO(電流制御発振器)などの周波数可変型のクロック発生器であるとする。符号発生器28は、デジタル回路で構成され、送信機から送信される正負成分を持つ一対のパルス信号のパルス幅の半分ずつタイミングがずれた、受信パルス幅以上の幅を持つ3種類のデジタル矩形波からなるテンプレート信号を発生する。そして、符号発生器28の出力は、乗算器24の第2の端子に入力される。   On the other hand, a clock signal having a predetermined frequency is output from the clock generator 26 and input to the code generator 28. The clock generator 26 is assumed to be a variable frequency type clock generator such as a VCTCXO (current controlled oscillator). The code generator 28 is composed of a digital circuit, and three types of digital rectangles having a width equal to or greater than the reception pulse width, the timing of which is shifted by half of the pulse width of a pair of pulse signals having positive and negative components transmitted from the transmitter. Generate a template signal consisting of waves. The output of the code generator 28 is input to the second terminal of the multiplier 24.

乗算器24では、第1の端子から入力される受信波形と、第2の端子から入力されるタイミングがずれた3種類のテンプレート波形をそれぞれ乗算し、第3の端子より出力する。乗算器24の出力はアンプ25によって増幅され、さらに積分器26によって時間積分し、これをクロック発生器27に帰還する。   The multiplier 24 multiplies the received waveform input from the first terminal by the three types of template waveforms shifted in timing input from the second terminal, and outputs the result from the third terminal. The output of the multiplier 24 is amplified by an amplifier 25, and further integrated by time by an integrator 26, which is fed back to the clock generator 27.

クロック発生器27は、積分器6の出力に従って、クロック発生タイミングを調整する。このタイミング調整量により送受信期間の距離を測定する。このクロック発生タイミングを調整する仕組みについて、図9に示した受信機内の動作タイミング・チャートを参照しながら説明する。   The clock generator 27 adjusts the clock generation timing according to the output of the integrator 6. The distance of the transmission / reception period is measured by this timing adjustment amount. A mechanism for adjusting the clock generation timing will be described with reference to an operation timing chart in the receiver shown in FIG.

図9最上段は、送信機からの受信信号rを示している。上述したように、送信機からは、正負の各成分を持つ一対のパルス信号を単位として送信される。一対のパルス信号は、図示のように正、負の順で構成される他、負、正の順で構成されていてもよい。   9 shows the received signal r from the transmitter. As described above, the transmitter transmits a pair of pulse signals having positive and negative components as a unit. The pair of pulse signals may be configured in the order of positive and negative as shown in the drawing, or may be configured in the order of negative and positive.

これに対し、受信機側では、符号発生器28が、送信機から送信されるパルス信号のパルス幅の半分に相当する時間Δずつタイミングがずれた、3種類のテンプレート信号l(t−Δ)、l(t)、l(t+Δ)を発生する。これら各テンプレート信号は、図8の第2〜第4段に示すように、デジタル矩形波からなり、受信パルス幅以上の幅を持つ。   On the other hand, on the receiver side, the code generator 28 has three types of template signals l (t−Δ) whose timings are shifted by a time Δ corresponding to half the pulse width of the pulse signal transmitted from the transmitter. , L (t), l (t + Δ). Each of these template signals is composed of a digital rectangular wave as shown in the second to fourth stages of FIG. 8, and has a width equal to or greater than the reception pulse width.

そして、乗算器24では、送信機から送られるパルス信号の受信波形と、受信パルス幅の半分Δずつタイミングがずれた3種類のテンプレート波形l(t−Δ)、l(t)、l(t+Δ)をそれぞれ乗算する。乗算器24の出力はアンプ25によって増幅され、積分器26によって時間積分し、以下に示すような3種類の積分結果を出力する。   In the multiplier 24, the received waveform of the pulse signal sent from the transmitter and three types of template waveforms l (t−Δ), l (t), l (t + Δ) whose timing is shifted by half Δ of the received pulse width. ) Respectively. The output of the multiplier 24 is amplified by the amplifier 25, time integrated by the integrator 26, and three types of integration results as shown below are output.

Figure 0004356503
Figure 0004356503

ここで、符号発生器28が生成するテンプレート波形は、受信パルス幅以上の幅を持つことから、受信したパルス波とタイミングが一致するテンプレート波形l(t)との乗算の積分は0となり、これよりもパルス幅半分だけタイミングが早いテンプレート波形l(t−Δ)との乗算の積分は負、パルス幅半分だけタイミングが遅いテンプレート波形l(t+Δ)との乗算の積分は正となる。   Here, since the template waveform generated by the code generator 28 has a width equal to or larger than the reception pulse width, the integration of multiplication of the received pulse wave and the template waveform l (t) having the same timing is 0. The integration of multiplication with the template waveform l (t−Δ) whose timing is earlier by half the pulse width is negative, and the integration of multiplication with the template waveform l (t + Δ) whose timing is later by half the pulse width becomes positive.

Figure 0004356503
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積分器27の出力のゼロクロス点をトラッキングして、受信信号との同期タイミングを獲得する。この際、受信パルス幅の半分Δずつタイミングがずれた3種類のテンプレート波形l(t−Δ)、l(t)、l(t+Δ)と受信波形との乗算の3種類の積分結果が上式に示すように、d(−Δ)<0、d(0)=0、d(Δ)>0(あるいは、d(−Δ)>0、d(0)=0、d(Δ)<0)というパターンになったことにより、同期の獲得を検出することができる。   The zero cross point of the output of the integrator 27 is tracked to obtain the synchronization timing with the received signal. At this time, three types of integration results obtained by multiplying the received waveform by three types of template waveforms l (t−Δ), l (t), and l (t + Δ) whose timings are shifted by half Δ of the received pulse width are expressed by the above equations. , D (−Δ) <0, d (0) = 0, d (Δ)> 0 (or d (−Δ)> 0, d (0) = 0, d (Δ) <0 ), The acquisition of synchronization can be detected.

また、d(−Δ)=0、d(0)>0、d(Δ)=0であれば、クロック発生器27のテンプレート信号のタイミングを遅め、d(−Δ)=0、d(0)<0、d(Δ)<0であれば、逆にクロック発生器27のタイミングを早める。   If d (−Δ) = 0, d (0)> 0, d (Δ) = 0, the timing of the template signal of the clock generator 27 is delayed, and d (−Δ) = 0, d ( If 0) <0 and d (Δ) <0, the timing of the clock generator 27 is reversed.

このように、遅延ロック・ループにより、テンプレート波形と受信波形との間で相関がとられ、パルス位置並びに位相の同期が獲得されると、遅延ロック・ループでは同期の保持を行なう。   As described above, when the correlation is obtained between the template waveform and the received waveform by the delay lock loop and the synchronization of the pulse position and the phase is acquired, the delay lock loop holds the synchronization.

これに対し、送信機と受信機の間の距離が変化すると、再びテンプレート波形と受信波形との間でタイミングのずれが発生する。すなわち、タイミングのずれ量は送受信機間の相対位置の変化量に相当する。このクロック発生タイミングの調整量を取り出して、送受信機間の距離の変化を測定することができる。例えば、ある時点で送信機と受信機間で同期タイミングのキャリブレーションを行なった後、タイミングのずれを継続的に測定していくことにより、受信機に対する送信機の位置移動を検出若しくはトラッキングを行なうことができる。   On the other hand, when the distance between the transmitter and the receiver changes, a timing shift occurs again between the template waveform and the received waveform. That is, the amount of timing deviation corresponds to the amount of change in the relative position between the transceivers. The amount of adjustment of this clock generation timing can be taken out and the change in the distance between the transmitter and the receiver can be measured. For example, after calibrating the synchronization timing between the transmitter and the receiver at a certain time, the position shift of the transmitter with respect to the receiver is detected or tracked by continuously measuring the timing deviation. be able to.

上述したように、図8に示した受信機は、受信パルス幅以上の幅を持つ、受信パルス幅の半分Δずつタイミングがずれた3種類のテンプレート波形l(t−Δ)、l(t)、l(t+Δ)をそれぞれ受信波形と乗算し、受信したパルス波とタイミングが一致するテンプレート波形l(t)との乗算の積分は0となり、これよりもパルス幅半分だけタイミングが早いテンプレート波形l(t−Δ)との乗算の積分は負、パルス幅半分だけタイミングが遅いテンプレート波形l(t+Δ)との乗算の積分は正となるという特性を利用して、同期獲得を行なう。   As described above, the receiver shown in FIG. 8 has three types of template waveforms l (t−Δ) and l (t) having a width equal to or larger than the reception pulse width and shifted in timing by half Δ of the reception pulse width. , L (t + Δ) is multiplied by the received waveform, and the integration of multiplication of the received pulse wave and the template waveform l (t) whose timing is the same is 0, and the template waveform l whose timing is earlier by half the pulse width than this. Synchronous acquisition is performed by utilizing the characteristic that the integral of multiplication with (t−Δ) is negative and the integral of multiplication with template waveform l (t + Δ) whose timing is delayed by half the pulse width is positive.

ここで、相関処理に用いられるテンプレート波形は、デジタル矩形波からなることから、テンプレート波形を生成する符号発生回路28をデジタル回路で構成することができる。したがって、図6に示したように、符号発生回路をアナログ回路で構成した場合の、微分器の調整など制御が困難となり、受信機側で機器設計や製作のコストが増大する、という問題を解消することができる。なお、符号発生回路28をデジタル回路で構成することにより、クロックの高速化による高精度化や回路規模など、プロセス技術の恩恵を受けることができる。   Here, since the template waveform used for the correlation process is a digital rectangular wave, the code generation circuit 28 that generates the template waveform can be configured by a digital circuit. Therefore, as shown in FIG. 6, when the code generation circuit is composed of an analog circuit, it becomes difficult to control the differential, such as adjustment of the differentiator, and the problem that the cost of equipment design and production increases on the receiver side is solved. can do. By configuring the code generation circuit 28 with a digital circuit, it is possible to receive the benefits of process technology such as high accuracy by increasing the clock speed and circuit scale.

また、図8に示した受信機では、受信パルス幅以上の幅を持つテンプレート波形により受信波形との相関処理を行なっているが、受信信号を復調・復号処理を施してデータを復元すること自体を目的としておらず、パルスの存在のみを検出することから、問題はない。また、テンプレート波形を受信パルス幅以上とすることにより、符号発生器28を低クロック駆動の回路で構成することができ、低消費電力化を図ることができる。   Further, in the receiver shown in FIG. 8, correlation processing with a received waveform is performed using a template waveform having a width equal to or larger than the received pulse width, but the received signal is demodulated and decoded to restore data itself. This is not a problem because only the presence of a pulse is detected. Further, by setting the template waveform to be equal to or larger than the reception pulse width, the code generator 28 can be configured by a low clock drive circuit, and power consumption can be reduced.

図3に示したような送信機と図8に示したような受信機の組み合わせにより、簡素な回路構成からなる位置特定システムを構築することができる。したがって、情報通信機器だけではなく、さまざまな家電製品やCE機器に当該位置特定システムを搭載することが可能となる。   By combining the transmitter as shown in FIG. 3 and the receiver as shown in FIG. 8, a position specifying system having a simple circuit configuration can be constructed. Therefore, the position specifying system can be mounted not only on the information communication device but also on various home appliances and CE devices.

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。   The present invention has been described in detail above with reference to specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can make modifications and substitutions of the embodiment without departing from the gist of the present invention. That is, the present invention has been disclosed in the form of exemplification, and the contents described in the present specification should not be interpreted in a limited manner. In order to determine the gist of the present invention, the claims section described at the beginning should be considered.

図1は、UWBシステム用送信機の構成例(従来例)を模式的に示した図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration example (conventional example) of a UWB system transmitter. 図2は、図1に示した送信機から送出される送信信号の波形例を示した図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a waveform example of a transmission signal transmitted from the transmitter illustrated in FIG. 図3は、UWBシステム用送信機についての他の構成例を模式的に示した図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating another configuration example of the transmitter for the UWB system. 図4は、PN信号発生器2により出力される矩形波形の例を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a rectangular waveform output from the PN signal generator 2. 図5は、に示した送信機によるアンテナ出力信号の波形の例を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a waveform of an antenna output signal by the transmitter shown in FIG. 図6は、位置特定システムの受信機側の構成例を模式的に示した図である。FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a configuration example on the receiver side of the position specifying system. 図7は、図6に示した受信機における受信波形と、テンプレート波形と、これらの相関出力の例を示した図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a reception waveform, a template waveform, and a correlation output thereof in the receiver illustrated in FIG. 図8は、位置特定システムの受信機についての他の構成例を模式的に示した図である。FIG. 8 is a diagram schematically illustrating another configuration example of the receiver of the position specifying system. 図9は、図8に示した受信機内の動作タイミング・チャートを示した図である。FIG. 9 is a diagram showing an operation timing chart in the receiver shown in FIG. 図10は、日本における微弱無線の規制値とFCCにおける放射レベルに関するUWB規制値の比較を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing a comparison between the regulation value for weak radio in Japan and the UWB regulation value for the radiation level in FCC.

符号の説明Explanation of symbols

1…クロック発生器
2…PN信号発生器
3…パルス発生器
4…フィルタ
5…増幅器
6…インピーダンス・マッチング回路
7…アンテナ
11…アンテナ
12…フィルタ
13…低雑音アンプ
14…相関器
15…アンプ
16…テンプレート波形発生器
17…積分器
18…クロック発生器
19…PN符号発生器
21…アンテナ
22…フィルタ
23…低雑音アンプ
24…乗算器
25…アンプ
26…積分器
27…クロック発生器
28…波形発生器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Clock generator 2 ... PN signal generator 3 ... Pulse generator 4 ... Filter 5 ... Amplifier 6 ... Impedance matching circuit 7 ... Antenna 11 ... Antenna 12 ... Filter 13 ... Low noise amplifier 14 ... Correlator 15 ... Amplifier 16 ... Template waveform generator 17 ... Integrator 18 ... Clock generator 19 ... PN code generator 21 ... Antenna 22 ... Filter 23 ... Low noise amplifier 24 ... Multiplier 25 ... Amplifier 26 ... Integrator 27 ... Clock generator 28 ... Waveform Generator

Claims (9)

無線信号を用いて物体間の相対的な位置変化を検出する位置特定システムであって、
正負のパルス成分の組み合わせからなり所定のパルス幅を持つ一対のパルス信号を送信する送信機と、
前記パルス幅の半分ずつずれた複数のテンプレート信号を生成し、前記送信機からのパルス信号の受信波形と各テンプレート信号との相関をとり、各テンプレート信号における相関結果が特定のパターンとなることにより同期を獲得するとともに、同期を獲得する際のタイミング調整量に基づいて送受信機間の距離の変化を検出する受信機と、
を具備し、
d(−Δ)<0、d(0)=0、d(Δ)>0になったことにより同期の獲得を検出し、d(−Δ)=0、d(0)>0、d(Δ)=0であればテンプレート信号の同期タイミングを遅め、d(−Δ)=0、d(0)<0、d(Δ)<0であれば同期タイミングを早める、
ことを特徴とする位置特定システム。
A location system that detects relative position changes between objects using wireless signals,
A transmitter configured to transmit a pair of pulse signals having a predetermined pulse width composed of a combination of positive and negative pulse components;
By generating a plurality of template signals shifted by half the pulse width, correlating the received waveform of the pulse signal from the transmitter with each template signal, and the correlation result in each template signal becomes a specific pattern A receiver that acquires synchronization and detects a change in distance between the transmitter and receiver based on a timing adjustment amount at the time of acquiring synchronization;
Equipped with,
Since d (−Δ) <0, d (0) = 0, and d (Δ)> 0, acquisition of synchronization is detected, and d (−Δ) = 0, d (0)> 0, d ( If Δ) = 0, the synchronization timing of the template signal is delayed, and if d (−Δ) = 0, d (0) <0, d (Δ) <0, the synchronization timing is advanced.
A location system characterized by that.
前記受信機は、前記パルス幅以上の長さを持つテンプレート信号を生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の位置特定システム。
The receiver generates a template signal having a length equal to or longer than the pulse width;
The position specifying system according to claim 1.
前記受信機は、デジタル矩形波からなるテンプレート信号を生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の位置特定システム。
The receiver generates a template signal composed of a digital rectangular wave.
The position specifying system according to claim 1.
送信機との間の相対的な位置変化を検出する受信機であって、A receiver for detecting a relative change in position with a transmitter,
送信機から送信される、正負のパルス成分の組み合わせからなり所定のパルス幅を持つ一対のパルス信号を受信する受信手段と、Receiving means for receiving a pair of pulse signals having a predetermined pulse width composed of a combination of positive and negative pulse components transmitted from a transmitter;
前記パルス幅の半分ずつずれた複数のテンプレート信号を生成するテンプレート信号生成手段と、Template signal generating means for generating a plurality of template signals shifted by half of the pulse width;
前記送信機からのパルス信号の受信波形と各テンプレート信号との相関をとる相関処理手段と、Correlation processing means for correlating the received waveform of the pulse signal from the transmitter and each template signal;
各テンプレート信号における相関結果が特定のパターンとなることにより同期を獲得する同期獲得手段と、Synchronization acquisition means for acquiring synchronization when the correlation result in each template signal becomes a specific pattern;
前記同期獲得手段により同期を獲得する際のタイミング調整量に基づいて送受信機間の距離の変化を検出する測距手段と、Ranging means for detecting a change in distance between the transmitter and the receiver based on a timing adjustment amount at the time of obtaining synchronization by the synchronization obtaining means;
を具備し、Comprising
前記テンプレート信号生成手段は、受信パルス幅以上の幅を持つ、受信パルス幅の半分Δずつタイミングがずれた3種類のテンプレート波形l(t−Δ)、l(t)、l(t+Δ)を生成し、The template signal generation means generates three types of template waveforms l (t−Δ), l (t), and l (t + Δ) having a width equal to or greater than the reception pulse width and shifted in timing by half Δ of the reception pulse width. And
前記相関処理手段は、該3種類のテンプレート波形l(t−Δ)、l(t)、l(t+Δ)と受信波形との乗算結果をそれぞれ時間積分し、The correlation processing means time-integrates multiplication results of the three types of template waveforms l (t−Δ), l (t), l (t + Δ) and the received waveform,
前記同期獲得手段は、d(−Δ)<0、d(0)=0、d(Δ)>0になったことにより同期の獲得を検出し、d(−Δ)=0、d(0)>0、d(Δ)=0であればテンプレート信号の同期タイミングを遅め、d(−Δ)=0、d(0)<0、d(Δ)<0であれば同期タイミングを早める、The synchronization acquisition means detects acquisition of synchronization when d (−Δ) <0, d (0) = 0, d (Δ)> 0, and d (−Δ) = 0, d (0 )> 0, d (Δ) = 0, delay the synchronization timing of the template signal, and d (−Δ) = 0, d (0) <0, d (Δ) <0, advance the synchronization timing. ,
ことを特徴とする受信機。A receiver characterized by that.
前記テンプレート信号生成手段は、前記パルス幅以上の長さを持つテンプレート信号を生成する、The template signal generating means generates a template signal having a length equal to or longer than the pulse width;
ことを特徴とする請求項4に記載の受信機。The receiver according to claim 4.
前記テンプレート信号生成手段は、デジタル矩形波からなるテンプレート信号を生成する、
ことを特徴とする請求項4に記載の受信機。
The template signal generating means generates a template signal composed of a digital rectangular wave;
The receiver according to claim 4 .
送信機との間の相対的な位置変化を検出するための受信方法であって、A receiving method for detecting a relative position change with a transmitter, comprising:
送信機から送信される、正負のパルス成分の組み合わせからなり所定のパルス幅を持つ一対のパルス信号を受信する受信ステップと、A receiving step for receiving a pair of pulse signals having a predetermined pulse width and consisting of a combination of positive and negative pulse components transmitted from a transmitter;
前記パルス幅の半分ずつずれた複数のテンプレート信号を生成するテンプレート信号生成ステップと、A template signal generating step for generating a plurality of template signals shifted by half of the pulse width;
前記送信機からのパルス信号の受信波形と各テンプレート信号との相関をとる相関処理ステップと、A correlation processing step for correlating the received waveform of the pulse signal from the transmitter with each template signal;
各テンプレート信号における相関結果が特定のパターンとなることにより同期を獲得する同期獲得ステップと、A synchronization acquisition step of acquiring synchronization by the correlation result in each template signal becoming a specific pattern;
前記同期獲得ステップにおいて同期を獲得する際のタイミング調整量に基づいて送受信機間の距離の変化を検出する測距ステップと、A ranging step for detecting a change in distance between the transmitter and the receiver based on a timing adjustment amount when acquiring synchronization in the synchronization acquisition step;
を有し、Have
前記テンプレート信号生成ステップでは、受信パルス幅以上の幅を持つ、受信パルス幅の半分Δずつタイミングがずれた3種類のテンプレート波形l(t−Δ)、l(t)、l(t+Δ)を生成し、In the template signal generation step, three types of template waveforms l (t−Δ), l (t), and l (t + Δ) having a width equal to or greater than the reception pulse width and shifted by half Δ of the reception pulse width are generated. And
前記相関処理ステップでは、該3種類のテンプレート波形l(t−Δ)、l(t)、l(t+Δ)と受信波形との乗算結果をそれぞれ積分し、In the correlation processing step, the multiplication results of the three types of template waveforms l (t−Δ), l (t), l (t + Δ) and the received waveform are respectively integrated,
前記同期獲得ステップでは、d(−Δ)<0、d(0)=0、d(Δ)>0になったことにより同期の獲得を検出し、d(−Δ)=0、d(0)>0、d(Δ)=0であればテンプレート信号の同期タイミングを遅め、d(−Δ)=0、d(0)<0、d(Δ)<0であれば同期タイミングを早める、In the synchronization acquisition step, when d (−Δ) <0, d (0) = 0, d (Δ)> 0, acquisition of synchronization is detected, and d (−Δ) = 0, d (0 )> 0, d (Δ) = 0, delay the synchronization timing of the template signal, and d (−Δ) = 0, d (0) <0, d (Δ) <0, advance the synchronization timing. ,
ことを特徴とする受信方法。And a receiving method.
前記テンプレート信号生成ステップでは、前記パルス幅以上の長さを持つテンプレート信号を生成する、In the template signal generation step, a template signal having a length equal to or longer than the pulse width is generated.
ことを特徴とする請求項7に記載の受信方法。The receiving method according to claim 7.
前記テンプレート信号生成ステップでは、デジタル矩形波からなるテンプレート信号を生成する、In the template signal generation step, a template signal composed of a digital rectangular wave is generated.
ことを特徴とする請求項7に記載の受信方法。The receiving method according to claim 7.
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