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JP7572005B2 - Position estimation system, position estimation device, position estimation method, and position estimation program - Google Patents
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Description

本開示は、無線信号を利用して存在位置が未知の無線端末の位置を推定する技術に関する。 This disclosure relates to a technology for estimating the location of a wireless terminal whose location is unknown using wireless signals.

無線信号を利用して存在位置が未知の無線端末の位置を推定する技術が知られている。そのような技術の一つの例が特許文献1に開示されている。特許文献1に開示された方法では、無線LANの基地局と無線端末の間の信号の送受信にかかる時間を元に無線端末の位置が推定される。 Technology is known that uses wireless signals to estimate the position of a wireless terminal whose location is unknown. One example of such technology is disclosed in Patent Document 1. In the method disclosed in Patent Document 1, the position of a wireless terminal is estimated based on the time it takes to send and receive signals between a wireless LAN base station and the wireless terminal.

特開2019-124597号公報JP 2019-124597 A

しかし、特許文献1に開示された方法では、無線端末の位置を推定するためにはある程度離れた場所に基地局のアンテナを分散して設置せねばならない。つまり、特許文献1に開示された方法では、基地局のアンテナの配置において制限がある。 However, in the method disclosed in Patent Document 1, in order to estimate the position of a wireless terminal, the base station antennas must be distributed and installed at locations that are somewhat distant from each other. In other words, the method disclosed in Patent Document 1 has limitations on the placement of base station antennas.

本開示は、基地局となる無線装置のアンテナの位置による制限を受けることなく、存在位置が未知の無線装置の位置を推定することができる技術を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a technology that can estimate the location of a wireless device whose location is unknown, without being restricted by the location of the antenna of the wireless device that serves as the base station.

本開示は、上記目的を達成するため、位置推定システムを提供する。本開示の位置推定システムは、2以上のアンテナを有する第1の無線装置と、第1の無線装置と無線通信を行う設置位置が既知の複数の第2の無線装置と、無線キャプチャ機能を有する位置推定装置とを備え、第1の無線装置と無線通信を行う存在位置が未知の第3の無線装置の位置を推定するように構成されている。第1の無線装置は、各アンテナから既知信号を送信するように構成されている。複数の第2の無線装置及び第3の無線装置は、受信した既知信号から導出される第1の無線装置までの伝搬路の状態を示す伝搬路状態情報を送信するように構成されている。 To achieve the above object, the present disclosure provides a position estimation system. The position estimation system of the present disclosure includes a first wireless device having two or more antennas, a plurality of second wireless devices that perform wireless communication with the first wireless device and have known installation positions, and a position estimation device having a wireless capture function, and is configured to estimate the position of a third wireless device that performs wireless communication with the first wireless device and has an unknown location. The first wireless device is configured to transmit known signals from each antenna. The plurality of second wireless devices and the third wireless device are configured to transmit propagation path state information indicating the state of the propagation path to the first wireless device, which is derived from the received known signals.

本開示の位置推定知システムにおいて、位置推定装置は、以下の情報取得処理、相関判定処理、及び出力処理を実行するように構成されている。情報取得処理では、複数の第2の無線装置及び第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報が取得される。相関判定処理では、複数の第2の無線装置が送信した伝搬路状態情報と、第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報との相関が第2の無線装置ごとに判定される。そして、出力処理では、第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報との相関が最も高い伝搬路状態情報を送信した第2の無線装置の設置位置或いは識別情報が出力される。 In the position estimation system of the present disclosure, the position estimation device is configured to execute the following information acquisition process, correlation determination process, and output process. In the information acquisition process, propagation path state information transmitted by a plurality of second wireless devices and a third wireless device is acquired. In the correlation determination process, the correlation between the propagation path state information transmitted by the plurality of second wireless devices and the propagation path state information transmitted by the third wireless device is determined for each second wireless device. Then, in the output process, the installation position or identification information of the second wireless device that transmitted the propagation path state information having the highest correlation with the propagation path state information transmitted by the third wireless device is output.

本開示は、上記目的を達成するため、位置推定装置を提供する。本開示の位置推定装置は、2以上のアンテナを有する第1の無線装置と、設置位置が既知の複数の第2の無線装置及び存在位置が未知の第3の無線装置との間での無線通信に含まれる情報をキャプチャし、キャプチャした情報に基づいて第3の無線装置の位置を推定するように構成されている。本開示の測定装置は、以下の情報取得処理、相関判定処理、及び出力処理を実行するように構成されている。情報取得処理では、複数の第2の無線装置及び第3の無線装置が送信した第1の無線装置までの伝搬路の状態を示す伝搬路状態情報が取得される。相関判定処理では、複数の第2の無線装置が送信した伝搬路状態情報と、第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報との相関が第2の無線装置ごとに判定される。そして、出力処理では、第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報との相関が最も高い伝搬路状態情報を送信した第2の無線装置の設置位置或いは識別情報が出力される。 In order to achieve the above object, the present disclosure provides a position estimation device. The position estimation device of the present disclosure is configured to capture information included in wireless communication between a first wireless device having two or more antennas, a plurality of second wireless devices whose installation positions are known, and a third wireless device whose location is unknown, and to estimate the position of the third wireless device based on the captured information. The measurement device of the present disclosure is configured to execute the following information acquisition process, correlation determination process, and output process. In the information acquisition process, propagation path state information indicating the state of the propagation path to the first wireless device transmitted by the plurality of second wireless devices and the third wireless device is acquired. In the correlation determination process, the correlation between the propagation path state information transmitted by the plurality of second wireless devices and the propagation path state information transmitted by the third wireless device is determined for each second wireless device. Then, in the output process, the installation position or identification information of the second wireless device that transmitted the propagation path state information having the highest correlation with the propagation path state information transmitted by the third wireless device is output.

本開示は、上記目的を達成するため、位置推定方法を提供する。本開示の位置推定方法は、2以上のアンテナを有する第1の無線装置と、設置位置が既知の複数の第2の無線装置及び存在位置が未知の第3の無線装置との間での無線通信に含まれる情報をキャプチャし、キャプチャした情報に基づいて第3の無線装置の位置を推定する方法である。本開示の位置推定方法は、以下の第1乃至第5のステップを含む。第1のステップでは、第1の無線装置に各アンテナから既知信号を送信させる。第2のステップでは、複数の第2の無線装置及び第3の無線装置に、受信した既知信号から導出される第1の無線装置までの伝搬路の状態を示す伝搬路状態情報を送信させる。第3のステップでは、複数の第2の無線装置及び第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報を取得する。第3のステップでは、複数の第2の無線装置が送信した伝搬路状態情報と、第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報との相関を第2の無線装置ごとに判定する。そして、第5のステップでは、第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報との相関が最も高い伝搬路状態情報を送信した第2の無線装置の設置位置の近傍に第3の無線装置が存在すると判定する。 The present disclosure provides a position estimation method to achieve the above object. The position estimation method of the present disclosure is a method of capturing information included in wireless communication between a first wireless device having two or more antennas, a plurality of second wireless devices whose installation positions are known, and a third wireless device whose location is unknown, and estimating the position of the third wireless device based on the captured information. The position estimation method of the present disclosure includes the following first to fifth steps. In the first step, the first wireless device is caused to transmit known signals from each antenna. In the second step, the plurality of second wireless devices and the third wireless device are caused to transmit propagation path state information indicating the state of the propagation path to the first wireless device derived from the received known signals. In the third step, the propagation path state information transmitted by the plurality of second wireless devices and the third wireless device is acquired. In the third step, the correlation between the propagation path state information transmitted by the plurality of second wireless devices and the propagation path state information transmitted by the third wireless device is determined for each second wireless device. Then, in the fifth step, it is determined that the third wireless device is present near the installation location of the second wireless device that transmitted the propagation path state information that has the highest correlation with the propagation path state information transmitted by the third wireless device.

本開示は、上記目的を達成するため、位置推定プログラムを提供する。本開示の位置推定プログラムは、上記の位置推定装置が行う処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを含む。すなわち、上記の測定装置は、コンピュータと位置推定プログラムとによって実現することができる。位置推定プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。位置推定プログラムは、ネットワーク経由で提供されてもよい。 To achieve the above object, the present disclosure provides a position estimation program. The position estimation program of the present disclosure includes a program for causing a computer to execute the processing performed by the above position estimation device. In other words, the above measurement device can be realized by a computer and a position estimation program. The position estimation program may be recorded on a computer-readable recording medium. The position estimation program may be provided via a network.

本開示に係る位置推定システム、位置推定装置、位置推定方法、及び位置推定プログラムによれば、基地局のアンテナの位置による制限を受けることなく存在位置が未知の無線装置の位置を設置位置が既知の無線端末を利用して推定することができる。 The position estimation system, position estimation device, position estimation method, and position estimation program disclosed herein can estimate the position of a wireless device whose location is unknown by using a wireless terminal whose installation location is known, without being restricted by the position of the base station antenna.

本開示の各実施形態に共通の位置推定システムの構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a position estimation system common to each embodiment of the present disclosure. APとSTAとの無線通信におけるシーケンス例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a sequence in wireless communication between an AP and a STA. APから送信されるVHT NDPフレームの一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a VHT NDP frame transmitted from an AP. 圧縮されたCSIの一例を示す図である。FIG. 2 illustrates an example of compressed CSI. 極座標から直交座標への変換方法の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a method for converting polar coordinates into Cartesian coordinates. 本開示の各実施形態に共通の位置推定装置の構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of a position estimation device common to each embodiment of the present disclosure. CSI蓄積部が有するテーブルの一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a table held by a CSI storage unit. 本開示の第1実施形態に係る相関判定処理を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing a correlation determination process according to the first embodiment of the present disclosure. 本開示の第2実施形態に係る相関判定処理を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a correlation determination process according to a second embodiment of the present disclosure. 本開示の第3実施形態に係る相関判定処理を示すフローチャートである。13 is a flowchart showing a correlation determination process according to a third embodiment of the present disclosure.

以下、図面を参照して本開示の位置推定システム、位置推定装置、位置推定方法、及び位置推定プログラムの実施形態について説明する。 Below, embodiments of the position estimation system, position estimation device, position estimation method, and position estimation program disclosed herein will be described with reference to the drawings.

1.各実施形態に共通の位置推定システムの構成
図1は、本開示の各実施形態に共通の位置推定システム100の構成例を示す。位置推定システム100は、2以上のアンテナを有する無線LAN基地局(AP:Access Point)101と複数台の無線LAN端末(STA:Station)102とを有する無線LANシステムを利用する。それぞれのSTA102は通信エリア内における設置位置が既知である。図1では、一例として6台のSTA102が通信エリア内に設置されている。ここで、AP101は第1の無線装置に対応し、各STA102は第2の無線装置に対応する。
1. Configuration of a location estimation system common to each embodiment FIG. 1 shows a configuration example of a location estimation system 100 common to each embodiment of the present disclosure. The location estimation system 100 uses a wireless LAN system having a wireless LAN base station (AP: Access Point) 101 having two or more antennas and a plurality of wireless LAN terminals (STA: Station) 102. The installation position of each STA 102 within the communication area is known. In FIG. 1, as an example, six STAs 102 are installed within the communication area. Here, the AP 101 corresponds to a first wireless device, and each STA 102 corresponds to a second wireless device.

図1には、設置位置が既知のSTA102とは別に、もう1台のSTA104が存在する。AP101との間で無線通信を行うことができれば、STA104の構成はSTA102と同じでもよいし異なっていてもよい。ただし、STA104の存在位置は未知である。このようなSTA104の例としては、ユーザ110によって携帯される移動端末が挙げられる。ここで、STA104は第3の無線装置に対応する。 In FIG. 1, in addition to STA102, whose installation location is known, there is another STA104. As long as wireless communication with AP101 can be performed, the configuration of STA104 may be the same as or different from STA102. However, the location of STA104 is unknown. An example of such a STA104 is a mobile terminal carried by user 110. Here, STA104 corresponds to a third wireless device.

存在位置が未知のSTA104の位置の推定には、無線キャプチャ機能を有する測定装置103が用いられる。測定装置103には、各STA102の設置位置が登録されている。ここで、測定装置103は位置推定装置に対応する。 A measuring device 103 with a wireless capture function is used to estimate the location of a STA 104 whose location is unknown. The installation location of each STA 102 is registered in the measuring device 103. Here, the measuring device 103 corresponds to a location estimation device.

図1に示す無線LANシステムは、無線LAN規格の802.11acに対応し、AP101は、2以上のアンテナを用いてMIMO通信を行う。STA102及びSTA104は、AP101の各アンテナから送信される無線信号を受信する。逆に、STA102及びSTA104は、AP101の各アンテナに無線信号を送信する。このようにして、AP101とSTA102及びSTA104との間で802.11acに対応する無線通信が行われる。802.11acでは、AP101の各アンテナから送信される測定用データに基づいて、STA102及びSTA104は各アンテナと自装置との間の無線伝搬路の状態を測定する。STA102及びSTA104は測定した無線伝搬路の状態を示す伝搬路状態情報をAP101に送信する。 The wireless LAN system shown in FIG. 1 is compatible with the wireless LAN standard 802.11ac, and AP101 performs MIMO communication using two or more antennas. STA102 and STA104 receive wireless signals transmitted from each antenna of AP101. Conversely, STA102 and STA104 transmit wireless signals to each antenna of AP101. In this way, wireless communication compatible with 802.11ac is performed between AP101 and STA102 and STA104. In 802.11ac, STA102 and STA104 measure the state of the wireless propagation path between each antenna and their own device based on measurement data transmitted from each antenna of AP101. STA102 and STA104 transmit propagation path state information indicating the state of the measured wireless propagation path to AP101.

測定装置103は、存在位置が未知のSTA104からAP101に送信される伝搬路状態情報をキャプチャするとともに、設置位置が既知の各STA102からAP101に送信される伝搬路状態情報をキャプチャする。そして、測定装置103は、キャプチャした伝搬路状態情報に基づいて、存在位置が未知のSTA104の位置を推定する。測定装置103がSTA104の位置を推定する方法の詳細については後述する。 The measuring device 103 captures propagation path state information transmitted to the AP 101 from the STA 104 whose location is unknown, and also captures propagation path state information transmitted to the AP 101 from each STA 102 whose installation location is known. The measuring device 103 then estimates the location of the STA 104 whose location is unknown based on the captured propagation path state information. Details of the method by which the measuring device 103 estimates the location of the STA 104 will be described later.

なお、図1に示す測定装置103の位置は一例である。測定装置103の位置はSTA102から送信される無線信号を受信できる位置であればどこでもよい。また、図1の例では、AP101、及びSTA102とは別に測定装置103が配置されているが、独立した測定装置103を使用せずに、測定装置103がAP101またはいずれかのSTA102に一体化されていてもよい。 Note that the position of the measuring device 103 shown in FIG. 1 is an example. The position of the measuring device 103 may be anywhere as long as it can receive a wireless signal transmitted from the STA 102. In addition, in the example of FIG. 1, the measuring device 103 is placed separately from the AP 101 and the STA 102, but the measuring device 103 may be integrated into the AP 101 or one of the STAs 102 without using an independent measuring device 103.

また、図1では、AP101は1台のみ配置されているが、AP101は複数台配置されていてもよい。AP101が複数台ある場合、一つのAP101を除く残りのAP101はSTA102と同様に機能させて、AP101間で無線通信を行ってもよい。さらに、AP101のアンテナは同軸ケーブル等で本体から離して配置されてよい。 In addition, although only one AP101 is arranged in FIG. 1, multiple AP101 may be arranged. When multiple AP101 are arranged, the remaining AP101 except for one AP101 may function in the same manner as STA102, and wireless communication may be performed between AP101. Furthermore, the antenna of AP101 may be arranged away from the main body by a coaxial cable or the like.

2.APとSTAとの無線通信の概要
図2は、AP101とSTA102との無線通信におけるシーケンス例を示す。AP101は、伝搬路状態情報、すなわち、CSIを取得するためのサウンディングプロトコルの開始信号として、VHT NDP Announcementフレームをブロードキャストする。その直後に、AP101は、測定用データを含むVHT NDPフレームを宛先のSTA102に送信する。VHTはVery High Throughputの略であり、802.11acでは超高速通信を行うためのVHTフレームを基本とする。また、NDPはNull Data Packetの略であり、VHT NDPフレームは通信用データを含まないフレームである。VHT NDP Announcementフレームは、AP101と宛先のSTA102のアドレスを含み、VHT NDPフレームの送信をSTA102に事前通知するためのフレームである。なお、VHT NDP Announcementフレームは、特定の1以上のアンテナから送信されるが、2以上のアンテナから送信する場合もすべて同じデータの信号が各アンテナから送信される。
2. Overview of wireless communication between AP and STA Fig. 2 shows an example of a sequence in wireless communication between AP 101 and STA 102. AP 101 broadcasts a VHT NDP Announcement frame as a start signal of a sounding protocol for acquiring propagation path state information, i.e., CSI. Immediately after that, AP 101 transmits a VHT NDP frame including measurement data to the destination STA 102. VHT stands for Very High Throughput, and 802.11ac is based on a VHT frame for ultra-high speed communication. NDP stands for Null Data Packet, and the VHT NDP frame is a frame that does not include communication data. The VHT NDP Announcement frame includes the address of the AP 101 and the destination STA 102, and is a frame for notifying the STA 102 in advance of the transmission of the VHT NDP frame. Note that the VHT NDP Announcement frame is transmitted from one or more specific antennas, but even when transmitted from two or more antennas, the same data signal is transmitted from each antenna.

ここで、AP101から送信されるVHT NDPフレームの一例を図3に示す。図3において、VHT NDPフレームは、ヘッダ151(フレーム種別などを格納)、測定用データ250、及びテイラー156(誤り検出などを格納)により構成される。ヘッダ151、及びテイラー156は、VHT NDP Announcementと同様に送信されるが、測定用データ250は各アンテナ(ANT)から個別に送信される。図3に示す例ではアンテナは4本であり、4本のアンテナから測定用データ152、測定用データ153、測定用データ154、及び測定用データ155が時分割でそれぞれ送信される。各アンテナから送信された測定用データ152、測定用データ153、測定用データ154、及び測定用データ155は、STA102において、一つのVHT NDPフレームとして受信される。 Here, an example of a VHT NDP frame transmitted from AP101 is shown in FIG. 3. In FIG. 3, the VHT NDP frame is composed of a header 151 (storing frame type, etc.), measurement data 250, and a tailor 156 (storing error detection, etc.). The header 151 and tailor 156 are transmitted in the same way as the VHT NDP Announcement, but the measurement data 250 is transmitted individually from each antenna (ANT). In the example shown in FIG. 3, there are four antennas, and measurement data 152, measurement data 153, measurement data 154, and measurement data 155 are transmitted from the four antennas in a time-division manner. The measurement data 152, measurement data 153, measurement data 154, and measurement data 155 transmitted from each antenna are received by STA102 as one VHT NDP frame.

再び図2に戻り、AP101とSTA102との無線通信におけるシーケンスについての説明を続ける。AP101からVHT NDPフレームを受信したSTA102は、IEEE802.11acで規定された手法により、圧縮されたCSIの値を導出する(H. Yu and T. Kim, “Beamforming transmission in IEEE 802.11ac under time-varying channels,” The Scientific World J., vol. 2014, pp. 1-11, Jul. 2014, article ID 920937.参照)。 Returning to FIG. 2, the sequence of wireless communication between AP 101 and STA 102 will be described. STA 102 receives a VHT NDP frame from AP 101 and derives a compressed CSI value using the method specified in IEEE 802.11ac (see H. Yu and T. Kim, “Beamforming transmission in IEEE 802.11ac under time-varying channels,” The Scientific World J., vol. 2014, pp. 1-11, Jul. 2014, article ID 920937.).

ここで、圧縮されたCSIの一例を図4に示す。図4において、左の列から順に、送信アンテナ数×受信アンテナ数、圧縮されたCSIの数、圧縮されたCSIの一例が記載されている。φijは、i番のアンテナとj番のアンテナとから送信された信号のSTA102のアンテナでの位相差を示す。ただし、φij∈[0,2π)である。また、ψijは、i番のアンテナとj番のアンテナとから送信された信号のSTA102のアンテナでの振幅比を角度で表した値(振幅の絶対値の比のtan-1の値)を示す。ただし、ψij∈[0,π/2)である。 Here, an example of compressed CSI is shown in FIG. 4. In FIG. 4, the number of transmitting antennas × the number of receiving antennas, the number of compressed CSI, and an example of compressed CSI are listed in order from the left column. φij indicates the phase difference at the antenna of STA102 of the signal transmitted from the i-th antenna and the j-th antenna. Here, φij ∈ [0, 2π). Also, ψij indicates a value (tan −1 value of the ratio of the absolute values of the amplitudes) representing the amplitude ratio at the antenna of STA102 of the signal transmitted from the i-th antenna and the j-th antenna in angle. Here, ψij ∈ [0, π/2).

図4の例によれば、例えば、送信アンテナ数が2本、受信アンテナ数が1本の場合(2×1と記載)、圧縮されたCSIの数は2、圧縮されたCSIはφ11、ψ21である。同様に、2×2の場合、圧縮されたCSIの数は2、圧縮されたCSIはφ11、ψ21である。また、3×1の場合、圧縮されたCSIの数は4、圧縮されたCSIはφ11、φ21、ψ21、ψ31である。以下、同様に、送信アンテナ数と受信アンテナ数の組み合わせに応じて、圧縮されたCSIが得られる。 According to the example of FIG. 4, for example, when the number of transmitting antennas is two and the number of receiving antennas is one (described as 2×1), the number of compressed CSIs is two, and the compressed CSIs are φ11 and ψ21. Similarly, when it is 2×2, the number of compressed CSIs is two, and the compressed CSIs are φ11 and ψ21. Also, when it is 3×1, the number of compressed CSIs is four, and the compressed CSIs are φ11, φ21, ψ21, and ψ31. Similarly, compressed CSIs are obtained according to the combination of the number of transmitting antennas and the number of receiving antennas.

再び図2に戻り、AP101とSTA102との無線通信におけるシーケンスについての説明を続ける。STA102は、導出した圧縮されたCSIをVHT Compressed Beamforming Reportフレームに格納して送信する。前述の通り、VHT NDPフレームの測定用データはAP101のそれぞれのアンテナから個別に送信されるので、STA102は、AP101のアンテナごとのCSIを取得することができる。アンテナ数が多くなるとSTA102からAP101にフィードバックするCSIの情報量は多くなる。このため、すべてのCSIから予め決められた条件により選択されたCSI(圧縮されたCSI)がAP101にフィードバックされる。 Returning to FIG. 2, the sequence of wireless communication between AP101 and STA102 will be described. STA102 stores the derived compressed CSI in a VHT Compressed Beamforming Report frame and transmits it. As described above, measurement data for the VHT NDP frame is transmitted individually from each antenna of AP101, so STA102 can obtain CSI for each antenna of AP101. As the number of antennas increases, the amount of CSI information fed back from STA102 to AP101 increases. For this reason, CSI (compressed CSI) selected from all CSI according to predetermined conditions is fed back to AP101.

AP101は、STA102からフィードバックされる圧縮されたCSIの情報に基づいて、AP101の各アンテナとSTA102との間の無線伝搬路の状態を取得する。取得した無線伝搬路の状態に基づいて、AP101とSTA102との間でMIMO通信が行われる。 AP101 acquires the state of the wireless propagation path between each antenna of AP101 and STA102 based on the compressed CSI information fed back from STA102. Based on the acquired state of the wireless propagation path, MIMO communication is performed between AP101 and STA102.

図2に示すシーケンスによる無線通信は、AP101とSTA104との間でも行われる。STA104からAP101に圧縮されたCSIがフィードバックされ、フィードバックされた情報から取得される無線伝搬路の状態に基づいて、AP101とSTA104との間でMIMO通信が行われる。 Wireless communication according to the sequence shown in FIG. 2 is also performed between AP101 and STA104. Compressed CSI is fed back from STA104 to AP101, and MIMO communication is performed between AP101 and STA104 based on the state of the wireless propagation path obtained from the fed back information.

測定装置103は、各STA102がAP101に送信するVHT Compressed Beamforming Reportフレームをモニタしてキャプチャする。また、測定装置103は、STA104がAP101に送信するVHT Compressed Beamforming Reportフレームをモニタしてキャプチャする。そして、測定装置103は、キャプチャしたVHT Compressed Beamforming Reportに格納された圧縮されたCSIを抽出し、抽出したデータに対して前処理を行う。前処理では、例えば、極座標から直交座標への変換が行われる。 The measuring device 103 monitors and captures the VHT Compressed Beamforming Report frame transmitted by each STA 102 to the AP 101. The measuring device 103 also monitors and captures the VHT Compressed Beamforming Report frame transmitted by STA 104 to the AP 101. The measuring device 103 then extracts the compressed CSI stored in the captured VHT Compressed Beamforming Report and performs pre-processing on the extracted data. In the pre-processing, for example, a conversion from polar coordinates to Cartesian coordinates is performed.

ここで、極座標から直交座標への変換方法の一例を図5に示す。図5において、x軸からの角度φijは、半径1の円周上の対応するx,y座標に変換することができる。なお、角度0と2πは同一の値であるが、数値として不連続になるため機械学習への入力としては不適切である。そこで、以下の式に示すように、角度φijをx,y座標の数値に変換することにより、数値の連続性が保たれる。同様にして、角度ψijについてもx,y座標の数値への変換が行われる。
xij=cosφij
yij=sinφij
Here, an example of a method for converting from polar coordinates to Cartesian coordinates is shown in FIG. 5. In FIG. 5, the angle φij from the x-axis can be converted to the corresponding x and y coordinates on a circumference of a radius of 1. Although the angles 0 and 2π have the same value, they are not suitable as inputs to machine learning because they are discontinuous numerically. Therefore, as shown in the following formula, the angle φij is converted to numerical values of the x and y coordinates, thereby maintaining the continuity of the numerical values. Similarly, the angle ψij is also converted to numerical values of the x and y coordinates.
xij = cosφij
yij = sinφij

このように前処理されたデータ(圧縮されたCSI)が各STA102とSTA104について取得され、これらを用いて測定装置103によるSTA104の位置の推定が行われる。 In this manner, preprocessed data (compressed CSI) is obtained for each STA102 and STA104, and the position of STA104 is estimated by the measuring device 103 using this data.

3.各実施形態に共通の測定装置の構成
図6は、各実施形態に共通の測定装置103の構成例を示す。図6において、測定装置103は、アンテナ201、無線インターフェース部202、キャプチャ部203、フィルタリング部204、CSI抽出部205、前処理部206、CSI蓄積部207、及び数値処理・判定部208を備える。測定装置103は、コンピュータもしくはFPGA(Field Programmable Gate Array)などの集積回路で構成することが可能であり、無線インターフェース部202から数値処理・判定部208までの各機能はコンピュータで実行可能なプログラムで実現することができる。このプログラムには、測定装置103を位置推定装置として機能させる位置推定プログラムが含まれる。また、プログラムは、記憶媒体に記録して提供されてもよいし、ネットワークを通して提供されてもよい。
3. Configuration of the Measuring Device Common to Each of the Embodiments FIG. 6 shows an example of the configuration of the measuring device 103 common to each of the embodiments. In FIG. 6, the measuring device 103 includes an antenna 201, a wireless interface unit 202, a capture unit 203, a filtering unit 204, a CSI extraction unit 205, a preprocessing unit 206, a CSI storage unit 207, and a numerical processing and judgment unit 208. The measuring device 103 can be configured with an integrated circuit such as a computer or an FPGA (Field Programmable Gate Array), and each function from the wireless interface unit 202 to the numerical processing and judgment unit 208 can be realized by a program executable by a computer. The program includes a position estimation program that causes the measuring device 103 to function as a position estimation device. The program may be provided by recording it on a storage medium, or may be provided through a network.

アンテナ201は、AP101とSTA102との間で通信される電波とAP101とSTA104との間で通信される電波とをそれぞれ受信し、受信した各電波を受信信号に変換して無線インターフェース部202に出力する。 The antenna 201 receives radio waves communicated between the AP 101 and the STA 102 and between the AP 101 and the STA 104, converts each received radio wave into a received signal, and outputs it to the wireless interface unit 202.

無線インターフェース部202は、アンテナ201から入力される受信信号から無線LANフレームを復調し、キャプチャ部203に出力する。なお、以降で説明する各部の処理は、無線LANフレームが受信されるごとに行われる。 The wireless interface unit 202 demodulates the wireless LAN frame from the received signal input from the antenna 201 and outputs it to the capture unit 203. Note that the processing of each unit described below is performed each time a wireless LAN frame is received.

キャプチャ部203は、無線インターフェース部202が出力する無線LANフレームをキャプチャする。これにより、各STA102やSTA104が送信した伝搬路状態情が取得される。 The capture unit 203 captures the wireless LAN frames output by the wireless interface unit 202. This allows the acquisition of propagation path status information transmitted by each STA102 and STA104.

フィルタリング部204は、キャプチャ部203がキャプチャした無線LANフレームの中から、予め設定された条件のフレームのみを選別し、CSI抽出部205に出力する。ここで、予め設定された条件は、フレームの送信元および送信先が対象となるAP101およびSTA102であること、或いは、AP101およびSTA104であること、フレームの種別がVHT Compressed Beamforming Reportフレームであることである。 The filtering unit 204 selects only frames that meet preset conditions from among the wireless LAN frames captured by the capture unit 203, and outputs them to the CSI extraction unit 205. Here, the preset conditions are that the source and destination of the frame are the target AP 101 and STA 102, or AP 101 and STA 104, and that the type of the frame is a VHT Compressed Beamforming Report frame.

CSI抽出部205は、フィルタリング部204が選別したVHT Compressed Beamforming Reportフレーム内の圧縮されたCSIの情報を抽出し、これを受信した時刻情報とともに記録する。ここで、AP101がVHT NDPフレームを送信してSTA102及びSTA104がVHT Compressed Beamforming Reportフレームを返信する処理は、繰り返し実施されている。なお、繰り返しの時間間隔は、一定間隔であってもよいし、一定間隔でなくてもよい。 The CSI extraction unit 205 extracts the compressed CSI information from the VHT Compressed Beamforming Report frame selected by the filtering unit 204, and records this together with the time information of reception. Here, the process in which the AP 101 transmits a VHT NDP frame and the STAs 102 and 104 return VHT Compressed Beamforming Report frames is repeated. Note that the repetition time interval may be a regular interval, or may not be a regular interval.

前処理部206は、CSI抽出部205で抽出された圧縮されたCSIを座標変換する。具体的には、前処理部206は、圧縮されたCSIの位相差を示すφijと圧縮されたCSIの振幅比を示すψijとをそれぞれ極座標から直交座標に変換する。以下の説明では、特別な断りのない限り、CSIとは、前処理部206で前処理された圧縮されたCSIを意味するものとする。 The preprocessing unit 206 performs coordinate transformation on the compressed CSI extracted by the CSI extraction unit 205. Specifically, the preprocessing unit 206 transforms φij, which indicates the phase difference of the compressed CSI, and ψij, which indicates the amplitude ratio of the compressed CSI, from polar coordinates to Cartesian coordinates. In the following description, unless otherwise specified, CSI refers to the compressed CSI preprocessed by the preprocessing unit 206.

CSI蓄積部207は、前処理部206から入力されるCSIを時系列に蓄積する。図7は、CSI蓄積部207が有するテーブルの一例を示す図である。このテーブルに示すように、CSI蓄積部207には、APアドレスと端末アドレスとの組み合わせごとに一定の時間間隔で時系列にCSIが蓄積されていく。ここで、APアドレスはAP101のMACアドレスである。端末アドレスはSTA102及びSTA104のMACアドレスである。 The CSI storage unit 207 stores the CSI input from the pre-processing unit 206 in chronological order. FIG. 7 is a diagram showing an example of a table held by the CSI storage unit 207. As shown in this table, the CSI storage unit 207 stores CSI in chronological order at regular time intervals for each combination of an AP address and a terminal address. Here, the AP address is the MAC address of AP101. The terminal addresses are the MAC addresses of STA102 and STA104.

CSI蓄積部207においてCSIの蓄積はCSIの成分ごとに行われる。CSIの成分とは、位相差を角度φijからx,y座標の数値へ変換したx座標値及びy座標値と、振幅比を角度ψijからx,y座標の数値へ変換したx座標値及びy座標値であり、それぞれOFDMのサブキャリア毎に値が存在する。テーブルには現在から過去所定時間までのデータが蓄積され、新たなデータが取得されるたびにテーブルの更新が行われる。 In the CSI storage unit 207, CSI is stored for each CSI component. The CSI components are the x and y coordinate values obtained by converting the phase difference from the angle φij to x and y coordinate values, and the x and y coordinate values obtained by converting the amplitude ratio from the angle ψij to x and y coordinate values, and each value exists for each OFDM subcarrier. Data from the present to a specified time in the past is stored in the table, and the table is updated every time new data is acquired.

数値処理・判定部208は、各STA102から得たCSIとSTA104から得たCSIとの相関をSTA102ごとに判定する相関判定処理を行う。この相関は、各STA102が送信した伝搬路状態情報と、STA104が送信した伝搬路状態情報とのSTA102ごとの相関を表している。 The numerical processing and determination unit 208 performs a correlation determination process to determine the correlation between the CSI obtained from each STA102 and the CSI obtained from the STA104 for each STA102. This correlation represents the correlation for each STA102 between the propagation path state information transmitted by each STA102 and the propagation path state information transmitted by the STA104.

数値処理・判定部208は、STA104が送信した伝搬路状態情報との相関が最も高い伝搬路状態情報を送信するSTA102の近傍にSTA104が存在すると判定し、その判定結果を出力する。この処理を出力処理と称す。数値処理・判定部208による出力処理では、STA104の存在位置に最も近いと判定されたSTA102の設置位置(予め測定装置103に登録された設置位置)が判定結果として出力される。或いは、STA104の存在位置に最も近いと判定されたSTA102を識別する識別情報(例えばMACアドレス)が判定結果として出力されてもよい。図1に示す例では、6番のSTA102がSTA104の存在位置に最も近いと判定される。 The numerical processing and determination unit 208 determines that the STA104 is located near the STA102 that transmits the propagation path state information that has the highest correlation with the propagation path state information transmitted by the STA104, and outputs the determination result. This process is called output processing. In the output process by the numerical processing and determination unit 208, the installation position (installation position registered in advance in the measuring device 103) of the STA102 determined to be closest to the location of the STA104 is output as the determination result. Alternatively, identification information (e.g., MAC address) that identifies the STA102 determined to be closest to the location of the STA104 may be output as the determination result. In the example shown in FIG. 1, the STA102 numbered 6 is determined to be closest to the location of the STA104.

以下、数値処理・判定部208による処理、特に相関判定処理について実施形態ごとにより具体的に説明する。 The processing performed by the numerical processing and determination unit 208, particularly the correlation determination processing, will be described in more detail below for each embodiment.

4.第1実施形態に係る相関判定処理
第1実施形態では、数値処理・判定部208による相関判定処理は、統計処理と比較処理とを含む。統計処理では、各STA102から得たCSIとSTA104から得たCSIとに対して、所定時間におけるCSIの変動を示す統計値が計算される。前述のように、CSI蓄積部207のテーブルには現在から過去所定時間までのデータが蓄積されている。統計処理はその蓄積されたデータに対しCSIの成分ごとに行われる。
4. Correlation Determination Processing According to the First Embodiment In the first embodiment, the correlation determination processing by the numerical processing and determination unit 208 includes statistical processing and comparison processing. In the statistical processing, a statistical value indicating a CSI fluctuation at a predetermined time is calculated for the CSI obtained from each STA 102 and the CSI obtained from the STA 104. As described above, data from the present to a predetermined past time is accumulated in the table of the CSI accumulation unit 207. The statistical processing is performed on the accumulated data for each CSI component.

比較処理では、各STA102から得たCSIに対する統計処理で得られた統計値と、STA102から得たCSIに対する統計処理で得られた統計値との差がSTA102ごとに計算される。統計値の差は直近のCSIの変動状況の差を示している。ゆえに、統計値の差が小さいほどCSIの変動状況に差が無く、STA102が送信した伝搬路状態情報とSTA104が送信した伝搬路状態情報との相関が高いと判断することができる。 In the comparison process, the difference between the statistical value obtained by statistical processing of the CSI obtained from each STA102 and the statistical value obtained by statistical processing of the CSI obtained from STA102 is calculated for each STA102. The difference in the statistical values indicates the difference in the most recent CSI fluctuation conditions. Therefore, the smaller the difference in the statistical values, the less the difference in the CSI fluctuation conditions, and it can be determined that there is a high correlation between the propagation path state information transmitted by STA102 and the propagation path state information transmitted by STA104.

第1実施形態では、所定時間におけるCSIの変動を示す統計値として、CSIの各成分のうち、所定時間における分散値が所定の閾値を超えた成分の個数が用いられる。この場合、数値処理・判定部208は、各STA102とSTA104とについて、CSI蓄積部207に蓄積されたCSIの成分ごとに分散値を計算し、分散値が閾値を超えるCSIの成分の個数を計算する。分散値が閾値を超えるCSIの成分は、所定時間の間での変動が大きい成分であることから、これを変動成分と称す。なお、閾値はCSIの成分間で共通でもよいし、CSIの成分ごとに値が設定されてもよい。 In the first embodiment, the number of CSI components whose variance value exceeds a predetermined threshold value at a predetermined time is used as a statistical value indicating the fluctuation of CSI over a predetermined time. In this case, the numerical processing and determination unit 208 calculates the variance value for each CSI component stored in the CSI storage unit 207 for each STA102 and STA104, and calculates the number of CSI components whose variance value exceeds the threshold value. CSI components whose variance value exceeds the threshold value are referred to as fluctuation components because they are components whose fluctuation is large over a predetermined time. Note that the threshold value may be common to the CSI components, or a value may be set for each CSI component.

2つのCSI間で変動成分の個数の差が小さければ、CSIの変動状況も近いと考えることができる。この場合、数値処理・判定部208は、STA102から得たCSIに含まれる変動成分の個数と、STA104から得たCSIに含まれる変動成分の個数との差をSTA102ごとに計算する。そして、数値処理・判定部208は、STA104から得たCSIとの比較において変動成分の個数の差が最も小さいCSIを与えるSTA102を特定する。こうして特定されたSTA102がSTA104に最も近い位置に存在するSTA102である。数値処理・判定部208は、STA104に最も近い位置に存在すると判定されたSTA102の設置位置或いは識別情報を出力する。 If the difference in the number of fluctuation components between the two CSIs is small, the fluctuation conditions of the CSIs can be considered to be similar. In this case, the numerical processing and determination unit 208 calculates the difference between the number of fluctuation components contained in the CSI obtained from the STA102 and the number of fluctuation components contained in the CSI obtained from the STA104 for each STA102. The numerical processing and determination unit 208 then identifies the STA102 that provides the CSI with the smallest difference in the number of fluctuation components in comparison with the CSI obtained from the STA104. The STA102 identified in this way is the STA102 located closest to the STA104. The numerical processing and determination unit 208 outputs the installation location or identification information of the STA102 determined to be located closest to the STA104.

なお、数値処理・判定部208は、STA104から得たCSIに所定の程度を超える変動があったことを受けて上述の相関判定処理を実行する。具体的には、STA104から得たCSIに含まれる変動成分の個数が基準個数以上になることが相関判定処理の実行条件である。所定時間におけるCSIの成分の分散値が閾値を超えるということは、CSIの値が時間的にみて大きく変動していることを意味している。このため、分散が大きい成分が多くなるということは、CSIが変動する要素、すなわち何らかの移動物体の存在が想定される。ただし、CSIは雑音の影響や外乱により移動物体がない場合にも大きく変動する可能性がある。上記の基準個数は、移動物体によるCSIの変動と雑音等によるCSIの変動とを区別するための基準である。本実施形態では、雑音の影響や外乱による誤判定を防止するため、STA104から得たCSIに含まれる変動成分の個数が基準個数未満の場合、雑音の影響や外乱によるCSIの変動であると見なし、相関判定処理は実行されない。 The numerical processing and determination unit 208 executes the above-mentioned correlation determination process in response to the CSI obtained from the STA 104 fluctuating beyond a predetermined level. Specifically, the execution condition of the correlation determination process is that the number of fluctuating components included in the CSI obtained from the STA 104 is equal to or greater than a reference number. The variance value of the CSI components at a predetermined time exceeds a threshold value, which means that the CSI value fluctuates greatly over time. Therefore, the increase in components with large variance suggests the presence of an element that fluctuates the CSI, that is, some moving object. However, the CSI may fluctuate greatly even when there is no moving object due to the influence of noise or disturbance. The above reference number is a criterion for distinguishing between the fluctuation of the CSI due to a moving object and the fluctuation of the CSI due to noise, etc. In this embodiment, in order to prevent erroneous determination due to the influence of noise or disturbance, if the number of fluctuating components included in the CSI obtained from the STA 104 is less than the reference number, it is considered that the CSI fluctuates due to the influence of noise or disturbance, and the correlation determination process is not executed.

図8は、数値処理・判定部208による上述の処理の流れを示すフローチャートである。ステップS101では、検知対象端末であるSTA104のCSIの各成分のうち分散値が閾値を超えた変動成分の個数Nxがカウントされる。そして、ステップS102では、変動成分の個数Nxが基準個数以上かどうか判定される。変動成分の個数Nxが基準個数未満である場合、CSIの変動は雑音の影響や外乱によるものである可能性が高いため、以降の処理はスキップされる。 Figure 8 is a flowchart showing the flow of the above-mentioned processing by the numerical processing and determination unit 208. In step S101, the number Nx of fluctuation components whose variance value exceeds a threshold value among the components of the CSI of the STA 104, which is the terminal to be detected, is counted. Then, in step S102, it is determined whether the number Nx of fluctuation components is equal to or greater than a reference number. If the number Nx of fluctuation components is less than the reference number, it is highly likely that the fluctuation in CSI is due to the influence of noise or disturbance, and the subsequent processing is skipped.

変動成分の個数Nxが基準個数以上になった場合、ステップS103及びステップS104の処理が実行される。ステップS103では、既知端末であるSTA102のCSIの各成分のうち分散値が閾値を超えた変動成分の個数Ni(i=1,…,6)がSTA102ごとにカウントされる。ステップS104では、ステップS101とステップS103とでカウントされた変動成分の個数の差|Nx-Ni|がSTA102ごとに計算される。そして、変動成分の個数の差|Nx-Ni|を最小とするSTA102の近傍にSTA104が存在すると判定される。 When the number Nx of fluctuation components becomes equal to or greater than the reference number, the processes of steps S103 and S104 are executed. In step S103, the number Ni (i = 1, ..., 6) of fluctuation components whose variance value exceeds a threshold value among the components of the CSI of the STA102, which is a known terminal, is counted for each STA102. In step S104, the difference |Nx-Ni| between the numbers of fluctuation components counted in steps S101 and S103 is calculated for each STA102. Then, it is determined that STA104 exists in the vicinity of the STA102 that has the smallest difference |Nx-Ni| in the number of fluctuation components.

第1実施形態では、以上のような処理が位置推定装置としての測定装置103により行われる。これにより、AP101のアンテナの位置による制限を受けることなく、存在位置が未知のSTA104の位置を設置位置が既知のSTA102を利用して推定することができる。 In the first embodiment, the above-described processing is performed by the measuring device 103 as a position estimation device. This makes it possible to estimate the position of the STA 104, whose location is unknown, by using the STA 102, whose installation location is known, without being restricted by the position of the antenna of the AP 101.

5.第2実施形態に係る相関判定処理
第2実施形態の相関判定処理は、第1実施形態と同様に、統計処理と比較処理とを含む。ただし、第2実施形態では、所定時間におけるCSIの変動を示す統計値として、CSIの各成分のうち、所定時間の時間差に対応した自己相関値が所定の閾値を下回った成分の個数が用いられる。この場合、数値処理・判定部208は、各STA102とSTA104とについて、CSI蓄積部207に蓄積されたCSIの成分ごとに自己相関値を計算し、自己相関値が閾値を下回るCSIの成分の個数を計算する。自己相関値が閾値を下回るCSIの成分は、所定時間の間での変動が大きい成分であることから、これを変動成分と称す。なお、閾値はCSIの成分間で共通でもよいし、CSIの成分ごとに値が設定されてもよい。
5. Correlation determination process according to the second embodiment The correlation determination process according to the second embodiment includes statistical processing and comparison processing, as in the first embodiment. However, in the second embodiment, the number of components of the CSI whose autocorrelation value corresponding to the time difference of the predetermined time is below a predetermined threshold is used as a statistical value indicating the fluctuation of the CSI at a predetermined time. In this case, the numerical processing and determination unit 208 calculates the autocorrelation value for each CSI component stored in the CSI storage unit 207 for each STA 102 and STA 104, and calculates the number of CSI components whose autocorrelation value is below the threshold. The CSI components whose autocorrelation value is below the threshold are called fluctuation components because they are components that fluctuate greatly over a predetermined time. The threshold may be common to the CSI components, or a value may be set for each CSI component.

図9は、第2実施形態に係る相関判定処理の流れを示すフローチャートである。ステップS201では、検知対象端末であるSTA104のCSIの各成分のうち自己相関値が閾値を下回った変動成分の個数Nxがカウントされる。そして、ステップS202では、変動成分の個数Nxが基準個数以上かどうか判定される。変動成分の個数Nxが基準個数未満である場合、CSIの変動は雑音の影響や外乱によるものである可能性が高いため、以降の処理はスキップされる。 Figure 9 is a flowchart showing the flow of correlation determination processing according to the second embodiment. In step S201, the number Nx of fluctuation components whose autocorrelation values are below a threshold value among the components of the CSI of STA104, which is the terminal to be detected, is counted. Then, in step S202, it is determined whether the number Nx of fluctuation components is equal to or greater than a reference number. If the number Nx of fluctuation components is less than the reference number, it is highly likely that the fluctuation in CSI is due to the effects of noise or disturbance, and the subsequent processing is skipped.

変動成分の個数Nxが基準個数以上になった場合、ステップS203及びステップS204の処理が実行される。ステップS203では、既知端末であるSTA102のCSIの各成分のうち自己相関値が閾値を下回った変動成分の個数Ni(i=1,…,6)がSTA102ごとにカウントされる。ステップS204では、ステップS201とステップS203とでカウントされた変動成分の個数の差|Nx-Ni|がSTA102ごとに計算される。そして、変動成分の個数の差|Nx-Ni|を最小とするSTA102の近傍にSTA104が存在すると判定される。 When the number Nx of fluctuation components becomes equal to or greater than the reference number, the processes of steps S203 and S204 are executed. In step S203, the number Ni (i = 1, ..., 6) of fluctuation components whose autocorrelation values are below a threshold value among the components of the CSI of the STA102, which is a known terminal, is counted for each STA102. In step S204, the difference |Nx-Ni| between the numbers of fluctuation components counted in steps S201 and S203 is calculated for each STA102. Then, it is determined that STA104 exists in the vicinity of the STA102 that has the smallest difference |Nx-Ni| in the number of fluctuation components.

第2実施形態では、以上のような処理が位置推定装置としての測定装置103により行われる。これにより、AP101のアンテナの位置による制限を受けることなく、存在位置が未知のSTA104の位置を設置位置が既知のSTA102を利用して推定することができる。 In the second embodiment, the above-mentioned processing is performed by the measuring device 103 as a position estimation device. This makes it possible to estimate the position of the STA 104, whose location is unknown, by using the STA 102, whose installation location is known, without being restricted by the position of the antenna of the AP 101.

6.第3実施形態に係る相関判定処理
第3実施形態では、数値処理・判定部208による相関判定処理は、判別処理と照合処理とを含む。判別処理では、STA102から得たCSIの各成分のうち所定時間における変動量が閾値を超えた変動成分が判別され、STA104から得たCSIの各成分のうち所定時間における変動量が閾値を超えた変動成分が判別される。前述のように、CSI蓄積部207のテーブルには現在から過去所定時間までのデータが蓄積されている。判別処理はその蓄積されたデータに対しCSIの成分ごとに行われる。
6. Correlation Determination Processing According to the Third Embodiment In the third embodiment, the correlation determination processing by the numerical processing and determination unit 208 includes a discrimination process and a matching process. In the discrimination process, a fluctuation component whose fluctuation amount in a predetermined time exceeds a threshold is discriminated among the components of the CSI obtained from the STA 102, and a fluctuation component whose fluctuation amount in a predetermined time exceeds a threshold is discriminated among the components of the CSI obtained from the STA 104. As described above, data from the present to a predetermined time in the past is accumulated in the table of the CSI accumulation unit 207. The discrimination process is performed on the accumulated data for each CSI component.

照合処理では、各STA102から得たCSIの変動成分と、STA104から得たCSIの変動成分とがSTA102ごとに照合される。両者間で一致する変動成分の数が多いほどCSIの変動状況に差が無く、STA102が送信した伝搬路状態情報とSTA104が送信した伝搬路状態情報との相関が高いと判断することができる。 In the matching process, the CSI fluctuation components obtained from each STA102 are matched with the CSI fluctuation components obtained from STA104 for each STA102. The more the number of matching fluctuation components between the two, the less difference there is in the CSI fluctuation conditions, and it can be determined that there is a high correlation between the propagation path state information transmitted by STA102 and the propagation path state information transmitted by STA104.

第3実施形態では、CSIの各成分の所定時間における変動量として、CSIの各成分の所定時間における分散値が用いられる。この場合、数値処理・判定部208は、各STA102とSTA104とについて、CSI蓄積部207に蓄積されたCSIの成分ごとに分散値を計算し、分散値が閾値を超えた成分を判別する。分散値が閾値を超えるCSIの成分は、所定時間の間での変動が大きい成分であることから、これを変動成分と称す。なお、閾値はCSIの成分間で共通でもよいし、CSIの成分ごとに値が設定されてもよい。 In the third embodiment, the variance value of each CSI component at a specified time is used as the amount of fluctuation of each CSI component at a specified time. In this case, the numerical processing and determination unit 208 calculates the variance value for each CSI component stored in the CSI storage unit 207 for each STA102 and STA104, and determines the components whose variance value exceeds the threshold. A CSI component whose variance value exceeds the threshold is a component that fluctuates greatly over a specified time, and is therefore referred to as a fluctuating component. Note that the threshold value may be common to the CSI components, or a value may be set for each CSI component.

数値処理・判定部208は、STA104から得たCSIとの間で共通する変動成分の数が最も多いCSIを与えるSTA102を特定する。こうして特定されたSTA102がSTA104に最も近い位置に存在するSTA102である。数値処理・判定部208は、STA104に最も近い位置に存在すると判定されたSTA102の設置位置或いは識別情報を出力する。 The numerical processing and determination unit 208 identifies the STA 102 that provides the CSI that has the largest number of common fluctuation components with the CSI obtained from the STA 104. The STA 102 identified in this way is the STA 102 that is located closest to the STA 104. The numerical processing and determination unit 208 outputs the installation location or identification information of the STA 102 that is determined to be located closest to the STA 104.

図10は、第3実施形態に係る相関判定処理の流れを示すフローチャートである。ステップS301では、検知対象端末であるSTA104のCSIの各成分のうち分散値が閾値を超えた変動成分の個数Nxがカウントされる。そして、ステップS302では、変動成分の個数Nxが基準個数以上かどうか判定される。変動成分の個数Nxが基準個数未満である間は、CSIの変動は雑音の影響や外乱によるものである可能性が高いため、以降の処理はスキップされる。 Figure 10 is a flowchart showing the flow of correlation determination processing according to the third embodiment. In step S301, the number Nx of fluctuation components whose variance value exceeds a threshold value among the components of the CSI of STA104, which is the terminal to be detected, is counted. Then, in step S302, it is determined whether the number Nx of fluctuation components is equal to or greater than a reference number. If the number Nx of fluctuation components is less than the reference number, it is highly likely that the fluctuation in CSI is due to the influence of noise or disturbance, and the subsequent processing is skipped.

変動成分の個数Nxが基準個数以上になった場合、ステップS303乃至ステップS306の処理が実行される。ステップS303では、検知対象端末であるSTA104のCSIの各成分のうち分散値が閾値を超えた変動成分が判別される。ステップS304では、既知端末であるSTA102のCSIの各成分のうち分散値が閾値を超えた変動成分が判別される。変動成分の判別はSTA102ごとに行われる。 When the number Nx of fluctuation components is equal to or greater than the reference number, the processes of steps S303 to S306 are executed. In step S303, fluctuation components whose variance values exceed a threshold are identified among the components of the CSI of STA104, which is the terminal to be detected. In step S304, fluctuation components whose variance values exceed a threshold are identified among the components of the CSI of STA102, which is a known terminal. The discrimination of fluctuation components is performed for each STA102.

ステップS305では、ステップS303で判別されたSTA104のCSIの変動成分と、ステップS304で判別された各STA104のCSIの変動成分とが照合される。この照合では、STA102とSTA104との間で一致するCSIの変動成分の個数Nxi(i=1,…,6)がSTA102ごとにカウントされる。そして、ステップS306では、一致するCSIの変動成分の個数Nxiを最大とするSTA102の近傍にSTA104が存在すると判定される。 In step S305, the CSI fluctuation components of STA104 determined in step S303 are compared with the CSI fluctuation components of each STA104 determined in step S304. In this comparison, the number Nxi (i = 1, ..., 6) of matching CSI fluctuation components between STA102 and STA104 is counted for each STA102. Then, in step S306, it is determined that STA104 exists in the vicinity of the STA102 with the largest number Nxi of matching CSI fluctuation components.

第3実施形態では、以上のような処理が位置推定装置としての測定装置103により行われる。これにより、AP101のアンテナの位置による制限を受けることなく、存在位置が未知のSTA104の位置を設置位置が既知のSTA102を利用して推定することができる。 In the third embodiment, the above-mentioned processing is performed by the measuring device 103 as a position estimation device. As a result, the position of the STA 104, whose location is unknown, can be estimated using the STA 102, whose installation location is known, without being restricted by the position of the antenna of the AP 101.

7.その他
上記実施形態は、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施することができる。すなわち、上記実施形態において各要素の個数、数量、量、範囲などの数に言及されている場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、本開示に係る技術が限定されるものではない。また、上記実施形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、本開示に係る技術に必ずしも必須のものではない。
7. Others The above embodiments can be modified in various ways without departing from the scope of the present disclosure. In other words, when the number, quantity, amount, range, etc. of each element is mentioned in the above embodiments, the technology according to the present disclosure is not limited to the mentioned number, unless otherwise specified or clearly specified in principle. In addition, the structures, etc. described in the above embodiments are not necessarily essential to the technology according to the present disclosure, unless otherwise specified or clearly specified in principle.

例えば、第3実施形態において、CSIの各成分の所定時間における変動量として、CSIの各成分の所定時間における分散値の代わりに、CSIの各成分の所定時間の時間差に対応した自己相関値を用いてもよい。このような変形例であっても、存在位置が未知のSTA104の位置を設置位置が既知のSTA102を利用して推定することができる。 For example, in the third embodiment, instead of the variance value of each CSI component at a predetermined time, an autocorrelation value corresponding to the time difference of each CSI component at a predetermined time may be used as the amount of fluctuation of each CSI component at a predetermined time. Even with this modified example, the location of STA104, whose location is unknown, can be estimated by using STA102, whose installation location is known.

100 位置推定システム
101 AP(第1の無線装置)
102 STA(第2の無線装置)
103 測定装置(位置推定装置)
104 STA(第3の無線装置)
201 アンテナ
202 無線インターフェース部
203 キャプチャ部
204 フィルタリング部
205 CSI抽出部
206 前処理部
207 CSI蓄積部
208 数値処理・判定部
100 Location Estimation System 101 AP (First Wireless Device)
102 STA (second wireless device)
103 Measuring device (position estimation device)
104 STA (third wireless device)
201 Antenna 202 Wireless interface unit 203 Capture unit 204 Filtering unit 205 CSI extraction unit 206 Preprocessing unit 207 CSI storage unit 208 Numerical processing and determination unit

Claims (8)

2以上のアンテナを有する第1の無線装置と、前記第1の無線装置と無線通信を行う設置位置が既知の複数の第2の無線装置と、無線キャプチャ機能を有する位置推定装置とを備え、前記第1の無線装置と無線通信を行う存在位置が未知の第3の無線装置の位置を推定するように構成された位置推定システムであって、
前記第1の無線装置は、各アンテナから既知信号を送信するように構成され、
前記複数の第2の無線装置及び前記第3の無線装置は、受信した前記既知信号から導出される前記第1の無線装置までの伝搬路の状態を示す伝搬路状態情報を送信するように構成され、
前記位置推定装置は、
前記複数の第2の無線装置及び前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報を取得する情報取得処理と、
前記複数の第2の無線装置が送信した伝搬路状態情報と、前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報との相関を第2の無線装置ごとに判定する相関判定処理と、
前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報との相関が最も高い伝搬路状態情報を送信した第2の無線装置の設置位置或いは識別情報を出力する出力処理と、を実行し、
前記相関判定処理では、
前記複数の第2の無線装置及び前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報に対して所定時間における伝搬路状態情報の変動を示す統計値を計算する統計処理と、
前記複数の第2の無線装置が送信した伝搬路状態情報に対する統計処理で得られた統計値と、前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報に対する統計処理で得られた統計値との差を第2の無線装置ごとに計算する比較処理と、を実行し、
前記出力処理では、前記差が最も小さい伝搬路状態情報を送信した第2の無線装置の設置位置或いは識別情報を出力する、ように構成された
ことを特徴とする位置推定システム。
A position estimation system including a first wireless device having two or more antennas, a plurality of second wireless devices that perform wireless communication with the first wireless device and whose installation positions are known, and a position estimation device having a wireless capture function, the system being configured to estimate a position of a third wireless device that performs wireless communication with the first wireless device and whose location is unknown,
the first radio device is configured to transmit a known signal from each antenna;
the plurality of second radio devices and the third radio device are configured to transmit propagation path state information indicating a state of a propagation path to the first radio device derived from the received known signal;
The position estimation device includes:
an information acquisition process for acquiring propagation path state information transmitted by the plurality of second radio devices and the third radio device;
a correlation determination process for determining a correlation between propagation path state information transmitted by the plurality of second radio devices and propagation path state information transmitted by the third radio device for each second radio device;
an output process for outputting the installation location or identification information of the second wireless device that has transmitted the propagation path state information having the highest correlation with the propagation path state information transmitted by the third wireless device ;
In the correlation determination process,
a statistical process for calculating a statistical value indicating a fluctuation of propagation path state information over a predetermined time period for the propagation path state information transmitted by the plurality of second radio devices and the third radio device;
a comparison process for calculating, for each second radio device, a difference between a statistical value obtained by a statistical process on the propagation path state information transmitted by the plurality of second radio devices and a statistical value obtained by a statistical process on the propagation path state information transmitted by the third radio device;
The output process is configured to output the installation location or identification information of the second wireless device that has transmitted the propagation path condition information with the smallest difference.
A position estimation system comprising:
請求項1に記載の位置推定システムにおいて、
前記位置推定装置は、
前記統計処理では、前記複数の第2の無線装置と前記第3の無線装置のそれぞれについて、伝搬路状態情報の各成分のうち前記所定時間における分散値が所定の閾値を超えた変動成分の個数をカウントし、
前記比較処理では、前記複数の第2の無線装置が送信した伝搬路状態情報に含まれる変動成分の個数と、前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報に含まれる変動成分の個数との差を第2の無線装置ごとに計算する、ように構成された
ことを特徴とする位置推定システム。
2. The position estimation system according to claim 1 ,
The position estimation device includes:
In the statistical processing, a number of fluctuation components whose variance values exceed a predetermined threshold value in the predetermined time period are counted among the components of propagation path state information for each of the plurality of second radio devices and the third radio device;
A location estimation system characterized in that the comparison process is configured to calculate, for each second wireless device, a difference between the number of fluctuation components contained in the propagation path state information transmitted by the multiple second wireless devices and the number of fluctuation components contained in the propagation path state information transmitted by the third wireless device.
請求項1に記載の位置推定システムにおいて、
前記位置推定装置は、
前記統計処理では、前記複数の第2の無線装置と前記第3の無線装置のそれぞれについて、伝搬路状態情報の各成分のうち前記所定時間の時間差に対応した自己相関値が所定の閾値を下回った変動成分の個数をカウントし、
前記比較処理では、前記複数の第2の無線装置が送信した伝搬路状態情報に含まれる変動成分の個数と、前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報に含まれる変動成分の個数との差を第2の無線装置ごとに計算する、ように構成された
ことを特徴とする位置推定システム。
2. The position estimation system according to claim 1 ,
The position estimation device includes:
In the statistical processing, for each of the plurality of second radio devices and the third radio device, the number of fluctuation components whose autocorrelation values corresponding to the time difference of the predetermined time are below a predetermined threshold among the components of the propagation path state information is counted;
A location estimation system characterized in that the comparison process is configured to calculate, for each second wireless device, a difference between the number of fluctuation components contained in the propagation path state information transmitted by the multiple second wireless devices and the number of fluctuation components contained in the propagation path state information transmitted by the third wireless device.
2以上のアンテナを有する第1の無線装置と、前記第1の無線装置と無線通信を行う設置位置が既知の複数の第2の無線装置と、無線キャプチャ機能を有する位置推定装置とを備え、前記第1の無線装置と無線通信を行う存在位置が未知の第3の無線装置の位置を推定するように構成された位置推定システムであって、
前記第1の無線装置は、各アンテナから既知信号を送信するように構成され、
前記複数の第2の無線装置及び前記第3の無線装置は、受信した前記既知信号から導出される前記第1の無線装置までの伝搬路の状態を示す伝搬路状態情報を送信するように構成され、
前記位置推定装置は、
前記複数の第2の無線装置及び前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報を取得する情報取得処理と、
前記複数の第2の無線装置が送信した伝搬路状態情報と、前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報との相関を第2の無線装置ごとに判定する相関判定処理と、
前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報との相関が最も高い伝搬路状態情報を送信した第2の無線装置の設置位置或いは識別情報を出力する出力処理と、を実行し、
前記相関判定処理では、
前記複数の第2の無線装置と前記第3の無線装置のそれぞれについて、伝搬路状態情報の各成分のうち所定時間における変動量が閾値を超えた変動成分を判別する判別処理と、
前記複数の第2の無線装置が送信した伝搬路状態情報の変動成分と、前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報の変動成分とを第2の無線装置ごとに照合する照合処理と、を実行し、
前記出力処理では、前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報との間で共通する変動成分の数が最も多い伝搬路状態情報を送信した第2の無線装置の設置位置或いは識別情報を出力する、ように構成された
ことを特徴とする位置推定システム。
A position estimation system including a first wireless device having two or more antennas, a plurality of second wireless devices that perform wireless communication with the first wireless device and whose installation positions are known, and a position estimation device having a wireless capture function, the system being configured to estimate the position of a third wireless device that performs wireless communication with the first wireless device and whose location is unknown,
the first radio device is configured to transmit a known signal from each antenna;
the plurality of second radio devices and the third radio device are configured to transmit propagation path state information indicating a state of a propagation path to the first radio device derived from the received known signal;
The position estimation device includes:
an information acquisition process for acquiring propagation path state information transmitted by the plurality of second radio devices and the third radio device;
a correlation determination process for determining a correlation between propagation path state information transmitted by the plurality of second radio devices and propagation path state information transmitted by the third radio device for each second radio device;
an output process for outputting the installation location or identification information of the second wireless device that has transmitted the propagation path state information having the highest correlation with the propagation path state information transmitted by the third wireless device ;
In the correlation determination process,
a discrimination process for discriminating a fluctuation component whose fluctuation amount in a predetermined time exceeds a threshold value among each component of propagation path state information for each of the plurality of second radio devices and the third radio device;
a comparison process for comparing, for each second radio device, a fluctuation component of the propagation path state information transmitted by the plurality of second radio devices with a fluctuation component of the propagation path state information transmitted by the third radio device;
The output process is configured to output the installation location or identification information of the second wireless device that has transmitted the propagation path state information having the largest number of common fluctuation components with the propagation path state information transmitted by the third wireless device.
A position estimation system comprising:
2以上のアンテナを有する第1の無線装置と、設置位置が既知の複数の第2の無線装置及び存在位置が未知の第3の無線装置との間での無線通信に含まれる情報をキャプチャし、キャプチャした情報に基づいて前記第3の無線装置の位置を推定するように構成された位置推定装置であって、
前記複数の第2の無線装置及び前記第3の無線装置が送信した前記第1の無線装置までの伝搬路の状態を示す伝搬路状態情報を取得する情報取得処理と、
前記複数の第2の無線装置が送信した伝搬路状態情報と、前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報との相関を第2の無線装置ごとに判定する相関判定処理と、
前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報との相関が最も高い伝搬路状態情報を送信した第2の無線装置の設置位置或いは識別情報を出力する出力処理と、を実行し、
前記相関判定処理では、
前記複数の第2の無線装置及び前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報に対して所定時間における伝搬路状態情報の変動を示す統計値を計算する統計処理と、
前記複数の第2の無線装置が送信した伝搬路状態情報に対する統計処理で得られた統計値と、前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報に対する統計処理で得られた統計値との差を第2の無線装置ごとに計算する比較処理と、を実行し、
前記出力処理では、前記差が最も小さい伝搬路状態情報を送信した第2の無線装置の設置位置或いは識別情報を出力する、ように構成された
ことを特徴とする位置推定装置。
A location estimation device configured to capture information included in wireless communication between a first wireless device having two or more antennas, a plurality of second wireless devices whose installation positions are known, and a third wireless device whose location is unknown, and to estimate a location of the third wireless device based on the captured information,
an information acquisition process for acquiring propagation path state information indicating a state of a propagation path to the first radio device, the propagation path state information being transmitted from the plurality of second radio devices and the third radio device;
a correlation determination process for determining a correlation between propagation path state information transmitted by the plurality of second radio devices and propagation path state information transmitted by the third radio device for each second radio device;
an output process for outputting the installation location or identification information of the second wireless device that has transmitted the propagation path state information having the highest correlation with the propagation path state information transmitted by the third wireless device ;
In the correlation determination process,
a statistical process for calculating a statistical value indicating a fluctuation of propagation path state information over a predetermined time period for the propagation path state information transmitted by the plurality of second radio devices and the third radio device;
a comparison process for calculating, for each second radio device, a difference between a statistical value obtained by a statistical process on the propagation path state information transmitted by the plurality of second radio devices and a statistical value obtained by a statistical process on the propagation path state information transmitted by the third radio device;
The output process is configured to output the installation location or identification information of the second wireless device that has transmitted the propagation path condition information with the smallest difference.
A position estimation device comprising:
2以上のアンテナを有する第1の無線装置と、設置位置が既知の複数の第2の無線装置及び存在位置が未知の第3の無線装置との間での無線通信に含まれる情報をキャプチャし、キャプチャした情報に基づいて前記第3の無線装置の位置を推定する位置推定方法において、
前記第1の無線装置に各アンテナから既知信号を送信させ、
前記複数の第2の無線装置及び前記第3の無線装置に、受信した前記既知信号から導出される前記第1の無線装置までの伝搬路の状態を示す伝搬路状態情報を送信させ、
前記複数の第2の無線装置及び前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報を取得し、
前記複数の第2の無線装置及び前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報に対して所定時間における伝搬路状態情報の変動を示す統計値を計算する統計処理を行い、
前記複数の第2の無線装置が送信した伝搬路状態情報に対する統計処理で得られた統計値と、前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報に対する統計処理で得られた統計値との差を第2の無線装置ごとに計算し、
前記差が最も小さい伝搬路状態情報を送信した第2の無線装置の設置位置の近傍に前記第3の無線装置が存在すると判定する
ことを特徴とする位置推定方法。
A location estimation method for capturing information included in wireless communication between a first wireless device having two or more antennas, a plurality of second wireless devices whose installation positions are known, and a third wireless device whose location is unknown, and estimating a location of the third wireless device based on the captured information, comprising:
causing the first radio device to transmit a known signal from each antenna;
causing the plurality of second radio devices and the third radio device to transmit propagation path state information indicating a state of a propagation path to the first radio device derived from the received known signal;
acquiring propagation path state information transmitted by the plurality of second radio devices and the third radio device;
performing statistical processing for calculating a statistical value indicating a fluctuation of the propagation path state information over a predetermined time period for the propagation path state information transmitted by the plurality of second radio devices and the third radio device;
calculating, for each second radio device, a difference between a statistical value obtained by statistical processing of the propagation path state information transmitted by the plurality of second radio devices and a statistical value obtained by statistical processing of the propagation path state information transmitted by the third radio device;
a second wireless device that transmits propagation path condition information having the smallest difference therebetween and that determines that the third wireless device is located near an installation position of the second wireless device that transmits propagation path condition information having the smallest difference therebetween .
2以上のアンテナを有する第1の無線装置と、設置位置が既知の複数の第2の無線装置及び存在位置が未知の第3の無線装置との間での無線通信に含まれる情報をキャプチャし、キャプチャした情報に基づいて前記第3の無線装置の位置を推定する位置推定方法において、
前記第1の無線装置に各アンテナから既知信号を送信させ、
前記複数の第2の無線装置及び前記第3の無線装置に、受信した前記既知信号から導出される前記第1の無線装置までの伝搬路の状態を示す伝搬路状態情報を送信させ、
前記複数の第2の無線装置及び前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報を取得し、
前記複数の第2の無線装置と前記第3の無線装置のそれぞれについて、伝搬路状態情報の各成分のうち所定時間における変動量が閾値を超えた変動成分を判別し、
前記複数の第2の無線装置が送信した伝搬路状態情報の変動成分と、前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報の変動成分とを第2の無線装置ごとに照合し、
前記第3の無線装置が送信した伝搬路状態情報との間で共通する変動成分の数が最も多い伝搬路状態情報を送信した第2の無線装置の設置位置の近傍に前記第3の無線装置が存在すると判定する
ことを特徴とする位置推定方法。
A location estimation method for capturing information included in wireless communication between a first wireless device having two or more antennas, a plurality of second wireless devices whose installation positions are known, and a third wireless device whose location is unknown, and estimating a location of the third wireless device based on the captured information, comprising:
causing the first radio device to transmit a known signal from each antenna;
causing the plurality of second radio devices and the third radio device to transmit propagation path state information indicating a state of a propagation path to the first radio device derived from the received known signal;
acquiring propagation path state information transmitted by the plurality of second radio devices and the third radio device;
determining, for each of the plurality of second radio devices and the third radio device, a fluctuation component whose fluctuation amount in a predetermined time exceeds a threshold value among each component of propagation path state information;
comparing, for each of the second radio devices, a fluctuation component of the propagation path state information transmitted by the plurality of second radio devices with a fluctuation component of the propagation path state information transmitted by the third radio device;
A location estimation method, comprising: determining that the third wireless device is located near an installation location of a second wireless device that has transmitted propagation path state information having the largest number of common fluctuation components with the propagation path state information transmitted by the third wireless device.
請求項5に記載の前記位置推定装置が行う処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを含む
ことを特徴とする位置推定プログラム。
A position estimation program, comprising a program for causing a computer to execute the process performed by the position estimation device according to claim 5 .
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