JP2004085545A

JP2004085545A - Radio communication system, device and method for radio communication, and computer program

Info

Publication number: JP2004085545A
Application number: JP2003144093A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Kurihara; 栗原　邦彰
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2004-03-18

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To execute data communication and accurate distance measurement by simple circuit constitution. <P>SOLUTION: A terminal receives a signal with the lapse of a propagation time X after a base station transmits the range finding signal, and transmits a response signal with a lag for an image elimination period N. The base station receives the response signal transmitted from the terminal with the lapse of a propagation time Y. The base station finds a propagation time between the base station and the terminal, based on a lapse time T after the transmission of the range finding signal, and finds a distance between the base station and the terminal by dividing it with the electromagnetic constant. A reception gate is not opened in the base station until the image elimination period lapses, to remove physical radio reflection of the range finding signal issued by base station itself. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の無線局間で相互に通信を行う無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法，並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、特定の制御局の管理下でネットワークが構築される無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法，並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、無線ネットワーク上での無線端末の地理的な位置を測定又は特定する無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法，並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、セル範囲よりも細かい粒度で無線端末の地理的な位置を測定又は特定する無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法，並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【０００３】
【従来の技術】
複数のコンピュータを接続してＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）を構成することにより、ファイルやデータなどの情報の共有化、プリンタなどの周辺機器の共有化を図ったり、電子メールやデータ・コンテンツの転送などの情報の交換を行なうことができる。
【０００４】
従来、光ファイバーや同軸ケーブル、あるいはツイストペア・ケーブルを用いて、有線でＬＡＮ接続することが一般的であったが、この場合、回線敷設工事が必要であり、手軽にネットワークを構築することが難しいとともに、ケーブルの引き回しが煩雑になる。また、ＬＡＮ構築後も、機器の移動範囲がケーブル長によって制限されるため、不便である。そこで、従来の有線方式によるＬＡＮの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。この種の無線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。
【０００５】
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。特に最近では、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）の導入の検討が行なわれている。
【０００６】
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が規定されている。ＩＥＥＥ８０２．１１方式の無線ネットワークでは、２．４ＧＨｚ又は５ＧＨｚ帯の無線電波を利用し、数Ｍｂｐｓから数十Ｍｂｐｓの空間情報伝達を可能としている。また、無線ネットワークの多くの場合、無線基地局の制御下に置かれる「セル」の範囲内において、有効な通信が可能な複数の無線送受信機が動作して、相互通信を行なっている。セルは、一般に、数十メートルから数百メートルの直径を持つ。
【０００７】
通常、１つのサービス・エリア内には複数の無線基地局が存在し、これら基地局間は有線ネットワークによって相互接続されている。各無線基地局は、ビーコン（Ｂｅａｃｏｎ：標識信号）と呼ばれる無線フレームをセル内の無線端末に向けて定期的にブロードキャストすることで、自基地局のセル範囲の存在を告知し、無線ネットワークを構築する。さらに、このビーコン・フレームには特定の端末に対する時間スロットを割り当てたりするような通信制御を行なうための情報が含まれる場合もある。
【０００８】
図１には、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ方式で用いられている無線区間におけるＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｓｅｎｓｅ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ　Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）を用いた多重アクセス方法について図解している。
【０００９】
ここでは、基地局が端末Ａ及びＢの２台の端末が通信を行なっている。同図に示す例では、基地局はそれぞれの端末とユニキャスト通信を行ない、受信側においてはデータ・フレームが正確に受信された場合、送信側へＡＣＫフレームを返すことにより送信側へ通信の成功を伝える仕組みとなっている。
【００１０】
図２にはこのＩＥＥＥ８０２．１１ａにおけるデータ・フレームのフォーマットを示し、また、図３にはＡＣＫフレームのフォーマットを示している。これらのフレーム・フォーマット内のＭＡＣ（Ｍａｃｈｉｎｅ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）ヘッダ部にはＤｕｒａｔｉｏｎ部フィールドが存在し、ここには一連の通信が完了するまでに必要となる時間を更新する値が代入される。現在送信を行なっていない他の端末はこのフィールドを受信することで、次に自分が送信可能となる時刻を予測することが可能となる。
【００１１】
また、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式では、基地局や端末からは非同期に電波が送出される。このため、フレーム衝突の回避とフレーム種に応じた送信の優先順位を実現するために、コンテンション期間やバックオフ期間、そして送信が禁止されるＩＦＳと呼ばれる期間が各フレーム間に設定される。ＩＥＥＥ８０２．１１ａにおけるＩＦＳ期間の実値として、ＳＩＦＳ、ＤＩＦＳ時間はそれぞれ１６マイクロ秒、３４マイクロ秒である。
【００１２】
また、図４には、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ／Ｔｉｍｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｄｕｐｌｅｘ）を用いた多重アクセス方法について図解している。この方式では、基地局とその配下のすべての端末における送受信の動作は同期して行なわれる。図示の例では、同一周期で繰り返されるフレーム期間が複数のスロット期間に分割され、基地局や端末の送受信期間に割り当てられる。各スロット期間は一定であるため、データを送出するために必要な時間がスロット期間より短い場合にはデータ通信に使われない期間が発生することがある。また、基地局と端末間の距離差やタイミング誤差による送信スロットの衝突を防ぐための送信禁止区間すなわちガード期間が設けられる。
【００１３】
ところで、無線ネットワークでは、通常、各無線端末は地理的な移動を行なうことが可能である。ある基地局のセル範囲を越えても継続的に通信を行なうためには、無線端末の移動に伴い、接続する基地局の切り替え動作を逐次行なう必要がある。一般に、このような基地局切り替え動作のことを「ハンドオーバー」と呼ぶ。
【００１４】
ハンドオーバーのためには、無線端末は基地局から発せられるビーコン・フレームを受信して基地局の存在を知る必要がある。基地への接続や判断のためにビーコンの電界強度（ＲＳＳＩ）、また接続中であればさらにデータ通信フレームのＲＳＳＩを利用して、よりよい通信が可能な基地局を選択する。このようなシステムにおいては、基地局に接続されている間は端末が存在する位置を基地局のセル範囲という粒度で知ることができる。
【００１５】
そして、基地局と接続された端末は、基地局間を結ぶ有線ネットワークを経由して、さまざまなサーバとの間で情報のやり取りを行なうことができる。この場合、ユーザは端末とともに地理的な移動を行ないながらも、データ通信によるサービスの提供を受けることが可能となっている。
【００１６】
従来の無線ネットワーク技術においては、端末の地理的な位置を測定する機構は存在しない。基地のセル範囲を粒度とする大まかな推測ができるのみであるため、１つのセル範囲が大きい場合や複数のセルが重なる環境では問題となる場合がある。また、同一基地局に接続する複数の端末を区別することも不可能である。
【００１７】
無線セル範囲の粒度による位置特定では問題が発生するような場合、データ通信の仕組みとは別に超音波や赤外線によるさらに粒度の細かい位置測定技術を併用することで、より正確にアプローチすることも考えられる。しかしながら、無線通信装置はデータ通信と位置測定のために２つのシステムを実装する必要があるため、装置の肥大化やコスト増大を招来してしまう。
【００１８】
また、無線通信装置の位置測定を行なうための他のアプローチとして、基地局がデータ・フレームを送信し、これに対する端末からのＡＣＫフレームを受信するまでの所要時間を基に距離を測定するということも考えられる。例えば、１メートルの測距制度を実現するためにはＡＣＫフレームの生成や送出を１０ナノ秒以下で完了する必要があり、複雑で高価なシステムが必要となる。
【００１９】
最近では、端末の所在を検知する手段を提供するために、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）測位システムを併用したセルラー電話システムが出現している。これは、米国Ｑｕａｌｃｏｍｍ社によるｇｐｓＯｎｅとして知られる技術である。ＧＰＳ衛星からの測位信号を受信した無線端末は、基地局の協力を得ながら信号処理を行なう。一般に、セルラー電話網におけるセル範囲は数百から数キロメートルの直径を持つが、この方式により数メートル程度の精度で端末の地理的位置を特定することができる。
【００２０】
このようなＧＰＳ測位システムにおいては、数メートルの精度で端末の位置を特定することが可能であるが、ＧＰＳ衛星からの電波の到達しない環境では精度よく利用できないので、屋内で利用する場合には制約が生じる。また、ＧＰＳ信号を処理するための回路も必要となり、システムが複雑化する。
【００２１】
例えば特願平３−１１３９２７号明細書には、発信機の位置を特定するシステムについて開示されているが、測定領域内に時刻の基準局が必要となり、またデータ通信のための機能は存在しない。
【００２２】
また、特開平５−６０８５４号公報には、発信機の位置を測定するシステムについて開示されている。しかしながら、これは基準発信機や複雑な回路構成を採らずに位置測定を実現することを目的としたものであるが、基準局と位置を計算する計算機との間の遅延時間が測定精度に影響を及ぼす場合には問題がある。
【００２３】
また、従来の無線ＬＡＮ技術では、端末の正確な位置を測定することができない。それを実現するには各無線基地局間の同期が必要であったり、時計精度が高く一致する必要があったり、回路規模が大きくなることや基地管理コストが増大するという問題がある。そのため、多数の基地局が配置される無線ＬＡＮシステムにおいては端末の位置測定は適当でない。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、無線ネットワーク上での無線端末の地理的な位置を好適に測定又は特定することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法，並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２５】
本発明のさらなる目的は、セル範囲よりも細かい粒度で無線端末の地理的な位置を好適に測定又は特定することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法，並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２６】
本発明のさらなる目的は、容易な回路構成によりデータ通信と正確な距離測定を実行することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法，並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、所定の伝送フレーム周期で情報伝送が行なわれる無線通信システムであって、
第１の端末が第２の端末に測距信号を送信するとともに前記第２の端末が測距信号を受信してから所定期間が経過した後に応答信号を返信し、前記第１の端末は測距信号を発信してからの経過時間から求まる前記第１及び第２の端末間の伝搬時間を基に前記第１及び第２の端末間の距離を測定する、
ことを特徴とする無線通信システムである。
【００２８】
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。
【００２９】
本発明の第１の側面に係る無線通信システムによれば、セル範囲よりも細かい粒度で無線端末の地理的な位置を好適に測定又は特定することができる。この結果として、セル内に存在する各端末に対してその位置に応じたさまざまなサービスを提供することができる。
【００３０】
例えば、端末と基地局間の距離が正確に判るため、その距離に応じてデータ通信時の送信電力を制御することにより、端末や基地局の省電力化を実現することができる。
【００３１】
また、端末の移動速度や方向を判断することにより、端末側では次に接続する可能性のある基地局を事前に知ることができ、ハンドオーバーなどの処理を容易にすることができる。
【００３２】
また、同じ基地局に接続される端末であっても、その位置によって接続を禁止するような仕組みを実現することができる。
【００３３】
また、既存の無線通信装置にパルス処理部又はこれと等価な機能を追加することにより、既存の無線ＬＡＮシステムにおいても本発明に係る測距技術を実現することができ、既存のシステムとの親和性が高い。
【００３４】
また、本発明の第２の側面は、所定の伝送フレーム周期で情報伝送を行なう無線通信装置又は無線通信方法であって、
無線ネットワーク内の特定の端末に対して測距信号を送信する測距信号送信手段又はステップと、
前記測距信号を送出してから所定期間が経過した後に前記端末からの応答信号を受信処理する応答信号受信手段又はステップと、
前記測距信号を送出してから前記端末からの応答信号を受信するまでの経過時間から求まる伝搬時間を基に前記端末までの距離を測定する距離測定手段又はステップと、
を具備することを特徴とする無線通信装置又は無線通信方法である。
【００３５】
また、本発明の第３の側面は、所定の伝送フレーム周期で情報伝送を行なう無線通信装置又は無線通信方法であって、
無線ネットワーク内の他の端末から測距信号を受信する測距信号受信手段又はステップと、
前記測距信号を受信してから所定期間が経過した後に応答信号を送信処理する応答信号送信手段又はステップと、
を具備することを特徴とする無線通信装置又は無線通信方法である。
【００３６】
ここで、無線ネットワークの伝送フレーム周期には、送信データを送受信するデータ期間と情報の伝送相手の距離を測定する測距期間が設けられているものとする。そして、情報の伝送相手との間で行なわれる測距信号の送信及びこれに対する応答信号の送信は、後者の測距期間を利用して行なわれるものとする。
【００３７】
本発明の第２及び第３の各側面に係る無線通信装置又は無線通信方法によれば、基地局はセル範囲よりも細かい粒度で無線端末の地理的な位置を好適に測定又は特定することができる。この結果として、セル内に存在する各端末に対してその位置に応じたさまざまなサービスを提供することができる。
【００３８】
例えば、端末と基地局間の距離が正確に判るため、その距離に応じてデータ通信時の送信電力を制御することにより、端末や基地局の省電力化を実現することができる。
【００３９】
また、端末の移動速度や方向を判断することにより、端末側では次に接続する可能性のある基地局を事前に知ることができ、ハンドオーバーなどの処理を容易にすることができる。
【００４０】
また、同じ基地局に接続される端末であっても、その位置によって接続を禁止するような仕組みを実現することができる。
【００４１】
また、既存の無線通信装置にパルス処理部又はこれと等価な機能を追加することにより、既存の無線ＬＡＮシステムにおいても本発明に係る測距技術を実現することができ、既存のシステムとの親和性が高い。
【００４２】
ここで、応答信号を送信する端末は、端末間の伝搬速度におけるパルスの往復伝搬時間以外に、意図しない物体からの反射をマスクするために必要なイメージ排除時間、及び／又は、前記端末側において信号処理により生じる遅延時間を見込んだ測距遅延時間が経過した後に、前記端末からの応答信号を送信するようにしてもよい。
【００４３】
また、応答信号を受信する端末側では、イメージ排除時間と、応答信号を送信する端末側において信号処理により生じる遅延時間を見込んだ測距遅延時間が経過した後に、前記端末からの応答信号を受信するための受信ゲートを開くようにすればよい。これによって、自身が発信した測距信号を物理的な電波反射として受信するのを防止することができる。そして、受信ゲートは測距範囲の往復の電波遅延時間が経過するまで開かれる。
【００４４】
測距信号を送信する端末は、単一パルス信号又は複数のパルス信号によって構成される測距信号を送信するようにしてもよい。
【００４５】
また、応答信号を送信する端末側では、単一パルス信号又は複数のパルス信号によって構成される応答信号を送信するようにしてもよい。
【００４６】
応答信号を送信する端末側の受信ゲートの操作期間は、データ・フレーム内に指示されているので、パルス到着のタイミングを精度よく予期することが可能であり、高い処理利得を実現し測距信号とノイズの分別精度を向上することができる。しかし、応答信号を受信する端末側における受信ゲートの操作時期は、応答信号を送信する端末の測距対象範囲に対応する期間が必要となる。この期間は、端末からの応答信号幅に比べ大きくなるため、高い処理利得を得るには工夫が必要である。
【００４７】
そこで、応答信号を送信する端末側では、ＰＮ系列からなる複数のパルス信号によって構成される応答信号を送信するようにしてもよい。この場合、応答信号を受信する端末側では、端末と同一のＰＮ系列を測距信号の発信時間にあわせ、端末からのＰＮ系列との相関処理によって測定を行なうことができる。
【００４８】
また、本発明の第４の側面は、所定の伝送フレーム周期で情報伝送を行なう端末として動作するための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
無線ネットワーク内の特定の端末に対して測距信号を送信する測距信号送信ステップと、
前記測距信号を送出してから所定期間が経過した後に前記端末からの応答信号を受信処理する応答信号受信ステップと、
前記測距信号を送出してから前記端末からの応答信号を受信するまでの経過時間から求まる伝搬時間を基に前記端末までの距離を測定する距離測定ステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
【００４９】
また、本発明の第５の側面は、無線ネットワーク内で無線通信を行なうための処理をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
無線ネットワーク内の基地局から測距信号を受信する測距信号受信ステップと、
前記測距信号を受信してから所定期間が経過した後に応答信号を送信処理する応答信号送信ステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラムである。
【００５０】
本発明の第４及び第５の各側面に係るコンピュータ・プログラムは、コンピュータ・システム上で所定の処理を実現するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムを定義したものである。換言すれば、本発明の第４及び第５の各側面に係るコンピュータ・プログラムをコンピュータ・システムにインストールすることによって、コンピュータ・システム上では協働的作用が発揮され、本発明の第２及び第３の各側面に係る無線通信装置又は無線通信方法と同様の作用効果を得ることができる。
【００５１】
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。
【００５２】
【発明の実施の形態】
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。
【００５３】
図５には、本実施形態に係る無線ネットワークにおいて使用されるデータ・フレームのフォーマットを模式的に示している。同図に示すように、無線区間におけるフレームを「データ期間」と「測距期間」で構成して、この両者を併せた期間を擬似フレーム期間とする。
【００５４】
データ期間に存在するデータ・フレームは、図２に示したフレームや図４に示したスロットに相当し、端末と基地局間でデジタル情報が交信される。但し、本明細書中では、説明の便宜上、基地局と端末という階層構造を持つネットワーク・トポロジーを例に挙げているが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。例えば、特定の基地局若しくは制御局を配置せずに動作する無線アドホック・ネットワークに対しても、本発明を好適に適用することができる。
【００５５】
測距期間に存在する測距信号は、基地局（測距信号送信端末）から発信される単一パルス信号又は複数のパルス信号によって構成される。１つのパルス幅については、既存のレーダ技術でおこなわれているように、測定する距離精度の要求に応じて短く又は長くすることができる。例えば、現在、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ　Ｗｉｄｅ　Ｂａｎｄ）無線技術を用いることで１ナノ秒以下のパルス幅を実現することが可能である（ＵＷＢ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」をすることが可能である）。
【００５６】
また、測距信号を受けた端末は、これに反応して、測距期間に存在する応答信号を発信する。この応答信号は、基地局からの測距信号に対応して単一パルス信号又は複数のパルス信号によって構成される。
【００５７】
基地局において測距信号を発信してから応答信号を受信するまでの時間のことを、本明細書中では「擬似距離時間」という。この時間には、基地局と端末間の伝搬速度におけるパルスの往復伝搬時間以外に、意図しない物体からの反射をマスクするために必要な「イメージ排除時間」や、端末におけるパルス処理回路で生じる遅延時間が含まれている。基地局と端末間の距離はこの擬似距離時間から決定される。
【００５８】
図６には、本実施形態に係る無線ネットワークにおいて使用されるデータ・フレームの構成を模式的に示している。このデータ・フレームは、以下で説明する幾つかのフィールドで構成される。
【００５９】
端末アドレスは、このフレームの宛先となる端末のアドレス情報である。擬似フレーム期間は、データ・フレームの先頭から擬似フレーム終了までの時間情報である。測距フラグは、このフレームに続いて距離測定が行なわれることを示す情報である。測距遅延は、データ・フレームの先頭から測距信号の発信が開始されるまでの時間情報である。ペイロードには端末が必要とするサービスなどの適当な情報が格納される。
【００６０】
ここで、測距遅延のフィールド値を測距フラグの代用とするようなフレーム構成も勿論可能である。例えば、フィールド値がゼロの場合は測距フラグがオフ、値がゼロ以外の場合を測距フラグがオンで且つ測距遅延値の指定と同等とすることができる。さらに、上述したフィールド以外に、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａのフレーム内の存在するような他の情報フィールド（図２を参照のこと）が前後に存在してもよい。
【００６１】
図７には、基地局が端末までの距離を測定する場合に用いる各種の範囲を示している。ここでは１つの無線基地局と２つの無線端末、他に基地局からの測距信号電波を物理的に反射する可能性のある物体が２つ存在している。
【００６２】
基地局が発信した測距信号電波を物理的に反射し、その反射が基地局へ到達する可能性のある範囲をイメージ反射期間Ｎとして定義する。このＮの値は、基地局と反射物間の往復伝搬時間が用いられる。この値は、測距信号の送信電力や基地局周辺の物理的な電波反射状況に応じて決定する。
【００６３】
また、基地局が距離測定をおこなう範囲を測距ゲート期間Ｐとして定義する。このＮの値は、基地局から最大測距範囲までの往復伝搬時間と端末のパルス処理回路で生じる遅延時間から決定される。
【００６４】
そして、基地局から端末までの片道電波伝搬時間をＸとして定義する。このＸに光速を乗じた値が基地局と端末間の絶対距離として算出できる。
【００６５】
図８には、本実施形態において基地局と端末間の距離測定の全体的なシーケンスを図解している。
【００６６】
基地局と端末間の距離測定は、基地局が定期的に行なう場合、端末の基地局選択機構、端末のアプリケーションからの要求で開始することができる。その要求が到来した場合、基地局は測距フラグが立ったデータ・フレームを、測距対象とする端末アドレス宛てに送信する。そして、データ・フレーム送信の最初から測距遅延で示される時間の後に測距信号を発信する。
【００６７】
端末は、基地局からのデータ・フレームを受信し、宛先アドレスを判断することで、自分宛てのデータ・フレームであるかどうかを判断する。もし自分宛てのフレームでなければ、フレーム期間フィールドの値を参照することで、この擬似フレーム完了までの時間を判断することができる。一方、自分宛てのフレームであれば、測距遅延フィールドを参照して、受信したデータ・フレームの先頭から測距信号が到着する時間を判断する。
【００６８】
端末は、測距期間において、測距信号以外の信号を受信しないようにするために、無線受信回路において受信禁止機構を持ち、これをパルス受信ゲートという。端末は、このゲートが開いている間以外は信号を受信しない。この機構は、特にＵＷＢ無線技術を利用する場合において、目的信号と干渉信号との分別性能を向上するために重要な機構となる。この測距信号を受信するために必要なゲート幅Ｗは送信されるパルス信号幅により決定され、理想的な値としては送信パルス幅と等しい。しかし、受信回路の性能やマージンなどの影響により、一般にはそれより大きな値が設定される。そして、端末はデータ・フレームの最後を受信するとゲートを閉じ、データ・フレームの先頭を受信してから測距遅延−Ｗ／２の時間後に再度受信ゲートを開いて、ゲート幅Ｗ時間経過後にこのゲートを閉じる操作を行なう。
【００６９】
端末は、基地局から発信した測距信号を伝搬時間Ｘの後に受信する。そして、この測距信号を受信してからイメージ排除期間Ｎの値の時間だけ遅延の後に、応答信号を発信する。実際の遅延には、このＮ以外に回路通過に要した時間として、Ｄも加わることになる。この時間Ｄは、常にゼロ又は測距期間中は一定値であるように考慮されるが、測距制度の範囲内であれば変動することも許される。
【００７０】
基地局は、端末が発信した応答信号を伝搬時間Ｘの後に受信する。ここで基地局側にも受信ゲート機構が備わるが、このゲートが開く時間やその幅の決定方法は端末側とは相違する。
【００７１】
基地局は、測距信号を発信してから、図７に示した反射波到達範囲における往復の電波伝搬時間、つまりイメージ排除期間Ｎが経過するまでは受信ゲートを開かない。これによって、自身が発信した測距信号を物理的な電波反射として受信するのを防止することができる。そして、受信ゲートは図７における測距範囲の往復の電波遅延時間が経過するまで開かれる。
【００７２】
受信ゲートが開かれている間に応答信号が受信されると、基地局は測距信号を発信してからの経過時間を信号往復時間Ｔとして計測する。ここで、
【００７３】
【数１】
Ｔ＝Ｎ＋２Ｘ＋Ｄ
【００７４】
となる。よって、基地局から端末までの距離は、
【００７５】
【数２】
（Ｔ−Ｎ−Ｄ）／２×Ｃ　　　　Ｃ：光速
【００７６】
として求めることができる。
【００７７】
実際には、端末における処理遅延Ｄは信号の往復時間内に含まれるため、この値が決定できない場合は、Ｄ×Ｃ分だけ距離が長く計測されることになる。Ｄが絶対値として決定している場合は、ここで基地局と端末間の絶対距離が決定される。Ｄが未決定の場合は、擬似距離として決定される。
【００７８】
さらに他の基地局と距離測定を繰り返すことで、複数の基地局との擬似距離を求めることが可能である。この場合、擬似距離に含まれる処理遅延Ｄは、測距期間中においてＤの値が一定、若しくは要求される精度へ影響しない範囲での変動であれば、各基地局との相対的な距離順位を決定することができる。この結果を基に、端末又は基地局は相互の接続関係を更新する処理を行なったり、アプリケーションの処理を切り替えたりすることができる。図９には、この例を示している。図示の例では、擬似距離１より擬似距離２が短い場合、端末は基地局２と接続を行なう。
【００７９】
本発明の他の応用例として、各基地局の２次元座標が判明している場合、３つ以上の基地局からの擬似距離を測定することで端末の２次元位置を決定することができる。図１０において、３つの基地局１〜３の座標をそれぞれ（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、（ｘ３，ｙ３）とし、端末までの擬似距離をそれぞれｒ１、ｒ２、ｒ３とすると、
【００８０】
【数３】
（ｘ−ｘ１）^２＋（ｙ−ｙ１）^２＝（ｒ１−Ｄ×Ｃ）^２
（ｘ−ｘ２）^２＋（ｙ−ｙ２）^２＝（ｒ２−Ｄ×Ｃ）^２
（ｘ−ｘ３）^２＋（ｙ−ｙ３）^２＝（ｒ３−Ｄ×Ｃ）^２
【００８１】
において、（ｘ，ｙ）について解いた結果が端末の座標となる。
【００８２】
同様に、４つ以上の３次元座標が判明している基地局からの相対距離を測定することで、端末の３次元座標を特定することが可能となるということは、当業者には容易に理解できるであろう。
【００８３】
図１１及び図１２には、本発明の第１の実施形態に係る無線基地局（測距信号送信端末）１００及び無線端末（測距信号受信端末）２００の構成を模式的に示している。但し、ここではＵＷＢ無線通信方式が採用されていることを前提とする（ＵＷＢ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」をすることが可能である）。
【００８４】
図１１に示す無線基地局１００の構成において、フレーム生成部１０８、符号変調部１０２、符号復調部１０９、フレーム再構成部１１０の各機能モジュールはデータ・フレームを扱う。また、基準時間発生部１１１は、各種の制御タイミングを決定するための基準信号を発生する。
【００８５】
無線基地局１００における測距動作は次のような手順に従って行なわれる。
【００８６】
（１）基地局１００内の制御部１０１は、計測する端末のアドレス、擬似フレーム期間、測距遅延を決定し、測距フラグが立ったデータ・フレームをフレーム生成部１０８で生成し、符号変調部１０２へ送る。また、受信ゲート切替部１０５は、パルス受信部１０６のゲートを閉じる。
【００８７】
（２）符号変調部１０２は、パルス位相、パルス位置、パルス数、ＰＮコード変調などのＵＷＢ技術で実現可能な方式によりベースバンド信号を変調して、パルス発信部１０３へ送る。
【００８８】
（３）パルス発信部１０３は、符号変調部１０２からの要求毎にインパルスを発生し、アンテナ１１４を通して空間へ放射する。
【００８９】
（４）測距信号発生部１０４は、符号変調部１０２で生成したデータ・フレームの先頭から、制御部１０１により決定された測距時間経過後にパルス発信部１０３でインパルスを発生するように指示し、アンテナ１１４を通して空間へ放射する。また同時に、位相差測定部１０７へも信号を送る。
【００９０】
（５）受信ゲート切替部１０５は、測距信号の発生からイメージ排除期間Ｎの経過後に受信ゲートを開き、端末が発信した応答信号の受信に備える。
【００９１】
（６）パルス受信部１０６は、受信ゲートが開いているときにのみパルスの受信を行なう。そして、端末からの応答信号をパルス信号として受信し、それを位相差測定部１０７へ送る。
【００９２】
（７）位相差測定部１０７は、測距信号発生部１０４からの信号とパルス受信部１０６からの信号との位相差を測定する。この位相差を時間で表したものが図８に示した信号往復時間Ｔとなる。
【００９３】
また、図１２に示す無線端末２００の構成において、フレーム生成部２０８、符号変調部２０２、符号復調部２０９、フレーム再構成部２１０の各機能モジュールはデータ・フレームを扱う。また、基準時間発生部２１１は、各種の制御タイミングを決定するための基準信号を発生する。
【００９４】
無線端末２００における測距動作は次のような手順に従って行なわれる。
【００９５】
（１）端末２００は、受信に先立ち、受信ゲート切替部２１３は、パルス受信部２０６のゲートを開く。そして、データ・フレームを受信して、フレーム識別部１６はそれが自分宛てのフレームであり且つ測距フラグが立っているかどうかを判断する。
【００９６】
（２）受信ゲート切替部２１３は、データ・フレームの終了とともに、受信ゲートを閉じる。そして、データ・フレームの先頭の到着時刻からデータ・フレーム内で指示される開始遅延値−受信ゲート幅／２の時間後にパルス受信部２０６のゲートを開く。これにより、基地局からのパルスを受信する準備が整う。また同時に、切替部２１５を制御して、パルス受信部２０６からの信号が信号遅延部２１４へ向かうようにする。ここで、受信ゲート幅Ｗは、送信されるパルス幅や、基地局における開始遅延値と実際のパルスの発信までの誤差時間や、端末２００におけるデータ・フレームの終了検出の誤差時間により決定される。
【００９７】
（３）パルス受信部２０６は、測距信号をパルスとして受信し、その信号を信号遅延部２１４へ送る。
【００９８】
（４）信号遅延部２１４は、信号を受信すると、反射波到達時間Ｎの時間だけ信号を遅らせた後、パルス発信部２０３へ送る。
【００９９】
（５）パルス発信部２０３は、信号遅延部２１４からの信号によりインパルスを発生させ、応答信号としてアンテナを通して空間へ放射する。
【０１００】
無線端末２００側の受信ゲートの操作時期はデータ・フレーム内に指示されているため（図６を参照のこと）、パルス到着のタイミングを精度よく予期することが可能であり、高い処理利得を実現し測距信号とノイズの分別精度を向上することができる。
【０１０１】
しかし、無線基地局１００側における受信ゲートの操作時期は端末２００の測距対象範囲に対応する期間が必要となる。この期間は、端末２００からの応答信号幅に比べ大きくなるため、高い処理利得を得るには工夫が必要である。
【０１０２】
そこで、図１３及び図１４に示した本発明の第２の実施形態に係る無線基地局（測距信号送信端末）１００−２及び無線端末（測距信号受信端末）２００−２によれば、端末２００−２は基地局１００−２からのインパルスに対応してＰＮ系列からなる複数のパルスを基地局１００−２へ送り返す。基地局１００−２は、端末２００−２と同じＰＮ系列を測距信号の発信時刻に合わせ、端末２００−２からのＰＮ系列との相関処理によって測定を行なう。
【０１０３】
図１４に示すように、端末側２００−２では、信号遅延部２１４の後段にＰＮ符号発生部２１９が付加されている。このＰＮ符号には、Ｍ系列などの自己相関が低い符号系列を利用する。
【０１０４】
ＰＮ符号発生部２１９は、信号遅延部２１４からの信号到着と同時にＰＮ符号を１周期だけ発生して符合変調部２０２へ送る。ここで、受信側の相関処理ために、数周期のＰＮ系列を発生させることも可能である。その場合、周期値をＰＮ符号で変調し、受信側の相関処理において相関一致時の周期も取り出し、遅延時間を決定する。
【０１０５】
また、図１３に示すように、基地局１００−２では、端末２００−２側と同じＰＮ符号発生部が装備されている。
【０１０６】
測距信号発生部１０４は、端末２００−２への測距信号の発生をＰＮ符号発生部１１５へ伝え、ＰＮ符号の生成を開始する。
【０１０７】
相関処理部１１６では、ＰＮ符号発生部１１５からの信号と符号復調部１０９からの信号との相関値を検出し、最大相関位置から信号往復時間Ｔを決定することができる。
【０１０８】
［追補］
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。
【０１０９】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、無線ネットワーク上での無線端末の地理的な位置を好適に測定又は特定することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法，並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【０１１０】
また、本発明によれば、セル範囲よりも細かい粒度で無線端末の地理的な位置を好適に測定又は特定することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法，並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【０１１１】
また、本発明によれば、容易な回路構成によりデータ通信と正確な距離測定を実行することができる、優れた無線通信システム、無線通信装置及び無線通信方法，並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【０１１２】
本発明に係る無線通信システムによれば、セル内に存在する端末の正確な距離測定を実現する結果として、各端末に対してその位置に応じたさまざまなサービスを提供することができる。
【０１１３】
例えば、端末と基地局間の距離が正確に判るため、その距離に応じてデータ通信時の送信電力を制御することにより、端末や基地局の省電力化を実現することができる。
【０１１４】
また、端末の移動速度や方向を判断することにより、端末側では次に接続する可能性のある基地局を事前に知ることができ、ハンドオーバーなどの処理を容易にすることができる。
【０１１５】
また、同じ基地局に接続される端末であっても、その位置によって接続を禁止するような仕組みを実現することができる。
【０１１６】
また、既存の無線通信装置にパルス処理部又はこれと等価な機能を追加することにより、既存の無線ＬＡＮシステムにおいても本発明に係る測距技術を実現することができ、既存のシステムとの親和性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＩＥＥＥ８０２．１１ａ方式で用いられている無線区間におけるＣＳＭＡ／ＣＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｓｅｎｓｅ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ／Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ　Ａｖｏｉｄａｎｃｅ）を用いた多重アクセス方法を説明するための図である。
【図２】ＩＥＥＥ８０２．１１ａにおけるデータ・フレームのフォーマットを示した図である。
【図３】ＡＣＫフレームのフォーマットを示した図である。
【図４】ＴＤＭＡ／ＴＤＤ（Ｔｉｍｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ａｃｃｅｓｓ／Ｔｉｍｅ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｄｕｐｌｅｘ）を用いた多重アクセス方法を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る無線ネットワークにおいて使用されるデータ・フレームのフォーマットを模式的に示した図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る無線ネットワークにおいて使用されるデータ・フレームの構成を模式的に示した図である。
【図７】基地局（測距信号送信端末）が他の端末までの距離を測定する場合に用いる各種の範囲を示した図である。
【図８】基地局（測距信号送信端末）と他の端末との間の距離測定の全体的なシーケンスである。
【図９】複数の基地局との相対的な距離順位に基づいて相互の接続関係を交信したりアプリケーションの処理の切り替えを行なう様子を示した図である。
【図１０】各基地局の２次元座標が判明している場合に３つ以上の基地局からの擬似距離を測定することで端末の２次元位置を決定する様子を示した図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る無線基地局（測距信号送信端末）１００の構成を模式的に示した図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係る無線端末（測距信号受信端末）２００の構成を模式的に示した図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る無線基地局（測距信号送信端末）１００−２の構成を模式的に示した図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る無線端末（測距信号受信端末）２００−２の構成を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１００，１００−２…基地局
１０１…制御部，１０２…符号変調部
１０３…パルス発信部，１０４…測距信号発生部
１０５…受信ゲート切替部，１０６…パルス受信部
１０７…位相差測定部，１０８…フレーム生成部
１０９…符号復調部，１１０…フレーム再構成部
１１１…基準時間発生部，１１２…インターフェース部
１１３…送受切替部，１１４…送受信アンテナ部
１１５…ＰＮ符号発生部，１１６…相関処理部
２００，２００−２…端末
２０１…制御部，２０２…符号変調部
２０３…パルス発信部，２０６…パルス受信部
２０８…フレーム生成部，２０９…符号変調部
２１０…フレーム再構成部，２１１…基準時間発生部
２１２…インターフェース部，２１３…受信ゲート切替部
２１４…信号遅延部，２１５…切替部
２１６…フレーム識別部，２１７…送受切替部
２１８…送受信アンテナ部，２１９…ＰＮ符号発生部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wireless communication system, a wireless communication apparatus, a wireless communication method, and a computer program for mutually communicating between a plurality of wireless stations, and more particularly to a wireless communication system in which a network is constructed under the control of a specific control station. The present invention relates to a communication system, a wireless communication device, a wireless communication method, and a computer program.
[0002]
More specifically, the present invention relates to a wireless communication system, a wireless communication device and a wireless communication method, and a computer program for measuring or specifying a geographical position of a wireless terminal on a wireless network, and more particularly to a wireless communication system that measures a geographical position of a wireless terminal. The present invention relates to a wireless communication system, a wireless communication device, a wireless communication method, and a computer program for measuring or specifying a geographical position of a wireless terminal with a fine granularity.
[0003]
[Prior art]
By connecting multiple computers to form a LAN (Local Area Network), information such as files and data can be shared, peripheral devices such as printers can be shared, and e-mail, data, and content can be transferred. Information can be exchanged.
[0004]
Conventionally, it has been common practice to make a wired LAN connection using an optical fiber, a coaxial cable, or a twisted pair cable. In this case, however, it is necessary to lay a line, making it difficult to easily construct a network. In addition, the cable routing becomes complicated. Further, even after the LAN is constructed, the moving range of the device is limited by the cable length, which is inconvenient. Therefore, a wireless LAN has been attracting attention as a system for relieving a user from wiring of a conventional wired LAN. According to this type of 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.
[0005]
In recent years, the demand for wireless LAN systems has been remarkably increased with the increase in speed and price. Particularly, recently, introduction of a personal area network (PAN) has been studied in order to establish a small-scale wireless network and perform information communication between a plurality of electronic devices existing around a person.
[0006]
For example, different wireless communication systems are defined using a frequency band that does not require a license from a regulatory agency, such as a 2.4 GHz band or a 5 GHz band. In the wireless network of the IEEE802.11 system, spatial information transmission of several Mbps to several tens of Mbps is enabled by using a radio wave in the 2.4 GHz or 5 GHz band. In many wireless networks, a plurality of wireless transceivers capable of effective communication operate within a "cell" under the control of a wireless base station to perform mutual communication. Cells typically have a diameter of tens to hundreds of meters.
[0007]
Usually, a plurality of wireless base stations exist in one service area, and these base stations are interconnected by a wired network. Each radio base station broadcasts a radio frame called a beacon (beacon signal) to radio terminals in a cell periodically, thereby notifying the existence of the cell range of its own base station and constructing a radio network. I do. Further, the beacon frame may include information for performing communication control such as allocating a time slot to a specific terminal.
[0008]
FIG. 1 illustrates a multiple access method using CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Multiple Access / Collision Aviodance) in a wireless section used in the IEEE802.11a system.
[0009]
Here, two terminals A and B are communicating with each other as base stations. In the example shown in the figure, the base station performs unicast communication with each terminal, and when the data frame is correctly received at the receiving side, the base station returns an ACK frame to the transmitting side, thereby successfully communicating with the transmitting side. It is a mechanism to convey.
[0010]
FIG. 2 shows the format of a data frame in IEEE 802.11a, and FIG. 3 shows the format of an ACK frame. A Duration section field exists in a MAC (Machine Access Control) header section in these frame formats, and a value for updating a time required until a series of communication is completed is substituted into the Duration section field. Receiving this field, other terminals that are not currently transmitting can predict the next time they will be able to transmit.
[0011]
In the CSMA / CA system, radio waves are transmitted asynchronously from base stations and terminals. Therefore, a contention period, a back-off period, and a period called IFS in which transmission is prohibited are set between frames in order to avoid frame collision and realize transmission priority according to the frame type. As actual values of the IFS period in IEEE802.11a, the SIFS and DIFS times are 16 microseconds and 34 microseconds, respectively.
[0012]
FIG. 4 illustrates a multiple access method using TDMA / TDD (Time \ Division \ Multiple \ Access / Time \ Division \ Duplex). In this method, transmission and reception operations in the base station and all terminals under the base station are performed in synchronization. In the illustrated example, a frame period repeated in the same cycle is divided into a plurality of slot periods and assigned to a transmission / reception period of a base station or a terminal. Since each slot period is constant, if the time required for transmitting data is shorter than the slot period, a period not used for data communication may occur. Further, a transmission prohibition section, that is, a guard period is provided to prevent collision of transmission slots due to a distance difference or a timing error between the base station and the terminal.
[0013]
By the way, in a wireless network, usually, each wireless terminal can move geographically. In order to continuously perform communication even when the cell exceeds the cell range of a certain base station, it is necessary to sequentially switch the base station to be connected with the movement of the wireless terminal. Generally, such a base station switching operation is called “handover”.
[0014]
For the handover, the wireless terminal needs to receive a beacon frame transmitted from the base station to know the existence of the base station. A base station capable of better communication is selected by using the beacon electric field strength (RSSI) for connection to a base or for determination, and furthermore, the RSSI of a data communication frame during connection. In such a system, while connected to the base station, the position where the terminal exists can be known with the granularity of the cell range of the base station.
[0015]
Then, a terminal connected to the base station can exchange information with various servers via a wired network connecting the base stations. In this case, the user can receive a service provided by data communication while performing geographical movement with the terminal.
[0016]
In the conventional wireless network technology, there is no mechanism for measuring the geographical position of the terminal. Since only rough estimation of the cell range of the base can be performed, a problem may occur when one cell range is large or in an environment where a plurality of cells overlap. Also, it is impossible to distinguish a plurality of terminals connected to the same base station.
[0017]
If a problem occurs in location determination based on the granularity of the wireless cell range, a more accurate approach may be considered by using a more granular location measurement technique using ultrasonic waves or infrared rays in addition to the data communication mechanism. Can be However, since the wireless communication device needs to implement two systems for data communication and position measurement, the size of the device is increased and the cost is increased.
[0018]
Another approach for measuring the position of the wireless communication device is to measure the distance based on the time required for the base station to transmit a data frame and receive an ACK frame from the terminal for the data frame. Is also conceivable. For example, in order to realize a one-meter distance measurement system, generation and transmission of an ACK frame must be completed in 10 nanoseconds or less, which requires a complicated and expensive system.
[0019]
In recent years, a cellular telephone system using a GPS (Global Positioning System) positioning system has appeared to provide a means for detecting the location of a terminal. This is a technology known as gpsOne by Qualcomm, USA. The wireless terminal that has received the positioning signal from the GPS satellite performs signal processing with the cooperation of the base station. Generally, a cell range in a cellular telephone network has a diameter of several hundreds to several kilometers, and this method can specify a geographical position of a terminal with an accuracy of several meters or so.
[0020]
In such a GPS positioning system, the position of the terminal can be specified with an accuracy of several meters, but cannot be used accurately in an environment where radio waves from GPS satellites do not reach. Restrictions arise. Further, a circuit for processing a GPS signal is required, and the system becomes complicated.
[0021]
For example, Japanese Patent Application No. 3-113927 discloses a system for specifying the position of a transmitter, but a time base station is required in a measurement area, and there is no function for data communication.
[0022]
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-60854 discloses a system for measuring the position of a transmitter. However, this aims at realizing position measurement without using a reference transmitter or complicated circuit configuration, but the delay time between the reference station and the computer that calculates the position affects the measurement accuracy. If so, there is a problem.
[0023]
Also, with the conventional wireless LAN technology, it is not possible to measure the exact position of the terminal. In order to achieve this, there are problems that synchronization between the radio base stations is required, that the clock accuracy needs to match with high accuracy, that the circuit scale increases, and that the base management cost increases. Therefore, in a wireless LAN system in which a large number of base stations are arranged, terminal position measurement is not appropriate.
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an excellent wireless communication system, a wireless communication device, a wireless communication method, and a computer program capable of suitably measuring or specifying a geographical position of a wireless terminal on a wireless network. It is in.
[0025]
A further object of the present invention is to provide an excellent wireless communication system, a wireless communication apparatus, a wireless communication method, and a computer program capable of suitably measuring or specifying the geographical position of a wireless terminal with a finer granularity than a cell range. Is to provide.
[0026]
A further object of the present invention is to provide an excellent wireless communication system, a wireless communication apparatus, a wireless communication method, and a computer program capable of executing data communication and accurate distance measurement with an easy circuit configuration. .
[0027]
Means and Action for Solving the Problems
The present invention has been made in view of the above problems, and a first aspect thereof is a wireless communication system in which information is transmitted in a predetermined transmission frame cycle,
The first terminal transmits a ranging signal to the second terminal, and returns a response signal after a predetermined period has elapsed since the second terminal received the ranging signal, and the first terminal measures the distance. Measuring a distance between the first and second terminals based on a propagation time between the first and second terminals obtained from an elapsed time after transmitting a distance signal;
A wireless communication system characterized by the above.
[0028]
However, the term “system” as used herein 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 in particular.
[0029]
According to the wireless communication system according to the first aspect of the present invention, it is possible to suitably measure or specify the geographical position of a wireless terminal with a granularity smaller than a cell range. As a result, various services according to the location can be provided to each terminal existing in the cell.
[0030]
For example, since the distance between the terminal and the base station can be accurately determined, power saving of the terminal and the base station can be realized by controlling the transmission power during data communication according to the distance.
[0031]
Also, by judging the moving speed and direction of the terminal, the terminal side can know in advance the base station that may be connected next, and can facilitate processing such as handover.
[0032]
In addition, it is possible to realize a mechanism for prohibiting connection of terminals connected to the same base station depending on their positions.
[0033]
In addition, by adding a pulse processing unit or a function equivalent thereto to an existing wireless communication device, the distance measurement technology according to the present invention can be realized in an existing wireless LAN system, and the compatibility with the existing system can be realized. High.
[0034]
A second aspect of the present invention is a wireless communication device or a wireless communication method for transmitting information at a predetermined transmission frame period,
A ranging signal transmitting means or step of transmitting a ranging signal to a specific terminal in the wireless network;
Response signal receiving means or a step of receiving and processing a response signal from the terminal after a predetermined period has elapsed since the transmission of the distance measurement signal,
Distance measuring means or a step of measuring a distance to the terminal based on a propagation time obtained from an elapsed time from transmitting the distance measurement signal to receiving a response signal from the terminal,
A wireless communication device or a wireless communication method.
[0035]
A third aspect of the present invention is a wireless communication device or a wireless communication method for transmitting information at a predetermined transmission frame period,
A ranging signal receiving unit or step of receiving a ranging signal from another terminal in the wireless network;
Response signal transmitting means or step of transmitting a response signal after a predetermined period has elapsed since receiving the distance measurement signal,
A wireless communication device or a wireless communication method.
[0036]
Here, it is assumed that the transmission frame period of the wireless network includes a data period for transmitting and receiving transmission data and a distance measurement period for measuring a distance between information transmission partners. The transmission of the distance measurement signal and the transmission of a response signal to the transmission of the distance measurement signal with the transmission destination of the information are performed using the latter distance measurement period.
[0037]
According to the wireless communication device or the wireless communication method according to each of the second and third aspects of the present invention, the base station can appropriately measure or specify the geographical position of the wireless terminal with a finer granularity than the cell range. it can. As a result, various services according to the location can be provided to each terminal existing in the cell.
[0038]
For example, since the distance between the terminal and the base station can be accurately determined, power saving of the terminal and the base station can be realized by controlling the transmission power during data communication according to the distance.
[0039]
Also, by judging the moving speed and direction of the terminal, the terminal side can know in advance the base station that may be connected next, and can facilitate processing such as handover.
[0040]
In addition, it is possible to realize a mechanism for prohibiting connection of terminals connected to the same base station depending on their positions.
[0041]
In addition, by adding a pulse processing unit or a function equivalent thereto to an existing wireless communication device, the distance measurement technology according to the present invention can be realized in an existing wireless LAN system, and the compatibility with the existing system can be realized. High.
[0042]
Here, the terminal that transmits the response signal has an image exclusion time necessary to mask reflection from an unintended object, in addition to the round-trip propagation time of the pulse at the propagation speed between the terminals, and / or A response signal may be transmitted from the terminal after a distance measurement delay time estimating a delay time caused by signal processing has elapsed.
[0043]
Also, the terminal receiving the response signal receives the response signal from the terminal after the image elimination time and the distance measurement delay time that allows for the delay time caused by signal processing at the terminal transmitting the response signal elapse. It is sufficient to open a reception gate for performing the operation. As a result, it is possible to prevent the distance measuring signal transmitted by itself from being received as physical radio wave reflection. Then, the reception gate is opened until the radio wave delay time of the round trip of the distance measurement range elapses.
[0044]
The terminal transmitting the ranging signal may transmit a ranging signal composed of a single pulse signal or a plurality of pulse signals.
[0045]
Further, the terminal transmitting the response signal may transmit a response signal composed of a single pulse signal or a plurality of pulse signals.
[0046]
Since the operation period of the receiving gate on the terminal side for transmitting the response signal is indicated in the data frame, it is possible to accurately predict the timing of the pulse arrival, realize a high processing gain, and realize the ranging signal. And noise separation accuracy can be improved. However, the operation timing of the reception gate on the terminal side receiving the response signal requires a period corresponding to the range to be measured of the terminal transmitting the response signal. Since this period is larger than the width of the response signal from the terminal, a device is required to obtain a high processing gain.
[0047]
Therefore, the terminal transmitting the response signal may transmit a response signal composed of a plurality of pulse signals composed of a PN sequence. In this case, the terminal that receives the response signal can measure the same PN sequence as that of the terminal by adjusting the transmission time of the ranging signal and performing correlation processing with the PN sequence from the terminal.
[0048]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a computer program described in a computer-readable format so as to execute, on a computer system, a process for operating as a terminal that transmits information at a predetermined transmission frame period. hand,
A ranging signal transmitting step of transmitting a ranging signal to a specific terminal in the wireless network;
A response signal receiving step of receiving and processing a response signal from the terminal after a predetermined period has elapsed since the transmission of the distance measurement signal,
A distance measuring step of measuring a distance to the terminal based on a propagation time obtained from an elapsed time from transmitting the distance measurement signal to receiving a response signal from the terminal,
A computer program characterized by comprising:
[0049]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a computer program written in a computer-readable format to execute a process for performing wireless communication in a wireless network on a computer system,
A ranging signal receiving step of receiving a ranging signal from a base station in a wireless network;
A response signal transmission step of transmitting a response signal after a predetermined period has elapsed since the reception of the distance measurement signal,
A computer program characterized by comprising:
[0050]
The computer program according to each of the fourth and fifth aspects of the present invention defines a computer program described in a computer-readable format so as to realize a predetermined process on a computer system. In other words, by installing the computer program according to each of the fourth and fifth aspects of the present invention in a computer system, a cooperative action is exerted on the computer system, and the second and second aspects of the present invention are realized. The same operation and effect as those of the wireless communication device or wireless communication method according to each aspect of the third aspect can be obtained.
[0051]
Further objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from more detailed descriptions based on embodiments of the present invention described below and the accompanying drawings.
[0052]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0053]
FIG. 5 schematically shows a format of a data frame used in the wireless network according to the present embodiment. As shown in the figure, a frame in a wireless section is composed of a “data period” and a “distance measurement period”, and a period combining these two periods is a pseudo frame period.
[0054]
The data frame existing in the data period corresponds to the frame shown in FIG. 2 or the slot shown in FIG. 4, and digital information is exchanged between the terminal and the base station. However, in this specification, for convenience of explanation, a network topology having a hierarchical structure of base stations and terminals is taken as an example, but the gist of the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be suitably applied to a wireless ad hoc network operating without a specific base station or control station.
[0055]
The ranging signal existing during the ranging period is constituted by a single pulse signal or a plurality of pulse signals transmitted from a base station (ranging signal transmitting terminal). One pulse width can be shortened or lengthened according to the required distance accuracy to be measured, as is done in existing radar technology. For example, at present, it is possible to realize a pulse width of 1 nanosecond or less by using UWB (Ultra Wide Band) wireless technology (UWB has a high time resolution by using ultra-fine pulses, and this property is high). It is possible to perform "ranging" by using radar to perform radar and positioning.)
[0056]
In addition, the terminal receiving the ranging signal transmits a response signal existing during the ranging period in response to the signal. This response signal is composed of a single pulse signal or a plurality of pulse signals corresponding to the ranging signal from the base station.
[0057]
The time from when a base station transmits a ranging signal to when a response signal is received is referred to as "pseudorange time" in this specification. This time includes not only the round-trip propagation time of the pulse at the propagation speed between the base station and the terminal, but also the "image rejection time" required to mask reflections from unintended objects, and the delay caused by the pulse processing circuit in the terminal. Time is included. The distance between the base station and the terminal is determined from the pseudorange time.
[0058]
FIG. 6 schematically shows a configuration of a data frame used in the wireless network according to the present embodiment. This data frame is composed of several fields described below.
[0059]
The terminal address is address information of a terminal that is a destination of the frame. The pseudo frame period is time information from the beginning of the data frame to the end of the pseudo frame. The distance measurement flag is information indicating that distance measurement will be performed following this frame. The ranging delay is time information from the beginning of a data frame to the start of transmission of a ranging signal. Appropriate information such as services required by the terminal is stored in the payload.
[0060]
Here, a frame configuration in which the field value of the distance measurement delay is used in place of the distance measurement flag is of course also possible. For example, when the field value is zero, the distance measurement flag is turned off, and when the value is other than zero, the distance measurement flag is turned on and the distance measurement delay value can be specified. Further, in addition to the above-described fields, other information fields (see FIG. 2) such as those present in an IEEE802.11a frame may be present before and after.
[0061]
FIG. 7 shows various ranges used when the base station measures the distance to the terminal. Here, there are one wireless base station and two wireless terminals, and two other objects that may physically reflect the ranging signal radio waves from the base station.
[0062]
A range in which the ranging signal radio wave transmitted from the base station is physically reflected and the reflection may reach the base station is defined as an image reflection period N. As the value of N, the round-trip propagation time between the base station and the reflector is used. This value is determined according to the transmission power of the ranging signal and the physical radio wave reflection state around the base station.
[0063]
Further, a range in which the base station performs distance measurement is defined as a distance measurement gate period P. The value of N is determined from the round trip propagation time from the base station to the maximum distance measurement range and the delay time generated in the pulse processing circuit of the terminal.
[0064]
Then, the one-way radio wave propagation time from the base station to the terminal is defined as X. The value obtained by multiplying X by the speed of light can be calculated as the absolute distance between the base station and the terminal.
[0065]
FIG. 8 illustrates the overall sequence of the distance measurement between the base station and the terminal in the present embodiment.
[0066]
When the base station periodically performs the distance measurement between the base station and the terminal, the distance measurement can be started by a request from the base station selection mechanism of the terminal or an application of the terminal. When the request arrives, the base station transmits a data frame with the ranging flag set to the terminal address to be measured. Then, a ranging signal is transmitted after a time indicated by a ranging delay from the beginning of data frame transmission.
[0067]
The terminal receives the data frame from the base station, and determines whether the data frame is addressed to itself by determining the destination address. If the frame is not addressed to itself, the time until the completion of the pseudo frame can be determined by referring to the value of the frame period field. On the other hand, if the frame is addressed to itself, the time when the ranging signal arrives from the beginning of the received data frame is determined by referring to the ranging delay field.
[0068]
In order to prevent signals other than the ranging signal from being received during the ranging period, the terminal has a reception inhibiting mechanism in the wireless receiving circuit, which is called a pulse receiving gate. The terminal will not receive any signals except during the time this gate is open. This mechanism is an important mechanism to improve the performance of discriminating the target signal and the interference signal, particularly when using the UWB wireless technology. The gate width W required to receive this distance measurement signal is determined by the pulse signal width to be transmitted, and is ideally equal to the transmission pulse width. However, a larger value is generally set due to the influence of the performance and margin of the receiving circuit. Then, the terminal closes the gate when receiving the end of the data frame, opens the receiving gate again after the time of the distance measurement delay −W / 2 from the reception of the beginning of the data frame, and after elapse of the gate width W time, the terminal closes the gate. Perform the operation of closing the gate.
[0069]
The terminal receives the ranging signal transmitted from the base station after the propagation time X. Then, a response signal is transmitted after a delay of the value of the image exclusion period N after receiving the distance measurement signal. In addition to the N, D is added to the actual delay as a time required for passing through the circuit. This time D is always considered to be zero or a constant value during the distance measurement period, but may be varied within the range of the distance measurement system.
[0070]
The base station receives the response signal transmitted by the terminal after the propagation time X. Here, a reception gate mechanism is also provided on the base station side, but the method of determining the opening time and width of this gate is different from that of the terminal side.
[0071]
After transmitting the ranging signal, the base station does not open the reception gate until the round-trip radio wave propagation time in the reflected wave reach shown in FIG. As a result, it is possible to prevent the distance measuring signal transmitted by itself from being received as physical radio wave reflection. Then, the reception gate is opened until the radio wave delay time of the round trip of the distance measurement range in FIG. 7 elapses.
[0072]
When the response signal is received while the reception gate is open, the base station measures the elapsed time from the transmission of the ranging signal as the signal round trip time T. here,
[0073]
(Equation 1)
T = N + 2X + D
[0074]
It becomes. Therefore, the distance from the base station to the terminal is
[0075]
(Equation 2)
(T−N−D) / 2 × C C: speed of light
[0076]
Can be obtained as
[0077]
Actually, the processing delay D in the terminal is included in the round trip time of the signal. Therefore, if this value cannot be determined, the distance is measured to be longer by D × C. If D is determined as an absolute value, the absolute distance between the base station and the terminal is determined here. If D is not determined, it is determined as a pseudo distance.
[0078]
Further, by repeating distance measurement with another base station, it is possible to obtain pseudo distances with a plurality of base stations. In this case, the processing delay D included in the pseudorange is a relative distance order from each base station if the value of D is constant during the ranging period or changes within a range that does not affect the required accuracy. Can be determined. Based on this result, the terminal or the base station can perform a process of updating the mutual connection relationship or switch the process of the application. FIG. 9 shows this example. In the illustrated example, when the pseudo distance 2 is shorter than the pseudo distance 1, the terminal connects to the base station 2.
[0079]
As another application example of the present invention, when the two-dimensional coordinates of each base station are known, the two-dimensional position of the terminal can be determined by measuring pseudoranges from three or more base stations. In FIG. 10, assuming that the coordinates of the three base stations 1 to 3 are (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3) and the pseudo distances to the terminals are r1, r2, and r3, respectively.
[0080]
(Equation 3)
(Xx-1)²+ (Y-y1)²= (R1-D × C)²
(Xx2)²+ (Y-y2)²= (R2-D x C)²
(Xx3)²+ (Y-y3)²= (R3-D × C)²
[0081]
In, the result of solving for (x, y) is the coordinates of the terminal.
[0082]
Similarly, it is easy for those skilled in the art to determine the three-dimensional coordinates of the terminal by measuring the relative distance from the base station for which four or more three-dimensional coordinates are known. You can understand.
[0083]
FIGS. 11 and 12 schematically show the configurations of a wireless base station (ranging signal transmitting terminal) 100 and a wireless terminal (ranging signal receiving terminal) 200 according to the first embodiment of the present invention. However, here, it is assumed that the UWB wireless communication system is adopted (UWB has a high time resolution by using ultra-fine pulses, and uses this property to perform “ranging” for radar and positioning. Is possible).
[0084]
In the configuration of the radio base station 100 shown in FIG. 11, each function module of the frame generation unit 108, the code modulation unit 102, the code demodulation unit 109, and the frame reconstruction unit 110 handles data frames. Further, the reference time generator 111 generates a reference signal for determining various control timings.
[0085]
The ranging operation in the radio base station 100 is performed according to the following procedure.
[0086]
(1) The control unit 101 in the base station 100 determines an address of a terminal to be measured, a pseudo frame period, and a ranging delay, generates a data frame with a ranging flag set by the frame generation unit 108, and performs code modulation. Send to section 102. Further, the reception gate switching unit 105 closes the gate of the pulse reception unit 106.
[0087]
(2) The code modulation unit 102 modulates the baseband signal by a method that can be realized by the UWB technology such as the pulse phase, the pulse position, the pulse number, and the PN code modulation, and sends the modulated signal to the pulse transmission unit 103.
[0088]
(3) The pulse transmission unit 103 generates an impulse for each request from the code modulation unit 102 and radiates it to space through the antenna 114.
[0089]
(4) The ranging signal generation unit 104 instructs the pulse transmission unit 103 to generate an impulse after the lapse of the ranging time determined by the control unit 101 from the beginning of the data frame generated by the code modulation unit 102. , And radiates into space through the antenna 114. At the same time, a signal is sent to the phase difference measurement unit 107.
[0090]
(5) The reception gate switching unit 105 opens the reception gate after the elapse of the image exclusion period N from the generation of the ranging signal, and prepares for reception of the response signal transmitted by the terminal.
[0091]
(6) The pulse receiving unit 106 receives a pulse only when the reception gate is open. Then, a response signal from the terminal is received as a pulse signal, and the pulse signal is sent to phase difference measuring section 107.
[0092]
(7) The phase difference measuring section 107 measures the phase difference between the signal from the ranging signal generating section 104 and the signal from the pulse receiving section 106. The phase difference expressed in time is the signal round trip time T shown in FIG.
[0093]
In the configuration of the wireless terminal 200 shown in FIG. 12, each functional module of the frame generation unit 208, the code modulation unit 202, the code demodulation unit 209, and the frame reconstruction unit 210 handles data frames. Further, the reference time generation section 211 generates a reference signal for determining various control timings.
[0094]
The ranging operation in wireless terminal 200 is performed according to the following procedure.
[0095]
(1) In the terminal 200, the reception gate switching unit 213 opens the gate of the pulse reception unit 206 prior to reception. Then, upon receiving the data frame, the frame identification unit 16 determines whether the frame is addressed to itself and the distance measurement flag is set.
[0096]
(2) The reception gate switching unit 213 closes the reception gate at the end of the data frame. Then, the gate of the pulse receiving unit 206 is opened after the time of the start delay value minus the reception gate width / 2 specified in the data frame from the arrival time at the head of the data frame. This prepares to receive a pulse from the base station. At the same time, the switching unit 215 is controlled so that the signal from the pulse receiving unit 206 goes to the signal delay unit 214. Here, the reception gate width W is determined by the pulse width to be transmitted, the error time between the start delay value at the base station and the actual transmission of the pulse, and the error time at the terminal 200 for detecting the end of the data frame. .
[0097]
(3) The pulse receiving unit 206 receives the distance measurement signal as a pulse, and sends the signal to the signal delay unit 214.
[0098]
(4) Upon receiving the signal, the signal delay unit 214 delays the signal by the time of the reflected wave arrival time N, and then sends the signal to the pulse transmission unit 203.
[0099]
(5) The pulse transmission unit 203 generates an impulse based on the signal from the signal delay unit 214 and radiates it as a response signal to the space through the antenna.
[0100]
Since the operation timing of the reception gate on the wireless terminal 200 side is indicated in the data frame (see FIG. 6), it is possible to accurately predict the pulse arrival timing and realize a high processing gain. In addition, the accuracy of discriminating a distance measurement signal from noise can be improved.
[0101]
However, the operation timing of the reception gate on the wireless base station 100 side requires a period corresponding to the range to be measured by the terminal 200. Since this period is larger than the width of the response signal from the terminal 200, it is necessary to devise a way to obtain a high processing gain.
[0102]
Therefore, according to the wireless base station (ranging signal transmitting terminal) 100-2 and the wireless terminal (ranging signal receiving terminal) 200-2 according to the second embodiment of the present invention shown in FIGS. The terminal 200-2 returns a plurality of PN sequence pulses to the base station 100-2 in response to the impulse from the base station 100-2. Base station 100-2 adjusts the same PN sequence as that of terminal 200-2 to the transmission time of the ranging signal, and performs measurement by correlation processing with the PN sequence from terminal 200-2.
[0103]
As shown in FIG. 14, in the terminal side 200-2, a PN code generation section 219 is added to the subsequent stage of the signal delay section 214. As the PN code, a code sequence having a low autocorrelation such as an M sequence is used.
[0104]
The PN code generation section 219 generates a PN code for one cycle and sends it to the code modulation section 202 simultaneously with the arrival of the signal from the signal delay section 214. Here, it is also possible to generate a PN sequence of several cycles for correlation processing on the receiving side. In that case, the period value is modulated with a PN code, and the period at the time of correlation matching is also taken out in the correlation processing on the receiving side to determine the delay time.
[0105]
Further, as shown in FIG. 13, the base station 100-2 is equipped with the same PN code generator as the terminal 200-2 side.
[0106]
The ranging signal generator 104 transmits the generation of the ranging signal to the terminal 200-2 to the PN code generator 115, and starts generating the PN code.
[0107]
The correlation processing unit 116 detects a correlation value between the signal from the PN code generation unit 115 and the signal from the code demodulation unit 109, and can determine the signal round trip time T from the maximum correlation position.
[0108]
[Supplement]
The present invention has been described in detail with reference to the specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can modify or substitute the embodiment without departing from the scope of the present invention. That is, the present invention has been disclosed by way of example, and the contents described in this specification should not be interpreted in a limited manner. In order to determine the gist of the present invention, the claims described at the beginning should be considered.
[0109]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, an excellent wireless communication system, wireless communication device, and wireless communication method capable of suitably measuring or specifying the geographical position of a wireless terminal on a wireless network, And a computer program.
[0110]
Further, according to the present invention, an excellent wireless communication system, wireless communication apparatus, wireless communication method, and computer / communication apparatus capable of suitably measuring or specifying a geographical position of a wireless terminal with a finer granularity than a cell range. Program can be provided.
[0111]
Further, according to the present invention, it is possible to provide an excellent wireless communication system, a wireless communication device, a wireless communication method, and a computer program capable of executing data communication and accurate distance measurement with an easy circuit configuration. it can.
[0112]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the radio | wireless communications system which concerns on this invention, as a result of realizing the exact distance measurement of the terminal which exists in a cell, various services according to the position can be provided to each terminal.
[0113]
For example, since the distance between the terminal and the base station can be accurately determined, power saving of the terminal and the base station can be realized by controlling the transmission power during data communication according to the distance.
[0114]
Also, by judging the moving speed and direction of the terminal, the terminal side can know in advance the base station that may be connected next, and can facilitate processing such as handover.
[0115]
In addition, it is possible to realize a mechanism for prohibiting connection of terminals connected to the same base station depending on their positions.
[0116]
In addition, by adding a pulse processing unit or a function equivalent thereto to an existing wireless communication device, the distance measurement technology according to the present invention can be realized in an existing wireless LAN system, and the compatibility with the existing system can be realized. High.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a multiple access method using CSMA / CA (Carrier Sense Multiple Multiple Access / Collision Aviodance) in a wireless section used in the IEEE802.11a system.
FIG. 2 is a diagram showing a format of a data frame in IEEE 802.11a.
FIG. 3 is a diagram showing a format of an ACK frame.
FIG. 4 is a diagram for explaining a multiple access method using TDMA / TDD (Time \ Division \ Multiple \ Access / Time \ Division \ Duplex).
FIG. 5 is a diagram schematically showing a format of a data frame used in a wireless network according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a data frame used in a wireless network according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating various ranges used when a base station (a ranging signal transmitting terminal) measures a distance to another terminal.
FIG. 8 is an overall sequence of a distance measurement between a base station (a ranging signal transmitting terminal) and another terminal.
FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which mutual connection relations are communicated and application processing is switched based on relative distance ranks with a plurality of base stations.
FIG. 10 is a diagram illustrating a state where a two-dimensional position of a terminal is determined by measuring a pseudo distance from three or more base stations when the two-dimensional coordinates of each base station are known.
FIG. 11 is a diagram schematically showing a configuration of a radio base station (ranging signal transmitting terminal) 100 according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram schematically showing a configuration of a wireless terminal (ranging signal receiving terminal) 200 according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram schematically showing a configuration of a radio base station (ranging signal transmitting terminal) 100-2 according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram schematically showing a configuration of a wireless terminal (ranging signal receiving terminal) 200-2 according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
100, 100-2 ... base station
101: control unit, 102: code modulation unit
103: pulse transmission unit, 104: distance measurement signal generation unit
105: reception gate switching unit, 106: pulse reception unit
107: phase difference measurement unit, 108: frame generation unit
109: code demodulation unit, 110: frame reconstruction unit
111: Reference time generation unit, 112: Interface unit
113: transmission / reception switching unit, 114: transmission / reception antenna unit
115 ... PN code generator, 116 ... Correlation processor
200, 200-2 ... terminal
201: control unit, 202: code modulation unit
203: pulse transmission unit, 206: pulse reception unit
208: Frame generation unit, 209: Code modulation unit
210: frame reconstruction unit, 211: reference time generation unit
212: interface unit, 213: reception gate switching unit
214: signal delay unit, 215: switching unit
216: Frame identification unit, 217: Transmission / reception switching unit
218: transmission / reception antenna unit, 219: PN code generation unit

Claims

A wireless communication system in which information is transmitted at a predetermined transmission frame period,
The first terminal transmits a ranging signal to the second terminal, and returns a response signal after a predetermined period has elapsed since the second terminal received the ranging signal, and the first terminal measures the distance. Measuring a distance between the first and second terminals based on a propagation time between the first and second terminals obtained from an elapsed time after transmitting a distance signal;
A wireless communication system, comprising:

A wireless communication device that performs information transmission at a predetermined transmission frame period,
A ranging signal transmitting means for transmitting a ranging signal to a specific terminal in the wireless network;
Response signal receiving means for receiving and processing a response signal from the terminal after a predetermined period has elapsed since transmitting the distance measurement signal,
Distance measuring means for measuring a distance to the terminal based on a propagation time obtained from an elapsed time from sending the distance measurement signal to receiving a response signal from the terminal,
A wireless communication device comprising:

A wireless communication method for transmitting information at a predetermined transmission frame period,
A ranging signal transmitting step of transmitting a ranging signal to a specific terminal in the wireless network;
A response signal receiving step of receiving and processing a response signal from the terminal after a predetermined period has elapsed since the transmission of the distance measurement signal,
A distance measuring step of measuring a distance to the terminal based on a propagation time obtained from an elapsed time from transmitting the distance measurement signal to receiving a response signal from the terminal,
A wireless communication method comprising:

The transmission frame period of the wireless network is provided with a data period for transmitting and receiving transmission data and a distance measurement period for measuring a distance to a transmission partner of information,
Transmitting the ranging signal by the ranging signal transmitting step and receiving the response signal from the terminal by the response signal receiving step by using the ranging period,
The wireless communication method according to claim 3, wherein:

In the ranging signal transmitting step, transmitting a ranging signal composed of a single pulse signal or a plurality of pulse signals,
The wireless communication method according to claim 3, wherein:

In the response signal receiving step, in addition to the round-trip propagation time of the pulse at the propagation speed between the base station and the terminal, the image exclusion time required to mask reflection from an unintended object, and / or on the terminal side After the elapse of the ranging delay time that allows for the delay time caused by the signal processing, open the reception gate for receiving the response signal from the terminal,
The wireless communication method according to claim 3, wherein:

A wireless communication device that performs information transmission at a predetermined transmission frame period,
A ranging signal receiving means for receiving a ranging signal from another terminal in the wireless network;
Response signal transmitting means for transmitting a response signal after a predetermined period has elapsed since the reception of the distance measurement signal,
A wireless communication device comprising:

A wireless communication method for transmitting information at a predetermined transmission frame period,
A ranging signal receiving step of receiving a ranging signal from another terminal in the wireless network;
A response signal transmission step of transmitting a response signal after a predetermined period has elapsed since the reception of the distance measurement signal,
A wireless communication method comprising:

The transmission frame period of the wireless network is provided with a data period for transmitting and receiving transmission data and a distance measurement period for measuring a distance to a transmission partner of information,
Performing a receiving process of the ranging signal by the ranging signal receiving step and a transmitting process of the response signal by the response signal transmitting step by using the ranging period.
The wireless communication method according to claim 8, wherein:

In the response signal transmitting step, transmitting a response signal constituted by a single pulse signal or a plurality of pulse signals,
The wireless communication method according to claim 8, wherein:

In the response signal transmitting step, a response signal composed of a plurality of pulse signals composed of a PN sequence is transmitted,
The wireless communication method according to claim 8, wherein:

In the response signal transmitting step, in addition to the round-trip propagation time of the pulse at the propagation speed between the base station and the terminal, the image rejection time required to mask reflection from an unintended object, and / or on the terminal side After the elapse of the ranging delay time in anticipation of the delay time caused by the signal processing, transmitting a response signal from the terminal,
The wireless communication method according to claim 8, wherein:

A computer program written in a computer-readable format to execute a process for operating as a terminal that transmits information at a predetermined transmission frame period on a computer system,
A ranging signal transmitting step of transmitting a ranging signal to a specific terminal in the wireless network;
A response signal receiving step of receiving and processing a response signal from the terminal after a predetermined period has elapsed since the transmission of the distance measurement signal,
A distance measuring step of measuring a distance to the terminal based on a propagation time obtained from an elapsed time from transmitting the distance measurement signal to receiving a response signal from the terminal,
A computer program comprising:

A computer program written in a computer-readable format to execute a process for performing wireless communication in a wireless network on a computer system,
A ranging signal receiving step of receiving a ranging signal from a base station in a wireless network;
A response signal transmission step of transmitting a response signal after a predetermined period has elapsed since the reception of the distance measurement signal,
A computer program comprising: