到来角推定装置及びその動作方法並びに記録媒体
【課題】曖昧性の問題を効率よく解決することができる到来角推定装置及びその動作方法並びに動作方法を記録した記録媒体を提供する。
【解決手段】到来角推定装置の動作方法であって、受信信号に対するアレイアンテナに含まれたアンテナエレメントにおける位相差を示す第１ステアリングベクトルを算出するステップと、前記第１ステアリングベクトルに基づいて前記受信信号の到来角に対する２つ以上の候補値を導き出すステップと、前記到来角推定装置が所定の回転角だけ回転することに対応する第２ステアリングベクトルを検出するステップと、前記第２ステアリングベクトルと前記所定の回転角とに基づいて選択された前記２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて前記到来角を決定するステップとを有する。
【解決手段】到来角推定装置の動作方法であって、受信信号に対するアレイアンテナに含まれたアンテナエレメントにおける位相差を示す第１ステアリングベクトルを算出するステップと、前記第１ステアリングベクトルに基づいて前記受信信号の到来角に対する２つ以上の候補値を導き出すステップと、前記到来角推定装置が所定の回転角だけ回転することに対応する第２ステアリングベクトルを検出するステップと、前記第２ステアリングベクトルと前記所定の回転角とに基づいて選択された前記２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて前記到来角を決定するステップとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、多重アンテナを用いて入射角または到来角を推定する技術に関し、より詳細には曖昧性（ａｍｂｉｇｕｉｔｙ）の問題を解消することで、より正確に到来角を推定することのできる到来角推定装置及びその動作方法並びに記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、位置情報に基づくサービス（Ｌｏｃａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅ：ＬＢＳ）を提供するためには、ユーザの位置を推定する測位（Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）技術が要求される。測位技術は位置を推定する方式によって三角測量方式、近接（ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ）方式、フィンガープリント（ｆｉｎｇｅｒ−ｐｒｉｎｔ）方式があり、用いられる媒体によってセルラーシステムの基地局を用いる方式及びＧＰＳ衛星システムを用いる方式がある。
【０００３】
三角測量方式は、距離を用いる方式及び角度を用いる方式に区別され得る。距離を用いる方式は少なくとも３つの基準点から送信された信号のＴＯＡ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）又はＴＤＯＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）などを用いて受信地点の位置を算出する。また、角度を用いる方式は、少なくとも２つの基準点から送信された信号の到来角（Ａｎｇｌｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ：ＡｏＡ）又は入射角を用いて受信地点の位置を算出する。
【０００４】
到来角又は入射角を推定する方法は、指向性アンテナを用いる方法及びアレイアンテナを用いる方法に分類されうる。指向性アンテナを用いる方法は、固定された指向性放射パターンを順次回転しながら受信信号の入射角又は到来角をスキャニングする。また、アレイアンテナを用いる方法は、アレイアンテナに含まれたアンテナエレメントそれぞれにおける受信信号に基づいて入射角又は到来角を推定する。
しかしながら、アレイアンテナを用いる方法においては、曖昧性（ａｍｂｉｇｕｉｔｙ）が生じうるという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は上記従来のアレイアンテナを用いる方法における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、曖昧性の問題を効率よく解決することができる到来角推定装置及びその動作方法並びに動作方法を記録した記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明による到来角推定装置の動作方法は、到来角推定装置の動作方法であって、受信信号に対するアレイアンテナに含まれたアンテナエレメントにおける位相差を示す第１ステアリングベクトルを算出するステップと、前記第１ステアリングベクトルに基づいて前記受信信号の到来角に対する２つ以上の候補値を導き出すステップと、前記到来角推定装置が所定の回転角だけ回転することに対応する第２ステアリングベクトルを検出するステップと、前記第２ステアリングベクトルと前記所定の回転角とに基づいて選択された前記２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて前記到来角を決定するステップとを有することを特徴とする。
【０００７】
前記到来角を決定するステップは、前記第２ステアリングベクトルに対する複数の候補に関する情報を予め格納するメモリを用いて前記到来角を決定するステップであることが好ましい。
前記第２ステアリングベクトルの候補に関する情報は、前記到来角に対する前記２つ以上の候補値それぞれに対して、前記所定の回転角に対応する前記第２ステアリングベクトルの候補に関する情報を含むことが好ましい。
前記到来角推定装置の回転角を測定するステップをさらに有することが好ましい。
前記到来角を決定するステップは、前記第２ステアリングベクトルに対する前記候補のうち前記第２ステアリングベクトルと最も類似する１つの候補を抽出するステップと、前記第２ステアリングベクトルと前記最も類似する１つの候補を用いて前記到来角を推定するステップとを含むことが好ましい。
前記アレイアンテナは、全方向性アンテナであるか、前記アンテナエレメント間の間隔が半波長より長いか同一であることが好ましい。
【０００８】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による到来角推定装置の動作方法は、到来角推定装置の動作方法であって、対象装置からの受信信号に対するアレイアンテナに含まれたアンテナエレメントにおける位相差を示す第１ステアリングベクトルを算出するステップと、前記第１ステアリングベクトルに基づいて前記受信信号の到来角に対する２つ以上の候補値を導き出すステップと、前記対象装置が向かう方向と前記到来角推定装置が向かう方向との間の角度が所定の回転角である場合、前記到来角推定装置から前記対象装置への第２ステアリングベクトルに関する情報を前記対象装置から受信するステップと、前記対象装置の前記所定の回転角と前記第２ステアリングベクトルに関する情報とに基づいて選択される前記２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて前記到来角を決定するステップとを有することを特徴とする。
【０００９】
前記到来角を決定するステップは、前記対象装置の回転と前記到来角推定装置の回転との間の双対性（ｄｕａｌｉｔｙ）に基づいて前記到来角を決定するステップであることが好ましい。
前記到来角を決定するステップは、前記所定の回転角に対応する前記到来角推定装置の仮想回転角を認識するステップと、前記到来角推定装置が前記仮想回転角だけ仮想に回転することに対応する前記第２ステアリングベクトルに対する複数の候補の内から前記第２ステアリングベクトルと最も類似する１つの候補を抽出するステップと、前記第２ステアリングベクトルと最も類似する前記１つの候補を用いて前記到来角を推定するステップとを含むことが好ましい。
前記第２ステアリングベクトルの複数の候補は、予めメモリに格納されていることが好ましい。
【００１０】
上記目的を達成するためになされた本発明によるコンピュータで読み出し可能な記録媒体は、到来角推定装置の動作方法を行うためのプログラムが記録されていることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するためになされた本発明による到来角推定装置は、到来角推定装置であって、対象装置から前記到来角推定装置への第１ステアリングベクトルを算出し、前記到来角推定装置が第１回転角だけ回転することに対応する第２ステアリングベクトルを算出するために受信信号に対するアレイアンテナに含まれたアンテナエレメントにおける位相差を算出する位相差算出器と、前記第１ステアリングベクトルに基づいて前記受信信号の到来角に対する２つ以上の候補値を導き出す候補値導出器と、前記第２ステアリングベクトルと前記第１回転角に基づいて選択された前記２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて前記到来角を決定する到来角決定器とを有することを特徴とする。
【００１２】
前記到来角推定装置の回転角を測定するセンサをさらに有することが好ましい。
前記到来角推定装置が向かう方向と前記対象装置が向かう方向との間の角度が第２回転角である場合、前記到来角推定装置から前記対象装置への第３ステアリングベクトルに関する情報を前記対象装置から受信する情報受信部をさらに有し、前記到来角決定器は、前記第２回転角と前記第３ステアリングベクトルに関する情報とに基づいて選択される前記２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて前記到来角を決定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る到来角推定装置及びその動作方法並びに記録媒体によれば、到来角推定装置の回転に応答して第２ステアリングベクトルを検出し、その第２ステアリングベクトルを用いて到来角を推定することによって、曖昧性の問題を効率よく解決することができるという効果がある。
また、曖昧性の問題が発生しなくても第２ステアリングベクトルを用いることによって、より正確に到来角を推定することができるという効果がある。
また、到来角推定装置が回転できない場合にも対象装置の回転を用いて曖昧性の問題を効率よく解決することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】受信信号に対するアレイアンテナのアンテナエレメントにおける位相差を示す図である。
【図２】アンテナエレメント間の間隔が一波長であるユニフォーム線形アレイアンテナシステムに対して受信信号の入射角が０°、９０°、１８０°、２７０°の場合に受信信号のビームパターンを示す図である。
【図３】アンテナエレメント間の間隔が一波長であるユニフォーム線形アレイアンテナシステムに対して、受信信号の入射角が０°であり回転角が２０°である場合の受信信号のビームパターンと、受信信号の入射角が９０°であり回転角が２０°である場合の受信信号のビームパターンを示す図である。
【図４】アンテナエレメント間の間隔が一波長であるユニフォーム線形アレイアンテナシステムに対して、受信信号の入射角が１８０°であり回転角が２０°である場合の受信信号のビームパターンと、受信信号の入射角が２７０°であり回転角が２０°である場合の受信信号のビームパターンを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る到来角推定装置の動作方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】対象装置が回転する場合、到来角推定装置および対象装置の関係を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る到来角推定装置の動作方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態に係る到来角推定装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明に係る到来角推定装置及びその動作方法を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、受信信号に対するアレイアンテナのアンテナエレメントにおける位相差を示す図である。
図１を参照すると、通信装置に設けられたアレイアンテナは３つのアンテナエレメントＡｎｔ１、Ａｎｔ２、Ａｎｔ３を含む。
【００１７】
このとき、ウェーブベクトルが
である平面波（ｐｌａｎｅ ｗａｖｅ）がアレイアンテナに所定の入射角θとして入る場合、アンテナエレメントの位置に応じて受信信号に対するアンテナエレメントは所定の位相差を有する。一般に、入射角（または到来角）θを推定するために第１ステアリングベクトル
が用いられ、第１ステアリングベクトル
はアンテナエレメントの間の位相差に基づいた以下の数式１のように定義される。
【００１８】
【数１】
ここで、
はｍ番目のアンテナエレメントの位置を示すベクトルであり、Ｎはアンテナエレメントの数である。
【００１９】
入射角θを推定するためには互いに異なる入射角それぞれに対応するステアリングベクトルが互いに区別されるようにアレイアンテナを設けなければならない。
すなわち、入射角θ１およびθ２が互いに異なる場合、θ１に対応するステアリングベクトル
とθ２に対応するステアリングベクトル
が互いに異なるようにアレイアンテナを設けなければならない。
【００２０】
しかし、アレイアンテナを計画的に設けていない場合、入射角θ１およびθ２に対して同一のステアリングベクトルが生成され得るが、これを入射角の曖昧性の問題という。
曖昧性の問題が発生する場合に入射角になり得る様々な候補が発生し、このような候補のうちいずれか１つを実際の入射角に推定することは困難である。
【００２１】
また、ユニフォーム線形アレイ（ｕｎｉｆｏｒｍ ｌｉｎｅａｒ ａｒｒａｙ）アンテナにおいて、アンテナエレメント間の間隔は全てｄとして同一であり、第１ステアリングベクトルは下記の数式２のように表される。
【００２２】
【数２】
ここで、λは波長である。
【００２３】
このとき、ユニフォーム線形アレイアンテナも曖昧性の問題を有することがあり、その曖昧性の問題は下記の数式３のように表される。
【数３】
【００２４】
ユニフォーム線形アレイアンテナで入射角を推定する場合、アンテナエレメントが平行に立ち並んでいる方向を基準にして前面と後面の同一の角度（＋θと−θ）に入ってくる信号に対して同一のステアリングベクトルが形成される。すなわち、
が成り立つ。また、アンテナエレメント間の間隔（ｄ）が半波長以上である場合、２つの互いに異なる角度に対して同一のステアリングベクトルが生成されることから、曖昧性の問題が発生する。
【００２５】
したがって、このような曖昧性の問題を克服するためにアンテナエレメント間の間隔を半波長以下に維持したり、指向性アンテナを用いることが提案される。ただしアレイアンテナを用いる場合、空間ダイバシティなどを用いて効率を向上させるためにはアンテナエレメント間の間隔を一波長以上に維持する方が好ましく、指向性アンテナでなく全方向性（ｏｍｎｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）アンテナを用いる方が好ましい。
【００２６】
従って、全方向性アンテナを用いてアンテナエレメント間の間隔を一波長以上に維持できるけれども、曖昧性の問題を解決する技術が必要である。
以下で詳細に説明するが、本発明の実施形態は互いに異なる入射角に対して同一のステアリングベクトルが生成された場合、対象装置又は到来角推定装置を所定の回転角だけ回転して第２ステアリングベクトルを把握した後、その第２ステアリングベクトルを用いることによって、曖昧性の問題を解決すると同時に所望する入射角を正確に推定することができる。
【００２７】
図２は、アンテナエレメント間の間隔が一波長であるユニフォーム線形アレイアンテナシステムに対して、受信信号の入射角が０°、９０°、１８０°、２７０°である場合の受信信号のビームパターンを示す図である。
【００２８】
図２に示すように、受信信号の入射角が０°、９０°、１８０°、２７０°である場合には、１つの同一のビームパターンが形成される。すなわち、互いに異なる４個の入射角が存在しても１つのビームパターンが形成され、これは互いに異なる４個の入射角に対するステアリングベクトルが全て同一であることを意味する。
【００２９】
図２に示すビームパターンに対応する１つのステアリングベクトルから導き出されることができる入射角は０°、９０°、１８０°、２７０°になるため、到来角推定装置はいかなる入射角で信号が受信されているかを判断することはできない。
しかしながら、本発明の実施形態では、所定の回転角Δθだけ、到来角推定装置を回転した後、第２ステアリングベクトルを把握して第２ステアリングベクトルに基づいて最初の入射角が０°、９０°、１８０°、２７０°のうちいずれかであるかを判断することができる。
【００３０】
図３は、アンテナエレメント間の間隔が一波長であるユニフォーム線形アレイアンテナシステムに対して、受信信号の入射角が０°であり、回転角が２０°である場合の受信信号のビームパターンと、受信信号の入射角が９０°であり回転角が２０°である場合の受信信号のビームパターンを示す図である。
【００３１】
図２及び図３に示すように、受信信号の入射角が０°であり到来角推定装置が２０°だけ回転した場合、図２に示すビームパターンは図３の“３１０”に記載されたビームパターンのように変化する。
また、受信信号の入射角が９０°であり、到来角推定装置が２０°だけ回転した場合、図２に示すビームパターンは図３の“３２０”に記載されたビームパターンのように変化する。
【００３２】
到来角推定装置を２０°だけ回転した後に現れるビームパターン（または第２ステアリングベクトル）を参照することにより、最初の入射角が０°、９０°のいずれであるかを判断する。もし、到来角推定装置を２０°だけ回転した後に現れるビームパターン（または第２ステアリングベクトル）が図３の“３１０”と類似していれば、最初の入射角は約０°であると推定され、図３の“３２０”と類似していれば、最初の入射角は約９０°であると推定してもよい。
【００３３】
図４は、アンテナエレメント間の間隔が一波長であるユニフォーム線形アレイアンテナシステムに対して、受信信号の入射角が１８０°であり回転角が２０°である場合の受信信号のビームパターンと、受信信号の入射角が２７０°であり回転角が２０°である場合の受信信号のビームパターンを示す図である。
【００３４】
図２及び図４を参照すると、受信信号の入射角が１８０°であり到来角推定装置が２０°だけ回転した場合、図２に示すビームパターンは図４の“４１０”に記載されたビームパターンのように変化する。
また、受信信号の入射角が２７０°であり到来角推定装置が２０°だけ回転した場合、図２に示すビームパターンは図４の“４２０”に記載されたビームパターンのように変化する。
【００３５】
到来角推定装置を２０°だけ回転した後に現れるビームパターン（または第２ステアリングベクトル）を参照することにより、最初の入射角が１８０°、２７０°のいずれかであるかを判断することができる。もし、到来角推定装置を２０°だけ回転した後に現れるビームパターン（または第２ステアリングベクトル）が図４に示す“４１０”と類似していれば、最初の入射角は約１８０°であると推定してもよく、図４に示す“４２０”と類似していれば、最初の入射角は約２７０°であると推定してもよい。
【００３６】
従って、本発明の実施形態では、到来角推定装置を所定の回転角だけ回転した後に現れるビームパターン又は第２ステアリングベクトルの候補を予めメモリに格納しておき、実際のビームパターン又は実際の第２ステアリングベクトルがどの候補と類似するかをチェックすることによって、最初の入射角を判断することができる。
【００３７】
図５は、本発明の一実施形態に係る到来角推定装置の動作方法を説明するための動作フローチャートである。
図５に示すように、本発明の一実施形態に係る到来角推定装置は、アレイアンテナを用いて受信信号に対するアンテナエレメント間の位相差を算出し、第１ステアリングベクトルを算出する（ステップＳ５１０）。
【００３８】
次に、曖昧性の問題に起因する第１ステアリングベクトルに対応する入射角の候補値は複数存在し、到来角推定装置はその中から２つ以上の候補値を導き出す（ステップＳ５２０）。
【００３９】
次に、到来角推定装置は、予め設けられたセンサ（例えば、磁力計（ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ））を用いて到来角推定装置の回転角を測定する（ステップＳ５３０）。
【００４０】
次に、到来角推定装置は、測定された回転角に対応する第２ステアリングベクトルを検出する（ステップＳ５４０）。
【００４１】
次に、到来角推定装置は、第２ステアリングベクトルの候補の内から第２ステアリングベクトルと最も類似する候補を抽出する（ステップＳ５５０）。
このとき、測定された回転角に対する第２ステアリングベクトルの候補は予めメモリに格納されている。
【００４２】
次に、到来角推定装置は、抽出された候補に基づいて到来角を推定する（ステップＳ５６０）。
例えば、抽出された候補が到来角５０°に対応する場合、到来角推定装置は、到来角を５０°と推定する。
【００４３】
到来角推定装置が常に回転できるものではない。例えば、到来角推定装置が無線ＬＡＮの固定ＡＰに設けられた場合、到来角推定装置が回転することは難しいこともある。
このとき、本発明の実施形態は、到来角推定装置を回転する代りに、対象装置（すなわち、信号を送信する装置）が向かう方向に相当する対象装置の回転角を用いて到来角を推定してもよい。これに対しては下記で詳細に説明する。
【００４４】
図６は、対象装置が回転している場合の、到来角推定装置及び対象装置の関係を示す図である。
図６に示すように、対象装置６２０から到来角推定装置６１０に入射角θの信号が入る。
【００４５】
そして、対象装置６２０が向かっている方向（Ｂ方向）は到来角推定装置６１０が向かっている方向（Ａ方向）から回転角αだけ回転している。すなわち、対象装置６２０が向かう方向と到来角推定装置６１０が向かう方向との間の角度は、回転角αとして表現される。
【００４６】
このとき、対象装置６２０で推定された到来角推定装置６１０からの信号に対する入射角は、双対性によって「π＋θ＋α」となる。すなわち、対象装置６２０が到来角推定装置６１０からの信号に対する入射角を推定することは、到来角推定装置６１０が「π＋α」だけ回転した後、対象装置６２０からの信号に対する入射角の推定と同じであると見なされる。
【００４７】
したがって、本発明の実施形態によれば、対象装置６２０と到来角推定装置６１０とは互いに情報を交換することによって、曖昧性の問題を克服しながら対象装置６２０から到来角推定装置６１０への信号に対する入射角を推定することができる。それだけではなく、本発明の実施形態によれば、より正確に対象装置６２０から到来角推定装置６１０への信号に対する入射角を推定することができる。
【００４８】
上述した内容を整理すれば、下記の数式４が導き出される。
【数４】
【００４９】
図７は、本発明の他の実施形態に係る到来角推定装置の動作方法を説明するためのフローチャートである。
図７に示すように、到来角推定装置は、対象装置からの受信信号に対するアレイアンテナに含まれたアンテナエレメントにおける位相差を示す第１ステアリングベクトルを算出する（ステップＳ７１０）。
【００５０】
次に、到来角推定装置は第１ステアリングベクトルに基づいて到来角に対する２つ以上の候補値を導き出す（ステップＳ７２０）。このとき、曖昧性の問題によって第１ステアリングベクトルだけを用いては対象装置からの受信信号の到来角を検出することができない。
【００５１】
次に、到来角推定装置は、到来角推定装置が向かう方向と対象装置が向かう方向との間の角度が「所定の回転角」である場合、到来角推定装置は、到来角推定装置から対象装置への第２ステアリングベクトルに関する情報を対象装置から受信する（ステップＳ７３０）。
【００５２】
ここで、第２ステアリングベクトルに関する情報は、対象装置の回転角に関する情報、第２ステアリングベクトルに対応するビームパターンに関する情報などを含んでもよい。
【００５３】
次に、到来角推定装置は、第２ステアリングベクトルに関する情報に基づいて対象装置の回転角を認識する（ステップＳ７４０）。
ここで、対象装置の回転角は、到来角推定装置が向かう方向と対象装置が向かう方向との間の角度を意味する。
【００５４】
次に、到来角推定装置は、対象装置の回転角に対応する到来角推定装置の仮想の回転角を認識する（ステップＳ７５０）。
すなわち、到来角推定装置は双対性を用いて仮想の回転角を認識することができる。
【００５５】
次に、到来角推定装置は、到来角推定装置が仮想の回転角だけ回転した場合に生成される第２ステアリングベクトルの候補の内から実際の第２ステアリングベクトルと類似する候補を抽出する（ステップＳ７６０）。
ここで、２つのベクトルが互いに類似するということは、２つのベクトルに対応するビームパターンが互いに類似することと等価的な意味である。
【００５６】
そして、到来角推定装置は、第２ステアリングベクトルと最も類似する１つの候補を用いて到来角を推定する（ステップＳ７７０）。
【００５７】
図８は、本発明の一実施形態に係る到来角推定装置を示すブロック図である。
図８に示すように、本発明の一実施形態に係る到来角推定装置は、ＭＩＭＯ受信器８１０、位相差算出器８２０、候補値導出器８３０、到来角決定器８４０、情報受信部８５０、センサ８６０、及びメモリ８７０を含む。
【００５８】
ＭＩＭＯ受信器８１０は、アンテナエレメントから受信した信号を結合する。結合された信号は情報受信部８５０に提供される。
【００５９】
位相差算出器８２０は、受信信号に対するアレイアンテナに含まれたアンテナエレメントにおける位相差を算出する。このような位相差に基づいて第１ステアリングベクトルが定義される。
【００６０】
候補値導出器８３０は、第１ステアリングベクトルに基づいて受信信号の到来角に対する２つ以上の候補値を導き出す。
【００６１】
また、位相差算出器８２０は、到来角推定装置が所定の回転角だけ回転することに対応する第２ステアリングベクトルを検出するために位相差を算出する。
【００６２】
到来角決定器８４０は、第２ステアリングベクトルと到来角推定装置の回転角とに基づいて選択された２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて到来角を決定する。ここで、到来角推定装置の回転角は、センサ８６０によって測定される。
【００６３】
メモリ８７０は、第２ステアリングベクトルの複数の候補を格納し、到来角決定機８４０は、メモリ８７０に格納された候補の内の１つの候補を用いて到来角を決定する。
【００６４】
情報受信部８５０は、アンテナエレメントで受信されて結合された信号を用いて対象装置によって提供された情報を認識する。例えば、到来角推定装置から対象装置への方向が第２回転角だけ回転している場合（すなわち、到来角推定装置が向かう方向と対象装置が向かう方向との間の角度が第２回転角である場合）、情報受信部８５０は、到来角推定装置から対象装置への第３ステアリングベクトルに関する情報を対象装置から受信する。
このとき、到来角決定器８４０は、第２回転角と第３ステアリングベクトルに関する情報とに基づいて選択された２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて到来角を決定する。
【００６５】
図８に示す到来角推定装置に対しては、図１〜図７に基づいて説明された内容がそのまま適用されてもよいため、より詳細な説明は省略する。
【００６６】
上述した到来角推定装置の動作方法は、多様なコンピュータ手段を介して実行することができるプログラム命令形態に具現され、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録されることができる。
コンピュータ読取可能な記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組み合わせて含んでもよい。記録媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知であり使用可能なものであってもよい。
コンピュータ読取可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気−光媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。
プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行され得る高級言語コードを含む。上述のハードウェア装置は、本発明の動作を行うために１つ以上のソフトウェア階層で作動するように構成され、その逆も同様である。
【００６７】
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【００６８】
６１０ 到来角推定装置
６２０ 対象装置
８１０ ＭＩＭＯ受信器
８２０ 位相差算出器
８３０ 候補値導出器
８４０ 到来角決定器
８５０ 情報受信部
８６０ センサ
８７０ メモリ
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、多重アンテナを用いて入射角または到来角を推定する技術に関し、より詳細には曖昧性（ａｍｂｉｇｕｉｔｙ）の問題を解消することで、より正確に到来角を推定することのできる到来角推定装置及びその動作方法並びに記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、位置情報に基づくサービス（Ｌｏｃａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅ：ＬＢＳ）を提供するためには、ユーザの位置を推定する測位（Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）技術が要求される。測位技術は位置を推定する方式によって三角測量方式、近接（ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ）方式、フィンガープリント（ｆｉｎｇｅｒ−ｐｒｉｎｔ）方式があり、用いられる媒体によってセルラーシステムの基地局を用いる方式及びＧＰＳ衛星システムを用いる方式がある。
【０００３】
三角測量方式は、距離を用いる方式及び角度を用いる方式に区別され得る。距離を用いる方式は少なくとも３つの基準点から送信された信号のＴＯＡ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）又はＴＤＯＡ（Ｔｉｍｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）などを用いて受信地点の位置を算出する。また、角度を用いる方式は、少なくとも２つの基準点から送信された信号の到来角（Ａｎｇｌｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ：ＡｏＡ）又は入射角を用いて受信地点の位置を算出する。
【０００４】
到来角又は入射角を推定する方法は、指向性アンテナを用いる方法及びアレイアンテナを用いる方法に分類されうる。指向性アンテナを用いる方法は、固定された指向性放射パターンを順次回転しながら受信信号の入射角又は到来角をスキャニングする。また、アレイアンテナを用いる方法は、アレイアンテナに含まれたアンテナエレメントそれぞれにおける受信信号に基づいて入射角又は到来角を推定する。
しかしながら、アレイアンテナを用いる方法においては、曖昧性（ａｍｂｉｇｕｉｔｙ）が生じうるという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は上記従来のアレイアンテナを用いる方法における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、曖昧性の問題を効率よく解決することができる到来角推定装置及びその動作方法並びに動作方法を記録した記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明による到来角推定装置の動作方法は、到来角推定装置の動作方法であって、受信信号に対するアレイアンテナに含まれたアンテナエレメントにおける位相差を示す第１ステアリングベクトルを算出するステップと、前記第１ステアリングベクトルに基づいて前記受信信号の到来角に対する２つ以上の候補値を導き出すステップと、前記到来角推定装置が所定の回転角だけ回転することに対応する第２ステアリングベクトルを検出するステップと、前記第２ステアリングベクトルと前記所定の回転角とに基づいて選択された前記２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて前記到来角を決定するステップとを有することを特徴とする。
【０００７】
前記到来角を決定するステップは、前記第２ステアリングベクトルに対する複数の候補に関する情報を予め格納するメモリを用いて前記到来角を決定するステップであることが好ましい。
前記第２ステアリングベクトルの候補に関する情報は、前記到来角に対する前記２つ以上の候補値それぞれに対して、前記所定の回転角に対応する前記第２ステアリングベクトルの候補に関する情報を含むことが好ましい。
前記到来角推定装置の回転角を測定するステップをさらに有することが好ましい。
前記到来角を決定するステップは、前記第２ステアリングベクトルに対する前記候補のうち前記第２ステアリングベクトルと最も類似する１つの候補を抽出するステップと、前記第２ステアリングベクトルと前記最も類似する１つの候補を用いて前記到来角を推定するステップとを含むことが好ましい。
前記アレイアンテナは、全方向性アンテナであるか、前記アンテナエレメント間の間隔が半波長より長いか同一であることが好ましい。
【０００８】
また、上記目的を達成するためになされた本発明による到来角推定装置の動作方法は、到来角推定装置の動作方法であって、対象装置からの受信信号に対するアレイアンテナに含まれたアンテナエレメントにおける位相差を示す第１ステアリングベクトルを算出するステップと、前記第１ステアリングベクトルに基づいて前記受信信号の到来角に対する２つ以上の候補値を導き出すステップと、前記対象装置が向かう方向と前記到来角推定装置が向かう方向との間の角度が所定の回転角である場合、前記到来角推定装置から前記対象装置への第２ステアリングベクトルに関する情報を前記対象装置から受信するステップと、前記対象装置の前記所定の回転角と前記第２ステアリングベクトルに関する情報とに基づいて選択される前記２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて前記到来角を決定するステップとを有することを特徴とする。
【０００９】
前記到来角を決定するステップは、前記対象装置の回転と前記到来角推定装置の回転との間の双対性（ｄｕａｌｉｔｙ）に基づいて前記到来角を決定するステップであることが好ましい。
前記到来角を決定するステップは、前記所定の回転角に対応する前記到来角推定装置の仮想回転角を認識するステップと、前記到来角推定装置が前記仮想回転角だけ仮想に回転することに対応する前記第２ステアリングベクトルに対する複数の候補の内から前記第２ステアリングベクトルと最も類似する１つの候補を抽出するステップと、前記第２ステアリングベクトルと最も類似する前記１つの候補を用いて前記到来角を推定するステップとを含むことが好ましい。
前記第２ステアリングベクトルの複数の候補は、予めメモリに格納されていることが好ましい。
【００１０】
上記目的を達成するためになされた本発明によるコンピュータで読み出し可能な記録媒体は、到来角推定装置の動作方法を行うためのプログラムが記録されていることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するためになされた本発明による到来角推定装置は、到来角推定装置であって、対象装置から前記到来角推定装置への第１ステアリングベクトルを算出し、前記到来角推定装置が第１回転角だけ回転することに対応する第２ステアリングベクトルを算出するために受信信号に対するアレイアンテナに含まれたアンテナエレメントにおける位相差を算出する位相差算出器と、前記第１ステアリングベクトルに基づいて前記受信信号の到来角に対する２つ以上の候補値を導き出す候補値導出器と、前記第２ステアリングベクトルと前記第１回転角に基づいて選択された前記２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて前記到来角を決定する到来角決定器とを有することを特徴とする。
【００１２】
前記到来角推定装置の回転角を測定するセンサをさらに有することが好ましい。
前記到来角推定装置が向かう方向と前記対象装置が向かう方向との間の角度が第２回転角である場合、前記到来角推定装置から前記対象装置への第３ステアリングベクトルに関する情報を前記対象装置から受信する情報受信部をさらに有し、前記到来角決定器は、前記第２回転角と前記第３ステアリングベクトルに関する情報とに基づいて選択される前記２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて前記到来角を決定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る到来角推定装置及びその動作方法並びに記録媒体によれば、到来角推定装置の回転に応答して第２ステアリングベクトルを検出し、その第２ステアリングベクトルを用いて到来角を推定することによって、曖昧性の問題を効率よく解決することができるという効果がある。
また、曖昧性の問題が発生しなくても第２ステアリングベクトルを用いることによって、より正確に到来角を推定することができるという効果がある。
また、到来角推定装置が回転できない場合にも対象装置の回転を用いて曖昧性の問題を効率よく解決することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】受信信号に対するアレイアンテナのアンテナエレメントにおける位相差を示す図である。
【図２】アンテナエレメント間の間隔が一波長であるユニフォーム線形アレイアンテナシステムに対して受信信号の入射角が０°、９０°、１８０°、２７０°の場合に受信信号のビームパターンを示す図である。
【図３】アンテナエレメント間の間隔が一波長であるユニフォーム線形アレイアンテナシステムに対して、受信信号の入射角が０°であり回転角が２０°である場合の受信信号のビームパターンと、受信信号の入射角が９０°であり回転角が２０°である場合の受信信号のビームパターンを示す図である。
【図４】アンテナエレメント間の間隔が一波長であるユニフォーム線形アレイアンテナシステムに対して、受信信号の入射角が１８０°であり回転角が２０°である場合の受信信号のビームパターンと、受信信号の入射角が２７０°であり回転角が２０°である場合の受信信号のビームパターンを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る到来角推定装置の動作方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】対象装置が回転する場合、到来角推定装置および対象装置の関係を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る到来角推定装置の動作方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態に係る到来角推定装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明に係る到来角推定装置及びその動作方法を実施するための形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、受信信号に対するアレイアンテナのアンテナエレメントにおける位相差を示す図である。
図１を参照すると、通信装置に設けられたアレイアンテナは３つのアンテナエレメントＡｎｔ１、Ａｎｔ２、Ａｎｔ３を含む。
【００１７】
このとき、ウェーブベクトルが
である平面波（ｐｌａｎｅ ｗａｖｅ）がアレイアンテナに所定の入射角θとして入る場合、アンテナエレメントの位置に応じて受信信号に対するアンテナエレメントは所定の位相差を有する。一般に、入射角（または到来角）θを推定するために第１ステアリングベクトル
が用いられ、第１ステアリングベクトル
はアンテナエレメントの間の位相差に基づいた以下の数式１のように定義される。
【００１８】
【数１】
ここで、
はｍ番目のアンテナエレメントの位置を示すベクトルであり、Ｎはアンテナエレメントの数である。
【００１９】
入射角θを推定するためには互いに異なる入射角それぞれに対応するステアリングベクトルが互いに区別されるようにアレイアンテナを設けなければならない。
すなわち、入射角θ１およびθ２が互いに異なる場合、θ１に対応するステアリングベクトル
とθ２に対応するステアリングベクトル
が互いに異なるようにアレイアンテナを設けなければならない。
【００２０】
しかし、アレイアンテナを計画的に設けていない場合、入射角θ１およびθ２に対して同一のステアリングベクトルが生成され得るが、これを入射角の曖昧性の問題という。
曖昧性の問題が発生する場合に入射角になり得る様々な候補が発生し、このような候補のうちいずれか１つを実際の入射角に推定することは困難である。
【００２１】
また、ユニフォーム線形アレイ（ｕｎｉｆｏｒｍ ｌｉｎｅａｒ ａｒｒａｙ）アンテナにおいて、アンテナエレメント間の間隔は全てｄとして同一であり、第１ステアリングベクトルは下記の数式２のように表される。
【００２２】
【数２】
ここで、λは波長である。
【００２３】
このとき、ユニフォーム線形アレイアンテナも曖昧性の問題を有することがあり、その曖昧性の問題は下記の数式３のように表される。
【数３】
【００２４】
ユニフォーム線形アレイアンテナで入射角を推定する場合、アンテナエレメントが平行に立ち並んでいる方向を基準にして前面と後面の同一の角度（＋θと−θ）に入ってくる信号に対して同一のステアリングベクトルが形成される。すなわち、
が成り立つ。また、アンテナエレメント間の間隔（ｄ）が半波長以上である場合、２つの互いに異なる角度に対して同一のステアリングベクトルが生成されることから、曖昧性の問題が発生する。
【００２５】
したがって、このような曖昧性の問題を克服するためにアンテナエレメント間の間隔を半波長以下に維持したり、指向性アンテナを用いることが提案される。ただしアレイアンテナを用いる場合、空間ダイバシティなどを用いて効率を向上させるためにはアンテナエレメント間の間隔を一波長以上に維持する方が好ましく、指向性アンテナでなく全方向性（ｏｍｎｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）アンテナを用いる方が好ましい。
【００２６】
従って、全方向性アンテナを用いてアンテナエレメント間の間隔を一波長以上に維持できるけれども、曖昧性の問題を解決する技術が必要である。
以下で詳細に説明するが、本発明の実施形態は互いに異なる入射角に対して同一のステアリングベクトルが生成された場合、対象装置又は到来角推定装置を所定の回転角だけ回転して第２ステアリングベクトルを把握した後、その第２ステアリングベクトルを用いることによって、曖昧性の問題を解決すると同時に所望する入射角を正確に推定することができる。
【００２７】
図２は、アンテナエレメント間の間隔が一波長であるユニフォーム線形アレイアンテナシステムに対して、受信信号の入射角が０°、９０°、１８０°、２７０°である場合の受信信号のビームパターンを示す図である。
【００２８】
図２に示すように、受信信号の入射角が０°、９０°、１８０°、２７０°である場合には、１つの同一のビームパターンが形成される。すなわち、互いに異なる４個の入射角が存在しても１つのビームパターンが形成され、これは互いに異なる４個の入射角に対するステアリングベクトルが全て同一であることを意味する。
【００２９】
図２に示すビームパターンに対応する１つのステアリングベクトルから導き出されることができる入射角は０°、９０°、１８０°、２７０°になるため、到来角推定装置はいかなる入射角で信号が受信されているかを判断することはできない。
しかしながら、本発明の実施形態では、所定の回転角Δθだけ、到来角推定装置を回転した後、第２ステアリングベクトルを把握して第２ステアリングベクトルに基づいて最初の入射角が０°、９０°、１８０°、２７０°のうちいずれかであるかを判断することができる。
【００３０】
図３は、アンテナエレメント間の間隔が一波長であるユニフォーム線形アレイアンテナシステムに対して、受信信号の入射角が０°であり、回転角が２０°である場合の受信信号のビームパターンと、受信信号の入射角が９０°であり回転角が２０°である場合の受信信号のビームパターンを示す図である。
【００３１】
図２及び図３に示すように、受信信号の入射角が０°であり到来角推定装置が２０°だけ回転した場合、図２に示すビームパターンは図３の“３１０”に記載されたビームパターンのように変化する。
また、受信信号の入射角が９０°であり、到来角推定装置が２０°だけ回転した場合、図２に示すビームパターンは図３の“３２０”に記載されたビームパターンのように変化する。
【００３２】
到来角推定装置を２０°だけ回転した後に現れるビームパターン（または第２ステアリングベクトル）を参照することにより、最初の入射角が０°、９０°のいずれであるかを判断する。もし、到来角推定装置を２０°だけ回転した後に現れるビームパターン（または第２ステアリングベクトル）が図３の“３１０”と類似していれば、最初の入射角は約０°であると推定され、図３の“３２０”と類似していれば、最初の入射角は約９０°であると推定してもよい。
【００３３】
図４は、アンテナエレメント間の間隔が一波長であるユニフォーム線形アレイアンテナシステムに対して、受信信号の入射角が１８０°であり回転角が２０°である場合の受信信号のビームパターンと、受信信号の入射角が２７０°であり回転角が２０°である場合の受信信号のビームパターンを示す図である。
【００３４】
図２及び図４を参照すると、受信信号の入射角が１８０°であり到来角推定装置が２０°だけ回転した場合、図２に示すビームパターンは図４の“４１０”に記載されたビームパターンのように変化する。
また、受信信号の入射角が２７０°であり到来角推定装置が２０°だけ回転した場合、図２に示すビームパターンは図４の“４２０”に記載されたビームパターンのように変化する。
【００３５】
到来角推定装置を２０°だけ回転した後に現れるビームパターン（または第２ステアリングベクトル）を参照することにより、最初の入射角が１８０°、２７０°のいずれかであるかを判断することができる。もし、到来角推定装置を２０°だけ回転した後に現れるビームパターン（または第２ステアリングベクトル）が図４に示す“４１０”と類似していれば、最初の入射角は約１８０°であると推定してもよく、図４に示す“４２０”と類似していれば、最初の入射角は約２７０°であると推定してもよい。
【００３６】
従って、本発明の実施形態では、到来角推定装置を所定の回転角だけ回転した後に現れるビームパターン又は第２ステアリングベクトルの候補を予めメモリに格納しておき、実際のビームパターン又は実際の第２ステアリングベクトルがどの候補と類似するかをチェックすることによって、最初の入射角を判断することができる。
【００３７】
図５は、本発明の一実施形態に係る到来角推定装置の動作方法を説明するための動作フローチャートである。
図５に示すように、本発明の一実施形態に係る到来角推定装置は、アレイアンテナを用いて受信信号に対するアンテナエレメント間の位相差を算出し、第１ステアリングベクトルを算出する（ステップＳ５１０）。
【００３８】
次に、曖昧性の問題に起因する第１ステアリングベクトルに対応する入射角の候補値は複数存在し、到来角推定装置はその中から２つ以上の候補値を導き出す（ステップＳ５２０）。
【００３９】
次に、到来角推定装置は、予め設けられたセンサ（例えば、磁力計（ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ））を用いて到来角推定装置の回転角を測定する（ステップＳ５３０）。
【００４０】
次に、到来角推定装置は、測定された回転角に対応する第２ステアリングベクトルを検出する（ステップＳ５４０）。
【００４１】
次に、到来角推定装置は、第２ステアリングベクトルの候補の内から第２ステアリングベクトルと最も類似する候補を抽出する（ステップＳ５５０）。
このとき、測定された回転角に対する第２ステアリングベクトルの候補は予めメモリに格納されている。
【００４２】
次に、到来角推定装置は、抽出された候補に基づいて到来角を推定する（ステップＳ５６０）。
例えば、抽出された候補が到来角５０°に対応する場合、到来角推定装置は、到来角を５０°と推定する。
【００４３】
到来角推定装置が常に回転できるものではない。例えば、到来角推定装置が無線ＬＡＮの固定ＡＰに設けられた場合、到来角推定装置が回転することは難しいこともある。
このとき、本発明の実施形態は、到来角推定装置を回転する代りに、対象装置（すなわち、信号を送信する装置）が向かう方向に相当する対象装置の回転角を用いて到来角を推定してもよい。これに対しては下記で詳細に説明する。
【００４４】
図６は、対象装置が回転している場合の、到来角推定装置及び対象装置の関係を示す図である。
図６に示すように、対象装置６２０から到来角推定装置６１０に入射角θの信号が入る。
【００４５】
そして、対象装置６２０が向かっている方向（Ｂ方向）は到来角推定装置６１０が向かっている方向（Ａ方向）から回転角αだけ回転している。すなわち、対象装置６２０が向かう方向と到来角推定装置６１０が向かう方向との間の角度は、回転角αとして表現される。
【００４６】
このとき、対象装置６２０で推定された到来角推定装置６１０からの信号に対する入射角は、双対性によって「π＋θ＋α」となる。すなわち、対象装置６２０が到来角推定装置６１０からの信号に対する入射角を推定することは、到来角推定装置６１０が「π＋α」だけ回転した後、対象装置６２０からの信号に対する入射角の推定と同じであると見なされる。
【００４７】
したがって、本発明の実施形態によれば、対象装置６２０と到来角推定装置６１０とは互いに情報を交換することによって、曖昧性の問題を克服しながら対象装置６２０から到来角推定装置６１０への信号に対する入射角を推定することができる。それだけではなく、本発明の実施形態によれば、より正確に対象装置６２０から到来角推定装置６１０への信号に対する入射角を推定することができる。
【００４８】
上述した内容を整理すれば、下記の数式４が導き出される。
【数４】
【００４９】
図７は、本発明の他の実施形態に係る到来角推定装置の動作方法を説明するためのフローチャートである。
図７に示すように、到来角推定装置は、対象装置からの受信信号に対するアレイアンテナに含まれたアンテナエレメントにおける位相差を示す第１ステアリングベクトルを算出する（ステップＳ７１０）。
【００５０】
次に、到来角推定装置は第１ステアリングベクトルに基づいて到来角に対する２つ以上の候補値を導き出す（ステップＳ７２０）。このとき、曖昧性の問題によって第１ステアリングベクトルだけを用いては対象装置からの受信信号の到来角を検出することができない。
【００５１】
次に、到来角推定装置は、到来角推定装置が向かう方向と対象装置が向かう方向との間の角度が「所定の回転角」である場合、到来角推定装置は、到来角推定装置から対象装置への第２ステアリングベクトルに関する情報を対象装置から受信する（ステップＳ７３０）。
【００５２】
ここで、第２ステアリングベクトルに関する情報は、対象装置の回転角に関する情報、第２ステアリングベクトルに対応するビームパターンに関する情報などを含んでもよい。
【００５３】
次に、到来角推定装置は、第２ステアリングベクトルに関する情報に基づいて対象装置の回転角を認識する（ステップＳ７４０）。
ここで、対象装置の回転角は、到来角推定装置が向かう方向と対象装置が向かう方向との間の角度を意味する。
【００５４】
次に、到来角推定装置は、対象装置の回転角に対応する到来角推定装置の仮想の回転角を認識する（ステップＳ７５０）。
すなわち、到来角推定装置は双対性を用いて仮想の回転角を認識することができる。
【００５５】
次に、到来角推定装置は、到来角推定装置が仮想の回転角だけ回転した場合に生成される第２ステアリングベクトルの候補の内から実際の第２ステアリングベクトルと類似する候補を抽出する（ステップＳ７６０）。
ここで、２つのベクトルが互いに類似するということは、２つのベクトルに対応するビームパターンが互いに類似することと等価的な意味である。
【００５６】
そして、到来角推定装置は、第２ステアリングベクトルと最も類似する１つの候補を用いて到来角を推定する（ステップＳ７７０）。
【００５７】
図８は、本発明の一実施形態に係る到来角推定装置を示すブロック図である。
図８に示すように、本発明の一実施形態に係る到来角推定装置は、ＭＩＭＯ受信器８１０、位相差算出器８２０、候補値導出器８３０、到来角決定器８４０、情報受信部８５０、センサ８６０、及びメモリ８７０を含む。
【００５８】
ＭＩＭＯ受信器８１０は、アンテナエレメントから受信した信号を結合する。結合された信号は情報受信部８５０に提供される。
【００５９】
位相差算出器８２０は、受信信号に対するアレイアンテナに含まれたアンテナエレメントにおける位相差を算出する。このような位相差に基づいて第１ステアリングベクトルが定義される。
【００６０】
候補値導出器８３０は、第１ステアリングベクトルに基づいて受信信号の到来角に対する２つ以上の候補値を導き出す。
【００６１】
また、位相差算出器８２０は、到来角推定装置が所定の回転角だけ回転することに対応する第２ステアリングベクトルを検出するために位相差を算出する。
【００６２】
到来角決定器８４０は、第２ステアリングベクトルと到来角推定装置の回転角とに基づいて選択された２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて到来角を決定する。ここで、到来角推定装置の回転角は、センサ８６０によって測定される。
【００６３】
メモリ８７０は、第２ステアリングベクトルの複数の候補を格納し、到来角決定機８４０は、メモリ８７０に格納された候補の内の１つの候補を用いて到来角を決定する。
【００６４】
情報受信部８５０は、アンテナエレメントで受信されて結合された信号を用いて対象装置によって提供された情報を認識する。例えば、到来角推定装置から対象装置への方向が第２回転角だけ回転している場合（すなわち、到来角推定装置が向かう方向と対象装置が向かう方向との間の角度が第２回転角である場合）、情報受信部８５０は、到来角推定装置から対象装置への第３ステアリングベクトルに関する情報を対象装置から受信する。
このとき、到来角決定器８４０は、第２回転角と第３ステアリングベクトルに関する情報とに基づいて選択された２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて到来角を決定する。
【００６５】
図８に示す到来角推定装置に対しては、図１〜図７に基づいて説明された内容がそのまま適用されてもよいため、より詳細な説明は省略する。
【００６６】
上述した到来角推定装置の動作方法は、多様なコンピュータ手段を介して実行することができるプログラム命令形態に具現され、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録されることができる。
コンピュータ読取可能な記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独又は組み合わせて含んでもよい。記録媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知であり使用可能なものであってもよい。
コンピュータ読取可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気−光媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。
プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行され得る高級言語コードを含む。上述のハードウェア装置は、本発明の動作を行うために１つ以上のソフトウェア階層で作動するように構成され、その逆も同様である。
【００６７】
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【００６８】
６１０ 到来角推定装置
６２０ 対象装置
８１０ ＭＩＭＯ受信器
８２０ 位相差算出器
８３０ 候補値導出器
８４０ 到来角決定器
８５０ 情報受信部
８６０ センサ
８７０ メモリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
到来角推定装置の動作方法であって、
受信信号に対するアレイアンテナに含まれたアンテナエレメントにおける位相差を示す第１ステアリングベクトルを算出するステップと、
前記第１ステアリングベクトルに基づいて前記受信信号の到来角に対する２つ以上の候補値を導き出すステップと、
前記到来角推定装置が所定の回転角だけ回転することに対応する第２ステアリングベクトルを検出するステップと、
前記第２ステアリングベクトルと前記所定の回転角とに基づいて選択された前記２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて前記到来角を決定するステップとを有することを特徴とする到来角推定装置の動作方法。
【請求項２】
前記到来角を決定するステップは、前記第２ステアリングベクトルに対する複数の候補に関する情報を予め格納するメモリを用いて前記到来角を決定するステップであることを特徴とする請求項１に記載の到来角推定装置の動作方法。
【請求項３】
前記第２ステアリングベクトルの候補に関する情報は、前記到来角に対する前記２つ以上の候補値それぞれに対して、前記所定の回転角に対応する前記第２ステアリングベクトルの候補に関する情報を含むことを特徴とする請求項２に記載の到来角推定装置の動作方法。
【請求項４】
前記到来角推定装置の回転角を測定するステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の到来角推定装置の動作方法。
【請求項５】
前記到来角を決定するステップは、前記第２ステアリングベクトルに対する前記候補のうち前記第２ステアリングベクトルと最も類似する１つの候補を抽出するステップと、
前記第２ステアリングベクトルと前記最も類似する１つの候補を用いて前記到来角を推定するステップとを含むことを特徴とする請求項２に記載の到来角推定装置の動作方法。
【請求項６】
前記アレイアンテナは、全方向性アンテナであるか、前記アンテナエレメント間の間隔が半波長より長いか同一であることを特徴とする請求項１に記載の到来角推定装置の動作方法。
【請求項７】
到来角推定装置の動作方法であって、
対象装置からの受信信号に対するアレイアンテナに含まれたアンテナエレメントにおける位相差を示す第１ステアリングベクトルを算出するステップと、
前記第１ステアリングベクトルに基づいて前記受信信号の到来角に対する２つ以上の候補値を導き出すステップと、
前記対象装置が向かう方向と前記到来角推定装置が向かう方向との間の角度が所定の回転角である場合、前記到来角推定装置から前記対象装置への第２ステアリングベクトルに関する情報を前記対象装置から受信するステップと、
前記対象装置の前記所定の回転角と前記第２ステアリングベクトルに関する情報とに基づいて選択される前記２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて前記到来角を決定するステップとを有することを特徴とする到来角推定装置の動作方法。
【請求項８】
前記到来角を決定するステップは、前記対象装置の回転と前記到来角推定装置の回転との間の双対性（ｄｕａｌｉｔｙ）に基づいて前記到来角を決定するステップであることを特徴とする請求項７に記載の到来角推定装置の動作方法。
【請求項９】
前記到来角を決定するステップは、前記所定の回転角に対応する前記到来角推定装置の仮想回転角を認識するステップと、
前記到来角推定装置が前記仮想回転角だけ仮想に回転することに対応する前記第２ステアリングベクトルに対する複数の候補の内から前記第２ステアリングベクトルと最も類似する１つの候補を抽出するステップと、
前記第２ステアリングベクトルと最も類似する前記１つの候補を用いて前記到来角を推定するステップとを含むことを特徴とする請求項７に記載の到来角推定装置の動作方法。
【請求項１０】
前記第２ステアリングベクトルの複数の候補は、予めメモリに格納されていることを特徴とする請求項９に記載の到来角推定装置の動作方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の到来角推定装置の動作方法を行うためのプログラムが記録されていることを特徴とするコンピュータで読み出し可能な記録媒体。
【請求項１２】
到来角推定装置であって、
対象装置から前記到来角推定装置への第１ステアリングベクトルを算出し、前記到来角推定装置が第１回転角だけ回転することに対応する第２ステアリングベクトルを算出するために受信信号に対するアレイアンテナに含まれたアンテナエレメントにおける位相差を算出する位相差算出器と、
前記第１ステアリングベクトルに基づいて前記受信信号の到来角に対する２つ以上の候補値を導き出す候補値導出器と、
前記第２ステアリングベクトルと前記第１回転角に基づいて選択された前記２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて前記到来角を決定する到来角決定器とを有することを特徴とする到来角推定装置。
【請求項１３】
前記到来角推定装置の回転角を測定するセンサをさらに有することを特徴とする請求項１２に記載の到来角測定装置。
【請求項１４】
前記到来角推定装置が向かう方向と前記対象装置が向かう方向との間の角度が第２回転角である場合、前記到来角推定装置から前記対象装置への第３ステアリングベクトルに関する情報を前記対象装置から受信する情報受信部をさらに有し、
前記到来角決定器は、前記第２回転角と前記第３ステアリングベクトルに関する情報とに基づいて選択される前記２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて前記到来角を決定することを特徴とする請求項１２に記載の到来角推定装置。
【請求項１】
到来角推定装置の動作方法であって、
受信信号に対するアレイアンテナに含まれたアンテナエレメントにおける位相差を示す第１ステアリングベクトルを算出するステップと、
前記第１ステアリングベクトルに基づいて前記受信信号の到来角に対する２つ以上の候補値を導き出すステップと、
前記到来角推定装置が所定の回転角だけ回転することに対応する第２ステアリングベクトルを検出するステップと、
前記第２ステアリングベクトルと前記所定の回転角とに基づいて選択された前記２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて前記到来角を決定するステップとを有することを特徴とする到来角推定装置の動作方法。
【請求項２】
前記到来角を決定するステップは、前記第２ステアリングベクトルに対する複数の候補に関する情報を予め格納するメモリを用いて前記到来角を決定するステップであることを特徴とする請求項１に記載の到来角推定装置の動作方法。
【請求項３】
前記第２ステアリングベクトルの候補に関する情報は、前記到来角に対する前記２つ以上の候補値それぞれに対して、前記所定の回転角に対応する前記第２ステアリングベクトルの候補に関する情報を含むことを特徴とする請求項２に記載の到来角推定装置の動作方法。
【請求項４】
前記到来角推定装置の回転角を測定するステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の到来角推定装置の動作方法。
【請求項５】
前記到来角を決定するステップは、前記第２ステアリングベクトルに対する前記候補のうち前記第２ステアリングベクトルと最も類似する１つの候補を抽出するステップと、
前記第２ステアリングベクトルと前記最も類似する１つの候補を用いて前記到来角を推定するステップとを含むことを特徴とする請求項２に記載の到来角推定装置の動作方法。
【請求項６】
前記アレイアンテナは、全方向性アンテナであるか、前記アンテナエレメント間の間隔が半波長より長いか同一であることを特徴とする請求項１に記載の到来角推定装置の動作方法。
【請求項７】
到来角推定装置の動作方法であって、
対象装置からの受信信号に対するアレイアンテナに含まれたアンテナエレメントにおける位相差を示す第１ステアリングベクトルを算出するステップと、
前記第１ステアリングベクトルに基づいて前記受信信号の到来角に対する２つ以上の候補値を導き出すステップと、
前記対象装置が向かう方向と前記到来角推定装置が向かう方向との間の角度が所定の回転角である場合、前記到来角推定装置から前記対象装置への第２ステアリングベクトルに関する情報を前記対象装置から受信するステップと、
前記対象装置の前記所定の回転角と前記第２ステアリングベクトルに関する情報とに基づいて選択される前記２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて前記到来角を決定するステップとを有することを特徴とする到来角推定装置の動作方法。
【請求項８】
前記到来角を決定するステップは、前記対象装置の回転と前記到来角推定装置の回転との間の双対性（ｄｕａｌｉｔｙ）に基づいて前記到来角を決定するステップであることを特徴とする請求項７に記載の到来角推定装置の動作方法。
【請求項９】
前記到来角を決定するステップは、前記所定の回転角に対応する前記到来角推定装置の仮想回転角を認識するステップと、
前記到来角推定装置が前記仮想回転角だけ仮想に回転することに対応する前記第２ステアリングベクトルに対する複数の候補の内から前記第２ステアリングベクトルと最も類似する１つの候補を抽出するステップと、
前記第２ステアリングベクトルと最も類似する前記１つの候補を用いて前記到来角を推定するステップとを含むことを特徴とする請求項７に記載の到来角推定装置の動作方法。
【請求項１０】
前記第２ステアリングベクトルの複数の候補は、予めメモリに格納されていることを特徴とする請求項９に記載の到来角推定装置の動作方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の到来角推定装置の動作方法を行うためのプログラムが記録されていることを特徴とするコンピュータで読み出し可能な記録媒体。
【請求項１２】
到来角推定装置であって、
対象装置から前記到来角推定装置への第１ステアリングベクトルを算出し、前記到来角推定装置が第１回転角だけ回転することに対応する第２ステアリングベクトルを算出するために受信信号に対するアレイアンテナに含まれたアンテナエレメントにおける位相差を算出する位相差算出器と、
前記第１ステアリングベクトルに基づいて前記受信信号の到来角に対する２つ以上の候補値を導き出す候補値導出器と、
前記第２ステアリングベクトルと前記第１回転角に基づいて選択された前記２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて前記到来角を決定する到来角決定器とを有することを特徴とする到来角推定装置。
【請求項１３】
前記到来角推定装置の回転角を測定するセンサをさらに有することを特徴とする請求項１２に記載の到来角測定装置。
【請求項１４】
前記到来角推定装置が向かう方向と前記対象装置が向かう方向との間の角度が第２回転角である場合、前記到来角推定装置から前記対象装置への第３ステアリングベクトルに関する情報を前記対象装置から受信する情報受信部をさらに有し、
前記到来角決定器は、前記第２回転角と前記第３ステアリングベクトルに関する情報とに基づいて選択される前記２つ以上の候補値の内の１つの候補値を用いて前記到来角を決定することを特徴とする請求項１２に記載の到来角推定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１６９８９５（Ｐ２０１１−１６９８９５Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７１８２（Ｐ２０１１−２７１８２）
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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