無線端末装置、無線基地局装置、無線測距システム、及び、無線測距方法
【課題】アクティブ方式、セミパッシブ方式を問わず、ＵＷＢリーダとＵＷＢタグ間の測距精度を向上すること。
【解決手段】タイミング制御部３４０は、基地局２００から送信されたパルス信号の受信タイミング、及び、受信パルス信号を受信してから、当該受信パルス信号の検波信号に応じて生成される送信パルス信号を送信するまでに要する回路遅延時間の代表値に基づいて、基地局２００から送信されたパルス信号の検波信号に応じて生成された再放射パルス、及び、再放射パルスの検波信号に応じて生成された再々放射パルスを、送信増幅器３５０が増幅するようなオンオフ制御する制御信号を、送信増幅器３５０に出力する。
【解決手段】タイミング制御部３４０は、基地局２００から送信されたパルス信号の受信タイミング、及び、受信パルス信号を受信してから、当該受信パルス信号の検波信号に応じて生成される送信パルス信号を送信するまでに要する回路遅延時間の代表値に基づいて、基地局２００から送信されたパルス信号の検波信号に応じて生成された再放射パルス、及び、再放射パルスの検波信号に応じて生成された再々放射パルスを、送信増幅器３５０が増幅するようなオンオフ制御する制御信号を、送信増幅器３５０に出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）パルス信号を用いて測距を行う無線端末装置、無線基地局装置、無線測距システム、及び、無線測距方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速無線伝送技術の一つとして、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）通信方式がある。ＵＷＢ通信方式は、所定の周期タイミングに同期したパルス信号からなるパルス信号列を用いて、超広帯域な通信を行う技術である。ＵＷＢ通信の一例として、搬送波を用いず、パルス幅が例えば１ナノ秒以下等の極めて細かいパルス信号からなるパルス信号列を用いる方法が知られている。このようなＵＷＢパルスを用いた場合、伝送パルス幅が極めて細いため、マルチパス伝搬環境においても、正確な測距が行えることが広く知られている。
【０００３】
例えば、無線基地局装置（以下「基地局」と略記する）であるＵＷＢリーダから無線端末装置（以下「端末」と略記する）であるＵＷＢタグへとＵＷＢパルス信号が送られ、ＵＷＢタグで一度ＵＷＢパルス信号が受信された後、ＵＷＢタグからＵＷＢリーダにＵＷＢパルス信号が再送信される。そして、その往復時間を測定することにより、ＵＷＢリーダとＵＷＢタグとの離間距離を測定することが出来る。
【０００４】
ＵＷＢ低伝送レートの物理層規定を行う一規格であるIEEE802.15.4a（低レートＵＷＢ規格）には、双方向測距ＴＷＲ（Two-Way-Ranging）技術が開示されている（非特許文献１参照）。非特許文献１には、基地局と端末間の水晶振動子の周波数差による測距精度と、その改善方法の具体例が示されている。
【０００５】
また、特許文献１には、基地局から送信されたプリアンブルを、端末が受信した後、端末のクロックで再放射し、基地局でその持続時間を測定することにより、送信側のクロックと受信側のクロックとの差を測定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２１２４２０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】IEEE Std 802.15.4a-2007,August 2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記に示した先行技術においては、ＵＷＢタグが通信機器と同様にタグ内での同期復調を行い、その後にリーダに送信信号を返送するアクティブ方式を採用することを前提とする場合、ＵＷＢタグ内の遅延時間が、水晶等のように高精度で管理されることが必須となる。すなわち、例えば３０ｃｍの精度を確保するためには、ＵＷＢタグ内の基準クロックを１ＧＨｚといった高い周波数のタイミングで管理する必要がある。ただし、ＵＷＢタグ動作クロックが上昇するのに伴い、消費電力が増大し、ＵＷＢタグの電池寿命が短くなるという課題を有する。
【０００９】
一方、タグ内でＵＷＢ信号を単に増幅して、または、増幅後、包絡線検波してＵＷＢパルスを再放射するセミパッシブ方式は、ＵＷＢタグの消費電力を抑制すると言う観点から有利で有る。しかし、パッシブ方式では、ＵＷＢタグ内に同期クロックを持たないため、ＵＷＢタグ内の回路遅延時間の変動の管理が困難となるという課題を有する。
【００１０】
回路遅延は、ＵＷＢタグの各部の配線長や、各部の回路により信号が遅延することにより生じる。例えば、ＵＷＢタグが、受信増幅器として低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amp）を備え、ＵＷＢタグの送受信回路として検波器、コンパレータ及び発振器を備え、送信増幅器として電力増幅器（ＰＡ：Power Amp）を備える場合、各部において、数十ナノ秒程度の遅延時間が生じる。この回路遅延時間は、一般に、ＵＷＢタグの受信端から入力信号を入力し、送信端から出力される出力信号をあらかじめネットワークアナライザ等で測定することができ、測定により得られた回路遅延時間を、補正値としてＵＷＢタグに記録しておくことも可能である。
【００１１】
しかしながら、実際には、回路遅延時間は、ＵＷＢタグの構成回路の固体差による遅延時間差や、ＵＷＢの広帯域特性に対して温度変化により変動するため、予め測定されたデータを補正値に用いた場合、回路遅延時間に誤差が生じ、結果として測距誤差が生じる。上述したように、回路遅延時間の絶対値は数十ナノ秒程度存在するため、例えば、回路遅延時間に対する誤差が１０パーセント存在する場合には、誤差は数ナノ秒程度となる。そして、数ナノ程度の誤差は、３０ｃｍ以上の距離測定誤差となり、リーダ、タグ間の電波伝搬時間の測定誤差に比較して無視できない大きさとなる。
【００１２】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、アクティブ方式、セミパッシブ方式を問わず、ＵＷＢリーダとＵＷＢタグ間の測距精度を向上することができる無線端末装置、無線基地局装置、無線測距システム、及び、無線測距方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の無線端末装置は、パルス信号を用いて無線基地局装置と無線端末装置との離間距離を測定する無線測距システムにおける前記無線端末装置であって、受信アンテナと、受信パルス信号を検波し検波信号を出力する検波手段と、前記検波信号に応じて、送信パルス信号を生成する生成手段と、前記送信パルス信号を増幅する増幅手段と、増幅された前記送信パルス信号を送信する送信アンテナと、前記受信パルス信号を受信してから、当該受信パルス信号の前記検波信号に応じて生成される前記送信パルス信号を送信するまでに要する前記無線端末装置の回路遅延時間の代表値に基づいて、前記無線基地局装置から送信されるパルス信号の前記検波信号に応じて生成された再放射パルス信号、及び、前記再放射パルス信号の前記検波信号に応じて生成された再々放射パルス信号を増幅するように、前記増幅手段をオンオフ制御する制御信号を、前記増幅手段に出力するタイミング制御手段と、を具備する構成を採る。
【００１４】
本発明の無線基地局装置は、パルス信号を用いて無線基地局装置と無線端末装置との離間距離を測定する無線測距システムにおける前記無線基地局装置であって、パルス信号を送信する送信手段と、送信した前記パルス信号が、前記無線端末装置で再放射された再放射パルス信号と、前記再放射パルス信号が前記無線端末装置で再々放射された再々放射パルス信号と、を受信する受信手段と、前記再放射パルス信号の受信タイミングと前記再々放射パルス信号の受信タイミングとの時間差から、前記無線端末装置の回路遅延時間を測定する測定手段と、を具備する構成を採る。
【００１５】
本発明の無線測距システムは、パルス信号を用いて無線基地局装置と無線端末装置との離間距離を測定する無線測距システムであって、前記無線基地局装置は、パルス信号を送信する送信手段と、送信した前記パルス信号が、前記無線端末装置で再放射された再放射パルス信号と、前記再放射パルス信号が前記無線端末装置で再々放射された再々放射パルス信号と、を受信する受信手段と、前記再放射パルス信号と前記再々放射パルス信号との受信タイミングの時間差から、前記無線端末装置の回路遅延時間を測定する測定手段と、を具備し、前記無線端末装置は、受信アンテナと、受信パルス信号を検波し検波信号を出力する検波手段と、前記検波信号に応じて、送信パルス信号を生成する生成手段と、前記送信パルス信号を増幅する増幅手段と、増幅された前記送信パルス信号を送信する送信アンテナと、前記受信パルス信号を受信してから、当該受信パルス信号の前記検波信号に応じて生成される前記送信パルス信号を送信するまでに要する前記無線端末装置の回路遅延時間の代表値に基づいて、前記無線基地局装置から送信されるパルス信号の前記検波信号に応じて生成された再放射パルス信号、及び、前記再放射パルス信号の前記検波信号に応じて生成された再々放射パルス信号を増幅するように、前記増幅手段をオンオフ制御する制御信号を、前記増幅手段に出力するタイミング制御手段と、を具備する構成を採る。
【００１６】
本発明の無線測距方法は、パルス信号を用いて無線基地局装置と無線端末装置との離間距離を測定する無線測距方法であって、前記無線基地局装置は、パルス信号を送信し、前記無線端末装置は、受信パルス信号を検波し検波信号を出力し、前記無線基地局装置から送信されたパルス信号の前記検波信号に応じて生成された再放射パルス信号、及び、前記再放射パルス信号の前記検波信号に応じて生成された再々放射パルス信号を増幅し、増幅された前記送信パルス信号を送信し、前記無線基地局装置は、前記再放射パルス信号及び前記再々放射パルス信号を受信し、前記再放射パルス信号の受信タイミングと、前記再々放射パルス信号の受信タイミングとの時間差から、前記無線端末装置の回路遅延時間を測定するとともに、送信した前記パルス信号の送信タイミングと、前記再放射パルス信号との受信タイミングとの時間差から、前記無線端末装置の回路遅延時間を含む電波の往復時間を測定し、前記往復時間と、前記無線端末装置の回路内遅延時間とに基づいて、前記離間距離を算出するようにした。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、アクティブ方式、セミパッシブ方式を問わず、ＵＷＢリーダとＵＷＢタグ間の測距精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無線測距システムの概略図
【図２】リーダ送信パルス、及び、リーダ送信パルスに対応する再放射パルス及び再々放射パルスを示す図
【図３】実施の形態１に係る基地局の構成を示すブロック図
【図４】実施の形態１に係る端末の構成を示すブロック図
【図５】実施の形態１におけるオンオフ制御信号を説明するための図
【図６】本発明の実施の形態２に係る基地局の構成を示すブロック図
【図７】実施の形態２に係る端末の構成を示すブロック図
【図８】実施の形態２におけるオンオフ制御信号を説明するための図
【図９】本発明の実施の形態３に係る基地局の構成を示すブロック図
【図１０】本発明の実施の形態４に係る端末の構成を示すブロック図
【図１１】実施の形態４に係る基地局の構成を示すブロック図
【図１２】基地局と端末との間で送受信されるパルス系列の一例を示す図
【図１３】本発明の実施の形態５に係る基地局の構成を示すブロック図
【図１４】実施の形態５に係る端末の構成を示すブロック図
【図１５】基地局と端末との間で送受信されるパルス系列の一例を示す図
【図１６】本発明の実施の形態６に係る無線測距システムにおける基地局、端末、及び、反射物の配置の一例を示す図
【図１７】端末の送受信パルス信号及び基地局の受信パルス信号を示す図
【図１８】端末の送信パルス信号及び基地局の受信パルス信号を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
[無線測距システムの概要]
図１は、本発明の実施の形態に係る無線測距システムを示す図である。図１において、無線測距システムは、リーダと、リーダによって、リーダとの距離が測定されるタグとを有する。以下では、説明を簡単にするために、無線測距システムがタグを１つ有する場合を例に説明するが、タグの数は１つに限定されない。
【００２１】
リーダは、タグまでの離間距離を測定する。具体的には、本実施の形態では、リーダは、タグ内の回路遅延時間と、タグまでの空間伝搬時間（タグ内の回路遅延時間を含む）とを測定し、回路遅延時間を除去した空間伝搬時間から離間距離を算出する。回路遅延時間及び空間伝搬時間の測定には、インパルス方式のウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）無線信号が用いられる。
【００２２】
以下、本実施の形態に係る無線測距システムの概要について説明する。
【００２３】
リーダは、まず、ＵＷＢパルスを送信する。
【００２４】
タグは、このＵＷＢパルスを受信アンテナで受信し、受信ＵＷＢパルスに応じた応答ＵＷＢパルスを送信する。セミパッシブ方式が適用される場合には、受信ＵＷＢパルスは、タグにおいて増幅され、または、増幅後に包絡線検波される。そして、増幅、または、増幅後に包絡線検波されて、再びＵＷＢパルスが発生される。そして、発生されたＵＷＢパルスは再放射（再送信）されて、応答ＵＷＢパルスとして送信される。以下、受信ＵＷＢパルスが再放射された応答ＵＷＢパルスを、再放射パルスという。
【００２５】
更に、タグは、この再放射パルスを、自装置の受信アンテナで受信し、受信した再放射パルスに応じた応答ＵＷＢパルスを送信する。セミパッシブ方式が適用される場合には、受信した再放射パルスは、タグにおいて増幅または増幅後に包絡線検波されて、再びＵＷＢパルスが発生される。そして、発生されたＵＷＢパルスは再放射されて、応答ＵＷＢパルスとして送信される。以下、再放射パルスが自装置により反射又は再放射された応答ＵＷＢパルスを、再々放射パルスという。
【００２６】
リーダは、タグから送信された再放射パルス及び再々放射パルスを受信する。リーダは、送信したＵＷＢパルスの送信タイミング及び再放射パルスの受信タイミングから、タグまでの空間伝搬時間を測定する。なお、この空間伝搬時間には、タグ内の回路遅延時間が含まれている。ここで、タグ内の回路遅延時間とは、タグがＵＷＢパルスを受信してから、当該ＵＷＢパルスに応じた応答ＵＷＢパルスを送信するまでに要する時間である。リーダは、再放射パルス及び再々放射パルスの受信タイミングから、タグ内の回路遅延時間を測定する。
【００２７】
以下、図２を用いて、空間伝搬時間及び回路遅延時間の測定方法について説明する。
【００２８】
図２は、リーダから送信されるＵＷＢパルス（以下「リーダ送信パルス」という）、及び、リーダ送信パルスに対応する再放射パルス及び再々放射パルスを示す図である。図２において、縦軸は信号電力を表し、横軸は時間を表す。
【００２９】
リーダから送出されるリーダ送信パルス１０１は、リーダとタグとの離間距離を伝搬する電波の空間伝搬時間ＴＬ経過後、タグに到達する。図２において、タグ受信パルス１０２は、タグに到達したリーダ送信パルス１０１を示す。タグは、受信アンテナにおいて、タグ受信パルス１０２を受信する。タグ受信パルス１０２は、上述したように、タグの内部回路を経由して、タグの送信アンテナからリーダに対し、タグ再放射パルス１０３として送信される。
【００３０】
ここで、タグ受信パルス１０２がタグに受信されてから、タグ再放射パルス１０３として送信されるまでの回路遅延時間をＴＣとする。
【００３１】
タグ再放射パルス１０３は、タグの送信アンテナから放射された後、その一部の電力が、タグの受信アンテナに入射する。そして、タグの回路遅延時間ＴＣを経た後、タグ再放射パルス１０３は、タグの送信アンテナからタグ再々放射パルス１０４として放射される。
【００３２】
タグから送出されるタグ再放射パルス１０３及びタグ再々放射パルス１０４は、リーダとタグとの離間距離を伝搬する電波の空間伝搬時間ＴＬ経過後、タグに到達する。リーダ受信パルス１０５，１０６は、リーダに到達したタグ再放射パルス１０３及びタグ再々放射パルス１０４を示す。リーダは、受信アンテナにおいて、リーダ受信パルス１０５，１０６を受信する。
【００３３】
リーダは、リーダ送信パルス１０１の送信タイミング、及び、リーダ受信パルス１０５，１０６の受信タイミングから、以下の時間を観測することができる。
【００３４】
（ａ）リーダ送信パルス１０１の先頭時間Ｔ１から、リーダ受信パルス１０５の先頭時間Ｔ５までの時間差（Ｔ５−Ｔ１＝ＴＬ＋ＴＣ＋ＴＬ）
（ｂ）タグ再放射パルス１０３に対するリーダ受信パルス１０５の先頭時間Ｔ５から、タグ再々放射パルス１０４に対するリーダ受信パルス１０６の先頭時間Ｔ６までの時間差（Ｔ６−Ｔ５＝ＴＣ）
【００３５】
ここで、タグの送信アンテナとタグの受信アンテナとの距離は、タグの形状から想定されるように、タグの回路遅延時間に比較して無視し得る程度に小さい。したがって、回路遅延時間は上記で述べた、リーダ受信パルス１０５の受信タイミングとリーダ受信パルス１０６の受信タイミングとの時間差ＴＣとなる。
【００３６】
リーダは、（ａ）及び（ｂ）の２つの観測時間から、（（ＴＬ＋ＴＣ＋ＴＬ）−ＴＣ）／２＝ＴＬより、タグ内の回路遅延時間ＴＣを含まない、リーダとタグ間の空間伝搬時間ＴＬを測定することができる。このようにして、タグは、再放射パルス及び再々放射パルスを送信し、リーダは、再放射パルス及び再々放射パルスの到来時刻（受信タイミング）を観測する。これにより、リーダは、タグ内での回路遅延時間を測定することができ、この結果、回路遅延時間を含まない空間伝搬時間を測定することができる。空間伝搬時間が分かれば、空間伝搬時間に空間伝搬速度を乗算することにより、リーダは、リーダとタグとの離間距離を求めることができる。
【００３７】
このようにして、本実施の形態では、タグ内の回路遅延時間を除去した、リーダとタグ間の実際の空間伝搬時間から、リーダとタグ間の実際の離間距離を算出する。以下では、本実施の形態に係る基地局及び端末の構成について説明する。
【００３８】
［基地局の構成］
図３は、本発明の実施の形態に係る無線測距システムの基地局２００の構成を示すブロック図である。基地局２００は、例えば、ＵＷＢ通信を行う読み取り装置（リーダ）である。
【００３９】
図３において、基地局２００は、タイミング信号出力部２０１と、送信パルス発生部２０２と、送信アンテナ２０３と、受信アンテナ２０４と、パルス検出部２０５と、距離算出部２０６とを有する。
【００４０】
タイミング信号出力部２０１は、等時間間隔でクロック信号を生成する。具体的には、タイミング信号出力部２０１は、クロック信号として、長周期クロック信号と、短周期クロック信号との２種類のクロック信号を生成する。長周期クロック信号の周期は、測定範囲に応じて決定される。例えば、測定距離の最大値を１５ｍとすれば、電波の往復伝搬距離は３０ｍとなりこのとき、最大遅延波は１００ナノ秒となる。また、短周期クロック信号の周期は測距分解能に相当し、通常はＵＷＢパルス幅と同等の値に設定する。１ナノ秒は、距離分解能３０ｃｍに相当する。生成されたクロック信号は、送信パルス発生部２０２、パルス検出部２０５及び距離算出部２０６に出力される。
【００４１】
送信パルス発生部２０２は、タイミング信号出力部２０１からの長周期クロック信号に基づいて、パルス信号を発生する。送信パルス発生部２０２は、長周期クロック信号に基づいて励振増幅する増幅回路と、バンドパスフィルタとを含む。増幅回路には、例えば、ステップリカバリダイオードが用いられる。この場合、送信パルス発生部２０２では、ステップリカバリダイオードが、長周期クロック信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジの一方において励振（つまり、エッジショック励振）することにより電流増幅し、得られた信号をバンドパスフィルタが帯域制限する。これにより、１ナノ秒程度のパルス幅（つまり、短周期程度のパルス幅）を持つパルス信号が生成される。このようにパルス信号は長周期クロック信号の周期と同じ周期で生成され、送信パルス信号として送信アンテナ２０３を介して送信される。
【００４２】
パルス検出部２０５は、後述する端末３００から送信される再放射パルス及び再々放射パルスを受信アンテナ２０４を介して受信する。パルス検出部２０５は、再放射パルス及び再々放射パルスを、短周期クロック信号に同期して検波し、得られた検波信号のレベルから、再放射パルス及び再々放射パルスの受信タイミング（到来時間）を取得し、取得した受信タイミングの情報を距離算出部２０６に出力する。
【００４３】
距離算出部２０６は、基地局２００と後述する端末３００との間を電波が実際に伝搬するのに要する空間伝搬時間を算出する。具体的には、距離算出部２０６は、タイミング信号出力部２０１より得られる送信パルスの送信タイミング及び端末３００より到来する再放射パルスと再々放射パルスとの到来時間差より、上述の［無線測距システムの概要］で説明した手順に従って、空間伝搬時間を算出する。そして、距離算出部２０６は、空間伝搬時間に電波の進行速度を乗算することにより、基地局２００と端末３００との間の離間距離を算出する。
【００４４】
［端末の構成］
図４は、本発明の実施の形態に係る無線測距システムの端末３００の構成を示すブロック図である。端末３００は、例えば、ＵＷＢ通信を行うタグである。
【００４５】
図４において、端末３００は、受信アンテナ３１０と、受信増幅器３２０と、タグ送受信回路３３０と、タイミング制御部３４０と、送信増幅器３５０と、送信アンテナ３６０とを有する。
【００４６】
受信増幅器３２０は、受信アンテナ３１０を介して受信した受信パルス信号を増幅し、増幅後の受信パルス信号をタグ送受信回路３３０に出力する。
【００４７】
図４には、タグ送受信回路３３０の内部構成の一例が示されている。図４に示すタグ送受信回路３３０は、セミパッシブ方式を採用した場合の構成例であり、タグ送受信回路３３０は、検波器３３１と、レベル検出部３３２と、コンパレータ３３３と、ＵＷＢパルス発生部３３４とを有する。
【００４８】
検波器３３１は、受信増幅器３２０からの受信パルス信号を検波する。検波器３３１は、例えば、ダイオードとコンデンサとを利用した整流回路により構成され、受信増幅器３２０からの受信パルス信号を包絡線検波する。例えば、受信パルス信号がインパルス方式ＵＷＢのＯＯＫ（ON OFF Keying）変調信号の場合、検波器３３１で得られる検波結果は、１〜２ナノ秒程度のベースバンド信号となる。検波器３３１で得られた検波結果は、レベル検出部３３２に出力される。
【００４９】
レベル検出部３３２は、タイミング制御部３４０からの出力タイミングに応じて、検波器３３１からの検波結果をサンプリングし、ベースバンド信号のレベルを検出する。レベル検出部３３２は、検出したベースバンド信号のレベルの情報をタイミング制御部３４０に出力する。
【００５０】
コンパレータ３３３は、検波器３３１の検波結果を入力とし、比較基準電圧と検波結果との大小比較結果に応じて、２値化されたデジタル信号を生成し、生成したデジタル信号をＵＷＢパルス発生部３３４に出力する。例えば、入力検波結果が比較基準電圧以上の場合には、コンパレータ３３３は、ハイレベル信号を出力する。一方、入力検波結果が比較基準電圧未満の場合には、ローレベル信号を出力する。
【００５１】
ＵＷＢパルス発生部３３４は、端末３００に備えられた電源（図示せぬ）から供給される電力を用いて、コンパレータ３３３からの出力信号に応じた送信パルス信号を生成し、生成した送信パルス信号を送信増幅器３５０に出力する。ＵＷＢパルス発生部３３４としては、ステップリカバリダイオードや、帯域制限された増幅器を用いることができる。
【００５２】
タイミング制御部３４０は、タグ内の回路遅延平均時間から決定される通常ＵＷＢパルス幅の２〜２０倍程度の予め定められた等時間間隔でクロック信号を生成し、クロック信号のタイミングを予め定められた間隔でずらしながら、レベル検出部３３２に出力する。
【００５３】
更に、タイミング制御部３４０は、レベル検出部３３２によって検波されたベースバンド信号のレベルが最大となるタイミング（以下「検出タイミング」という）を検出する。そして、タイミング制御部３４０は、検出タイミングに基づいて、オンオフ制御信号を生成し、生成したオンオフ制御信号を送信増幅器３５０に出力する。オンオフ制御信号の詳細については、後述する。
【００５４】
送信増幅器３５０は、タイミング制御部３４０から出力されるオンオフ制御信号に基づいてオン／オフ動作する。オンオフ制御信号がオン期間中には、送信増幅器３５０は、ＵＷＢパルス発生部３３４から出力される送信パルス信号を増幅する。増幅後の送信パルス信号は、送信アンテナ３６０を介して、基地局２００に送信される。一方、オンオフ制御信号がオフ期間中には、送信増幅器３５０は動作を停止する。従って、オフ期間中の送信増幅器３５０の出力は、無信号となる。
【００５５】
次に、タイミング制御部３４０から出力されるオンオフ制御信号について説明する。図５に、オンオフ制御信号の一例を示す。なお、図５において、図２と共通するパルス信号には共通の符号を付している。
【００５６】
図５において、検出タイミング信号４０１は、タイミング制御部３４０から出力されるクロック信号である。
【００５７】
基地局２００からのＵＷＢパルスは、端末３００の受信増幅器３２０において増幅された結果、検波器３３１において、タイミング制御部３４０から出力されるクロック信号で検出される。
【００５８】
上述したように、タイミング制御部３４０は、レベル検出部３３２におけるレベル検出結果が最大となるように、レベル検出部３３２に出力するクロック信号の出力タイミングを予め定められた間隔でずらしながら、レベル検出部３３２に出力する。
【００５９】
タイミング制御部３４０から出力されるクロック信号とタグ受信パルス１０２が到着する時刻とがずれるような場合には、レベル検出部３３２は、タグ受信パルス１０２が存在しないタイミングでレベル検出するので、レベル検出結果は、０または雑音レベルとなる。この場合、タイミング制御部３４０は、クロック信号の出力タイミングを予め定められた間隔でずらしながら、レベル検出部３３２に出力する。これにより、タグ受信パルス１０２に対し粗同期が取られるようになる。
【００６０】
図５において、検出タイミング信号４０１は、レベル検出部３３２におけるレベル検出結果が最大となるようなクロック信号の出力タイミングである。図５に示す例は、タグ受信パルス１０２が到着する時刻と検出タイミング信号４０１がハイレベルとなる期間とがほぼ同期しており、粗同期が取られた状態を示している。
【００６１】
このようにして、タイミング制御部３４０は、タグ受信パルス１０２に対して粗同期を取った段階で、レベル検出結果を最大とする検出タイミングに基づいて、送信増幅器３５０に対するオンオフ制御信号を生成する。具体的には、タイミング制御部３４０は、タグ受信パルス１０２に対して粗同期を取った検出タイミングから、所定時間経過後にハイレベルとなるようなオンオフ制御信号を生成する。このとき、所定時間を、例えば、端末３００の回路遅延時間の最小値以下とする。これにより、タグ受信パルス１０２に対するタグ再放射パルス１０３がタグ送受信回路３３０から出力される期間（再放射パルス出力期間）の先頭タイミングで、送信増幅器３５０がオンされるようになるので、タグ再放射パルス１０３が送信アンテナ３６０から送信されるようになる。
【００６２】
図５において、オンオフ制御信号４０２は、タグ受信パルス１０２が内部回路を経由してタグ再放射パルス１０３がタグ送受信回路３３０から出力される期間（再放射パルス出力期間）の直前のタイミングから、タグ再々放射パルス１０４がタグ送受信回路３３０から出力される期間（再々放射パルス出力期間）までを含めた期間（４０３）、ハイレベルとなる信号である。図５に示すオンオフ制御信号４０２は、ハイレベルとなる期間（４０３）が、回路遅延時間の最小値の２倍以上であり、回路遅延時間の最小値の３倍未満となる信号である。送信増幅器３５０は、オンオフ制御信号４０２がハイレベルとなる期間をオン期間とする。したがって、タグ再放射パルス１０３及びタグ再々放射パルス１０４がタグ送受信回路３３０から出力される期間において、送信増幅器３５０が既にオンされているようになるので、タグ再放射パルス１０３及びタグ再々放射パルス１０４は、送信増幅器３５０により増幅され、送信アンテナ３６０から送信されるようになる。
【００６３】
また、図５において、オンオフ制御信号４０４は、タグ再放射パルス１０３が出力される期間（再放射パルス出力期間）、及び、タグ再々放射パルス１０４が出力される期間（再々放射パルス出力期間）、ハイレベルとなる信号である。
【００６４】
図５から分かるように、オンオフ制御信号４０４は、オンオフ制御信号４０２に比べ、オン期間（ハイレベルとなる期間４０５，４０６）が短い。そのため、オンオフ制御信号４０４を用いる場合には、オンオフ制御信号４０２を用いる場合に比べ、消費電力を低減することができる。
【００６５】
なお、タグ再々放射パルス１０４は、タグ再放射パルス１０３が端末３００の内部回路を更に一周して送出されるパルスであり、回路遅延時間は、タグ受信パルス間隔に比べ短い。そのため、送信増幅器３５０がオンされる期間は、リーダ送信パルス間隔（又は、タグ受信パルス間隔）に比べ短くてよい。すなわち、オンオフ制御信号がハイレベルとなる期間は、リーダ送信パルス間隔（又は、タグ受信パルス間隔）に比べ短い。
【００６６】
また、検出タイミング信号４０１、及びオンオフ制御信号４０２，４０４において、ハイレベルとなる期間は、ＵＷＢパルス幅に対してある程度広い時間間隔とする。例えば、ＵＷＢパルスの幅が１〜２ナノ秒であれば、ハイレベルとなる期間は、４〜２０ナノ秒程度の幅とする。このようにすることで、温度変化等により、検出タイミング信号４０１及びオンオフ制御信号４０２，４０４とＵＷＢパルスとが非同期となるのを防ぐことができる。
【００６７】
このように、端末３００の回路遅延時間の代表値（例えば、最小時間、平均時間等）に基づいて、オンオフ制御信号４０２，４０４がハイレベルとなるタイミング及び期間４０３，４０５，４０６を、検出タイミング信号４０１から、一意に設定することができる。
【００６８】
このようにして、タイミング制御部３４０は、タグ再放射パルス１０３及びタグ再々放射パルス１０４が出力される期間（再放射パルス出力期間及び再々放射パルス出力期間）、送信増幅器３５０がオンされるようなオンオフ制御信号を、送信増幅器３５０に出力する。
【００６９】
これにより、端末３００から、再放射パルス及び再々放射パルスが送信される。そして、端末３００が再放射パルスを受信してから、当該再放射パルスの検波信号に応じて生成される再々放射パルスを送信するまでに要する、端末３００の回路遅延時間後に、再々放射パルスが、送信されるようになる。この結果、基地局２００は、再放射パルスの受信タイミングと、再々放射パルスの受信タイミングとの時間差から、端末３００の回路遅延時間を算出することができる。この結果、基地局２００は、端末３００の個体差、経年変化、及び、経時変化を補正することができるので、基地局２００と端末３００間の離間距離を良好な精度で測距することができるようになる。
【００７０】
以上のように、本実施の形態によれば、タイミング制御部３４０は、基地局２００から送信されたパルス信号の受信タイミング、及び、受信パルス信号を受信してから、当該受信パルス信号の検波信号に応じて生成される送信パルス信号を送信するまでに要する回路遅延時間の代表値に基づいた制御信号を、送信増幅器３５０に出力する。具体的には、タイミング制御部３４０は、基地局２００から送信されたパルス信号の検波信号に応じて生成された再放射パルス、及び、再放射パルスの検波信号に応じて生成された再々放射パルスを、送信増幅器３５０が増幅するようなオンオフ制御する制御信号を、送信増幅器３５０に出力するようにした。すなわち、タイミング制御部３４０は、再放射パルス出力期間及び再々放射パルス出力期間、送信増幅器３５０をオンするオンオフ制御信号を出力する。
【００７１】
これにより、端末３００から、基地局２００から送信される送信パルス信号に対する応答ＵＷＢ信号として再放射パルスが送信され、再放射パルスに対する応答ＵＷＢ信号として再々放射パルスが送信されるようになる。そして、基地局２００は、再放射パルスの受信タイミングと再々放射パルスの受信タイミングとの差を測定することにより、端末３００の回路遅延時間を取得することができる。これにより、基地局２００は、端末３００の回路遅延時間分を補正した、基地局２００と端末３００間の空間伝搬時間を、高い測定精度で取得することができる。この結果、基地局２００と端末３００間の離間距離の測定精度を向上させることができるようになる。
【００７２】
（実施の形態２）
上述したように、リーダから一定周期でＵＷＢパルスを送信することにより、リーダとタグ間の測距を行うことが可能である。ところで、パルス通信では、一定周期のタイミングでパルスを送信したり、送信しなかったりするＯＯＫ（On-Off-keying）変調により、データを同時に送信することができる。すなわち、ＵＷＢパルス通信において、データに応じてリーダ側でＵＷＢパルスをオン／オフすることにより、データを送信することができる。リーダは、このデータ送信を利用して、タグの動作モードを、通常動作モード又は回路キャリブレーションモードのいずれかに切り替えるモード切り替え信号を通知することができる。ここで、通常動作モードとは、タグから再放射パルスのみ送出してタグとリーダ間の測距を行うモードである。また、回路キャリブレーションモードとは、タグから再放射パルス及び再々放射パルスを送出して、タグの回路遅延時間を測定し、補正するモードである。
【００７３】
［基地局の構成］
図６は、本発明の実施の形態２に係る基地局の構成を示す図である。なお、図６の本実施の形態に係る基地局において、図３と共通する構成部分には、図３と同一の符号を付して説明を省略する。図６に示す基地局２００Ａは、図３に示す基地局２００に対して、送信パルス発生部２０２に代えて、送信パルス発生部２０２Ａを備える。
【００７４】
送信パルス発生部２０２Ａは、送信モード切り替え信号を入力とし、送信モード切り替え信号に応じたパルス信号系列を発生する。送信モード切り替え信号が通常動作モードを示す場合、送信パルス発生部２０２Ａは、通常動作モードを表すパルス信号系列として例えば、「０１１０」を発生する。送信モード切り替え信号が回路キャリブレーションモードを示す場合、送信パルス発生部２０２Ａは、回路キャリブレーションモードを表すパルス信号系列として、例えば「１００１」を発生する。
【００７５】
［端末の構成］
図７は、本発明の実施の形態２に係る端末の構成を示す図である。なお、図７の本実施の形態に係る端末において、図４と共通する構成部分には、図４と同一の符号を付して説明を省略する。図７に示す端末３００Ａは、図４に示す端末３００に対して、タグ送受信回路３３０及びタイミング制御部３４０に代えて、タグ送受信回路３３０Ａ及びタイミング制御部３４０Ａを備える。タグ送受信回路３３０Ａは、タグ送受信回路３３０に対し、送信モードデコード部３３５を更に追加した構成を採る。
【００７６】
送信モードデコード部３３５は、コンパレータ３３３によって２値化されたデジタル信号から、送信モード切り替え信号を抽出し、基地局２００Ａからの要求が通常動作モードか回路キャリブレーションモードのいずれかであるかを判定する。送信モードデコード部３３５は、送信モードの判定結果をタイミング制御部３４０Ａに出力する。
【００７７】
タイミング制御部３４０Ａは、送信モードの判定結果に応じたオンオフ制御信号を生成し、生成したオンオフ制御信号を送信増幅器３５０に出力する。図８を用いて、タイミング制御部３４０Ａから出力されるオンオフ制御信号について説明する。
【００７８】
図８は、オンオフ制御信号の一例を示す図である。なお、図８において、図５と共通するパルス信号には共通の符号を付している。上述したように、これらオンオフ制御信号がハイレベルとなる期間、送信増幅器３５０がオンされる。
【００７９】
図８において、オンオフ制御信号４０２は、回路キャリブレーションモード時のオンオフ制御信号である。オンオフ制御信号４０２は、タグ受信パルス１０２が端末３００Ａの内部回路を経由してタグ再放射パルス１０３としてタグ送受信回路３３０Ａから出力される期間（再放射パルス出力期間）の直前のタイミングから、タグ再々放射パルス１０４がタグ送受信回路３３０Ａから出力される期間（再々放射パルス出力期間）までを含めた期間（４０３）、ハイレベルとなっている。
【００８０】
一方、オンオフ制御信号５０１は、通常動作モード時のオンオフ制御信号である。オンオフ制御信号５０１は、タグ受信パルス１０２が端末３００Ａの内部回路を経由してタグ再放射パルス１０３としてタグ送受信回路３３０Ａから出力される期間（再放射パルス出力期間）の直前から、タグ再放射パルス１０３がタグ送受信回路３３０Ａから出力される期間（再放射パルス出力期間）を含む期間（５０２）、ハイレベルとなっている。
【００８１】
このように、基地局２００Ａから送信モードとして、通常動作モードが通知される場合、タイミング制御部３４０Ａは、タグ再放射パルス１０３が出力される期間（再放射パルス出力期間）だけ、送信増幅器３５０がオンされるようなオンオフ制御信号を、送信増幅器３５０に出力する。これにより、回路キャリブレーションモード時以外においては、タグ再々放射パルス１０４が送出されないようになるため、端末３００Ａから不要な電波の放射が低減される。この結果、複数タグが存在する場合やマルチパス環境においてパルスが複雑に伝搬するシステムにおいて、モード切替により回路キャリブレーションを容易にするとともに消費電力が低減されるようになる。
【００８２】
以上のように、本実施の形態によれば、送信モード切り替え信号に基づいて、端末３００Ａは、回路遅延時間を測定する回路キャリブレーションモードか、基地局２００Ａと端末３００Ａとの離間距離を測定する測距モードか否かを判定する送信モードデコード部３３５を具備する。そして、タイミング制御部３４０Ａは、回路キャリブレーションモード時に、送信増幅器３５０が再放射パルス及び再々放射パルスを増幅するようなオンオフ制御信号を、送信増幅器３５０に出力する。すなわち、タイミング制御部３４０Ａは、回路キャリブレーションモード時に、再放射パルス出力期間及び再々放射パルス出力期間、送信増幅器３５０をオンするオンオフ制御信号を出力する。更に、タイミング制御部３４０Ａは、通常動作モード時に、送信増幅器３５０が再放射パルスを増幅するようなオンオフ制御信号を、送信増幅器３５０に出力するようにした。
【００８３】
これにより、端末３００Ａの回路遅延時間が、温度上昇等により変動する場合においても、基地局２００Ａは、例えば、定期的に回路キャリブレーションモードを示す送信モード切り替え信号を端末３００Ａに通知することにより、端末３００Ａから基地局２００Ａに対し、再放射パルス及び再々放射パルスが送出されるようになる。この結果、基地局２００Ａは、端末３００Ａの回路遅延時間を取得することができ、基地局２００Ａと端末３００Ａとの離間距離を精度良く測定することができる。また、回路遅延時間が変動しないとみなせる期間内では、基地局２００Ａは、通常動作モードを示す送信モード切り替え信号を端末３００Ａに通知することにより、端末３００Ａから基地局２００Ａに対し、再々放射パルスが送信されなくなる。この結果、不要な電波の放射が低減され、複数タグが存在する場合やマルチパス環境においてパルスが複雑に伝搬するシステムにおいて、モード切替により回路キャリブレーションを容易にするとともに消費電力が低減されるようになる。
【００８４】
また、基地局２００Ａは、ＵＷＢパルスをオン／オフすることにより、回路キャリブレーションモード又は通常動作モードのいずれかを表すパルス信号系列を用いて、送信モード切り替え信号を通知することができる。このように、測距のための送信パルス信号を生成する送信パルス発生部２０２Ａを流用して、送信モード切り替え信号を生成することができ、送信モード切り替え信号を生成するための新たな回路の追加を回避することができる。
【００８５】
なお、検出タイミング信号４０１、及びオンオフ制御信号４０２、４０４と同様に、オンオフ制御信号５０１において、ハイレベルとなる期間は、ＵＷＢパルス幅に対してある程度広い時間間隔とする。このようにすることで、温度変化等により、オンオフ制御信号５０１と再放射パルスとが非同期となるのを防ぐことができる。
【００８６】
また、回路キャリブレーションモード時のオンオフ制御信号は、オンオフ制御信号４０２に限られず、図５のオンオフ制御信号４０４を用いるようにしても良い。
【００８７】
（実施の形態３）
実施の形態１で述べたように、タグから送出される再放射パルス及び再々放射パルスを用いて、タグ内の回路遅延時間が測定される。このとき、マルチパス環境においては、再放射パルスが近傍の反射体に反射して、再々放射パルスと区別がつかない場合が考えられる。そこで、本実施の形態では、リーダは、すべてのタグからのパルスに対し、到来方向を推定し、最も短時間で到達するパルスすなわち先頭波を再放射パルスと判定し、その到来方向と同じ方向から到来するパルスを再々放射パルスと判定する。
【００８８】
［基地局の構成］
図９は、本発明の実施の形態に係る基地局の構成を示す図である。なお、図９の本実施の形態に係る基地局において、図３と共通する構成部分には、図３と同一の符号を付して説明を省略する。図９に示す基地局２００Ｂは、図３に示す基地局２００に対して、電波到来方向推定部２１１を更に追加した構成を採る。
【００８９】
電波到来方向推定部２１１は、端末３００から送信されるすべての受信パルス信号に対し、その到来方向を推定する。具体的には、基地局２００Ｂは、複数のアンテナ（アレーアンテナ）を有し、電波到来方向推定部２１１は、複数のアンテナで受信した受信パルス信号群に対して、到来方向推定アルゴリズムを適用することにより、受信パルス信号の到来方向を求める。到来方向推定アルゴリズムとしては、複数アンテナで受信した受信パルス信号群を、各受信パルス信号の位相を変化させながら加算して、加算値のピークを検出する方法を用いることができる。又は、到来方向推定アルゴリズムとして、ＭＵＳＩＣ若しくはＥＳＰＲＩＴなどの相関行列の固有ベクトルを用いて算出する高分解能推定方法を用いることができる。
【００９０】
そして、電波到来方向推定部２１１は、最も短時間で到達するパルス、すなわち先頭波を再放射パルスと判定し、その到来方向と同じ方向から到来するパルスを再々放射パルスと判定する。パルス検出部２０５は、電波到来方向推定部２１１により判定された再放射パルスと再々放射パルスの到来時間を検出する。そして、距離算出部２０６は、再放射パルスと再々放射パルスの到来時間差より、実施の形態１の［無線測距システムの概要］で説明した手順に従って、基地局２００Ｂと端末３００との間に要する空間伝搬時間及び基地局２００Ｂと端末３００との間の離間距離を算出する。
【００９１】
以上のように、本実施の形態では、基地局２００Ｂは、電波到来方向推定部２１１を更に具備し、電波到来方向推定部２１１は、最も短時間で到達するパルスを再放射パルスと判定し、その到来方向と同じ方向から到来するパルスを再々放射パルスと判定する。そして、距離算出部２０６は、再放射パルスと同一方向から到来する再々放射パルスとの受信タイミングの時間差から、端末３００の回路遅延時間を測定する。これにより、複数タグが存在し、パルスが複数到来する場合やマルチパス環境のように、マルチパス反射波が混在するような場合においても、基地局２００Ｂは、混在する受信パルス信号から、再放射パルスと再々放射パルスを抽出することができる。この結果、基地局２００Ｂは、端末３００の回路遅延時間を測定することができ、回路遅延時間による誤差を除去した精度が高い測距を行うことができるようになる。
【００９２】
（実施の形態４）
実施の形態２では、基地局が主導となり回路キャリブレーションモードへの移行を決定し、基地局が端末にその旨の通知をする場合について説明した。本実施の形態では、端末が主導となり回路キャリブレーションモードへの移行を決定する場合について説明する。
【００９３】
本実施の形態では、端末は、再放射パルスと再々放射パルスとに異なる符号系列を付加する。
【００９４】
図１０は、本発明の実施の形態に係る端末の構成を示すブロック図である。なお、図１０の本実施の形態に係る端末において、図４と共通する構成部分には、図４と同一の符号を付して説明を省略する。
【００９５】
再放射用符号系列記憶部４１０は、端末４００から送信される再放射パルスに付加する符号系列（再放射用符号系列）を記憶する。再放射用符号系列記憶部４１０は、記憶した符号系列を符号系列切換部４４０に出力する。
【００９６】
再々放射用符号系列記憶部４２０は、端末４００から送信される再々放射パルスに付加する符号系列（再々放射用符号系列）を記憶する。再々放射用符号系列記憶部４２０は、記憶した符号系列を符号系列切換部４４０に出力する。
【００９７】
なお、ここで、再放射用符号系列と再々放射用符号系列とは、異なる符号系列である。これら符号系列は、後述の符号系列切換部４４０において、再放射パルス出力期間と再々放射パルス出力期間とで切り替えられて、送信増幅器４５０に出力される。
【００９８】
キャリブレーションモード制御部４３０は、回路キャリブレーションモードに移行するための制御信号を生成する。端末４００の回路遅延時間は、回路内に使用される部品のバラツキ、或いは温度特性等の原因から発生する。そこで、例えば定期的に端末４００を回路キャリブレーションモードに移行させ、後述の基地局５００が回路遅延時間を測定することにより、例えば温度が変化する場合においても、温度変化に起因して回路遅延時間が変化することによる測距誤差を軽減することができる。そこで、キャリブレーションモード制御部４３０は、例えば定期的に、回路キャリブレーションモードに移行することを示す制御信号を符号系列切換部４４０に出力する。
【００９９】
符号系列切換部４４０は、タイミング制御部３４０から出力されるオンオフ制御信号、再放射用符号系列、再々放射用符号系列、及び、キャリブレーションモード制御部４３０から出力される制御信号を入力とする。符号系列切換部４４０は、回路キャリブレーションに移行することを示す制御信号が入力されると、再放射パルス及び再々放射パルスに付加する符号系列を、再放射パルスと再々放射パルスとで、異なる付加符号系列に切り替える。
【０１００】
具体的には、符号系列切換部４４０は、オンオフ制御信号を用いて、再放射パルス出力期間と再々放射パルス出力期間とを区別する信号を生成する。タイミング制御部３４０から出力されるオンオフ制御信号は、図５に示したように、再放射パルスが送信増幅器４５０に出力される期間（再放射パルス出力期間）及び再々放射パルスが送信増幅器４５０に出力される期間（再放射パルス出力期間）で送信増幅器４５０がオンになるように制御する信号である。そのため、符号系列切換部４４０は、オンオフ制御信号に基づいて、再放射パルス出力期間と再々放射パルス出力期間とを区別する信号を生成することができる。
【０１０１】
そして、符号系列切換部４４０は、生成した信号に基づいて、再放射用符号系列又は再々放射用符号系列のどちらか一方を選択する。具体的には、符号系列切換部４４０は、生成した信号が、再放射パルス出力期間を示す場合、再放射用符号系列を選択し、生成した信号が、再々放射パルス出力期間を示す場合、再々放射用符号系列を選択する。符号系列切換部４４０は、選択した符号系列を送信増幅器４５０に出力する。
【０１０２】
このようにして、符号系列切換部４４０は、再放射パルスと再々放射パルスとに付加される符号系列を変更し、変更後の符号系列を送信増幅器４５０に出力する。
【０１０３】
送信増幅器４５０は、タイミング制御部３４０から出力されるオンオフ制御信号及び符号系列切換部４４０から出力される符号系列に基づいてオン／オフ動作する。具体的には、オンオフ制御信号がオン期間中であり、符号系列が「１」の場合には、送信増幅器４５０は、ＵＷＢパルス発生部３３４から出力される送信パルス信号を増幅する。増幅後の送信パルス信号は、送信アンテナ３６０を介して、基地局５００に送信される。
【０１０４】
一方、オンオフ制御信号がオフ期間中、又は、符号系列が「０」の場合には、送信増幅器４５０は動作を停止する。従って、オフ期間中、又は、符号系列が「０」の場合、送信増幅器４５０の出力は、無信号となる。
【０１０５】
図１１は、本発明の実施の形態に係る基地局の構成を示すブロック図である。なお、図１１の本実施の形態に係る基地局５００において、図３と共通する構成部分には、図３と同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０６】
パルス検出部５１０は、端末４００から送信されるパルス（再放射パルス及び再々放射パルス）を受信アンテナ２０４を介して受信し、タイミング信号出力部２０１から出力される短周期クロック信号に同期してパルスを検波して、受信パルス信号を検出する。パルス検出部５１０は、検出した受信パルス信号を符号系列検出部５２０に出力する。
【０１０７】
符号系列検出部５２０は、タイミング信号出力部２０１から出力される長周期クロック信号を用いて、パルス検出部５１０から出力される受信パルス信号から、再放射用符号系列又は再々放射用符号系列を検出する。なお、符号系列検出部５２０における符号検出方法については、後述する。また、符号系列検出部５２０は、再放射用符号系列又は再々放射用符号系列を検出した場合に、これら検出に用いた受信パルス信号の受信タイミングの情報を距離算出部２０６に出力する。
【０１０８】
図１２は、基地局５００と端末４００との間で送受信されるパルス系列の一例を示している。
【０１０９】
基地局５００は、基準パルス信号である送信パルス信号を、長周期クロック信号の周期ごとに、一定間隔（パルス間隔）で生成して、生成した送信パルス信号を送信パルス系列６００として、送信アンテナ２０３から送信する。図１２において、送信パルス６０１は、基地局５００から送信された最初の送信パルスである。送信パルス６０２は、一定間隔が経過してから送信された２つ目の送信パルスである。以降の送信パルス６０３から送信パルス６０７は、一定間隔ごとに送信される送信パルスである。
【０１１０】
端末４００は、基地局５００から送信された送信パルス系列６００（送信パルス６０１〜６０７）を受信し、各送信パルスに対する再放射パルスを基地局５００に向けて送信する。ここで、端末４００は、再放射パルスを送信する際、再放射パルスを搬送波と見なして、符号系列に応じて再放射パルスに対してＡＳＫ変調を行う。ＡＳＫ変調により、再放射パルスに対して再送用符号系列が付加される。
【０１１１】
一例として、再送用符号系列が２進数で「１０１００１１」と表される場合について考える。この時、送信パルス系列６００（送信パルス６０１〜６０７）を受信した端末４００が、再放射するパルス系列は、パルス系列６１０（パルス６１１〜６１４）となる。
【０１１２】
具体的には、再送用符号系列の先頭ビットは「１」であるので、端末４００は、パルス６１１を送信パルス６０１に対する再放射パルスとして送信する。次に、再送用符号系列の２ビット目は「０」であることから、端末４００は、送信パルス６０２に対する再放射パルスを送信しない。次に、再送用符号系列の３ビット目は「１」であることから、端末４００は、パルス６１２を送信パルス６０３に対する再放射パルスとして送信する。次に、再送用符号系列の４ビット目及び５ビット目は「０」であることから、端末４００は、送信パルス６０４及び送信パルス６０５に対する再放射パルスを送信しない。次に再送用符号系列の６ビット目及び７ビット目は「１」であることから、端末４００は、パルス６１３及びパルス６１４をそれぞれ送信パルス６０６及び送信パルス６０７に対する再放射パルスとして送信する。
【０１１３】
このようにして、端末４００は、パルス系列６１０（パルス６１１〜６１４）を用いて、再放射用符号系列「１０１００１１」を送信する。
【０１１４】
同様にして、端末４００は、パルス系列６２０（パルス６２１〜パルス６２４）を用いて、再々放射用符号系列「１０１０１１１」を送信する。
【０１１５】
基地局５００は、パルス系列６１０及びパルス系列６２０を受信する。そして、符号系列検出部５２０は、受信したこれらパルス系列から、再放射用符号系列及び再々放射用符号系列を検出し、受信したパルスが、再放射パルスか再々放射パルスか判定する。
【０１１６】
例えば、符号系列検出部５２０は、パルス系列６１０及びパルス系列６２０と、再放射用符号系列及び再々放射用符号系列との相関演算をそれぞれ行うことにより、再放射用符号系列又は再々放射用符号系列を検出する。すなわち、符号系列検出部５２０は、パルス系列６１０及びパルス系列６２０と再放射用符号系列との相関演算結果が既定の値を超えた場合、再放射用符号系列を検出したと判定する。また、符号系列検出部５２０は、パルス系列６１０及びパルス系列６２０と再々放射用符号系列との相関演算結果が既定の値を超えた場合、再々放射用符号系列を検出したと判定する。
【０１１７】
なお、基地局５００には、パルス系列６１０及びパルス系列６２０に含まれる再放射パルス及び再々放射パルスが交互に到着する。図１２を用いて説明すると、基地局５００には、パルス６１１、パルス６２１、パルス６１２、パルス６２２、パルス６１３、パルス６２３、パルス６１４、パルス６２４の順に、再放射パルス及び再々放射パルスが基地局５００に到着する。
【０１１８】
そこで、符号系列検出部５２０は、タイミング信号出力部２０１から出力される長周期クロック信号を用いて、長周期クロック信号をずらしながら、パルス間隔毎に、パルス系列６１０及びパルス系列６２０と再放射用符号系列及び再々放射用符号系列との相関演算を行う。
【０１１９】
そして、符号系列検出部５２０は、再放射用符号系列が検出されたパルス系列を、再放射パルスが含まれるパルス系列と判定する。また、符号系列検出部５２０は、再々放射用符号系列が検出されたパルス系列を、再々放射パルスが含まれるパルス系列と判定する。
【０１２０】
符号系列検出部５２０は、再放射用符号系列が検出されたパルス系列の受信タイミングを、再放射パルスの受信タイミングの情報として、距離算出部２０６に出力する。また、符号系列検出部５２０は、再々放射用符号系列が検出されたパルス系列の受信タイミングを、再々放射パルスの受信タイミングの情報として、距離算出部２０６に出力する。
【０１２１】
このようにして、基地局５００は、再々放射パルスを検出した場合に、端末４００が回路キャリブレーションモードに切り替わったことを検知することができる。そのため、端末４００から基地局５００への回路キャリブレーションに移行する旨の通知をせずとも、基地局５００は、回路キャリブレーションに移行したことを認識することができる。また、端末４００を回路キャリブレーションモードに移行させる制御を外部から行うことなく、端末４００は、自律的に回路キャリブレーションモードに移行することができる。これにより、無線測距システムを簡略化することができるので、システムにかかるコストを低く抑えることができる。
【０１２２】
また、基地局５００と端末４００との間で、回路キャリブレーションに移行する旨の通信をする必要が無いため、一定期間内に測位できるタグ数に影響を与えずに、基地局５００は、端末４００の回路遅延時間を測定することができる。さらに、回路キャリブレーションモードに移行する旨の通信が不要のため、端末４００及び基地局５００の消費電力を抑えることができる。
【０１２３】
また、基地局５００は、パルス系列６１０及びパルス系列６２０に付加された符号系列を検出することにより、受信パルスが再放射パルスであるか、或いは、再々放射パルスであるかを判定することができる。そのため、マルチパス環境下においても、基地局５００は、最初に到来した再放射パルス及び再々放射パルスを用いることにより、端末４００の回路遅延時間を測定することができる。
【０１２４】
なお、再放射符号系列及び再々放射符号系列は、端末４００の固有のＩＤから一意に定まる符号としてもよい。この場合には、複数の端末から再放射パルス及び再々放射パルスが送信される場合においても、基地局５００は、各端末を区別し、かつ、再放射パルス及び再々放射パルスを端末毎に抽出することが出来るため、各端末の回路遅延時間を測定することができる。
【０１２５】
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態２で説明したように、基地局が端末に回路キャリブレーションモードに移行する旨の通知をする場合において、端末が、再放射パルスと再々放射パルスとに異なる符号系列を付加する場合について説明する。
【０１２６】
［基地局の構成］
図１３は、本発明の実施の形態に係る基地局の構成を示すブロック図である。なお、図１３の本実施の形態に係る基地局において、図６及び図１１と共通する構成部分には、図６及び図１１と同一の符号を付して説明を省略する。
【０１２７】
符号系列検出部５２０Ａは、タイミング信号出力部２０１から出力される長周期クロック信号を用いて、パルス検出部５１０から出力される受信パルス信号から、再放射用符号系列又は再々放射用符号系列を検出する。なお、符号系列検出部５２０Ａにおける符号検出方法については、後述する。また、符号系列検出部５２０Ａは、再放射用符号系列又は再々放射用符号系列を検出した場合に、これら検出に用いた受信パルス信号の受信タイミングの情報を距離算出部２０６に出力する。
【０１２８】
図１４は、本発明の実施の形態に係る端末の構成を示すブロック図である。なお、図１４の本実施の形態に係る端末７００において、図７及び図１０と共通する構成部分には、図７及び図１０と同一の符号を付して説明を省略する。
【０１２９】
送信モードデコード部７１０は、送信モードデコード部３３５と同様に、コンパレータ３３３によって２値化されたデジタル信号から、送信モード切り替え信号を抽出し、基地局５００Ａからの要求が通常動作モードか回路キャリブレーションモードのいずれかであるかを判定する。送信モードデコード部７１０は、送信モードの判定結果をタイミング制御部３４０Ａ及びキャリブレーションモード制御部７２０に出力する。
【０１３０】
キャリブレーションモード制御部７２０は、送信モードの判定結果が回路キャリブレーションモードの場合、キャリブレーションモード制御部４３０と同様に、回路キャリブレーションモードに移行するための制御信号を生成する。そして、キャリブレーションモード制御部７２０は、回路キャリブレーションモードに移行することを示す制御信号を符号系列切換部７３０に出力する。
【０１３１】
符号系列切換部７３０は、タイミング制御部３４０Ａから出力されるオンオフ制御信号、再放射用符号系列、再々放射用符号系列、及び、キャリブレーションモード制御部７２０から出力される制御信号を入力とする。符号系列切換部７３０は、回路キャリブレーションに移行することを示す制御信号が入力されると、再放射パルス及び再々放射パルスに付加する符号系列を、再放射パルスと再々放射パルスとで、異なる符号系列に切り替える。
【０１３２】
具体的には、符号系列切換部７３０は、オンオフ制御信号を用いて、再放射パルス出力期間と再々放射パルス出力期間とを区別する信号を生成する。タイミング制御部３４０Ａから出力されるオンオフ制御信号は、図５に示したように、再放射パルスが出力される期間（再放射パルス出力期間）及び再々放射パルスが出力される期間（再放射パルス出力期間）で送信増幅器４５０がオンになるように制御する信号である。そのため、符号系列切換部７３０は、オンオフ制御信号に基づいて、再放射パルス出力期間と再々放射パルス出力期間とを区別する信号を生成することができる。
【０１３３】
そして、符号系列切換部７３０は、生成した信号に基づいて、再放射用符号系列又は再々放射用符号系列のどちらか一方を選択する。具体的には、符号系列切換部７３０は、生成した信号が、再放射パルス出力期間を示す場合、再放射用符号系列を選択し、生成した信号が、再々放射パルス出力期間を示す場合、再々放射用符号系列を選択する。符号系列切換部７３０は、選択した符号系列を送信増幅器４５０に出力する。
【０１３４】
このようにして、符号系列切換部７３０は、再放射パルスと再々放射パルスとに付加される符号系列を変更し、変更後の符号系列を送信増幅器４５０に出力する。
【０１３５】
図１５は、基地局５００Ａと端末７００との間で送受信されるパルス系列の一例を示している。
【０１３６】
図１５において、送信パルス系列８１０は、基地局５００Ａから送信されるパルス系列を示す。なお、送信パルス系列８１０のうち、パルス群８００は、符号系列「１１０１０」に応じて、基準パルス信号をＡＳＫ変調することにより得られたパルス群である。ここで、符号系列「１１０１０」は、回路キャリブレーションを示す符号系列である。パルス群８００には、符号系列「１１０１０」の系列長（図１５の例では５個）のＡＳＫ変調後のパルスが含まれている。以下、回路キャリブレーションを示す符号系列「１１０１０」が用いられるパルス群８００に含まれるパルスが出力される期間を、パルス群出力期間と呼ぶ。
【０１３７】
基地局５００Ａは、パルス群８００を繰り返して、送信パルス系列８１０として送信する。
【０１３８】
そして、端末７００は、実施の形態４と同様に、再放射パルスに再放射用符号系列を付加して送信する。ただし、本実施の形態では、実施の形態４とは異なり、端末７００は、パルス群８００に含まれる送信パルスのうち、最初に到着する送信パルスに対する再放射パルスの再放射パルス出力期間の先頭タイミングからパルス群出力期間が終了するまでの間、再放射用符号系列のうち同一の符号を用いる。
【０１３９】
図１５において、パルス系列８２０は、再放射用符号系列として「１０１００１」が付加された様子を示している。すなわち、符号系列切換部７３０は、最初のパルス群８００に対する再放射パルスに対しては、「１」を用いて、ＡＳＫ変調することにより、再放射用符号系列を付加する。そして、符号系列切換部７３０は、２番目のパルス群８００に対する再放射パルスに対しては、「０」を用いて、ＡＳＫ変調することにより、再放射用符号系列を付加する。以降、３〜６番目のパルス群８００に対する再放射パルスに対しては、「１」、「０」、「０」、「１」を用いて、ＡＳＫ変調することにより、再放射用符号系列を付加する。
【０１４０】
同様に、本実施の形態では、端末７００は、パルス群８００に含まれる送信パルスのうち、最初に到着する送信パルスに対する再々放射パルスの再々放射パルス出力期間の先頭タイミングからパルス群出力期間が終了するまでの間、再々放射用符号系列のうち同一の符号を用いる。
【０１４１】
図１５において、パルス系列８３０は、再々放射用符号系列として「１０１０１１」が付加された様子を示している。すなわち、符号系列切換部７３０は、最初のパルス群８００に対する再々放射パルスに対しては、「１」を用いて、ＡＳＫ変調することにより、再々放射用符号系列を付加する。そして、符号系列切換部７３０は、２番目のパルス群８００に対する再々放射パルスに対しては、「０」を用いて、ＡＳＫ変調することにより、再々放射用符号系列を付加する。以降、３〜６番目のパルス群８００に対する再々放射パルスに対しては、「１」、「０」、「１」、「１」を用いて、ＡＳＫ変調することにより、再々放射用符号系列を付加する。
【０１４２】
このように、符号系列切換部７３０は、回路キャリブレーションモードへの移行指示を示す符号系列の符号長分のパルスから構成されるパルス群ごとに、再放射用符号系列又は再々放射用符号系列を順次付加する。
【０１４３】
このようにして、基地局５００Ａから送信される送信パルス系列から、端末７００の送信モードデコード部７１０が、事前に決定される回路キャリブレーションモードを示す符号系列を検出した場合に、端末７００は回路キャリブレーションモードに移行する。そして、端末７００は、上述の手順により再放射パルス及び再々放射パルスを送信する。
【０１４４】
基地局５００Ａは、パルス群ごとに付加される再放射用符号系列及び再々放射用符号系列を検出する。なお、再放射用符号系列及び再々放射用符号系列が付加されたパルス群には、回路キャリブレーションモードを示す符号系列が含まれている。また、実施の形態４で述べたように、基地局５００Ａには、再放射パルス及び再々放射パルスが交互に到着する。
【０１４５】
そこで、符号系列検出部５２０Ａは、タイミング信号出力部２０１から出力される長周期クロック信号を用いて、長周期クロック信号をずらしながら、パルス間隔毎に、パルス系列８２０及びパルス系列８３０と回路キャリブレーションモードを示す符号系列との相関演算を行う。
【０１４６】
更に、符号系列検出部５２０Ａは、タイミング信号出力部２０１から出力される長周期クロック信号を用いて、パルス群出力間隔毎に、パルス系列８２０及びパルス系列８３０と回路キャリブレーションモードを示す符号系列との相関演算結果と、再放射用符号系列及び再々放射用符号系列との相関演算を行う。そして、得られた相関演算結果が、既定の値を超えた場合、符号系列検出部５２０Ａは、再放射用符号系列又は再々放射用符号系列を検出したと判定する。そして、符号系列検出部５２０Ａは、再放射用符号系列が検出されたパルス系列を、再放射パルスが含まれるパルス系列と判定する。また、符号系列検出部５２０Ａは、再々放射用符号系列が検出されたパルス系列を、再々放射パルスが含まれるパルス系列と判定する。
【０１４７】
符号系列検出部５２０Ａは、再放射用符号系列が検出されたパルス系列の受信タイミングを、再放射パルスの受信タイミングの情報として、距離算出部２０６に出力する。また、符号系列検出部５２０Ａは、再々放射用符号系列が検出されたパルス系列の受信タイミングを、再々放射パルスの受信タイミングの情報として、距離算出部２０６に出力する。これにより、基地局５００Ａは、端末７００の回路遅延時間を測定することができるようになる。
【０１４８】
このようにして、基地局５００Ａから端末７００に、回路キャリブレーションモードに移行することを通知する場合には、端末７００は、回路キャリブレーションモードを通知する符号系列長毎に、再放射パルスに再放射用符号系列を付加し、再々放射パルスに再々放射用符号系列を付加する。基地局５００Ａは、測距のための送信パルス信号を生成する送信パルス発生部２０２Ａを流用して、送信モード切り替え信号を生成することができるため、送信モード切り替え信号を生成するための新たな回路の追加を回避することができる。また、端末７００は、コンパレータ３３３の検出結果を流用して、送信モード切り替え信号を検出することが出来るため、複雑な回路を追加せずにコストの増加を抑えつつ、基地局５００Ａは、端末７００を回路キャリブレーションモードに制御することができる。
【０１４９】
また、基地局５００Ａは、パルス系列８２０及びパルス系列８３０に付加された符号系列を検出することにより、受信パルスが再放射パルスであるか、或いは、再々放射パルスであるかを判定することができる。そのため、マルチパス環境下においても、基地局５００Ａは、最初に到来した再放射パルス及び再々放射パルスを用いることにより、端末７００の回路遅延時間を測定することができる。
【０１５０】
（実施の形態６）
本実施の形態では、反射物が存在するマルチパス環境においても、精度良く測位することができる無線測距システムについて説明する。
【０１５１】
反射物が存在するマルチパス環境においては、複数の反射波が基地局において受信される。
【０１５２】
図１６は、本実施の形態に係る無線測距システムにおける基地局、端末、及び、反射物の配置の一例を示す図である。なお、基地局及び端末の構成は、実施の形態１から実施の形態５で説明したいずれの構成を採ってもよい。
【０１５３】
図１６において、経路（１）及び経路（２）は、基地局から送信された送信パルスが、端末に到達するまでの経路を表す。図１６に示すように、送信パルスが基地局から端末に到達する経路には、２種類の経路が存在する。経路（１）は、送信パルスが、基地局から端末に直接到達する経路である。一方、経路（２）は、送信パルスが、基地局から反射物の方向に送信され、反射物で反射した後に端末へ到達する経路である。
【０１５４】
同様に、図１６において、経路（３）及び経路（４）は、端末から送信された送信パルスが、基地局に到達するまでの経路を表す。図１６に示すように、送信パルスが端末から基地局に到達する経路には、２種類の経路が存在する。経路（３）は、送信パルスが、端末から基地局に直接到達する経路である。一方、経路（４）は、送信パルスが、端末から反射物の方向に送信され、反射物で反射した後に基地局へ到達する経路である。
【０１５５】
図１７は、基地局と端末との間に、図１６に示すように、２種類の経路がある場合の送受信パルス信号を示している。図１７において、図中、横軸は時間を示し、縦軸はパルスの振幅を示す。なお、図１７は、送受信パルス信号のうち、再放射パルスに関するパルス信号のみを示している。
【０１５６】
図１７Ａは、基地局から送信された送信パルス信号を、端末が受信した受信パルス信号を表している。受信パルス９０１は、基地局から送信され、端末に直接到来する（経路（１））到来波（直接波）を示している。受信パルス９０２は、基地局から送信された送信パルスが、反射物により反射されて端末に到来する（経路（２））到来波（反射波）を示している。
【０１５７】
図１７Ｂは、受信パルス９０１及び受信パルス９０２を受信した端末から送信される送信パルス信号（再放射パルス）を示している。再放射パルス９１１は、受信パルス９０１に対するパルスを示し、再放射パルス９１２は、受信パルス９０２に対するパルスを示す。
【０１５８】
図１７Ｃは、端末が、図１７Ｂに示した送信パルス信号（再放射パルス）を送信した場合に、基地局が受信する受信パルス信号を示している。
【０１５９】
受信パルス９２１は、端末から送信された再放射パルス９１１が、基地局に直接到来するパルスを示している。すなわち、受信パルス９２１は、基地局から送信され、直接波として端末で受信された受信パルス９０１が、端末から再放射パルス９１１として送信され、直接波として基地局で受信される経路（経路（１）及び経路（３））をたどったパルスである。
【０１６０】
受信パルス９２２は、以下のパルス（１）及びパルス（２）の合成波である。
【０１６１】
パルス（１）：基地局から送信され、直接波として端末で受信された受信パルス９０１が、端末から再放射パルス９１１として送信され、反射波として基地局で受信される到来経路（経路（１）及び経路（４））をたどったパルス。
パルス（２）：基地局から送信され、壁等の反射物で反射され、反射波として端末で受信された受信パルス９０２が、端末から再放射パルス９１２として送信され、直接波として基地局で受信される到来経路（経路（２）及び経路（３））をたどったパルス。
【０１６２】
受信パルス９２３は、端末から送信された再放射パルス９１２が、壁等の反射物により反射され、基地局に到来するパルスを示している。すなわち、受信パルス９２３は、基地局から送信され、壁等の反射物で反射され、反射波として端末で受信された受信パルス９０２が、端末から再放射パルス９１２として送信され、壁等の反射物で反射され、反射波として基地局で受信される到来経路（経路（２）及び経路（４））をたどったパルスである。
【０１６３】
図１８は、基地局と端末との間に図１６に示すように、２種類の経路がある場合の送受信パルス信号を示している。図１８において、図中、横軸は時間を示し、縦軸はパルスの振幅を示す。
【０１６４】
図１８Ａは、端末が、図１７Ａに示される受信パルス信号を受信した場合に、端末から送信される送信パルス信号を示している。なお、図１８Ａにおいて、図１７Ｂと同様のパルスに対しては同一の符号を付し説明を省略する。
【０１６５】
図１８Ａにおいて、パルス９１３は、端末が、再放射パルス９１１を受信し、再放射パルス９１１に対する再送信されるパルスである。すなわち、パルス９１３は、パルス９０１に対する再々放射パルスである。
【０１６６】
ここで、端末は、受信パルス信号に含まれる受信パルスの全てを再々送信するのではなく、端末の回路遅延時間を測定するのに必要となる受信パルスのみを再々送信する。例えば、端末は、受信パルスの強度を測定し、強度が最も大きい受信パルスのみを再々送信するように制御する。一例として、図１７Ａに示す受信パルス信号を例に説明する。図１７Ａから分かるように、受信パルス９０１の強度は受信パルス９０２の強度に比べ大きい。そのため、端末は、受信パルス９０１に対する再々放射パルス９１３のみを送信し、受信パルス９０２に対する再々放射パルスを送信しないよう制御する。上述したように、受信パルス９０２は、基地局から送信された受信パルス９０１が、壁等の反射物により反射されて端末に到来する到来波（反射波）である。したがって、端末が、受信パルス９０１に対する再々放射パルス９１３のみを再々送信し、受信パルス９０２に対する再々放射パルスを送信しないよう制御することにより、端末から不要なパルスが送信されなくなる。そして、これにより、基地局のエリア内に存在する他のタグに対する影響を軽減することができるようになる。
【０１６７】
なお、図１８Ｂは、端末が、図１８Ａに示される送信パルス信号を送信した場合に、基地局が受信する受信パルス信号を表している。なお、図１８Ｂにおいて、図１７Ｃと同様のパルスに対しては同一の符号を付し説明を省略する。
【０１６８】
受信パルス９２４は、端末から送信された再々放射パルス９１３が、基地局に直接波として受信されるパルスを表す。受信パルス９２５は、端末から送信された再々放射パルス９１３が、反射物で反射され、基地局が受信したパルスを表す。すなわち、受信パルス９２４及び受信パルス９２５は、受信パルス９０１が端末により再々放射され、基地局が再び受信したパルスである。
【０１６９】
すなわち、上記各実施の形態に係る端末のタイミング制御部は、受信パルス９０２に対して粗同期を取った検出タイミングから、所定時間経過後にハイレベルとなるようなオンオフ制御信号を生成する。このとき、所定時間を、例えば、端末の回路遅延時間の最小値以下とする。これにより、受信パルス９０２に対する再放射パルス９１２がタグ送受信回路から出力される期間（再放射出力期間）の先頭タイミングで、送信増幅器がオンされるようになるので、再放射パルス９１２が送信アンテナから送信されるようになる。但し、本実施の形態では、タイミング制御部は、受信パルス９０１の強度が受信パルス９０２の強度より大きいため、受信パルス９０２に対する再々放射パルスがタグ送受信回路から出力される期間（再放射出力期間）、送信増幅器がオンされないようなオンオフ制御信号を生成する。
【０１７０】
なお、以上の説明では、端末は、基地局から送信されるパルスを、再々放射する場合に、受信パルス信号のうち、強度が最も大きい受信パルスに対する再々放射パルスのみを送信する場合について説明した。この場合において、実施の形態４及び実施の形態５で述べたように、再放射パルスに再放射用符号系列を付加し、再々放射パルスに再々放射用符号系列を付加するようにしてもよい。
【０１７１】
なお、上記各実施の形態では、端末がセミパッシブ方式を採用した場合について説明したが、セミパッシブ方式に限られず、本発明は、端末がアクティブ方式を採用した場合についても同様に適用することができる。
【０１７２】
また、上記各実施の形態では、基地局及び端末のいずれも、送信アンテナと受信アンテナとを別々に備える場合について説明したが、サーキュレータ等を用いて、信号分離をすることにより、送信アンテナと受信アンテナとを１個のアンテナで共用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１７３】
本発明に係る無線端末装置、無線基地局装置、無線測距システム、及び、無線測距方法は、アクティブ方式、セミパッシブ方式を問わず、ＵＷＢリーダとＵＷＢタグ間の測距精度を向上させることができ、例えば、無線測位装置、無線測距装置等として有用であり、また、無線センサー等の用途にも応用できる。
【符号の説明】
【０１７４】
２００，２００Ａ，２００Ｂ，５００，５００Ａ 基地局
２０１ タイミング信号出力部
２０２，２０２Ａ 送信パルス発生部
２０３，３６０ 送信アンテナ
２０４，３１０ 受信アンテナ
２０５，５１０ パルス検出部
２０６ 距離算出部
３００，３００Ａ，４００，７００ 端末
３２０ 受信増幅器
３３０，３３０Ａ タグ送受信回路
３３１ 検波器
３３２ レベル検出部
３３３ コンパレータ
３３４ ＵＷＢパルス発生部
３３５，７１０ 送信モードデコード部
３４０，３４０Ａ タイミング制御部
３５０，４５０ 送信増幅器
４１０ 再放射用符号系列記憶部
４２０ 再々放射用符号系列記憶部
４３０，７２０ キャリブレーションモード制御部
４４０，７３０ 符号系列切換部
５２０，５２０Ａ 符号系列検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）パルス信号を用いて測距を行う無線端末装置、無線基地局装置、無線測距システム、及び、無線測距方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速無線伝送技術の一つとして、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）通信方式がある。ＵＷＢ通信方式は、所定の周期タイミングに同期したパルス信号からなるパルス信号列を用いて、超広帯域な通信を行う技術である。ＵＷＢ通信の一例として、搬送波を用いず、パルス幅が例えば１ナノ秒以下等の極めて細かいパルス信号からなるパルス信号列を用いる方法が知られている。このようなＵＷＢパルスを用いた場合、伝送パルス幅が極めて細いため、マルチパス伝搬環境においても、正確な測距が行えることが広く知られている。
【０００３】
例えば、無線基地局装置（以下「基地局」と略記する）であるＵＷＢリーダから無線端末装置（以下「端末」と略記する）であるＵＷＢタグへとＵＷＢパルス信号が送られ、ＵＷＢタグで一度ＵＷＢパルス信号が受信された後、ＵＷＢタグからＵＷＢリーダにＵＷＢパルス信号が再送信される。そして、その往復時間を測定することにより、ＵＷＢリーダとＵＷＢタグとの離間距離を測定することが出来る。
【０００４】
ＵＷＢ低伝送レートの物理層規定を行う一規格であるIEEE802.15.4a（低レートＵＷＢ規格）には、双方向測距ＴＷＲ（Two-Way-Ranging）技術が開示されている（非特許文献１参照）。非特許文献１には、基地局と端末間の水晶振動子の周波数差による測距精度と、その改善方法の具体例が示されている。
【０００５】
また、特許文献１には、基地局から送信されたプリアンブルを、端末が受信した後、端末のクロックで再放射し、基地局でその持続時間を測定することにより、送信側のクロックと受信側のクロックとの差を測定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２１２４２０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】IEEE Std 802.15.4a-2007,August 2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記に示した先行技術においては、ＵＷＢタグが通信機器と同様にタグ内での同期復調を行い、その後にリーダに送信信号を返送するアクティブ方式を採用することを前提とする場合、ＵＷＢタグ内の遅延時間が、水晶等のように高精度で管理されることが必須となる。すなわち、例えば３０ｃｍの精度を確保するためには、ＵＷＢタグ内の基準クロックを１ＧＨｚといった高い周波数のタイミングで管理する必要がある。ただし、ＵＷＢタグ動作クロックが上昇するのに伴い、消費電力が増大し、ＵＷＢタグの電池寿命が短くなるという課題を有する。
【０００９】
一方、タグ内でＵＷＢ信号を単に増幅して、または、増幅後、包絡線検波してＵＷＢパルスを再放射するセミパッシブ方式は、ＵＷＢタグの消費電力を抑制すると言う観点から有利で有る。しかし、パッシブ方式では、ＵＷＢタグ内に同期クロックを持たないため、ＵＷＢタグ内の回路遅延時間の変動の管理が困難となるという課題を有する。
【００１０】
回路遅延は、ＵＷＢタグの各部の配線長や、各部の回路により信号が遅延することにより生じる。例えば、ＵＷＢタグが、受信増幅器として低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amp）を備え、ＵＷＢタグの送受信回路として検波器、コンパレータ及び発振器を備え、送信増幅器として電力増幅器（ＰＡ：Power Amp）を備える場合、各部において、数十ナノ秒程度の遅延時間が生じる。この回路遅延時間は、一般に、ＵＷＢタグの受信端から入力信号を入力し、送信端から出力される出力信号をあらかじめネットワークアナライザ等で測定することができ、測定により得られた回路遅延時間を、補正値としてＵＷＢタグに記録しておくことも可能である。
【００１１】
しかしながら、実際には、回路遅延時間は、ＵＷＢタグの構成回路の固体差による遅延時間差や、ＵＷＢの広帯域特性に対して温度変化により変動するため、予め測定されたデータを補正値に用いた場合、回路遅延時間に誤差が生じ、結果として測距誤差が生じる。上述したように、回路遅延時間の絶対値は数十ナノ秒程度存在するため、例えば、回路遅延時間に対する誤差が１０パーセント存在する場合には、誤差は数ナノ秒程度となる。そして、数ナノ程度の誤差は、３０ｃｍ以上の距離測定誤差となり、リーダ、タグ間の電波伝搬時間の測定誤差に比較して無視できない大きさとなる。
【００１２】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、アクティブ方式、セミパッシブ方式を問わず、ＵＷＢリーダとＵＷＢタグ間の測距精度を向上することができる無線端末装置、無線基地局装置、無線測距システム、及び、無線測距方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の無線端末装置は、パルス信号を用いて無線基地局装置と無線端末装置との離間距離を測定する無線測距システムにおける前記無線端末装置であって、受信アンテナと、受信パルス信号を検波し検波信号を出力する検波手段と、前記検波信号に応じて、送信パルス信号を生成する生成手段と、前記送信パルス信号を増幅する増幅手段と、増幅された前記送信パルス信号を送信する送信アンテナと、前記受信パルス信号を受信してから、当該受信パルス信号の前記検波信号に応じて生成される前記送信パルス信号を送信するまでに要する前記無線端末装置の回路遅延時間の代表値に基づいて、前記無線基地局装置から送信されるパルス信号の前記検波信号に応じて生成された再放射パルス信号、及び、前記再放射パルス信号の前記検波信号に応じて生成された再々放射パルス信号を増幅するように、前記増幅手段をオンオフ制御する制御信号を、前記増幅手段に出力するタイミング制御手段と、を具備する構成を採る。
【００１４】
本発明の無線基地局装置は、パルス信号を用いて無線基地局装置と無線端末装置との離間距離を測定する無線測距システムにおける前記無線基地局装置であって、パルス信号を送信する送信手段と、送信した前記パルス信号が、前記無線端末装置で再放射された再放射パルス信号と、前記再放射パルス信号が前記無線端末装置で再々放射された再々放射パルス信号と、を受信する受信手段と、前記再放射パルス信号の受信タイミングと前記再々放射パルス信号の受信タイミングとの時間差から、前記無線端末装置の回路遅延時間を測定する測定手段と、を具備する構成を採る。
【００１５】
本発明の無線測距システムは、パルス信号を用いて無線基地局装置と無線端末装置との離間距離を測定する無線測距システムであって、前記無線基地局装置は、パルス信号を送信する送信手段と、送信した前記パルス信号が、前記無線端末装置で再放射された再放射パルス信号と、前記再放射パルス信号が前記無線端末装置で再々放射された再々放射パルス信号と、を受信する受信手段と、前記再放射パルス信号と前記再々放射パルス信号との受信タイミングの時間差から、前記無線端末装置の回路遅延時間を測定する測定手段と、を具備し、前記無線端末装置は、受信アンテナと、受信パルス信号を検波し検波信号を出力する検波手段と、前記検波信号に応じて、送信パルス信号を生成する生成手段と、前記送信パルス信号を増幅する増幅手段と、増幅された前記送信パルス信号を送信する送信アンテナと、前記受信パルス信号を受信してから、当該受信パルス信号の前記検波信号に応じて生成される前記送信パルス信号を送信するまでに要する前記無線端末装置の回路遅延時間の代表値に基づいて、前記無線基地局装置から送信されるパルス信号の前記検波信号に応じて生成された再放射パルス信号、及び、前記再放射パルス信号の前記検波信号に応じて生成された再々放射パルス信号を増幅するように、前記増幅手段をオンオフ制御する制御信号を、前記増幅手段に出力するタイミング制御手段と、を具備する構成を採る。
【００１６】
本発明の無線測距方法は、パルス信号を用いて無線基地局装置と無線端末装置との離間距離を測定する無線測距方法であって、前記無線基地局装置は、パルス信号を送信し、前記無線端末装置は、受信パルス信号を検波し検波信号を出力し、前記無線基地局装置から送信されたパルス信号の前記検波信号に応じて生成された再放射パルス信号、及び、前記再放射パルス信号の前記検波信号に応じて生成された再々放射パルス信号を増幅し、増幅された前記送信パルス信号を送信し、前記無線基地局装置は、前記再放射パルス信号及び前記再々放射パルス信号を受信し、前記再放射パルス信号の受信タイミングと、前記再々放射パルス信号の受信タイミングとの時間差から、前記無線端末装置の回路遅延時間を測定するとともに、送信した前記パルス信号の送信タイミングと、前記再放射パルス信号との受信タイミングとの時間差から、前記無線端末装置の回路遅延時間を含む電波の往復時間を測定し、前記往復時間と、前記無線端末装置の回路内遅延時間とに基づいて、前記離間距離を算出するようにした。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、アクティブ方式、セミパッシブ方式を問わず、ＵＷＢリーダとＵＷＢタグ間の測距精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無線測距システムの概略図
【図２】リーダ送信パルス、及び、リーダ送信パルスに対応する再放射パルス及び再々放射パルスを示す図
【図３】実施の形態１に係る基地局の構成を示すブロック図
【図４】実施の形態１に係る端末の構成を示すブロック図
【図５】実施の形態１におけるオンオフ制御信号を説明するための図
【図６】本発明の実施の形態２に係る基地局の構成を示すブロック図
【図７】実施の形態２に係る端末の構成を示すブロック図
【図８】実施の形態２におけるオンオフ制御信号を説明するための図
【図９】本発明の実施の形態３に係る基地局の構成を示すブロック図
【図１０】本発明の実施の形態４に係る端末の構成を示すブロック図
【図１１】実施の形態４に係る基地局の構成を示すブロック図
【図１２】基地局と端末との間で送受信されるパルス系列の一例を示す図
【図１３】本発明の実施の形態５に係る基地局の構成を示すブロック図
【図１４】実施の形態５に係る端末の構成を示すブロック図
【図１５】基地局と端末との間で送受信されるパルス系列の一例を示す図
【図１６】本発明の実施の形態６に係る無線測距システムにおける基地局、端末、及び、反射物の配置の一例を示す図
【図１７】端末の送受信パルス信号及び基地局の受信パルス信号を示す図
【図１８】端末の送信パルス信号及び基地局の受信パルス信号を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
[無線測距システムの概要]
図１は、本発明の実施の形態に係る無線測距システムを示す図である。図１において、無線測距システムは、リーダと、リーダによって、リーダとの距離が測定されるタグとを有する。以下では、説明を簡単にするために、無線測距システムがタグを１つ有する場合を例に説明するが、タグの数は１つに限定されない。
【００２１】
リーダは、タグまでの離間距離を測定する。具体的には、本実施の形態では、リーダは、タグ内の回路遅延時間と、タグまでの空間伝搬時間（タグ内の回路遅延時間を含む）とを測定し、回路遅延時間を除去した空間伝搬時間から離間距離を算出する。回路遅延時間及び空間伝搬時間の測定には、インパルス方式のウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）無線信号が用いられる。
【００２２】
以下、本実施の形態に係る無線測距システムの概要について説明する。
【００２３】
リーダは、まず、ＵＷＢパルスを送信する。
【００２４】
タグは、このＵＷＢパルスを受信アンテナで受信し、受信ＵＷＢパルスに応じた応答ＵＷＢパルスを送信する。セミパッシブ方式が適用される場合には、受信ＵＷＢパルスは、タグにおいて増幅され、または、増幅後に包絡線検波される。そして、増幅、または、増幅後に包絡線検波されて、再びＵＷＢパルスが発生される。そして、発生されたＵＷＢパルスは再放射（再送信）されて、応答ＵＷＢパルスとして送信される。以下、受信ＵＷＢパルスが再放射された応答ＵＷＢパルスを、再放射パルスという。
【００２５】
更に、タグは、この再放射パルスを、自装置の受信アンテナで受信し、受信した再放射パルスに応じた応答ＵＷＢパルスを送信する。セミパッシブ方式が適用される場合には、受信した再放射パルスは、タグにおいて増幅または増幅後に包絡線検波されて、再びＵＷＢパルスが発生される。そして、発生されたＵＷＢパルスは再放射されて、応答ＵＷＢパルスとして送信される。以下、再放射パルスが自装置により反射又は再放射された応答ＵＷＢパルスを、再々放射パルスという。
【００２６】
リーダは、タグから送信された再放射パルス及び再々放射パルスを受信する。リーダは、送信したＵＷＢパルスの送信タイミング及び再放射パルスの受信タイミングから、タグまでの空間伝搬時間を測定する。なお、この空間伝搬時間には、タグ内の回路遅延時間が含まれている。ここで、タグ内の回路遅延時間とは、タグがＵＷＢパルスを受信してから、当該ＵＷＢパルスに応じた応答ＵＷＢパルスを送信するまでに要する時間である。リーダは、再放射パルス及び再々放射パルスの受信タイミングから、タグ内の回路遅延時間を測定する。
【００２７】
以下、図２を用いて、空間伝搬時間及び回路遅延時間の測定方法について説明する。
【００２８】
図２は、リーダから送信されるＵＷＢパルス（以下「リーダ送信パルス」という）、及び、リーダ送信パルスに対応する再放射パルス及び再々放射パルスを示す図である。図２において、縦軸は信号電力を表し、横軸は時間を表す。
【００２９】
リーダから送出されるリーダ送信パルス１０１は、リーダとタグとの離間距離を伝搬する電波の空間伝搬時間ＴＬ経過後、タグに到達する。図２において、タグ受信パルス１０２は、タグに到達したリーダ送信パルス１０１を示す。タグは、受信アンテナにおいて、タグ受信パルス１０２を受信する。タグ受信パルス１０２は、上述したように、タグの内部回路を経由して、タグの送信アンテナからリーダに対し、タグ再放射パルス１０３として送信される。
【００３０】
ここで、タグ受信パルス１０２がタグに受信されてから、タグ再放射パルス１０３として送信されるまでの回路遅延時間をＴＣとする。
【００３１】
タグ再放射パルス１０３は、タグの送信アンテナから放射された後、その一部の電力が、タグの受信アンテナに入射する。そして、タグの回路遅延時間ＴＣを経た後、タグ再放射パルス１０３は、タグの送信アンテナからタグ再々放射パルス１０４として放射される。
【００３２】
タグから送出されるタグ再放射パルス１０３及びタグ再々放射パルス１０４は、リーダとタグとの離間距離を伝搬する電波の空間伝搬時間ＴＬ経過後、タグに到達する。リーダ受信パルス１０５，１０６は、リーダに到達したタグ再放射パルス１０３及びタグ再々放射パルス１０４を示す。リーダは、受信アンテナにおいて、リーダ受信パルス１０５，１０６を受信する。
【００３３】
リーダは、リーダ送信パルス１０１の送信タイミング、及び、リーダ受信パルス１０５，１０６の受信タイミングから、以下の時間を観測することができる。
【００３４】
（ａ）リーダ送信パルス１０１の先頭時間Ｔ１から、リーダ受信パルス１０５の先頭時間Ｔ５までの時間差（Ｔ５−Ｔ１＝ＴＬ＋ＴＣ＋ＴＬ）
（ｂ）タグ再放射パルス１０３に対するリーダ受信パルス１０５の先頭時間Ｔ５から、タグ再々放射パルス１０４に対するリーダ受信パルス１０６の先頭時間Ｔ６までの時間差（Ｔ６−Ｔ５＝ＴＣ）
【００３５】
ここで、タグの送信アンテナとタグの受信アンテナとの距離は、タグの形状から想定されるように、タグの回路遅延時間に比較して無視し得る程度に小さい。したがって、回路遅延時間は上記で述べた、リーダ受信パルス１０５の受信タイミングとリーダ受信パルス１０６の受信タイミングとの時間差ＴＣとなる。
【００３６】
リーダは、（ａ）及び（ｂ）の２つの観測時間から、（（ＴＬ＋ＴＣ＋ＴＬ）−ＴＣ）／２＝ＴＬより、タグ内の回路遅延時間ＴＣを含まない、リーダとタグ間の空間伝搬時間ＴＬを測定することができる。このようにして、タグは、再放射パルス及び再々放射パルスを送信し、リーダは、再放射パルス及び再々放射パルスの到来時刻（受信タイミング）を観測する。これにより、リーダは、タグ内での回路遅延時間を測定することができ、この結果、回路遅延時間を含まない空間伝搬時間を測定することができる。空間伝搬時間が分かれば、空間伝搬時間に空間伝搬速度を乗算することにより、リーダは、リーダとタグとの離間距離を求めることができる。
【００３７】
このようにして、本実施の形態では、タグ内の回路遅延時間を除去した、リーダとタグ間の実際の空間伝搬時間から、リーダとタグ間の実際の離間距離を算出する。以下では、本実施の形態に係る基地局及び端末の構成について説明する。
【００３８】
［基地局の構成］
図３は、本発明の実施の形態に係る無線測距システムの基地局２００の構成を示すブロック図である。基地局２００は、例えば、ＵＷＢ通信を行う読み取り装置（リーダ）である。
【００３９】
図３において、基地局２００は、タイミング信号出力部２０１と、送信パルス発生部２０２と、送信アンテナ２０３と、受信アンテナ２０４と、パルス検出部２０５と、距離算出部２０６とを有する。
【００４０】
タイミング信号出力部２０１は、等時間間隔でクロック信号を生成する。具体的には、タイミング信号出力部２０１は、クロック信号として、長周期クロック信号と、短周期クロック信号との２種類のクロック信号を生成する。長周期クロック信号の周期は、測定範囲に応じて決定される。例えば、測定距離の最大値を１５ｍとすれば、電波の往復伝搬距離は３０ｍとなりこのとき、最大遅延波は１００ナノ秒となる。また、短周期クロック信号の周期は測距分解能に相当し、通常はＵＷＢパルス幅と同等の値に設定する。１ナノ秒は、距離分解能３０ｃｍに相当する。生成されたクロック信号は、送信パルス発生部２０２、パルス検出部２０５及び距離算出部２０６に出力される。
【００４１】
送信パルス発生部２０２は、タイミング信号出力部２０１からの長周期クロック信号に基づいて、パルス信号を発生する。送信パルス発生部２０２は、長周期クロック信号に基づいて励振増幅する増幅回路と、バンドパスフィルタとを含む。増幅回路には、例えば、ステップリカバリダイオードが用いられる。この場合、送信パルス発生部２０２では、ステップリカバリダイオードが、長周期クロック信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジの一方において励振（つまり、エッジショック励振）することにより電流増幅し、得られた信号をバンドパスフィルタが帯域制限する。これにより、１ナノ秒程度のパルス幅（つまり、短周期程度のパルス幅）を持つパルス信号が生成される。このようにパルス信号は長周期クロック信号の周期と同じ周期で生成され、送信パルス信号として送信アンテナ２０３を介して送信される。
【００４２】
パルス検出部２０５は、後述する端末３００から送信される再放射パルス及び再々放射パルスを受信アンテナ２０４を介して受信する。パルス検出部２０５は、再放射パルス及び再々放射パルスを、短周期クロック信号に同期して検波し、得られた検波信号のレベルから、再放射パルス及び再々放射パルスの受信タイミング（到来時間）を取得し、取得した受信タイミングの情報を距離算出部２０６に出力する。
【００４３】
距離算出部２０６は、基地局２００と後述する端末３００との間を電波が実際に伝搬するのに要する空間伝搬時間を算出する。具体的には、距離算出部２０６は、タイミング信号出力部２０１より得られる送信パルスの送信タイミング及び端末３００より到来する再放射パルスと再々放射パルスとの到来時間差より、上述の［無線測距システムの概要］で説明した手順に従って、空間伝搬時間を算出する。そして、距離算出部２０６は、空間伝搬時間に電波の進行速度を乗算することにより、基地局２００と端末３００との間の離間距離を算出する。
【００４４】
［端末の構成］
図４は、本発明の実施の形態に係る無線測距システムの端末３００の構成を示すブロック図である。端末３００は、例えば、ＵＷＢ通信を行うタグである。
【００４５】
図４において、端末３００は、受信アンテナ３１０と、受信増幅器３２０と、タグ送受信回路３３０と、タイミング制御部３４０と、送信増幅器３５０と、送信アンテナ３６０とを有する。
【００４６】
受信増幅器３２０は、受信アンテナ３１０を介して受信した受信パルス信号を増幅し、増幅後の受信パルス信号をタグ送受信回路３３０に出力する。
【００４７】
図４には、タグ送受信回路３３０の内部構成の一例が示されている。図４に示すタグ送受信回路３３０は、セミパッシブ方式を採用した場合の構成例であり、タグ送受信回路３３０は、検波器３３１と、レベル検出部３３２と、コンパレータ３３３と、ＵＷＢパルス発生部３３４とを有する。
【００４８】
検波器３３１は、受信増幅器３２０からの受信パルス信号を検波する。検波器３３１は、例えば、ダイオードとコンデンサとを利用した整流回路により構成され、受信増幅器３２０からの受信パルス信号を包絡線検波する。例えば、受信パルス信号がインパルス方式ＵＷＢのＯＯＫ（ON OFF Keying）変調信号の場合、検波器３３１で得られる検波結果は、１〜２ナノ秒程度のベースバンド信号となる。検波器３３１で得られた検波結果は、レベル検出部３３２に出力される。
【００４９】
レベル検出部３３２は、タイミング制御部３４０からの出力タイミングに応じて、検波器３３１からの検波結果をサンプリングし、ベースバンド信号のレベルを検出する。レベル検出部３３２は、検出したベースバンド信号のレベルの情報をタイミング制御部３４０に出力する。
【００５０】
コンパレータ３３３は、検波器３３１の検波結果を入力とし、比較基準電圧と検波結果との大小比較結果に応じて、２値化されたデジタル信号を生成し、生成したデジタル信号をＵＷＢパルス発生部３３４に出力する。例えば、入力検波結果が比較基準電圧以上の場合には、コンパレータ３３３は、ハイレベル信号を出力する。一方、入力検波結果が比較基準電圧未満の場合には、ローレベル信号を出力する。
【００５１】
ＵＷＢパルス発生部３３４は、端末３００に備えられた電源（図示せぬ）から供給される電力を用いて、コンパレータ３３３からの出力信号に応じた送信パルス信号を生成し、生成した送信パルス信号を送信増幅器３５０に出力する。ＵＷＢパルス発生部３３４としては、ステップリカバリダイオードや、帯域制限された増幅器を用いることができる。
【００５２】
タイミング制御部３４０は、タグ内の回路遅延平均時間から決定される通常ＵＷＢパルス幅の２〜２０倍程度の予め定められた等時間間隔でクロック信号を生成し、クロック信号のタイミングを予め定められた間隔でずらしながら、レベル検出部３３２に出力する。
【００５３】
更に、タイミング制御部３４０は、レベル検出部３３２によって検波されたベースバンド信号のレベルが最大となるタイミング（以下「検出タイミング」という）を検出する。そして、タイミング制御部３４０は、検出タイミングに基づいて、オンオフ制御信号を生成し、生成したオンオフ制御信号を送信増幅器３５０に出力する。オンオフ制御信号の詳細については、後述する。
【００５４】
送信増幅器３５０は、タイミング制御部３４０から出力されるオンオフ制御信号に基づいてオン／オフ動作する。オンオフ制御信号がオン期間中には、送信増幅器３５０は、ＵＷＢパルス発生部３３４から出力される送信パルス信号を増幅する。増幅後の送信パルス信号は、送信アンテナ３６０を介して、基地局２００に送信される。一方、オンオフ制御信号がオフ期間中には、送信増幅器３５０は動作を停止する。従って、オフ期間中の送信増幅器３５０の出力は、無信号となる。
【００５５】
次に、タイミング制御部３４０から出力されるオンオフ制御信号について説明する。図５に、オンオフ制御信号の一例を示す。なお、図５において、図２と共通するパルス信号には共通の符号を付している。
【００５６】
図５において、検出タイミング信号４０１は、タイミング制御部３４０から出力されるクロック信号である。
【００５７】
基地局２００からのＵＷＢパルスは、端末３００の受信増幅器３２０において増幅された結果、検波器３３１において、タイミング制御部３４０から出力されるクロック信号で検出される。
【００５８】
上述したように、タイミング制御部３４０は、レベル検出部３３２におけるレベル検出結果が最大となるように、レベル検出部３３２に出力するクロック信号の出力タイミングを予め定められた間隔でずらしながら、レベル検出部３３２に出力する。
【００５９】
タイミング制御部３４０から出力されるクロック信号とタグ受信パルス１０２が到着する時刻とがずれるような場合には、レベル検出部３３２は、タグ受信パルス１０２が存在しないタイミングでレベル検出するので、レベル検出結果は、０または雑音レベルとなる。この場合、タイミング制御部３４０は、クロック信号の出力タイミングを予め定められた間隔でずらしながら、レベル検出部３３２に出力する。これにより、タグ受信パルス１０２に対し粗同期が取られるようになる。
【００６０】
図５において、検出タイミング信号４０１は、レベル検出部３３２におけるレベル検出結果が最大となるようなクロック信号の出力タイミングである。図５に示す例は、タグ受信パルス１０２が到着する時刻と検出タイミング信号４０１がハイレベルとなる期間とがほぼ同期しており、粗同期が取られた状態を示している。
【００６１】
このようにして、タイミング制御部３４０は、タグ受信パルス１０２に対して粗同期を取った段階で、レベル検出結果を最大とする検出タイミングに基づいて、送信増幅器３５０に対するオンオフ制御信号を生成する。具体的には、タイミング制御部３４０は、タグ受信パルス１０２に対して粗同期を取った検出タイミングから、所定時間経過後にハイレベルとなるようなオンオフ制御信号を生成する。このとき、所定時間を、例えば、端末３００の回路遅延時間の最小値以下とする。これにより、タグ受信パルス１０２に対するタグ再放射パルス１０３がタグ送受信回路３３０から出力される期間（再放射パルス出力期間）の先頭タイミングで、送信増幅器３５０がオンされるようになるので、タグ再放射パルス１０３が送信アンテナ３６０から送信されるようになる。
【００６２】
図５において、オンオフ制御信号４０２は、タグ受信パルス１０２が内部回路を経由してタグ再放射パルス１０３がタグ送受信回路３３０から出力される期間（再放射パルス出力期間）の直前のタイミングから、タグ再々放射パルス１０４がタグ送受信回路３３０から出力される期間（再々放射パルス出力期間）までを含めた期間（４０３）、ハイレベルとなる信号である。図５に示すオンオフ制御信号４０２は、ハイレベルとなる期間（４０３）が、回路遅延時間の最小値の２倍以上であり、回路遅延時間の最小値の３倍未満となる信号である。送信増幅器３５０は、オンオフ制御信号４０２がハイレベルとなる期間をオン期間とする。したがって、タグ再放射パルス１０３及びタグ再々放射パルス１０４がタグ送受信回路３３０から出力される期間において、送信増幅器３５０が既にオンされているようになるので、タグ再放射パルス１０３及びタグ再々放射パルス１０４は、送信増幅器３５０により増幅され、送信アンテナ３６０から送信されるようになる。
【００６３】
また、図５において、オンオフ制御信号４０４は、タグ再放射パルス１０３が出力される期間（再放射パルス出力期間）、及び、タグ再々放射パルス１０４が出力される期間（再々放射パルス出力期間）、ハイレベルとなる信号である。
【００６４】
図５から分かるように、オンオフ制御信号４０４は、オンオフ制御信号４０２に比べ、オン期間（ハイレベルとなる期間４０５，４０６）が短い。そのため、オンオフ制御信号４０４を用いる場合には、オンオフ制御信号４０２を用いる場合に比べ、消費電力を低減することができる。
【００６５】
なお、タグ再々放射パルス１０４は、タグ再放射パルス１０３が端末３００の内部回路を更に一周して送出されるパルスであり、回路遅延時間は、タグ受信パルス間隔に比べ短い。そのため、送信増幅器３５０がオンされる期間は、リーダ送信パルス間隔（又は、タグ受信パルス間隔）に比べ短くてよい。すなわち、オンオフ制御信号がハイレベルとなる期間は、リーダ送信パルス間隔（又は、タグ受信パルス間隔）に比べ短い。
【００６６】
また、検出タイミング信号４０１、及びオンオフ制御信号４０２，４０４において、ハイレベルとなる期間は、ＵＷＢパルス幅に対してある程度広い時間間隔とする。例えば、ＵＷＢパルスの幅が１〜２ナノ秒であれば、ハイレベルとなる期間は、４〜２０ナノ秒程度の幅とする。このようにすることで、温度変化等により、検出タイミング信号４０１及びオンオフ制御信号４０２，４０４とＵＷＢパルスとが非同期となるのを防ぐことができる。
【００６７】
このように、端末３００の回路遅延時間の代表値（例えば、最小時間、平均時間等）に基づいて、オンオフ制御信号４０２，４０４がハイレベルとなるタイミング及び期間４０３，４０５，４０６を、検出タイミング信号４０１から、一意に設定することができる。
【００６８】
このようにして、タイミング制御部３４０は、タグ再放射パルス１０３及びタグ再々放射パルス１０４が出力される期間（再放射パルス出力期間及び再々放射パルス出力期間）、送信増幅器３５０がオンされるようなオンオフ制御信号を、送信増幅器３５０に出力する。
【００６９】
これにより、端末３００から、再放射パルス及び再々放射パルスが送信される。そして、端末３００が再放射パルスを受信してから、当該再放射パルスの検波信号に応じて生成される再々放射パルスを送信するまでに要する、端末３００の回路遅延時間後に、再々放射パルスが、送信されるようになる。この結果、基地局２００は、再放射パルスの受信タイミングと、再々放射パルスの受信タイミングとの時間差から、端末３００の回路遅延時間を算出することができる。この結果、基地局２００は、端末３００の個体差、経年変化、及び、経時変化を補正することができるので、基地局２００と端末３００間の離間距離を良好な精度で測距することができるようになる。
【００７０】
以上のように、本実施の形態によれば、タイミング制御部３４０は、基地局２００から送信されたパルス信号の受信タイミング、及び、受信パルス信号を受信してから、当該受信パルス信号の検波信号に応じて生成される送信パルス信号を送信するまでに要する回路遅延時間の代表値に基づいた制御信号を、送信増幅器３５０に出力する。具体的には、タイミング制御部３４０は、基地局２００から送信されたパルス信号の検波信号に応じて生成された再放射パルス、及び、再放射パルスの検波信号に応じて生成された再々放射パルスを、送信増幅器３５０が増幅するようなオンオフ制御する制御信号を、送信増幅器３５０に出力するようにした。すなわち、タイミング制御部３４０は、再放射パルス出力期間及び再々放射パルス出力期間、送信増幅器３５０をオンするオンオフ制御信号を出力する。
【００７１】
これにより、端末３００から、基地局２００から送信される送信パルス信号に対する応答ＵＷＢ信号として再放射パルスが送信され、再放射パルスに対する応答ＵＷＢ信号として再々放射パルスが送信されるようになる。そして、基地局２００は、再放射パルスの受信タイミングと再々放射パルスの受信タイミングとの差を測定することにより、端末３００の回路遅延時間を取得することができる。これにより、基地局２００は、端末３００の回路遅延時間分を補正した、基地局２００と端末３００間の空間伝搬時間を、高い測定精度で取得することができる。この結果、基地局２００と端末３００間の離間距離の測定精度を向上させることができるようになる。
【００７２】
（実施の形態２）
上述したように、リーダから一定周期でＵＷＢパルスを送信することにより、リーダとタグ間の測距を行うことが可能である。ところで、パルス通信では、一定周期のタイミングでパルスを送信したり、送信しなかったりするＯＯＫ（On-Off-keying）変調により、データを同時に送信することができる。すなわち、ＵＷＢパルス通信において、データに応じてリーダ側でＵＷＢパルスをオン／オフすることにより、データを送信することができる。リーダは、このデータ送信を利用して、タグの動作モードを、通常動作モード又は回路キャリブレーションモードのいずれかに切り替えるモード切り替え信号を通知することができる。ここで、通常動作モードとは、タグから再放射パルスのみ送出してタグとリーダ間の測距を行うモードである。また、回路キャリブレーションモードとは、タグから再放射パルス及び再々放射パルスを送出して、タグの回路遅延時間を測定し、補正するモードである。
【００７３】
［基地局の構成］
図６は、本発明の実施の形態２に係る基地局の構成を示す図である。なお、図６の本実施の形態に係る基地局において、図３と共通する構成部分には、図３と同一の符号を付して説明を省略する。図６に示す基地局２００Ａは、図３に示す基地局２００に対して、送信パルス発生部２０２に代えて、送信パルス発生部２０２Ａを備える。
【００７４】
送信パルス発生部２０２Ａは、送信モード切り替え信号を入力とし、送信モード切り替え信号に応じたパルス信号系列を発生する。送信モード切り替え信号が通常動作モードを示す場合、送信パルス発生部２０２Ａは、通常動作モードを表すパルス信号系列として例えば、「０１１０」を発生する。送信モード切り替え信号が回路キャリブレーションモードを示す場合、送信パルス発生部２０２Ａは、回路キャリブレーションモードを表すパルス信号系列として、例えば「１００１」を発生する。
【００７５】
［端末の構成］
図７は、本発明の実施の形態２に係る端末の構成を示す図である。なお、図７の本実施の形態に係る端末において、図４と共通する構成部分には、図４と同一の符号を付して説明を省略する。図７に示す端末３００Ａは、図４に示す端末３００に対して、タグ送受信回路３３０及びタイミング制御部３４０に代えて、タグ送受信回路３３０Ａ及びタイミング制御部３４０Ａを備える。タグ送受信回路３３０Ａは、タグ送受信回路３３０に対し、送信モードデコード部３３５を更に追加した構成を採る。
【００７６】
送信モードデコード部３３５は、コンパレータ３３３によって２値化されたデジタル信号から、送信モード切り替え信号を抽出し、基地局２００Ａからの要求が通常動作モードか回路キャリブレーションモードのいずれかであるかを判定する。送信モードデコード部３３５は、送信モードの判定結果をタイミング制御部３４０Ａに出力する。
【００７７】
タイミング制御部３４０Ａは、送信モードの判定結果に応じたオンオフ制御信号を生成し、生成したオンオフ制御信号を送信増幅器３５０に出力する。図８を用いて、タイミング制御部３４０Ａから出力されるオンオフ制御信号について説明する。
【００７８】
図８は、オンオフ制御信号の一例を示す図である。なお、図８において、図５と共通するパルス信号には共通の符号を付している。上述したように、これらオンオフ制御信号がハイレベルとなる期間、送信増幅器３５０がオンされる。
【００７９】
図８において、オンオフ制御信号４０２は、回路キャリブレーションモード時のオンオフ制御信号である。オンオフ制御信号４０２は、タグ受信パルス１０２が端末３００Ａの内部回路を経由してタグ再放射パルス１０３としてタグ送受信回路３３０Ａから出力される期間（再放射パルス出力期間）の直前のタイミングから、タグ再々放射パルス１０４がタグ送受信回路３３０Ａから出力される期間（再々放射パルス出力期間）までを含めた期間（４０３）、ハイレベルとなっている。
【００８０】
一方、オンオフ制御信号５０１は、通常動作モード時のオンオフ制御信号である。オンオフ制御信号５０１は、タグ受信パルス１０２が端末３００Ａの内部回路を経由してタグ再放射パルス１０３としてタグ送受信回路３３０Ａから出力される期間（再放射パルス出力期間）の直前から、タグ再放射パルス１０３がタグ送受信回路３３０Ａから出力される期間（再放射パルス出力期間）を含む期間（５０２）、ハイレベルとなっている。
【００８１】
このように、基地局２００Ａから送信モードとして、通常動作モードが通知される場合、タイミング制御部３４０Ａは、タグ再放射パルス１０３が出力される期間（再放射パルス出力期間）だけ、送信増幅器３５０がオンされるようなオンオフ制御信号を、送信増幅器３５０に出力する。これにより、回路キャリブレーションモード時以外においては、タグ再々放射パルス１０４が送出されないようになるため、端末３００Ａから不要な電波の放射が低減される。この結果、複数タグが存在する場合やマルチパス環境においてパルスが複雑に伝搬するシステムにおいて、モード切替により回路キャリブレーションを容易にするとともに消費電力が低減されるようになる。
【００８２】
以上のように、本実施の形態によれば、送信モード切り替え信号に基づいて、端末３００Ａは、回路遅延時間を測定する回路キャリブレーションモードか、基地局２００Ａと端末３００Ａとの離間距離を測定する測距モードか否かを判定する送信モードデコード部３３５を具備する。そして、タイミング制御部３４０Ａは、回路キャリブレーションモード時に、送信増幅器３５０が再放射パルス及び再々放射パルスを増幅するようなオンオフ制御信号を、送信増幅器３５０に出力する。すなわち、タイミング制御部３４０Ａは、回路キャリブレーションモード時に、再放射パルス出力期間及び再々放射パルス出力期間、送信増幅器３５０をオンするオンオフ制御信号を出力する。更に、タイミング制御部３４０Ａは、通常動作モード時に、送信増幅器３５０が再放射パルスを増幅するようなオンオフ制御信号を、送信増幅器３５０に出力するようにした。
【００８３】
これにより、端末３００Ａの回路遅延時間が、温度上昇等により変動する場合においても、基地局２００Ａは、例えば、定期的に回路キャリブレーションモードを示す送信モード切り替え信号を端末３００Ａに通知することにより、端末３００Ａから基地局２００Ａに対し、再放射パルス及び再々放射パルスが送出されるようになる。この結果、基地局２００Ａは、端末３００Ａの回路遅延時間を取得することができ、基地局２００Ａと端末３００Ａとの離間距離を精度良く測定することができる。また、回路遅延時間が変動しないとみなせる期間内では、基地局２００Ａは、通常動作モードを示す送信モード切り替え信号を端末３００Ａに通知することにより、端末３００Ａから基地局２００Ａに対し、再々放射パルスが送信されなくなる。この結果、不要な電波の放射が低減され、複数タグが存在する場合やマルチパス環境においてパルスが複雑に伝搬するシステムにおいて、モード切替により回路キャリブレーションを容易にするとともに消費電力が低減されるようになる。
【００８４】
また、基地局２００Ａは、ＵＷＢパルスをオン／オフすることにより、回路キャリブレーションモード又は通常動作モードのいずれかを表すパルス信号系列を用いて、送信モード切り替え信号を通知することができる。このように、測距のための送信パルス信号を生成する送信パルス発生部２０２Ａを流用して、送信モード切り替え信号を生成することができ、送信モード切り替え信号を生成するための新たな回路の追加を回避することができる。
【００８５】
なお、検出タイミング信号４０１、及びオンオフ制御信号４０２、４０４と同様に、オンオフ制御信号５０１において、ハイレベルとなる期間は、ＵＷＢパルス幅に対してある程度広い時間間隔とする。このようにすることで、温度変化等により、オンオフ制御信号５０１と再放射パルスとが非同期となるのを防ぐことができる。
【００８６】
また、回路キャリブレーションモード時のオンオフ制御信号は、オンオフ制御信号４０２に限られず、図５のオンオフ制御信号４０４を用いるようにしても良い。
【００８７】
（実施の形態３）
実施の形態１で述べたように、タグから送出される再放射パルス及び再々放射パルスを用いて、タグ内の回路遅延時間が測定される。このとき、マルチパス環境においては、再放射パルスが近傍の反射体に反射して、再々放射パルスと区別がつかない場合が考えられる。そこで、本実施の形態では、リーダは、すべてのタグからのパルスに対し、到来方向を推定し、最も短時間で到達するパルスすなわち先頭波を再放射パルスと判定し、その到来方向と同じ方向から到来するパルスを再々放射パルスと判定する。
【００８８】
［基地局の構成］
図９は、本発明の実施の形態に係る基地局の構成を示す図である。なお、図９の本実施の形態に係る基地局において、図３と共通する構成部分には、図３と同一の符号を付して説明を省略する。図９に示す基地局２００Ｂは、図３に示す基地局２００に対して、電波到来方向推定部２１１を更に追加した構成を採る。
【００８９】
電波到来方向推定部２１１は、端末３００から送信されるすべての受信パルス信号に対し、その到来方向を推定する。具体的には、基地局２００Ｂは、複数のアンテナ（アレーアンテナ）を有し、電波到来方向推定部２１１は、複数のアンテナで受信した受信パルス信号群に対して、到来方向推定アルゴリズムを適用することにより、受信パルス信号の到来方向を求める。到来方向推定アルゴリズムとしては、複数アンテナで受信した受信パルス信号群を、各受信パルス信号の位相を変化させながら加算して、加算値のピークを検出する方法を用いることができる。又は、到来方向推定アルゴリズムとして、ＭＵＳＩＣ若しくはＥＳＰＲＩＴなどの相関行列の固有ベクトルを用いて算出する高分解能推定方法を用いることができる。
【００９０】
そして、電波到来方向推定部２１１は、最も短時間で到達するパルス、すなわち先頭波を再放射パルスと判定し、その到来方向と同じ方向から到来するパルスを再々放射パルスと判定する。パルス検出部２０５は、電波到来方向推定部２１１により判定された再放射パルスと再々放射パルスの到来時間を検出する。そして、距離算出部２０６は、再放射パルスと再々放射パルスの到来時間差より、実施の形態１の［無線測距システムの概要］で説明した手順に従って、基地局２００Ｂと端末３００との間に要する空間伝搬時間及び基地局２００Ｂと端末３００との間の離間距離を算出する。
【００９１】
以上のように、本実施の形態では、基地局２００Ｂは、電波到来方向推定部２１１を更に具備し、電波到来方向推定部２１１は、最も短時間で到達するパルスを再放射パルスと判定し、その到来方向と同じ方向から到来するパルスを再々放射パルスと判定する。そして、距離算出部２０６は、再放射パルスと同一方向から到来する再々放射パルスとの受信タイミングの時間差から、端末３００の回路遅延時間を測定する。これにより、複数タグが存在し、パルスが複数到来する場合やマルチパス環境のように、マルチパス反射波が混在するような場合においても、基地局２００Ｂは、混在する受信パルス信号から、再放射パルスと再々放射パルスを抽出することができる。この結果、基地局２００Ｂは、端末３００の回路遅延時間を測定することができ、回路遅延時間による誤差を除去した精度が高い測距を行うことができるようになる。
【００９２】
（実施の形態４）
実施の形態２では、基地局が主導となり回路キャリブレーションモードへの移行を決定し、基地局が端末にその旨の通知をする場合について説明した。本実施の形態では、端末が主導となり回路キャリブレーションモードへの移行を決定する場合について説明する。
【００９３】
本実施の形態では、端末は、再放射パルスと再々放射パルスとに異なる符号系列を付加する。
【００９４】
図１０は、本発明の実施の形態に係る端末の構成を示すブロック図である。なお、図１０の本実施の形態に係る端末において、図４と共通する構成部分には、図４と同一の符号を付して説明を省略する。
【００９５】
再放射用符号系列記憶部４１０は、端末４００から送信される再放射パルスに付加する符号系列（再放射用符号系列）を記憶する。再放射用符号系列記憶部４１０は、記憶した符号系列を符号系列切換部４４０に出力する。
【００９６】
再々放射用符号系列記憶部４２０は、端末４００から送信される再々放射パルスに付加する符号系列（再々放射用符号系列）を記憶する。再々放射用符号系列記憶部４２０は、記憶した符号系列を符号系列切換部４４０に出力する。
【００９７】
なお、ここで、再放射用符号系列と再々放射用符号系列とは、異なる符号系列である。これら符号系列は、後述の符号系列切換部４４０において、再放射パルス出力期間と再々放射パルス出力期間とで切り替えられて、送信増幅器４５０に出力される。
【００９８】
キャリブレーションモード制御部４３０は、回路キャリブレーションモードに移行するための制御信号を生成する。端末４００の回路遅延時間は、回路内に使用される部品のバラツキ、或いは温度特性等の原因から発生する。そこで、例えば定期的に端末４００を回路キャリブレーションモードに移行させ、後述の基地局５００が回路遅延時間を測定することにより、例えば温度が変化する場合においても、温度変化に起因して回路遅延時間が変化することによる測距誤差を軽減することができる。そこで、キャリブレーションモード制御部４３０は、例えば定期的に、回路キャリブレーションモードに移行することを示す制御信号を符号系列切換部４４０に出力する。
【００９９】
符号系列切換部４４０は、タイミング制御部３４０から出力されるオンオフ制御信号、再放射用符号系列、再々放射用符号系列、及び、キャリブレーションモード制御部４３０から出力される制御信号を入力とする。符号系列切換部４４０は、回路キャリブレーションに移行することを示す制御信号が入力されると、再放射パルス及び再々放射パルスに付加する符号系列を、再放射パルスと再々放射パルスとで、異なる付加符号系列に切り替える。
【０１００】
具体的には、符号系列切換部４４０は、オンオフ制御信号を用いて、再放射パルス出力期間と再々放射パルス出力期間とを区別する信号を生成する。タイミング制御部３４０から出力されるオンオフ制御信号は、図５に示したように、再放射パルスが送信増幅器４５０に出力される期間（再放射パルス出力期間）及び再々放射パルスが送信増幅器４５０に出力される期間（再放射パルス出力期間）で送信増幅器４５０がオンになるように制御する信号である。そのため、符号系列切換部４４０は、オンオフ制御信号に基づいて、再放射パルス出力期間と再々放射パルス出力期間とを区別する信号を生成することができる。
【０１０１】
そして、符号系列切換部４４０は、生成した信号に基づいて、再放射用符号系列又は再々放射用符号系列のどちらか一方を選択する。具体的には、符号系列切換部４４０は、生成した信号が、再放射パルス出力期間を示す場合、再放射用符号系列を選択し、生成した信号が、再々放射パルス出力期間を示す場合、再々放射用符号系列を選択する。符号系列切換部４４０は、選択した符号系列を送信増幅器４５０に出力する。
【０１０２】
このようにして、符号系列切換部４４０は、再放射パルスと再々放射パルスとに付加される符号系列を変更し、変更後の符号系列を送信増幅器４５０に出力する。
【０１０３】
送信増幅器４５０は、タイミング制御部３４０から出力されるオンオフ制御信号及び符号系列切換部４４０から出力される符号系列に基づいてオン／オフ動作する。具体的には、オンオフ制御信号がオン期間中であり、符号系列が「１」の場合には、送信増幅器４５０は、ＵＷＢパルス発生部３３４から出力される送信パルス信号を増幅する。増幅後の送信パルス信号は、送信アンテナ３６０を介して、基地局５００に送信される。
【０１０４】
一方、オンオフ制御信号がオフ期間中、又は、符号系列が「０」の場合には、送信増幅器４５０は動作を停止する。従って、オフ期間中、又は、符号系列が「０」の場合、送信増幅器４５０の出力は、無信号となる。
【０１０５】
図１１は、本発明の実施の形態に係る基地局の構成を示すブロック図である。なお、図１１の本実施の形態に係る基地局５００において、図３と共通する構成部分には、図３と同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０６】
パルス検出部５１０は、端末４００から送信されるパルス（再放射パルス及び再々放射パルス）を受信アンテナ２０４を介して受信し、タイミング信号出力部２０１から出力される短周期クロック信号に同期してパルスを検波して、受信パルス信号を検出する。パルス検出部５１０は、検出した受信パルス信号を符号系列検出部５２０に出力する。
【０１０７】
符号系列検出部５２０は、タイミング信号出力部２０１から出力される長周期クロック信号を用いて、パルス検出部５１０から出力される受信パルス信号から、再放射用符号系列又は再々放射用符号系列を検出する。なお、符号系列検出部５２０における符号検出方法については、後述する。また、符号系列検出部５２０は、再放射用符号系列又は再々放射用符号系列を検出した場合に、これら検出に用いた受信パルス信号の受信タイミングの情報を距離算出部２０６に出力する。
【０１０８】
図１２は、基地局５００と端末４００との間で送受信されるパルス系列の一例を示している。
【０１０９】
基地局５００は、基準パルス信号である送信パルス信号を、長周期クロック信号の周期ごとに、一定間隔（パルス間隔）で生成して、生成した送信パルス信号を送信パルス系列６００として、送信アンテナ２０３から送信する。図１２において、送信パルス６０１は、基地局５００から送信された最初の送信パルスである。送信パルス６０２は、一定間隔が経過してから送信された２つ目の送信パルスである。以降の送信パルス６０３から送信パルス６０７は、一定間隔ごとに送信される送信パルスである。
【０１１０】
端末４００は、基地局５００から送信された送信パルス系列６００（送信パルス６０１〜６０７）を受信し、各送信パルスに対する再放射パルスを基地局５００に向けて送信する。ここで、端末４００は、再放射パルスを送信する際、再放射パルスを搬送波と見なして、符号系列に応じて再放射パルスに対してＡＳＫ変調を行う。ＡＳＫ変調により、再放射パルスに対して再送用符号系列が付加される。
【０１１１】
一例として、再送用符号系列が２進数で「１０１００１１」と表される場合について考える。この時、送信パルス系列６００（送信パルス６０１〜６０７）を受信した端末４００が、再放射するパルス系列は、パルス系列６１０（パルス６１１〜６１４）となる。
【０１１２】
具体的には、再送用符号系列の先頭ビットは「１」であるので、端末４００は、パルス６１１を送信パルス６０１に対する再放射パルスとして送信する。次に、再送用符号系列の２ビット目は「０」であることから、端末４００は、送信パルス６０２に対する再放射パルスを送信しない。次に、再送用符号系列の３ビット目は「１」であることから、端末４００は、パルス６１２を送信パルス６０３に対する再放射パルスとして送信する。次に、再送用符号系列の４ビット目及び５ビット目は「０」であることから、端末４００は、送信パルス６０４及び送信パルス６０５に対する再放射パルスを送信しない。次に再送用符号系列の６ビット目及び７ビット目は「１」であることから、端末４００は、パルス６１３及びパルス６１４をそれぞれ送信パルス６０６及び送信パルス６０７に対する再放射パルスとして送信する。
【０１１３】
このようにして、端末４００は、パルス系列６１０（パルス６１１〜６１４）を用いて、再放射用符号系列「１０１００１１」を送信する。
【０１１４】
同様にして、端末４００は、パルス系列６２０（パルス６２１〜パルス６２４）を用いて、再々放射用符号系列「１０１０１１１」を送信する。
【０１１５】
基地局５００は、パルス系列６１０及びパルス系列６２０を受信する。そして、符号系列検出部５２０は、受信したこれらパルス系列から、再放射用符号系列及び再々放射用符号系列を検出し、受信したパルスが、再放射パルスか再々放射パルスか判定する。
【０１１６】
例えば、符号系列検出部５２０は、パルス系列６１０及びパルス系列６２０と、再放射用符号系列及び再々放射用符号系列との相関演算をそれぞれ行うことにより、再放射用符号系列又は再々放射用符号系列を検出する。すなわち、符号系列検出部５２０は、パルス系列６１０及びパルス系列６２０と再放射用符号系列との相関演算結果が既定の値を超えた場合、再放射用符号系列を検出したと判定する。また、符号系列検出部５２０は、パルス系列６１０及びパルス系列６２０と再々放射用符号系列との相関演算結果が既定の値を超えた場合、再々放射用符号系列を検出したと判定する。
【０１１７】
なお、基地局５００には、パルス系列６１０及びパルス系列６２０に含まれる再放射パルス及び再々放射パルスが交互に到着する。図１２を用いて説明すると、基地局５００には、パルス６１１、パルス６２１、パルス６１２、パルス６２２、パルス６１３、パルス６２３、パルス６１４、パルス６２４の順に、再放射パルス及び再々放射パルスが基地局５００に到着する。
【０１１８】
そこで、符号系列検出部５２０は、タイミング信号出力部２０１から出力される長周期クロック信号を用いて、長周期クロック信号をずらしながら、パルス間隔毎に、パルス系列６１０及びパルス系列６２０と再放射用符号系列及び再々放射用符号系列との相関演算を行う。
【０１１９】
そして、符号系列検出部５２０は、再放射用符号系列が検出されたパルス系列を、再放射パルスが含まれるパルス系列と判定する。また、符号系列検出部５２０は、再々放射用符号系列が検出されたパルス系列を、再々放射パルスが含まれるパルス系列と判定する。
【０１２０】
符号系列検出部５２０は、再放射用符号系列が検出されたパルス系列の受信タイミングを、再放射パルスの受信タイミングの情報として、距離算出部２０６に出力する。また、符号系列検出部５２０は、再々放射用符号系列が検出されたパルス系列の受信タイミングを、再々放射パルスの受信タイミングの情報として、距離算出部２０６に出力する。
【０１２１】
このようにして、基地局５００は、再々放射パルスを検出した場合に、端末４００が回路キャリブレーションモードに切り替わったことを検知することができる。そのため、端末４００から基地局５００への回路キャリブレーションに移行する旨の通知をせずとも、基地局５００は、回路キャリブレーションに移行したことを認識することができる。また、端末４００を回路キャリブレーションモードに移行させる制御を外部から行うことなく、端末４００は、自律的に回路キャリブレーションモードに移行することができる。これにより、無線測距システムを簡略化することができるので、システムにかかるコストを低く抑えることができる。
【０１２２】
また、基地局５００と端末４００との間で、回路キャリブレーションに移行する旨の通信をする必要が無いため、一定期間内に測位できるタグ数に影響を与えずに、基地局５００は、端末４００の回路遅延時間を測定することができる。さらに、回路キャリブレーションモードに移行する旨の通信が不要のため、端末４００及び基地局５００の消費電力を抑えることができる。
【０１２３】
また、基地局５００は、パルス系列６１０及びパルス系列６２０に付加された符号系列を検出することにより、受信パルスが再放射パルスであるか、或いは、再々放射パルスであるかを判定することができる。そのため、マルチパス環境下においても、基地局５００は、最初に到来した再放射パルス及び再々放射パルスを用いることにより、端末４００の回路遅延時間を測定することができる。
【０１２４】
なお、再放射符号系列及び再々放射符号系列は、端末４００の固有のＩＤから一意に定まる符号としてもよい。この場合には、複数の端末から再放射パルス及び再々放射パルスが送信される場合においても、基地局５００は、各端末を区別し、かつ、再放射パルス及び再々放射パルスを端末毎に抽出することが出来るため、各端末の回路遅延時間を測定することができる。
【０１２５】
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態２で説明したように、基地局が端末に回路キャリブレーションモードに移行する旨の通知をする場合において、端末が、再放射パルスと再々放射パルスとに異なる符号系列を付加する場合について説明する。
【０１２６】
［基地局の構成］
図１３は、本発明の実施の形態に係る基地局の構成を示すブロック図である。なお、図１３の本実施の形態に係る基地局において、図６及び図１１と共通する構成部分には、図６及び図１１と同一の符号を付して説明を省略する。
【０１２７】
符号系列検出部５２０Ａは、タイミング信号出力部２０１から出力される長周期クロック信号を用いて、パルス検出部５１０から出力される受信パルス信号から、再放射用符号系列又は再々放射用符号系列を検出する。なお、符号系列検出部５２０Ａにおける符号検出方法については、後述する。また、符号系列検出部５２０Ａは、再放射用符号系列又は再々放射用符号系列を検出した場合に、これら検出に用いた受信パルス信号の受信タイミングの情報を距離算出部２０６に出力する。
【０１２８】
図１４は、本発明の実施の形態に係る端末の構成を示すブロック図である。なお、図１４の本実施の形態に係る端末７００において、図７及び図１０と共通する構成部分には、図７及び図１０と同一の符号を付して説明を省略する。
【０１２９】
送信モードデコード部７１０は、送信モードデコード部３３５と同様に、コンパレータ３３３によって２値化されたデジタル信号から、送信モード切り替え信号を抽出し、基地局５００Ａからの要求が通常動作モードか回路キャリブレーションモードのいずれかであるかを判定する。送信モードデコード部７１０は、送信モードの判定結果をタイミング制御部３４０Ａ及びキャリブレーションモード制御部７２０に出力する。
【０１３０】
キャリブレーションモード制御部７２０は、送信モードの判定結果が回路キャリブレーションモードの場合、キャリブレーションモード制御部４３０と同様に、回路キャリブレーションモードに移行するための制御信号を生成する。そして、キャリブレーションモード制御部７２０は、回路キャリブレーションモードに移行することを示す制御信号を符号系列切換部７３０に出力する。
【０１３１】
符号系列切換部７３０は、タイミング制御部３４０Ａから出力されるオンオフ制御信号、再放射用符号系列、再々放射用符号系列、及び、キャリブレーションモード制御部７２０から出力される制御信号を入力とする。符号系列切換部７３０は、回路キャリブレーションに移行することを示す制御信号が入力されると、再放射パルス及び再々放射パルスに付加する符号系列を、再放射パルスと再々放射パルスとで、異なる符号系列に切り替える。
【０１３２】
具体的には、符号系列切換部７３０は、オンオフ制御信号を用いて、再放射パルス出力期間と再々放射パルス出力期間とを区別する信号を生成する。タイミング制御部３４０Ａから出力されるオンオフ制御信号は、図５に示したように、再放射パルスが出力される期間（再放射パルス出力期間）及び再々放射パルスが出力される期間（再放射パルス出力期間）で送信増幅器４５０がオンになるように制御する信号である。そのため、符号系列切換部７３０は、オンオフ制御信号に基づいて、再放射パルス出力期間と再々放射パルス出力期間とを区別する信号を生成することができる。
【０１３３】
そして、符号系列切換部７３０は、生成した信号に基づいて、再放射用符号系列又は再々放射用符号系列のどちらか一方を選択する。具体的には、符号系列切換部７３０は、生成した信号が、再放射パルス出力期間を示す場合、再放射用符号系列を選択し、生成した信号が、再々放射パルス出力期間を示す場合、再々放射用符号系列を選択する。符号系列切換部７３０は、選択した符号系列を送信増幅器４５０に出力する。
【０１３４】
このようにして、符号系列切換部７３０は、再放射パルスと再々放射パルスとに付加される符号系列を変更し、変更後の符号系列を送信増幅器４５０に出力する。
【０１３５】
図１５は、基地局５００Ａと端末７００との間で送受信されるパルス系列の一例を示している。
【０１３６】
図１５において、送信パルス系列８１０は、基地局５００Ａから送信されるパルス系列を示す。なお、送信パルス系列８１０のうち、パルス群８００は、符号系列「１１０１０」に応じて、基準パルス信号をＡＳＫ変調することにより得られたパルス群である。ここで、符号系列「１１０１０」は、回路キャリブレーションを示す符号系列である。パルス群８００には、符号系列「１１０１０」の系列長（図１５の例では５個）のＡＳＫ変調後のパルスが含まれている。以下、回路キャリブレーションを示す符号系列「１１０１０」が用いられるパルス群８００に含まれるパルスが出力される期間を、パルス群出力期間と呼ぶ。
【０１３７】
基地局５００Ａは、パルス群８００を繰り返して、送信パルス系列８１０として送信する。
【０１３８】
そして、端末７００は、実施の形態４と同様に、再放射パルスに再放射用符号系列を付加して送信する。ただし、本実施の形態では、実施の形態４とは異なり、端末７００は、パルス群８００に含まれる送信パルスのうち、最初に到着する送信パルスに対する再放射パルスの再放射パルス出力期間の先頭タイミングからパルス群出力期間が終了するまでの間、再放射用符号系列のうち同一の符号を用いる。
【０１３９】
図１５において、パルス系列８２０は、再放射用符号系列として「１０１００１」が付加された様子を示している。すなわち、符号系列切換部７３０は、最初のパルス群８００に対する再放射パルスに対しては、「１」を用いて、ＡＳＫ変調することにより、再放射用符号系列を付加する。そして、符号系列切換部７３０は、２番目のパルス群８００に対する再放射パルスに対しては、「０」を用いて、ＡＳＫ変調することにより、再放射用符号系列を付加する。以降、３〜６番目のパルス群８００に対する再放射パルスに対しては、「１」、「０」、「０」、「１」を用いて、ＡＳＫ変調することにより、再放射用符号系列を付加する。
【０１４０】
同様に、本実施の形態では、端末７００は、パルス群８００に含まれる送信パルスのうち、最初に到着する送信パルスに対する再々放射パルスの再々放射パルス出力期間の先頭タイミングからパルス群出力期間が終了するまでの間、再々放射用符号系列のうち同一の符号を用いる。
【０１４１】
図１５において、パルス系列８３０は、再々放射用符号系列として「１０１０１１」が付加された様子を示している。すなわち、符号系列切換部７３０は、最初のパルス群８００に対する再々放射パルスに対しては、「１」を用いて、ＡＳＫ変調することにより、再々放射用符号系列を付加する。そして、符号系列切換部７３０は、２番目のパルス群８００に対する再々放射パルスに対しては、「０」を用いて、ＡＳＫ変調することにより、再々放射用符号系列を付加する。以降、３〜６番目のパルス群８００に対する再々放射パルスに対しては、「１」、「０」、「１」、「１」を用いて、ＡＳＫ変調することにより、再々放射用符号系列を付加する。
【０１４２】
このように、符号系列切換部７３０は、回路キャリブレーションモードへの移行指示を示す符号系列の符号長分のパルスから構成されるパルス群ごとに、再放射用符号系列又は再々放射用符号系列を順次付加する。
【０１４３】
このようにして、基地局５００Ａから送信される送信パルス系列から、端末７００の送信モードデコード部７１０が、事前に決定される回路キャリブレーションモードを示す符号系列を検出した場合に、端末７００は回路キャリブレーションモードに移行する。そして、端末７００は、上述の手順により再放射パルス及び再々放射パルスを送信する。
【０１４４】
基地局５００Ａは、パルス群ごとに付加される再放射用符号系列及び再々放射用符号系列を検出する。なお、再放射用符号系列及び再々放射用符号系列が付加されたパルス群には、回路キャリブレーションモードを示す符号系列が含まれている。また、実施の形態４で述べたように、基地局５００Ａには、再放射パルス及び再々放射パルスが交互に到着する。
【０１４５】
そこで、符号系列検出部５２０Ａは、タイミング信号出力部２０１から出力される長周期クロック信号を用いて、長周期クロック信号をずらしながら、パルス間隔毎に、パルス系列８２０及びパルス系列８３０と回路キャリブレーションモードを示す符号系列との相関演算を行う。
【０１４６】
更に、符号系列検出部５２０Ａは、タイミング信号出力部２０１から出力される長周期クロック信号を用いて、パルス群出力間隔毎に、パルス系列８２０及びパルス系列８３０と回路キャリブレーションモードを示す符号系列との相関演算結果と、再放射用符号系列及び再々放射用符号系列との相関演算を行う。そして、得られた相関演算結果が、既定の値を超えた場合、符号系列検出部５２０Ａは、再放射用符号系列又は再々放射用符号系列を検出したと判定する。そして、符号系列検出部５２０Ａは、再放射用符号系列が検出されたパルス系列を、再放射パルスが含まれるパルス系列と判定する。また、符号系列検出部５２０Ａは、再々放射用符号系列が検出されたパルス系列を、再々放射パルスが含まれるパルス系列と判定する。
【０１４７】
符号系列検出部５２０Ａは、再放射用符号系列が検出されたパルス系列の受信タイミングを、再放射パルスの受信タイミングの情報として、距離算出部２０６に出力する。また、符号系列検出部５２０Ａは、再々放射用符号系列が検出されたパルス系列の受信タイミングを、再々放射パルスの受信タイミングの情報として、距離算出部２０６に出力する。これにより、基地局５００Ａは、端末７００の回路遅延時間を測定することができるようになる。
【０１４８】
このようにして、基地局５００Ａから端末７００に、回路キャリブレーションモードに移行することを通知する場合には、端末７００は、回路キャリブレーションモードを通知する符号系列長毎に、再放射パルスに再放射用符号系列を付加し、再々放射パルスに再々放射用符号系列を付加する。基地局５００Ａは、測距のための送信パルス信号を生成する送信パルス発生部２０２Ａを流用して、送信モード切り替え信号を生成することができるため、送信モード切り替え信号を生成するための新たな回路の追加を回避することができる。また、端末７００は、コンパレータ３３３の検出結果を流用して、送信モード切り替え信号を検出することが出来るため、複雑な回路を追加せずにコストの増加を抑えつつ、基地局５００Ａは、端末７００を回路キャリブレーションモードに制御することができる。
【０１４９】
また、基地局５００Ａは、パルス系列８２０及びパルス系列８３０に付加された符号系列を検出することにより、受信パルスが再放射パルスであるか、或いは、再々放射パルスであるかを判定することができる。そのため、マルチパス環境下においても、基地局５００Ａは、最初に到来した再放射パルス及び再々放射パルスを用いることにより、端末７００の回路遅延時間を測定することができる。
【０１５０】
（実施の形態６）
本実施の形態では、反射物が存在するマルチパス環境においても、精度良く測位することができる無線測距システムについて説明する。
【０１５１】
反射物が存在するマルチパス環境においては、複数の反射波が基地局において受信される。
【０１５２】
図１６は、本実施の形態に係る無線測距システムにおける基地局、端末、及び、反射物の配置の一例を示す図である。なお、基地局及び端末の構成は、実施の形態１から実施の形態５で説明したいずれの構成を採ってもよい。
【０１５３】
図１６において、経路（１）及び経路（２）は、基地局から送信された送信パルスが、端末に到達するまでの経路を表す。図１６に示すように、送信パルスが基地局から端末に到達する経路には、２種類の経路が存在する。経路（１）は、送信パルスが、基地局から端末に直接到達する経路である。一方、経路（２）は、送信パルスが、基地局から反射物の方向に送信され、反射物で反射した後に端末へ到達する経路である。
【０１５４】
同様に、図１６において、経路（３）及び経路（４）は、端末から送信された送信パルスが、基地局に到達するまでの経路を表す。図１６に示すように、送信パルスが端末から基地局に到達する経路には、２種類の経路が存在する。経路（３）は、送信パルスが、端末から基地局に直接到達する経路である。一方、経路（４）は、送信パルスが、端末から反射物の方向に送信され、反射物で反射した後に基地局へ到達する経路である。
【０１５５】
図１７は、基地局と端末との間に、図１６に示すように、２種類の経路がある場合の送受信パルス信号を示している。図１７において、図中、横軸は時間を示し、縦軸はパルスの振幅を示す。なお、図１７は、送受信パルス信号のうち、再放射パルスに関するパルス信号のみを示している。
【０１５６】
図１７Ａは、基地局から送信された送信パルス信号を、端末が受信した受信パルス信号を表している。受信パルス９０１は、基地局から送信され、端末に直接到来する（経路（１））到来波（直接波）を示している。受信パルス９０２は、基地局から送信された送信パルスが、反射物により反射されて端末に到来する（経路（２））到来波（反射波）を示している。
【０１５７】
図１７Ｂは、受信パルス９０１及び受信パルス９０２を受信した端末から送信される送信パルス信号（再放射パルス）を示している。再放射パルス９１１は、受信パルス９０１に対するパルスを示し、再放射パルス９１２は、受信パルス９０２に対するパルスを示す。
【０１５８】
図１７Ｃは、端末が、図１７Ｂに示した送信パルス信号（再放射パルス）を送信した場合に、基地局が受信する受信パルス信号を示している。
【０１５９】
受信パルス９２１は、端末から送信された再放射パルス９１１が、基地局に直接到来するパルスを示している。すなわち、受信パルス９２１は、基地局から送信され、直接波として端末で受信された受信パルス９０１が、端末から再放射パルス９１１として送信され、直接波として基地局で受信される経路（経路（１）及び経路（３））をたどったパルスである。
【０１６０】
受信パルス９２２は、以下のパルス（１）及びパルス（２）の合成波である。
【０１６１】
パルス（１）：基地局から送信され、直接波として端末で受信された受信パルス９０１が、端末から再放射パルス９１１として送信され、反射波として基地局で受信される到来経路（経路（１）及び経路（４））をたどったパルス。
パルス（２）：基地局から送信され、壁等の反射物で反射され、反射波として端末で受信された受信パルス９０２が、端末から再放射パルス９１２として送信され、直接波として基地局で受信される到来経路（経路（２）及び経路（３））をたどったパルス。
【０１６２】
受信パルス９２３は、端末から送信された再放射パルス９１２が、壁等の反射物により反射され、基地局に到来するパルスを示している。すなわち、受信パルス９２３は、基地局から送信され、壁等の反射物で反射され、反射波として端末で受信された受信パルス９０２が、端末から再放射パルス９１２として送信され、壁等の反射物で反射され、反射波として基地局で受信される到来経路（経路（２）及び経路（４））をたどったパルスである。
【０１６３】
図１８は、基地局と端末との間に図１６に示すように、２種類の経路がある場合の送受信パルス信号を示している。図１８において、図中、横軸は時間を示し、縦軸はパルスの振幅を示す。
【０１６４】
図１８Ａは、端末が、図１７Ａに示される受信パルス信号を受信した場合に、端末から送信される送信パルス信号を示している。なお、図１８Ａにおいて、図１７Ｂと同様のパルスに対しては同一の符号を付し説明を省略する。
【０１６５】
図１８Ａにおいて、パルス９１３は、端末が、再放射パルス９１１を受信し、再放射パルス９１１に対する再送信されるパルスである。すなわち、パルス９１３は、パルス９０１に対する再々放射パルスである。
【０１６６】
ここで、端末は、受信パルス信号に含まれる受信パルスの全てを再々送信するのではなく、端末の回路遅延時間を測定するのに必要となる受信パルスのみを再々送信する。例えば、端末は、受信パルスの強度を測定し、強度が最も大きい受信パルスのみを再々送信するように制御する。一例として、図１７Ａに示す受信パルス信号を例に説明する。図１７Ａから分かるように、受信パルス９０１の強度は受信パルス９０２の強度に比べ大きい。そのため、端末は、受信パルス９０１に対する再々放射パルス９１３のみを送信し、受信パルス９０２に対する再々放射パルスを送信しないよう制御する。上述したように、受信パルス９０２は、基地局から送信された受信パルス９０１が、壁等の反射物により反射されて端末に到来する到来波（反射波）である。したがって、端末が、受信パルス９０１に対する再々放射パルス９１３のみを再々送信し、受信パルス９０２に対する再々放射パルスを送信しないよう制御することにより、端末から不要なパルスが送信されなくなる。そして、これにより、基地局のエリア内に存在する他のタグに対する影響を軽減することができるようになる。
【０１６７】
なお、図１８Ｂは、端末が、図１８Ａに示される送信パルス信号を送信した場合に、基地局が受信する受信パルス信号を表している。なお、図１８Ｂにおいて、図１７Ｃと同様のパルスに対しては同一の符号を付し説明を省略する。
【０１６８】
受信パルス９２４は、端末から送信された再々放射パルス９１３が、基地局に直接波として受信されるパルスを表す。受信パルス９２５は、端末から送信された再々放射パルス９１３が、反射物で反射され、基地局が受信したパルスを表す。すなわち、受信パルス９２４及び受信パルス９２５は、受信パルス９０１が端末により再々放射され、基地局が再び受信したパルスである。
【０１６９】
すなわち、上記各実施の形態に係る端末のタイミング制御部は、受信パルス９０２に対して粗同期を取った検出タイミングから、所定時間経過後にハイレベルとなるようなオンオフ制御信号を生成する。このとき、所定時間を、例えば、端末の回路遅延時間の最小値以下とする。これにより、受信パルス９０２に対する再放射パルス９１２がタグ送受信回路から出力される期間（再放射出力期間）の先頭タイミングで、送信増幅器がオンされるようになるので、再放射パルス９１２が送信アンテナから送信されるようになる。但し、本実施の形態では、タイミング制御部は、受信パルス９０１の強度が受信パルス９０２の強度より大きいため、受信パルス９０２に対する再々放射パルスがタグ送受信回路から出力される期間（再放射出力期間）、送信増幅器がオンされないようなオンオフ制御信号を生成する。
【０１７０】
なお、以上の説明では、端末は、基地局から送信されるパルスを、再々放射する場合に、受信パルス信号のうち、強度が最も大きい受信パルスに対する再々放射パルスのみを送信する場合について説明した。この場合において、実施の形態４及び実施の形態５で述べたように、再放射パルスに再放射用符号系列を付加し、再々放射パルスに再々放射用符号系列を付加するようにしてもよい。
【０１７１】
なお、上記各実施の形態では、端末がセミパッシブ方式を採用した場合について説明したが、セミパッシブ方式に限られず、本発明は、端末がアクティブ方式を採用した場合についても同様に適用することができる。
【０１７２】
また、上記各実施の形態では、基地局及び端末のいずれも、送信アンテナと受信アンテナとを別々に備える場合について説明したが、サーキュレータ等を用いて、信号分離をすることにより、送信アンテナと受信アンテナとを１個のアンテナで共用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１７３】
本発明に係る無線端末装置、無線基地局装置、無線測距システム、及び、無線測距方法は、アクティブ方式、セミパッシブ方式を問わず、ＵＷＢリーダとＵＷＢタグ間の測距精度を向上させることができ、例えば、無線測位装置、無線測距装置等として有用であり、また、無線センサー等の用途にも応用できる。
【符号の説明】
【０１７４】
２００，２００Ａ，２００Ｂ，５００，５００Ａ 基地局
２０１ タイミング信号出力部
２０２，２０２Ａ 送信パルス発生部
２０３，３６０ 送信アンテナ
２０４，３１０ 受信アンテナ
２０５，５１０ パルス検出部
２０６ 距離算出部
３００，３００Ａ，４００，７００ 端末
３２０ 受信増幅器
３３０，３３０Ａ タグ送受信回路
３３１ 検波器
３３２ レベル検出部
３３３ コンパレータ
３３４ ＵＷＢパルス発生部
３３５，７１０ 送信モードデコード部
３４０，３４０Ａ タイミング制御部
３５０，４５０ 送信増幅器
４１０ 再放射用符号系列記憶部
４２０ 再々放射用符号系列記憶部
４３０，７２０ キャリブレーションモード制御部
４４０，７３０ 符号系列切換部
５２０，５２０Ａ 符号系列検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号を用いて無線基地局装置と無線端末装置との離間距離を測定する無線測距システムにおける前記無線端末装置であって、
受信アンテナと、
受信パルス信号を検波し検波信号を出力する検波手段と、
前記検波信号に応じて、送信パルス信号を生成する生成手段と、
前記送信パルス信号を増幅する増幅手段と、
増幅された前記送信パルス信号を送信する送信アンテナと、
前記受信パルス信号を受信してから、当該受信パルス信号の前記検波信号に応じて生成される前記送信パルス信号を送信するまでに要する前記無線端末装置の回路遅延時間の代表値に基づいて、前記無線基地局装置から送信されるパルス信号の前記検波信号に応じて生成された再放射パルス信号、及び、前記再放射パルス信号の前記検波信号に応じて生成された再々放射パルス信号を増幅するように、前記増幅手段をオンオフ制御する制御信号を、前記増幅手段に出力するタイミング制御手段と、
を具備する無線端末装置。
【請求項２】
前記制御信号は、前記再放射パルス信号及び前記再々放射パルス信号が前記増幅手段に出力される期間、ハイレベルとなる信号であり、
前記増幅手段は、前記制御信号がハイレベルの期間、前記送信パルス信号を増幅する、
請求項１に記載の無線端末装置。
【請求項３】
前記無線端末装置の回路遅延時間を測定するキャリブレーションモード、又は、前記離間距離を測定する測距モードに切り替える制御手段と、
再放射用符号系列と、前記再放射用符号系列と異なる再々放射用符号系列とを記憶する記憶手段と、
前記キャリブレーションモード時に、前記制御信号に基づいて、前記再放射パルス信号が前記増幅手段に出力される期間には、前記再放射用符号系列を前記増幅手段に出力し、前記再々放射パルス信号が前記増幅手段に出力される期間には、前記再々放射用符号系列を前記増幅手段に出力する切換手段と、を更に具備し、
前記増幅手段は、前記切換手段から出力される符号系列に応じて、前記送信パルス信号を増幅する、
請求項１に記載の無線端末装置。
【請求項４】
送信モード切り替え信号に基づいて、前記無線端末装置の回路遅延時間を測定するキャリブレーションモードか、前記離間距離を測定する測距モードか否かを判定するモード判定手段、を更に具備し、
前記タイミング制御手段は、前記キャリブレーションモード時に、前記増幅手段が前記再放射パルス信号及び前記再々放射パルス信号を増幅するような前記制御信号を、前記増幅手段に出力し、前記測距モード時に、前記増幅手段が前記再放射パルス信号のみを増幅するような前記制御信号を、前記増幅手段に出力する、
請求項１に記載の無線端末装置。
【請求項５】
前記送信モード切り替え信号は、ＵＷＢパルス信号のオン又はオフにより通知される、
請求項４に記載の無線端末装置。
【請求項６】
再放射用符号系列と、前記再放射用符号系列と異なる再々放射用符号系列とを記憶する記憶手段と、
前記制御信号に基づいて、前記再放射パルス信号が前記増幅手段に出力される期間には、前記再放射用符号系列を前記増幅手段に出力し、前記再々放射パルス信号が前記増幅手段に出力される期間には、前記再々放射用符号系列を前記増幅手段に出力する切換手段と、を更に具備し、
前記増幅手段は、前記切換手段から出力される符号系列に応じて、前記送信パルス信号を増幅する、
請求項４に記載の無線端末装置。
【請求項７】
パルス信号を用いて無線基地局装置と無線端末装置との離間距離を測定する無線測距システムにおける前記無線基地局装置であって、
パルス信号を送信する送信手段と、
送信した前記パルス信号が、前記無線端末装置で再放射された再放射パルス信号と、前記再放射パルス信号が前記無線端末装置で再々放射された再々放射パルス信号と、を受信する受信手段と、
前記再放射パルス信号の受信タイミングと前記再々放射パルス信号の受信タイミングとの時間差から、前記無線端末装置の回路遅延時間を測定する測定手段と、
を具備する無線基地局装置。
【請求項８】
前記測定手段は、送信した前記パルス信号の送信タイミングと、前記再放射パルス信号の受信タイミングとの時間差から、前記無線端末装置の回路遅延時間を含む電波の往復時間を測定し、前記往復時間と、前記無線端末装置の回路遅延時間とに基づいて、前記離間距離を算出する、
請求項７に記載の無線基地局装置。
【請求項９】
電波到来方向推定手段、を更に具備し、
前記測定手段は、最も短時間で到達するパルス信号を前記再放射パルス信号と判定し、前記再放射パルス信号と同一方向から到来するパルス信号を前記再々放射パルス信号と判定し、前記無線端末装置の回路遅延時間を測定する、
請求項７に記載の無線基地局装置。
【請求項１０】
パルス信号を用いて無線基地局装置と無線端末装置との離間距離を測定する無線測距システムであって、
前記無線基地局装置は、
パルス信号を送信する送信手段と、
送信した前記パルス信号が、前記無線端末装置で再放射された再放射パルス信号と、前記再放射パルス信号が前記無線端末装置で再々放射された再々放射パルス信号と、を受信する受信手段と、
前記再放射パルス信号と前記再々放射パルス信号との受信タイミングの時間差から、前記無線端末装置の回路遅延時間を測定する測定手段と、を具備し、
前記無線端末装置は、
受信アンテナと、
受信パルス信号を検波し検波信号を出力する検波手段と、
前記検波信号に応じて、送信パルス信号を生成する生成手段と、
前記送信パルス信号を増幅する増幅手段と、
増幅された前記送信パルス信号を送信する送信アンテナと、
前記受信パルス信号を受信してから、当該受信パルス信号の前記検波信号に応じて生成される前記送信パルス信号を送信するまでに要する前記無線端末装置の回路遅延時間の代表値に基づいて、前記無線基地局装置から送信されるパルス信号の前記検波信号に応じて生成された再放射パルス信号、及び、前記再放射パルス信号の前記検波信号に応じて生成された再々放射パルス信号を増幅するように、前記増幅手段をオンオフ制御する制御信号を、前記増幅手段に出力するタイミング制御手段と、を具備する
無線測距システム。
【請求項１１】
パルス信号を用いて無線基地局装置と無線端末装置との離間距離を測定する無線測距方法であって、
前記無線基地局装置は、
パルス信号を送信し、
前記無線端末装置は、
受信パルス信号を検波し検波信号を出力し、
前記無線基地局装置から送信されたパルス信号の前記検波信号に応じて生成された再放射パルス信号、及び、前記再放射パルス信号の前記検波信号に応じて生成された再々放射パルス信号を増幅し、
増幅された前記送信パルス信号を送信し、
前記無線基地局装置は、
前記再放射パルス信号及び前記再々放射パルス信号を受信し、
前記再放射パルス信号の受信タイミングと、前記再々放射パルス信号の受信タイミングとの時間差から、前記無線端末装置の回路遅延時間を測定するとともに、
送信した前記パルス信号の送信タイミングと、前記再放射パルス信号との受信タイミングとの時間差から、前記無線端末装置の回路遅延時間を含む電波の往復時間を測定し、前記往復時間と、前記無線端末装置の回路内遅延時間とに基づいて、前記離間距離を算出する、
無線測距方法。
【請求項１】
パルス信号を用いて無線基地局装置と無線端末装置との離間距離を測定する無線測距システムにおける前記無線端末装置であって、
受信アンテナと、
受信パルス信号を検波し検波信号を出力する検波手段と、
前記検波信号に応じて、送信パルス信号を生成する生成手段と、
前記送信パルス信号を増幅する増幅手段と、
増幅された前記送信パルス信号を送信する送信アンテナと、
前記受信パルス信号を受信してから、当該受信パルス信号の前記検波信号に応じて生成される前記送信パルス信号を送信するまでに要する前記無線端末装置の回路遅延時間の代表値に基づいて、前記無線基地局装置から送信されるパルス信号の前記検波信号に応じて生成された再放射パルス信号、及び、前記再放射パルス信号の前記検波信号に応じて生成された再々放射パルス信号を増幅するように、前記増幅手段をオンオフ制御する制御信号を、前記増幅手段に出力するタイミング制御手段と、
を具備する無線端末装置。
【請求項２】
前記制御信号は、前記再放射パルス信号及び前記再々放射パルス信号が前記増幅手段に出力される期間、ハイレベルとなる信号であり、
前記増幅手段は、前記制御信号がハイレベルの期間、前記送信パルス信号を増幅する、
請求項１に記載の無線端末装置。
【請求項３】
前記無線端末装置の回路遅延時間を測定するキャリブレーションモード、又は、前記離間距離を測定する測距モードに切り替える制御手段と、
再放射用符号系列と、前記再放射用符号系列と異なる再々放射用符号系列とを記憶する記憶手段と、
前記キャリブレーションモード時に、前記制御信号に基づいて、前記再放射パルス信号が前記増幅手段に出力される期間には、前記再放射用符号系列を前記増幅手段に出力し、前記再々放射パルス信号が前記増幅手段に出力される期間には、前記再々放射用符号系列を前記増幅手段に出力する切換手段と、を更に具備し、
前記増幅手段は、前記切換手段から出力される符号系列に応じて、前記送信パルス信号を増幅する、
請求項１に記載の無線端末装置。
【請求項４】
送信モード切り替え信号に基づいて、前記無線端末装置の回路遅延時間を測定するキャリブレーションモードか、前記離間距離を測定する測距モードか否かを判定するモード判定手段、を更に具備し、
前記タイミング制御手段は、前記キャリブレーションモード時に、前記増幅手段が前記再放射パルス信号及び前記再々放射パルス信号を増幅するような前記制御信号を、前記増幅手段に出力し、前記測距モード時に、前記増幅手段が前記再放射パルス信号のみを増幅するような前記制御信号を、前記増幅手段に出力する、
請求項１に記載の無線端末装置。
【請求項５】
前記送信モード切り替え信号は、ＵＷＢパルス信号のオン又はオフにより通知される、
請求項４に記載の無線端末装置。
【請求項６】
再放射用符号系列と、前記再放射用符号系列と異なる再々放射用符号系列とを記憶する記憶手段と、
前記制御信号に基づいて、前記再放射パルス信号が前記増幅手段に出力される期間には、前記再放射用符号系列を前記増幅手段に出力し、前記再々放射パルス信号が前記増幅手段に出力される期間には、前記再々放射用符号系列を前記増幅手段に出力する切換手段と、を更に具備し、
前記増幅手段は、前記切換手段から出力される符号系列に応じて、前記送信パルス信号を増幅する、
請求項４に記載の無線端末装置。
【請求項７】
パルス信号を用いて無線基地局装置と無線端末装置との離間距離を測定する無線測距システムにおける前記無線基地局装置であって、
パルス信号を送信する送信手段と、
送信した前記パルス信号が、前記無線端末装置で再放射された再放射パルス信号と、前記再放射パルス信号が前記無線端末装置で再々放射された再々放射パルス信号と、を受信する受信手段と、
前記再放射パルス信号の受信タイミングと前記再々放射パルス信号の受信タイミングとの時間差から、前記無線端末装置の回路遅延時間を測定する測定手段と、
を具備する無線基地局装置。
【請求項８】
前記測定手段は、送信した前記パルス信号の送信タイミングと、前記再放射パルス信号の受信タイミングとの時間差から、前記無線端末装置の回路遅延時間を含む電波の往復時間を測定し、前記往復時間と、前記無線端末装置の回路遅延時間とに基づいて、前記離間距離を算出する、
請求項７に記載の無線基地局装置。
【請求項９】
電波到来方向推定手段、を更に具備し、
前記測定手段は、最も短時間で到達するパルス信号を前記再放射パルス信号と判定し、前記再放射パルス信号と同一方向から到来するパルス信号を前記再々放射パルス信号と判定し、前記無線端末装置の回路遅延時間を測定する、
請求項７に記載の無線基地局装置。
【請求項１０】
パルス信号を用いて無線基地局装置と無線端末装置との離間距離を測定する無線測距システムであって、
前記無線基地局装置は、
パルス信号を送信する送信手段と、
送信した前記パルス信号が、前記無線端末装置で再放射された再放射パルス信号と、前記再放射パルス信号が前記無線端末装置で再々放射された再々放射パルス信号と、を受信する受信手段と、
前記再放射パルス信号と前記再々放射パルス信号との受信タイミングの時間差から、前記無線端末装置の回路遅延時間を測定する測定手段と、を具備し、
前記無線端末装置は、
受信アンテナと、
受信パルス信号を検波し検波信号を出力する検波手段と、
前記検波信号に応じて、送信パルス信号を生成する生成手段と、
前記送信パルス信号を増幅する増幅手段と、
増幅された前記送信パルス信号を送信する送信アンテナと、
前記受信パルス信号を受信してから、当該受信パルス信号の前記検波信号に応じて生成される前記送信パルス信号を送信するまでに要する前記無線端末装置の回路遅延時間の代表値に基づいて、前記無線基地局装置から送信されるパルス信号の前記検波信号に応じて生成された再放射パルス信号、及び、前記再放射パルス信号の前記検波信号に応じて生成された再々放射パルス信号を増幅するように、前記増幅手段をオンオフ制御する制御信号を、前記増幅手段に出力するタイミング制御手段と、を具備する
無線測距システム。
【請求項１１】
パルス信号を用いて無線基地局装置と無線端末装置との離間距離を測定する無線測距方法であって、
前記無線基地局装置は、
パルス信号を送信し、
前記無線端末装置は、
受信パルス信号を検波し検波信号を出力し、
前記無線基地局装置から送信されたパルス信号の前記検波信号に応じて生成された再放射パルス信号、及び、前記再放射パルス信号の前記検波信号に応じて生成された再々放射パルス信号を増幅し、
増幅された前記送信パルス信号を送信し、
前記無線基地局装置は、
前記再放射パルス信号及び前記再々放射パルス信号を受信し、
前記再放射パルス信号の受信タイミングと、前記再々放射パルス信号の受信タイミングとの時間差から、前記無線端末装置の回路遅延時間を測定するとともに、
送信した前記パルス信号の送信タイミングと、前記再放射パルス信号との受信タイミングとの時間差から、前記無線端末装置の回路遅延時間を含む電波の往復時間を測定し、前記往復時間と、前記無線端末装置の回路内遅延時間とに基づいて、前記離間距離を算出する、
無線測距方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−２７６５９４（Ｐ２０１０−２７６５９４Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７０５２３（Ｐ２００９−２７０５２３）
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２７日（２００９．１１．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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