距離測定システム、距離測定方法および通信装置
【課題】 簡単な構成でかつ低コストで移動端末間の距離を測定することが可能な距離測定システム、距離測定方法および通信装置を提供する。
【解決手段】 移動端末１００ａの第１の位置において移動端末１００ａの移動方向を示す直線Ｕに対する他の移動端末１００ｂの方位角θ0 、移動端末１００ａの第２の位置において移動端末１００ａの移動方向を示す直線Ｕに対する他の移動端末１００ｂの方位角θ1 および移動端末１００ａの移動速度と移動時間とから取得される移動端末１００ａの移動距離ｒを用いて、移動する移動端末１００ａの移動後の位置から他の移動端末１００ｂまでの距離ｄ1 を測定する。
【解決手段】 移動端末１００ａの第１の位置において移動端末１００ａの移動方向を示す直線Ｕに対する他の移動端末１００ｂの方位角θ0 、移動端末１００ａの第２の位置において移動端末１００ａの移動方向を示す直線Ｕに対する他の移動端末１００ｂの方位角θ1 および移動端末１００ａの移動速度と移動時間とから取得される移動端末１００ａの移動距離ｒを用いて、移動する移動端末１００ａの移動後の位置から他の移動端末１００ｂまでの距離ｄ1 を測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線端末間の距離を測定するための距離測定システム、距離測定方法および通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線アドホックネットワークでは、移動端末間で基地局等のインフラストラクチャを経由することなく無線通信を行うことができる。
【０００３】
このような無線アドホックネットワークを構成する移動端末は、送受信機の機能だけでなく中継局の機能も有し、移動端末自身がルータとしても働く。２つの移動端末間で通信を行う場合には、他の移動端末を中継局として用いるマルチホップ通信を行うことができる。それにより、通信すべき２つの移動端末間で電波が届かない場合でも、他の移動端末を経由することにより通信が可能となる。
【０００４】
各移動端末が無指向性ビームを用いて通信を行うと、その移動端末は異なる方向に位置する複数の移動端末と通信することができる。
【０００５】
しかしながら、複数組の移動端末同士での通信で同一チャネル間の干渉が生じる。そこで、同一チャネル間の干渉が生じないように指向性ビームを用いて通信が行われる。この場合、マルチホップ通信の経路を選択するためには、ネットワークを構成している複数の移動端末の位置を把握しておく必要がある。そのためには、各移動端末は、移動している他の複数の移動端末までの距離および方位角を常時把握しておかなければならない。
【０００６】
従来より、移動端末の位置を測定可能な種々の移動通信システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１７８０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の従来の移動通信システムでは、移動無線端末装置の測位装置が、測位信号を通信制御センタに送信し、折り返し戻ってきた測位信号から電波伝搬遅延時間（位相）を計測し、その電波伝搬遅延時間（位相）から距離を測定する。
【０００８】
しかしながら、上記の従来の移動通信システムにおいては、各移動無線端末装置が通信制御センタまでの距離を測定することはできるが、各移動無線端末装置が他の移動無線端末装置までの距離を直接測定することはできない。
【０００９】
また、移動する物体までの距離を測定する種々のレーダも開発されているが、構造が複雑で高価である。
【００１０】
無線アドホックネットワークにおいて、移動端末間でマルチホップ通信を行うためには、簡単な構成でかつ低コストで移動端末までの距離を測定することを可能にすることが望まれる。
【００１１】
本発明の目的は、簡単な構成でかつ低コストで移動端末間の距離を測定することが可能な距離測定システム、距離測定方法および通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明に係る距離測定システムは、移動する一の無線端末の移動後の位置から他の無線端末までの距離を測定する距離測定システムであって、一の無線端末の第１の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第１の方位角として測定し、一の無線端末の第２の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第２の方位角として測定する方位角測定手段と、一の無線端末の第１の位置から第２の位置までの移動距離を取得する移動距離取得手段と、方位角測定手段により測定された第１の方位角および第２の方位角ならびに移動距離取得手段により取得された移動距離に基づいて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離を算出する端末間距離算出手段とを備えたものである。
【００１３】
本発明に係る距離測定システムにおいては、一の無線端末の第１の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の第１の方位角および一の無線端末の第２の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の第２の方位角が方位角測定手段により測定される。また、一の無線端末の第１の位置から第２の位置までの移動距離が移動距離取得手段により取得される。そして、方位角測定手段により測定された第１の方位角および第２の方位角ならびに移動距離取得手段により取得された移動距離に基づいて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離が端末間距離算出手段により算出される。それにより、各無線端末は、複数の無線端末の位置を把握することができる。したがって、各無線端末は、簡単な構成でかつ低コストで、他の無線端末を中継局として用いるマルチホップ通信を行うことができる。
【００１４】
端末間距離算出手段は、方位角測定手段により測定された第１の方位角をθ0 とし、方位角測定手段により測定された第２の方位角をθ1 とし、移動距離取得手段により取得された移動距離をｒとした場合に、ｄ1 ＝ｒ・ｓｉｎθ0 ／ｓｉｎ（θ1 −θ0 ）を用いて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離ｄ1 を算出してもよい。
【００１５】
この場合、方位角測定手段により測定された第１の方位角θ0 および第２の方位角θ1 ならびに移動距離取得手段により取得された移動距離ｒを用いて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離ｄ1 を容易に算出することができる。
【００１６】
方位角測定手段は、一の無線端末に設けられ、所定の方位角ごとに指向性ビームで所定の信号を送信する第１の通信手段と、他の無線端末に設けられ、第１の通信手段から送信された信号を受信し、信号対干渉雑音電力比を算出するとともに算出された信号対干渉雑音電力比を第１の通信手段に送信する第２の通信手段と、第２の通信手段により受信された信号対干渉雑音電力比に基づいて第１の方位角および第２の方位角を算出する方位角算出手段とを含んでもよい。
【００１７】
この場合、一の無線端末に設けられた第１の通信手段により所定の方位角ごとに指向性ビームで所定の信号が送信される。他の無線端末に設けられた第２の通信手段により第１の通信手段から送信された信号が受信されるとともに信号対干渉雑音電力比が算出され、算出された信号対干渉雑音電力比が第１の通信手段に送信される。そして、第２の通信手段により受信された信号対干渉雑音電力比に基づいて第１の方位角および第２の方位角が方位角算出手段により算出される。それにより、算出された第１の方位角および第２の方位角を用いることによって無線端末間の移動距離が算出される。
【００１８】
第２の発明に係る通信装置は、移動する一の無線端末に設けられる通信装置であって、一の無線端末の第１の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第１の方位角として測定し、一の無線端末の第２の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第２の方位角として測定する方位角測定手段と、一の無線端末の第１の位置から第２の位置までの移動距離を取得する移動距離取得手段と、方位角測定手段により測定された第１の方位角および第２の方位角ならびに移動距離取得手段により取得された移動距離に基づいて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離を算出する端末間距離算出手段とを備えたものである。
【００１９】
本発明に係る通信装置においては、一の無線端末の第１の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の第１の方位角および一の無線端末の第２の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の第２の方位角が方位角測定手段により測定される。また、一の無線端末の第１の位置から第２の位置までの移動距離が移動距離取得手段により取得される。そして、方位角測定手段により測定された第１の方位角および第２の方位角ならびに移動距離取得手段により取得された移動距離に基づいて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離が端末間距離算出手段により算出される。それにより、各無線端末は、複数の無線端末の位置を把握することができる。したがって、各無線端末は、簡単な構成でかつ低コストで、他の無線端末を中継局として用いるマルチホップ通信を行うことができる。
【００２０】
第３の発明に係る距離測定方法は、移動する一の無線端末の移動後の位置から他の無線端末までの距離を測定する距離測定方法であって、一の無線端末の第１の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第１の方位角として測定するステップと、一の無線端末の第２の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第２の方位角として測定するステップと、一の無線端末の第１の位置から第２の位置までの移動距離を取得するステップと、測定された第１の方位角および第２の方位角ならびに取得された移動距離に基づいて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離を算出するステップとを備えたものである。
【００２１】
本発明に係る距離測定方法においては、一の無線端末の第１の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の第１の方位角および一の無線端末の第２の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の第２の方位角が測定される。また、一の無線端末の第１の位置から第２の位置までの移動距離が取得される。そして、測定された第１の方位角および第２の方位角ならびに取得された移動距離に基づいて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離が算出される。それにより、各無線端末は、複数の無線端末の位置を把握することができる。したがって、各無線端末は、簡単な構成でかつ低コストで、他の無線端末を中継局として用いるマルチホップ通信を行うことができる。
【００２２】
第４の発明に係る距離測定システムは、アドホックネットワークにおいて移動する一の無線端末の移動後の位置から他の無線端末までの距離を測定する距離測定システムであって、一の無線端末の第１の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第１の方位角として測定し、一の無線端末の第２の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第２の方位角として測定する方位角測定手段と、一の無線端末の第１の位置から第２の位置までの移動距離を取得する移動距離取得手段と、方位角測定手段により測定された第１の方位角および第２の方位角ならびに移動距離取得手段により取得された移動距離に基づいて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離を算出する端末間距離算出手段とを備えたものである。
【００２３】
本発明に係る距離測定システムにおいては、一の無線端末の第１の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の第１の方位角および一の無線端末の第２の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の第２の方位角が方位角測定手段により測定される。また、一の無線端末の第１の位置から第２の位置までの移動距離が移動距離取得手段により取得される。そして、方位角測定手段により測定された第１の方位角および第２の方位角ならびに移動距離取得手段により取得された移動距離に基づいて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離が端末間距離算出手段により算出される。それにより、各無線端末は、アドホックネットワークにおいて複数の無線端末の位置を把握することができる。したがって、各無線端末は、簡単な構成でかつ低コストで、他の無線端末を中継局として用いるマルチホップ通信を行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、各無線端末は、複数の無線端末の位置を把握することができる。したがって、各無線端末は、簡単な構成でかつ低コストで、他の無線端末を中継局として用いるマルチホップ通信を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本実施の形態に係る距離測定システムについて図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施の形態に係る距離測定システムが適用される無線アドホックネットワークの構成を示すブロック図である。
【００２７】
図１に示される無線アドホックネットワークは、複数の移動端末１００ａ〜１００ｆにより構成される。ここで、移動端末１００ａ〜１００ｆは、例えば、車載無線装置または携帯電話等からなる。
【００２８】
以下、上記の複数の移動端末１００ａ〜１００ｆのうち、距離および方位角の測定の基準となる一の移動端末を自局と呼び、他の移動端末を他局と呼ぶ。
【００２９】
各移動端末１００ａ〜１００ｆは、送信機および受信機からなる通信装置を備えるとともに、主ビームの方向を変化させることができる可変ビームアンテナを有する。
【００３０】
可変ビームアンテナとしては、例えば「電子情報通信学会研究技術報告，電子情報通信学会発行，ＡＰ９９−６１，ＳＡＴ９９−６１，ｐｐ．９−１４，１９９９年７月」に記載された電子制御導波器アンテナを用いることができる。また、各移動端末１００ａ〜１００ｆは、信号の送受信機能に加えて中継局の機能も有し、ルータとして働く。
【００３１】
図１の例では、２つの移動端末１００ａ，１００ｆ間で通信を行う場合には、他の移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅを中継局として用いるマルチホップ通信が行われる。それにより、２つの移動端末１００ａ，１００ｆ間で電波が届かない場合でも、他の移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅを経由することにより通信が可能となる。
【００３２】
この場合、マルチホップ通信の経路を選択するためには、無線アドホックネットワークを構成している複数の移動端末１００ａ〜１００ｆの全てが複数の移動端末１００ａ〜１００ｆの位置を把握しておく必要がある。そのためには、各移動端末１００ａ〜１００ｆは、常に移動している他の複数の移動端末１００ａ〜１００ｆまでの距離および方位角を把握しておかなければならない。
【００３３】
上記の距離および方位角を把握するために、各移動端末１００ａ〜１００ｆの通信装置が距離測定機能および方位角測定機能を有する。
【００３４】
本実施の形態に係る距離測定システムを用いて上記の方位角を高精度に測定するには、自局を中心とした所定の方位角毎に他局に対するＳＩＮＲ（信号対干渉雑音電力比；Signal to Inference and Noise Ratio）を予め測定しておき、このＳＩＮＲを示すテーブル（Angle SINR Table；以下、ＡＳテーブルと称する）を作成する。このＡＳテーブルに基づいて概略の方位角を測定する。さらに、ＡＳテーブルに基づいて後述のモノパルス処理を行うことにより詳細な方位角を測定する。なお、上記の距離の測定は、後述のモノパルス処理により測定された詳細な方位角に基づいて行われる。
【００３５】
ここで、上記の距離を測定する手順について図２を参照しながら説明する。
【００３６】
図２は、一の移動端末１００ａから他の移動端末１００ｂまでの距離を測定する方法を示す説明図である。
【００３７】
移動端末１００ａと移動端末１００ｂとを結ぶ線分をＶとする。移動端末１００ａは、進行方向を示す直線Ｕに沿って移動するものとする。ここで、直線Ｕに沿って移動した後の移動端末１００ａを移動端末１０１ａとする。
【００３８】
移動端末１００ａの直線Ｕに沿った移動距離をｒとする。移動距離ｒは、後述のトラヒックモニタ部１０５により移動端末１００ａの移動速度と移動時間とを乗算することによって算出される。本実施の形態では、移動速度は、移動端末１００ａの速度計により得られ、移動時間は後述するＡＳテーブルの更新周期に設定される。
【００３９】
移動端末１０１ａと移動端末１００ｂとを結ぶ線分をＷとし、この線分の長さをｄ1 とする。この長さｄ1 が移動端末１０１ａと移動端末１００ｂとの距離に相当する。
【００４０】
また、直線Ｕと線分Ｖとがなす角度をθ0 とし、直線Ｕと線分Ｗとがなす角度をθ1 とする。この場合、線分Ｖと線分Ｗとがなす角度は、θ1 −θ0 となる。
【００４１】
ＡＳテーブルに基づいた後述のモノパルス処理により、角度θ0 および角度θ1 は既知であるものとする。ここで、余弦定理により次式によって示される関係が成り立つ。
【００４２】
ｄ1 ・ｓｉｎ（θ1 −θ0 ）＝ｒ・ｓｉｎθ0 …（１）
上式（１）より、移動端末１０１ａと移動端末１００ｂとの距離ｄ1 は次式により算出される。
【００４３】
ｄ1 ＝ｒ・ｓｉｎθ0 ／ｓｉｎ（θ1 −θ0 ） …（２）
このように、移動端末１００ａの移動距離ｒと、移動端末１００ａの移動前後の方位角θ0 ，θ1 に基づいて、移動端末１０１ａと移動端末１００ｂとの距離ｄ1 を算出することができる。
【００４４】
なお、移動端末１００ａが移動距離ｒを移動する間において、移動端末１００ｂは静止しているかあるいは移動端末１００ａの移動速度に比べて十分に遅い速度で移動しているものとする。
【００４５】
次に、移動端末の構成について図面を参照しながら説明する。図３は、移動端末の構成を示すブロック図である。
【００４６】
図３に示すように、移動端末は、指向性ビームを出力する可変ビームアンテナ１０１、サーキュレータ１０２、可変ビームアンテナ１０１の指向性を制御する指向制御部１０３、データパケット送受信部１０４、トラヒックモニタ部１０５、回線制御部１０６および上位レイヤ処理装置１０７を含む。
【００４７】
可変ビームアンテナ１０１は、指向性ビーム（セクタパターン）および無指向性ビーム（オムニパターン）で送受信することができる。セクタパターンとは、所定の主ビーム幅を有する扇型形状の放射パターンをいう。オムニパターンについては後述する。
【００４８】
可変ビームアンテナ１０１は、指向制御部１０３の電気的な制御によって、セクタパターンの主ビームの方向を、例えば０度から３３０度までの範囲で３０度毎に変更可能となっている。
【００４９】
なお、可変ビームアンテナ１０１は、公知のフェーズドアレーアンテナまたは電子制御導波器アレーアンテナからなってもよい。
【００５０】
データパケット送受信部１０４は、データパケット受信部１３０、データパケット送信部１４０および拡散符号発生器１６０を含む。
【００５１】
データパケット受信部１３０は、高周波受信機１３１、復調器１３２および受信バッファメモリ１３３を含む。データパケット送信部１４０は、送信タイミング制御部１４１、送信バッファメモリ１４２、変調器１４３および高周波送信機１４４を含む。
【００５２】
トラヒックモニタ部１０５は、管理制御部１５１、検索エンジン１５２、更新エンジン１５３およびデータベースメモリ１５４を含む。
【００５３】
上位レイヤ処理装置１０７は、パケット形式のデータを発生し、送信バッファメモリ１４２を介して変調器１４３に与える。
【００５４】
トラヒックモニタ部１０５は、方位角の測定の処理を実行するとともに、他の移動端末とのパケット通信において使用すべき通信チャネルを決定し、決定した通信チャネルに対応する通信チャネル用拡散符号（以下、拡散符号と略記する）を回線制御部１０６を介して拡散符号発生器１６０に与える。それにより、拡散符号発生器１６０は指定されたＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式の拡散符号を発生する。
【００５５】
変調器１４３は、所定の無線周波数の搬送波をスペクトル拡散するとともに、スペクトル拡散された搬送波をデータで変調することにより変調信号を高周波送信機１４４に出力する。
【００５６】
高周波送信機１４４は、変調信号を増幅しサーキュレータ１０２を介して可変ビームアンテナ１０１から他の移動端末に向けて送信する。
【００５７】
一方、可変ビームアンテナ１０１により受信されたパケット形式の変調信号は、サーキュレータ１０２を介して高周波受信機１３１に入力される。
【００５８】
高周波受信機１３１は、入力された変調信号を低雑音増幅し、復調器１３２に出力する。
【００５９】
復調器１３２は、拡散符号発生器１６０により発生された拡散符号を用いて、変調信号をスペクトル逆拡散によりデータに復調し、復調されたデータを受信バッファメモリ１３３を介して上位レイヤ処理装置１０７およびトラヒックモニタ部１０５に出力する。
【００６０】
データベースメモリ１５４には、ＡＳテーブル、ルーチングテーブルおよびＳＩＮＲに対応する電界強度と、方位角との関係を示す情報が記憶されている。
【００６１】
トラヒックモニタ部１０５の検索エンジン１５２は、管理制御部１５１の制御によりデータベースメモリ１５４内のデータを検索し、検索した所定のデータを管理制御部１５１に与える。
【００６２】
また、トラヒックモニタ部１０５の更新エンジン１５３は、管理制御部１５１の制御によりデータベースメモリ１５４内のデータを更新する。
【００６３】
データベースメモリ１５４に予め記憶されるＡＳテーブルには、例えば後述の図６に示すように、自局を中心とした水平面内のサービスエリア内における所定の方位角毎の他の各移動端末に対するＳＩＮＲが記憶されている。
【００６４】
また、ＡＳテーブルには、測定された自局の他局に対する詳細な方位角が記憶されている。ルーチングテーブルには、ＡＳテーブルの更新周期等が記憶されている。なお、ＳＩＮＲの代わりに受信電界強度を用いてもよい。
【００６５】
次に、方位角を測定する手順について図４〜図１０を参照しながら説明する。本実施の形態では、上述したように、まずＡＳテーブルを作成し、作成されたＡＳテーブルに基づいて概略の方位角を測定する。そして、後述のモノパルス処理を行うことにより、詳細な方位角を測定する。
【００６６】
図４は、方位角を測定する手順を示す説明図である。なお、図４では、移動端末１００ａを基準とし、例えば３つの移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄの方位角を測定する場合を説明する。
【００６７】
図４に示すように、まず、移動端末１００ａがＣＳＭＡ／ＣＡ（搬送波感知多重アクセス/衝突回避；Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式によりキャリアセンスを行いながら、第１のセットアップ信号をオムニパターンで移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄに送信することにより、概略の方位角の測定処理の開始を通知する。
【００６８】
次に、移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄは、それぞれ第１のセットアップ信号を受信する。その後、移動端末１００ａが０度から３３０度までの３０度毎にセクタパターンで１２個の第１の要求信号（以下、ＲＱ１信号と呼ぶ）を送信する。移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄは、移動端末１００ａにより送信される１２個のＲＱ１信号をオムニパターンで受信して受信電界強度を測定するとともに、ＲＱ１信号を受信したときのＢＥＲを測定しＳＩＮＲに換算する。
【００６９】
次に、移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄは、キャリアセンスを行いながら、順次キャリアを検出していない期間に、ＳＩＮＲを示すデータを返信信号（以下、ＲＥ信号と呼ぶ）によりセクタパターンで移動端末１００ａに送信する。
【００７０】
移動端末１００ａは、移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄから受信したＲＥ信号に基づいてＡＳテーブルを作成する。ＡＳテーブルは、データベースメモリ１５４に格納される。同様に、移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄが基準となって同様の処理を行うことにより、無線アドホックネットワークにおける全ての移動端末１００ａ〜１００ｄがＡＳテーブルを有する。
【００７１】
ここで、上記のデータベースメモリ１５４に格納されるＡＳテーブルについて説明する。
【００７２】
図６は、データベースメモリ１５４のＡＳテーブルの一例を示す説明図である。
【００７３】
ＡＳテーブルには、移動端末１００ａの指向性ビームを受信した移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄのＳＩＮＲの値がビームの角度ごとに格納されている。図６において、ＳＩＮＲの値がないものは測定限界以下のものであり、ＳＩＮＲの単位はｄＢである。
【００７４】
以下、一例として移動端末１００ｂの概略の方位角をＡＳテーブルにより測定した後、後述のモノパルス処理により詳細な方位角を測定する場合について説明する。
【００７５】
まず、移動端末１００ｂの０度から３３０度までの１２個のセクタパターンに対する１２個のＳＩＮＲのうち最大値を検出する。
【００７６】
図６において、移動端末１００ｂのＳＩＮＲの最大値は２．３ｄＢである。すなわち、２．３ｄＢのＳＩＮＲに対応する指向性ビームの角度が、移動端末１００ａを基準とした移動端末１００ｂの概略の方位角となる。この場合、概略の方位角は９０度であることがわかる。
【００７７】
次に、以下のモノパルス処理が行われる。なお、モノパルス処理とは、セクタパターンによる受信電界強度を用いることにより詳細な方位角を測定する処理をいう。
【００７８】
移動端末１００ａは、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式によりキャリアセンスを行いながら、順次キャリアを検出していない期間において、オムニパターンで第２のセットアップ信号を移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄに送信することにより詳細な方位角の測定処理の開始を通知する。
【００７９】
その後、移動端末１００ａは、オムニパターンで第２の要求信号（以下、ＲＱ２信号と呼ぶ）を移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄに送信する。
【００８０】
移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄは、図７に示すように、それぞれが有するＡＳテーブルから決定した移動端末１００ａに対する概略の方位角のセクタパターン（以下、中心セクタパターンと呼ぶ）と、この中心セクタパターンから両側にそれぞれ３０度回転した方向のセクタパターン（以下、左セクタパターンおよび右セクタパターンと呼ぶ）とで上記のＲＱ２信号を受信し受信電界強度を測定する。
【００８１】
同様に、移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄが基準となって同様の処理が行われる。
【００８２】
次に、中心セクタパターンによる受信電界強度と右セクタパターンによる受信電界強度とを用いて以下の処理を行う。また、中心セクタパターンによる受信電界強度と左セクタパターンによる受信電界強度とを用いて同様の処理が行われる。
【００８３】
なお、本実施の形態においては、受信電界強度を用いた以下の処理により測定された２つの詳細な方位角の平均値を採用する。以下の説明では、中心セクタパターンによる受信電界強度と右セクタパターンによる受信電界強度とを用いる場合を代表して示す。
【００８４】
図８は、隣り合う左右のセクタパターンによる受信電界強度を示す模式図である。
【００８５】
図８に示すように、縦軸は受信電界強度を示し、横軸は方位角を示す。図８に示すように、それぞれの受信電界強度を示す曲線（以下、電界強度パターンと呼ぶ）は扇型形状を有する。
【００８６】
次に、図９に示すように、上記の２つの電界強度パターンの和からなる電界強度パターン（以下、和パターンと呼ぶ）および上記の２つの電界強度パターンの差からなる電界強度パターン（以下、差パターンと呼ぶ）を算出する。
【００８７】
続いて、図１０に示すように、上記の差パターンを和パターンで除算することにより正規化パターンを算出する。なお、和パターン、差パターンおよび正規化パターンは、データベースメモリ１５４に記憶される。
【００８８】
次に、算出された正規化パターンを直線近似することにより直線近似式を算出する。この場合、直線近似式の傾きａが算出されるとともにデータベースメモリ１５４に記憶される。
【００８９】
続いて、右セクタパターンおよび中心セクタパターンによる移動端末１００ｂの受信電界強度を求める。この右セクタパターンによる移動端末１００ｂの受信電界強度をＬとし、中心セクタパターンによる移動端末１００ｂの受信電界強度をＲとする。
【００９０】
この場合、上記の直線近似式は次式のようになる。
【００９１】
（Ｒ−Ｌ）／（Ｒ＋Ｌ）＝ａ・θ …（３）
上式（３）より、方位角θは次式のようになる。
【００９２】
θ＝１／ａ・（Ｒ−Ｌ）／（Ｒ＋Ｌ） …（４）
ここで、データベースメモリ１５４には、０度から３３０度までの１２個のセクタパターンに対応する１２個の電界強度パターンの傾きａが記憶されている。それにより、電界強度値ＬおよびＲを取得すれば、上式（４）により方位角θを算出することができる。
【００９３】
本実施の形態においては、各移動端末は、他の移動端末までの距離とともに他の移動端末の方向（方位角）を上述した方法で測定し、測定された距離および方向を他の移動端末に一定時間ごとにデータとして送信する。それにより、各移動端末は、無線アドホックネットワークを構成する複数の移動端末の位置を把握することができる。したがって、各移動端末は、他の移動端末を中継局として用いるマルチホップ通信を行うことができる。
【００９４】
また、ＡＳテーブルを用いることにより移動端末の概略の方位角を測定し、測定された概略の方位角に基づいてモノパルス処理により移動端末の詳細な方位角を測定する。そして、測定された詳細な方位角を用いることにより、精度の高い移動端末間の距離を測定することができる。それにより、簡単な構成でかつ低コストでマルチホップ通信を行うことができる。
【００９５】
本実施の形態においては、移動端末１００ａが一の無線端末に相当し、移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄが他の無線端末に相当し、方位角θ0 が第１の方位角に相当し、方位角θ1 が第２の方位角に相当し、トラヒックモニタ部１０５が方位角測定手段、移動距離取得手段、端末間距離算出手段および方位角算出手段に相当し、データパケット送信部１４０が第１の通信手段に相当し、データパケット受信部１３０が第２の通信手段に相当する。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、無線アドホックネットワーク等における無線端末間の距離を測定するため等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る距離測定システムが適用される無線アドホックネットワークの構成を示すブロック図である。
【図２】一の移動端末から他の移動端末までの距離を測定する方法を示す説明図である。
【図３】移動端末の構成を示すブロック図である。
【図４】方位角を測定する手順を示す説明図である。
【図５】移動端末の可変ビームアンテナから出力される指向性ビームを示す模式図である。
【図６】データベースメモリのＡＳテーブルの一例を示す説明図である。
【図７】移動端末から出力される３方向のセクタパターンを示す模式図である。
【図８】隣り合う左右のセクタパターンによる受信電界強度を示す模式図である。
【図９】和パターンおよび差パターンを示す模式図である。
【図１０】差パターンを和パターンで除算することにより算出した正規化パターンを示す模式図である。
【符号の説明】
【００９８】
１００ａ〜１００ｆ，１０１ａ 移動端末
１０１ 可変ビームアンテナ
１０２ サーキュレータ
１０３ 指向制御部
１０４ データパケット送受信部
１０５ トラヒックモニタ部
１０６ 回線制御部
１０７ 上位レイヤ処理装置
１３０ データパケット受信部
１３１ 高周波受信機
１３２ 復調器
１３３ 受信バッファメモリ
１４０ データパケット送信部
１４１ 送信タイミング制御部
１４２ 送信バッファメモリ
１４３ 変調器
１４４ 高周波送信機
１５１ 管理制御部
１５２ 検索エンジン
１５３ 更新エンジン
１５４ データベースメモリ
１６０ 拡散符号発生器
ｄ1 距離
θ，θ0 ，θ1 方位角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線端末間の距離を測定するための距離測定システム、距離測定方法および通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線アドホックネットワークでは、移動端末間で基地局等のインフラストラクチャを経由することなく無線通信を行うことができる。
【０００３】
このような無線アドホックネットワークを構成する移動端末は、送受信機の機能だけでなく中継局の機能も有し、移動端末自身がルータとしても働く。２つの移動端末間で通信を行う場合には、他の移動端末を中継局として用いるマルチホップ通信を行うことができる。それにより、通信すべき２つの移動端末間で電波が届かない場合でも、他の移動端末を経由することにより通信が可能となる。
【０００４】
各移動端末が無指向性ビームを用いて通信を行うと、その移動端末は異なる方向に位置する複数の移動端末と通信することができる。
【０００５】
しかしながら、複数組の移動端末同士での通信で同一チャネル間の干渉が生じる。そこで、同一チャネル間の干渉が生じないように指向性ビームを用いて通信が行われる。この場合、マルチホップ通信の経路を選択するためには、ネットワークを構成している複数の移動端末の位置を把握しておく必要がある。そのためには、各移動端末は、移動している他の複数の移動端末までの距離および方位角を常時把握しておかなければならない。
【０００６】
従来より、移動端末の位置を測定可能な種々の移動通信システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−１７８０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の従来の移動通信システムでは、移動無線端末装置の測位装置が、測位信号を通信制御センタに送信し、折り返し戻ってきた測位信号から電波伝搬遅延時間（位相）を計測し、その電波伝搬遅延時間（位相）から距離を測定する。
【０００８】
しかしながら、上記の従来の移動通信システムにおいては、各移動無線端末装置が通信制御センタまでの距離を測定することはできるが、各移動無線端末装置が他の移動無線端末装置までの距離を直接測定することはできない。
【０００９】
また、移動する物体までの距離を測定する種々のレーダも開発されているが、構造が複雑で高価である。
【００１０】
無線アドホックネットワークにおいて、移動端末間でマルチホップ通信を行うためには、簡単な構成でかつ低コストで移動端末までの距離を測定することを可能にすることが望まれる。
【００１１】
本発明の目的は、簡単な構成でかつ低コストで移動端末間の距離を測定することが可能な距離測定システム、距離測定方法および通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明に係る距離測定システムは、移動する一の無線端末の移動後の位置から他の無線端末までの距離を測定する距離測定システムであって、一の無線端末の第１の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第１の方位角として測定し、一の無線端末の第２の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第２の方位角として測定する方位角測定手段と、一の無線端末の第１の位置から第２の位置までの移動距離を取得する移動距離取得手段と、方位角測定手段により測定された第１の方位角および第２の方位角ならびに移動距離取得手段により取得された移動距離に基づいて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離を算出する端末間距離算出手段とを備えたものである。
【００１３】
本発明に係る距離測定システムにおいては、一の無線端末の第１の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の第１の方位角および一の無線端末の第２の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の第２の方位角が方位角測定手段により測定される。また、一の無線端末の第１の位置から第２の位置までの移動距離が移動距離取得手段により取得される。そして、方位角測定手段により測定された第１の方位角および第２の方位角ならびに移動距離取得手段により取得された移動距離に基づいて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離が端末間距離算出手段により算出される。それにより、各無線端末は、複数の無線端末の位置を把握することができる。したがって、各無線端末は、簡単な構成でかつ低コストで、他の無線端末を中継局として用いるマルチホップ通信を行うことができる。
【００１４】
端末間距離算出手段は、方位角測定手段により測定された第１の方位角をθ0 とし、方位角測定手段により測定された第２の方位角をθ1 とし、移動距離取得手段により取得された移動距離をｒとした場合に、ｄ1 ＝ｒ・ｓｉｎθ0 ／ｓｉｎ（θ1 −θ0 ）を用いて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離ｄ1 を算出してもよい。
【００１５】
この場合、方位角測定手段により測定された第１の方位角θ0 および第２の方位角θ1 ならびに移動距離取得手段により取得された移動距離ｒを用いて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離ｄ1 を容易に算出することができる。
【００１６】
方位角測定手段は、一の無線端末に設けられ、所定の方位角ごとに指向性ビームで所定の信号を送信する第１の通信手段と、他の無線端末に設けられ、第１の通信手段から送信された信号を受信し、信号対干渉雑音電力比を算出するとともに算出された信号対干渉雑音電力比を第１の通信手段に送信する第２の通信手段と、第２の通信手段により受信された信号対干渉雑音電力比に基づいて第１の方位角および第２の方位角を算出する方位角算出手段とを含んでもよい。
【００１７】
この場合、一の無線端末に設けられた第１の通信手段により所定の方位角ごとに指向性ビームで所定の信号が送信される。他の無線端末に設けられた第２の通信手段により第１の通信手段から送信された信号が受信されるとともに信号対干渉雑音電力比が算出され、算出された信号対干渉雑音電力比が第１の通信手段に送信される。そして、第２の通信手段により受信された信号対干渉雑音電力比に基づいて第１の方位角および第２の方位角が方位角算出手段により算出される。それにより、算出された第１の方位角および第２の方位角を用いることによって無線端末間の移動距離が算出される。
【００１８】
第２の発明に係る通信装置は、移動する一の無線端末に設けられる通信装置であって、一の無線端末の第１の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第１の方位角として測定し、一の無線端末の第２の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第２の方位角として測定する方位角測定手段と、一の無線端末の第１の位置から第２の位置までの移動距離を取得する移動距離取得手段と、方位角測定手段により測定された第１の方位角および第２の方位角ならびに移動距離取得手段により取得された移動距離に基づいて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離を算出する端末間距離算出手段とを備えたものである。
【００１９】
本発明に係る通信装置においては、一の無線端末の第１の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の第１の方位角および一の無線端末の第２の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の第２の方位角が方位角測定手段により測定される。また、一の無線端末の第１の位置から第２の位置までの移動距離が移動距離取得手段により取得される。そして、方位角測定手段により測定された第１の方位角および第２の方位角ならびに移動距離取得手段により取得された移動距離に基づいて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離が端末間距離算出手段により算出される。それにより、各無線端末は、複数の無線端末の位置を把握することができる。したがって、各無線端末は、簡単な構成でかつ低コストで、他の無線端末を中継局として用いるマルチホップ通信を行うことができる。
【００２０】
第３の発明に係る距離測定方法は、移動する一の無線端末の移動後の位置から他の無線端末までの距離を測定する距離測定方法であって、一の無線端末の第１の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第１の方位角として測定するステップと、一の無線端末の第２の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第２の方位角として測定するステップと、一の無線端末の第１の位置から第２の位置までの移動距離を取得するステップと、測定された第１の方位角および第２の方位角ならびに取得された移動距離に基づいて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離を算出するステップとを備えたものである。
【００２１】
本発明に係る距離測定方法においては、一の無線端末の第１の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の第１の方位角および一の無線端末の第２の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の第２の方位角が測定される。また、一の無線端末の第１の位置から第２の位置までの移動距離が取得される。そして、測定された第１の方位角および第２の方位角ならびに取得された移動距離に基づいて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離が算出される。それにより、各無線端末は、複数の無線端末の位置を把握することができる。したがって、各無線端末は、簡単な構成でかつ低コストで、他の無線端末を中継局として用いるマルチホップ通信を行うことができる。
【００２２】
第４の発明に係る距離測定システムは、アドホックネットワークにおいて移動する一の無線端末の移動後の位置から他の無線端末までの距離を測定する距離測定システムであって、一の無線端末の第１の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第１の方位角として測定し、一の無線端末の第２の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第２の方位角として測定する方位角測定手段と、一の無線端末の第１の位置から第２の位置までの移動距離を取得する移動距離取得手段と、方位角測定手段により測定された第１の方位角および第２の方位角ならびに移動距離取得手段により取得された移動距離に基づいて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離を算出する端末間距離算出手段とを備えたものである。
【００２３】
本発明に係る距離測定システムにおいては、一の無線端末の第１の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の第１の方位角および一の無線端末の第２の位置において一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の第２の方位角が方位角測定手段により測定される。また、一の無線端末の第１の位置から第２の位置までの移動距離が移動距離取得手段により取得される。そして、方位角測定手段により測定された第１の方位角および第２の方位角ならびに移動距離取得手段により取得された移動距離に基づいて、一の無線端末の第２の位置から他の無線端末までの距離が端末間距離算出手段により算出される。それにより、各無線端末は、アドホックネットワークにおいて複数の無線端末の位置を把握することができる。したがって、各無線端末は、簡単な構成でかつ低コストで、他の無線端末を中継局として用いるマルチホップ通信を行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、各無線端末は、複数の無線端末の位置を把握することができる。したがって、各無線端末は、簡単な構成でかつ低コストで、他の無線端末を中継局として用いるマルチホップ通信を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本実施の形態に係る距離測定システムについて図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施の形態に係る距離測定システムが適用される無線アドホックネットワークの構成を示すブロック図である。
【００２７】
図１に示される無線アドホックネットワークは、複数の移動端末１００ａ〜１００ｆにより構成される。ここで、移動端末１００ａ〜１００ｆは、例えば、車載無線装置または携帯電話等からなる。
【００２８】
以下、上記の複数の移動端末１００ａ〜１００ｆのうち、距離および方位角の測定の基準となる一の移動端末を自局と呼び、他の移動端末を他局と呼ぶ。
【００２９】
各移動端末１００ａ〜１００ｆは、送信機および受信機からなる通信装置を備えるとともに、主ビームの方向を変化させることができる可変ビームアンテナを有する。
【００３０】
可変ビームアンテナとしては、例えば「電子情報通信学会研究技術報告，電子情報通信学会発行，ＡＰ９９−６１，ＳＡＴ９９−６１，ｐｐ．９−１４，１９９９年７月」に記載された電子制御導波器アンテナを用いることができる。また、各移動端末１００ａ〜１００ｆは、信号の送受信機能に加えて中継局の機能も有し、ルータとして働く。
【００３１】
図１の例では、２つの移動端末１００ａ，１００ｆ間で通信を行う場合には、他の移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅを中継局として用いるマルチホップ通信が行われる。それにより、２つの移動端末１００ａ，１００ｆ間で電波が届かない場合でも、他の移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅを経由することにより通信が可能となる。
【００３２】
この場合、マルチホップ通信の経路を選択するためには、無線アドホックネットワークを構成している複数の移動端末１００ａ〜１００ｆの全てが複数の移動端末１００ａ〜１００ｆの位置を把握しておく必要がある。そのためには、各移動端末１００ａ〜１００ｆは、常に移動している他の複数の移動端末１００ａ〜１００ｆまでの距離および方位角を把握しておかなければならない。
【００３３】
上記の距離および方位角を把握するために、各移動端末１００ａ〜１００ｆの通信装置が距離測定機能および方位角測定機能を有する。
【００３４】
本実施の形態に係る距離測定システムを用いて上記の方位角を高精度に測定するには、自局を中心とした所定の方位角毎に他局に対するＳＩＮＲ（信号対干渉雑音電力比；Signal to Inference and Noise Ratio）を予め測定しておき、このＳＩＮＲを示すテーブル（Angle SINR Table；以下、ＡＳテーブルと称する）を作成する。このＡＳテーブルに基づいて概略の方位角を測定する。さらに、ＡＳテーブルに基づいて後述のモノパルス処理を行うことにより詳細な方位角を測定する。なお、上記の距離の測定は、後述のモノパルス処理により測定された詳細な方位角に基づいて行われる。
【００３５】
ここで、上記の距離を測定する手順について図２を参照しながら説明する。
【００３６】
図２は、一の移動端末１００ａから他の移動端末１００ｂまでの距離を測定する方法を示す説明図である。
【００３７】
移動端末１００ａと移動端末１００ｂとを結ぶ線分をＶとする。移動端末１００ａは、進行方向を示す直線Ｕに沿って移動するものとする。ここで、直線Ｕに沿って移動した後の移動端末１００ａを移動端末１０１ａとする。
【００３８】
移動端末１００ａの直線Ｕに沿った移動距離をｒとする。移動距離ｒは、後述のトラヒックモニタ部１０５により移動端末１００ａの移動速度と移動時間とを乗算することによって算出される。本実施の形態では、移動速度は、移動端末１００ａの速度計により得られ、移動時間は後述するＡＳテーブルの更新周期に設定される。
【００３９】
移動端末１０１ａと移動端末１００ｂとを結ぶ線分をＷとし、この線分の長さをｄ1 とする。この長さｄ1 が移動端末１０１ａと移動端末１００ｂとの距離に相当する。
【００４０】
また、直線Ｕと線分Ｖとがなす角度をθ0 とし、直線Ｕと線分Ｗとがなす角度をθ1 とする。この場合、線分Ｖと線分Ｗとがなす角度は、θ1 −θ0 となる。
【００４１】
ＡＳテーブルに基づいた後述のモノパルス処理により、角度θ0 および角度θ1 は既知であるものとする。ここで、余弦定理により次式によって示される関係が成り立つ。
【００４２】
ｄ1 ・ｓｉｎ（θ1 −θ0 ）＝ｒ・ｓｉｎθ0 …（１）
上式（１）より、移動端末１０１ａと移動端末１００ｂとの距離ｄ1 は次式により算出される。
【００４３】
ｄ1 ＝ｒ・ｓｉｎθ0 ／ｓｉｎ（θ1 −θ0 ） …（２）
このように、移動端末１００ａの移動距離ｒと、移動端末１００ａの移動前後の方位角θ0 ，θ1 に基づいて、移動端末１０１ａと移動端末１００ｂとの距離ｄ1 を算出することができる。
【００４４】
なお、移動端末１００ａが移動距離ｒを移動する間において、移動端末１００ｂは静止しているかあるいは移動端末１００ａの移動速度に比べて十分に遅い速度で移動しているものとする。
【００４５】
次に、移動端末の構成について図面を参照しながら説明する。図３は、移動端末の構成を示すブロック図である。
【００４６】
図３に示すように、移動端末は、指向性ビームを出力する可変ビームアンテナ１０１、サーキュレータ１０２、可変ビームアンテナ１０１の指向性を制御する指向制御部１０３、データパケット送受信部１０４、トラヒックモニタ部１０５、回線制御部１０６および上位レイヤ処理装置１０７を含む。
【００４７】
可変ビームアンテナ１０１は、指向性ビーム（セクタパターン）および無指向性ビーム（オムニパターン）で送受信することができる。セクタパターンとは、所定の主ビーム幅を有する扇型形状の放射パターンをいう。オムニパターンについては後述する。
【００４８】
可変ビームアンテナ１０１は、指向制御部１０３の電気的な制御によって、セクタパターンの主ビームの方向を、例えば０度から３３０度までの範囲で３０度毎に変更可能となっている。
【００４９】
なお、可変ビームアンテナ１０１は、公知のフェーズドアレーアンテナまたは電子制御導波器アレーアンテナからなってもよい。
【００５０】
データパケット送受信部１０４は、データパケット受信部１３０、データパケット送信部１４０および拡散符号発生器１６０を含む。
【００５１】
データパケット受信部１３０は、高周波受信機１３１、復調器１３２および受信バッファメモリ１３３を含む。データパケット送信部１４０は、送信タイミング制御部１４１、送信バッファメモリ１４２、変調器１４３および高周波送信機１４４を含む。
【００５２】
トラヒックモニタ部１０５は、管理制御部１５１、検索エンジン１５２、更新エンジン１５３およびデータベースメモリ１５４を含む。
【００５３】
上位レイヤ処理装置１０７は、パケット形式のデータを発生し、送信バッファメモリ１４２を介して変調器１４３に与える。
【００５４】
トラヒックモニタ部１０５は、方位角の測定の処理を実行するとともに、他の移動端末とのパケット通信において使用すべき通信チャネルを決定し、決定した通信チャネルに対応する通信チャネル用拡散符号（以下、拡散符号と略記する）を回線制御部１０６を介して拡散符号発生器１６０に与える。それにより、拡散符号発生器１６０は指定されたＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式の拡散符号を発生する。
【００５５】
変調器１４３は、所定の無線周波数の搬送波をスペクトル拡散するとともに、スペクトル拡散された搬送波をデータで変調することにより変調信号を高周波送信機１４４に出力する。
【００５６】
高周波送信機１４４は、変調信号を増幅しサーキュレータ１０２を介して可変ビームアンテナ１０１から他の移動端末に向けて送信する。
【００５７】
一方、可変ビームアンテナ１０１により受信されたパケット形式の変調信号は、サーキュレータ１０２を介して高周波受信機１３１に入力される。
【００５８】
高周波受信機１３１は、入力された変調信号を低雑音増幅し、復調器１３２に出力する。
【００５９】
復調器１３２は、拡散符号発生器１６０により発生された拡散符号を用いて、変調信号をスペクトル逆拡散によりデータに復調し、復調されたデータを受信バッファメモリ１３３を介して上位レイヤ処理装置１０７およびトラヒックモニタ部１０５に出力する。
【００６０】
データベースメモリ１５４には、ＡＳテーブル、ルーチングテーブルおよびＳＩＮＲに対応する電界強度と、方位角との関係を示す情報が記憶されている。
【００６１】
トラヒックモニタ部１０５の検索エンジン１５２は、管理制御部１５１の制御によりデータベースメモリ１５４内のデータを検索し、検索した所定のデータを管理制御部１５１に与える。
【００６２】
また、トラヒックモニタ部１０５の更新エンジン１５３は、管理制御部１５１の制御によりデータベースメモリ１５４内のデータを更新する。
【００６３】
データベースメモリ１５４に予め記憶されるＡＳテーブルには、例えば後述の図６に示すように、自局を中心とした水平面内のサービスエリア内における所定の方位角毎の他の各移動端末に対するＳＩＮＲが記憶されている。
【００６４】
また、ＡＳテーブルには、測定された自局の他局に対する詳細な方位角が記憶されている。ルーチングテーブルには、ＡＳテーブルの更新周期等が記憶されている。なお、ＳＩＮＲの代わりに受信電界強度を用いてもよい。
【００６５】
次に、方位角を測定する手順について図４〜図１０を参照しながら説明する。本実施の形態では、上述したように、まずＡＳテーブルを作成し、作成されたＡＳテーブルに基づいて概略の方位角を測定する。そして、後述のモノパルス処理を行うことにより、詳細な方位角を測定する。
【００６６】
図４は、方位角を測定する手順を示す説明図である。なお、図４では、移動端末１００ａを基準とし、例えば３つの移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄの方位角を測定する場合を説明する。
【００６７】
図４に示すように、まず、移動端末１００ａがＣＳＭＡ／ＣＡ（搬送波感知多重アクセス/衝突回避；Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）方式によりキャリアセンスを行いながら、第１のセットアップ信号をオムニパターンで移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄに送信することにより、概略の方位角の測定処理の開始を通知する。
【００６８】
次に、移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄは、それぞれ第１のセットアップ信号を受信する。その後、移動端末１００ａが０度から３３０度までの３０度毎にセクタパターンで１２個の第１の要求信号（以下、ＲＱ１信号と呼ぶ）を送信する。移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄは、移動端末１００ａにより送信される１２個のＲＱ１信号をオムニパターンで受信して受信電界強度を測定するとともに、ＲＱ１信号を受信したときのＢＥＲを測定しＳＩＮＲに換算する。
【００６９】
次に、移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄは、キャリアセンスを行いながら、順次キャリアを検出していない期間に、ＳＩＮＲを示すデータを返信信号（以下、ＲＥ信号と呼ぶ）によりセクタパターンで移動端末１００ａに送信する。
【００７０】
移動端末１００ａは、移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄから受信したＲＥ信号に基づいてＡＳテーブルを作成する。ＡＳテーブルは、データベースメモリ１５４に格納される。同様に、移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄが基準となって同様の処理を行うことにより、無線アドホックネットワークにおける全ての移動端末１００ａ〜１００ｄがＡＳテーブルを有する。
【００７１】
ここで、上記のデータベースメモリ１５４に格納されるＡＳテーブルについて説明する。
【００７２】
図６は、データベースメモリ１５４のＡＳテーブルの一例を示す説明図である。
【００７３】
ＡＳテーブルには、移動端末１００ａの指向性ビームを受信した移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄのＳＩＮＲの値がビームの角度ごとに格納されている。図６において、ＳＩＮＲの値がないものは測定限界以下のものであり、ＳＩＮＲの単位はｄＢである。
【００７４】
以下、一例として移動端末１００ｂの概略の方位角をＡＳテーブルにより測定した後、後述のモノパルス処理により詳細な方位角を測定する場合について説明する。
【００７５】
まず、移動端末１００ｂの０度から３３０度までの１２個のセクタパターンに対する１２個のＳＩＮＲのうち最大値を検出する。
【００７６】
図６において、移動端末１００ｂのＳＩＮＲの最大値は２．３ｄＢである。すなわち、２．３ｄＢのＳＩＮＲに対応する指向性ビームの角度が、移動端末１００ａを基準とした移動端末１００ｂの概略の方位角となる。この場合、概略の方位角は９０度であることがわかる。
【００７７】
次に、以下のモノパルス処理が行われる。なお、モノパルス処理とは、セクタパターンによる受信電界強度を用いることにより詳細な方位角を測定する処理をいう。
【００７８】
移動端末１００ａは、ＣＳＭＡ／ＣＡ方式によりキャリアセンスを行いながら、順次キャリアを検出していない期間において、オムニパターンで第２のセットアップ信号を移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄに送信することにより詳細な方位角の測定処理の開始を通知する。
【００７９】
その後、移動端末１００ａは、オムニパターンで第２の要求信号（以下、ＲＱ２信号と呼ぶ）を移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄに送信する。
【００８０】
移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄは、図７に示すように、それぞれが有するＡＳテーブルから決定した移動端末１００ａに対する概略の方位角のセクタパターン（以下、中心セクタパターンと呼ぶ）と、この中心セクタパターンから両側にそれぞれ３０度回転した方向のセクタパターン（以下、左セクタパターンおよび右セクタパターンと呼ぶ）とで上記のＲＱ２信号を受信し受信電界強度を測定する。
【００８１】
同様に、移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄが基準となって同様の処理が行われる。
【００８２】
次に、中心セクタパターンによる受信電界強度と右セクタパターンによる受信電界強度とを用いて以下の処理を行う。また、中心セクタパターンによる受信電界強度と左セクタパターンによる受信電界強度とを用いて同様の処理が行われる。
【００８３】
なお、本実施の形態においては、受信電界強度を用いた以下の処理により測定された２つの詳細な方位角の平均値を採用する。以下の説明では、中心セクタパターンによる受信電界強度と右セクタパターンによる受信電界強度とを用いる場合を代表して示す。
【００８４】
図８は、隣り合う左右のセクタパターンによる受信電界強度を示す模式図である。
【００８５】
図８に示すように、縦軸は受信電界強度を示し、横軸は方位角を示す。図８に示すように、それぞれの受信電界強度を示す曲線（以下、電界強度パターンと呼ぶ）は扇型形状を有する。
【００８６】
次に、図９に示すように、上記の２つの電界強度パターンの和からなる電界強度パターン（以下、和パターンと呼ぶ）および上記の２つの電界強度パターンの差からなる電界強度パターン（以下、差パターンと呼ぶ）を算出する。
【００８７】
続いて、図１０に示すように、上記の差パターンを和パターンで除算することにより正規化パターンを算出する。なお、和パターン、差パターンおよび正規化パターンは、データベースメモリ１５４に記憶される。
【００８８】
次に、算出された正規化パターンを直線近似することにより直線近似式を算出する。この場合、直線近似式の傾きａが算出されるとともにデータベースメモリ１５４に記憶される。
【００８９】
続いて、右セクタパターンおよび中心セクタパターンによる移動端末１００ｂの受信電界強度を求める。この右セクタパターンによる移動端末１００ｂの受信電界強度をＬとし、中心セクタパターンによる移動端末１００ｂの受信電界強度をＲとする。
【００９０】
この場合、上記の直線近似式は次式のようになる。
【００９１】
（Ｒ−Ｌ）／（Ｒ＋Ｌ）＝ａ・θ …（３）
上式（３）より、方位角θは次式のようになる。
【００９２】
θ＝１／ａ・（Ｒ−Ｌ）／（Ｒ＋Ｌ） …（４）
ここで、データベースメモリ１５４には、０度から３３０度までの１２個のセクタパターンに対応する１２個の電界強度パターンの傾きａが記憶されている。それにより、電界強度値ＬおよびＲを取得すれば、上式（４）により方位角θを算出することができる。
【００９３】
本実施の形態においては、各移動端末は、他の移動端末までの距離とともに他の移動端末の方向（方位角）を上述した方法で測定し、測定された距離および方向を他の移動端末に一定時間ごとにデータとして送信する。それにより、各移動端末は、無線アドホックネットワークを構成する複数の移動端末の位置を把握することができる。したがって、各移動端末は、他の移動端末を中継局として用いるマルチホップ通信を行うことができる。
【００９４】
また、ＡＳテーブルを用いることにより移動端末の概略の方位角を測定し、測定された概略の方位角に基づいてモノパルス処理により移動端末の詳細な方位角を測定する。そして、測定された詳細な方位角を用いることにより、精度の高い移動端末間の距離を測定することができる。それにより、簡単な構成でかつ低コストでマルチホップ通信を行うことができる。
【００９５】
本実施の形態においては、移動端末１００ａが一の無線端末に相当し、移動端末１００ｂ，１００ｃ，１００ｄが他の無線端末に相当し、方位角θ0 が第１の方位角に相当し、方位角θ1 が第２の方位角に相当し、トラヒックモニタ部１０５が方位角測定手段、移動距離取得手段、端末間距離算出手段および方位角算出手段に相当し、データパケット送信部１４０が第１の通信手段に相当し、データパケット受信部１３０が第２の通信手段に相当する。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、無線アドホックネットワーク等における無線端末間の距離を測定するため等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る距離測定システムが適用される無線アドホックネットワークの構成を示すブロック図である。
【図２】一の移動端末から他の移動端末までの距離を測定する方法を示す説明図である。
【図３】移動端末の構成を示すブロック図である。
【図４】方位角を測定する手順を示す説明図である。
【図５】移動端末の可変ビームアンテナから出力される指向性ビームを示す模式図である。
【図６】データベースメモリのＡＳテーブルの一例を示す説明図である。
【図７】移動端末から出力される３方向のセクタパターンを示す模式図である。
【図８】隣り合う左右のセクタパターンによる受信電界強度を示す模式図である。
【図９】和パターンおよび差パターンを示す模式図である。
【図１０】差パターンを和パターンで除算することにより算出した正規化パターンを示す模式図である。
【符号の説明】
【００９８】
１００ａ〜１００ｆ，１０１ａ 移動端末
１０１ 可変ビームアンテナ
１０２ サーキュレータ
１０３ 指向制御部
１０４ データパケット送受信部
１０５ トラヒックモニタ部
１０６ 回線制御部
１０７ 上位レイヤ処理装置
１３０ データパケット受信部
１３１ 高周波受信機
１３２ 復調器
１３３ 受信バッファメモリ
１４０ データパケット送信部
１４１ 送信タイミング制御部
１４２ 送信バッファメモリ
１４３ 変調器
１４４ 高周波送信機
１５１ 管理制御部
１５２ 検索エンジン
１５３ 更新エンジン
１５４ データベースメモリ
１６０ 拡散符号発生器
ｄ1 距離
θ，θ0 ，θ1 方位角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する一の無線端末の移動後の位置から他の無線端末までの距離を測定する距離測定システムであって、
前記一の無線端末の第１の位置において前記一の無線端末の移動方向に対する前記他の無線端末の方位角を第１の方位角として測定し、前記一の無線端末の第２の位置において前記一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第２の方位角として測定する方位角測定手段と、
前記一の無線端末の前記第１の位置から前記第２の位置までの移動距離を取得する移動距離取得手段と、
前記方位角測定手段により測定された前記第１の方位角および前記第２の方位角ならびに前記移動距離取得手段により取得された前記移動距離に基づいて、前記一の無線端末の前記第２の位置から前記他の無線端末までの距離を算出する端末間距離算出手段とを備えたことを特徴とする距離測定システム。
【請求項２】
前記端末間距離算出手段は、
前記方位角測定手段により測定された前記第１の方位角をθ0 とし、前記方位角測定手段により測定された前記第２の方位角をθ1 とし、前記移動距離取得手段により取得された前記移動距離をｒとした場合に、ｄ1 ＝ｒ・ｓｉｎθ0 ／ｓｉｎ（θ1 −θ0 ）を用いて、前記一の無線端末の前記第２の位置から前記他の無線端末までの距離ｄ1 を算出することを特徴とする請求項１記載の距離測定システム。
【請求項３】
前記方位角測定手段は、
前記一の無線端末に設けられ、所定の方位角ごとに指向性ビームで所定の信号を送信する第１の通信手段と、
前記他の無線端末に設けられ、前記第１の通信手段から送信された信号を受信し、信号対干渉雑音電力比を算出するとともに算出された前記信号対干渉雑音電力比を前記第１の通信手段に送信する第２の通信手段と、
前記第２の通信手段により受信された前記信号対干渉雑音電力比に基づいて前記第１の方位角および前記第２の方位角を算出する方位角算出手段とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の距離測定システム。
【請求項４】
移動する一の無線端末に設けられる通信装置であって、
一の無線端末の第１の位置において前記一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第１の方位角として測定し、前記一の無線端末の第２の位置において前記一の無線端末の移動方向に対する前記他の無線端末の方位角を第２の方位角として測定する方位角測定手段と、
前記一の無線端末の前記第１の位置から前記第２の位置までの移動距離を取得する移動距離取得手段と、
前記方位角測定手段により測定された前記第１の方位角および前記第２の方位角ならびに前記移動距離取得手段により取得された前記移動距離に基づいて、前記一の無線端末の前記第２の位置から前記他の無線端末までの距離を算出する端末間距離算出手段とを備えたことを特徴とする通信装置。
【請求項５】
移動する一の無線端末の移動後の位置から他の無線端末までの距離を測定する距離測定方法であって、
前記一の無線端末の第１の位置において前記一の無線端末の移動方向に対する前記他の無線端末の方位角を第１の方位角として測定するステップと、
前記一の無線端末の第２の位置において前記一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第２の方位角として測定するステップと、
前記一の無線端末の前記第１の位置から前記第２の位置までの移動距離を取得するステップと、
測定された前記第１の方位角および前記第２の方位角ならびに取得された前記移動距離に基づいて、前記一の無線端末の前記第２の位置から前記他の無線端末までの距離を算出するステップとを備えたことを特徴とする距離測定方法。
【請求項６】
アドホックネットワークにおいて移動する一の無線端末の移動後の位置から他の無線端末までの距離を測定する距離測定システムであって、
前記一の無線端末の第１の位置において前記一の無線端末の移動方向に対する前記他の無線端末の方位角を第１の方位角として測定し、前記一の無線端末の第２の位置において前記一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第２の方位角として測定する方位角測定手段と、
前記一の無線端末の前記第１の位置から前記第２の位置までの移動距離を取得する移動距離取得手段と、
前記方位角測定手段により測定された前記第１の方位角および前記第２の方位角ならびに前記移動距離取得手段により取得された前記移動距離に基づいて、前記一の無線端末の前記第２の位置から前記他の無線端末までの距離を算出する端末間距離算出手段とを備えたことを特徴とする距離測定システム。
【請求項１】
移動する一の無線端末の移動後の位置から他の無線端末までの距離を測定する距離測定システムであって、
前記一の無線端末の第１の位置において前記一の無線端末の移動方向に対する前記他の無線端末の方位角を第１の方位角として測定し、前記一の無線端末の第２の位置において前記一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第２の方位角として測定する方位角測定手段と、
前記一の無線端末の前記第１の位置から前記第２の位置までの移動距離を取得する移動距離取得手段と、
前記方位角測定手段により測定された前記第１の方位角および前記第２の方位角ならびに前記移動距離取得手段により取得された前記移動距離に基づいて、前記一の無線端末の前記第２の位置から前記他の無線端末までの距離を算出する端末間距離算出手段とを備えたことを特徴とする距離測定システム。
【請求項２】
前記端末間距離算出手段は、
前記方位角測定手段により測定された前記第１の方位角をθ0 とし、前記方位角測定手段により測定された前記第２の方位角をθ1 とし、前記移動距離取得手段により取得された前記移動距離をｒとした場合に、ｄ1 ＝ｒ・ｓｉｎθ0 ／ｓｉｎ（θ1 −θ0 ）を用いて、前記一の無線端末の前記第２の位置から前記他の無線端末までの距離ｄ1 を算出することを特徴とする請求項１記載の距離測定システム。
【請求項３】
前記方位角測定手段は、
前記一の無線端末に設けられ、所定の方位角ごとに指向性ビームで所定の信号を送信する第１の通信手段と、
前記他の無線端末に設けられ、前記第１の通信手段から送信された信号を受信し、信号対干渉雑音電力比を算出するとともに算出された前記信号対干渉雑音電力比を前記第１の通信手段に送信する第２の通信手段と、
前記第２の通信手段により受信された前記信号対干渉雑音電力比に基づいて前記第１の方位角および前記第２の方位角を算出する方位角算出手段とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の距離測定システム。
【請求項４】
移動する一の無線端末に設けられる通信装置であって、
一の無線端末の第１の位置において前記一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第１の方位角として測定し、前記一の無線端末の第２の位置において前記一の無線端末の移動方向に対する前記他の無線端末の方位角を第２の方位角として測定する方位角測定手段と、
前記一の無線端末の前記第１の位置から前記第２の位置までの移動距離を取得する移動距離取得手段と、
前記方位角測定手段により測定された前記第１の方位角および前記第２の方位角ならびに前記移動距離取得手段により取得された前記移動距離に基づいて、前記一の無線端末の前記第２の位置から前記他の無線端末までの距離を算出する端末間距離算出手段とを備えたことを特徴とする通信装置。
【請求項５】
移動する一の無線端末の移動後の位置から他の無線端末までの距離を測定する距離測定方法であって、
前記一の無線端末の第１の位置において前記一の無線端末の移動方向に対する前記他の無線端末の方位角を第１の方位角として測定するステップと、
前記一の無線端末の第２の位置において前記一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第２の方位角として測定するステップと、
前記一の無線端末の前記第１の位置から前記第２の位置までの移動距離を取得するステップと、
測定された前記第１の方位角および前記第２の方位角ならびに取得された前記移動距離に基づいて、前記一の無線端末の前記第２の位置から前記他の無線端末までの距離を算出するステップとを備えたことを特徴とする距離測定方法。
【請求項６】
アドホックネットワークにおいて移動する一の無線端末の移動後の位置から他の無線端末までの距離を測定する距離測定システムであって、
前記一の無線端末の第１の位置において前記一の無線端末の移動方向に対する前記他の無線端末の方位角を第１の方位角として測定し、前記一の無線端末の第２の位置において前記一の無線端末の移動方向に対する他の無線端末の方位角を第２の方位角として測定する方位角測定手段と、
前記一の無線端末の前記第１の位置から前記第２の位置までの移動距離を取得する移動距離取得手段と、
前記方位角測定手段により測定された前記第１の方位角および前記第２の方位角ならびに前記移動距離取得手段により取得された前記移動距離に基づいて、前記一の無線端末の前記第２の位置から前記他の無線端末までの距離を算出する端末間距離算出手段とを備えたことを特徴とする距離測定システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−５３１０８（Ｐ２００６−５３１０８Ａ）
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２３６５０３（Ｐ２００４−２３６５０３）
【出願日】平成１６年８月１６日（２００４．８．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１６年度独立行政法人情報通信研究機構、研究テーマ「自律分散型無線ネットワークの研究開発」に関する委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受けるもの
【出願人】（３９３０３１５８６）株式会社国際電気通信基礎技術研究所 (905)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月１６日（２００４．８．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成１６年度独立行政法人情報通信研究機構、研究テーマ「自律分散型無線ネットワークの研究開発」に関する委託研究、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受けるもの
【出願人】（３９３０３１５８６）株式会社国際電気通信基礎技術研究所 (905)
【Ｆターム（参考）】
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