多路径检测方法以及到达角度计算装置制造方法
【专利摘要】提供能够高精度地检测多路径的多路径检测方法。本发明的多路径检测方法，从用多个天线接收到的信号，判定多路径的有无，其特征在于，将各天线的接收信号分别变换到频率域，对频率域的振幅特性和频率特性中的至少一个特性在天线间的平衡进行比较，来判定多路径的有无。根据该结构，将接收信号分别变换到频率域并对于其振幅特性和相位特性中的至少一个特性在天线间进行平衡的比较，由此能够高精度地检测多路径。
【专利说明】多路径检测方法以及到达角度计算装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及对到达的电波的相位进行检测并将其用于电波到达角度的计算中的 到达角度计算装置。
【背景技术】
[0002] 在以往的到达方向估计装置中，使用互相关系数的计算、逆矩阵运算等的运算量 大的运算，需要达数百符号量的运算。为此，期望能够以简便的运算估计到达方向的到达方 向估计装置。
[0003] 在专利文献1中，提出了缩小了运算规模的到达方向估计装置。在专利文献1所 述的到达方向估计装置中，对于用两个天线接收到的接收信号，通过复共轭电路和乘法电 路来计算到达方向的系数，并在到达方向检测电路中进行反正切运算和反余弦运算，由此 估计接收波的到达方向。
[0004] 在该到达方向估计装置中，为了提高到达方向的估计精度而需要将接收波中的多 路径的影响充分地去除。作为判别希望波和由多路径引起的延迟波的方法，在专利文献2 中，公开了如下方法：基于接收信号的功率而将表示信号功率为极大值的点判定为希望波， 接下来将信号功率较大的点判定为第一延迟波。
[0005] 在先技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本特开平10 - 177064号公报
[0008] 专利文献2 :日本特开2007 - 281991号公报
[0009] 发明的概要
[0010] 发明要解决的课题
[0011] 然而，在专利文献2的方法中，对于延迟波相对于希望波的延迟时间短而希望波 与延迟波在时间上重叠的这种接收波，无法判别延迟波。为此，在使用希望波和延迟波在时 间上重叠的接收波来计算到达方向时，受延迟波的影响，到达方向的估计精度降低。
[0012] 作为判别希望波和延迟波的方法，也考虑到了在信号功率比阈值大的情况下判定 为希望波并且在比阈值小的情况下判定为延迟波的方法，但在该方法中，在与希望波接近 的信号电平的延迟波存在的情况下会发生误判定。
【发明内容】
[0013] 本发明是鉴于上述的点而做出的，目的在于提供一种能够高精度地检测多路径的 多路径检测方法以及能够防止由多路径的影响引起的精度劣化的到达角度计算装置。
[0014] 用于解决课题的手段
[0015] 本发明的多路径检测方法，是根据用多个天线接收到的信号判定多路径的有无的 多路径检测方法，其特征在于，将各天线的接收信号分别变换到频率域，在天线间对所述频 率域的振幅特性和频率特性中的至少一个特性进行比较，来判定多路径的有无。
[0016] 根据该结构，将接收信号分别变换到频率域并对其振幅特性和相位特性中的至少 一个特性在天线间进行平衡的比较，由此能够高精度地检测多路径。
[0017] 在本发明的多路径检测方法中，优选的是，对所述频率域的振幅特性和相位特性 这两者的平衡分别进行比较来判定多路径的有无。根据该结构，对振幅特性和相位特性分 别进行比较来判定多路径的有无，因此能够更高精度地检测多路径。
[0018] 在本发明的多路径检测方法中，优选的是，所述振幅特性用以振幅曲线的中心频 率为中心的规定宽度下的低频域侧的信号功率与高频域侧的信号功率的比率来表示，所述 相位特性用以振幅曲线的中心频率为中心的规定宽度下的相位的倾斜来表示。根据该结 构，通过低频域侧的信号功率与高频域侧的信号功率的比率、以及相位的倾斜，能够对天线 间的平衡进行恰当的比较，因此能够高精度地检测多路径。
[0019] 在本发明的多路径检测方法中，可以是，设一个天线的振幅特性为Prl，并设另一 个天线的振幅特性为Pr2,为了对两个天线间的振幅特性的平衡进行比较而计算Prl与Pr2 的比率Pr，如果Pr从1偏离了规定值以上，则判定为有多路径。
[0020] 在本发明的多路径检测方法中，可以是，设一个天线的相位倾斜为Λ Φ1，并设 另一个天线的相位倾斜为△ Φ2,为了对两个天线间的相位倾斜的平衡进行比较而计算 Λ Φ1与Λ Φ2的差Λ φ，如果Λ Φ从0偏离了规定值以上，贝丨J判定为有多路径。
[0021] 本发明的到达角度计算装置，其特征在于，具备：多个天线；多路径检测单元，根 据用多个天线接收到的信号，判定多路径的有无；到达角度计算单元，根据用所述多个天线 接收到的信号的相位差，计算电波的到达角度，所述多路径检测单元，将各天线的接收信号 分别变换到频率域，对所述频率域的振幅特性和频率特性中的至少一个特性在天线间的平 衡进行比较，来判定多路径的有无，在无多路径的情况下，使用用所述多个天线接收到的信 号的相位差，计算电波的到达角度。
[0022] 根据该结构，将各天线的接收信号分别变换到频率域，并对其振幅特性和频率特 性中的至少一个特性在天线间的平衡进行比较，从而能够判定多路径的有无。由此，能够恰 当地检测对到达角度的计算精度有影响的多路径，能够高精度地计算到达角度。
[0023] 在本发明的到达角度计算装置中，也可以是，所述多路径检测单元具备：峰值检测 部，检测各天线的接收信号的峰值；FFT部，将各天线的接收信号分别变换到频率域；以及 多路径判定部，对所述频率域的振幅特性和频率特性中的至少一个特性在天线间的平衡进 行比较，来判定多路径的有无。
[0024] 发明的效果
[0025] 根据本发明，能够提供能够高精度地检测多路径的多路径检测方法以及能够防止 由多路径的影响引起的精度劣化的到达角度计算装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1是对实施方式涉及的到达角度计算装置的构成例进行表示的框图。
[0027] 图2是对实施方式涉及的到达角度计算装置的具体的构成（DSSS)进行表示的框 图。
[0028] 图3是对实施方式涉及的信号判定部的具体的构成进行表示的框图。
[0029] 图4是对加法器的输出波形的例子进行表示的图。
[0030] 图5A是对来自定时控制部的输出波形的例子进行表示的图。图5B是对来自峰值 功率检测部的输出波形的例子进行表示的图。图5C是对来自FFT部的输出波形的例子进 行表示的图。
[0031] 图6A是对反正切部的输出波形的例子进行表不的图。图6B是对功率计算部的输 出波形的例子进行表示的图。
[0032] 图7是对到达天线的电波的几何学的关系进行表示的示意图。
[0033] 图8是对包含到达角度计算装置的位置检测系统的例子进行表示的示意图。
[0034] 图9是到达角度计算装置中的到达角度计算的流程图。
[0035] 图10是对峰值检测部输入的信号的示意图。
[0036] 图11是对使用DSSS作为调制方式的情况下对峰值检测部输入的信号的例子进行 表示的示意图。
[0037] 图12是对从FFT部输出的振幅频率曲线以及相位频率曲线的例子进行表示的图。
[0038] 图13是对到达角度计算部的另一个例子进行表示的框图。
[0039] 图14是对相位差的计算范围进行表示的示意图。
[0040] 图15是对被计算的相位差数据的例子进行表示的示意图。
[0041] 图16是对相位差为+180°或一 180°附近的情况下的到达角度计算的概略进行 表示的示意图。
[0042] 图17是相位差为+180°或一 180°附近的情况下的到达角度计算的流程图。
[0043] 图18是对到达角度计算部的另一个例子进行表示的框图。
[0044] 图19是对实施方式涉及的到达角度计算装置的具体的构成（0FDM)进行表示的框 图。
[0045] 图20A是对0FDM中的符号的构成进行表示的示意图。图20B是对0FDM符号串的 相关处理的状况进行表示的示意图。
[0046] 图21A、图21B是对来自功率计算部的输出波形的例子进行表示的图。图21C是对 来自加法部的输出波形的例子进行表示的图。图21D是对来自反正切部的各部的输出波形 的例子进行表示的图。
[0047] 图22是对使用了到达角度计算装置的胶囊内窥镜系统的构成例进行表示的示意 图。
【具体实施方式】
[0048] 图1是对本发明的一实施方式涉及的到达角度计算装置的构成例进行表示的框 图。本实施方式涉及的到达角度计算装置1具备：基准信号发生部10,能够以规定的振荡 频率振荡出基准信号；接收用天线lla、llb，隔开规定间隔而配置；接收部12a、12b，使用从 基准信号发生部10输出的基准信号，将由接收用天线lla、llb接收到的电波变换为接收信 号后输出；以及运算部13,根据从接收部12a、12b输出的接收信号，进行到达角度计算所用 的各种运算处理。另外，到达角度计算装置1基于由电波的传播延迟引起的相位滞后来计 算到达角度，因此需要在隔开规定间隔的2点（或2个以上的点）接收具有相同信息的电 波。为此，需要具有与接收电波对应的二个（或其以上）天线以及接收系统。但是，只要能 够在隔开规定间隔的2个以上的位置接收同一到达电波（相同的信息单位）即可，到达角 度计算装置1不限定于具备2个以上的接收系统的构成。
[0049] 接收部12a、12b构成为，包括低噪声放大器、混频器、带通滤波器等，且能够接收 规定频率的电波。运算部13构成为，包括：相关处理部21a、21b，进行接收信号的相关处理； 峰值检测部22a、22b，检测经相关处理过的接收信号的峰值；定时控制部23a、23b，相应于 由峰值检测部22a、22b检测到的峰值的定时，输出来自相关处理部2la、2lb的信号；判定部 24,基于定时控制部23a、23b的输出，判定多路径的干扰；到达角度计算部25,基于来自定 时控制部23a、23b以及判定部24的信号，进行到达角度的计算。另外，运算部13的构成、 功能可以用硬件实现，也可以用软件实现。
[0050] 相关处理部21a、21b将来自接收部12a、12b的接收信号和与该接收信号相关较高 的信号相乘后输出。相关处理部21a、21b中所乘的信号与接收信号的相关较高，因此从相 关处理部21a、21b输出的信号在相关区间具有峰值。峰值检测部22a、22b计算来自相关处 理部21a、21b的输出信号的功率，检测输出信号的功率峰值。定时控制部23a、23b相应于在 峰值检测部22a、22b中检测到的峰值定时，将来自相关处理部21a、21b的输出信号输出至 判定部24以及到达角度计算部25。判定部24将从定时控制部23a、23b输出的时间域的信 号变换为频率域的信号，基于该频率域的信号对接收波中的多路径的有无进行评价。然后， 基于该评价，判定是否将成为对象的与信息单位相当的期间（以下，称为信息单位期间）的 接收信号使用于到达角度的计算。该判定结果被通知至到达角度计算部25。
[0051] 图2是对使用直接序列扩频（DSSS)作为调制方式的情况下的到达角度计算装置 的具体的构成例进行表示的框图。另外，在图2中，仅示出了与图1中的运算部13相当的 构成。
[0052] 在图2中，相关处理部21a具备：扩频码产生器31，产生扩频码；乘法器32a、32b， 将接收信号和扩频码相乘；加法器33a、33b，将乘法器32a、32b的输出增加1比特期间（信 息单位期间）的量并输出至峰值检测部22a以及定时控制部23a。峰值检测部22a具备：功 率计算部34a，计算从加法器33a、33b输出的信号的功率；峰值功率检测部35a，检测该功率 峰值并输出至定时控制部23a。定时控制部23a具备缓冲部36a，该缓冲部36a基于来自峰 值功率检测部35a的信号，控制将来自加法器33a、33b的信号输出至判定部24以及到达角 度计算部25的定时。同样地，相关处理部21b具备扩频码产生器31、乘法器32c、32d、加法 器33c、33d，峰值检测部22b具备功率计算部34b、峰值功率检测部35b，定时控制部23b具 备缓冲部36b。
[0053] 图3是对判定部24的具体的构成例进行表示的框图。如图3所示，判定部24具 备：FFT部37a、37b，以任意的期间剪切出从定时控制部23a、23b输出的时间域的信号并变 换为频率域的信号；多路径判定部38,基于从FFT部37a、37b输出的频率域的信号，对接收 波判定在对象的信息单位期间是否存在多路径。在FFT部37a、37b中被变换为频率域的信 号的期间，能够相应于希望进行多路径的判定的期间而适当变更。例如，在想要对信息单位 期间整体判定多路径的有无的情况下将信息单位期间整体变换到频率域即可，在想要判定 接收信号的峰值点附近的期间（峰值期间）中的多路径的干扰的情况下仅将峰值期间变换 到频率域即可。多路径判定部38中的判定结果（评价结果）被通知至到达角度计算部25 的平均化部45。
[0054] 如图2所示，到达角度计算部25具备：复共轭部41，取缓冲部36a的输出的复共 轭；复数乘法部42,将复共轭部41的输出和缓冲部36b的输出复数相乘；反正切部43,使用 复数乘法部42的输出进行反正切运算；功率计算部44,从复数乘法部42的输出信号，计算 每个码片（chip)区间的功率；平均化部45,基于来自判定部24以及功率计算部44的信息， 使反正切部43的输出平均化；以及到达角度变换部46,使用平均化部45的输出，并变换为 到达角度。平均化部45构成为，基于由多路径判定部38通知的判定结果（评价结果），决 定是否使用与成为对象的信息单位期间相当的反正切部43的输出，并能够相应于该决定 而使反正切部43的输出平均化。
[0055] 扩频码产生器31产生用于使通过DSSS而在频率轴上扩频了的信号逆扩频的扩频 码。该扩频码对应于在发送侧进行编码调制（扩频）时所使用的扩频码。乘法器32a、32b 将接收信号与上述扩频码相乘，进行逆扩频。乘法器32a被输入来自接收部12a的接收信 号中的同相成分II。此外，乘法器32b中被输入来自接收部12a的接收信号中的正交成分 Q1。加法器33a、33b将乘法器32a、32b的每个码片区间的输出增加与1比特相当的期间 (比特区间）并输出。图4A中示出了来自加法器33a的输出波形的例子。图4B是图4A所 示的输出波形的局部放大图。此外，图4C中示出了来自加法器33b的输出波形的例子。图 4D是图4C所示的输出波形的局部放大图。
[0056] 加法器33a的输出信号以及加法器33b的输出信号被输入至峰值检测部22a的功 率计算部34a、以及定时控制部23a的缓冲部36a。功率计算部34a从加法器33a、33b的输 出信号，计算每个码片区间的功率。具体而言，功率计算部34a将与同相成分相当的加法器 33a的输出信号的绝对值和与正交成分相当的加法器33b的输出信号的绝对值相加，并将 相加后的结果作为每个码片区间的功率信息而输出至峰值功率检测部35a。峰值功率检测 部35a接收每个码片区间的功率信息后，检测接收信号中的功率峰值，并作为功率峰值信 息而输出至定时控制部23a的缓冲部36a。另外，也可以将加法器33a的输出信号的平方值 和加法器33b的输出信号的平方值相加后输出至峰值功率检测部35a。
[0057] 从峰值检测部22a (峰值功率检测部35a)输出的功率峰值信息是判定接收信号的 峰值的有无的信息。具体而言，功率峰值信息是，表示接收信号的峰值点附近的期间（峰值 期间h)中的功率的和A、与从成为DSSS中的信息单位的1比特期间去掉峰值期间h后的 期间t 2中的功率的和B的比率Ra( = A/B)是否比阈值Rthl大的信息（例如，参照图10)。 在功率峰值信息中，Ra比R thl大的情况下，定时控制部23a(缓冲部36a)设为在该定时接收 信号具有峰值，并将1比特量的信号Ial以及信号Qal输出至判定部24以及到达角度计算 部25。这样，能够通过使用功率峰值信息来恰当地判别峰值的位置。另外，比率R a( = A/B) 的值例如在单位期间的期间t2中存在多路径的情况下变得比规定值小。为此，也可以使用 Ra和规定值（阈值Rth2)判定多路径的有无。在此情况下，在Ra比R th2小的情况下能够判定 为在单位期间的期间t2中存在多路径。
[0058] 判定部24的FFT部37a以任意的期间剪切出从定时控制部23a(缓冲部36a)输 出的信号Ial以及信号Qal并通过高速傅里叶变换变换为频率域的信号。在FFT部37a中 变换为频率域的信号的期间如上所述那样，能够相应于希望进行多路径的判定的期间而适 当变更。图5A中示出了来自定时控制部23a(缓冲部36a)的输出波形（1比特量）的例 子。图5B中示出了来自峰值功率检测部35a的输出波形（1比特量）的例子。此外，图5C 中示出了来自FFT部37a的输出波形的例子。如图5A以及图5B所示，例如，在多路径的延 迟时间短从而多路径相对于希望波的峰值而重叠的情况下，无法从时间域的信号判定多路 径的有无。这样，在使用希望波和多路径在时间上重叠的接收信号来计算到达方向的情况 下，由于多路径的影响，到达方向的估计精度降低。因此，在本实施方式涉及的到达角度计 算装置1中，通过FFT部37a将时间域的信号变换为频率域的信号（参照图5C)，多路径判 定部38使用该频率域的信号来判定任意的期间中的多路径的有无。具体而言，对频率域的 信号的振幅特性与相位特性中的至少一个特性在天线间的平衡进行比较，来判定多路径的 有无。当然，也可以分别对振幅特性和相位特性这两者的平衡进行比较，来判定多路径的有 无。由此，能够判别根据时间域的信号无法判别的多路径，因此在到达角度的计算中能够不 使用存在多路径的接收信号。即，能够高精度地计算到达角度。
[0059] 相关处理部21b (扩频码产生器31、乘法器32c、32d、加法器33c、33d)、峰值检测部 22b (功率计算部34b、峰值功率检测部35b)、定时控制部23b (缓冲部36b)、FFT部37b的 动作、功能与上述相关处理部21a(扩频码产生器31、乘法器32a、32b、加法器33a、33b)、峰 值检测部22a(功率计算部34a、峰值功率检测部35a)、定时控制部23a(缓冲部36a)、FFT 部37a的动作、功能相同。即，判定部24的FFT部37b以任意的期间剪切出从定时控制部 23b (缓冲部36b)输出的信号Ia2以及信号Qa2并通过高速傅里叶变换变换为频率域的信 号，并送至多路径判定部38。在通过多路径判定部38判定了成为对象的期间中的多路径的 有无时，该判定结果被通知至到达角度计算部25的平均化部45。
[0060] 对相关处理部21b输入的接收信号和对相关处理部21a输入的接收信号，是在隔 开规定间隔的2点接收到同一电波而获得的信号，相位稍微不同。为此，在从定时控制部 23b输出的信号和从定时控制部23a输出的信号之间，相位稍微不同。将与同相成分相当的 信号设为实部并将与正交成分相当的信号设为虚部，来以复数表现定时控制部23a的输出 〇 31以及定时控制部23b的输出032时，成为如下述式（1)、（2)那样。另外，（^以及七表 示各信号的相位。
[0061] [数式 1]
[0062]
【权利要求】
1. 一种多路径检测方法，根据用多个天线接收到的信号，判定多路径的有无，其特征在 于， 将各天线的接收信号分别变换到频率域，在天线间对所述频率域的振幅特性和相位特 性中的至少一个特性进行比较，从而判定多路径的有无。
2. 如权利要求1所述的多路径检测方法，其特征在于， 分别对所述频率域的振幅特性和相位特性进行比较，来判定多路径的有无。
3. 如权利要求1或2所述的多路径检测方法，其特征在于， 所述振幅特性用以振幅曲线的中心频率为中心的规定宽度下的低频域侧的信号功率 与高频域侧的信号功率的比率来表示， 所述相位特性用以振幅曲线的中心频率为中心的规定宽度下的相位的倾斜来表示。
4. 如权利要求3所述的多路径检测方法，其特征在于， 设一个天线的振幅特性为Prl，并设另一个天线的振幅特性为Pr2,为了对两个天线间 的振幅特性的平衡进行比较而计算Prl与Pr2的比率Pr， 如果Pr从1偏离了规定值以上，则判定为有多路径。
5. 如权利要求3或4所述的多路径检测方法，其特征在于， 设一个天线的相位倾斜为Λ Φ1，并设另一个天线的相位倾斜为Λ Φ2,为了对两个天 线间的相位倾斜的平衡进行比较而计算Λ φ1与Λ Φ2的差Λ φ， 如果△ Φ从0偏离了规定值以上，则判定为有多路径。
6. -种到达角度计算装置，其特征在于，具备： 多个天线； 多路径检测单元，根据用多个天线接收到的信号，判定多路径的有无；以及 到达角度计算单元，根据用所述多个天线接收到的信号的相位差，计算电波的到达角 度， 所述多路径检测单元，将各天线的接收信号分别变换到频率域，对所述频率域的振幅 特性和相位特性中的至少一个特性在天线间的平衡进行比较，来判定多路径的有无， 在无多路径的情况下，使用用所述多个天线接收到的信号的相位差，计算电波的到达 角度。
7. 如权利要求6所述的到达角度计算装置，其特征在于， 所述多路径检测单元具备： 峰值检测部，检测各天线的接收信号的峰值； FFT部，将各天线的接收信号分别变换到频率域；以及 多路径判定部，对所述频率域的振幅特性和相位特性中的至少一个特性在天线间的平 衡进行比较，来判定多路径的有无。
【文档编号】G01N22/00GK104115021SQ201380008644
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年1月18日 优先权日:2012年2月8日
【发明者】大泷幸夫, 高井大辅, 种村武, 佐野崇 申请人:阿尔卑斯电气株式会社