专利名称：通信设备、通信系统、位置检测方法和程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信设备、通信系统、位置检测方法和程序。
背景技术：
已经提出了通过无线电通信发射或接收的无线电信号检测某设备其自己的或者处于通信另一端的设备的位置的技术。在这些技术中，通过利用阵列天线检测位置的技 术基于信号按照球面波到达接收阵列的前提。因此，有必要根据假定的到信号源的距离来 加长接收阵列的基线。然而，如果接收阵列的天线间隔是半波长或者更大，则会发生栅瓣 (gratinglobe)，这会妨碍唯一地确定位置。为了满足这样的矛盾条件，例如美国专利No. 6824480公开了一种准备了多对接 收天线的技术，这些接收天线以半波长或者更小的间隔布置，并且加宽了各对之间的间隔， 从而增强了位置检测的准确度。
发明内容
然而，根据在美国专利No. 6824480中公开的技术，在接收设备中安装大量天线元 件是必要的，这导致电路规模和成本增大。根据前面的说明，期望提供一种能够利用少量天线准确地测量处于通信的另一端 的设备的位置的新颖的并且经过改进的通信设备、通信系统、位置检测方法和程序。根据本发明的一个实施例，提供了一种通信设备，该通信设备包括接收单元，其 通过多个接收天线接收从另一通信设备利用多个发射天线发射来的无线电信号；估计单 元，其基于通过接收单元接收的各无线电信号的相位以及发射天线之间的天线间隔来估计 所述另一通信设备可能存在的位置的范围；以及位置确定单元，其在由估计单元估计出的 范围内确定所述另一通信设备的存在位置。接收单元中接收天线之间的天线间隔可以大于无线电信号的波长的一半。位置确定单元通过利用与估计单元估计出的范围内的各位置的坐标对应的导向 矢量(steering vector)根据特征值分析来确定所述存在位置。估计单元可以包括角度计算单元，其针对各接收天线基于通过接收天线从发射 天线接收的无线电信号之间的相位差来计算发射天线的基线与到接收天线的通信路径之 间的路径角度；以及范围估计单元，其基于由角度计算单元计算出的接收天线之间的路径 角度的差来估计所述另一通信设备可能存在的位置的范围。接收单元可以包括至少三个接收天线，并且然后估计单元可以基于根据第一对接 收天线之间的路径角度的差所指定的第一圆形轨迹与根据第二对接收天线之间的路径角 度的差所指定的第二圆形轨迹的交点的坐标来估计所述另一通信设备可能存在的位置的 范围。 估计单元可以通过接收单元从所述另一通信设备获取发射天线之间的天线间隔。
根据本发明的另一实施例，提供了一种通信系统，该通信系统包括发射设备，其包括从多个发射天线发射无线电信号的发射单元；以及接收设备，其包括通过多个接收天线接收从发射设备发射的无线电信号的接收单元；估计单元，其基于通过接收单元接收的 各无线电信号的相位以及发射天线之间的天线间隔来估计发射设备可能存在的位置的范 围；以及位置确定单元，其在由估计单元估计出的范围内确定发射设备的存在位置。发射单元中发射天线之间的天线间隔可以等于或者小于无线电信号的波长的一半，并且接收单元中接收天线的天线间隔可以大于无线电信号的波长的一半。根据本发明的又一实施例，提供了一种位置检测方法，该方法包括如下步骤通过 多个接收天线接收从另一通信设备利用多个发射天线发射的无线电信号；基于各个接收到 的无线电信号的相位和发射天线之间的天线间隔来估计所述另一通信设备可能存在的位 置的范围；并且在所估计出的范围内确定所述另一通信设备的存在位置。根据本发明的又一实施例，提供了一种程序，该程序使得计算机控制通信设备以 执行如下功能，所述通信设备包括接收单元，接收单元通过多个接收天线接收从另一通信 设备利用多个发射天线发射的无线电信号估计单元，其基于通过接收单元接收的各无线 电信号的相位以及发射天线之间的天线间隔来估计所述另一通信设备可能存在的位置的 范围；以及位置确定单元，其在由估计单元估计出的范围内确定所述另一通信设备的存在 位置。根据上面描述的本发明的实施例，能够提供能利用少量天线准确地测量处于通信 的另一端的设备的位置的通信设备、通信系统、位置检测方法和程序。
图1是示意性地示出根据一个实施例的通信系统的示图；图2是示出根据一般MUSIC方法计算出的MUSIC谱的示例的说明性示图；图3是示出根据一个实施例的发射设备的配置示例的框图；图4是示出根据一个实施例的接收设备的配置示例的框图；图5是示出根据一个实施例的估计单元的详细配置示例的框图；图6是用于描述由角度计算单元执行的路径角度计算处理的说明性示图；图7是用于描述与接收天线有关的双曲线轨迹(hyperbolic locus)的说明性示 图；图8是用于描述由范围估计单元执行的范围估计处理的说明性示图；图9是示出由范围估计单元估计出的发射设备的存在范围的示例的说明性示图；图10是示出在由范围估计单元估计出的存在范围内根据MUSIC方法计算出的 MUSIC谱的示例的说明性示图；图11是示出根据一个实施例的位置检测处理的流程的流程图。
具体实施例方式下面，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。注意，在本说明书和附图中，具 有基本相同功能和结构的结构元件以相同的标号表示，并且省略了对这些结构元件的重复 说明。下面将以如下的顺序描述本发明的优选实施例。
1.根据实施例的通信系统的概述2.设备的配置的说明2-1.发射设备的配置2-2.接收设备的配置3.范围估计处理(第一阶段)4.位置确定处理(第二阶段)5.处理的流程6.小结<1.根据实施例的通信系统的概述〉首先描述根据本发明的实施例的通信系统10的概述。图1是示意性地示出根据本发明一个实施例的通信系统10的示图。参考图1，通 信系统10包括发射设备(Tx) 100和接收设备(Rx) 200。发射设备100包括至少两个分别能够发射无线电信号的发射天线。在图1的示例 中，发射设备100包括两个发射天线TxAntO和TxAntl。当从发射设备100向接收设备200 发射的无线电信号的波长为λ时，发射设备100的这两个发射天线TxAntO和TxAntl之间 的天线间隔dl满足dl彡λ/2。例如，发射天线间隔可以是dl = λ/2。同时，接收设备200包括至少三个分别能够接收从发射设备100的发射天线发射的无线电信号的接收天线。在图1的示例中，接收设备200包括三个接收天线RxAntO、 RxAntl和RxAnt2。当由接收设备200接收的无线电信号的波长为λ时，接收设备200的 相邻接收天线之间的天线间隔d2满足d2彡λ /2。例如，接收天线间隔可以是d2 = 10 λ。如图1所示，在发射设备100和接收设备200之间，形成了六个通信信道(ΜΙΜΟ信 道)h-hmh^hn、、和h12。通信信道的标号的数字脚标与发射天线和接收天线的序号相 对应。例如，通信信道Iitltl是在发射天线TxAntO和接收天线RxAntO之间的通信信道。对于 另一示例，通信信道h1(l是在发射天线TxAntl和接收天线RxAntO之间的通信信道(同样适 用于其它天线)。应当注意，发射设备100和接收设备200之间的距离充分地长于发射天线间隔dl。 艮口，从发射设备100的发射天线TxAntO和TxAntl到接收设备200的任何一个接收天线的 通信路径可以大致彼此平行。在上述通信系统10的配置的上下文背景中，图2示出在接收设备200中根据作为 一般特征值分析的多信号分类(MUSIC)方法对发射设备100的位置的分析结果。图2是针对接收设备200附近某一平面中的各位置根据MUSIC方法(即MUSIC谱) 估计发射设备100存在的可能性的结果的绘图的说明性示图。在图2中，接收设备200的 接收天线RxAntO到RxAnt2的基线的方向在χ轴上，并且与接收天线RxAntO到RxAnt2的 基线垂直的方向在ι轴上。随着在x_y平面上的各坐标中绘制的对比度越暗，该坐标的位 置是发射设备100的存在位置的可能性越大。如从图2可理解，在接收设备200附近的χ-y平面上，在与发射设备100的实际位 置不同的位置中出现了看似好像所存在的发射设备100的虚像(virtual image) 0这样的 虚像一般出现在接收设备200的接收天线间隔d2大于无线电信号的波长的一半时，并且虚 像的数量随着此天线间隔变大而增大。这样的虚像是因在通过利用MUSIC方法估计到达方向的情况中的所谓栅瓣影响而出现的。因此，为了在不增大接收设备200中的接收天线的数量的情况下以高准确度检测发射设备100的位置，有必要估计图2中所示的虚像的影响并识别确切位置。为此，如在下 面的部分中详细描述的，在根据本实施例的通信系统10中，通过在第一阶段中将发射设备 100有可能存在的范围缩窄并且然后在第二阶段中确定发射设备100的位置来消除虚像的影响。应当注意，在本说明书中通过说明方式描述了图1中所示的接收设备200检测发 射设备100的位置的情况。然而，不一定是处于通信的接收端的设备检测处于发射端的设 备的位置。因此，本发明可等价地应用到任何通信设备检测处于通信的另一端的设备的位 置的情况。<2.设备的配置的示例>以下将分别参考图3和图4描述在图1中所示的通信系统10中包括的发射设备 100和接收设备200的配置。[2-1.发射设备的配置]图3是示出根据本实施例的发射设备100的配置示例的框图。参考图3，发射设 备100包括中央处理单元(CPU) 110、存储器112、编码单元120、调制单元130、无线电发射 单元140和141以及发射天线TxAntO和TxAntl。CPU 110执行例如在存储器112中存储的程序并且控制发射设备100的各部件的 全部操作。例如，CPU 110获取预先存储在存储器112中的发射天线TxAntO和TxAntl之间 的天线间隔的数据，并且将所获取的数据写入要发射到接收设备200的通信分组中。接收 设备200在第一阶段中通过利用发射天线间隔的数据执行范围估计处理(稍后描述)。存 储器112例如通过利用诸如只读存储器(ROM)之类的半导体存储器来存储要被用于发射设 备100和接收设备200之间的通信的程序、控制数据等。编码单元120根据所希望的编码方案对从CPU 110输出的发射数据进行编码以从 而生成通信分组，并且将此通信分组输出给调制单元130。此时，编码单元120除了对发射 数据编码以外，还可以执行交错(interleaving)等。调制单元130根据所希望的调制方 案对从编码单元120输入的通信分组进行调制，并且将经过调制的通信分组发送给无线电 发射单元140和141。无线电发射单元140通过发射天线TxAntO来发射从调制单元130 输入的作为无线电信号的经过调制的通信分组。同样，无线电发射单元141通过发射天线 TxAntl来发射从调制单元130输入的作为无线电信号的经过调制的通信分组。按照此方式 发射的无线电信号经由图1所示的六个通信信道V1到h12而被接收设备200 (接下来被描 述)接收。[2-2.接收设备的配置]图4是示出根据本实施例的接收设备200的配置示例的框图。参考图4，接收设备 200包括接收天线RxAntO到RxAnt2、无线电接收单元210到212、解调单元220、解码单元 230、CPU 240、存储器242、估计单元250和位置确定单元260。无线电接收单元210到212分别通过利用对应的接收天线RxAntO到RxAnt2来接 收从发射设备100的发射天线TxAntO和TxAntl发射的无线电信号。无线电接收单元210 至IJ 212然后对所接收的无线电信号执行放大和模-数(AD)转换，并将此信号输出给解调单元 220。解调单元220根据给定的调制方案对分别从无线电接收单元210到212输入的接 收信号进行解调，并且将经过解调的接收信号输出给解码单元230。此外，解调单元220从 所接收的信号估计各通信信道的信道响应h00到hl2，并且然后利用它们来对所接收的信 号进行解调。解调单元220将估计出的信道响应h00到hl2输出给估计单元250和位置确 定单元260。解码单元230根据给定解码方案对从解调单元220输入的经过解调的接收信号进 行解码，并且将经过解码的信号输出给CPU 240。此外，解码单元230获取被写入所接收的 通信分组的发射设备100的发射天线间隔的数据，并且将此数据输出给估计单元250。CPU 240执行例如在存储器242中存储的程序，并且控制接收设备200的各部件的全部操作。存 储器242例如通过利用诸如ROM之类的半导体存储来存储要被用于发射设备100和接收设 备200之间的通信的程序、控制数据等。作为上述用于位置检测的第一阶段的处理，估计单元250执行对发射设备100可 能存在的存在范围的估计。具体地，估计单元250基于所接收到的经过解调单元220解调 的信号的相位以及从解码单元230输入的发射天线的间隔来估计上述存在范围。由估计单 元250执行的范围估计处理稍后详细描述。作为上述用于位置检测的第二阶段的处理，位置确定单元260针对由估计单元 250估计出的存在范围内的各位置评价发射设备100存在的可能性。位置确定单元260然 后基于评价结果确定发射设备100的位置。由位置确定单元260执行的位置确定处理稍后 详细描述。上面参考图3和图4描述了根据本实施例的发射设备100和接收设备200的配置。 以下，将参考图5到图10进一步详细描述接收设备200中由估计单元250执行的范围估计 处理和由位置确定单元260执行的位置确定处理。[3.范围估计处理(第一阶段)]图5是示出估计单元250的详细配置的示例的框图。参考图5，估计单元250包括 角度计算单元252和范围估计单元254。[3-1.路径角度计算]角度计算单元252基于针对各发射天线通过接收天线接收的无线电信号间的相 位差来针对各接收天线计算发射天线的基线和从发射天线到接收天线的通信路径之间的 路径角度。图6是用于描述由角度计算单元252执行的路径角度计算处理的说明性示图。参考图6，示出了接收天线RxAntO相对发射天线的基线BL(Tx)的路径角度θ。。 路径角度θ ^例如是由角度计算单元252按照下述的方式计算得到的。首先，角度计算单元252基于各个通信信道的信道响应V1和h1(l计算由接收天线 RxAntO接收的两个无线电信号(是从发射天线TxAntO和TxAntl发射的无线电信号)之间 的相位差。此处计算出的相位差被称为相位差Φ—接着，角度计算单元252通过利用相位 差Φ ο计算从发射天线TxAntO到接收天线RxAntO的路径长度与从发射天线TxAntl到接 收天线RxAntO的路径长度之间的差Δ、。因为发射天线间隔dl等于或小于无线电信号的 半波长λ/2，所以路径长度差ALtl是从下面的表达式得出的。表达式1
<formula>formula see original document page 9</formula>然后，角度计算单元252通过利用从解码单元230输入的发射天线间隔dl和路 径长度差ALtl来计算由接收天线RxAntO相对发射天线的基线BL(Tx)形成的双曲线轨迹。 假定发射设备100和接收设备200之间的距离充分大于发射天线间隔dl，则角度计算单元 252然后将通过此双曲线轨迹近似的直线与基线BL(Tx)之间的角度设定作为用于接收天 线RxAntO的路径角度。图7是用于描述由接收天线形成的双曲线轨迹的说明性示图。参考图7，示出了焦点在以间隔dl分隔开的两个点处的九 条双曲线。这两个焦点 分别与发射天线TxAntO和TxAntl的位置对应。连接这两个焦点的直线对应于发射天线的 基线BL(Tx)。在图7这样的平面中，例如，如果路径长度差ALtl为0，则由接收天线RxAntO 形成的双曲线轨迹为直线HB1。例如，如果路径长度差ALtl为发射天线间隔dl的80%，则 由接收天线RxAntO形成的双曲线轨迹为双曲线HB2。角度计算单元252首先计算这样的双 曲线轨迹。假定发射设备100和接收设备200之间的距离充分大于发射天线间隔dl，则计 算出的双曲线轨迹可以近似为直线。因此，例如，如果计算出的双曲线轨迹为双曲线HB2，则 角度计算单元252将由双曲线HB2近似的直线与基线BL(Tx)之间的角度(图7中的Θ。) 设定作为接收天线RxAntO的路径角度θ。。角度计算单元252以相同的方式计算接收天线RxAntl的路径角度θ 和接收天 线RxAnt2的路径角度θ2。之后，角度计算单元252将计算出的各个接收天线路径角度Qtl 到θ 2输出给范围估计单元254。[3-2.存在范围的估计]范围估计单元254基于由角度计算单元252计算出的接收天线之间的上述路径角 度的差来估计发射设备100可能存在的存在范围。具体地，例如，范围估计单元254首先根据第一对接收天线之间的路径角度差来 确定第一圆形轨迹。范围估计单元254接着根据第二对接收天线之间的路径角度差来确定 第二圆形轨迹。然后，范围估计单元254基于第一圆形轨迹和第二圆形轨迹的交点的坐标 来估计发射设备100的存在范围。图8是用于描述由范围估计单元254执行的范围估计处理的说明性示图。在本示 例中，范围估计单元254选择接收天线RxAntO和RxAntl作为第一对接收天线，并且选择接 收天线RxAntl和RxAnt2作为第二对接收天线。对于第一对接收天线，范围估计单元254计算由角度计算单元252计算出的路径 角度Qtl和9工之间的差Δ Q1。然后，基于恒定圆周角定理，路径角度差Δ Q1为恒量，并且 可以指定接收天线RxAntO和RxAntl以及发射设备100位于其圆周上的第一圆形轨迹Cl。接着，对于第二对接收天线，范围估计单元254计算由角度计算单元252计算出的 路径角度Q1* θ 2之间的差Δ θ2。然后，基于恒定圆周角定理，路径角度差Δ θ2为恒 量，并且可以指定接收天线RxAntl和RxAnt2以及发射设备100位于其圆周上的第二圆形 轨迹C2。然后，范围估计单元254计算第一圆形轨迹Cl和第二圆形轨迹C2之间的交点。如 从图8可以理解的，在第一圆形轨迹Cl和第二圆形轨迹C2之间有两个交点，并且其中之一位于接收设备200上。因此，范围估计单元254估计发射设备100存在于第一圆形轨迹Cl 和第二圆形轨迹C2的两个交点中不位于接收设备200上的交点的附近。虽然在本示例中接收天线RxAntO和RxAntl被选择作为第一对接收天线并且接收 天线RxAntl和RxAnt2被选择作为第二对接收天线，但是选择接收天线对的方式不限于此 示例。此外，可以从第三对接收天线确定第三圆形轨迹，以使得利用第三圆形轨迹来提高范 围估计的准确度。图9是示出由范围估计单元254估计的发射设备100的存在范围的示例的说明性 示图。参考图9，发射设备100可能存在的矩形存在范围ER被示出为在图2所示的接收 设备200的附近的x-y平面上。如这里所示，存在范围ER可以是中心处于图8所示的第一 圆形轨迹Cl和第二圆形轨迹C2的交点的坐标处并且在χ方向和y方向中具有特定宽度和 高度的矩形范围。替代地，存在范围ER例如可以是具有特定半径的圆形范围等。存在范围 ER的诸如宽度和高度或者半径之类的参数根据虚像的出现密度预先确定，所述虚像基于无 线电信号的波长λ来预测。例如，存在范围ER的宽度和高度可以被设定成约为无线电信 号的波长λ的士 10倍。范围估计单元254将指示按照上述那样估计出的发射设备100的存在范围的信息 (矩形的一个顶点的坐标以及宽度和高度，中心点的坐标和半径，等等)输出给位置确定单 元 260。[4.位置确定处理(第二阶段)]位置确定单元260针对在由估计单元250估计出的发射设备100的存在范围内的 各位置来评价发射设备100存在的可能性。例如，位置确定单元260可以利用与各位置的 坐标对应的导向矢量通过特征值分析来评价发射设备100存在的可能性。以下，描述根据MUSIC方法来评价发射设备100在各位置中存在的可能性的情况， MUSIC方法是特征值分析的一种方法。首先，三个接收天线的已知坐标值被给予位置确定单元260。在本示例中，接收天 线RxAntO的坐标值是(xKxCI，yKx(1)，接收天线RxAntl的坐标值是(xKxl，yKxl)，并且接收天线 RxAnt2的坐标值是(xKx2，yEx2)。此外，发射设备100的未知坐标值是(xTx，yTx)。利用这些 坐标值，可以如下来定义各个接收天线RxAntO到RxAnt2和发射设备100之间的路径长度 L0 到 L2 表达式2
<formula>formula see original document page 10</formula>
表达式3
<formula>formula see original document page 10</formula>
表达式4<formula>formula see original document page 10</formula>可以基于接收天线RxAntO按照如下来定义各个接收天线RxAntO到RxAnt2与发 射设备100之间的路径长度差表达式5
D0 = L0-L0 ( = 0)表达式6D1 = L0-L1表达式7D2 = L0-L2利用上述路径长度差Dtl到D2,位置确定单元260按照如下表达式所示来形成用于 计算MUSIC谱的导向矢量ν 表达式8<formula>formula see original document page 11</formula>此外，位置确定单元260通过利用从解调单元220输入的信道响应中与发射天 线TxAntO有关的信道响应h, h01和、来创建由如下表达式表示的天线间协方差矩阵 (covariance matrix)R0表达式9<formula>formula see original document page 11</formula>
此处，可以对天线间协方差矩阵R执行一般的空间平均。空间平均是要被执行用 于当由于无线电信号的反射等而使强相关信号被添加到输入信号时从反射波分隔直达波 的处理。通过利用空间平均降低直达波和反射波之间的相关度，相关矩阵的秩被恢复，这通 常会提高MUSIC方法的测量准确度。例如，输入接收设备200的直达波和反射波的数量为队。当仅仅输入直达波时，队 为1。队的值例如可以通过利用诸如Akaike信息准则(AIC)之类的技术根据真实世界来 估计。因为通常队小于接收天线的数量是必要的，所以在本实施例中队的值最大为2。接着，位置确定单元260例如通过求解天线间协方差矩阵R的特征方程来计算天 线间协方差矩阵R的特征值和特征向量。此处计算出的特征向量按照相应的特征值的升序 而被表示为el、e2和e3。然后，位置确定单元260通过利用导向矢量ν (xTX，yTX)计算由以下表达式表示的 MUSIC谱P(XTx，yTx)，其中具有的参数为发射设备100的坐标值(xTx，yTx)以及特征矢量 θ Λ 2 禾口 θ β O表达式10<formula>formula see original document page 12</formula>
图10是示出位置确定单元260根据上述MUSIC方法针对由范围估计单元254估 计的发射设备100的存在范围ER内的各坐标而计算出的MUSIC谱的示例的示例性示图。参考图10，由位置确定单元260计算出的MUSIC谱P(xTx，yTx)的值的大小由存在范 围ER内各位置的对比度表示。在本示例中，MUSIC谱P(XTx，yTx)在坐标值(Xmax，Ymax)的位 置处具有最大值。因此，位置确定单元260确定坐标值(Xmax，Ymax)为发射设备100的存在位 置。位置确定单元260例如将按照此方式确定的发射设备100的存在位置输出给CPU240。第二阶段中确定发射设备100的存在位置的方法不限于这样的示例。例如，位置 确定单元260可以通过利用诸如双曲线定位之类的已知技术替代MUSIC方法来确定发射设 备100的位置。上面参考图5到图10描述了在接收设备200中由估计单元250执行的范围估计 处理和由位置确定单元260执行的位置确定处理。下面，参考图11来描述根据本实施例的 由接收设备200执行的位置检测处理的流程图。<5.处理的流程〉图11是示出根据本实施例的由接收设备200执行的位置检测处理的流程的流程 图。参考图11，首先，在接收设备200中，通过接收天线RxAntO到RxAnt2接收从发射 设备100的发射天线TxAntO和TxAntl发射的无线电信号(S102)。所接收的信号被输出给 解调单元220。接着，解调单元220基于所接收的信号来估计各通信信道的信道响应V1到h12并 且对信号进行解调(S104)。经过解调的信号被输出给解码单元230。信道响应hQQ到h12被 输出给估计单元250和位置确定单元260。然后，解码单元230对经过解调的信号进行解码并且获取从发射设备100发射的 发射天线间隔dl (S106)。所获取的发射天线间隔dl被输出给估计单元250。然后，作为用于位置检测的第一阶段的处理，估计单元250通过短基线阵列执行 存在范围估计处理(S108)。短基线阵列指示按照发射天线间隔dl等于或小于无线电波的 半波长的方式配置的发射设备100的天线阵列。具体地，估计单元250首先从信道响应hQQ 到h12计算各发射天线相对每个接收天线的相位差。估计单元250接着计算与各发射天线 相对每个接收天线的相位差对应的无线电信号间的路径差，并基于路径差和发射天线间隔 来估计发射设备100的存在范围。与所估计出的发射设备100的存在范围有关的数据被输 出给位置确定单元260。然后，作为用于位置检测的第二阶段的处理，位置确定单元260通过长基线阵列 执行存在位置确定处理(Slio)。长基线阵列指示按照接收天线间隔d2大于无线电波的半 波长的方式配置的接收设备200的天线阵列。具体地，位置确定单元260针对在步骤S108 中由估计单元250估计出的发射设备100的存在范围内的各位置来计算表示发射设备100 存在的可能性的MUSIC谱。位置确定单元260然后将上述存在范围中MUSIC谱最大的位置确定作为发射设备100的存在位置。所确定的发射设备100的存在位置例如被输出给CPU 240。由接收设备200执行的位置检测处理从而结束。<6.小结〉上面参考图1到图11描述了根据本发明的一个实施例的通信系统10。如上面参考图2所描述的，如果检测处于通信另一端的设备的位置的设备中的发 射天线间隔等于或大于半波长，则通常会由于栅瓣的影响生成虚像，从而导致不能唯一地 确定处于通信另一端的设备的位置。另一方面，根据上面描述的实施例，在第一阶段中利用 发射设备100的短基线阵列的位置关系缩窄了发射设备100的位置的范围，并且之后在第 二阶段中利用接收设备200的长基线阵列来确定发射设备100的位置。因此能够在无需向 接收设备200安装大量天线的情况下通过增大接收天线间隔来以高准确度唯一地识别发 射设备100的位置。此外，根据本实施例，发射设备100可以具有与一般MIMO通信装备相同的物理配置，如图3所示。因此，能够通过利用执行根据本实施例的位置检测方法的接收设备200来 灵活地测量一般MIMO通信装备的位置。此外，根据本实施例，在第二阶段可以在有限目标范围内执行利用了一般会强加 高处理成本的特征值分析等的位置确定处理。因此，能够降低用于位置检测的处理成本。在上面的实施例中，描述了从发射设备100向接收设备200通知发射天线间隔的 情况。然而，如果发射设备100的发射天线间隔对于接收设备200是已知的，则可以省略通 知发射天线间隔的处理。此外，在本实施例中描述的接收设备200的处理的一部分可以由发射设备100执 行。例如，在发射设备100执行上述实施例中的由角度计算单元252执行的路径角度计算 处理的情况中，可以从发射设备100向接收设备200通知路径角度计算结果，而不用从发射 设备100向接收设备200通知发射天线间隔。此外，上面描述的一系列位置检测处理可以通过硬件或软件来执行。在通过软件 执行一系列或一部分处理的情况中，构成软件的程序被预先存储在ROM中，当执行时加载 到RAM，并且然后由CPU执行。虽然上面已经参考附图详细描述了本发明的优选实施例，但是本发明并不限于 此。本领域技术人员应当理解，依赖于设计需求和其它因素可以出现各种修改、组合、子组 合和替代，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内即可。本申请包含与2009年1月8日向日本专利局提交的日本优先专利申请JP 2009-002783所公开的主题有关的主题，该申请的全部内容通过引用而被结合于此。
权利要求
一种通信设备，包括接收单元，其通过多个接收天线接收从另一通信设备利用多个发射天线发射的无线电信号；估计单元，其基于通过所述接收单元接收的各无线电信号的相位以及发射天线之间的天线间隔来估计所述另一通信设备可能存在的位置的范围；以及位置确定单元，其在由所述估计单元估计出的范围内确定所述另一通信设备的存在位置。
2.根据权利要求1的通信设备，其中，所述接收单元中接收天线之间的天线间隔大于无线电信号的波长的一半。
3.根据权利要求1的通信设备，其中，所述位置确定单元通过利用与由所述估计单元估计出的范围内的各位置的坐标对应 的导向矢量根据特征值分析来确定所述存在位置。
4.根据权利要求1的通信设备，其中，所述估计单元包括角度计算单元，其针对各接收天线基于通过接收天线从发射天线接收的无线电信号之 间的相位差来计算发射天线的基线与到接收天线的通信路径之间的路径角度；以及范围估计单元，其基于由所述角度计算单元计算出的接收天线之间的路径角度的差来 估计所述另一通信设备可能存在的位置的范围。
5.根据权利要求1的通信设备，其中所述接收单元包括至少三个接收天线，并且所述估计单元基于根据第一对接收天线之间的路径角度的差所指定的第一圆形轨迹 与根据第二对接收天线之间的路径角度的差所指定的第二圆形轨迹的交点的坐标来估计 所述另一通信设备可能存在的位置的范围。
6.根据权利要求1的通信设备，其中所述估计单元通过所述接收单元从所述另一通信设备获取发射天线之间的天线间隔。
7.一种通信系统，包括发射设备，包括从多个发射天线发射无线电信号的发射单元；以及 接收设备，包括接收单元，其通过多个接收天线接收从所述发射设备发射的无线电信号， 估计单元，其基于通过所述接收单元接收的各无线电信号的相位以及发射天线之间的 天线间隔来估计所述发射设备可能存在的位置的范围，以及位置确定单元，其在由所述估计单元估计出的范围内确定所述发射设备的存在位置。
8.根据权利要求7所述的通信系统，其中所述发射单元中发射天线之间的天线间隔等于或者小于无线电信号的波长的一半，并且所述接收单元中接收天线之间的天线间隔大于无线电信号的波长的一半。
9.一种位置检测方法，包括如下步骤通过多个接收天线接收从另一通信设备利用多个发射天线发射的无线电信号； 基于各个接收到的无线电信号的相位和发射天线之间的天线间隔来估计所述另一通 信设备可能存在的位置的范围；并且在所估计出的范围内确定所述另一通信设备的存在位置。
10. 一种程序，该程序使得计算机控制通信设备执行包括如下的功能，所述通信设备包 括通过多个接收天线接收从另一通信设备利用多个发射天线发射的无线电信号的接收单 元估计单元，其基于通过所述接收单元接收的各无线电信号的相位以及发射天线之间的 天线间隔来估计所述另一通信设备可能存在的位置的范围；以及位置确定单元，其在由所述估计单元估计出的范围内确定所述另一通信设备的存在位置。
全文摘要
本发明公开了通信设备、通信系统、位置检测方法和程序。提供了一种通信设备，该通信设备包括接收单元，其通过多个接收天线接收从另一通信设备利用多个发射天线发射的无线电信号；估计单元，其基于通过接收单元接收的各无线电信号的相位以及发射天线之间的天线间隔来估计所述另一通信设备可能存在的位置的范围；以及位置确定单元，其在由估计单元估计出的范围内确定所述另一通信设备的存在位置。
文档编号H04W64/00GK101799531SQ20101000290
公开日2010年8月11日 申请日期2010年1月8日 优先权日2009年1月8日
发明者泉诚一, 深田浩之 申请人:索尼公司