多路径检测方法，多路径检测装置以及到达角度计算装置制造方法
【专利摘要】本发明提供能够高精度地检测多路径的多路径检测方法。基于根据用天线接收到的信号计算的传送路的延迟分布，检测多路径检测区间内的多路径，该多路径检测方法的特征在于，设各多路径检测区间中的将最早到达的主波的峰值作为中心的第一区间的信号功率为A，设该多路径检测区间中去掉第一区间后的第二区间的信号功率为B，在A/B比第一阈值小的情况下，判定为存在多路径，在A/B比第一阈值大的情况下判定为不存在多路径。
【专利说明】多路径检测方法，多路径检测装置以及到达角度计算装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及检测到达的电波所包含的多路径的多路径检测方法以及多路径检测 装置，并且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，在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中，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、多路径检测装置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，基于根据用天线接收到的信号计算的传送路的延迟分 布，检测多路径检测区间内的多路径，该多路径检测方法的特征在于，设各多路径检测区间 中的将最早到达的主波的峰值作为中心的第一区间的信号功率为A，设该多路径检测区间 中的去掉所述第一区间后的第二区间的信号功率设为B，在A/B比第一阈值小的情况下，判 定为存在多路径，在A/B与第一阈值相同或比第一阈值大的情况下，判定为不存在多路径。
[0016] 根据该结构，对根据各多路径检测区间中的将最早到达的主波的峰值作为中心的 第一区间的信号功率A以及在该多路径检测区间中去掉第一区间后的第二区间的信号功 率B计算的A/B和第一阈值进行比较，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，设与所述第一区间邻接的第三区间的 信号功率为C，在A/B与ΑΛΒ - C)之差比第二阈值小的情况下，判定为不存在干扰性的多 路径，在A/B与ΑΛΒ - C)之差与第二阈值相同或比第二阈值大的情况下，判定为存在干扰 性的多路径。根据该结构，通过对根据第一区间的信号功率A、第二区间的信号功率B以及 与第一区间邻接的第三区间的信号功率C而计算的A/B与ΑΛΒ - C)之差和第二阈值进行 比较，由此能够检测干扰性的多路径。由此，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，可以是，在用所述天线接收的信号是直接序列扩 频信号的情况下，根据逆扩频信号来计算所述延迟分布。
[0019] 在本发明的多路径检测方法中，可以是，在用所述天线接收的信号是正交频分复 用信号的情况下，根据内插的导频信号来计算所述延迟分布。
[0020] 本发明的多路径检测装置的特征在于，具备：多个天线；以及多路径检测单元，基 于根据用所述多个天线接收到的信号计算的传送路的延迟分布，检测多路径检测区间内的 多路径，设各多路径检测区间中的将最早到达的主波的峰值作为中心的第一区间的信号功 率为A，设该多路径检测区间中的去掉了第一区间后的第二区间的信号功率为B，设与所述 第一区间邻接的第三区间的信号功率为C，在A/B比第一阈值小的情况下，所述多路径检测 单元判定为存在多路径，在A/B与第一阈值相同或比第一阈值大的情况下，所述多路径检 测单元判定为不存在多路径，在A/B与ΑΛΒ - C)之差比第二阈值小的情况下，所述多路径 检测单元判定为不存在干扰性的多路径，在A/B与ΑΛΒ - C)之差与第二阈值相同或比第 二阈值大的情况下，所述多路径检测单元判定为存在干扰性的多路径。
[0021] 根据该结构，通过对根据各多路径检测区间中的将最早到达的主波的峰值作为中 心的第一区间的信号功率A以及该多路径检测区间中的去掉第一区间后的第二区间的信 号功率B计算的A/B和第一阈值进行比较，由此高精度地检测多路径，通过对根据第一区间 的信号功率A、第二区间的信号功率B以及与第一区间邻接的第三区间的信号功率C而计算 的A/B与ΑΛΒ - C)之差和第二阈值进行比较，由此能够检测干扰性的多路径。
[0022] 在本发明的多路径检测装置中，可以是，所述多路径检测单元具备：峰值检测部， 检测各多路径检测区间中的最早到达的主波的峰值；干扰度信息生成部，根据所述第一区 间的信号功率A、所述第二区间的信号功率B以及所述第三区间的信号功率C，计算A/B、以 及A/B与ΑΛΒ - C)之差；判定部，将A/B与第一阈值进行比较来判定多路径的有无，将A/ B与ΑΛΒ - C)之差和第二阈值进行比较来判定干扰性的多路径的有无。
[0023] 本发明的到达角度计算装置的特征在于，使用所述多路径检测装置，根据用多个 天线接收到的信号的相位差来计算电波的到达角度时，在不存在多路径的情况下、或存在 多路径并且不存在干扰性的多路径的情况下，使用所述主波的相位差来计算电波的到达角 度。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。
[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、多路径检测 装置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是对加法器的输出波形的例子进行表示的图。
[0029] 图4A是对反正切部的输出波形的例子进行表不的图。图4B是对功率计算部的输 出波形的例子进行表示的图。
[0030] 图5是对到达天线的电波的几何学的关系进行表示的示意图。
[0031] 图6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。
[0032] 图7是到达角度计算装置中的到达角度计算的流程图。
[0033] 图8是对峰值检测部输入的信号的示意图。
[0034] 图9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。
[0035] 图10是对到达角度计算部的另一个例子进行表示的框图。
[0036] 图11是对相位差的计算范围进行表示的示意图。
[0037] 图12是对被计算的相位差数据的例子进行表示的示意图。
[0038] 图13是对相位差在+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。
[0039] 图14是相位差在+180°或一 180°附近的情况下的到达角度计算的流程图。
[0040] 图15是对到达角度计算部的另一个例子进行表示的框图。
[0041] 图16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。
[0042] 图17A是对0FDM中的符号的构成进行表示的示意图。图17B是对0FDM符号串的 相关处理的状况进行表示的示意图。
[0043] 图18A、图18B是对来自功率计算部的输出波形的例子进行表示的图。图18C是对 来自加法部的输出波形的例子进行表示的图。图18D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。
[0044] 图19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】
[0045] 图1是对包括本发明的一实施方式涉及的多路径检测装置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，将用接收用天线1 la、1 lb接收 到的电波变换为接收信号并输出；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为了基于由电波的传 播延迟引起的相位滞后来计算到达角度，需要在在隔开规定间隔的2点（或2个以上的点） 接收具有相同信息的电波。为此，需要具备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。
[0046] 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21a、21b的信号；干 扰度信息生成部24a、24b，基于传送路的延迟分布来生成对接收信号中的多路径的干扰的 程度进行表示的信息（以下，称为干扰度信息）；判定部25,基于从干扰度信息生成部24a、 24b通知的干扰度信息，判定是否计算到达角度；到达角度计算部26,基于来自定时控制部 23a、23b以及判定部25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。
[0047] 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 的信号相乘并输出。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 至到达角度计算部26。干扰度信息生成部24a、24b基于传送路的延迟分布（包含峰值期间 的功率信息等），计算干扰度信息，并将生成的干扰度信息输出至判定部25。判定部25基 于来自干扰度信息生成部24a、24b的干扰度信息，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，并将判定结果输出 至到达角度计算部26。
[0048] 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。
[0049] 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以及干扰度信息生成部24a。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，控制来自加法器33a、33b的信号对到达角度计算部26的 输出定时。干扰度信息生成部24a具备干扰度计算部37a，该干扰度计算部37a基于检测到 的峰值期间的功率信息，计算在各信息单位期间（多路径检测区间）中多路径相对于希望 波的干扰度。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，干扰度信息生成部24b具备干扰度计算部37b。到达角度计算部26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,基于来自功率 计算部44的信息，将反正切部43的输出平均化；到达角度变换部46,使用平均化部45的 输出，变换为到达角度。判定部25构成为，基于来自干扰度信息生成部24a、24b的干扰度 信息，判定是否将成为对象的信息单位期间的接收信号使用于到达角度的计算，并能够将 判定结果通知至到达角度计算部26的平均化部45。平均化部45基于来自判定部25的通 知，使反正切部43的输出平均化。
[0050] 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而进行逆扩频。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3A中示出了来自加法器33a的输出波形的例子。图3B是图3A所 示的输出波形的局部放大图。此外，图3C中示出了来自加法器33b的输出波形的例子。图 3D是图3C所示的输出波形的局部放大图。
[0051] 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以及干扰度信息 生成部24a。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以及干扰度信息生成部 24a的干扰度计算部37a。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以及干扰度信息生成部24a。
[0052] 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，功率峰值信息是对接收信号的峰值点附近的期间（第一区 间h)中的功率的和A与从DSSS下的成为信息单位的1比特期间去掉第一区间h后的第 二区间t 2中的功率的和B的比率Ra( = A/B)是否比阈值Rthl大进行表示的信息（例如，参 照图8)。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输出至到达角度计算部 26。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。
[0053] 在干扰度信息生成部24a(干扰度计算部37a)中生成的干扰度信息，是对各信息 单位期间（多路径检测区间）中是否存在多路径进行表示的信息。具体而言，干扰度信息 包含与上述的功率峰值信息相当的第一干扰度信息和第二干扰度信息。
[0054] S卩，第一干扰度信息是，以接收信号的峰值点为中心的第一区间A中的功率的和 A、与从DSSS下的作为信息单位的1比特期间（多路径检测区间）去掉第一区间&后的第 二区间t2中的功率的和B的比率Ra( = A/B)。作为第一干扰度信息的Ra的值，例如在对 象的多路径检测区间中存在多路径的情况比不存在多路径的情况小。为此，通过将Ra和规 定的基准值（阈值R th2)进行比较，从而能够判定成为对象的信息单位期间中的多路径的有 无。另外，第一干扰度信息是与功率峰值信息同等的信息，所以也可以原封不动地使用从峰 值检测部22a(峰值功率检测部35a)输出的功率峰值信息。
[0055] 第二干扰度信息是，使用接收信号的第一区间h中的功率的和A、从多路径检测区 间去掉第一区间h后的第二区间t 2中的功率的和B、与第一区间&邻接的第三区间t3的信 号功率C而表示的比率R b ( = ΑΛΒ - C))。第二干扰度信息即Rb的值在例如与第一区间h 邻接的第三区间t3中存在多路径的情况下，变得比第一干扰度信息即Ra的值大。这是由于 B - C的值比B小。为此，通过将Rb - Ra与规定的基准值（阈值Rth3)进行比较，由此能够 判定与第一区间h邻接的第三区间t 3有无多路径。判定部25对Ra和阈值Rth2进行比较， 此外，对R b - Ra和Rth3进行比较，判定对象的多路径检测区间中的多路径的有无、以及与主 波干涉的多路径（以下，称为干涉性的多路径）的有无。然后，基于该判定结果，对平均化 部45进行规定的通知。例如，在从干扰度信息生成部24a通知的R a比Rth2小且Rb - Ra比 Rth3大的情况下，判定部25判定为有干扰性的多路径，并对于平均化部45,进行不将成为对 象的信息单位期间（多路径检测区间）的接收信号使用于到达角度的计算的意旨的通知。
[0056] 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)、干扰度信息 生成部24b (干扰度计算部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)、干扰度信息生成部24a(干扰度计算部37a)的动作、功能相 同。判定部25同样地，将从干扰度信息生成部24b(干扰度计算部37b)通知的R a与阈值 Rth2进行比较，并将Rb - Ra与Rth3进行比较，基于该比较结果对平均化部45进行规定的通 知。例如，在从干扰度信息生成部24b通知的R a比Rth2小且Rb - Ra比Rth3大的情况下，判 定部25判定为有干扰性的多路径，并对于平均化部45进行不将成为对象的信息单位期间 (多路径检测区间）的接收信号使用于到达角度的计算的意旨的通知。
[0057] 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，用复数表现定时控制部23a的输出0 al 以及定时控制部23b的输出0a2时，成为如下述式（1)、（2)那样。另外，Φ i以及Φ2表示各 信号的相位。
[0058] [数式 1]
[0059]
【权利要求】
1. 一种多路径检测方法， 基于根据用天线接收到的信号计算的传送路的延迟分布，检测多路径检测区间内的多 路径，该多路径检测方法的特征在于， 设各多路径检测区间中的将最早到达的主波的峰值作为中心的第一区间的信号功率 为A，设该多路径检测区间中的去掉所述第一区间后的第二区间的信号功率设为B，在A/B 比第一阈值小的情况下，判定为存在多路径，在A/B与第一阈值相同或比第一阈值大的情 况下，判定为不存在多路径。
2. 如权利要求1所述的多路径检测方法，其特征在于， 设与所述第一区间邻接的第三区间的信号功率为C，在A/B与ΑΛΒ - C)之差比第二阈 值小的情况下，判定为不存在干扰性的多路径，在A/B与ΑΛΒ - C)之差与第二阈值相同或 比第二阈值大的情况下，判定为存在干扰性的多路径。
3. 如权利要求1或2所述的多路径检测方法，其特征在于， 在用所述天线接收的信号是直接序列扩频信号的情况下，根据逆扩频信号来计算所述 延迟分布。
4. 如权利要求1或2所述的多路径检测方法，其特征在于， 在用所述天线接收的信号是正交频分复用信号的情况下，根据内插的导频信号来计算 所述延迟分布。
5. -种多路径检测装置，具备： 多个天线；以及 多路径检测单元，基于根据用所述多个天线接收到的信号计算的传送路的延迟分布， 检测多路径检测区间内的多路径， 设各多路径检测区间中的将最早到达的主波的峰值作为中心的第一区间的信号功率 为A，设该多路径检测区间中去掉所述第一区间后的第二区间的信号功率为B，设与所述第 一区间邻接的第三区间的信号功率为C， 在A/B比第一阈值小的情况下，所述多路径检测单元判定为存在多路径，在A/B与第一 阈值相同或比第一阈值大的情况下，所述多路径检测单元判定为不存在多路径， 在A/B与ΑΛΒ - C)之差比第二阈值小的情况下，所述多路径检测单元判定为不存在 干扰性的多路径，在A/B与ΑΛΒ - C)之差与第二阈值相同或比第二阈值大的情况下，所述 多路径检测单元判定为存在干扰性的多路径。
6. 如权利要求5所述的多路径检测装置，其特征在于， 所述多路径检测单元具备： 峰值检测部，检测各多路径检测区间中的最早到达的主波的峰值； 干扰度信息生成部，根据所述第一区间的信号功率A、所述第二区间的信号功率B以及 所述第三区间的信号功率C，计算A/B、以及A/B与ΑΛΒ - C)之差；以及 判定部，将A/B与第一阈值进行比较来判定多路径的有无，将A/B与ΑΛΒ - C)之差和 第二阈值进行比较来判定干扰性的多路径的有无。
7. -种到达角度计算装置，其特征在于， 使用权利要求5或6所述的多路径检测装置，根据用多个天线接收到的信号的相位差 来计算电波的到达角度时， 在不存在多路径的情况下、或存在多路径并且不存在干扰性的多路径的情况下，使用 所述主波的相位差来计算电波的到达角度。
【文档编号】G01S7/02GK104115428SQ201380008638
【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