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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-26
(45)【発行日】2024-10-04
(54)【発明の名称】推定方法、および、推定装置
(51)【国際特許分類】
G01S 13/46 20060101AFI20240927BHJP
G01S 7/02 20060101ALI20240927BHJP
G01S 13/52 20060101ALI20240927BHJP
【ＦＩ】
G01S13/46
G01S7/02 216
G01S13/52
【請求項の数】
17
(21)【出願番号】P 2023531747
(86)(22)【出願日】2022-06-08
(86)【国際出願番号】 JP2022023087
(87)【国際公開番号】W WO2023276592
(87)【国際公開日】2023-01-05
【審査請求日】2023-10-25
(31)【優先権主張番号】P 2021108202
(32)【優先日】2021-06-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】314012076
【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100109210
【弁理士】
【氏名又は名称】新居 広守
(74)【代理人】
【識別番号】100137235
【弁理士】
【氏名又は名称】寺谷 英作
(74)【代理人】
【識別番号】100131417
【弁理士】
【氏名又は名称】道坂 伸一
(72)【発明者】
【氏名】中山 武司
(72)【発明者】
【氏名】飯塚 翔一
(72)【発明者】
【氏名】本間 尚樹
(72)【発明者】
【氏名】アブドゥアイニ アブドゥサイミ
(72)【発明者】
【氏名】白木 信之
【審査官】梶田 真也
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－１０９３８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０７２１７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１２９５５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１１２７１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１９０５６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１３２８５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国登録特許第１０－２２４３４４５（ＫＲ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ３／００ － ３／７４
Ｇ０１Ｓ ７／００ － ７／４２
Ｇ０１Ｓ １３／００ － １３／９５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｍ個（Ｍは２以上の自然数）の第一アンテナ素子を有する第一アンテナ部を備えた第一無線機と、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の第二アンテナ素子を有する第二アンテナ部を備えた第二無線機とを備える推定装置が実行する推定方法であって、測定対象の領域に、前記Ｍ個の第一アンテナ素子のうちの一つの第一アンテナ素子を用いて第一送信信号を複数回送信し、
前記Ｎ個の第二アンテナ素子のそれぞれにより受信された複数の第一受信信号であって、複数回送信された前記第一送信信号が生体によって反射された反射信号を含む複数の第一受信信号を、前記生体の動きの周期に相当する第一期間に観測し、
測定対象の領域に、前記Ｎ個の第二アンテナ素子のうちの一つの第二アンテナ素子を用いて第二送信信号を複数回送信し、
前記Ｍ個の第一アンテナ素子のそれぞれにより受信された複数の第二受信信号であって、複数回送信された前記第二送信信号が前記生体によって反射された反射信号を含む複数の第二受信信号を、前記第一期間に観測し、
前記第一期間に観測された前記複数の第一受信信号、および前記複数の第二受信信号を用いて、前記Ｍ個の第一アンテナ素子と前記Ｎ個の第二アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す第一結合複素伝達関数を複数算出し、前記第一結合複素伝達関数の算出では、前記複数の第一受信信号から算出される第一複素伝達関数と、前記複数の第二受信信号から算出される第二複素伝達関数との一方の位相を他方の位相に合わせてから、前記第一複素伝達関数と前記第二複素伝達関数とを結合することで前記第一結合複素伝達関数を算出し、
前記第一結合複素伝達関数の全要素を、生体を経由しない直接波である第一結合複素伝達関数の一つの要素にて除算することで第二結合複素伝達関数を算出し、
複数の前記第二結合複素伝達関数における、前記生体に関する成分に対応する所定周波数範囲に対応する生体情報を算出し、
所定の到来方向推定手法により、前記生体情報を用いて、前記生体の存在する方向または位置を推定する
推定方法。
【請求項2】
前記第一結合複素伝達関数を算出する際には、前記第一送信信号の第一エレメントと前記第二送信信号の第一エレメントとを用いて、前記複数の第一受信信号から算出される第一複素伝達関数と、前記複数の第二受信信号から算出される第二複素伝達関数との一方の位相を他方の位相に合わせてから、前記第一複素伝達関数と前記第二複素伝達関数とを結合することで、前記第一結合複素伝達関数を算出する
請求項１記載の推定方法。
【請求項3】
前記第二結合複素伝達関数を算出する際には、前記第一結合複素伝達関数の１以上の要素を用いて所定の演算を行うことにより、前記第一結合複素伝達関数から、
（１）アンテナ部から送信する送信信号を生成する送信部と受信部との間のクロック揺らぎ、および、
（２）前記送信信号のデジタル－アナログ変換、または、前記第一受信信号もしくは前記第二受信信号のアナログ－デジタル変換のタイミング揺らぎ、
の少なくとも一方に対応する成分が抑制された第二結合複素伝達関数を算出する
請求項２記載の推定方法。
【請求項4】
前記第二結合複素伝達関数を算出する際には、前記第一送信信号の第一エレメントと前記第二送信信号の第一エレメントとによる位相補正を前記第一送信信号と前記第二送信信号とに施すことによって、前記第一送信信号と前記第二送信信号との一方に対する他方の位相回転を消失させることで、前記第二結合複素伝達関数を算出する
請求項１記載の推定方法。
【請求項5】
Ｍ個（Ｍは２以上の自然数）の第一アンテナ素子を有する第一アンテナ部を備えた第一無線機と、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の第二アンテナ素子を有する第二アンテナ部を備えた第二無線機とを備える推定装置が実行する推定方法であって、測定対象の領域に、前記Ｍ個の第一アンテナ素子のそれぞれより第一送信信号を複数回送信し、
前記Ｎ個の第二アンテナ素子のうちの一つの第二アンテナ素子により受信された複数の第三受信信号であって、複数回送信された前記第一送信信号が生体によって反射された反射信号を含む複数の第三受信信号を、前記生体の動きの周期に相当する第一期間に観測し、
測定対象の領域に、前記Ｎ個の第二アンテナ素子のそれぞれより第二送信信号を複数回送信し、
前記Ｍ個の第一アンテナ素子のうちの一つの第一アンテナ素子により受信された複数の第四受信信号であって、複数回送信された前記第二送信信号が前記生体によって反射された反射信号を含む複数の第四受信信号を、前記第一期間に観測し、
前記第一期間に観測された前記複数の第三受信信号、および前記複数の第四受信信号を用いて、前記Ｍ個の第一アンテナ素子と前記Ｎ個の第二アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す第一結合複素伝達関数を複数算出し、前記第一結合複素伝達関数の算出では、前記複数の第三受信信号から算出される第一複素伝達関数と、前記複数の第四受信信号から算出される第二複素伝達関数との一方の位相を他方の位相に合わせてから、前記第一複素伝達関数と前記第二複素伝達関数とを結合することで前記第一結合複素伝達関数を算出し、
前記第一結合複素伝達関数の全要素を、生体を経由しない直接波である第一結合複素伝達関数の一つの要素にて除算することで第二結合複素伝達関数を算出し、
複数の前記第二結合複素伝達関数における、前記生体に関する成分に対応する所定周波数範囲に対応する生体情報を算出し、
所定の到来方向推定手法により、前記生体情報を用いて、前記生体の存在する方向または位置を推定する
推定方法。
【請求項6】
前記第一結合複素伝達関数を算出する際には、前記第三受信信号の第一エレメントと前記第四受信信号の第一エレメントとを用いて、前記複数の第三受信信号から算出される第一複素伝達関数と、前記複数の第四受信信号から算出される第二複素伝達関数との一方の位相を他方の位相に合わせてから、前記第一複素伝達関数と前記第二複素伝達関数とを結合することで、前記第一結合複素伝達関数を算出する
請求項５記載の推定方法。
【請求項7】
前記第二結合複素伝達関数を算出する際には、前記第一結合複素伝達関数の１以上の要素を用いて所定の演算を行うことにより、前記第一結合複素伝達関数から、
（１）アンテナ部から送信する送信信号を生成する送信部と受信部との間のクロック揺らぎ、および、
（２）前記送信信号のデジタル－アナログ変換、または、前記第三受信信号もしくは前記第四受信信号のアナログ－デジタル変換のタイミング揺らぎ、
の少なくとも一方に対応する成分が抑制された第二結合複素伝達関数を算出する
請求項６記載の推定方法。
【請求項8】
前記第二結合複素伝達関数を算出する際には、前記第三受信信号の第一エレメントと前記第四受信信号の第一エレメントとによる位相補正を前記第三受信信号と前記第四受信信号とに施すことによって、前記第三受信信号と前記第四受信信号との一方に対する他方の位相回転を消失させることで、前記第二結合複素伝達関数を算出する
請求項５記載の推定方法。
【請求項9】
前記第二結合複素伝達関数の算出では、前記第一結合複素伝達関数から一つの要素を抽出し、抽出した前記一つの要素で、前記第一結合複素伝達関数の全要素を除算することで、前記第二結合複素伝達関数を算出する
請求項３または７に記載の推定方法。
【請求項10】
前記第二結合複素伝達関数の算出では、前記第一結合複素伝達関数の全要素の平均値を算出し、算出した前記平均値で、前記第一結合複素伝達関数の全要素を除算することで、前記第二結合複素伝達関数を算出する
請求項３または７に記載の推定方法。
【請求項11】
前記第二結合複素伝達関数の算出では、前記第一結合複素伝達関数について所定の方法で相関行列を算出し、前記相関行列を固有値分解することで、１以上の固有値と、前記１以上の固有値それぞれに対応する固有ベクトルを算出し、
算出した１以上の前記固有ベクトルのうち、算出した前記１以上の固有値のうちの最大の固有値に対応する固有ベクトルを前記第一結合複素伝達関数に乗算することで、直接波のチャネル成分である第三複素伝達関数を算出し、
前記第一結合複素伝達関数の全要素を前記第三複素伝達関数にて除算することで、前記第二結合複素伝達関数を算出する
請求項３または７に記載の推定方法。
【請求項12】
前記第二結合複素伝達関数の算出では、前記第一結合複素伝達関数について所定の方法で特異値分解することで左特異ベクトルおよび右特異ベクトルを算出し、前記左特異ベクトルおよび前記右特異ベクトルを前記第一結合複素伝達関数に乗算することで、直接波のチャネル成分である第四複素伝達関数を算出し、
前記第一結合複素伝達関数の全要素を前記第四複素伝達関数にて除算することで、前記第二結合複素伝達関数を算出する
請求項３または７に記載の推定方法。
【請求項13】
前記所定の到来方向推定手法は、ＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅＳＩｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法、ビームフォーマ法、およびＣａｐｏｎ法のいずれかを少なくとも用いる推定手法である請求項１～８のいずれか１項に記載の推定方法。
【請求項14】
前記第一受信信号または前記第二受信信号は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号に変調されている信号である、請求項１～４のいずれか１項に記載の推定方法。
【請求項15】
前記第三受信信号または前記第四受信信号は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号に変調されている信号である、請求項５～８のいずれか１項に記載の推定方法。
【請求項16】
Ｍ個（Ｍは２以上の自然数）の第一アンテナ素子を有する第一アンテナ部を備えた第一無線機と、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の第二アンテナ素子を有する第二アンテナ部を備えた第二無線機とを備える推定装置であって、前記第一無線機が、測定対象の領域に、前記Ｍ個の第一アンテナ素子のうちの一つの第一アンテナ素子を用いて第一送信信号を複数回送信し、
前記第二無線機が、前記Ｎ個の第二アンテナ素子のそれぞれにより受信された複数の第一受信信号であって、複数回送信された前記第一送信信号が生体によって反射された反射信号を含む複数の第一受信信号を、前記生体の動きの周期に相当する第一期間に観測し、
前記第二無線機が、測定対象の領域に、前記Ｎ個の第二アンテナ素子のうちの一つの第二アンテナ素子を用いて第二送信信号を複数回送信し、
前記第一無線機が、前記Ｍ個の第一アンテナ素子のそれぞれにより受信された複数の第二受信信号であって、複数回送信された前記第二送信信号が前記生体によって反射された反射信号を含む複数の第二受信信号を、前記第一期間に観測し、
前記推定装置は、さらに、
前記第一期間に観測された前記複数の第一受信信号、および前記複数の第二受信信号を用いて、前記Ｍ個の第一アンテナ素子と前記Ｎ個の第二アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す第一結合複素伝達関数を複数算出し、前記第一結合複素伝達関数の算出では、前記複数の第一受信信号から算出される第一複素伝達関数と、前記複数の第二受信信号から算出される第二複素伝達関数との一方の位相を他方の位相に合わせてから、前記第一複素伝達関数と前記第二複素伝達関数とを結合することで前記第一結合複素伝達関数を算出する第一結合複素伝達関数算出部と、
前記第一結合複素伝達関数の全要素を、生体を経由しない直接波である第一結合複素伝達関数の一つの要素にて除算することで第二結合複素伝達関数を算出する第二結合複素伝達関数算出部と、
複数の前記第二結合複素伝達関数における、前記生体に関する成分に対応する所定周波数範囲に対応する生体情報を抽出する生体情報算出部と、
所定の到来方向推定手法により、前記生体情報を用いて、前記生体の存在する方向または位置を推定する位置推定処理部とを備える
推定装置。
【請求項17】
Ｍ個（Ｍは２以上の自然数）の第一アンテナ素子を有する第一アンテナ部を備えた第一無線機と、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の第二アンテナ素子を有する第二アンテナ部を備えた第二無線機とを備える推定装置であって、前記第一無線機が、測定対象の領域に、前記Ｍ個の第一アンテナ素子のそれぞれより第一送信信号を複数回送信し、
前記第二無線機が、前記Ｎ個の第二アンテナ素子のうちの一つの第二アンテナ素子により受信された複数の第三受信信号であって、複数回送信された前記第一送信信号が生体によって反射された反射信号を含む複数の第三受信信号を、前記生体の動きの周期に相当する第一期間に観測し、
前記第二無線機が、測定対象の領域に、前記Ｎ個の第二アンテナ素子のそれぞれより第二送信信号を複数回送信し、
前記第一無線機が、前記Ｍ個の第一アンテナ素子のうちの一つの第一アンテナ素子により受信された複数の第四受信信号であって、複数回送信された前記第二送信信号が前記生体によって反射された反射信号を含む複数の第四受信信号を、前記第一期間に観測し、
前記推定装置は、さらに、
前記第一期間に観測された前記複数の第三受信信号、および前記複数の第四受信信号を用いて、前記Ｍ個の第一アンテナ素子と前記Ｎ個の第二アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す第一結合複素伝達関数を複数算出し、前記第一結合複素伝達関数の算出では、前記複数の第三受信信号から算出される第一複素伝達関数と、前記複数の第四受信信号から算出される第二複素伝達関数との一方の位相を他方の位相に合わせてから、前記第一複素伝達関数と前記第二複素伝達関数とを結合することで前記第一結合複素伝達関数を算出する第一結合複素伝達関数算出部と、
前記第一結合複素伝達関数の全要素を、生体を経由しない直接波である第一結合複素伝達関数の一つの要素にて除算することで第二結合複素伝達関数を算出する第二結合複素伝達関数算出部と、
複数の前記第二結合複素伝達関数における、前記生体に関する成分に対応する所定周波数範囲に対応する生体情報を抽出する生体情報算出部と、
所定の到来方向推定手法により、前記生体情報を用いて、前記生体の存在する方向または位置を推定する位置推定処理部とを備える
推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、無線信号を利用することで生体の方向または位置を推定する推定方法、および、推定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１または特許文献２では、人物の位置などを知る方法として、無線信号を利用する方法が開示されている。特許文献１には、無線機の複素伝達関数の周波数応答を利用して検出対象となる人物の位置を知る方法が開示されている。
【0003】
また、特許文献２には、無線機の複素伝達関数のうち、所定の間隔の２つの時点における２つの複素伝達関数の差分情報を利用して検出対象となる人物の位置または状態を知る方法が開示されている。
【0004】
また、特許文献３には、複数のセンサ間でタイマー補正命令によりタイミング補正を行う方法が開示されている。特許文献４には、２つのセンサの統計結果に基づいて疲労度を測定する方法が開示されている。特許文献５には、人により発生したドップラシフトと、送信機と受信機との間のクロック周波数誤差とを区別する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１５－７２１７３号公報
【文献】特開２０１７－１２９５５８号公報
【文献】特開２０１４－２１６７８６号公報
【文献】特開２０１１－０１９８４５号公報
【文献】特開２０２０－１０９３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献１～５に示される技術では、例えばＭ本のアンテナを持つ送信機とＮ本のアンテナを持つ受信機とによって構成される推定装置に対する生体の方向または位置を推定するには、Ｍ×Ｎの要素をもつチャネル状態情報（ＣＳＩ：Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ、以下ＣＳＩと呼称する）の取得が必要である。
【0007】
昨今の無線機では、例えば、Ｍ×１、または、１×ＮといったＣＳＩの一部だけを出力する無線機が存在する。これらのＣＳＩの一部だけを出力する無線機では、生体の方向または位置を推定することが難しいという問題がある。
【0008】
本開示は、上述の事情を鑑みてなされたもので、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機、具体的には、ＳＩＭＯ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）またはＭＩＳＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｓｉｎｇｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）などに対応した無線機を用いて、推定装置に対する生体の方向または位置を精度よく推定することができる推定方法など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】
【0009】
上記目的を達成するために、本開示の一形態に係る推定方法は、Ｍ個（Ｍは２以上の自然数）の第一アンテナ素子を有する第一アンテナ部を備えた第一無線機と、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の第二アンテナ素子を有する第二アンテナ部を備えた第二無線機とを備える推定装置が実行する推定方法であって、測定対象の領域に、前記Ｍ個の第一アンテナ素子のうちの一つの第一アンテナ素子を用いて第一送信信号を複数回送信し、前記Ｎ個の第二アンテナ素子のそれぞれにより受信された複数の第一受信信号であって、複数回送信された前記第一送信信号が生体によって反射された反射信号を含む複数の第一受信信号を、前記生体の動きの周期に相当する第一期間に観測し、測定対象の領域に、前記Ｎ個の第二アンテナ素子のうちの一つの第二アンテナ素子を用いて第二送信信号を複数回送信し、前記Ｍ個の第一アンテナ素子のそれぞれにより受信された複数の第二受信信号であって、複数回送信された前記第二送信信号が前記生体によって反射された反射信号を含む複数の第二受信信号を、前記第一期間に観測し、前記第一期間に観測された前記複数の第一受信信号、および前記複数の第二受信信号を用いて、前記Ｍ個の第一アンテナ素子と前記Ｎ個の第二アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す第一結合複素伝達関数を複数算出し、所定の方法で、複数の前記第一結合複素伝達関数に、前記第一無線機と前記第二無線機とに生じたクロック周波数誤差と送信電力誤差との影響を抑制する演算を施すことで、複数の第二結合複素伝達関数を算出し、複数の前記第二結合複素伝達関数における、前記生体に関する成分に対応する所定周波数範囲に対応する生体情報を算出し、所定の到来方向推定手法により、前記生体情報を用いて、前記生体の存在する方向または位置を推定する推定方法である。
【発明の効果】
【0010】
本開示によれば、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて推定装置に対する生体の方向または位置を精度よく推定する方法などを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
（本開示の基礎となった知見）
人物の位置などを知る方法として、無線信号を利用する方法が検討されている。
人物の位置などを知る方法として、無線信号を利用する方法が検討されている。
【0013】
例えば特許文献１には、フーリエ変換を用いてドップラシフトを含む成分を解析することで検出対象となる人物の位置または状態を知る方法が開示されている。より具体的には、複素伝達関数の要素の時間変化を記録し、その時間波形をフーリエ変換する。人物などの生体は、呼吸または心拍などの生体活動により、反射波に僅かなドップラ効果を与える。したがって、ドップラシフトを含む成分は、人物の影響を含んでいる。一方、ドップラシフトのない成分は、人物の影響を受けていない無線信号、つまり固定物からの反射波または送受信アンテナ間の直接波に対応する。以上のことから、特許文献１では、ドップラシフトを含む成分を解析することで検出対象となる人物の位置または状態を知ることができることが開示されている。
【0014】
また、特許文献２には、無線機の複素伝達関数のうち、所定の間隔の２つの時点における２つの複素伝達関数の差分情報を利用して、検出対象となる人物の位置または状態を知る方法が開示されている。
【0015】
また、特許文献３には、複数のセンサ間にタイマー補正命令を送りタイミング補正する方法が開示されているが、無線機のＲＦ信号の位相調整をコマンドで行うのは難しい。また、特許文献４は、加速度センサを対象とした技術であって、無線機に適用することは難しい。
【0016】
また、特許文献３には、送信機と受信機との間のクロック周波数誤差、ならびに、ＡＤ変換機およびＤＡ変換機内で使われるサンプリングクロック周波数誤差など、送信機および受信機由来の周波数変動に関して、人により発生したドップラシフトとクロック周波数誤差により発生した成分を抑制して人の位置を推定する方法が開示されている。
【0017】
しかしながら、特許文献１～５に示される技術では、例えばＭ本のアンテナを持つ送信機とＮ本のアンテナを持つ受信機とによって構成される推定装置に対する生体の方向または位置を推定するには、Ｍ×Ｎの要素をもつＣＳＩの取得が必要である。
【0018】
昨今の無線機では、例えばＭ×１の要素、または、１×Ｎの要素というように、ＣＳＩの一部だけを出力する無線機が存在する。これらのＣＳＩの一部だけを出力する無線機では、Ｍ×Ｎの要素をもつＣＳＩを取得することができないので、生体の方向または位置を推定することが難しいという問題がある。
【0019】
発明者らは、上記問題に対して研究を重ねた結果、図１および図３に示すように、往路と復路とのＣＳＩを取得し、取得したＣＳＩを位相回転に配慮して結合することで、推定装置の相関関数（より具体的には相関行列）を算出できることを見出した。ここでは、発明者らは、特許文献４記載のクロック周波数誤差に加え、ＣＳＩ取得時刻の違いまたは位相ズレ、往路および復路による位相回転の反転などを考慮すればよいことを見出した。これにより、発明者らは、例えば、往路と復路とのＣＳＩの第一エレメントに着目し、一方の位相に合わせてから他方と結合することで、チャネルを生成することが可能であること、そして、ＣＳＩの一部だけを出力する無線機を用いて生体の方向または位置を推定する方法等を見出すことに至った。
【0020】
本開示の一態様に係る推定方法は、Ｍ個（Ｍは２以上の自然数）の第一アンテナ素子を有する第一アンテナ部を備えた第一無線機と、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の第二アンテナ素子を有する第二アンテナ部を備えた第二無線機とを備える推定装置が実行する推定方法であって、測定対象の領域に、前記Ｍ個の第一アンテナ素子のうちの一つの第一アンテナ素子を用いて第一送信信号を複数回送信し、前記Ｎ個の第二アンテナ素子のそれぞれにより受信された複数の第一受信信号であって、複数回送信された前記第一送信信号が生体によって反射された反射信号を含む複数の第一受信信号を、前記生体の動きの周期に相当する第一期間に観測し、測定対象の領域に、前記Ｎ個の第二アンテナ素子のうちの一つの第二アンテナ素子を用いて第二送信信号を複数回送信し、前記Ｍ個の第一アンテナ素子のそれぞれにより受信された複数の第二受信信号であって、複数回送信された前記第二送信信号が前記生体によって反射された反射信号を含む複数の第二受信信号を、前記第一期間に観測し、前記第一期間に観測された前記複数の第一受信信号、および前記複数の第二受信信号を用いて、前記Ｍ個の第一アンテナ素子と前記Ｎ個の第二アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す第一結合複素伝達関数を複数算出し、所定の方法で、複数の前記第一結合複素伝達関数に、前記第一無線機と前記第二無線機とに生じたクロック周波数誤差と送信電力誤差との影響を抑制する演算を施すことで、複数の第二結合複素伝達関数を算出し、複数の前記第二結合複素伝達関数における、前記生体に関する成分に対応する所定周波数範囲に対応する生体情報を算出し、所定の到来方向推定手法により、前記生体情報を用いて、前記生体の存在する方向または位置を推定する推定方法である。
【0021】
上記態様によれば、１つのアンテナ素子により送信した信号を複数のアンテナ素子により受信する場合における、往路のＣＳＩと復路のＣＳＩとを、第一無線機と第二無線機とのクロック周波数誤差および送信電力誤差の影響を抑制する演算を施しながら結合することで、生体の存在する方向または位置を推定することができる。往路と復路とのＣＳＩは、ＣＳＩの一部だけを出力する無線機によって出力された、ＣＳＩの一部であってよい。よって、上記推定方法によれば、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて生体の方向または位置を推定することができる。
【0022】
例えば、前記第一結合複素伝達関数を算出する際には、前記第一送信信号の第一エレメントと前記第二送信信号の第一エレメントとを用いて、前記複数の第一受信信号から算出される第一複素伝達関数と、前記複数の第二受信信号から算出される第二複素伝達関数との一方の位相を他方の位相に合わせてから、前記第一複素伝達関数と前記第二複素伝達関数とを結合することで、前記第一結合複素伝達関数を算出してもよい。
【0023】
上記態様によれば、往路のＣＳＩと復路のＣＳＩとの結合のときに、第一複素伝達関数と第二複素伝達関数との位相を合わせてから結合することによって、より容易に、第一無線機と第二無線機とのクロック周波数誤差および送信電力誤差の影響を抑制することに寄与する。よって、上記推定方法によれば、より容易に、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて生体の方向または位置を推定することができる。
【0024】
例えば、前記第二結合複素伝達関数を算出する際には、前記第一結合複素伝達関数の１以上の要素を用いて所定の演算を行うことにより、前記第一結合複素伝達関数から、（１）アンテナ部から送信する送信信号を生成する送信部と受信部との間のクロック揺らぎ、および、（２）前記送信信号のデジタル－アナログ変換、または、前記第一受信信号もしくは前記第二受信信号のアナログ－デジタル変換のタイミング揺らぎ、の少なくとも一方に対応する成分が抑制された第二結合複素伝達関数を算出してもよい。
【0025】
上記態様によれば、往路のＣＳＩと復路のＣＳＩとの結合のときに、送信信号の送信部と受信部との間のクロック揺らぎ、および、デジタル－アナログ変換またはアナログ－デジタル変換のタイミング揺らぎの少なくとも一方を用いて、より容易に、第二結合複素伝達関数を算出する。よって、上記推定方法によれば、より容易に、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて生体の方向または位置を推定することができる。
【0026】
例えば、前記第二結合複素伝達関数を算出する際には、前記第一送信信号の第一エレメントと前記第二送信信号の第一エレメントとによる位相補正を前記第一送信信号と前記第二送信信号とに施すことによって、前記第一送信信号と前記第二送信信号との一方に対する他方の位相回転を消失させることで、前記第二結合複素伝達関数を算出してもよい。
【0027】
上記態様によれば、第一送信信号と第二送信信号との一方に対する他方の位相回転を消失させることで、より容易に、第二結合複素伝達関数を算出することができる。よって、上記推定方法によれば、より容易に、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて生体の方向または位置を推定することができる。
【0028】
また、本開示の一態様に係る推定方法は、Ｍ個（Ｍは２以上の自然数）の第一アンテナ素子を有する第一アンテナ部を備えた第一無線機と、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の第二アンテナ素子を有する第二アンテナ部を備えた第二無線機とを備える推定装置が実行する推定方法であって、測定対象の領域に、前記Ｍ個の第一アンテナ素子のそれぞれより第一送信信号を複数回送信し、前記Ｎ個の第二アンテナ素子のうちの一つの第二アンテナ素子により受信された複数の第三受信信号であって、複数回送信された前記第一送信信号が生体によって反射された反射信号を含む複数の第三受信信号を、前記生体の動きの周期に相当する第一期間に観測し、測定対象の領域に、前記Ｎ個の第二アンテナ素子のそれぞれより第二送信信号を複数回送信し、前記Ｍ個の第一アンテナ素子のうちの一つの第一アンテナ素子により受信された複数の第四受信信号であって、複数回送信された前記第二送信信号が前記生体によって反射された反射信号を含む複数の第四受信信号を、前記第一期間に観測し、前記第一期間に観測された前記複数の第三受信信号、および前記複数の第四受信信号を用いて、前記Ｍ個の第一アンテナ素子と前記Ｎ個の第二アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す第一結合複素伝達関数を複数算出し、所定の方法で、複数の前記第一結合複素伝達関数に、前記第一無線機と前記第二無線機とに生じたクロック周波数誤差と送信電力誤差との影響を抑制する演算を施すことで、複数の第二結合複素伝達関数を算出し、複数の前記第二結合複素伝達関数における、前記生体に関する成分に対応する所定周波数範囲に対応する生体情報を算出し、所定の到来方向推定手法により、前記生体情報を用いて、前記生体の存在する方向または位置を推定する推定方法である。
【0029】
上記態様によれば、複数のアンテナ素子により送信した信号を１つのアンテナ素子により受信する場合における、往路のＣＳＩと復路のＣＳＩとを、第一無線機と第二無線機とのクロック周波数誤差および送信電力誤差の影響を抑制する演算を施しながら結合することで、生体の存在する方向または位置を推定することができる。往路と復路とのＣＳＩは、ＣＳＩの一部だけを出力する無線機によって出力された、ＣＳＩの一部であってよい。よって、上記推定方法によれば、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて生体の方向または位置を推定することができる。
【0030】
例えば、前記第一結合複素伝達関数を算出する際には、前記第三受信信号の第一エレメントと前記第四受信信号の第一エレメントとを用いて、前記複数の第三受信信号から算出される第一複素伝達関数と、前記複数の第四受信信号から算出される第二複素伝達関数との一方の位相を他方の位相に合わせてから、前記第一複素伝達関数と前記第二複素伝達関数とを結合することで、前記第一結合複素伝達関数を算出してもよい。
【0031】
上記態様によれば、往路のＣＳＩと復路のＣＳＩとの結合のときに、第一複素伝達関数と第二複素伝達関数との位相を合わせてから結合することによって、より容易に、第一無線機と第二無線機とのクロック周波数誤差および送信電力誤差の影響を抑制することに寄与する。よって、上記推定方法によれば、より容易に、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて生体の方向または位置を推定することができる。
【0032】
例えば、前記第二結合複素伝達関数を算出する際には、前記第一結合複素伝達関数の１以上の要素を用いて所定の演算を行うことにより、前記第一結合複素伝達関数から、（１）アンテナ部から送信する送信信号を生成する送信部と受信部との間のクロック揺らぎ、および、（２）前記送信信号のデジタル－アナログ変換、または、前記第三受信信号もしくは前記第四受信信号のアナログ－デジタル変換のタイミング揺らぎ、の少なくとも一方に対応する成分が抑制された第二結合複素伝達関数を算出してもよい。
【0033】
上記態様によれば、往路のＣＳＩと復路のＣＳＩとの結合のときに、送信信号の送信部と受信部との間のクロック揺らぎ、および、デジタル－アナログ変換またはアナログ－デジタル変換のタイミング揺らぎの少なくとも一方を用いて、より容易に、第二結合複素伝達関数を算出する。よって、上記推定方法によれば、より容易に、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて生体の方向または位置を推定することができる。
【0034】
例えば、前記第二結合複素伝達関数を算出する際には、前記第三受信信号の第一エレメントと前記第四受信信号の第一エレメントとによる位相補正を前記第三受信信号と前記第四受信信号とに施すことによって、前記第三受信信号と前記第四受信信号との一方に対する他方の位相回転を消失させることで、前記第二結合複素伝達関数を算出してもよい。
【0035】
上記態様によれば、第一送信信号と第二送信信号との一方に対する他方の位相回転を消失させることで、より容易に、第二結合複素伝達関数を算出することができる。よって、上記推定方法によれば、より容易に、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて生体の方向または位置を推定することができる。
【0036】
例えば、前記第二結合複素伝達関数の算出では、前記第一結合複素伝達関数から一つの要素を抽出し、抽出した前記一つの要素で、前記第一結合複素伝達関数の全要素を除算することで、前記第二結合複素伝達関数を算出してもよい。
【0037】
上記態様によれば、第一結合複素伝達関数から抽出した一つの要素による除算を用いて、より容易に、第一結合複素伝達関数から第二結合複素伝達関数を算出することができる。よって、上記推定方法によれば、より容易に、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて生体の方向または位置を推定することができる。
【0038】
例えば、前記第二結合複素伝達関数の算出では、前記第一結合複素伝達関数の全要素の平均値を算出し、算出した前記平均値で、前記第一結合複素伝達関数の全要素を除算することで、前記第二結合複素伝達関数を算出してもよい。
【0039】
上記態様によれば、第一結合複素伝達関数の全要素の平均値による除算を用いて、より容易に、第一結合複素伝達関数から第二結合複素伝達関数を算出することができる。よって、上記推定方法によれば、より容易に、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて生体の方向または位置を推定することができる。
【0040】
例えば、前記第二結合複素伝達関数の算出では、前記第一結合複素伝達関数について所定の方法で相関行列を算出し、前記相関行列を固有値分解することで、１以上の固有値と、前記１以上の固有値それぞれに対応する固有ベクトルを算出し、算出した１以上の前記固有ベクトルのうち、算出した前記１以上の固有値のうちの最大の固有値に対応する固有ベクトルを前記第一結合複素伝達関数に乗算することで、直接波のチャネル成分である第三複素伝達関数を算出し、前記第一結合複素伝達関数の全要素を前記第三複素伝達関数にて除算することで、前記第二結合複素伝達関数を算出してもよい。
【0041】
上記態様によれば、第一結合複素伝達関数から算出した固有値および固有ベクトルを用いて、より容易に、第一結合複素伝達関数から第二結合複素伝達関数を算出することができる。よって、上記推定方法によれば、より容易に、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて生体の方向または位置を推定することができる。
【0042】
例えば、前記第二結合複素伝達関数の算出では、前記第一結合複素伝達関数について所定の方法で特異値分解することで左特異ベクトルおよび右特異ベクトルを算出し、前記左特異ベクトルおよび前記右特異ベクトルを前記第一結合複素伝達関数に乗算することで、直接波のチャネル成分である第四複素伝達関数を算出し、前記第一結合複素伝達関数の全要素を前記第四複素伝達関数にて除算することで、前記第二結合複素伝達関数を算出してもよい。
【0043】
上記態様によれば、第一結合複素伝達関数から算出した特異値および特異ベクトルを用いて、より容易に、第一結合複素伝達関数から第二結合複素伝達関数を算出することができる。よって、上記推定方法によれば、より容易に、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて生体の方向または位置を推定することができる。
【0044】
例えば、前記所定の到来方向推定手法は、ＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅＳＩｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法、ビームフォーマ法、およびＣａｐｏｎ法のいずれかを少なくとも用いる推定手法であってもよい。
【0045】
上記態様によれば、ＭＵＳＩＣ法、ビームフォーマ法、およびＣａｐｏｎ法のいずれかにより、生体の方向または位置を、より容易に推定することができる。よって、上記推定方法によれば、より容易に、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて生体の方向または位置を推定することができる。
【0046】
例えば、前記第一受信信号または前記第二受信信号は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号に変調されている信号であってもよい。
【0047】
上記態様によれば、ＯＦＤＭ信号に変調された第一受信信号または第二受信信号を用いて、より容易に、生体の方向または位置を推定することができる。よって、上記推定方法によれば、より容易に、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて生体の方向または位置を推定することができる。
【0048】
例えば、前記第三受信信号または前記第四受信信号は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号に変調されている信号であってもよい。
【0049】
上記態様によれば、ＯＦＤＭ信号に変調された第一受信信号または第二受信信号を用いて、より容易に、生体の方向または位置を推定することができる。よって、上記推定方法によれば、より容易に、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて生体の方向または位置を推定することができる。
【0050】
また、本開示の一態様に係る推定装置は、Ｍ個（Ｍは２以上の自然数）の第一アンテナ素子を有する第一アンテナ部を備えた第一無線機と、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の第二アンテナ素子を有する第二アンテナ部を備えた第二無線機とを備える推定装置であって、前記第一無線機が、測定対象の領域に、前記Ｍ個の第一アンテナ素子のうちの一つの第一アンテナ素子を用いて第一送信信号を複数回送信し、前記第二無線機が、前記Ｎ個の第二アンテナ素子のそれぞれにより受信された複数の第一受信信号であって、複数回送信された前記第一送信信号が生体によって反射された反射信号を含む複数の第一受信信号を、前記生体の動きの周期に相当する第一期間に観測し、前記第二無線機が、測定対象の領域に、前記Ｎ個の第二アンテナ素子のうちの一つの第二アンテナ素子を用いて第二送信信号を複数回送信し、前記第一無線機が、前記Ｍ個の第一アンテナ素子のそれぞれにより受信された複数の第二受信信号であって、複数回送信された前記第二送信信号が前記生体によって反射された反射信号を含む複数の第二受信信号を、前記第一期間に観測し、前記推定装置は、さらに、前記第一期間に観測された前記複数の第一受信信号、および前記複数の第二受信信号を用いて、前記Ｍ個の第一アンテナ素子と前記Ｎ個の第二アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す第一結合複素伝達関数を複数算出する第一結合複素伝達関数算出部と、所定の方法で、複数の前記第一結合複素伝達関数に、前記第一無線機と前記第二無線機とに生じたクロック周波数誤差と送信電力誤差との影響を抑制する演算を施すことで、複数の第二結合複素伝達関数を算出する第二結合複素伝達関数算出部と、複数の前記第二結合複素伝達関数における、前記生体に関する成分に対応する所定周波数範囲に対応する生体情報を抽出する生体情報算出部と、所定の到来方向推定手法により、前記生体情報を用いて、前記生体の存在する方向または位置を推定する位置推定処理部とを備える推定装置である。
【0051】
上記態様によれば、上記推定方法と同様の効果を奏する。
【0052】
また、本開示の一態様に係る推定装置は、Ｍ個（Ｍは２以上の自然数）の第一アンテナ素子を有する第一アンテナ部を備えた第一無線機と、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の第二アンテナ素子を有する第二アンテナ部を備えた第二無線機とを備える推定装置であって、前記第一無線機が、測定対象の領域に、前記Ｍ個の第一アンテナ素子のそれぞれより第一送信信号を複数回送信し、前記第二無線機が、前記Ｎ個の第二アンテナ素子のうちの一つの第二アンテナ素子により受信された複数の第三受信信号であって、複数回送信された前記第一送信信号が生体によって反射された反射信号を含む複数の第三受信信号を、前記生体の動きの周期に相当する第一期間に観測し、前記第二無線機が、測定対象の領域に、前記Ｎ個の第二アンテナ素子のそれぞれより第二送信信号を複数回送信し、前記第一無線機が、前記Ｍ個の第一アンテナ素子のうちの一つの第一アンテナ素子により受信された複数の第四受信信号であって、複数回送信された前記第二送信信号が前記生体によって反射された反射信号を含む複数の第四受信信号を、前記第一期間に観測し、前記推定装置は、さらに、前記第一期間に観測された前記複数の第三受信信号、および前記複数の第四受信信号を用いて、前記Ｍ個の第一アンテナ素子と前記Ｎ個の第二アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す第一結合複素伝達関数を複数算出する第一結合複素伝達関数算出部と、所定の方法で、複数の前記第一結合複素伝達関数に、前記第一無線機と前記第二無線機とに生じたクロック周波数誤差と送信電力誤差との影響を抑制する演算を施すことで、複数の第二結合複素伝達関数を算出する第二結合複素伝達関数算出部と、複数の前記第二結合複素伝達関数における、前記生体に関する成分に対応する所定周波数範囲に対応する生体情報を抽出する生体情報算出部と、所定の到来方向推定手法により、前記生体情報を用いて、前記生体の存在する方向または位置を推定する位置推定処理部とを備える推定装置である。
【0053】
上記態様によれば、上記推定方法と同様の効果を奏する。
【0054】
なお、本開示は、装置として実現するだけでなく、このような装置が備える処理手段を備える集積回路として実現したり、その装置を構成する処理手段をステップとする方法として実現したり、それらステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、そのプログラムを示す情報、データまたは信号として実現したりすることもできる。そして、それらプログラム、情報、データおよび信号は、ＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体やインターネット等の通信媒体を介して配信してもよい。
【0055】
以下、本開示の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0056】
（実施の形態１）
本実施の形態では、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて推定装置に対する生体の方向または位置を精度よく推定する推定装置および推定方法について説明する。
本実施の形態では、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて推定装置に対する生体の方向または位置を精度よく推定する推定装置および推定方法について説明する。
【0057】
具体的には、本実施の形態では、ＳＩＭＯ構成のＣＳＩであっても、往路のＣＳＩと復路のＣＳＩとを結合することを用いて、生体の存在する方向を推定する推定装置１０および推定方法を説明する。推定装置１０および推定方法では、往路のＣＳＩと復路のＣＳＩを結合し、生体を経由しない直接波を抽出し、周波数誤差によって生じる位相回転を検出し、チャネル全体から周波数誤差由来の位相回転を除去することで、生体の存在する方向を推定することが可能となる。
【0058】
以下では、図面を参照しながら、本実施の形態における推定装置１０が、所定の２つ無線機により得る往路および復路のＣＳＩを用いて、検出対象である生体の方向を推定することについて説明する。
【0059】
【0060】
図１に示す推定装置１０は、第二無線機１１と、第一無線機１２と、アンテナ部２０とアンテナ部２１と、第一送受信部２２と、第二送受信部２３と、第一結合複素伝達関数算出部２４と、第二結合複素伝達関数算出部２５と、生体情報算出部２６と、位置推定処理部２７とを備える。推定装置１０は、推定装置１０に対する相対的な、生体３０の存在する方向を推定する。
【0061】
なお、推定装置１０は、一の筐体内に上記の構成要素のすべてを備えるものに限定されない。推定装置１０は、互いに通信可能に接続された複数の装置を備え、複数の装置のそれぞれに、上記の構成要素が分かれて配置されていてもよい。その場合、推定装置１０は、推定システムと呼ばれてもよい。
【0062】
推定装置１０が、Ｍ個のアンテナ素子を持つ第一無線機１２、および、Ｎ個のアンテナ素子を持つ第二無線機１１を用いて、第一無線機１２から第二無線機１１に既知信号を送信した時のＣＳＩ（往路ＣＳＩに相当）を取得する場合を図１に示す。また、推定装置１０が、第二無線機１１から第一無線機１２に既知信号を送信した時のＣＳＩ（復路ＣＳＩに相当）を取得する場合を図３に示す。推定装置１０は、フルＭＩＭＯ構成を有しているが、一例として、ＳＩＭＯ構成のＣＳＩが往路と復路との分だけ得られた場合に生体３０の位置を推定する方法を説明する。
【0063】
［第一無線機１２］
第一無線機１２は、生体３０の方向を推定するために用いる高周波の信号を、第一無線機１２の内部クロックｆＴＸを用いて生成する。例えば、図２に示すように、第一無線機１２は、生成した信号（送信波）を、アンテナ部２０が備えるアンテナ素子から送信する。また、第一無線機１２は、受信時は、上記アンテナ素子のそれぞれにより受信された受信信号を処理する。
第一無線機１２は、生体３０の方向を推定するために用いる高周波の信号を、第一無線機１２の内部クロックｆＴＸを用いて生成する。例えば、図２に示すように、第一無線機１２は、生成した信号（送信波）を、アンテナ部２０が備えるアンテナ素子から送信する。また、第一無線機１２は、受信時は、上記アンテナ素子のそれぞれにより受信された受信信号を処理する。
【0064】
図４に本実施の形態における、推定装置１０が受信したＩ信号およびＱ信号の周波数成分の一例を示す概念図を示す。より具体的には、図４に示される点線１００は、推定装置１０が受信した信号のＤＣ成分を示し、実線１０１は、推定装置１０が受信したＩ信号のＡＣ成分を示し、破線１０２は、推定装置１０が受信したＱ信号のＡＣ成分を示す。
【0065】
［アンテナ部２０］
アンテナ部２０は、Ｍ個（Ｍは２以上の自然数）のアンテナ素子（具体的には、アンテナ素子＃１～＃Ｍ）を有する。
アンテナ部２０は、Ｍ個（Ｍは２以上の自然数）のアンテナ素子（具体的には、アンテナ素子＃１～＃Ｍ）を有する。
【0066】
［第一送受信部２２］
第一送受信部２２は、Ｍ個のアンテナ素子により、所定の信号を送信、または、受信する。
第一送受信部２２は、Ｍ個のアンテナ素子により、所定の信号を送信、または、受信する。
【0067】
第一送受信部２２は、送信の際は、生体推定用の既知の信号を送信する。
【0068】
第一送受信部２２は、受信の際は、アンテナ素子のそれぞれにより受信された受信信号であって、送信側のアンテナ素子から送信され、生体３０によって反射された反射信号を含む受信信号を、生体３０の活動に由来する周期に相当する第一期間に観測する。
【0069】
ここで、送信側のアンテナ素子は、第二無線機１１が備えるアンテナ部２１が有するアンテナ素子であり得る。生体３０は、図２に示すような生体３０であるがこれに限られない。また、生体３０の活動に由来する周期は、生体３０の呼吸、心拍および体動の少なくとも一つを含む生体由来の周期（生体変動周期）である。第一送受信部２２は、観測した受信信号を第二受信信号として第一結合複素伝達関数算出部２４に送る。
【0070】
［第二無線機１１］
第二無線機１１は、生体３０の方向を推定するために用いる高周波の信号を、第一無線機１２と同様に内部クロックｆＲＸを用いて生成する。例えば、図２に示すように、第二無線機１１は、生成した信号（送信波）を、アンテナ部２１が備えるアンテナ素子から送信する。
第二無線機１１は、生体３０の方向を推定するために用いる高周波の信号を、第一無線機１２と同様に内部クロックｆＲＸを用いて生成する。例えば、図２に示すように、第二無線機１１は、生成した信号（送信波）を、アンテナ部２１が備えるアンテナ素子から送信する。
【0071】
また、第二無線機１１は、受信時は、上記アンテナ素子のそれぞれにより受信された受信信号を処理する。
【0072】
［アンテナ部２１］
アンテナ部２１は、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）のアンテナ素子（具体的には、アンテナ素子＃１～＃Ｎ）を有する。
アンテナ部２１は、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）のアンテナ素子（具体的には、アンテナ素子＃１～＃Ｎ）を有する。
【0073】
［第二送受信部２３］
第二送受信部２３は、Ｎ個のアンテナ素子のそれぞれにより受信された受信信号であって、送信側のアンテナ素子から送信され、生体３０によって反射された反射信号を含む受信信号を、生体３０の活動に由来する周期に相当する第一期間について観測する。ここで、上記第一期間は、第一送受信部２２が受信信号を観測する第一期間と同じであってよい。
第二送受信部２３は、Ｎ個のアンテナ素子のそれぞれにより受信された受信信号であって、送信側のアンテナ素子から送信され、生体３０によって反射された反射信号を含む受信信号を、生体３０の活動に由来する周期に相当する第一期間について観測する。ここで、上記第一期間は、第一送受信部２２が受信信号を観測する第一期間と同じであってよい。
【0074】
第二送受信部２３は、観測した受信信号を第一受信信号として、第一結合複素伝達関数算出部２４に送る。
【0075】
本実施の形態では、第一送受信部２２と第二送受信部２３とは、それぞれ複数のアンテナ素子を持ち、対応するアンテナ素子で受信された高周波の信号を、内部クロックｆＴＸまたはｆＲＸを用いて、信号処理が可能な低周波の信号に変換する。
【0076】
より具体的には、ＳＩＭＯ構成のＣＳＩを利用する場合、第一送受信部２２は、アンテナ部２０が有する所定の１つのアンテナ素子よりＣＳＩ取得用の既知信号を送信する。送信した信号が生体３０によって反射された信号を第二無線機１１のアンテナ部２１が有するＮ個のアンテナ素子が受信する。受信した信号を、第二送受信部２３が第一受信信号として、第一結合複素伝達関数算出部２４に送る。
【0077】
さらに、第二送受信部２３は、アンテナ部２１が有する所定の１つのアンテナ素子よりＣＳＩ取得用の既知信号を送信する。送信した信号が生体３０によって反射された信号を第一無線機１２のアンテナ部２０が有するＭ個のアンテナ素子が受信する。受信した信号を、第一送受信部２２が第二受信信号として、第一結合複素伝達関数算出部２４に送る。
【0078】
［第一結合複素伝達関数算出部２４］
第一結合複素伝達関数算出部２４は、第一受信信号と第二受信信号とから、第一無線機１２と第二無線機１１のそれぞれとの間の伝搬特性を表す複素伝達関数を複数算出する。
第一結合複素伝達関数算出部２４は、第一受信信号と第二受信信号とから、第一無線機１２と第二無線機１１のそれぞれとの間の伝搬特性を表す複素伝達関数を複数算出する。
【0079】
第一結合複素伝達関数算出部２４は、第一送受信部２２および第二送受信部２３から伝達された低周波の第一受信信号、または、第二受信信号から、第一無線機１２と第二無線機１１との間の伝搬特性を表す複素伝達関数を算出する。
【0080】
以降において、往路ＣＳＩの取得について図２を用いて具体的に説明する。
【0081】
図２は、図１に示すアンテナ部２１における信号波の伝達の様子を概念的に示す図である。図２に示すように、アンテナ部２０のアンテナ素子から送信される送信波は、生体３０によって反射され、アンテナ部２１のアレーアンテナに到達する。ここで、アレーアンテナは、Ｍ個のアンテナ素子からなり、素子間隔ｄのリニアアレーである。また、アレーアンテナの正面から見た生体３０の方向をθとする。生体３０とアレーアンテナとの距離は十分に大きく、アレーアンテナに到来する生体３０由来の反射波は平面波と見なせるものとする。
【0082】
この場合、第一結合複素伝達関数算出部２４は、アレーアンテナを使って観測された第一受信信号ベクトル
から、送信側のアンテナ素子と受信側のアレーアンテナとの間の伝搬特性を表す第一複素伝達関数ベクトルを算出することができる。第一複素伝達関数ベクトルｈFは、例えば、
により算出できる。ここで、sは複素送信信号であり、既知であるものとする。なお、往路ＣＳＩである第一複素伝達関数ベクトルｈFは、第一複素伝達関数の一例である。
【数1】
【数2】
【数3】
【0083】
次に、復路ＣＳＩの取得について説明する。
【0084】
第一結合複素伝達関数算出部２４は、往路ＣＳＩの場合と同様に、アレーアンテナを使って観測された第二受信信号ベクトル
から、送信側のアンテナ素子と受信側のアレーアンテナとの間の伝搬特性を表す第二複素伝達関数ベクトルを算出することができる。第二複素伝達関数ベクトルｈBは、例えば、
により算出できる。なお、
は転置を表す。ここで、本来（言い換えれば設計上）、ｈＦ１１とｈＢ１１とは同じ値であるが、クロック周波数誤差、電力誤差および取得時間差などにより位相が異なるので、下記により一方の位相に合わせてからチャネルを結合（つまり、第一複素伝達関数ベクトルと第二複素伝達関数ベクトルとを結合）する。
【数4】
【数5】
【数6】
【数7】
【0085】
【数8】
【0086】
言い換えれば、第一結合複素伝達関数算出部２４は、第一送信信号の第一エレメントと第二送信信号の第一エレメントとを用いて、複数の第一受信信号から算出される第一複素伝達関数と、複数の第二受信信号から算出される第二複素伝達関数との一方の位相を他方の位相に合わせてから、第一複素伝達関数と第二複素伝達関数とを結合することで、第一結合複素伝達関数を算出する。
【0087】
これにより、第一結合複素伝達関数ベクトルｈ（ｔ）が下記のように表現される。
【0088】
【数9】
【0089】
［第二結合複素伝達関数算出部２５］
更に、第一結合複素伝達関数ベクトルｈ（ｔ）には、送信機および受信機由来の周波数変動成分と、生体３０由来のドップラシフトとが含まれる。送信機および受信機由来の周波数変動成分には、例えば、（ｉ）送信信号の空間伝播による減衰または位相回転、（ｉｉ）送信機および受信機間のクロック周波数誤差（ｆＲＸ－ｆＴＸ）、（ｉｉｉ）ＤＡ変換など無線機内にて用いられるサンプリングクロック周波数誤差などが含まれる。第一結合複素伝達関数ベクトルｈ（ｔ）から送信機および受信機由来の周波数変動成分の位相回転を除去するために、第二結合複素伝達関数算出部２５は、直接波成分としてｈ（ｔ）内の任意の一つの要素ｈｌを抽出する。
更に、第一結合複素伝達関数ベクトルｈ（ｔ）には、送信機および受信機由来の周波数変動成分と、生体３０由来のドップラシフトとが含まれる。送信機および受信機由来の周波数変動成分には、例えば、（ｉ）送信信号の空間伝播による減衰または位相回転、（ｉｉ）送信機および受信機間のクロック周波数誤差（ｆＲＸ－ｆＴＸ）、（ｉｉｉ）ＤＡ変換など無線機内にて用いられるサンプリングクロック周波数誤差などが含まれる。第一結合複素伝達関数ベクトルｈ（ｔ）から送信機および受信機由来の周波数変動成分の位相回転を除去するために、第二結合複素伝達関数算出部２５は、直接波成分としてｈ（ｔ）内の任意の一つの要素ｈｌを抽出する。
【0090】
【数10】
【0091】
そして、第二結合複素伝達関数算出部２５は、第一結合複素伝達関数ベクトルｈ（ｔ）の全要素を直接波成分として、上記のように抽出した一つの要素ｈｌにて除算することで上記位相回転を除去することによって、第二結合複素伝達関数ベクトルｈ′を算出する。ここで、直接波成分の要素は、要素ｈ１など、第一結合複素伝達関数ベクトルｈ（ｔ）のうちの一つの要素であればどの要素を用いてもよい。なお、第二結合複素伝達関数ベクトルｈ′は、第二結合複素伝達関数の一例である。
【0092】
このように、第二結合複素伝達関数算出部２５は、第一結合複素伝達関数ベクトルｈ（ｔ）の１以上の要素を用いて所定の演算を行うことにより、第一結合複素伝達関数ベクトルｈ（ｔ）から、（１）第一無線機１２と第二無線機１１間とのクロック揺らぎ、および、（２）送信信号のデジタル－アナログ変換または受信信号のアナログ－デジタル変換のタイミング揺らぎ、の少なくとも一方に対応する成分が抑制された第二結合複素伝達関数ベクトルｈ′を算出する。
【0093】
［生体情報算出部２６］
生体情報算出部２６は、算出された第二結合複素伝達関数ベクトルｈ′を用い、特許文献１に記載の差分情報算出部と同様に所定間隔の２つの時点における２つの第二結合複素伝達関数ベクトルｈ′の差分情報を算出することで、生体情報を算出する。つまり、生体情報算出部２６は、算出された複数の第二結合複素伝達関数ベクトルｈ′における所定周波数範囲に対応する生体情報を抽出することで、生体３０に関する成分に対応する生体情報を抽出する。例えば、生体情報算出部２６は、生体情報として、生体３０の呼吸、心拍および体動の少なくともいずれかを含むバイタル活動の影響を受けた成分に対応する生体情報を抽出する。
生体情報算出部２６は、算出された第二結合複素伝達関数ベクトルｈ′を用い、特許文献１に記載の差分情報算出部と同様に所定間隔の２つの時点における２つの第二結合複素伝達関数ベクトルｈ′の差分情報を算出することで、生体情報を算出する。つまり、生体情報算出部２６は、算出された複数の第二結合複素伝達関数ベクトルｈ′における所定周波数範囲に対応する生体情報を抽出することで、生体３０に関する成分に対応する生体情報を抽出する。例えば、生体情報算出部２６は、生体情報として、生体３０の呼吸、心拍および体動の少なくともいずれかを含むバイタル活動の影響を受けた成分に対応する生体情報を抽出する。
【0094】
なお、この生体情報は第二結合複素伝達関数ベクトルｈ′より生体由来の成分を算出すればよく、周波数応答を用いても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【0095】
本実施の形態では、アンテナ素子が複数（Ｎ個）存在するので、アンテナ部２１に対応する第二複素伝達関数ベクトルｈ′の差分値（差分情報）の個数も複数である。これらをまとめて複素差分チャネルベクトルと定義する。アンテナ素子の個数をＮとすると複素差分チャネルベクトルは、
と表せ、
である。また、ｌまたはｍは、測定番号を表す正の整数であり、サンプル時間である。
【数11】
【数12】
【0096】
［位置推定処理部２７］
位置推定処理部２７は、第二結合複素伝達関数ベクトルｈ′より抽出した当該生体情報を用いて、所定の到来方向推定手法により、推定装置１０を方向の基準として生体３０の存在する方向を推定する。より具体的には、所定の到来方向推定手法は、特許文献１記載の方向推定処理部のようなＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅＳＩｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）アルゴリズムに基づく推定手法であってよく、この場合を例として説明するが、ビームフォーマ法またはＣａｐｏｎ法に基づく推定手法であってもよい。
位置推定処理部２７は、第二結合複素伝達関数ベクトルｈ′より抽出した当該生体情報を用いて、所定の到来方向推定手法により、推定装置１０を方向の基準として生体３０の存在する方向を推定する。より具体的には、所定の到来方向推定手法は、特許文献１記載の方向推定処理部のようなＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅＳＩｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）アルゴリズムに基づく推定手法であってよく、この場合を例として説明するが、ビームフォーマ法またはＣａｐｏｎ法に基づく推定手法であってもよい。
【0097】
位置推定処理部２７は、例えば（式１）に示した複素差分チャネルベクトルを用いて、ＭＵＳＩＣアルゴリズムを適用する場合は、
により相関行列化し固有値分解する。ここでＵは固有ベクトル行列を表す。Ｅは、ｌおよびｍそれぞれを変化させた場合の平均を得る演算を意味する。更に、ＭＵＳＩＣスペクトラムＰについて下記（式２）が適用される。
【数13】
【0098】
【数14】
【0099】
ここでＵＮは雑音空間固有ベクトル、ａはステアリングベクトルである。
【0100】
【数15】
【0101】
ａＦは往路のステアリングベクトル、ａＢは復路のステアリングベクトルである。
【0102】
【数16】
【0103】
なお、第一無線機１２より送信される信号は、連続信号（ＣＷ信号）であってもよいし、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号のような符号化された信号でもよい。
【0104】
［直接波成分の他の例］
なお、本実施の形態の第二結合複素伝達関数算出部２５は、第一結合複素伝達関数ベクトルｈ（ｔ）を、直接波成分として第一結合複素伝達関数ベクトルｈ（ｔ）内の任意の一つの要素ｈｌにて除算することで、第二結合複素伝達関数ベクトルｈ′を算出したが、一つの要素ｈｌにて除算することに限らない。
なお、本実施の形態の第二結合複素伝達関数算出部２５は、第一結合複素伝達関数ベクトルｈ（ｔ）を、直接波成分として第一結合複素伝達関数ベクトルｈ（ｔ）内の任意の一つの要素ｈｌにて除算することで、第二結合複素伝達関数ベクトルｈ′を算出したが、一つの要素ｈｌにて除算することに限らない。
【0105】
例えば、第二結合複素伝達関数算出部２５は、第一結合複素伝達関数ベクトルｈ（ｔ）の除算に用いる直接波成分には、従来の非同期吸収法にあるように任意の一つの要素ｈｌの代わりに、｜ｈｌ｜の時変動が最も小さい要素ｈｌｍｉｎを用いてもよい。また、第一複素伝達関数ベクトルｈ０の全要素の平均値を用いてもよい。また、複素伝達関数を一定期間観測することで、任意の時間ｔの複素伝達関数を特異値分解することで特異ベクトルを求め、これにより、第二結合複素伝達関数ベクトルｈ′を算出してもよい。また、複素伝達関数を一定期間観測し、当該観測時間全体の相関行列を固有値分解することで固有ベクトルを求め、これにより、第二結合複素伝達関数ベクトルｈ′を算出してもよい。また、当該直接波成分は、上記観測時間全体の相関行列を固有値分解することで固有ベクトルを求め、これにより第二結合複素伝達関数ベクトルｈ′を算出してもよい。
【0106】
なお、第一結合複素伝達関数算出部２４は、第一複素伝達関数ベクトルｈFと第二複素伝達関数ベクトルｈBを用いて、往路と復路で位相回転が逆に見えることを利用して
を算出し、これにより
として第二複素伝達関数ベクトルを算出してもよい。これにより位相回転が消失し、２局の中間の周波数で観測したことと等価になる。
【数17】
【数18】
【数19】
【0107】
なお、第一無線機１２、第二無線機１１、第一結合複素伝達関数算出部２４、第二結合複素伝達関数算出部２５、生体情報算出部２６および位置推定処理部２７は、推定装置１０が備えるメモリに格納されているプログラムを、１以上のプロセッサが実行することにより実現されてもよいし、１以上の専用回路により実現されてもよい。つまり、上記の構成要素は、ソフトウェアで実現されてもよいし、ハードウェアにより実現されてもよい。
【0108】
［推定装置１０の動作］
以上のように構成された推定装置１０の推定処理の動作について説明する。図５は、本実施の形態における推定装置１０の推定処理を示すフローチャートである。
以上のように構成された推定装置１０の推定処理の動作について説明する。図５は、本実施の形態における推定装置１０の推定処理を示すフローチャートである。
【0109】
まず、推定装置１０は、測定対象の領域に第一無線機１２、および、第二無線機１１を用いてそれぞれ送信信号を送信し、第一期間に受信信号を観測する（Ｓ１０）。より具体的には、推定装置１０は、１個のアンテナ素子から送信され、生体３０によって反射された反射信号を含む受信信号を、生体３０の活動に由来する周期に相当する第一期間について観測する。観測は、往路分と復路分とのそれぞれについてなされる。
【0110】
次に、推定装置１０は、ステップＳ１０において第一期間に観測された複数の受信信号から、１個の送信側アンテナ素子と複数の受信側アンテナ素子のそれぞれとの間の伝搬特性を表す第一結合複素伝達関数を複数算出する（Ｓ２０）。詳細は上述した通りであるため、ここでの説明は省略する。以下も同様である。
【0111】
次に、推定装置１０は、ステップＳ２０で算出した第一結合複素伝達関数を直接波成分にて除算することで、第二結合複素伝達関数を算出する（Ｓ３０）。
【0112】
次に、推定装置１０は、ステップＳ３０で算出した第二結合複素伝達関数より生体情報を算出する（Ｓ４０）。
【0113】
そして、推定装置１０は、ステップＳ４０で算出した２以上の生体情報を用いて、生体３０の存在する位置を推定する（Ｓ５０）。
【0114】
［効果等］
本実施の形態の推定装置１０および推定方法によれば、受信信号から生体３０を経由しない直接波成分を抽出し、周波数誤差によって生じる位相回転を検出し、チャネル全体から送信部および受信部間のクロック揺らぎ、および、周波数誤差由来の位相回転を除去するため、生体３０の存在する方向を精度よく推定することが可能となる。このため、推定装置１０は、推定装置１０に対する相対的な、生体３０が存在する方向を精度よく推定することができる。
本実施の形態の推定装置１０および推定方法によれば、受信信号から生体３０を経由しない直接波成分を抽出し、周波数誤差によって生じる位相回転を検出し、チャネル全体から送信部および受信部間のクロック揺らぎ、および、周波数誤差由来の位相回転を除去するため、生体３０の存在する方向を精度よく推定することが可能となる。このため、推定装置１０は、推定装置１０に対する相対的な、生体３０が存在する方向を精度よく推定することができる。
【0115】
（実施の形態２）
本実施の形態では、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて推定装置に対する生体の方向または位置を精度よく推定する推定装置および推定方法について、実施の形態１とは異なる形態を説明する。
本実施の形態では、ＣＳＩの一部を少なくとも出力する無線機を用いて推定装置に対する生体の方向または位置を精度よく推定する推定装置および推定方法について、実施の形態１とは異なる形態を説明する。
【0116】
本実施の形態では、ＭＩＳＯ構成のＣＳＩであっても、往路のＣＳＩと復路のＣＳＩとを結合することを用いて、生体の存在する方向を推定する推定装置１０Ａおよび推定方法を説明する。
【0117】
［推定装置１０Ａの構成］
図６および図７は、それぞれ、本実施の形態における推定装置１０Ａの構成の一例を示すブロック図である。図１と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明を省略する。本実施の形態において、実施の形態１と同じ要素については特に言及がない限り、同様の動作および同様のバリエーションがあるとし、重複した説明は省略する。
図６および図７は、それぞれ、本実施の形態における推定装置１０Ａの構成の一例を示すブロック図である。図１と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明を省略する。本実施の形態において、実施の形態１と同じ要素については特に言及がない限り、同様の動作および同様のバリエーションがあるとし、重複した説明は省略する。
【0118】
図６に示す推定装置１０Ａは、第二無線機１１と、第一無線機１２と、アンテナ部２０とアンテナ部２１と、第一送受信部２２Ａと第二送受信部２３Ａと、第一結合複素伝達関数算出部２４Ａと、第二結合複素伝達関数算出部２５と、生体情報算出部２６と、位置推定処理部２７とを備える。推定装置１０Ａは、推定装置１０Ａに対する相対的な、生体３０の存在する方向を推定する。
【0119】
推定装置１０Ａが、Ｍ個のアンテナ素子を持つ第一無線機１２、および、Ｎ個のアンテナ素子を持つ第二無線機１１を用いて、第一無線機１２から第二無線機１１に既知信号を送信した時のＣＳＩ（往路ＣＳＩに相当）を取得する場合を図６に示す。また、推定装置１０Ａが、第二無線機１１から第一無線機１２に既知信号を送信した時のＣＳＩ（復路ＣＳＩに相当）を取得する場合を図７に示す。推定装置１０Ａは、フルＭＩＭＯ構成を有しているが、一例として、ＭＩＳＯ構成のＣＳＩが往路と復路との分だけ得られた場合に、推定装置１０Ａが生体３０の位置を推定する方法を説明する。
【0120】
［第一送受信部２２Ａ］
第一送受信部２２Ａは、Ｍ個のアンテナ素子により、所定の信号を送信、または、受信する。
第一送受信部２２Ａは、Ｍ個のアンテナ素子により、所定の信号を送信、または、受信する。
【0121】
第一送受信部２２Ａは、送信の際は、生体推定用の既知の信号を送信する。
【0122】
第一送受信部２２Ａは、受信の際は、アンテナ素子のそれぞれにより受信された受信信号であって、送信側のアンテナ素子から送信され、生体３０によって反射された反射信号を含む受信信号を、生体３０の活動に由来する周期に相当する第一期間について観測する。
【0123】
第一送受信部２２Ａは、観測した受信信号を第四受信信号として第一結合複素伝達関数算出部２４Ａに送る。
【0124】
［第二送受信部２３Ａ］
第二送受信部２３Ａは、Ｎ個のアンテナ素子のそれぞれにより受信された受信信号であって、送信側のアンテナ素子から送信され、生体３０によって反射された反射信号を含む受信信号を、生体３０の活動に由来する周期に相当する第一期間について観測する。
第二送受信部２３Ａは、Ｎ個のアンテナ素子のそれぞれにより受信された受信信号であって、送信側のアンテナ素子から送信され、生体３０によって反射された反射信号を含む受信信号を、生体３０の活動に由来する周期に相当する第一期間について観測する。
【0125】
第二送受信部２３Ａは、観測した受信信号を第三受信信号として第一結合複素伝達関数算出部２４Ａに送る。
【0126】
より具体的には、ＭＩＳＯ構成のＣＳＩを利用する場合、第一送受信部２２Ａは、アンテナ部２０が有するＭ個のアンテナ素子がＣＳＩ取得用の既知信号を送信し、生体３０によって反射された信号を第二無線機１１のアンテナ部２１が有する所定の１個のアンテナ素子が受信する。受信した信号を、第二送受信部２３Ａが第三受信信号として、第一結合複素伝達関数算出部２４Ａに送る。
【0127】
さらに、第二送受信部２３Ａは、アンテナ部２１が有するＮ個のアンテナ素子よりＣＳＩ取得用の既知信号を送信する。送信した信号が生体３０によって反射された信号を第一無線機１２のアンテナ部２０が有する所定の１個のアンテナ素子が受信する。受信した信号を、第一送受信部２２Ａが第四受信信号として、第一結合複素伝達関数算出部２４Ａに送る。
【0128】
［第一結合複素伝達関数算出部２４Ａ］
第一結合複素伝達関数算出部２４Ａは、第三受信信号と第四受信信号とから、第一無線機１２と第二無線機１１のそれぞれとの間の伝搬特性を表す複素伝達関数を複数算出する。
第一結合複素伝達関数算出部２４Ａは、第三受信信号と第四受信信号とから、第一無線機１２と第二無線機１１のそれぞれとの間の伝搬特性を表す複素伝達関数を複数算出する。
【0129】
第一結合複素伝達関数算出部２４Ａは、第一送受信部２２Ａおよび第二送受信部２３Ａから伝達された低周波の第三受信信号、または、第四受信信号から、第一無線機１２と第二無線機１１との間の伝搬特性を表す複素伝達関数を算出する。
【0130】
以降において、往路ＣＳＩの取得について説明する。
【0131】
この場合、第一結合複素伝達関数算出部２４Ａは、アレーアンテナを使って観測された第三受信信号ベクトル
から、送信側のアンテナ素子と受信側のアレーアンテナとの間の伝搬特性を表す第三複素伝達関数ベクトルを算出することができる。第三複素伝達関数ベクトルｈFは、例えば、
により算出できる。
【数20】
【数21】
【数22】
【0132】
次に、復路ＣＳＩの取得について説明する。
【0133】
第一結合複素伝達関数算出部２４Ａは、復路ＣＳＩの場合と同様に、アレーアンテナを使って観測された第四受信信号ベクトル
から、送信側のアンテナ素子と受信側のアレーアンテナとの間の伝搬特性を表す第四複素伝達関数ベクトルを算出することができる。第四複素伝達関数ベクトルｈBは、例えば、
により算出できる。
【数23】
【数24】
【数25】
【0134】
ここで、本来（言い換えれば設計上）、ｈＦ１１とｈＢ１１とは同じ値であるが、クロック周波数誤差、電力誤差および取得時間差などにより位相が異なるので、下記により一方の位相に合わせてからチャネルを結合（つまり、第一複素伝達関数ベクトルと第二複素伝達関数ベクトルとを結合）する。
【0135】
言い換えれば、第一結合複素伝達関数算出部２４Ａは、第三受信信号の第一エレメントと第四受信信号の第一エレメントとを用いて、複数の第三受信信号から算出される第一複素伝達関数と、複数の第四受信信号から算出される第二複素伝達関数との一方の位相を他方の位相に合わせてから、第一複素伝達関数と第二複素伝達関数とを結合することで、第一結合複素伝達関数を算出する。
【0136】
【数26】
【0137】
これにより、ＳＩＭＯ構成の第一結合複素伝達関数ベクトルｈ（ｔ）が下記のように表現される。
【0138】
【数27】
【0139】
更に第一結合複素伝達関数ベクトルｈ（ｔ）は、送信機および受信機由来の周波数変動成分と、生体３０由来のドップラシフトとが含まれる。送信機および受信機由来の周波数変動成分は、実施の形態１で説明した方法と同様の方法で除去すればよい。また、上記の除去以降、生体３０の位置を推定する方法は、実施の形態１で説明した方法と同様である。
【0140】
［効果等］
本実施の形態の推定装置１０Ａおよび推定方法によれば、ＭＩＳＯ構成のＣＳＩであっても、往路のＣＳＩと復路のＣＳＩとを結合することを用いて、生体３０の存在する方向を推定することが可能となる。
本実施の形態の推定装置１０Ａおよび推定方法によれば、ＭＩＳＯ構成のＣＳＩであっても、往路のＣＳＩと復路のＣＳＩとを結合することを用いて、生体３０の存在する方向を推定することが可能となる。
【0141】
ここで、本実施の形態に係る効果を確かめるために実験による評価を行った。以下に、実験について説明する。
【0142】
【0143】
図８に示す送信アレーアンテナ（Ｔｘ ａｒｒａｙ）と受信アレーアンテナ（Ｒｘ ａｒｒａｙ）との双方は、４素子パッチアレーアンテナを用いた４×４ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）構成である。また、送信側にＳＰ４Ｔ（Ｓｉｎｇｌｅ－Ｐｏｌｅ－４－Ｔｈｒｏｗ）スイッチを有し、受信側に４系統の受信機を有する。
【0144】
本実験では、これらの機器を用いてＭＩＭＯチャネルの測定を行った。
【0145】
ここで、図９に示すように、送受信アンテナのアレー素子間隔を０．５波長、送受信間距離Ｄを４．０ｍ、アンテナ高ｈを人間（Ｌｉｖｉｎｇ－Ｂｏｄｙ）の直立時の胸の高さである１．０ｍに設定した。送信機からは２．４７１２５ＧＨｚの無変調連続波（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）が送信され、チャネル測定時間は３３秒とした。チャネル測定時、被験者以外無人とし、被験者はアンテナ側の壁に対して正面を向いた状態とした。
【0146】
図１０は、実施の形態２に係る推定方法を用いたシミュレーション結果を示す図である。図１０の（ａ）は、フルＭＩＭＯのＣＳＩを用いて従来法によりシミュレーションした結果を示している。図１０の（ｂ）は、ＳＩＭＯ構成のＣＳＩを用いて従来法によりシミュレーションした結果を示している。
【0147】
図１０では、空間に被験者が２人存在している場合の生体位置推定の結果が示されている。実験時の被験者の立ち位置は、被験者１が（Ｘ＝０．４ｍ，Ｙ＝１．８ｍ）、被験者２が（Ｘ＝３．２ｍ，Ｙ＝３．０ｍ）であった。
【0148】
図１０の（ａ）および（ｂ）において、実際の被験者の位置が×印で示されている。また、空間内の各位置についてのＭＵＳＩＣスペクトラムＰ（（式２）参照）がグレースケールで示されており、黒に近い色を有する位置に被験者が存在すると推定されることを示している。
【0149】
図１０の（ｂ）に示されるＳＩＭＯ構成のＣＳＩの場合において、空間内の各位置において被験者が存在する確率は、図１０の（ａ）に示される場合とほぼ同じである。よって、図１０の（ｂ）よりＳＩＭＯ構成のＣＳＩの場合でも、実施の形態２に係る推定方法により人の生体位置推定が可能であることが分かる。
【0150】
図１１は、実施の形態２に係る推定方法を用いた別の実験結果を示す図である。図１１には、被験者が２人の場合の位置推定誤差の累積確率分布（ＣＤＦ：Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）が示されている。図１１において、横軸が位置推定誤差（単位：ｍ）を示し、位置推定誤差に対するＣＤＦが縦軸に示されている。図１１の（ａ）がフルＭＩＭＯのＣＳＩを用いた時のＣＤＦを示し、図１１の（ｂ）がＳＩＭＯ構成のＣＳＩを用いた時のＣＤＦを示している。
【0151】
図１１より、位置推定誤差０．１ｍのＣＤＦ値が０．９１と得られており、全体の９１％が誤差０．１ｍ以内に収まっていることを示している。したがって、実施の形態２に係る推定方法は、従来のフルＭＩＭＯのＣＳＩを用いた時の手法と同等に精度よく推定できていることが分かる。これにより、本実施の形態によってＳＩＭＯ構成のＣＳＩを用いた生体の位置推定であっても高い精度で生体位置を推定できることが示された。
【0152】
以上のように、本開示によれば、ＭＩＳＯ構成のＣＳＩであっても往路と復路のＣＳＩを取得することで、それらを結合し周波数誤差の処理を同様に行うことで生体の存在する方向を推定することが可能となる。
【0153】
以上、本開示の一態様に係る推定装置および推定方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施形態に施したもの、あるいは異なる実施形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
【0154】
例えば、実施の形態１および２では、生体３０の方向推定または位置推定を例として説明したが、推定処理の対象は生体３０に限らない。推定処理の対象は、高周波の信号が照射された場合に、その活動または動きによって反射波にドップラ効果を与える種々の生体（機械等）に適用可能である。
【0155】
また、本開示は、このような特徴的な構成要素を備える、推定装置として実現することができるだけでなく、推定装置に含まれる特徴的な構成要素をステップとする推定方法などとして実現することもできる。また、そのような方法に含まれる特徴的な各ステップをコンピュータに実行させるコンピュータプログラムとして実現することもできる。そして、そのようなコンピュータプログラムを、ＣＤ－ＲＯＭ等のコンピュータで読取可能な非一時的な記録媒体あるいはインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは、言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【0156】
本開示は、無線信号を利用した生体の方向や位置を推定する推定装置に利用でき、特に、生体と機械を含む生体の方向や位置を測定する測定器、生体の方向や位置に応じた制御を行う家電機器、生体の侵入を検知する監視装置などに搭載される推定装置等に利用できる。
【符号の説明】
【0157】
１０、１０Ａ 推定装置
１１ 第二無線機
１２ 第一無線機
２０、２１ アンテナ部
２２、２２Ａ 第一送受信部
２３、２３Ａ 第二送受信部
２４、２４Ａ 第一結合複素伝達関数算出部
２５ 第二結合複素伝達関数算出部
２６ 生体情報算出部
２７ 位置推定処理部
３０ 生体
１１ 第二無線機
１２ 第一無線機
２０、２１ アンテナ部
２２、２２Ａ 第一送受信部
２３、２３Ａ 第二送受信部
２４、２４Ａ 第一結合複素伝達関数算出部
２５ 第二結合複素伝達関数算出部
２６ 生体情報算出部
２７ 位置推定処理部
３０ 生体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】