特許 7574854 物体検知機能を有する無線通信システム、物体検知方法および基地局装置

(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】2024-10-21

(45)【発行日】2024-10-29

(54)【発明の名称】物体検知機能を有する無線通信システム、物体検知方法および基地局装置

(51)【国際特許分類】

   H04B 17/00 20150101AFI20241022BHJP

   H04W 24/10 20090101ALI20241022BHJP

   H04W 72/542 20230101ALI20241022BHJP

   H04W 84/12 20090101ALI20241022BHJP

【ＦＩ】

H04B17/00 Z

H04W24/10

H04W72/542

H04W84/12

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022550315

(86)(22)【出願日】2020-09-18

(86)【国際出願番号】 JP2020035581

(87)【国際公開番号】W WO2022059198

(87)【国際公開日】2022-03-24

【審査請求日】2023-03-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大槻 信也

(72)【発明者】

【氏名】村上 友規

(72)【発明者】

【氏名】小川 智明

【審査官】後澤 瑞征

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２２２２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／２０７０４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００５－０３９５５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】Masahiko Miyazaki et al.，Initial Attempt on Outdoor Human Detection using IEEE 802.11ac WLAN Signal，2019 IEEE Sensors Applications Symposium (SAS) [online]，2019年，[２０２４年４月２３日検索], インターネット<URL：https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8706126>，<DOI: 10.1109/SAS.2019.8706126>

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １７／００

Ｈ０４Ｗ ２４／１０

Ｈ０４Ｗ ７２／５４２

Ｈ０４Ｗ ８４／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基地局装置と端末装置とを備え、通信エリア内の物体を検知する無線通信システムにおいて、
前記基地局装置は、
無線通信時に前記端末装置から受信する無線信号に含まれるパイロット信号に基づいて伝搬路の状態を測定するための参照信号を送信するタイミングを制御し、無線センシング時に前記端末装置から受信する伝搬路の状態を示す伝搬状態情報に基づいて通信エリア内の物体の検知を行い、
前記端末装置は、
前記基地局装置から受信する前記参照信号に基づいて測定した前記伝搬状態情報を前記基地局装置に送信し、
前記基地局装置は、
前記端末装置から周期的に受信するパイロット信号の測定値に基づいて、次の周期で受信するパイロット信号の予測値を算出し、
前記予測値と、次の周期で受信したパイロット信号の実測値との差分が予め決められたしきい値以上の場合に前記参照信号を送信する
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項2】

基地局装置と端末装置とを備え、通信エリア内の物体を検知する無線通信システムにおいて、
前記基地局装置は、
無線通信時に前記端末装置から受信する無線信号に含まれるパイロット信号に基づいて伝搬路の状態を測定するための参照信号を送信するタイミングを制御し、無線センシング時に前記端末装置から受信する伝搬路の状態を示す伝搬状態情報に基づいて通信エリア内の物体の検知を行い、
前記端末装置は、
前記基地局装置から受信する前記参照信号に基づいて測定した前記伝搬状態情報を前記基地局装置に送信し、
前記基地局装置および前記端末装置は、複数のサブキャリアを用いるマルチキャリア伝送を行い、
前記基地局装置は、隣接するサブキャリアのパイロット信号の差分を算出し、前記差分に基づいて次の周期で受信する同じ隣接するサブキャリアのパイロット信号の前記差分の予測値を算出し、次の周期で受信した前記差分の実測値と前記予測値との差分が予め決められたしきい値以上の場合に前記参照信号を送信する
ことを特徴とする無線通信システム。

【請求項3】

基地局装置と端末装置とを備える無線通信システムの通信エリア内の物体を検知する物体検知方法であって、
前記基地局装置は、
無線通信時に前記端末装置から受信する無線信号に含まれるパイロット信号に基づいて伝搬路の状態を測定するための参照信号を送信するタイミングを制御し、無線センシング時に前記端末装置から受信する伝搬路の状態を示す伝搬状態情報に基づいて通信エリア内の物体の検知を行い、
前記端末装置は、
前記基地局装置から受信する前記参照信号に基づいて測定した前記伝搬状態情報を前記基地局装置に送信し、
前記基地局装置は、
前記端末装置から周期的に受信するパイロット信号の測定値に基づいて、次の周期で受信するパイロット信号の予測値を算出し、
前記予測値と、次の周期で受信したパイロット信号の実測値との差分が予め決められたしきい値以上の場合に前記参照信号を送信する
ことを特徴とする物体検知方法。

【請求項4】

基地局装置と端末装置とを備える無線通信システムの通信エリア内の物体を検知する物体検知方法であって、
前記基地局装置は、
無線通信時に前記端末装置から受信する無線信号に含まれるパイロット信号に基づいて伝搬路の状態を測定するための参照信号を送信するタイミングを制御し、無線センシング時に前記端末装置から受信する伝搬路の状態を示す伝搬状態情報に基づいて通信エリア内の物体の検知を行い、
前記端末装置は、
前記基地局装置から受信する前記参照信号に基づいて測定した前記伝搬状態情報を前記基地局装置に送信し、
前記基地局装置および前記端末装置は、複数のサブキャリアを用いるマルチキャリア伝送を行い、
前記基地局装置は、隣接するサブキャリアのパイロット信号の差分を算出し、前記差分に基づいて次の周期で受信する同じ隣接するサブキャリアのパイロット信号の前記差分の予測値を算出し、次の周期で受信した前記差分の実測値と前記予測値との差分が予め決められたしきい値以上の場合に前記参照信号を送信する
ことを特徴とする物体検知方法。

【請求項5】

端末装置と無線通信を行うとともに、通信エリア内の物体を検知する基地局装置において、
無線通信時に前記端末装置から受信する無線信号に含まれるパイロット信号に基づいて伝搬路の状態を測定するための参照信号を送信するタイミングを検出する検出部と、
前記検出部がパイロット信号に基づいて検出した送信タイミングで、伝搬路の状態を測定するための参照信号を送信する送信部と、
前記参照信号により測定された伝搬状態情報を前記端末装置から受信して、前記伝搬状態情報に基づいて通信エリア内の物体を検知する物体検知部と
を有し、
前記検出部は、
前記端末装置から周期的に受信するパイロット信号の測定値に基づいて、次の周期で受信するパイロット信号の予測値を算出する予測部と、
前記予測値と次の周期で受信したパイロット信号の実測値との差分が予め決められたしきい値以上の場合に、前記参照信号の送信タイミングとして検出する比較部と
を有することを特徴とする基地局装置。

【請求項6】

端末装置と無線通信を行うとともに、通信エリア内の物体を検知する基地局装置において、
無線通信時に前記端末装置から受信する無線信号に含まれるパイロット信号に基づいて伝搬路の状態を測定するための参照信号を送信するタイミングを検出する検出部と、
前記検出部がパイロット信号に基づいて検出した送信タイミングで、伝搬路の状態を測定するための参照信号を送信する送信部と、
前記参照信号により測定された伝搬状態情報を前記端末装置から受信して、前記伝搬状態情報に基づいて通信エリア内の物体を検知する物体検知部と
を有し、
前記検出部は、隣接するサブキャリアのパイロット信号の差分を算出し、前記差分に基づいて次の周期で受信する同じ隣接するサブキャリアのパイロット信号の前記差分の予測値を算出し、次の周期で受信した前記差分の実測値と前記予測値との差分が予め決められたしきい値以上の場合に、前記参照信号の送信タイミングとして検出する
ことを特徴とする基地局装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線信号の伝搬状態情報に基づいて通信エリア内の物体を検知する機能を有する無線通信システムにおいて、伝搬状態情報を測定するための参照信号の送信タイミングを制御する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、無線ＬＡＮ（Local Area Network）システムにおいて、通信エリア内の物体を検知する方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。この方法では、基地局装置に相当するＡＰ（Access Point）から端末装置に相当するＳＴＡ（STAtion）に対して、伝搬路の状態を測定するための参照信号としてＶＨＴ ＮＤＰ（Very High Throughput Null Data Packet）が送信される。ＳＴＡは、ＶＨＴ ＮＤＰからＡＰの複数のアンテナとＳＴＡとの間の伝搬路の状態を示すＣＳＩ（Channel State Information）を計算し、その結果をＶＨＴ Ｃｏｍｐｒｅｓｓ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ ＲｅｐｏｒｔによりＡＰに送信する。そして、ＡＰは、ＣＳＩに基づいて通信エリア内の物体を検知する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】“DNN-based Outdoor NLOS Human Detection Using IEEE 802.11ac WLAN Signal” IEEE SENSORS, 2019

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

非特許文献１の方法では、一定の間隔で周期的にＶＨＴ ＮＤＰおよび ＶＨＴ Ｃｏｍｐｒｅｓｓ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｒｅｐｏｒｔが送受信され、ＶＨＴ Ｃｏｍｐｒｅｓｓ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ｒｅｐｏｒｔに格納されているＣＳＩに基づいて物体の検知が行われる。このため、物体の検知タイミングは、これらの信号の送受信時に限定される。ここで、これらの信号の周期を短くすると、これらの信号が占める通信時間の割合が全体の通信時間に対して大きくなり、無線ＬＡＮ通信のスループットが低下する。

【0005】

このように、物体検知の間隔を短縮するためには、伝搬路の状態を測定するための参照信号を頻繁に送信する必要があるが、参照信号は通信時間全体に対する時間占有率が高く、通常のトラヒックを圧迫するという課題がある。

【0006】

本発明は、基地局装置と端末装置とを備える無線通信システムの通信エリア内の物体を検知する場合に、無線通信のスループットが低下することなく、伝搬路の状態を測定するための参照信号を適切なタイミングで送信することができる物体検知機能を有する無線通信システム、物体検知方法および基地局装置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】

【0007】

本発明は、基地局装置と端末装置とを備え、通信エリア内の物体を検知する無線通信システムにおいて、前記基地局装置は、無線通信時に前記端末装置から受信する無線信号に含まれるパイロット信号に基づいて伝搬路の状態を測定するための参照信号を送信するタイミングを制御し、無線センシング時に前記端末装置から受信する伝搬路の状態を示す伝搬状態情報に基づいて通信エリア内の物体の検知を行い、前記端末装置は、前記基地局装置から受信する前記参照信号に基づいて測定した前記伝搬状態情報を前記基地局装置に送信することを特徴とする。

【0008】

また、本発明は、基地局装置と端末装置とを備える無線通信システムの通信エリア内の物体を検知する物体検知方法であって、前記基地局装置は、無線通信時に前記端末装置から受信する無線信号に含まれるパイロット信号に基づいて伝搬路の状態を測定するための参照信号を送信するタイミングを制御し、無線センシング時に前記端末装置から受信する伝搬路の状態を示す伝搬状態情報に基づいて通信エリア内の物体の検知を行い、前記端末装置は、前記基地局装置から受信する前記参照信号に基づいて測定した前記伝搬状態情報を前記基地局装置に送信することを特徴とする。

【0009】

また、本発明は、端末装置と無線通信を行うとともに、通信エリア内の物体を検知する基地局装置において、無線通信時に前記端末装置から受信する無線信号に含まれるパイロット信号に基づいて伝搬路の状態を測定するための参照信号を送信するタイミングを検出する検出部と、前記検出部がパイロット信号に基づいて検出した送信タイミングで、伝搬路の状態を測定するための参照信号を送信する送信部と、前記参照信号により測定された伝搬状態情報を前記端末装置から受信して、前記伝搬状態情報に基づいて通信エリア内の物体を検知する物体検知部とを有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る物体検知機能を有する無線通信システム、物体検知方法および基地局装置は、基地局装置と端末装置とを備える無線通信システムの通信エリア内の物体を検知する場合に、無線通信のスループットが低下することなく、伝搬路の状態を測定するための参照信号を適切なタイミングで送信することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係る無線ＬＡＮシステムの一例を示す図である。

【図2】参照信号のシーケンス例を示す図である。

【図3】ＡＰから送信されるＶＨＴ ＮＤＰの一例を示す図である。

【図4】ＡＰの構成例を示す図である。

【図5】ＳＴＡの構成例を示す図である。

【図6】パイロット信号の一例を示す図である。

【図7】パイロット信号の予測値と実測値の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して本発明に係る物体検知機能を有する無線通信システム、物体検知方法および基地局装置の実施形態について説明する。

【0013】

ここで、実施形態では、無線通信システムが無線ＬＡＮシステムである場合について説明するが、例えば基地局装置と端末装置の少なくとも２台の無線装置を有するシステムであれば同様に適用可能である。

【0014】

図１は、実施形態に係る無線ＬＡＮシステム１００の一例を示す。無線ＬＡＮシステム１００は、無線ＬＡＮ規格の８０２．１１ａｃに対応し、基地局装置に相当するＡＰ１０１と、端末装置に相当するＳＴＡ１０２とを有する。ここで、本実施形態に係る無線ＬＡＮシステム１００では、ＡＰ１０１とＳＴＡ１０２との間で通常の無線信号を送受信する無線通信と、通信エリア内の物体１０３を検知する無線センシングとを行う。

【0015】

無線通信時には、ＡＰ１０１とＳＴＡ１０２との間でパイロット信号を含むデータ信号を送受信する。

【0016】

無線センシング時には、ＡＰ１０１は、ＳＴＡ１０２との間の伝搬路の状態を測定し、伝搬路の状態に基づいて通信エリア内の物体１０３を検知する。例えばＡＰ１０１は、複数のアンテナ１０４の各々とＳＴＡ１０２との間の伝搬路の状態を測定し、各アンテナ１０４の伝搬路の状態の変化から通信エリア内の物体１０３を検知する。

【0017】

なお、物体１０３の検知は、ＳＴＡ１０２が行ってもよいし、ＡＰ１０１およびＳＴＡ１０２とは別に物体検知装置を設けてもよい。この場合、物体検知装置は、ＡＰ１０１またはＳＴＡ１０２から伝搬路の状態を示す伝搬状態情報（ＣＳＩと称する）を取得して、ＣＳＩに基づいて通信エリア内の物体１０３を検知する。以降の実施形態では、ＡＰ１０１が通信エリア内の物体１０３を検知するための無線センシングの機能を有する場合について説明する。

【0018】

図１において、ＡＰ１０１は、４つのアンテナ１０４（１）、アンテナ１０４（２）、アンテナ１０４（３）およびアンテナ１０４（４）を有する。なお、実施形態の説明において、アンテナ１０４（１）からアンテナ１０４（４）に共通する場合は符号末尾の（番号）を省略してアンテナ１０４と記載する。そして、特定のアンテナ１０４を指す場合は、符号末尾に（番号）を付加して、アンテナ１０４（１）のように記載する。

【0019】

また、図１に示すＡＰ１０１は、４つのアンテナ１０４を有するが、ＳＴＡ１０２と各アンテナ１０４との間のそれぞれの伝搬路の状態を測定可能な２以上のアンテナ１０４が有ればよい。

【0020】

なお、実施形態では、ＳＴＡ１０２は１本のアンテナを備えるものとするが、複数のアンテナを備えていてもよい。また、図１では、ＳＴＡ１０２が１台の例を示したが、ＡＰ１０１と複数のＳＴＡ１０２との間でＭＵ－ＭＩＭＯ（Multi User Multiple Input Multiple Output）伝送を行う場合でも本実施形態の適用が可能である。

【0021】

図１において、ＡＰ１０１は、ＣＳＩを測定するための参照信号として、ＶＨＴ ＮＤＰ（Very High Throughput Null Data Packet）をＳＴＡ１０２に送信する。ＳＴＡ１０２は、ＶＨＴ ＮＤＰに基づいて、ＡＰ１０１の４つのアンテナ１０４のそれぞれの伝搬路の状態を表すＣＳＩを測定する。そして、ＳＴＡ１０２は、無線ＬＡＮ規格に基づいて圧縮したＣＳＩをＶＨＴ Ｃｏｍｐｒｅｓｓ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ ＲｅｐｏｒｔによりＡＰ１０１に送信する。ＡＰ１０１は、ＳＴＡ１０２から受信するＣＳＩの変化に基づいて、通信エリア内の物体を検知する。

【0022】

ここで、ＶＨＴ ＮＤＰは、無線ＬＡＮ規格により予め決められた周期で送信されており、ＶＨＴ ＮＤＰが送信されるごとにＣＳＩが測定されるので、物体検知の間隔はＶＨＴ ＮＤＰの送信間隔に依存する。つまり、物体検知の間隔を短縮するためには、ＣＳＩ測定用のＶＨＴ ＮＤＰを頻繁に送信する必要がある。しかし、ＶＨＴ ＮＤＰの送信頻度が高くなると、通信トラフィックに対する時間占有率が高くなり、通常のトラヒックを圧迫するという問題がある。

【0023】

そこで、実施形態では、予め決められた比較的長い間隔で周期的に送信されるＶＨＴ ＮＤＰだけでなく、通常の無線通信時のトラヒックで使用されているパイロット信号を利用する。パイロット信号は、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）などの復調のためにＶＨＴ ＮＤＰよりも短い間隔で周期的に送信される既知信号である。実施形態に係るＡＰ１０１は、ＳＴＡ１０２から受信するパイロット信号が変化した場合に物体が通信エリアに侵入した可能性が高いと判断して、そのタイミングでＶＨＴ ＮＤＰを送信する。これにより、物体検知の間隔が短縮されるとともに、ＶＨＴ ＮＤＰの送信が通常のトラヒックを圧迫しないようにすることができる。

【0024】

なお、実施形態では、比較的長い間隔で周期的に送信されるＶＨＴ ＮＤＰに加えて、パイロット信号が変化した場合にＶＨＴ ＮＤＰを送信する場合について説明するが、ＶＨＴ ＮＤＰを周期的に送信せずに、パイロット信号が変化した場合のみにＶＨＴ ＮＤＰを送信するようにしてもよい。

【0025】

このように、実施形態に係る無線ＬＡＮシステム１００は、ＡＰ１０１とＳＴＡ１０２との間の通信エリア内の物体を検知する場合に、パイロット信号を利用して伝搬路の状態を測定するためのＶＨＴ ＮＤＰの送信タイミングを制御する。これにより、無線通信のスループットが低下することなく、効率よく物体の検知を行うことができる。

【0026】

図２は、参照信号のシーケンス例を示す。ここで、本実施形態に係る無線ＬＡＮシステム１００は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ規格の無線ＬＡＮを想定し、４つのアンテナ１０４を有するＡＰ１０１と１つのアンテナを有するＳＴＡ１０２で構成される。ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ規格では、伝搬路の状態を測定するための参照信号（ＲＳ）として、ＶＨＴ ＮＤＰが用いられる。

【0027】

図２において、ＡＰ１０１は、ＣＳＩを取得するためのサウンディングプロトコルの開始信号として、ＶＨＴ ＮＤＰ Ａｎｎｏｕｎｃｅｍｅｎｔフレームをブロードキャストする。その直後に、ＡＰ１０１は、ＣＳＩを測定するためのデータを含むＶＨＴ ＮＤＰを宛先のＳＴＡ１０２に送信する。

【0028】

ここで、ＶＨＴはＶｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔの略であり、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃ規格では超高速通信を行うためのＶＨＴフレームが基本である。また、ＮＤＰはＮｕｌｌ Ｄａｔａ Ｐａｃｋｅｔの略であり、ＶＨＴ ＮＤＰは通信用データを含まないフレームである。ＶＨＴ ＮＤＰ Ａｎｎｏｕｎｃｅｍｅｎｔフレームは、ＡＰ１０１と宛先のＳＴＡ１０２のアドレスを含み、ＶＨＴ ＮＤＰの送信をＳＴＡ１０２に事前通知するためのフレームである。なお、ＶＨＴ ＮＤＰ Ａｎｎｏｕｎｃｅｍｅｎｔフレームは、特定の１以上のアンテナから送信され、２以上のアンテナから送信する場合もすべて同じデータの信号が各アンテナから送信される。

【0029】

図２において、ＡＰ１０１からＶＨＴ ＮＤＰを受信したＳＴＡ１０２は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃで規定された手法により圧縮されたＣＳＩの値を導出する。ＳＴＡ１０２は、導出した圧縮されたＣＳＩをＶＨＴ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ Ｒｅｐｏｒｔに格納して送信する。ここで、ＳＴＡ１０２は、ＡＰ１０１のアンテナ１０４ごとにＣＳＩが得られるが、アンテナ数が多くなるとＡＰ１０１にフィードバックするＣＳＩの情報量が多くなる。このため、すべてのＣＳＩから予め決められた条件により選択されたＣＳＩ（圧縮されたＣＳＩ）がＡＰ１０１にフィードバックされる。

【0030】

ＡＰ１０１は、ＳＴＡ１０２からフィードバックされる圧縮されたＣＳＩに基づいて、各アンテナ１０４とＳＴＡ１０２との間の伝搬路の状態を取得し、伝搬路の状態の変化から通信エリア内の物体１０３を検知することができる。なお、物体の検知をＡＰ１０１ではなくＳＴＡ１０２側で行う場合はＳＴＡ１０２の内部に保持しているＣＳＩを用いる。

【0031】

図３は、図１に示すＡＰ１０１から送信されるＶＨＴ ＮＤＰの一例を示す。図３において、ＶＨＴ ＮＤＰは、ヘッダ１５１（フレーム種別などを格納）、データ１５２およびテイラ１５６（誤り検出などを格納）により構成される。ヘッダ１５１およびテイラ１５６は、アンテナ１０４（１）から送信されるが、データ１５２は各アンテナ１０４から時分割でそれぞれ送信される伝搬路の状態を測定するための測定用信号である。図３の例では、アンテナ１０４（１）からデータ１５２（１）、アンテナ１０４（２）からデータ１５２（２）、アンテナ１０４（３）からデータ１５２（３）およびアンテナ１０４（４）からデータ１５２（４）が時分割でそれぞれ送信される。各アンテナ１０４から送信されたデータ１５２（１）、データ１５２（２）、データ１５２（３）およびデータ１５２（４）は、ＳＴＡ１０２において、１つのＶＨＴ ＮＤＰとして受信される。

【0032】

ここで、ＶＨＴ ＮＤＰは、無線センシング時における参照信号に相当する。ＡＰ１０１は、通信エリア内の物体を検知するためにＶＨＴ ＮＤＰを送信し、ＳＴＡ１０２は、受信する各アンテナ１０４のデータ１５２に基づいてアンテナ１０４ごとのＣＳＩを算出する。そして、ＳＴＡ１０２は、算出したアンテナ１０４ごとのＣＳＩをＡＰ１０１に送信し、ＡＰ１０１は、ＳＴＡ１０２から受信するアンテナ１０４ごとのＣＳＩに基づいて通信エリア内の物体を検知する。

【0033】

このように、ＶＨＴ ＮＤＰのデータ１５２は、ＡＰ１０１の４つのアンテナ１０４からそれぞれ個別に送信されるので、ＳＴＡ１０２は、アンテナ１０４ごとのＣＳＩを取得することができる。なお、ＳＴＡ１０２は、算出したＣＳＩを無線ＬＡＮ規格で決められた方法で圧縮し、圧縮されたＣＳＩをＶＨＴ Ｃｏｍｐｒｅｓｓ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ ＲｅｐｏｒｔとしてＡＰ１０１に返信する。

【0034】

図４は、ＡＰ１０１の構成例を示す。図４において、ＡＰ１０１は、変調部２０１、送信部２０２、サーキュレータ２０３、アンテナ２０４、受信部２０５、ＰＳ抽出部２０６、復調部２０７、送信タイミング検出部２０８、ＲＳ送信指示部２０９および物体検知部２１０を有する。

【0035】

変調部２０１は、送信データを無線ＬＡＮ規格で決められた変調方式によりベースバンド信号に変調して、送信部２０２に出力する。また、変調部２０１は、後述のＲＳ送信指示部２０９により、予め決められた参照信号の送信が指示された場合に、予め決められた参照信号を変調する。変調された参照信号は、送信部２０２に出力され、サーキュレータ２０３およびアンテナ２０４を介してＳＴＡ１０２に送信される。ここで、変調部２０１は、複数のアンテナ２０４のそれぞれに対応する複数チャネルの信号を出力する。

【0036】

送信部２０２は、変調部２０１から出力されるベースバンド信号を高周波信号に変換し、サーキュレータ２０３を介してアンテナ１０４からＳＴＡ１０２に送信される。ここで、送信部２０２は、変調部２０１から入力する複数チャネルの信号を複数のアンテナ２０４のそれぞれからＳＴＡ１０２に送信する。

【0037】

サーキュレータ２０３は、アンテナ２０４を送信および受信で共用するための装置である。サーキュレータ２０３は、送信部２０２から入力する送信信号をアンテナ１０４へ出力し、アンテナ１０４から入力する受信信号を受信部２０５へ出力する。

【0038】

アンテナ２０４は、２以上の複数のアンテナからなり、例えば、図１に示すアンテナ１０４（１）からアンテナ１０４（４）を有する。ＡＰ１０１は、アンテナ２０４とＳＴＡ１０２との間で、データ信号、パイロット信号および参照信号などの無線信号を送受信する。

【0039】

受信部２０５は、サーキュレータ２０３を介してアンテナ２０４の複数のアンテナ１０４から入力する複数チャネルのそれぞれの受信信号をベースバンド信号に変換し、ＰＳ抽出部２０６および復調部２０７に出力する。

【0040】

ＰＳ抽出部２０６は、受信部２０５が出力する複数チャネルのそれぞれの受信信号からパイロット信号を抽出し、復調部２０７および送信タイミング検出部２０８に出力する。

【0041】

復調部２０７は、ＰＳ抽出部２０６から出力されるパイロット信号に基づいてデータ信号を復調するための同期確立などの処理を行い、受信部２０５が出力する複数チャネルの受信信号から受信データを復調する。なお、実施形態では、送信データおよび受信データなどのユーザデータを処理するアプリケーションについての説明は省略する。

【0042】

送信タイミング検出部２０８は、後述するＰＳ予測部２２１およびＰＳ比較部２２２を有し、ＰＳ抽出部２０６から出力されるパイロット信号に基づいて、ＳＴＡ１０２が伝搬路の状態を測定するための参照信号の送信タイミングを検出する処理を行う。そして、送信タイミング検出部２０８は、参照信号の送信タイミングを示すトリガをＲＳ送信指示部２０９に出力する。なお、ＰＳ予測部２２１およびＰＳ比較部２２２については、後で詳しく説明する。

【0043】

ＲＳ送信指示部２０９は、送信タイミング検出部２０８から出力される参照信号の送信タイミングを示すトリガに基づいて、予め決められた参照信号の送信を変調部２０１に指示する。

【0044】

物体検知部２１０は、復調部２０７が復調した伝搬路の状態を示すＣＳＩに基づいて、通信エリア内の物体を検知する処理を行い、検知結果を出力する。ここで、伝搬路の状態に基づく物体検知の方法は周知技術なので、詳細な説明を省略するが、例えばＡＰ１０１の４つのアンテナ１０４とＳＴＡ１０２との間の各チャネルの伝搬路の状態の時間的な変化や相関を計算することによって、物体の有無、位置および移動方向などを検知することができる。例えば図１において、物体１０３がアンテナ１０４（４）からアンテナ１０４（１）の方向に移動している場合、物体１０３により生じる伝搬路の状態の変動はアンテナ１０４（４）からアンテナ１０４（１）の方向に時間順に移動する。このようにして、物体検知部２１０は、通信エリア内の物体１０３を検知することができる。なお、実施形態では、検知結果を使用するアプリケーションについての説明は省略する。

【0045】

次に、送信タイミング検出部２０８のＰＳ予測部２２１およびＰＳ比較部２２２について詳しく説明する。

【0046】

ＰＳ予測部２２１は、ＰＳ抽出部２０６から出力されるパイロット信号に関する情報（位相、振幅、受信電力など）をメモリなどに蓄積しておき、過去の履歴に基づいて、次の周期で受信するパイロット信号を予測する処理を行う。例えばメモリなどに蓄積された過去のパイロット信号の位相に基づいて、線形補間や非線形補間など周知の技術で外挿することにより、次の周期で受信するパイロット信号の位相を予測する。ここで、ＰＳ予測部２２１の処理は、複数チャネルのチャネルごとに行われる。

【0047】

ＰＳ比較部２２２は、ＰＳ予測部２２１により予測された次の周期で受信予定のパイロット信号の予測値と、次の周期で実際に受信されたパイロット信号の実測値とを比較して、予め決められた条件を満たすか否かを判別する。そして、ＰＳ比較部２２２は、比較結果が予め決められた条件を満たす場合、ＲＳ送信指示部２０９に参照信号の送信タイミングを示すトリガを出力する。ここで、ＰＳ比較部２２２は、例えばパイロット信号の位相、振幅または受信電力などの予測値と実測値との差分を計算し、差分が予め決められたしきい値以上である場合に物体１０３が通信エリアに侵入した可能性が高いと判断する。逆に言えば、ＰＳ比較部２２２は、パイロット信号の予測値と実測値との差分が予め決められたしきい値未満である場合、物体１０３の通信エリアへの侵入の可能性が低いと判断する。

【0048】

そして、ＰＳ比較部２２２は、差分がしきい値以上である場合に、ＲＳ送信指示部２０９に参照信号を送信するタイミングを示すトリガを出力する。ここで、ＰＳ比較部２２２の処理は、複数チャネルのチャネルごとに行われるので、複数チャネルの少なくとも一つのチャネルでの差分がしきい値以上の場合に、ＲＳ送信指示部２０９に参照信号を送信するタイミングを示すトリガを出力する。あるいは、隣接するチャネルでの差分がしきい値以上の場合に、ＲＳ送信指示部２０９に参照信号を送信するタイミングを示すトリガを出力するようにしてもよい。さらに、一つのチャネルまたは隣接するチャネルにおいて、複数の周期で連続して差分がしきい値以上の場合に、ＲＳ送信指示部２０９に参照信号を送信するタイミングを示すトリガを出力するようにしてもよい。

【0049】

そして、ＲＳ送信指示部２０９は、図２および図３で説明したように、送信タイミング検出部２０８により検出された参照信号の送信タイミングをトリガとして、予め決められた参照信号を送信するように変調部２０１に指示する。

【0050】

このようにして、実施形態に係る物体検知機能を有するＡＰ１０１は、一定間隔で送信される参照信号により伝搬路の状態を測定して物体検出を行う従来の方法に加えて、参照信号よりも短い間隔で送受信されているパイロット信号を用いる。これにより、伝搬路の状態を測定するための参照信号の送信間隔を従来通りに維持したままで、物体検出の検知間隔の短縮と、物体検出のための参照信号の通信時間全体に対する時間占有率の削減とが実現可能である。

【0051】

図５は、ＳＴＡ１０２の構成例を示す。図５において、ＳＴＡ１０２は、変調部３０１、送信部３０２、サーキュレータ３０３、アンテナ３０４、受信部３０５、復調部３０６、参照信号抽出部３０７およびＣＳＩ測定部３０８を有する。なお、ＳＴＡ１０２側で物体１０３の検知処理を行う場合は、図５に示すように、物体検知部３０９を設けてもよい。

【0052】

変調部３０１は、送信データを無線ＬＡＮ規格で決められた変調方式によりベースバンド信号に変調して、送信部３０２に出力する。また、変調部３０１は、後述のＣＳＩ測定部３０８により測定されたＡＰ１０１のアンテナ１０４ごとのＣＳＩをＶＨＴ Ｃｏｍｐｒｅｓｓ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ Ｒｅｐｏｒｔフレームのベースバンド信号に変調して送信部３０２に出力し、サーキュレータ３０３およびアンテナ３０４を介してＡＰ１０１に送信される。

【0053】

送信部３０２は、変調部３０１から出力されるベースバンド信号を高周波信号に変換し、サーキュレータ３０３を介してアンテナ３０４からＡＰ１０１に無線信号が送信される。

【0054】

サーキュレータ３０３は、アンテナ３０４を送受信で共用するための装置である。送信部３０２から入力する送信信号をアンテナ３０４に出力し、アンテナ３０４から入力する受信信号を受信部３０５に出力する。

【0055】

アンテナ３０４は、ＡＰ１０１との間で無線信号を送受信する。なお、実施形態では、アンテナ３０４は１つのアンテナとするが、複数のアンテナで構成されてもよい。

【0056】

受信部３０５は、サーキュレータ３０３を介してアンテナ３０４から入力する受信信号をベースバンド信号に変換し、復調部３０６および参照信号抽出部３０７に出力する。

【0057】

復調部３０６は、受信部３０５が出力する受信信号から受信データを復調する。なお、実施形態では、送信データおよび受信データなどのユーザデータを処理するアプリケーションについての説明は省略する。

【0058】

参照信号抽出部３０７は、受信部３０５が出力する受信信号から参照信号を抽出し、ＣＳＩ測定部３０８に参照信号を出力する。ここで、実施形態では、参照信号はＶＨＴ ＮＤＰフレームに対応する。なお、図３で説明したように、ＶＨＴ ＮＤＰフレームの中のＣＳＩ測定用のデータ１５２は、ＡＰ１０１のアンテナ１０４ごとの受信信号からそれぞれ抽出される。

【0059】

ＣＳＩ測定部３０８は、参照信号抽出部３０７から出力されるＡＰ１０１のアンテナ１０４ごとＣＳＩ測定用のデータ１５２に基づいて、アンテナ１０４ごとのＣＳＩを測定する。そして、ＣＳＩ測定部３０８は、測定したＡＰ１０１のアンテナ１０４ごとのＣＳＩを変調部３０１に出力し、ＶＨＴ Ｃｏｍｐｒｅｓｓ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ Ｒｅｐｏｒｔフレームに格納してＡＰ１０１に送信される。

【0060】

なお、ＳＴＡ１０２側で物体１０３の検知を行う場合、ＳＴＡ１０２は物体検知部３０９を有する。この場合、物体検知部３０９は、ＣＳＩ測定部３０８が測定したＣＳＩに基づいて、通信エリア内の物体を検知し、検知結果を出力する。ここで、伝搬路の状態に基づく物体検知の方法は周知技術が用いられるが、図４の物体検知部２１０で説明したように、例えばＡＰ１０１の４つのアンテナ１０４とＳＴＡ１０２との間の各伝搬路の状態の時間的な変化や相関を計算することによって、物体の有無や移動方向などの検知が可能である。なお、実施形態では、検知結果を使用するアプリケーションについての説明は省略する。

【0061】

ここで、ＳＴＡ１０２で物体検知を行う場合においても、ＡＰ１０１は、参照信号よりも短い間隔で送受信されているパイロット信号の変化を検出して、参照信号を送信する。これにより、物体検出の検知間隔の短縮と、物体検出のための参照信号の通信時間全体に対する時間占有率の削減とが実現可能である。

【0062】

図６は、パイロット信号の一例を示す。図６において、横軸は時間、縦軸は周波数をそれぞれ示す。また、図６は、周波数が異なる複数のサブキャリアの信号を有するマルチキャリア伝送の一つであるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）伝送の例を示している。

【0063】

図６の例では、時間Ｔ１に送信されるマルチキャリア信号は、パイロット信号４０１（１）、データ信号４０２（１）、・・・、データ信号４０２（２）、パイロット信号４０１（２）、データ信号４０２（３）、・・・、データ信号４０２（４）、パイロット信号４０１（３）、データ信号４０２（５）、・・・、データ信号４０２（６）、パイロット信号４０１（４）で構成されている。なお、図６において、パイロット信号４０１以外の制御信号についての記載は省略する。ここで、特定の信号を示す場合のみ符号末尾に（番号）を付加して、例えばパイロット信号４０１（１）と記載し、共通する場合は符号末尾の（番号）を省略して、例えばパイロット信号４０１と記載する。

【0064】

図６において、パイロット信号４０１は、通常のデータ信号４０２のサブキャリアの中に離散的に配置された特定の周波数のサブキャリアで時間的に連続して送信されている。また、パイロット信号４０１は、無線信号の復調（ＱＡＭなどの復調）に必要なことから、すべての無線フレームに存在する。

【0065】

これに対して、無線ＬＡＮ規格では、伝搬路の状態を測定するためのＶＨＴ ＮＤＰフレームは、パイロット信号４０１よりも長い周期で送信される。例えば時間Ｔ１で通常のデータ信号４０２の位置でＶＨＴ ＮＤＰフレームが送信されたとしても、次の時間Ｔ２では送信されない。このため、図３で説明したＣＳＩ測定用のＶＨＴ ＮＤＰフレームが送信される間隔が長くなり、ＣＳＩに基づいて物体を検知する処理の間隔も長くなってしまう。

【0066】

そこで、実施形態に係る物体検知方法では、ＶＨＴ ＮＤＰフレームよりも短い間隔で送受信されているパイロット信号４０１を利用する。例えばパイロット信号４０１の変化が大きい場合は、何らかの物体が通信エリアへ侵入した可能性が高いと考えることができるので、このタイミングで物体の検知処理を行うのが望ましい。そこで、実施形態では、周期的に送信される通常のＶＨＴ ＮＤＰフレームに加えて、パイロット信号４０１の変化が予め決められた大きさ以上の場合に、ＡＰ１０１がＶＨＴ ＮＤＰフレームを送信する。これにより、不要なＶＨＴ ＮＤＰフレームの送信を無くすことができる。

【0067】

なお、無線センシング時において、周期的に送信される通常のＶＨＴ ＮＤＰフレームを送信せずに、パイロット信号４０１の変化が予め決められた値以上の場合のみに、ＶＨＴ ＮＤＰフレームを送信するようにしてもよい。この場合、ＶＨＴ ＮＤＰフレームが長時間に亘って送信されない状態になるのを回避するために、パイロット信号４０１の変化が予め決められた一定期間において検出されなかった場合にＶＨＴ ＮＤＰフレームを送信するようにしてもよい。なお、パイロット信号４０１の変化を検出する方法については、後述の図７で説明する。

【0068】

このようにして、本実施形態に係る物体検出方法では、パイロット信号４０１に基づいてＶＨＴ ＮＤＰフレームの送信タイミングを制御することにより、物体検出の検知間隔の短縮と、物体検出のためのＶＨＴ ＮＤＰフレームの通信時間全体に対する時間占有率の削減とが実現される。

【0069】

なお、パイロット信号がサブキャリア毎に存在する場合、サブキャリア毎の差分の絶対値もしくは二乗した値の総和が予め決められたしきい値以上になった場合に、ＶＨＴ ＮＤＰフレームを送信するようにしてもよい。

【0070】

あるいは、差分がある予め決められたしきい値以上になったか否かをサブキャリア毎に判定し、差分がしきい値以上になったサブキャリア数の割合が予め決められたしきい値以上になった場合に、ＶＨＴ ＮＤＰフレームを送信するようにしてもよい。

【0071】

また、図６に示すように、時間的に連続してパイロット信号が送信される場合、ある時間のパイロット信号を抽出して、差分の計算を行ってもよい。あるいは、予め決められた一定の時間幅（一定の期間）の中に含まれる複数のパイロット信号をすべて用いて、差分の計算を行ってもよい。

【0072】

さらに、パイロット信号をそのまま用いるのではなく、隣接するサブキャリアのパイロット信号の差分を算出し、算出した差分に基づいて次の周期で受信する同じ隣接するサブキャリアのパイロット信号の差分の予測値を算出してもよい。そして、次の周期で受信した同じ隣接するサブキャリアのパイロット信号の差分の実測値と前の周期で算出した予測値との差分が予め決められたしきい値以上の場合に、ＶＨＴ ＮＤＰフレームを送信するようにしてもよい。このように、隣接するサブキャリアのパイロット信号の差分を用いることにより、位相雑音等、無線ＬＡＮ信号全体にかかる雑音の影響の除去が可能になる。

【0073】

図７は、パイロット信号の予測値と実測値の一例を示す。図７において、縦軸はパイロット信号（ＰＳ）の位相、横軸は時間をそれぞれ示す。なお、図７の例では、パイロット信号の位相を用いるが、振幅や受信電力など他の情報を用いてもよい。また、ここで説明する処理は、図４で説明した送信タイミング検出部２０８のＰＳ予測部２２１およびＰＳ比較部２２２により実行される。

【0074】

図７において、ＰＳ予測部２２１は、過去に受信したパイロット信号の測定値の履歴に基づいて、次に受信する予定のパイロット信号の予測値を算出する。例えば図７において、現在の時間がＴ２の場合、時間Ｔ１におけるパイロット信号の位相の測定値と、時間Ｔ２におけるパイロット信号の位相の測定値とに基づいて、将来の時間Ｔ３におけるパイロット信号の位相の予測値を算出する。なお、予測値は、線形補間や非線形補間など周知の技術で外挿することにより算出される。

【0075】

そして、現在の時間がＴ３になったとき、ＰＳ比較部２２２は、時間Ｔ３で受信したパイロット信号の位相の実測値と時間Ｔ２で算出した予測値とを比較する。

【0076】

ここで、図７において、時間Ｔ３における実測値が実測値ａであった場合と実測値ｂであった場合、実測値ａと予測値との差分ａは、実測値ｂと予測値との差分ｂよりも小さい。つまり、実測値ａの場合は、実測値ｂの場合に比べて、通信エリアに物体が侵入した可能性が低いと判断できる。逆に、実測値ｂの場合は、実測値ａの場合に比べて、通信エリアに物体が侵入した可能性が高いと判断できる。

【0077】

そこで、ＰＳ比較部２２２は、実測値と予測値との差分がしきい値未満の場合、通信エリアに物体が侵入した可能性が低いと判断して、ＲＳ送信指示部２０９に参照信号の送信を指示しない。逆に、ＰＳ比較部２２２は、実測値と予測値との差分がしきい値以上の場合、通信エリアに物体が侵入した可能性が高いと判断して、ＲＳ送信指示部２０９に参照信号の送信を指示する。

【0078】

このように、本実施形態に係る物体検出方法では、参照信号よりも短い間隔で送受信されているパイロット信号の変化を検出して、参照信号を送信する。これにより、物体検出の検知間隔の短縮と、物体検出のための参照信号の通信時間全体に対する時間占有率の削減とが実現可能である。

【0079】

ここで、図４で説明したＡＰ１０１の各ブロックまたは一部のブロックが行う処理に対応するプログラムを汎用のコンピュータもしくはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの集積回路で実行するようにしてもよい。また、プログラムは、記憶媒体に記録して提供されてもよいし、ネットワークを通して提供されてもよい。

【0080】

以上説明したように、本発明に係る物体検知機能を有する無線通信システム、物体検知方法および基地局装置は、基地局装置と端末装置とを備える無線通信システムにおいて通信エリア内の物体を検知する場合に、パイロット信号を利用して参照信号の送信タイミングを制御する。これにより、無線通信のスループットが低下することなく、伝搬路の状態を測定するための参照信号を適切なタイミングで送信することができる。

【符号の説明】

【0081】

１００・・・無線ＬＡＮシステム；１０１・・・ＡＰ；１０２・・・ＳＴＡ；１０３・・・物体；１０４，２０４，３０４・・・アンテナ；２０１，３０１・・・変調部；２０２，３０２・・・送信部；２０３，３０３・・・サーキュレータ；２０５，３０５・・・受信部；２０６・・・ＰＳ抽出部；２０７，３０６・・・復調部；２０８・・・送信タイミング検出部；２０９・・・ＲＳ送信指示部；２１０，３０９・・・物体検知部；３０７・・・参照信号抽出部；３０８・・・ＣＳＩ測定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】