説明

微弱無線通信システム

【課題】 微弱無線の特性を活かしながら高データレートの通信を可能とし、かつ伝送エラーおよび他システムとの衝突確率を低減する。
【解決手段】 送信機と受信器との間で微弱無線規格に基づく無線信号の送受信を行う微弱無線通信システムにおいて、送信機は、所定のデータレートの送信データ信号を短時間の矩形ディジタル信号に変換してアンテナに供給し、短時間の電波パルスとして送信する構成であり、受信機は、受信して復調したアナログ復調信号をデータレートのN倍(Nは2以上の整数)高速なレートのディジタル復調信号に変換し、そのディジタル復調信号のビット列からN個おきのビットをそれぞれ抽出したN個の並列ディジタル復調データ信号に変換し、そのN個の並列ディジタル復調データ信号の中から希望する信号を選択し、受信データ信号として出力する構成である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無線タグなどに利用されている 300MHz帯の微弱無線規格を用いて通信を行う微弱無線通信システムに関する。
【背景技術】
【0002】
図7は、従来の微弱無線通信システムの構成例を示す。図7(1) は送信機の構成例、図7(2) は受信機の構成例を示す。図8は、受信機の各部の信号波形の一例を示す。
【0003】
図7(1) において、送信機は、キャリア信号を出力する発振器51と、キャリア信号を送信データ信号でオンオフ変調する変調回路52と、変調回路52から出力される変調信号を増幅する増幅器53と、増幅された変調信号から不要信号を除去する狭帯域のバンドパスフィルタ54と、不要信号が除去された変調信号を無線信号として送信するアンテナ55により構成される。
【0004】
図7(2) において、受信機は、送信機から送信された無線信号を受信するアンテナ61と、アンテナ61の受信信号を増幅する増幅器62と、増幅された受信信号を中間周波数(IF)に周波数変換する発振器63およびミキサ64と、中間周波数の受信信号Dから不要信号を除去する狭帯域のバンドパスフィルタ65と、不要信号が除去された受信信号D′をオンオフ復調する復調回路66と、復調されたアナログ復調信号Eをディジタル信号に変換し、受信データ信号Hとして出力するディジタル変換回路67により構成される。各信号D,D′,Hの波形の例を図8に示す。中間周波数の受信信号Dに含まれる周波数の異なる雑音はバンドパスフィルタ65で除去される。
【非特許文献1】Microwave and RF Design of Wireless Systems,David M. Pozar, ISBNO-471-32282-2, pp.335-338
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の微弱無線通信システムでは、無線規格により電波強度が非常に小さな値に制限されている。このため、図7に示す従来の送受信機では、ノイズ帯域を狭めてS/N比を確保する狭帯域無線が用いられる。よって、通信可能なデータレートは10kbps 程度以下に制限されていた。
【0006】
ところで、微弱無線の電波強度は1MHz帯域で規定される。この微弱無線規格内でトータルな電波強度を大きくするには、1MHzよりも十分に大きな無線帯域を用いる通信方式が必要となる。また、微弱無線の電波強度は1MHz帯域の最大瞬間電波強度で規定される。このため、1ビット当たりの電波エネルギーを最大にするにはデータレートを1Mbps 以下に制限する必要がある。その理由は、データレートが1Mbps より大きい場合はデータレートに反比例させて1ビットに対応する送信電波エネルギーを下げる必要があり、逆にデータレートが1Mbps 以下であれば1ビットに対応する送信電波エネルギーが一定になるからである。
【0007】
本発明は、微弱無線の特性を活かしながら高データレートの通信を可能とし、かつ伝送エラーおよび他システムとの衝突確率を低減することができる微弱無線通信システム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】
【0008】
本発明は、送信機と受信器との間で微弱無線規格に基づく無線信号の送受信を行う微弱無線通信システムにおいて、送信機は、所定のデータレートの送信データ信号を短時間の矩形ディジタル信号に変換してアンテナに供給し、短時間の電波パルスとして送信する構成であり、受信機は、受信して復調したアナログ復調信号をデータレートのN倍(Nは2以上の整数)高速なレートのディジタル復調信号に変換し、そのディジタル復調信号のビット列からN個おきのビットをそれぞれ抽出したN個の並列ディジタル復調データ信号に変換し、そのN個の並列ディジタル復調データ信号の中から希望する信号を選択し、受信データ信号として出力する構成である。
【0009】
矩形ディジタル信号は、アンテナ帯域の逆数で決定される時間以下の短時間の信号である。また、Nの値は、アンテナ帯域とデータレートの比をN0 としたときに、 0.5N0 <N<2N0 の範囲にある整数とする。また、データレートの値が微弱無線規格の電波強度を規定する帯域幅と等しいかまたは帯域幅より小さいものとする。
【発明の効果】
【0010】
本発明の微弱無線通信システムは、送信データ信号をアンテナ帯域の逆数で決定される時間以下の短時間だけアンテナに供給することで、アンテナ帯域全体を用いた短時間パルスの微弱無線送信を行う。このため、高いデータレートの通信が可能な微弱無線通信システムを実現できる。
【0011】
また、受信側では、受信信号をデータレートのN倍高速なレートでディジタルデータに変換し、N個の並列ディジタル復調データ信号に変換し、そのN個の並列ディジタル復調データ信号の中から希望する信号を受信データ信号として選択することにより、伝送エラーおよび他システムとの衝突確率を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
(本発明の微弱無線通信システムの基本構成)
図1は、本発明の微弱無線通信システムの基本構成を示す。図1(1) は送信機の構成例、図1(2) は受信機の構成例を示す。図2は、送信機および受信機の各部の信号例を示す。なお、図2では送信機と受信機との間の電波伝搬遅延時間、および送受信機内の回路遅延時間は省略している。
【0013】
図1(1) において、送信機は、送信データ信号Aを短時間の矩形ディジタル信号Bに変換する矩形ディジタル信号発生回路11と、矩形ディジタル信号Bにより励振されるアンテナ12により構成される。矩形ディジタル信号発生回路11は、インバータリングなどによるディジタル発振回路とカウンタ回路により構成される。送信データ信号Aが「1」の場合のみディジタル発振回路が動作し、その出力をカウンタ回路が計数して所定数の矩形ディジタル信号Bが発生するとディジタル発振回路の動作を停止させる。これにより、短時間の矩形ディジタル信号Bがアンテナ12に供給され、アンテナ12が共振することになる。このときアンテナ12から送信される電波パルスCの時間幅は、近似的に(矩形ディジタル信号Bのパルス時間+1/アンテナ帯域)となる。
【0014】
ここで、アンテナ12に供給される矩形ディジタル信号Bは、アンテナ帯域の逆数で決定される時間以下の短時間の信号とすれば、アンテナ12から送信される電波パルスCの時間幅は(1/アンテナ帯域)の2倍以下となり、本発明の効果を得ることができる。なお、矩形ディジタル信号Bは図2では2個の矩形パルスになっているが、矩形パルスの数は2個とは限らない。
【0015】
図1(2) において、受信機は図7(2) に示す従来構成からバンドパスフィルタ65を除いた構成であり、アンテナ61と、増幅器62と、発振器63およびミキサ64と、復調回路66と、ディジタル変換回路67から構成される。ミキサ64から出力される中間周波数の受信信号Dのオンの時間は、(1/アンテナ帯域)の2倍以下となる。アンテナ帯域がデータレートよりも桁違いに大きいことから、復調回路66でオンオフ復調されたアナログ復調信号Eは「0」の状態が「1」の状態よりも桁違いに長くなる。ディジタル変換回路67は、このようなアナログ復調信号Eをディジタル信号に変換し、受信データ信号Hとして出力する。時間スケールを変えたアナログ復調信号Eと受信データ信号Hの関係を図3に示す。
【0016】
ところで、複数の送信機から互いに独立に送信が行われる場合には、通信対象の送信機から送信された信号と他の送信機から送信された信号が混在することになる。ただし、本発明において、送信機から送信される電波パルスCは、(1/アンテナ帯域)の2倍以下の短時間の信号であるために、時間軸上で重なる確率は極めて小さい。したがって、受信機において複数の送信機に対応する各アナログ復調信号Eも重なる確率は小さい。しかし、図4に示すように、ディジタル変換回路67で各アナログ復調信号Eをディジタル信号に変換する際に信号が重なると、正確な受信データ信号Hの復元が困難になる。この問題を解決する受信機の構成が本発明の特徴とするところであり、以下に説明する。
【0017】
(本発明の微弱無線通信システムの実施形態)
図5は、本発明の微弱無線通信システムの実施形態を示す。図5(1) は送信機の構成例、図5(2) は受信機の構成例を示す。なお、送信機は、図1(1) に示す基本構成のものと同じである。また、複数の送信機のデータレートはすべて等しいものとする。
【0018】
図5(2) において、受信機は、送信機から送信された電波パルスCを受信するアンテナ61と、アンテナ61の受信信号を増幅する増幅器62と、増幅された受信信号を中間周波数(IF)に周波数変換する発振器63およびミキサ64と、中間周波数の受信信号Dをオンオフ復調する復調回路66と、復調されたアナログ復調信号EをデータレートのN倍(Nは2以上の整数)高速なレートのディジタル復調信号Fに変換するN倍レートディジタル変換回路21と、ディジタル復調信号Fのビット列からN個おきのビットをそれぞれ抽出したN個の並列ディジタル復調データ信号Gに変換するシリアル/パラレル変換回路(S/P)22と、N個の並列ディジタル復調データ信号Gの中から希望する信号を選択して受信データ信号Hとして出力する選択回路23により構成される。
【0019】
ここで、受信機では主に無線タグから送信されたIDデータの受信を想定している。この場合には、選択回路23は受信対象の無線タグが送信するIDデータをメモリ内に記憶し、N個の並列ディジタル復調データ信号Gの中から希望データ信号をマッチング処理により検索する。そして、マッチングした信号を受信データ信号Hとして出力する。したがって、複数の送信機(無線タグ)が、それぞれ異なるデータを同じデータレートかつ任意のタイミングで送信している場合でも、それぞれのデータ信号を同時に受信することができる。
【0020】
図6は、N=5の場合における受信機の各部の信号E,F,Gの一例を示す。ここでは、2台の送信機に対応するアナログ復調信号EをデータレートよりもN倍速いレートのディジタル復調信号Fに変換し、さらに並列ディジタル復調データ信号G−1〜G−5に変換する。これにより、2台の送信機に対応するディジタル復調データ信号G−1,G−5を同時に受信データ信号H−1,H−2として出力することができる。このように、2台の送信機から任意のタイミングで送信しても、衝突確率を1/Nに低減することができる。
【0021】
ここで、アンテナ帯域とデータレートの比をN0 とすると、NがN0 よりも大きい場合には1ビット当たりの受信電波エネルギーはNに反比例して小さくなる。また、NがN0 よりも小さい場合には、衝突確率はNに反比例する。したがって、Nの最適値はほぼN0 であり、本発明の効果を得るには 0.5N0 <N<2N0 となるNを選択することが望ましい。また、データレートの値が微弱無線規格の電波強度を規定する帯域幅と等しいかまたは帯域幅より小さいことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の微弱無線通信システムの基本構成を示す図。
【図2】送信機および受信機の各部の信号例を示すタイムチャート。
【図3】アナログ復調信号Fと受信データ信号Hの関係を示すタイムチャート。
【図4】アナログ復調信号Fと受信データ信号Hの関係を示すタイムチャート。
【図5】本発明の微弱無線通信システムの実施形態を示す図。
【図6】N=5の場合における受信機の各部の信号例を示すタイムチャート。
【図7】従来の微弱無線通信システムの構成例を示す図。
【図8】受信機の各部の信号例を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【0023】
11 矩形信号発生回路
12 アンテナ
21 N倍レートディジタル変換回路
22 シリアル/パラレル変換回路(S/P)
23 選択回路
51 発振器
52 変調回路
53 増幅器
54 バンドパスフィルタ
55 アンテナ
61 アンテナ
62 増幅器
63 発振器
64 ミキサ
65 バンドパスフィルタ
66 復調回路
67 ディジタル変換回路

【特許請求の範囲】
【請求項1】
送信機と受信器との間で微弱無線規格に基づく無線信号の送受信を行う微弱無線通信システムにおいて、
前記送信機は、所定のデータレートの送信データ信号を短時間の矩形ディジタル信号に変換してアンテナに供給し、短時間の電波パルスとして送信する構成であり、
前記受信機は、受信して復調したアナログ復調信号をデータレートのN倍(Nは2以上の整数)高速なレートのディジタル復調信号に変換し、そのディジタル復調信号のビット列からN個おきのビットをそれぞれ抽出したN個の並列ディジタル復調データ信号に変換し、そのN個の並列ディジタル復調データ信号の中から希望する信号を選択し、受信データ信号として出力する構成である
ことを特徴とする微弱無線通信システム。
【請求項2】
請求項1に記載の微弱無線通信システムにおいて、
前記矩形ディジタル信号は、アンテナ帯域の逆数で決定される時間以下の短時間の信号であることを特徴とする微弱無線通信システム。
【請求項3】
請求項1に記載の微弱無線通信システムにおいて、
前記Nの値は、アンテナ帯域とデータレートの比をN0 としたときに、
0.5N0 <N<2N0
の範囲にある整数とする
ことを特徴とする微弱無線通信システム。
【請求項4】
請求項1に記載の微弱無線通信システムにおいて、
データレートの値が微弱無線規格の電波強度を規定する帯域幅と等しいかまたは帯域幅より小さい
ことを特徴とする微弱無線通信システム。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2006−135732(P2006−135732A)
【公開日】平成18年5月25日(2006.5.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−323488(P2004−323488)
【出願日】平成16年11月8日(2004.11.8)
【出願人】(000004226)日本電信電話株式会社 (13,992)
【Fターム(参考)】