説明

無線装置および無線通信システム

【課題】複数台の無線装置が通信をおこなう際に、相手方の送信信号を受信する際に自身の周波数を補正する場合、周囲環境の影響のフェージングにより信号減衰等があり、正確に周波数検出ができないため、周波数補正ができないという課題があった。
【解決手段】周波数変調方式の無線装置100において、送信出力を可変する可変手段105と、信号受信時に周波数誤差補正をおこなう周波数自動制御手段107と、送受信データを制御する制御手段106とを備え、受信側が周波数補正をおこなう特定部分を送信するときの送信出力が該特定部分以外の部分を送信するときの送信出力よりも大きくなるように可変手段105を制御するし、通信品質を改善することで周波数補正の正確性を高める。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無線通信システムで送受信する際に、周波数の変化を補正することで安定した送受信おこなう無線装置および無線通信システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の無線装置および無線通信システムでは、複数の無線装置における動作周波数をほぼ一定の動作周波数に自律的に設定可能な無線ネットワークシステムがある。
【0003】
例えば、複数の無線装置(または複数の電気機器)における動作周波数をほぼ一定の動作周波数に自律的に設定するとともに、複数の無線装置(または複数の電気機器)が自律的、かつ、即時的にネットワークを構成する無線ネットワークシステムを提供することを目的としたものとして、図5で示すようなネットワークシステムの構成があり、そのネットワークシステム内にある無線装置の構成として図6に示すものがある(例えば特許文献1)。
【0004】
図5および図6において、無線ネットワークシステム100は、無線装置10、30、40、50を備える。無線装置10は、アンテナ110と、高周波増幅器120と、同調復調回路130と、基準周波数発信器140、190と、混合器150と、低域通過フィルタ160と、周波数カウンタ170と、コントローラ180と、周波数補正器200と、送信処理回路210とから構成されている。
【0005】
同調復調回路130は、混合器131と、低域通過フィルタ132と、復調器133と、電圧制御局部発信回路134とから構成されている。
【0006】
以下に、その動作について説明する。
【0007】
無線装置10は、無線装置30とデータの送受信を行ない、自己の周波数f01と無線装置30の周波数f02との間の中間周波数f1に自己の周波数f01を補正し、無線装置30は、自己の周波数f02と無線装置10の周波数f01との間の中間周波数f1に自己の周波数f02を補正する。無線装置10、30、40、50の中から任意に選択された2つの無線装置は、通信の相手方と相互にデータの送受信を行ない、同様にして自己の周波数を相手方の周波数に基づいて順次補正する。
【0008】
この方法により、無線ネットワークシステム100における無線装置10、30、40、50の動作周波数は、最終的に、一定の動作周波数に設定される。これによって、無線装置10、30、40、50は、同一の動作周波数でデータを相互に送受信できる。
【特許文献1】特開2006−238091号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、上述した無線通信装置では、無線通信をおこなう上で、それぞれの無線装置が設置されている環境や使用されている部品(水晶)などによって、送受信する周波数が、本来の周波数からずれていることがあり、そのズレを相手側の送信データを受信することで周波数を検出して補正をおこなうことで無線通信の品質を向上することができるが、実環境においては、環境におけるフェージング現象による振幅変化や位相変化、受信レベル低下により、周波数の誤検出を起こすという課題がある。
【0010】
また、周波数検出するための信号レベルに満たない受信信号になる場合での実環境下では、複数回の周波数補正をおこなうなどの必要があり、通信時間が長くなることやその結果、消費電力が増加するなどの課題もある。
【0011】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、周波数ズレが発生することを前提に、都度、受信側の無線装置が受信信号から周波数の自動補正をおこなうデータ部分を送信側が送信する場合に、そのデータ部分のみ送信電力を増幅可変させ、安定した送信電力で正確に周波数検知をおこなうことで安定した通信をおこなうことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記課題を解決するために、本発明においては、周波数変復調方式の無線装置であって、送信出力を可変する可変手段と、信号受信時に周波数誤差補正をおこなう周波数自動制御(AFC)手段と、送受信データを制御する制御手段とを備える構成とした。
【0013】
これによって、送信データの特定部分を送信するときの送信出力が前記特定部分以外の部分を送信するときの送信出力よりも大きくなるように前記可変手段を制御することで、その最大送信出力の特定部分で、受信側の無線装置が周波数検出を確実におこなうことができる。
【発明の効果】
【0014】
以上で説明したように、本発明によれば、無線装置の送信出力を可変とする可変手段とし、制御手段で送信データの特定部分のみ送信出力を最大にすることで、実環境における影響があった場合でも、受信側の無線装置の周波数自動制御手段(AFC)の周波数検出および周波数補正を最大出力で送信された特定部分のデータで確実におこなうことができ、通信性能を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
第1の発明は、周波数変復調方式の無線装置であって、送信出力を可変する可変手段と、信号受信時に周波数誤差補正をおこなう周波数自動制御(AFC)手段と、送受信データを制御する制御手段とを備えることにより、前記制御手段は、送信データの特定部分を送信するときの送信出力が前記特定部分以外の部分を送信するときの送信出力よりも大きくなるように前記可変手段を制御して送信する。
【0016】
これによって、そのデータを受信する無線装置の前記周波数自動制御手段が、送信出力を大きくして送信された特定部分のデータにより周波数の補正をおこなうこととなり、周囲環境による影響で周波数の誤検出や誤補正を防止することができ、送信データの特定部分の送信出力を前記特定部分以外の送信出力より大きくなるようにして可変手段で制御することで、消費電力の最小化を図ることができる。
【0017】
第2の発明は、特に、第1の発明において、前記制御手段が、前記可変手段の送信出力を特定部分以外の送信出力より大きくする送信データの特定部分をビット同期信号とすることにより、送信データのビット同期信号、フレーム同期信号、データ信号の内、中心周波数の検出に最も安定かつ均等に周波数を検出するビット同期信号をその他のデータ部分よりも出力を大きくして送信し、フレーム同期信号、データ信号は低消費電力の送信電力で送信する。
【0018】
これによって、他の部分より出力を大きくしたビット同期信号により中心周波数を正確に検出し、前記周波数自動制御手段により周波数を補正することで、その後のフレーム同期信号およびデータ信号の受信精度を向上することができ、ビット同期信号のみ送信出力を大きくすることで、消費電力の最小化を図ることができる。
【0019】
第3の発明は、送信側の送信信号を受信して受信側が周波数自動制御(AFC)補正をおこなう周波数変復調方式の同期無線通信システムであって、通信タイミングを補正する同期補正手段と、送信出力を可変する可変手段と、信号受信時に周波数誤差補正をおこなう周波数自動制御(AFC)手段と、送受信データを制御する制御手段とを備えることにより、前記制御手段が、同期補正の通信時のみ、送信出力を同期補正をおこなう場合よりも強くして前記可変手段でおこなう。
【0020】
これによって、複数回の通信の内、時刻同期をおこなう際にのみ周波数補正をおこなうことで、送信出力を大きくした出力送信による消費電力を最小限に抑えることができ、周波数の補正を精度よくおこなうことができる。
【0021】
第4の発明は、送信側の送信信号を受信して受信側が周波数自動制御(AFC)補正をおこなう周波数変復調方式の同期無線通信システムであって、通信タイミングを補正する同期補正手段と、送信出力を可変する可変手段と、信号受信時に周波数誤差補正をおこなう周波数自動制御(AFC)手段と、送受信データを制御する制御手段と、通信正否の判定をおこなう判定手段とを備えることにより、通信環境の影響で送信がエラーとなった場合に、通信毎に徐々に出力を大きくした送信をおこなう。
【0022】
これによって、送信電力を通信性能に応じた最適出力でおこなうことができ、消費電力の最小化を図ることができ、さらに周波数補正を通信の正否に応じて補正をおこなうことで、周波数の誤補正や誤検出を最小限にすることができる。また、無線システムとしての通信品質の向上ができる。
【0023】
第5の発明は、特に、第3発明において、受信側の前記制御手段が、同期補正応答送信の送信出力を初送応答、再送応答、再々送応答の順に段階的に前記可変手段により大きくすることにより、送信側および受信側の送信出力を段階的に可変することで、通信品質の安定化を図るとともに、送信の消費電力の抑制をおこなうことができる。
【0024】
第6の発明は、特に、第3または4の発明において、前記同期補正手段が同期補正をおこなう通信の送信データの特定部分のみ前記可変手段の送信出力を最大出力とすることにより、受信側が同期補正の通信時のみに前記周波数自動制御手段で周波数を補正する。
【0025】
これによって、最大出力とする送信の消費電力を特定の同期通信のみでさらにそのデータの一部分とすることで、消費電力のさらなる最小化を図ることができ、周波数の検出および補正が精度よくおこなうことができる。
【0026】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【0027】
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1の無線装置の構成図を示すものである。
【0028】
図1において、この例では、無線装置100−1に信号を送受信するためのアンテナ101と、送信と受信を切替えるアンテナ制御部102と、送信フィルタ回路である送信部103と、受信フィルタ部である受信部104と、送信出力を可変する可変手段105と、前記受信部104で受信した信号から周波数を検出し、自動的に周波数を補正する周波数自動制御手段107と、送受信の信号出力、周波数制御の制御をおこなう制御手段106とから基本の構成となる。
【0029】
図2は、無線装置100−1の制御手段106により、送信時に生成されるデータのフォーマット内容202を示す。送信時の送信出力を示した出力波形201を示し、特定データ部分のみ可変手段105で最大出力に送信した最大出力レベルAAと低消費出力レベルBBとを示す。この場合は、特定データ部分をビット同期信号部分とした例を示しているが、その他の部分としても同じである。
【0030】
次に、このような構成の無線装置100−1の動作、作用について説明する。
【0031】
まず、無線装置100−1は、アンテナ101で他の無線装置からの信号を受信する。通常は、無線装置毎に、周波数の誤差が±4ppm程度あるため、受信時に、アンテナ制御部102を受信部104側に切替ることで制御手段106に受信信号を入力し、その入力信号から周波数自動制御手段107が周波数を検出し、その周波数に無線装置100−1自身の受信周波数を補正調整する。
【0032】
次に無線装置100−1が送信する場合、制御手段106が、送信信号の特定データ部分(ビット同期信号)のみ最大出力AA(1.2mW)に可変手段105で出力調整し、特定データ部分以外(フレーム同期信号およびデータ信号)のデータは通常の通信時に使用する低消費出力BB(0.85mW)に可変手段105で出力調整し、送信部103からアンテナ制御部102を経由してアンテナ101から送信される。この可変手段105で特定データ部分のみ最大出力で送信することで、受信する他の無線装置の周波数自動制御手段107で高い安定した信号レベルで受信周波数を補正調整することができる。
【0033】
ここでは、最大出力AAを1.2mW、低消費出力BBを0.85mWとしたが、これは、特定小電力無線の1mW出力の技術基準での最大出力を例にしたが、基準値と最大出力と低消費出力については、使用する無線設備の技術基準に適合する範囲で決めることであれば、値については任意に設定しても同様である。
【0034】
以上のように、本実施の形態においては、送信出力を可変する可変手段と、信号受信時に周波数誤差補正をおこなう周波数自動制御手段と、送受信データを制御する制御手段とを備えることにより、前記制御手段106が、送信をおこなう場合に特定データ部分(ビット同期信号)のみ可変手段105で送信出力を最大出力AAとすることで、受信側の無線装置の周波数自動制御手段107が安定して周波数検出および補正をおこなうことができる。
【0035】
ビット同期信号は、周波数が、データの1および0の両方を均一に送信するため、安定した周波数検出をおこなうことができ、最大出力で送信することで、環境によるフェージングによる信号減衰の影響があっても受信しやすくすることができ、安定した通信品質の確保ができる。さらに特定データ部分のみ最大出力にすることで、送信時の消費電流の抑制をすることができる。
【0036】
また、ここでは、ビット同期信号のすべてを特定データとしているが、信号検出時間分のビット数+周波数検出に必要なビット数分を特定データとすることでさらに最大出力の時間を抑制し、低消費化を図っても同様である。
【0037】
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2の無線通信システムの構成図を示すものである。
【0038】
図3において、複数の無線装置100−2と無線装置100−3が存在し、無線装置100−2が無線装置100−3に対して同期通信をおこなう同期信号を送信し、同期補正を無線装置100−3がおこなう無線通信システムの構成である。
【0039】
また、無線装置100−2および無線装置100−3は、同期通信をおこなうための同期補正手段108−2および108−3を備える。その他の構成は、実施の形態1の無線装置100−1と同じであるため説明を省略する。
【0040】
次に図4(a)は、送信側を無線装置100−2とし、受信側を無線装置100−3とした場合で、通信タイミングを合わせる同期補正通信の送信301−1と301−2があり、間隔は32sで、同期補正通信の後、同期タイミングに合わせて一定間隔でおこなう定期通信302−1〜302−7とする。
【0041】
次にその送信に合わせて受信側の無線装置100−3が、同期補正通信の受信待ち303−1と303−2があり、その同期補正通信の応答送信305−1と305−2があり、一定間隔の定期通信の受信待ちが304−1〜304−7とする。
【0042】
また、図4(b)は、図4(a)の同期通信部分の詳細を示したもので、無線装置100−2と100−3が、同期通信時において受信失敗が発生した場合に、初送、再送、再々送をおこなう同期通信301−1、2、同期通信受信待ち303−1、2と応答送信305−1、2の構成を示す。
【0043】
次に、このような構成の無線送信装置の動作、作用について説明する。
【0044】
無線装置100−2および100−3は、それぞれ自身の送受信をおこなう周波数の基準値を保持しており、その基準値は本来の周波数に対して±4ppmの範囲で許容誤差がある。
【0045】
それぞれの無線装置100−2および100−3は、通信相手からの同期補正信号を受信する時にのみ自身の受信周波数を補正する。同期補正は、同期補正手段108−2および108−3が、それぞれの通信タイミングを合わせるために定期的におこなう通信であり、その定期的な同期補正通信以外の通信では、同期補正通信でおこなったタイミングで通信を継続しておこなう。
【0046】
この同期補正は、無線装置100−2が同期補正手段108−2から制御手段106−2に対して同期信号を送信する際に、可変手段105−2に最大出力AA(1.2mW)で送信するように制御する。次にその最大出力で送信された信号を無線装置100−3が受信する際に、周波数自動制御手段107−3で周波数を検出し、周波数を補正する。その際に同時に同期補正手段108−3が通信タイミングを補正する。
【0047】
同期補正通信の際に、無線装置100−3は、応答通信をおこなうが、この時に無線通信装置100−3の制御手段106−3が可変手段105−3に最大出力AA(1.2mW)で送信するように制御する。この最大出力送信を無線装置100−2が受信する際に、周波数自動制御手段107−2で周波数を検出し、周波数を補正する。
【0048】
次に無線装置100−3は、定期的な同期補正通信をおこなわない間の通信については、前回の同期補正通信で補正した周波数で受信をおこなう。同様に、無線装置100−2は、同期補正応答を受信した際の周波数補正値で同期補正通信以外の通信を受信する。
【0049】
同期通信の詳細動作については、図4(b)に示すように、無線装置100−2が、同期通信の初送送信を可変手段105−2が低消費出力BB(0.85mW)でおこない、受信側の無線装置100−3が受信せずに無応答となり、無線装置100−2が再送送信を可変手段105−2が標準送信CC(1.0mW)でおこない、受信側の無線装置10
0−3が受信せずに無応答となり、無線装置100−2の再々送送信を可変手段105−2が最大出力AA(1.2mW)おこなう。
【0050】
最後の再々送信の最大出力AAを受信側無線装置100−3が受信し、応答を最大出力AAで送信する。ここでは、再々送時に受信側の無線装置100−3が出力AAで応答する例を示したが、再送時に応答する場合は、送信側の出力CCと同じ出力で送信し、初送の場合は、送信側と同じ出力BBで送信するようにしてもかまわない。また初送、再送は出力BBとし、再々送の出力のみ出力AAとしてもよい。
【0051】
その他の動作、作用に付いては実施の形態1と同じなので説明は省略をする。
【0052】
以上のように、本実施の形態においては、同期補正手段108−2、108−3が一定間隔毎に同期タイミングをおこなう通信時のみ周波数自動制御手段107−2、107−3が受信時に相手方の送信周波数に自身の周波数を補正することとし、その際の送信出力を最大出力AAとすることで、周波数の検出が安定におこなえ、周波数補正の正確性を向上することができる。また、以降の定期同期補正通信以外は、周波数補正をおこなわないため、送信出力を最大化する必要が無く、低消費電力化を図ることができる。
【0053】
また、ここで同期補正通信の特定データ部分のみ、可変手段105−2、105−3により最大出力とすることでさらに低消費電力化をすることができる。
【0054】
また、同期通信のタイミングで通常の通信が可能な場合は、可変手段105−2、105−3を低消費出力で送信し、通信が不可の場合に、再送、再々送と徐々に送信出力を可変手段105−2、105−3で増加して通信をおこなうことで、さらに通信性能、品質の向上とともに低消費電力化をすることができる。
【0055】
ここでは、同期通信時の間隔を32sとしているが、無線装置100−2や100−3の設置環境により、周波数の変化が頻繁になる場合は、間隔を短くしておこなっても同じである。
【0056】
また、この無線通信システムでは、2台の通信を説明したが、2台以上の無線装置であっても送信側と受信側における通信で受信側が自身の周波数を補正する際に、送信側が特定データ部分および同期補正通信時のみ送信出力を可変することは同様である。
【0057】
なお、本実施の形態で説明した手段は、CPU(またはマイコン)、RAM、ROM、記憶・記録装置、I/Oなどを備えた電気・情報機器、コンピュータ、サーバー等のハードリソースを協働させるプログラムの形態で実施してもよい。プログラムの形態であれば、磁気メディアや光メディアなどの記録媒体に記録したりインターネットなどの通信回線を用いて配信することで新しい機能の配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。
【産業上の利用可能性】
【0058】
以上のように、本発明は、無線通信をおこなう上で、それぞれの無線装置が設置されている環境や使用されている部品(水晶)などによって、送受信する周波数が、本来の周波数からずれていることがあり、そのズレを送受信する際に周波数を検出して補正をおこなうことで無線通信の品質を向上することができるが、フェージングなどにより周波数検出する信号を正確に受信できないため補正できない場合であっても、可変手段により送信出力を周波数検出部分のデータのみ最大化することで周波数の補正を正確に安定しておこなうことができる。
【0059】
また、通信機器や携帯電話などの通信においても、常に最大出力で通信をする必要が無く、周波数の補正時のみ最大化することで低消費電力化することができ、電池を使用する通信機器などに容易に利用できるだけでなく、小形携帯を必要とするセキュリティ機器やビル、工場のような産業用途の機械や設備のシステム等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【0060】
【図1】本発明の実施の形態1の無線装置の構成図
【図2】本発明の実施の形態1の無線装置の送信データフォーマットと出力を示す図
【図3】本発明の実施の形態2の無線通信システムの構成図
【図4】(a)本発明の実施の形態2の無線通信システムの同期送受信タイミング図(b)本発明の実施の形態2の無線送信システムの同期送受信タイミング図
【図5】従来の無線通信システムにおける構成図
【図6】従来の無線装置の構成図
【符号の説明】
【0061】
10、30、40、50 無線装置
100 無線ネットワーク
100−1、100−2、100−3 無線装置
101 アンテナ
102 アンテナ制御部
103 送信部
104 受信部
105、105−2、105−3 可変手段
106 制御手段
107 周波数自動制御手段
108−2、108−3 同期補正手段
110 アンテナ
120 高周波増幅器
130 同調復調回路
131 混合器
132、160 低域通過フィルタ
133 復調器
134 電圧制御局発振回路
140、190 基準周波数発振器
150 混合器
170 周波数カウンタ
180 コントローラ
200 周波数補正器
201 送信データ内容
202 送信データ出力波形
210 送信処理回路
301−1、301−2 送信側同期補正信号
302−1〜302−7 送信側定期通信信号
303−1、303−2 受信側同期補正受信待ち
304−1〜304−7 受信側定期通信受信待ち
305−1、305−2 受信側の同期補正応答
AA 最大出力レベル(1.2mW)
BB 低消費出力レベル(通常状態:0.85mW)
CC 通常出力レベル(1.2mW)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
周波数変復調方式の無線装置であって、
送信出力を可変する可変手段と、信号受信時に周波数誤差補正をおこなう周波数自動制御(AFC)手段と、送受信データを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、送信データの特定部分を送信するときの送信出力が前記特定部分以外の部分を送信するときの送信出力よりも大きくなるように前記可変手段を制御する無線装置。
【請求項2】
送信データの特定部分はビット同期信号とする請求項1記載の無線装置。
【請求項3】
送信側の送信信号を受信して受信側が周波数自動制御(AFC)補正をおこなう周波数変復調方式の同期無線通信システムであって、
通信タイミングを補正する同期補正手段と、送信出力を可変する可変手段と、信号受信時に周波数誤差補正をおこなう周波数自動制御(AFC)手段と、送受信データを制御する制御手段とを備え、
送信側の前記同期補正手段が、同期補正をおこなう通信時のみ前記可変手段の送信出力を同期補正をおこなう場合よりも強くし、受信側が同期補正の通信時のみに前記周波数自動制御手段で周波数を補正する無線通信システム。
【請求項4】
送信側の送信信号を受信して受信側が周波数自動制御(AFC)補正をおこなう周波数変復調方式の同期無線通信システムであって、
通信タイミングを補正する同期補正手段と、送信出力を可変する可変手段と、信号受信時に周波数誤差補正をおこなう周波数自動制御(AFC)手段と、送受信データを制御する制御手段と、通信正否の判定をおこなう判定手段とを備え、
受信側の前記判定手段が、否と判定し、送信側が再送、再々送をおこなう場合に、初送、再送、再々送の順に段階的に前記可変手段で送信出力を大きくし、受信側が同期補正の初送、再送、再々送の前記判定手段の正判定時にのみ、前記周波数自動制御手段で周波数を補正する無線通信システム。
【請求項5】
受信側の前記制御手段が、同期補正応答送信の送信出力を初送応答、再送応答、再々送応答の順に段階的に前記可変手段により大きくするとした請求項4記載の無線通信システム。
【請求項6】
前記同期補正手段が同期補正をおこなう通信の送信データの特定部分のみ前記可変手段の送信出力を最大出力とし、受信側が同期補正の通信時のみに前記周波数自動制御手段で周波数を補正する請求項3または4いずれか記載の無線通信システム。

【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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【公開番号】特開2009−89203(P2009−89203A)
【公開日】平成21年4月23日(2009.4.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−258260(P2007−258260)
【出願日】平成19年10月2日(2007.10.2)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】