無線通信端末、及び無線通信システム
【課題】通信相手との間の距離を正確に取得することが可能な無線通信端末を提供する。
【解決手段】無線通信端末は、指向方向が複数の向きに変更されるアンテナを備えている。無線通信端末は、アンテナの指向方向が異なる状態でそれぞれ、アンテナを介して、センサ端末と無線信号の送受信を行う（Ｓ１０２，Ｓ１０３）。そして、無線通信端末は、無線信号を送信してから、センサ端末から送り返された無線信号を受信する時点までの時間Ｔ１を計時して（Ｓ１０４）、計時した複数の時間のうち、最短時間に基づき、センサ端末との間の距離を測定する（Ｓ１０９）。
【解決手段】無線通信端末は、指向方向が複数の向きに変更されるアンテナを備えている。無線通信端末は、アンテナの指向方向が異なる状態でそれぞれ、アンテナを介して、センサ端末と無線信号の送受信を行う（Ｓ１０２，Ｓ１０３）。そして、無線通信端末は、無線信号を送信してから、センサ端末から送り返された無線信号を受信する時点までの時間Ｔ１を計時して（Ｓ１０４）、計時した複数の時間のうち、最短時間に基づき、センサ端末との間の距離を測定する（Ｓ１０９）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信相手との間の距離を測定する機能を有する無線通信端末、及びこれを備えた無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、２つの無線端末の間の距離を測定する機能を有する無線通信システムが開示されている。この無線通信システムでは、一方の無線端末が他方の無線端末へパケットを送信すると、他方の無線端末は、パケットを受信してから所定の時間が経過した後に、パケットを返送する。一方の無線端末は、返送されたパケットを受信し、パケットを送信してからパケットを受信するまでの時間から所定の時間を減算することで、パケットの往復時間を求め、当該往復時間に基づき、２つの無線端末間の距離を測定する。
【０００３】
特許文献１に開示されている無線通信システムは、誤った距離が出力されることを防止するため、パケットの信号強度等が信憑性のあるときのみ測距を行う。具体的には、パケットの信号検出強度が適正な範囲に収まっているか否かのチェックやＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）チェックを行うことによって、パケットの信憑性を判別し、信憑性が高いと判別してから距離の計算を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５８００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示される無線通信システムにおいて、無線端末の間の距離を正確に測定するためには、無線端末が送信する電波の内、直接波を受信して測距に用いる必要がある。しかし、屋内など電波を反射する壁面、床、天井などの壁材で囲まれた空間で用いる場合には、無線端末の配置関係やアンテナの指向性等により、反射波の強度が強くまた通信品質が良い場合があり、反射波を信頼度の高いものとして測距に用いてしまう場合が考えられる。この場合、反射経路と端末間直線距離の差分が計測値に含まれるため、無線端末間の距離を正確に測定することができない。
【０００６】
さらに、誤った距離を測定した場合、測定した距離に基づいて何らかの処理・制御を行った場合に、処理・制御の結果も誤ったものとなる虞がある。例えば、室内に設置された空調設備などの設備機器が、距離を測定し、測定した距離に基づいて動作を制御する場合に、測定した距離が誤っていると、不適切な制御が行われる虞がある。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたものであり、通信相手との間の距離を正確に取得することが可能な無線通信端末、及びこれを備えた無線通信システムを提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、通信相手との間の距離を正確に測定し、正確な測定値に基づいて適切な制御を可能とすることを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の観点に係る無線通信端末は、指向方向が複数の向きに変更されるアンテナを備え、アンテナの指向方向が異なる状態でそれぞれ、該アンテナを介して、通信相手と無線信号の送受信を行う無線通信手段と、
前記無線通信手段が前記無線信号を送信してから、前記通信相手から送り返された前記無線信号を受信する時点までの時間を計時する計時手段と、
前記計時手段が計時した複数の時間のうち、最短時間に基づき、前記通信相手との間の距離を測定する距離測定手段と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、無線通信端末と通信相手との間の距離の測定に、両者を結ぶ直線上を進行した無線信号の伝播時間が用いられる可能性が高くなる。これにより、無線通信端末と通信相手との間の距離を正確に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る空調システムが配置された室内の状況を示す図である。
【図２】空調機を拡大して示す斜視図である。
【図３】図２の範囲Ａを拡大して示す斜視図である。
【図４】実施の形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示す基地局の構成を示すブロック図である。
【図６】アンテナの構造を示す概略図である。
【図７】アンテナの指向方向を示す概略図である。
【図８】無線通信端末とセンサ端末との間で送受信が行われる電波と、アンテナの指向方向との関係を示す概略図である。
【図９】無線通信端末とセンサ端末との間で送受信が行われる電波と、アンテナの指向方向との関係を示す概略図である。
【図１０】電波の伝播距離と、電波の伝播時間が検出される頻度との関係を示す図である。
【図１１】電波の伝播距離と、電波の伝播時間が検出される頻度との関係を示す図である。
【図１２】端末コントローラで実行される測距処理（センサ端末との距離を測定する処理）のフローチャートである。
【図１３】設備コントローラで実行される測位処理（センサ端末の位置を求める処理）のフローチャートである。
【図１４】無線通信端末の位置座標を示す図である。
【図１５】空調機を拡大して示す斜視図である。
【図１６】図１５の範囲Ａを拡大して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムを、空調システムに適用した例に基づいて説明する。
【００１３】
本実施形態に係る空調システム１は、図１に示すように、空調機２（２ａ〜２ｄ）と、無線通信端末３（３ａ〜３ｄ）と、センサ端末４（４ａ〜４ｃ）と、設備コントローラ５とを備える。
【００１４】
図１の例では、空調機２（２ａ〜２ｄ）は４台設置され、無線通信端末３（３ａ〜３ｄ）は、各空調機２に対して１台ずつ設置されている。各無線通信端末３は、室内のフロアー上に分散して設置される３台のセンサ端末４（４ａ〜４ｃ）と、室内の壁面に設置される１台の設備コントローラ５と、電波により、無線通信を行う。
【００１５】
図２に示すように、空調機２（２ａ〜２ｄ）は、室内の天井面に固定される本体部２０を有している。本体部２０は、４つの空気吹出口２０ａを有している。各空気吹出口２０ａには、ルーバー（細長い板）２１が取り付けられている。図３は、図２の範囲Ａを拡大して示しており、ルーバー２１は、空気吹出口２０ａの外縁に支持される一端２１ａを回転中心として、矢印方向Ｂに角度が可変（回動可能）に設けられている。ルーバー２１が回動することにより、空気吹出口２０ａから吹き出される空気の向きが変更される。以下、ルーバ２１の一端２１ａを回動軸２１ａと記す。
【００１６】
図１に示す無線通信端末３（３ａ〜３ｄ）は、図４に示すように、端末コントローラ３０と、ルーバー制御部３１と、基地局３２と、アンテナ３３とを備えている。なお、端末コントローラ３０とルーバー制御部３１とは、空調処理を実行するために空調機２に本来的に備えられている構成であり、その機能を無線通信端末３の一部として使用するものである。
【００１７】
端末コントローラ３０は、空調機２を制御するために設けられているものであり、設備コントローラ５とネットワーク７を介して通信を行い、設備コントローラ５からの指示に従って、空調機２の空気温度、風量等を制御し、また、ルーバー制御部３１を介してルーバー２１の角度・回動を制御する。また、端末コントローラ３０は、基地局３２に指示して、各センサ端末４との距離を測定させる。
【００１８】
ルーバー制御部３１は、端末コントローラ３０の制御に従って、風向きを制御するために、或いは、センサ端末４までの距離を正確に測定するために、ルーバー２１の角度を調整（変更）するためのものであり、角度調整部として機能する。
【００１９】
基地局３２は、無線通信手段として通信相手であるセンサ端末４との間で電波による無線通信を行う装置であり、図５に示すように、信号処理回路３２１、送信回路３２３、受信回路３２４を備える。
【００２０】
信号処理回路３２１は、無線通信手段、計時手段、距離測定手段等として機能するものである。具体的には、信号処理回路３２１は、プロセッサ、メモリ等から構成され、送信対象パケットを生成して送信回路３２３に供給し、受信回路３２４から受信パケットが供給され、受信パケットを処理する。
【００２１】
また、信号処理回路３２１は、タイマ３２２を備え、タイマ３２２と共に計時手段として機能し、計測時間に基づいて、各センサ端末４までの距離を測定（計算）し、端末コントローラ３０、ネットワーク７を介して設備コントローラ５に通知する。信号処理回路３２１は、センサ端末４までの距離を測定する際の信号処理回路３２１での処理時間Ｔ２と、センサ端末４での処理時間Ｔ３と、を予め記憶している。処理時間Ｔ２とＴ３の詳細については後述する。
【００２２】
送信回路３２３は、信号処理回路３２１から送信パケットが提供され、ウルトラワイドバンドインパルスラジオ（以下、ＵＷＢ−ＩＲ）方式により変調し、アンテナ３３を介して送信する。
【００２３】
受信回路３２４は、アンテナ３３を介して電波を受信し、増幅し、ＵＷＢ−ＩＲ方式により復調して、受信パケットを再生し、再生した受信パケットを信号処理回路３２１に供給する。
【００２４】
アンテナ３３は、図６に示すように、給電点３３ａから２つの直線状のアンテナエレメント３３ｂが左右対称に延びるダイポールアンテナから構成される。２つのエレメント３３ｂの長さの合計Ｌ１は、センサ端末４との間で送受信が行われる電波の半波長となるが広帯域なＵＷＢ−ＩＲ方式の電波を効率よく送受信するために実際のエレメント形状は広帯域化のためテーパー形状やその他の形状をとる場合もある。なお、図６において、Ｙ軸は、エレメント３３ｂが延びる方向を示し、Ｚ軸はＹ軸と直交する高さ方向を示し、Ｘ軸はＹ軸及びＺ軸と直交する方向を示している。
【００２５】
アンテナ３３は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｙ軸（エレメント３３ｂが延びる方向）にほぼ直角な方向に、Ｙ軸を中心としてほぼ均一に、指向方向Ｈを有している。
【００２６】
アンテナ３３は、図３に示すように、回動軸２１ａに直交する向きにルーバー２１に装着されている。このため、ルーバー２１の回動に伴ってアンテナ３３の指向方向も相対的に変化する。
【００２７】
図４に示すように、設備コントローラ５は、入力装置５０と、マスタコントローラ５１と、親局５２とを備えている。
【００２８】
入力装置５０は、ユーザによって操作される電源ボタン、動作モード設定ボタン、温度設定ボタン、等を備え、種々の設定及び指示を入力する。電源ボタンの操作により、この空調システム１の電源がＯＮ・ＯＦＦされる。動作モード設定ボタンの操作により動作モードが設定される。また、温度設定ボタンの操作により、目標温度等が設定される。
【００２９】
マスタコントローラ５１は、ネットワーク７を介して各無線通信端末３の端末コントローラ３０に接続され、各センサ端末４の位置を測定（特定）する位置測定手段として機能すると共に４台の空調機２を統合的に制御する制御手段として機能する。具体的には、マスタコントローラ５１は、各無線通信端末３から各センサ端末４までの距離を取得することにより、各センサ端末４の位置を特定する。マスタコントローラ５１は、特定した各センサ端末４の位置と各センサ端末４から提供される測定情報に基づいて、空調機２を制御する。
【００３０】
親局５２は、センサ端末４が無線送信して来る情報を受信して、マスタコントローラ５１に供給する。
【００３１】
センサ端末４（４ａ〜４ｃ）は、センサ機能と無線機能とを備える。センサ端末４は、空調機２が配置された室内の任意の位置に配置され、温度、人の在否、その他の室内の環境を測定し、測定データを親局５２に送信する。また、センサ端末４は、各基地局３２の通信相手となって、距離測定用の問い合わせに応答して、応答パケットを各基地局３２に返信する。
【００３２】
以上の構成を有する空調システム１において、各無線通信端末３は、各センサ端末４と交信して、該センサ端末４までの距離を測定し、設備コントローラ５に通知する。この際、無線通信端末３は、指向方向変更手段を構成するルーバー制御部３１によりルーバー２１の角度を変更させることによりアンテナ３３の指向方向Ｈを変更しつつ、送信パケットをセンサ端末４に向けて複数回送信し、センサ端末４からの返信パケットを受信するまでの伝播時間を取得し、取得した複数の伝播時間のうち、最短の伝播時間に基づき、センサ端末４との間の距離を求める。この測距処理の概略を図８〜１１を参照して説明する。
【００３３】
図８，９は、センサ端末４（４ａ〜４ｃ）から送信された電波Ａ，Ｂ、Ｃが異なる経路を通ってアンテナ３３に到達する様子を模式的に示している。電波Ａは、無線通信端末３とセンサ端末４とを結ぶ直線上を進行してアンテナ３３に受信されている。この結果、電波Ａには、伝播経路長に応じた減衰γａが生じている。また、電波Ｂ，Ｃは、壁面によって反射された後に、アンテナ３３に受信されている。この結果、電波Ｂでは、伝播経路長に応じた減衰γｂに加えて、反射減衰αが生じ、また、電波Ｃでは、伝播経路長に応じた減衰γｃに加えて、反射減衰２αが生じている。以下では、電波Ａを直接波Ａと記し、電波Ｂ，Ｃを反射波Ｂ，Ｃと記す。
【００３４】
図８に示す例では、直接波Ａは、感度最小の角度、即ち、アンテナエレメント３３ｂとほぼ平行な方向からアンテナ３３に入射している。これに対して、反射波Ｂ，Ｃは、アンテナ３３の感度が高い角度（アンテナエレメント３３ｂにほぼ直角な方向）から入射している。このため、反射波Ｂ，Ｃが、直接波Ａよりも強く検出され、受信回路３２４の受信アンプのゲインが反射波Ｂの強度に基づいて調整され、反射波Ｂが距離測定に用いられる確率が高くなる。このよう測距処理が繰り返されると、図１０に示すように、反射波Ｂ，Ｃが直接波Ａに比して高い頻度で距離の測定に使用され、センサ端末４までの距離が誤って計測される可能性が高い。
【００３５】
無線通信端末３（３ａ〜３ｄ）からセンサ端末４（４ａ〜４ｃ）に送信される電波に関しても同様の問題が発生する可能性がある。
【００３６】
これに対して、アンテナ３３の向きを９０°変更した図９に示す配置では、直接波Ａが、感度が高い直角方向からアンテナ３３に入射し、反射波Ｂ，Ｃは、感度が低い角度から入射する。このため、直接波Ａが、反射波よりも強く検出される。受信アンプのゲインは直接波Ａの強度に基づいて調整される。このため、図１１に示すように、直接波Ａが反射波Ｂ，Ｃに比して高い頻度で距離の測定に使用され、無線通信端末３（３ａ〜３ｄ）からセンサ端末４（４ａ〜４ｃ）までの距離は正しく計測される可能性が高い。
【００３７】
以上、図８〜図１１を参照して説明したように、アンテナ３３の向きとセンサ端末４の位置との関係によっては、距離Ｄを誤って測定する可能性がある。アンテナ３３とセンサ端末４の位置関係が固定される場合には、アンテナ３３の向きを適切に設置すれば、問題は解決されるが、センサ端末４が任意の位置に設置される場合或いは移動する場合には、位置関係を固定できない。
【００３８】
一方、図８及び図９に示すように、アンテナ３３の向きを変化させた前後では、距離Ｄの計算に使用される電波は異なる。このため、指向方向Ｈを変更し、変更の前後で伝播時間を計測することで、直接波Ａの伝播時間を取得する可能性を高めることができる。そして、得られた複数の伝播時間のうち最短の伝播時間を選択すれば、無線通信端末３とセンサ端末４との間の直線距離に対応する直接波Ａの伝播距離に基づいて距離Ｄが算出される可能性が高まる。
【００３９】
そこで、本実施形態の無線通信端末３は、アンテナ３３が設置されたルーバー２１の向きを変更しながら距離の測定を実行することにより、正確に距離Ｄを測定する。
【００４０】
次に、無線通信端末３が、アンテナ３３の向きを変更しながら実行する測距処理を、図１２のフローチャートを参照して具体的に説明する。
【００４１】
なお、以下では、理解を容易とするため、無線通信端末３ａが、センサ端末４ａとの距離を測定する処理を例として説明する。
【００４２】
図１２の処理は、例えば、ユーザが設備コントローラ５の入力装置５０を操作することによって、空調システム１の電源をＯＮした際に、マスタコントローラ５１が、初期化処理の一部として無線通信端末３の端末コントローラ３０に指示して実行させる。
【００４３】
端末コントローラ３０は、マスタコントローラ５１の指示に応答して、基地局３２に測距処理の開始を指示する。
【００４４】
この指示に応答して、基地局３２の信号処理回路３２１は、図１２の処理を開始させ、まず、端末コントローラ３０を介してルーバー制御部３１に、ルーバー２１をホームポジション（例えば、全閉状態或いは全開状態）に制御させる（ステップＳ１０１）。
【００４５】
続いて、信号処理回路３２１は、距離測定用の所定のメッセージにセンサ端末４ａのアドレスを宛先アドレス、自己のアドレスを送信元アドレスとして付加して送信パケットを生成し、送信回路３２３に供給する（ステップＳ１０２）。また、タイマ３２２を起動する。送信回路３２３は、供給された送信パケットにＵＷＢ−ＩＲ変調を施し、アンテナ３３から送信する（ステップＳ１０２）。
【００４６】
センサ端末４ａは、無線通信端末３ａから送信されたパケットを受信すると共に、内部タイマを起動する。さらに、センサ端末４ａは、受信したパケットを復調し、宛先アドレスが自己宛であることを検出し、所定の返信用メッセージに無線通信端末３ａのアドレスを送信アドレス、自己のアドレスを送信元アドレスとして付加して返信パケットを生成する。センサ端末４ａは、内部タイマが一定時間を計時したタイミングで、返信パケットをＵＷＢ−ＩＲ方式で送信する。
【００４７】
無線通信端末３ａの受信回路３２４は、センサ端末４ａから送信された返信パケットをアンテナ３３を介して受信し、増幅し、復調し、返信パケットを再生して信号処理回路３２１に供給する（ステップＳ１０３）。無線通信端末３が受信した電波には直接波や反射波が含まれているが、最も強い受信信号に応じて増幅率が設定され、他は微弱信号として無視される。
【００４８】
信号処理回路３２１は、受信回路３２４から供給されたパケットを解析して、返信パケットであることを判別し、タイマ３２２を停止し、カウント時間、即ち、伝播時間Ｔ１を記憶する（ステップＳ１０４）。
【００４９】
次に、信号処理回路３２１は、伝播時間Ｔ１の測定処理を所定回数行ったか否かを判別する（ステップＳ１０５）。
【００５０】
測定回数が所定回数に達していないと判別した場合（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、信号処理回路３２１は端末コントローラ３０を介してルーバー制御部３１に、ルーバー２１の角度を所定角度変更させる（ステップＳ１０６）。これにより、ルーバー２１は、例えば図３の実線に示す状態から破線に示す状態に変更される。ルーバー２１の角度が変化することでアンテナ３３の向きも変化し、アンテナ３３の指向方向Ｈも変更される。
【００５１】
次に、フローは、ステップＳ１０２にリターンし、基地局３２は上述と同様の動作を繰り返し、伝播時間Ｔ１を測定する（ステップＳ１０２〜Ｓ１０６）。この結果、アンテナ３３の指向方向Ｈが複数の向きに変更され、指向方向Ｈが変更されるたびに、伝播時間Ｔ１が測定される。
【００５２】
ステップＳ１０５で、伝播時間Ｔ１が所定回数測定されたと判断されると（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、信号処理回路３２１は、ステップＳ１０４で記憶した複数の伝播時間Ｔ１のうち、最短の伝播時間Ｔ１を特定する（ステップＳ１０７）。なお、異常な最小値を排除するため、適当なチェック処理を加えてもよい。最短伝播時間は、正常範囲内の伝播時間のうちの最小値の意味である。
【００５３】
次に、信号処理回路３２１は、特定した最短の伝播時間Ｔ１から、予め設定されている時間Ｔ２と時間Ｔ３を減算し、無線通信端末３ａのアンテナ３３とセンサ端末４ａのアンテナとの間での伝播の伝播時間Ｔ（＝Ｔ１−Ｔ２−Ｔ３）を求める（ステップＳ１０８）。
【００５４】
ここで、時間Ｔ２は、センサ端末４ａが送信パケットをアンテナで受信してから、返信パケットをアンテナから出射するまでの時間に相当し、予め求められてメモリに格納されている。また、時間Ｔ３は、信号処理回路３２１が、タイマ３２２を起動してから、送信パケットがアンテナ３３から送信されるまでに要する時間Ｔ３１と、返信パケットをアンテナ３３で受信してから、信号処理回路３２１が再生パケットが返信パケットであることを判別し、タイマ３２２を停止するまでに要する時間Ｔ３２と、の和（Ｔ３＝Ｔ３１＋Ｔ３２）であり、予め測定され、メモリに格納されている。
【００５５】
次に、信号処理回路３２１は、Ｄ＝Ｔ・Ｃ／２を、センサ端末４ａまでの距離Ｄとして求める（ステップＳ１０９）。なお、Ｃは予めメモリ時格納されている定数である。
【００５６】
次に、信号処理回路３２１は、ステップＳ１０９で計算した距離Ｄを、端末コントローラ３０及びネットワーク７を介して、設備コントローラ５のマスタコントローラ５１に送信する（ステップＳ１１０）。
【００５７】
設備コントローラ５は、通知された無線通信端末３ａとセンサ端末４ａとの距離Ｄを内部メモリに記憶する。
【００５８】
設備コントローラ５のマスタコントローラ５１は、同様にして、無線通信端末３ａに、センサ端末４ｂとの距離及びセンサ端末４ｃとの距離を測定させる。さらに、無線通信端末３ｂ〜３ｄにも、センサ端末４ａ〜４ｃとの距離を測定させる。
【００５９】
マスタコントローラ５１は、一連の測距処理が終了すると、求められた距離Ｄに基づいて各センサ端末４（４ａ〜４ｃ）の位置を求めるために、図１３に示す処理を開始する。
【００６０】
まず、マスタコントローラ５１は、各無線通信端末３（３ａ〜３ｄ）の位置を内部メモリから読み出す（ステップＳ２０１）。例えば、図１に示す室内空間に、図１４に示すような座標系を設定し、各無線通信端末３ａ〜３ｄの座標（Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ）〜（Ｕｄ，Ｖｄ，Ｗｄ）を予め求めておき、内部メモリに格納しておく。マスタコントローラ５１は、この座標を内部メモリから読み出す。
【００６１】
次に、マスタコントローラ５１は、センサ端末４のいずれかを特定する（ステップＳ２０２）。
【００６２】
次に、マスタコントローラ５１は、特定したセンサ端末４（ここでは、４ａとする）に関し、求められた距離Ｄａ〜Ｄｄを読み出して、各無線通信端末３ａ〜３ｄの位置及び読み出した距離Ｄａ〜Ｄｄから、三角測量の要領で、センサ端末４ａの三次元的な位置（座標）を求める（ステップＳ２０３）。なお、４つ以上の距離のうちから３つを選択して位置をもとめてもよい。
【００６３】
次に、マスタコントローラ５１は、全てのセンサ端末４の位置を特定したか否かを判別し（ステップＳ２０４）、未特定のセンサ端末が残っていれば（ステップＳ２０４；Ｎｏ）、ステップＳ２０２にリターンし、次のセンサ端末４について同様の処理を実行する。
【００６４】
全てのセンサ端末４の位置を特定すると（ステップＳ２０４；Ｙｅｓ）、センサ端末４ａ〜４ｃの位置を記憶する（ステップＳ２０５）。
【００６５】
設備コントローラ５は、算出されたセンサ端末４の位置（座標）と、センサ端末４ａ〜４ｃから送信されてくる温度、人の存在・不存在を示す情報等とに基づき、例えば、室内の温度分布、人の位置などを求め、設定・動作モードなどに従って、例えば、センサ端末４の位置が目的温度となるように、空調機２の作動を制御する。
【００６６】
本実施の形態によれば、ルーバー２１を稼働することによりアンテナ３３の指向方向Ｈを変更し、その度に、無線通信端末３とセンサ端末４との間で電波を送受信して、伝播時間を取得し、取得した伝播時間のうち、最短の伝播時間に基づき、無線通信端末３とセンサ端末４との間の距離を計算する。この結果、距離の計算に直接波の伝播時間が用いられて、無線通信端末３とセンサ端末４との間の距離が正確に計算される可能性が高くなる。これにより、測距精度が向上して、無線通信端末３とセンサ端末４との間の距離、ひいては、センサ端末４の位置を正確に取得することが可能となる。そして、この位置を用いて、空調機２の作動を制御することにより、空調機２を適切及び効率的に稼働させることが可能となる。
【００６７】
また、無線通信端末３とセンサ端末４との間の通信方式としてＵＷＢ−ＩＲ方式を採用していることで、無線通信端末３とセンサ端末４との間では、短いインパルス状の電波の送受信が行われる。これにより、直接波の伝播時間と反射波の伝播時間との相違が明確に捉えられ、無線通信端末３とセンサ端末４との間の正確な距離を取得する上で有利になる。
【００６８】
また、アンテナ３３の指向方向Ｈを変更させるための手段として、既存設備の稼動部である空調機２のルーバー２１を用いているため、空調システム１の製造コストを安価に抑える上で有利となる。
【００６９】
本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変更することが可能である。
【００７０】
ルーバー２１に対するアンテナ３３の取り付け角度等も任意であるが、ルーバー２１の角度変更に伴ってアンテナ３３の指向方向Ｈが変化するように、回動軸２１ａに直交する方向に配置されることが望ましい。
【００７１】
上記第１の実施の形態では、アンテナ３３の指向方向Ｈを変更するため、アンテナ３３をルーバー２１に固定したが、アンテナの指向方向Ｈを変更する手段は任意である。例えば、他の既存の可動部に配置してもよい。また、専用の可動部を設置し、そこに配置してもよい。また、アンテナ３３は、ダイポールに限らず、所定の指向特性を有するものであっても良い。
【００７２】
（第２実施形態）
第１実施形態では、指向方向変更手段を構成するルーバー制御部３１とルーバー２１とが、アンテナ３３の向きを物理的に変更することによりアンテナの指向方向を変更したが、アンテナの指向方向を実質的に変更できるならば、変更するための手法は任意である。
【００７３】
例えば、指向方向変更手段が、アンテナ３３の位置自体は変更せずに、アンテナ３３の周囲の通信環境（電波の伝播環境）を変更することにより、アンテナ３３の指向方向Ｈを実質的に変更することも可能である。
【００７４】
例えば、図１５，１６に示すように、アンテナ３３を、ルーバー２１の近傍に設け、ルーバー２１を金属等の導体または誘電体から構成してもよい。或いは、ルーバー２１の表面に金属箔や金属板等の導体箔（導体板）や誘電体膜（誘電体板）を設置してもよい。この構成によれば、ルーバー２１の角度が図１６の矢印方向Ｂに変更されることに応じて、アンテナ３３の周囲に生じる電界の分布（電場の形状）が変化し、その結果、アンテナ３３の指向方向Ｈが変更される。この場合には、アンテナ３３がルーバー２１から離隔する距離Ｌ２は、無線通信端末３とセンサ端末４との間で送受信が行われる電波の半波長よりも短く設定されることが好ましい。このようにすることで、ルーバー２１が稼働することに応じて、アンテナ３３の指向方向Ｈを確実に変更させることができる。
【００７５】
上記実施の形態においては、無線通信端末３に１つのアンテナを配置したが、図１５に示すように、２つのアンテナ３３を設置することで、多くの角度からの電波を受信できるように構成してもよい。さらに、一のアンテナ３３をルーバー２１に固定し、他のアンテナ３３をルーバー２１の近傍に配置する等してもよい。
【００７６】
上記実施の形態においては、無線通信端末３とセンサ端末４との距離を、空調システム１の電源投入時に実行したが、距離を測定するタイミング自体は任意である。例えば、空調システム１の電源投入後一定時間経過した時に、距離を測定する動作をおこなってもよい。また、電源投入後、周期的に測定する等してもよい。
【００７７】
また、図１２のステップＳ１０１で、ルーバー２１をホームポジションに移動したが、ステップＳ１０１を除去し、電源投入時のルーバー２１の位置から測定動作を開始してもよい。
【００７８】
また、図１２のフローチャートに示す測定手順は、一例であり、同様の測定結果が得られるならば、任意に変更可能である。また、ルーバー２１の角度の変更回数は、１回あたりの変更角度等は任意である。例えば、１回だけ９０°変更するようにしてもよい。
【００７９】
また、ルーバー２１が停止した状態で、距離（伝播時間）を測定する必要はなく、ルーバー２１を回動させながら、距離を測定してもよい。
【００８０】
センサ端末４までの距離を測定するためにルーバー２１を稼働するのではなく、ルーバー２１を稼働する必要が生じたときに、距離の測定を自動的に開始するようにしてもよい。この場合、例えば、端末コントローラ３０は、ルーバー制御部３１にルーバー２１の稼働を指示した際に、併せて、基地局３２に距離の測定を指示する。そして、基地局３２は、指示に応答して、上述と同様にして各センサ端末４までの距離を求めて、マスタコントローラ５１に通知する。
【００８１】
また、無線通信端末３や、センサ端末４や、空調機２や、設備コントローラ５の設置数は任意である。また、各無線通信端末３のアンテナ３３の数も１つ又は２つに限られず、より大きな数であっても良い。
【００８２】
また、端末コントローラ３０、ルーバー制御部３１、及び基地局３２の空調機２の本体部２０内における配置は、任意に設定される。
【００８３】
また、ネットワーク７も、ＵＷＢ−ＩＲ方式により、設備コントローラ５のマスタコントローラ５１と、無線通信端末３の端末コントローラ３０に無線通信を行わせるものであってもよい。
【００８４】
また、無線通信端末３の基地局３２とセンサ端末４との無線通信を、超音波、赤外線、可視光などによって行い、これらの無線信号の伝播時間に基づき、無線通信端末３とセンサ端末４との距離が測定されても良い。この場合には、指向性マイクや受光素子などの受信部が、ルーバー２１上に設置される。そして、ルーバー２１が稼働することに応じて、受信部の指向方向が変更される。また、上記受信部はルーバー２１の近傍に配置されてもよい。この場合には、ルーバー２１が稼働することに応じて、ルーバー２１による反射で受信部の指向方向が変更される。以上のように通信を超音波等で行う場合には、壁面、床、天井、その他の什器などの反射による信号の散乱の影響が低く抑えられて、測距精度が向上する。
【００８５】
さらに、空調システム１内で、上述の機能の分担を適宜変更することも可能である。例えば、上記の実施形態では、基地局３２でセンサ端末４までの距離を求めたが、例えば、各基地局３２が伝播時間Ｔ１をマスタコントローラ５１に伝達し、マスタコントローラ５１が基地局３２からセンサ端末４までの距離Ｄを求めるようにしてもよい。
【００８６】
上記実施の形態では、空調システム１において、任意の位置に設置されるセンサ端末４の位置を特定するために、無線通信による測距処理を実施したが、この発明は、可動部を備え、無線により距離を測定するシステムに広く適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、無線測位システムの適用例として、オフィスや工場など複数の人が作業をする空間に配置される空調機の省エネルギ化や、温度や湿度や照度などにより定点観測が行われる環境計測システムの省エネルギ化を図るために適用できる。
【符号の説明】
【００８８】
１ 空調システム
２ 空調機
３ 無線通信端末
４ センサ端末
５ 設備コントローラ
７ ネットワーク
２０ 空調機の本体部
２０ａ 空気吹出口
２１ ルーバー
２１ａ 回動軸
３０ 端末コントローラ
３１ ルーバー制御部
３２ 基地局
３３ アンテナ
３３ａ 給電点
３３ｂ アンテナエレメント
５０ 入力装置
５１ マスタコントローラ
５２ 親局
３２１ 信号処理回路
３２２ タイマ
３２３ 送信回路
３２４ 受信回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信相手との間の距離を測定する機能を有する無線通信端末、及びこれを備えた無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、２つの無線端末の間の距離を測定する機能を有する無線通信システムが開示されている。この無線通信システムでは、一方の無線端末が他方の無線端末へパケットを送信すると、他方の無線端末は、パケットを受信してから所定の時間が経過した後に、パケットを返送する。一方の無線端末は、返送されたパケットを受信し、パケットを送信してからパケットを受信するまでの時間から所定の時間を減算することで、パケットの往復時間を求め、当該往復時間に基づき、２つの無線端末間の距離を測定する。
【０００３】
特許文献１に開示されている無線通信システムは、誤った距離が出力されることを防止するため、パケットの信号強度等が信憑性のあるときのみ測距を行う。具体的には、パケットの信号検出強度が適正な範囲に収まっているか否かのチェックやＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）チェックを行うことによって、パケットの信憑性を判別し、信憑性が高いと判別してから距離の計算を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５８００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示される無線通信システムにおいて、無線端末の間の距離を正確に測定するためには、無線端末が送信する電波の内、直接波を受信して測距に用いる必要がある。しかし、屋内など電波を反射する壁面、床、天井などの壁材で囲まれた空間で用いる場合には、無線端末の配置関係やアンテナの指向性等により、反射波の強度が強くまた通信品質が良い場合があり、反射波を信頼度の高いものとして測距に用いてしまう場合が考えられる。この場合、反射経路と端末間直線距離の差分が計測値に含まれるため、無線端末間の距離を正確に測定することができない。
【０００６】
さらに、誤った距離を測定した場合、測定した距離に基づいて何らかの処理・制御を行った場合に、処理・制御の結果も誤ったものとなる虞がある。例えば、室内に設置された空調設備などの設備機器が、距離を測定し、測定した距離に基づいて動作を制御する場合に、測定した距離が誤っていると、不適切な制御が行われる虞がある。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたものであり、通信相手との間の距離を正確に取得することが可能な無線通信端末、及びこれを備えた無線通信システムを提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、通信相手との間の距離を正確に測定し、正確な測定値に基づいて適切な制御を可能とすることを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の観点に係る無線通信端末は、指向方向が複数の向きに変更されるアンテナを備え、アンテナの指向方向が異なる状態でそれぞれ、該アンテナを介して、通信相手と無線信号の送受信を行う無線通信手段と、
前記無線通信手段が前記無線信号を送信してから、前記通信相手から送り返された前記無線信号を受信する時点までの時間を計時する計時手段と、
前記計時手段が計時した複数の時間のうち、最短時間に基づき、前記通信相手との間の距離を測定する距離測定手段と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、無線通信端末と通信相手との間の距離の測定に、両者を結ぶ直線上を進行した無線信号の伝播時間が用いられる可能性が高くなる。これにより、無線通信端末と通信相手との間の距離を正確に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る空調システムが配置された室内の状況を示す図である。
【図２】空調機を拡大して示す斜視図である。
【図３】図２の範囲Ａを拡大して示す斜視図である。
【図４】実施の形態に係る無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示す基地局の構成を示すブロック図である。
【図６】アンテナの構造を示す概略図である。
【図７】アンテナの指向方向を示す概略図である。
【図８】無線通信端末とセンサ端末との間で送受信が行われる電波と、アンテナの指向方向との関係を示す概略図である。
【図９】無線通信端末とセンサ端末との間で送受信が行われる電波と、アンテナの指向方向との関係を示す概略図である。
【図１０】電波の伝播距離と、電波の伝播時間が検出される頻度との関係を示す図である。
【図１１】電波の伝播距離と、電波の伝播時間が検出される頻度との関係を示す図である。
【図１２】端末コントローラで実行される測距処理（センサ端末との距離を測定する処理）のフローチャートである。
【図１３】設備コントローラで実行される測位処理（センサ端末の位置を求める処理）のフローチャートである。
【図１４】無線通信端末の位置座標を示す図である。
【図１５】空調機を拡大して示す斜視図である。
【図１６】図１５の範囲Ａを拡大して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の第１の実施形態に係る無線通信システムを、空調システムに適用した例に基づいて説明する。
【００１３】
本実施形態に係る空調システム１は、図１に示すように、空調機２（２ａ〜２ｄ）と、無線通信端末３（３ａ〜３ｄ）と、センサ端末４（４ａ〜４ｃ）と、設備コントローラ５とを備える。
【００１４】
図１の例では、空調機２（２ａ〜２ｄ）は４台設置され、無線通信端末３（３ａ〜３ｄ）は、各空調機２に対して１台ずつ設置されている。各無線通信端末３は、室内のフロアー上に分散して設置される３台のセンサ端末４（４ａ〜４ｃ）と、室内の壁面に設置される１台の設備コントローラ５と、電波により、無線通信を行う。
【００１５】
図２に示すように、空調機２（２ａ〜２ｄ）は、室内の天井面に固定される本体部２０を有している。本体部２０は、４つの空気吹出口２０ａを有している。各空気吹出口２０ａには、ルーバー（細長い板）２１が取り付けられている。図３は、図２の範囲Ａを拡大して示しており、ルーバー２１は、空気吹出口２０ａの外縁に支持される一端２１ａを回転中心として、矢印方向Ｂに角度が可変（回動可能）に設けられている。ルーバー２１が回動することにより、空気吹出口２０ａから吹き出される空気の向きが変更される。以下、ルーバ２１の一端２１ａを回動軸２１ａと記す。
【００１６】
図１に示す無線通信端末３（３ａ〜３ｄ）は、図４に示すように、端末コントローラ３０と、ルーバー制御部３１と、基地局３２と、アンテナ３３とを備えている。なお、端末コントローラ３０とルーバー制御部３１とは、空調処理を実行するために空調機２に本来的に備えられている構成であり、その機能を無線通信端末３の一部として使用するものである。
【００１７】
端末コントローラ３０は、空調機２を制御するために設けられているものであり、設備コントローラ５とネットワーク７を介して通信を行い、設備コントローラ５からの指示に従って、空調機２の空気温度、風量等を制御し、また、ルーバー制御部３１を介してルーバー２１の角度・回動を制御する。また、端末コントローラ３０は、基地局３２に指示して、各センサ端末４との距離を測定させる。
【００１８】
ルーバー制御部３１は、端末コントローラ３０の制御に従って、風向きを制御するために、或いは、センサ端末４までの距離を正確に測定するために、ルーバー２１の角度を調整（変更）するためのものであり、角度調整部として機能する。
【００１９】
基地局３２は、無線通信手段として通信相手であるセンサ端末４との間で電波による無線通信を行う装置であり、図５に示すように、信号処理回路３２１、送信回路３２３、受信回路３２４を備える。
【００２０】
信号処理回路３２１は、無線通信手段、計時手段、距離測定手段等として機能するものである。具体的には、信号処理回路３２１は、プロセッサ、メモリ等から構成され、送信対象パケットを生成して送信回路３２３に供給し、受信回路３２４から受信パケットが供給され、受信パケットを処理する。
【００２１】
また、信号処理回路３２１は、タイマ３２２を備え、タイマ３２２と共に計時手段として機能し、計測時間に基づいて、各センサ端末４までの距離を測定（計算）し、端末コントローラ３０、ネットワーク７を介して設備コントローラ５に通知する。信号処理回路３２１は、センサ端末４までの距離を測定する際の信号処理回路３２１での処理時間Ｔ２と、センサ端末４での処理時間Ｔ３と、を予め記憶している。処理時間Ｔ２とＴ３の詳細については後述する。
【００２２】
送信回路３２３は、信号処理回路３２１から送信パケットが提供され、ウルトラワイドバンドインパルスラジオ（以下、ＵＷＢ−ＩＲ）方式により変調し、アンテナ３３を介して送信する。
【００２３】
受信回路３２４は、アンテナ３３を介して電波を受信し、増幅し、ＵＷＢ−ＩＲ方式により復調して、受信パケットを再生し、再生した受信パケットを信号処理回路３２１に供給する。
【００２４】
アンテナ３３は、図６に示すように、給電点３３ａから２つの直線状のアンテナエレメント３３ｂが左右対称に延びるダイポールアンテナから構成される。２つのエレメント３３ｂの長さの合計Ｌ１は、センサ端末４との間で送受信が行われる電波の半波長となるが広帯域なＵＷＢ−ＩＲ方式の電波を効率よく送受信するために実際のエレメント形状は広帯域化のためテーパー形状やその他の形状をとる場合もある。なお、図６において、Ｙ軸は、エレメント３３ｂが延びる方向を示し、Ｚ軸はＹ軸と直交する高さ方向を示し、Ｘ軸はＹ軸及びＺ軸と直交する方向を示している。
【００２５】
アンテナ３３は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｙ軸（エレメント３３ｂが延びる方向）にほぼ直角な方向に、Ｙ軸を中心としてほぼ均一に、指向方向Ｈを有している。
【００２６】
アンテナ３３は、図３に示すように、回動軸２１ａに直交する向きにルーバー２１に装着されている。このため、ルーバー２１の回動に伴ってアンテナ３３の指向方向も相対的に変化する。
【００２７】
図４に示すように、設備コントローラ５は、入力装置５０と、マスタコントローラ５１と、親局５２とを備えている。
【００２８】
入力装置５０は、ユーザによって操作される電源ボタン、動作モード設定ボタン、温度設定ボタン、等を備え、種々の設定及び指示を入力する。電源ボタンの操作により、この空調システム１の電源がＯＮ・ＯＦＦされる。動作モード設定ボタンの操作により動作モードが設定される。また、温度設定ボタンの操作により、目標温度等が設定される。
【００２９】
マスタコントローラ５１は、ネットワーク７を介して各無線通信端末３の端末コントローラ３０に接続され、各センサ端末４の位置を測定（特定）する位置測定手段として機能すると共に４台の空調機２を統合的に制御する制御手段として機能する。具体的には、マスタコントローラ５１は、各無線通信端末３から各センサ端末４までの距離を取得することにより、各センサ端末４の位置を特定する。マスタコントローラ５１は、特定した各センサ端末４の位置と各センサ端末４から提供される測定情報に基づいて、空調機２を制御する。
【００３０】
親局５２は、センサ端末４が無線送信して来る情報を受信して、マスタコントローラ５１に供給する。
【００３１】
センサ端末４（４ａ〜４ｃ）は、センサ機能と無線機能とを備える。センサ端末４は、空調機２が配置された室内の任意の位置に配置され、温度、人の在否、その他の室内の環境を測定し、測定データを親局５２に送信する。また、センサ端末４は、各基地局３２の通信相手となって、距離測定用の問い合わせに応答して、応答パケットを各基地局３２に返信する。
【００３２】
以上の構成を有する空調システム１において、各無線通信端末３は、各センサ端末４と交信して、該センサ端末４までの距離を測定し、設備コントローラ５に通知する。この際、無線通信端末３は、指向方向変更手段を構成するルーバー制御部３１によりルーバー２１の角度を変更させることによりアンテナ３３の指向方向Ｈを変更しつつ、送信パケットをセンサ端末４に向けて複数回送信し、センサ端末４からの返信パケットを受信するまでの伝播時間を取得し、取得した複数の伝播時間のうち、最短の伝播時間に基づき、センサ端末４との間の距離を求める。この測距処理の概略を図８〜１１を参照して説明する。
【００３３】
図８，９は、センサ端末４（４ａ〜４ｃ）から送信された電波Ａ，Ｂ、Ｃが異なる経路を通ってアンテナ３３に到達する様子を模式的に示している。電波Ａは、無線通信端末３とセンサ端末４とを結ぶ直線上を進行してアンテナ３３に受信されている。この結果、電波Ａには、伝播経路長に応じた減衰γａが生じている。また、電波Ｂ，Ｃは、壁面によって反射された後に、アンテナ３３に受信されている。この結果、電波Ｂでは、伝播経路長に応じた減衰γｂに加えて、反射減衰αが生じ、また、電波Ｃでは、伝播経路長に応じた減衰γｃに加えて、反射減衰２αが生じている。以下では、電波Ａを直接波Ａと記し、電波Ｂ，Ｃを反射波Ｂ，Ｃと記す。
【００３４】
図８に示す例では、直接波Ａは、感度最小の角度、即ち、アンテナエレメント３３ｂとほぼ平行な方向からアンテナ３３に入射している。これに対して、反射波Ｂ，Ｃは、アンテナ３３の感度が高い角度（アンテナエレメント３３ｂにほぼ直角な方向）から入射している。このため、反射波Ｂ，Ｃが、直接波Ａよりも強く検出され、受信回路３２４の受信アンプのゲインが反射波Ｂの強度に基づいて調整され、反射波Ｂが距離測定に用いられる確率が高くなる。このよう測距処理が繰り返されると、図１０に示すように、反射波Ｂ，Ｃが直接波Ａに比して高い頻度で距離の測定に使用され、センサ端末４までの距離が誤って計測される可能性が高い。
【００３５】
無線通信端末３（３ａ〜３ｄ）からセンサ端末４（４ａ〜４ｃ）に送信される電波に関しても同様の問題が発生する可能性がある。
【００３６】
これに対して、アンテナ３３の向きを９０°変更した図９に示す配置では、直接波Ａが、感度が高い直角方向からアンテナ３３に入射し、反射波Ｂ，Ｃは、感度が低い角度から入射する。このため、直接波Ａが、反射波よりも強く検出される。受信アンプのゲインは直接波Ａの強度に基づいて調整される。このため、図１１に示すように、直接波Ａが反射波Ｂ，Ｃに比して高い頻度で距離の測定に使用され、無線通信端末３（３ａ〜３ｄ）からセンサ端末４（４ａ〜４ｃ）までの距離は正しく計測される可能性が高い。
【００３７】
以上、図８〜図１１を参照して説明したように、アンテナ３３の向きとセンサ端末４の位置との関係によっては、距離Ｄを誤って測定する可能性がある。アンテナ３３とセンサ端末４の位置関係が固定される場合には、アンテナ３３の向きを適切に設置すれば、問題は解決されるが、センサ端末４が任意の位置に設置される場合或いは移動する場合には、位置関係を固定できない。
【００３８】
一方、図８及び図９に示すように、アンテナ３３の向きを変化させた前後では、距離Ｄの計算に使用される電波は異なる。このため、指向方向Ｈを変更し、変更の前後で伝播時間を計測することで、直接波Ａの伝播時間を取得する可能性を高めることができる。そして、得られた複数の伝播時間のうち最短の伝播時間を選択すれば、無線通信端末３とセンサ端末４との間の直線距離に対応する直接波Ａの伝播距離に基づいて距離Ｄが算出される可能性が高まる。
【００３９】
そこで、本実施形態の無線通信端末３は、アンテナ３３が設置されたルーバー２１の向きを変更しながら距離の測定を実行することにより、正確に距離Ｄを測定する。
【００４０】
次に、無線通信端末３が、アンテナ３３の向きを変更しながら実行する測距処理を、図１２のフローチャートを参照して具体的に説明する。
【００４１】
なお、以下では、理解を容易とするため、無線通信端末３ａが、センサ端末４ａとの距離を測定する処理を例として説明する。
【００４２】
図１２の処理は、例えば、ユーザが設備コントローラ５の入力装置５０を操作することによって、空調システム１の電源をＯＮした際に、マスタコントローラ５１が、初期化処理の一部として無線通信端末３の端末コントローラ３０に指示して実行させる。
【００４３】
端末コントローラ３０は、マスタコントローラ５１の指示に応答して、基地局３２に測距処理の開始を指示する。
【００４４】
この指示に応答して、基地局３２の信号処理回路３２１は、図１２の処理を開始させ、まず、端末コントローラ３０を介してルーバー制御部３１に、ルーバー２１をホームポジション（例えば、全閉状態或いは全開状態）に制御させる（ステップＳ１０１）。
【００４５】
続いて、信号処理回路３２１は、距離測定用の所定のメッセージにセンサ端末４ａのアドレスを宛先アドレス、自己のアドレスを送信元アドレスとして付加して送信パケットを生成し、送信回路３２３に供給する（ステップＳ１０２）。また、タイマ３２２を起動する。送信回路３２３は、供給された送信パケットにＵＷＢ−ＩＲ変調を施し、アンテナ３３から送信する（ステップＳ１０２）。
【００４６】
センサ端末４ａは、無線通信端末３ａから送信されたパケットを受信すると共に、内部タイマを起動する。さらに、センサ端末４ａは、受信したパケットを復調し、宛先アドレスが自己宛であることを検出し、所定の返信用メッセージに無線通信端末３ａのアドレスを送信アドレス、自己のアドレスを送信元アドレスとして付加して返信パケットを生成する。センサ端末４ａは、内部タイマが一定時間を計時したタイミングで、返信パケットをＵＷＢ−ＩＲ方式で送信する。
【００４７】
無線通信端末３ａの受信回路３２４は、センサ端末４ａから送信された返信パケットをアンテナ３３を介して受信し、増幅し、復調し、返信パケットを再生して信号処理回路３２１に供給する（ステップＳ１０３）。無線通信端末３が受信した電波には直接波や反射波が含まれているが、最も強い受信信号に応じて増幅率が設定され、他は微弱信号として無視される。
【００４８】
信号処理回路３２１は、受信回路３２４から供給されたパケットを解析して、返信パケットであることを判別し、タイマ３２２を停止し、カウント時間、即ち、伝播時間Ｔ１を記憶する（ステップＳ１０４）。
【００４９】
次に、信号処理回路３２１は、伝播時間Ｔ１の測定処理を所定回数行ったか否かを判別する（ステップＳ１０５）。
【００５０】
測定回数が所定回数に達していないと判別した場合（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、信号処理回路３２１は端末コントローラ３０を介してルーバー制御部３１に、ルーバー２１の角度を所定角度変更させる（ステップＳ１０６）。これにより、ルーバー２１は、例えば図３の実線に示す状態から破線に示す状態に変更される。ルーバー２１の角度が変化することでアンテナ３３の向きも変化し、アンテナ３３の指向方向Ｈも変更される。
【００５１】
次に、フローは、ステップＳ１０２にリターンし、基地局３２は上述と同様の動作を繰り返し、伝播時間Ｔ１を測定する（ステップＳ１０２〜Ｓ１０６）。この結果、アンテナ３３の指向方向Ｈが複数の向きに変更され、指向方向Ｈが変更されるたびに、伝播時間Ｔ１が測定される。
【００５２】
ステップＳ１０５で、伝播時間Ｔ１が所定回数測定されたと判断されると（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、信号処理回路３２１は、ステップＳ１０４で記憶した複数の伝播時間Ｔ１のうち、最短の伝播時間Ｔ１を特定する（ステップＳ１０７）。なお、異常な最小値を排除するため、適当なチェック処理を加えてもよい。最短伝播時間は、正常範囲内の伝播時間のうちの最小値の意味である。
【００５３】
次に、信号処理回路３２１は、特定した最短の伝播時間Ｔ１から、予め設定されている時間Ｔ２と時間Ｔ３を減算し、無線通信端末３ａのアンテナ３３とセンサ端末４ａのアンテナとの間での伝播の伝播時間Ｔ（＝Ｔ１−Ｔ２−Ｔ３）を求める（ステップＳ１０８）。
【００５４】
ここで、時間Ｔ２は、センサ端末４ａが送信パケットをアンテナで受信してから、返信パケットをアンテナから出射するまでの時間に相当し、予め求められてメモリに格納されている。また、時間Ｔ３は、信号処理回路３２１が、タイマ３２２を起動してから、送信パケットがアンテナ３３から送信されるまでに要する時間Ｔ３１と、返信パケットをアンテナ３３で受信してから、信号処理回路３２１が再生パケットが返信パケットであることを判別し、タイマ３２２を停止するまでに要する時間Ｔ３２と、の和（Ｔ３＝Ｔ３１＋Ｔ３２）であり、予め測定され、メモリに格納されている。
【００５５】
次に、信号処理回路３２１は、Ｄ＝Ｔ・Ｃ／２を、センサ端末４ａまでの距離Ｄとして求める（ステップＳ１０９）。なお、Ｃは予めメモリ時格納されている定数である。
【００５６】
次に、信号処理回路３２１は、ステップＳ１０９で計算した距離Ｄを、端末コントローラ３０及びネットワーク７を介して、設備コントローラ５のマスタコントローラ５１に送信する（ステップＳ１１０）。
【００５７】
設備コントローラ５は、通知された無線通信端末３ａとセンサ端末４ａとの距離Ｄを内部メモリに記憶する。
【００５８】
設備コントローラ５のマスタコントローラ５１は、同様にして、無線通信端末３ａに、センサ端末４ｂとの距離及びセンサ端末４ｃとの距離を測定させる。さらに、無線通信端末３ｂ〜３ｄにも、センサ端末４ａ〜４ｃとの距離を測定させる。
【００５９】
マスタコントローラ５１は、一連の測距処理が終了すると、求められた距離Ｄに基づいて各センサ端末４（４ａ〜４ｃ）の位置を求めるために、図１３に示す処理を開始する。
【００６０】
まず、マスタコントローラ５１は、各無線通信端末３（３ａ〜３ｄ）の位置を内部メモリから読み出す（ステップＳ２０１）。例えば、図１に示す室内空間に、図１４に示すような座標系を設定し、各無線通信端末３ａ〜３ｄの座標（Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ）〜（Ｕｄ，Ｖｄ，Ｗｄ）を予め求めておき、内部メモリに格納しておく。マスタコントローラ５１は、この座標を内部メモリから読み出す。
【００６１】
次に、マスタコントローラ５１は、センサ端末４のいずれかを特定する（ステップＳ２０２）。
【００６２】
次に、マスタコントローラ５１は、特定したセンサ端末４（ここでは、４ａとする）に関し、求められた距離Ｄａ〜Ｄｄを読み出して、各無線通信端末３ａ〜３ｄの位置及び読み出した距離Ｄａ〜Ｄｄから、三角測量の要領で、センサ端末４ａの三次元的な位置（座標）を求める（ステップＳ２０３）。なお、４つ以上の距離のうちから３つを選択して位置をもとめてもよい。
【００６３】
次に、マスタコントローラ５１は、全てのセンサ端末４の位置を特定したか否かを判別し（ステップＳ２０４）、未特定のセンサ端末が残っていれば（ステップＳ２０４；Ｎｏ）、ステップＳ２０２にリターンし、次のセンサ端末４について同様の処理を実行する。
【００６４】
全てのセンサ端末４の位置を特定すると（ステップＳ２０４；Ｙｅｓ）、センサ端末４ａ〜４ｃの位置を記憶する（ステップＳ２０５）。
【００６５】
設備コントローラ５は、算出されたセンサ端末４の位置（座標）と、センサ端末４ａ〜４ｃから送信されてくる温度、人の存在・不存在を示す情報等とに基づき、例えば、室内の温度分布、人の位置などを求め、設定・動作モードなどに従って、例えば、センサ端末４の位置が目的温度となるように、空調機２の作動を制御する。
【００６６】
本実施の形態によれば、ルーバー２１を稼働することによりアンテナ３３の指向方向Ｈを変更し、その度に、無線通信端末３とセンサ端末４との間で電波を送受信して、伝播時間を取得し、取得した伝播時間のうち、最短の伝播時間に基づき、無線通信端末３とセンサ端末４との間の距離を計算する。この結果、距離の計算に直接波の伝播時間が用いられて、無線通信端末３とセンサ端末４との間の距離が正確に計算される可能性が高くなる。これにより、測距精度が向上して、無線通信端末３とセンサ端末４との間の距離、ひいては、センサ端末４の位置を正確に取得することが可能となる。そして、この位置を用いて、空調機２の作動を制御することにより、空調機２を適切及び効率的に稼働させることが可能となる。
【００６７】
また、無線通信端末３とセンサ端末４との間の通信方式としてＵＷＢ−ＩＲ方式を採用していることで、無線通信端末３とセンサ端末４との間では、短いインパルス状の電波の送受信が行われる。これにより、直接波の伝播時間と反射波の伝播時間との相違が明確に捉えられ、無線通信端末３とセンサ端末４との間の正確な距離を取得する上で有利になる。
【００６８】
また、アンテナ３３の指向方向Ｈを変更させるための手段として、既存設備の稼動部である空調機２のルーバー２１を用いているため、空調システム１の製造コストを安価に抑える上で有利となる。
【００６９】
本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変更することが可能である。
【００７０】
ルーバー２１に対するアンテナ３３の取り付け角度等も任意であるが、ルーバー２１の角度変更に伴ってアンテナ３３の指向方向Ｈが変化するように、回動軸２１ａに直交する方向に配置されることが望ましい。
【００７１】
上記第１の実施の形態では、アンテナ３３の指向方向Ｈを変更するため、アンテナ３３をルーバー２１に固定したが、アンテナの指向方向Ｈを変更する手段は任意である。例えば、他の既存の可動部に配置してもよい。また、専用の可動部を設置し、そこに配置してもよい。また、アンテナ３３は、ダイポールに限らず、所定の指向特性を有するものであっても良い。
【００７２】
（第２実施形態）
第１実施形態では、指向方向変更手段を構成するルーバー制御部３１とルーバー２１とが、アンテナ３３の向きを物理的に変更することによりアンテナの指向方向を変更したが、アンテナの指向方向を実質的に変更できるならば、変更するための手法は任意である。
【００７３】
例えば、指向方向変更手段が、アンテナ３３の位置自体は変更せずに、アンテナ３３の周囲の通信環境（電波の伝播環境）を変更することにより、アンテナ３３の指向方向Ｈを実質的に変更することも可能である。
【００７４】
例えば、図１５，１６に示すように、アンテナ３３を、ルーバー２１の近傍に設け、ルーバー２１を金属等の導体または誘電体から構成してもよい。或いは、ルーバー２１の表面に金属箔や金属板等の導体箔（導体板）や誘電体膜（誘電体板）を設置してもよい。この構成によれば、ルーバー２１の角度が図１６の矢印方向Ｂに変更されることに応じて、アンテナ３３の周囲に生じる電界の分布（電場の形状）が変化し、その結果、アンテナ３３の指向方向Ｈが変更される。この場合には、アンテナ３３がルーバー２１から離隔する距離Ｌ２は、無線通信端末３とセンサ端末４との間で送受信が行われる電波の半波長よりも短く設定されることが好ましい。このようにすることで、ルーバー２１が稼働することに応じて、アンテナ３３の指向方向Ｈを確実に変更させることができる。
【００７５】
上記実施の形態においては、無線通信端末３に１つのアンテナを配置したが、図１５に示すように、２つのアンテナ３３を設置することで、多くの角度からの電波を受信できるように構成してもよい。さらに、一のアンテナ３３をルーバー２１に固定し、他のアンテナ３３をルーバー２１の近傍に配置する等してもよい。
【００７６】
上記実施の形態においては、無線通信端末３とセンサ端末４との距離を、空調システム１の電源投入時に実行したが、距離を測定するタイミング自体は任意である。例えば、空調システム１の電源投入後一定時間経過した時に、距離を測定する動作をおこなってもよい。また、電源投入後、周期的に測定する等してもよい。
【００７７】
また、図１２のステップＳ１０１で、ルーバー２１をホームポジションに移動したが、ステップＳ１０１を除去し、電源投入時のルーバー２１の位置から測定動作を開始してもよい。
【００７８】
また、図１２のフローチャートに示す測定手順は、一例であり、同様の測定結果が得られるならば、任意に変更可能である。また、ルーバー２１の角度の変更回数は、１回あたりの変更角度等は任意である。例えば、１回だけ９０°変更するようにしてもよい。
【００７９】
また、ルーバー２１が停止した状態で、距離（伝播時間）を測定する必要はなく、ルーバー２１を回動させながら、距離を測定してもよい。
【００８０】
センサ端末４までの距離を測定するためにルーバー２１を稼働するのではなく、ルーバー２１を稼働する必要が生じたときに、距離の測定を自動的に開始するようにしてもよい。この場合、例えば、端末コントローラ３０は、ルーバー制御部３１にルーバー２１の稼働を指示した際に、併せて、基地局３２に距離の測定を指示する。そして、基地局３２は、指示に応答して、上述と同様にして各センサ端末４までの距離を求めて、マスタコントローラ５１に通知する。
【００８１】
また、無線通信端末３や、センサ端末４や、空調機２や、設備コントローラ５の設置数は任意である。また、各無線通信端末３のアンテナ３３の数も１つ又は２つに限られず、より大きな数であっても良い。
【００８２】
また、端末コントローラ３０、ルーバー制御部３１、及び基地局３２の空調機２の本体部２０内における配置は、任意に設定される。
【００８３】
また、ネットワーク７も、ＵＷＢ−ＩＲ方式により、設備コントローラ５のマスタコントローラ５１と、無線通信端末３の端末コントローラ３０に無線通信を行わせるものであってもよい。
【００８４】
また、無線通信端末３の基地局３２とセンサ端末４との無線通信を、超音波、赤外線、可視光などによって行い、これらの無線信号の伝播時間に基づき、無線通信端末３とセンサ端末４との距離が測定されても良い。この場合には、指向性マイクや受光素子などの受信部が、ルーバー２１上に設置される。そして、ルーバー２１が稼働することに応じて、受信部の指向方向が変更される。また、上記受信部はルーバー２１の近傍に配置されてもよい。この場合には、ルーバー２１が稼働することに応じて、ルーバー２１による反射で受信部の指向方向が変更される。以上のように通信を超音波等で行う場合には、壁面、床、天井、その他の什器などの反射による信号の散乱の影響が低く抑えられて、測距精度が向上する。
【００８５】
さらに、空調システム１内で、上述の機能の分担を適宜変更することも可能である。例えば、上記の実施形態では、基地局３２でセンサ端末４までの距離を求めたが、例えば、各基地局３２が伝播時間Ｔ１をマスタコントローラ５１に伝達し、マスタコントローラ５１が基地局３２からセンサ端末４までの距離Ｄを求めるようにしてもよい。
【００８６】
上記実施の形態では、空調システム１において、任意の位置に設置されるセンサ端末４の位置を特定するために、無線通信による測距処理を実施したが、この発明は、可動部を備え、無線により距離を測定するシステムに広く適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、無線測位システムの適用例として、オフィスや工場など複数の人が作業をする空間に配置される空調機の省エネルギ化や、温度や湿度や照度などにより定点観測が行われる環境計測システムの省エネルギ化を図るために適用できる。
【符号の説明】
【００８８】
１ 空調システム
２ 空調機
３ 無線通信端末
４ センサ端末
５ 設備コントローラ
７ ネットワーク
２０ 空調機の本体部
２０ａ 空気吹出口
２１ ルーバー
２１ａ 回動軸
３０ 端末コントローラ
３１ ルーバー制御部
３２ 基地局
３３ アンテナ
３３ａ 給電点
３３ｂ アンテナエレメント
５０ 入力装置
５１ マスタコントローラ
５２ 親局
３２１ 信号処理回路
３２２ タイマ
３２３ 送信回路
３２４ 受信回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向方向が複数の向きに変更されるアンテナを備え、アンテナの指向方向が異なる状態でそれぞれ、該アンテナを介して、通信相手と無線信号の送受信を行う無線通信手段と、
前記無線通信手段が前記無線信号を送信してから、前記通信相手から送り返された前記無線信号を受信する時点までの時間を計時する計時手段と、
前記計時手段が計時した複数の時間のうち、最短時間に基づき、前記通信相手との間の距離を測定する距離測定手段と、
を有することを特徴とする無線通信端末。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信端末と、
前記アンテナの指向方向を複数の向きに変更する指向方向変更手段と、を有し、
前記指向方向変更手段は、前記アンテナの角度を変えることによって、前記アンテナの指向方向を変更させる、ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
前記指向方向変更手段は、空調機のルーバーと該ルーバーの角度調整部とから構成され、
前記アンテナは、前記ルーバーに設置され、前記角度調整部により前記ルーバーの角度が変更されることに応じて向きが変えられる、
ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
請求項１に記載の無線通信端末と、
前記アンテナの指向方向を複数の向きに変更する指向方向変更手段と、を有し、
前記指向方向変更手段は、前記アンテナの周囲の通信環境を変化させることで、前記アンテナの指向方向を変更させる、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
前記指向方向変更手段は、空調機のルーバーの角度調整部と、前記ルーバーに含有される導体又は誘電体とから構成され、
前記アンテナは、前記ルーバーの近傍に設置される、
ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記指向方向変更手段は、空調機のルーバーの角度調整部と、前記ルーバーの表面に設置された導体又は誘電体とから構成され、
前記アンテナは、前記ルーバーの近傍に設置される、
ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記アンテナが前記ルーバーから離隔する距離は、前記無線信号を構成する波動の半波長よりも短いことを特徴とする請求項５又は６に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記距離測定手段が計測した距離データに基づいて、前記通信相手の位置を測定する位置測定手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記通信相手として、前記空調機が配置された室内の温度を計測するセンサ端末と、前記空調機を制御する制御手段とをさらに有し、
前記センサ端末は、前記室内の情報を前記制御手段へ送信し、
前記制御手段は、前記位置測定手段により測定された前記センサ端末の位置と、前記センサ端末から受信した情報とに基づき、前記空調機の作動を制御することを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
【請求項１】
指向方向が複数の向きに変更されるアンテナを備え、アンテナの指向方向が異なる状態でそれぞれ、該アンテナを介して、通信相手と無線信号の送受信を行う無線通信手段と、
前記無線通信手段が前記無線信号を送信してから、前記通信相手から送り返された前記無線信号を受信する時点までの時間を計時する計時手段と、
前記計時手段が計時した複数の時間のうち、最短時間に基づき、前記通信相手との間の距離を測定する距離測定手段と、
を有することを特徴とする無線通信端末。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信端末と、
前記アンテナの指向方向を複数の向きに変更する指向方向変更手段と、を有し、
前記指向方向変更手段は、前記アンテナの角度を変えることによって、前記アンテナの指向方向を変更させる、ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
前記指向方向変更手段は、空調機のルーバーと該ルーバーの角度調整部とから構成され、
前記アンテナは、前記ルーバーに設置され、前記角度調整部により前記ルーバーの角度が変更されることに応じて向きが変えられる、
ことを特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
【請求項４】
請求項１に記載の無線通信端末と、
前記アンテナの指向方向を複数の向きに変更する指向方向変更手段と、を有し、
前記指向方向変更手段は、前記アンテナの周囲の通信環境を変化させることで、前記アンテナの指向方向を変更させる、
ことを特徴とする無線通信システム。
【請求項５】
前記指向方向変更手段は、空調機のルーバーの角度調整部と、前記ルーバーに含有される導体又は誘電体とから構成され、
前記アンテナは、前記ルーバーの近傍に設置される、
ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
【請求項６】
前記指向方向変更手段は、空調機のルーバーの角度調整部と、前記ルーバーの表面に設置された導体又は誘電体とから構成され、
前記アンテナは、前記ルーバーの近傍に設置される、
ことを特徴とする請求項４に記載の無線通信システム。
【請求項７】
前記アンテナが前記ルーバーから離隔する距離は、前記無線信号を構成する波動の半波長よりも短いことを特徴とする請求項５又は６に記載の無線通信システム。
【請求項８】
前記距離測定手段が計測した距離データに基づいて、前記通信相手の位置を測定する位置測定手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の無線通信システム。
【請求項９】
前記通信相手として、前記空調機が配置された室内の温度を計測するセンサ端末と、前記空調機を制御する制御手段とをさらに有し、
前記センサ端末は、前記室内の情報を前記制御手段へ送信し、
前記制御手段は、前記位置測定手段により測定された前記センサ端末の位置と、前記センサ端末から受信した情報とに基づき、前記空調機の作動を制御することを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−９５０１５（Ｐ２０１１−９５０１５Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４７１３３（Ｐ２００９−２４７１３３）
【出願日】平成２１年１０月２７日（２００９．１０．２７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２７日（２００９．１０．２７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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