無線通信装置
【課題】同期処理が不要で、消費電力の小さな無線通信装置を提供する。
【解決手段】互いに無線通信する第１無線機１と第２無線機２とを備え、第１無線機１は、距離測定信号を送信するとともに、距離測定信号の送信タイミングで送信タイミング信号を出力する送信回路３と、折り返し信号を受信するとともに、折り返し信号の受信タイミングで受信タイミング信号を出力する受信回路５と、送信タイミング信号に対する受信タイミング信号の時間差を遅延時間として測定する遅延時間測定回路７と、遅延時間に基づいて、第１無線機１と第２無線機２との距離を演算する距離演算回路８とを含み、遅延時間測定回路７は、並列に接続され互いに遅延特性の異なる複数の遅延回路Ｄ１〜Ｄｎを有し、送信タイミング信号を複数の遅延回路Ｄ１〜Ｄｎを介して遅延させた遅延送信タイミング信号と、受信タイミング信号とを用いて遅延時間を測定するものである。
【解決手段】互いに無線通信する第１無線機１と第２無線機２とを備え、第１無線機１は、距離測定信号を送信するとともに、距離測定信号の送信タイミングで送信タイミング信号を出力する送信回路３と、折り返し信号を受信するとともに、折り返し信号の受信タイミングで受信タイミング信号を出力する受信回路５と、送信タイミング信号に対する受信タイミング信号の時間差を遅延時間として測定する遅延時間測定回路７と、遅延時間に基づいて、第１無線機１と第２無線機２との距離を演算する距離演算回路８とを含み、遅延時間測定回路７は、並列に接続され互いに遅延特性の異なる複数の遅延回路Ｄ１〜Ｄｎを有し、送信タイミング信号を複数の遅延回路Ｄ１〜Ｄｎを介して遅延させた遅延送信タイミング信号と、受信タイミング信号とを用いて遅延時間を測定するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、互いに無線通信する第１無線機と第２無線機との距離を演算する無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の距離検出装置は、送信手段と、受信手段と、信号入力手段と、距離検出手段とを備えている。
送信手段は、自局の基準タイマ（基準クロック）で周期性の信号を生成して相手局へ送信する。受信手段は、相手局が相手局の基準タイマで周期性の信号を生成して自局に送信してくる信号を受信する。信号入力手段は、送信手段からの送信信号を直接受信手段に入力する。
距離検出手段は、送信手段から信号を送信したときの送信タイミングと、送信信号が信号入力手段によって受信手段に入力されたときの受信タイミングとの差を測定して自局信号遅延時間を求め、さらに相手局からの送信信号を受信した受信タイミングを自局の基準タイマの基準タイミングとのずれ量を測定して自局検出位相差を求め、これら自局信号遅延時間及び自局検出位相差と、相手局で求められた相手局信号遅延時間及び相手局検出位相差とを用いて自局と相手局との相対距離を検出している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記従来装置では、自局および相手局の基準タイマ（基準クロック）を用いて遅延時間を測定している。また、基準タイマの周期は、水晶発振器あるいは水晶振動子といった発振部品によって生成されている。
しかしながら、これらの発振部品は、生成周期の精度に個体差を有しているので、時間の経過とともに、自局の基準タイマと相手局の基準タイマとの間にずれが生じる。
そこで、十分な距離測定精度を確保するためには、定期的に自局の基準タイマと相手局の基準タイマとのタイミング一致させる同期処理が必要となる。
【０００４】
また、無線センサノード等の通信距離が数１０ｍ程度の近距離無線技術を応用したネットワークシステムにおいては、各装置の設置間隔が５ｍ程度と短距離になることが想定される。
ここで、例えば距離測定精度を１ｍとした場合には、電波伝搬の遅延時間が１ｍあたり約３．３ｎｓとなる。
そのため、上記従来装置のように基準タイマを用いて遅延時間を測定する場合、十分な距離測定精度を確保するためには、高周波で動作する基準タイマが必要となる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３３５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の距離検出装置では、時間の経過とともに、自局の基準タイマと相手局の基準タイマとの間にずれが生じるので、十分な距離測定精度を確保するためには、頻繁に同期処理を実行する必要があり、距離の測定処理に支障を来すという問題点があった。
また、近距離無線技術を応用したネットワークシステムにおいて、十分な距離測定精度を確保するためには、高周波で動作する基準タイマが必要となるので、消費電力が増大するという問題点もあった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、同期処理を必要とせず、かつ消費電力の小さな無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る無線通信装置は、互いに無線通信する第１無線機と第２無線機とを備え、第１無線機は、第２無線機に対して送信信号を送信するとともに、送信信号の送信タイミングで送信タイミング信号を出力する送信手段と、送信信号が第２無線機で折り返された受信信号を受信するとともに、受信信号の受信タイミングで受信タイミング信号を出力する受信手段と、送信タイミング信号および受信タイミング信号に応答して、送信タイミング信号に対する受信タイミング信号の時間差を遅延時間として測定する遅延時間測定手段と、遅延時間に基づいて、第１無線機と第２無線機との距離を演算する距離演算手段とを含み、遅延時間測定手段は、並列に接続され互いに遅延特性の異なる複数の遅延素子を有し、送信タイミング信号を複数の遅延素子を介して遅延させた遅延送信タイミング信号と、受信タイミング信号とを用いて遅延時間を測定するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の無線通信装置によれば、遅延時間測定手段が、並列に接続され互いに遅延特性の異なる複数の遅延素子を有し、送信タイミング信号を複数の遅延素子を介して遅延させた遅延送信タイミング信号と、受信タイミング信号とを用いて遅延時間を測定する。
そのため、基準タイマを用いる必要がなく、同期処理を不要にすることができるとともに、消費電力を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る無線通信装置を示すブロック図である。
図１において、無線通信装置は、第１無線機１と第２無線機２とを備えている。
第１無線機１は、送信回路（送信手段）３と、送信アンテナ４と、受信回路（受信手段）５と、受信アンテナ６と、遅延時間測定回路（遅延時間測定手段）７と、距離演算回路（距離演算手段）８とを含んでいる。
また、第２無線機２は、受信回路９と、受信アンテナ１０と、折り返し回路（折り返し手段）１１と、送信回路１２と、送信アンテナ１３とを含んでいる。
【００１２】
ここで、送信回路３、受信回路５、受信回路９、折り返し回路１１、および送信回路１２は、基準タイマ（基準クロック）を使用せずにアナログ回路を用いて構成されている。
送信回路３、受信回路５および遅延時間測定回路７は、第１無線機１に設けられた第１制御部（図示せず）の制御下で動作する。また、受信回路９、折り返し回路１１および送信回路１２は、第２無線機２に設けられた第２制御部（図示せず）の制御下で動作する。
【００１３】
また、距離演算回路８、第１制御部および第２制御部は、ＣＰＵとプログラムを格納した記憶部とを有するマイクロプロセッサ（図示せず）で構成されている。
【００１４】
送信回路３は、送信アンテナ４を介して、第２無線機２に対して距離測定信号（送信信号）を送信するとともに、距離測定信号の送信タイミングで遅延時間測定回路７に送信タイミング信号を出力する。
【００１５】
受信回路５は、受信アンテナ６を介して、距離測定信号が第２無線機２で折り返された折り返し信号（受信信号）を受信するとともに、折り返し信号の受信タイミングで遅延時間測定回路７に受信タイミング信号を出力する。
【００１６】
遅延時間測定回路７は、送信回路３からの送信タイミング信号と、受信回路５からの受信タイミング信号とに応答して、送信タイミング信号に対する受信タイミング信号の時間差を遅延時間として測定する。
距離演算回路８は、遅延時間測定回路７で測定された遅延時間に基づいて、第１無線機１と第２無線機２との距離を演算する。
【００１７】
受信回路９は、受信アンテナ１０を介して、第１無線機１からの距離測定信号を受信し、折り返し回路１１に出力する。
折り返し回路１１は、受信回路９からの距離測定信号を入力し、任意に設定される折り返し時間を経て、折り返し信号として送信回路１２に出力する。
送信回路１２は、送信アンテナ１３を介して、折り返し回路１１からの折り返し信号を第１無線機１に送信する。
【００１８】
ここで、送信回路３での送信に伴う遅延を遅延時間Ｔ１とする。また、送信アンテナ４から受信アンテナ１０までの距離測定信号の伝搬に要する時間を伝搬時間Ｔ２とする。また、受信回路５での受信に伴う遅延を遅延時間Ｔ３とする。また、折り返し回路１１での折り返しに要する時間を折り返し時間Ｔ４とする。また、送信回路１２での送信に伴う遅延を遅延時間Ｔ５とする。また、送信アンテナ１３から受信アンテナ６までの折り返し信号の伝搬に要する時間を、上記と同じく伝搬時間Ｔ２とする。また、受信回路５での受信に伴う遅延を遅延時間Ｔ６とする。
【００１９】
すなわち、送信回路３の距離測定信号の送信から受信回路５での折り返し信号の受信までにかかる遅延時間、伝搬時間および折り返し時間を総遅延時間Ｔｔとすると、総遅延時間Ｔｔは、次式（１）で表される。
【００２０】
Ｔｔ＝Ｔ１＋Ｔ２×２＋Ｔ３＋Ｔ４＋Ｔ５＋Ｔ６・・・（１）
【００２１】
なお、式（１）において、遅延時間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ６および折り返し時間Ｔ４は、装置仕様として既知の値である。
すなわち、前述のように、送信回路３、受信回路５、受信回路９、折り返し回路１１、および送信回路１２は、アナログ回路を用いて構成されているので、遅延時間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ６および折り返し時間Ｔ４を、基準タイマ（クロック）の影響を受けない固定値として取り扱うことができる。
【００２２】
図２は、図１の遅延時間測定回路７を詳細に示すブロック図である。
図２において、遅延時間測定回路７は、並列に接続されたｎ個の遅延回路（遅延素子）Ｄ１〜Ｄｎと、各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎにそれぞれ接続されたｎ個のラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎとを有している。
【００２３】
遅延回路Ｄ１〜Ｄｎは、互いに異なる遅延特性を有しており、送信タイミング信号を入力し、それぞれの遅延特性に応じて遅延させて、遅延送信タイミング信号を出力する。
ここで、遅延回路Ｄ１の遅延時間（遅延特性）をΔＴ、遅延回路Ｄ２の遅延時間をΔＴ×２、遅延回路Ｄｎの遅延時間をΔＴ×ｎとする。
なお、ΔＴは、必要とされる距離測定精度（測定分解能）を時間に換算した値である。
ラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎは、各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎから出力された遅延送信タイミング信号を受信回路５からの受信タイミング信号で保持して、保持した値を距離演算回路８に出力する。
【００２４】
以下、図１および図２とともに、図３を参照しながら、この発明の実施の形態１に係る無線通信装置の動作について説明する。
まず、距離測定信号は、送信回路３から送信アンテナ４を介して第２無線機２に送信される。第１無線機１からの距離測定信号は、受信アンテナ１０を介して受信回路９で受信され、折り返し回路１１に出力される。
距離測定信号は、折り返し回路１１で折り返し時間Ｔ４を経て、折り返し信号として送信回路１２に出力される。折り返し信号は、送信回路１２から送信アンテナ１３を介して第１無線機１に送信される。
第２無線機２からの折り返し信号は、受信アンテナ６を介して受信回路５で受信される。
【００２５】
送信タイミング信号は、距離測定信号の送信タイミングで、送信回路３から遅延時間測定回路７に出力される。また、受信タイミング信号は、折り返し信号の受信タイミングで、受信回路５から遅延時間測定回路７に出力される。
【００２６】
図３は、図２の遅延時間測定回路７による遅延時間の測定動作を示すタイミングチャートである。
図３において、送信回路３から出力された送信タイミング信号は、各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎで、それぞれ異なる遅延時間（ΔＴ、ΔＴ×２、・・・、ΔＴ×ｎ）だけ遅延され、遅延送信タイミング信号として各ラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎに出力される。
各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎから出力された遅延送信タイミング信号は、各ラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎで、受信タイミング信号の立ち上がりによって値が保持される。
【００２７】
すなわち、遅延回路Ｄｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）での遅延時間が、送信タイミング信号に対する受信タイミング信号の時間差よりも短い遅延送信タイミング信号では、「１」が保持されて出力される。また、遅延回路Ｄｉでの遅延時間が、送信タイミング信号に対する受信タイミング信号の時間差よりも長い遅延送信タイミング信号では、「０」が保持されて出力される。
ここで、ラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎの出力が、「１」から「０」に変化する遅延回路Ｄｉにおける遅延時間ΔＴ×ｉが、式（１）に示した総遅延時間（遅延時間）Ｔｔとなる。
【００２８】
遅延時間測定回路７で測定された総遅延時間Ｔｔは、距離演算回路８に出力される。距離演算回路８では、総遅延時間Ｔｔから前述した既知の遅延時間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ６および折り返し時間Ｔ４が減算され、伝搬時間Ｔ２が演算される。さらに、伝搬時間Ｔ２と電波の伝搬速度（３０万ｋｍ／秒）とに基づいて、第１無線機１と第２無線機２との距離が演算される。
【００２９】
この発明の実施の形態１に係る無線通信装置によれば、遅延時間測定回路７が並列に接続されて互いに遅延特性の異なる遅延回路Ｄ１〜Ｄｎを有し、各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎから出力された遅延送信タイミング信号を、受信タイミング信号で保持することによって総遅延時間Ｔｔを測定し、既知の遅延時間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ６および折り返し時間Ｔ４が減算されることで、無線機間の伝搬時間Ｔ２が演算される。
そのため、総遅延時間Ｔｔおよび伝搬時間Ｔ２の測定に基準タイマが関与しておらず、同期処理を不要にすることができる。
また、遅延回路Ｄ１〜Ｄｎを用いて総遅延時間Ｔｔを測定することにより、高周波で動作する基準タイマを搭載する必要がないので、消費電力を増大させることなく高精度に総遅延時間Ｔｔを測定することができる。
【００３０】
また、この発明の実施の形態１に係る無線通信装置によれば、送信信号と受信信号とにそれぞれ異なる無線周波数を使用することにより、同一周波数を使用した場合に問題となる壁や柱といった構造物等による送信信号の反射信号と受信信号との混信（干渉）を回避し、電波干渉による距離測定精度の低下を防止できる利点がある。
すなわち、反射信号は送信信号と同一周波数であり、受信信号は送信信号と異なる周波数であるから、両者を明確に分離することが可能である。
【００３１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、遅延時間測定回路７のラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎは、各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎから出力された遅延送信タイミング信号を、受信回路５からの受信タイミング信号で保持するとしたが、これに限定されず、ラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎは、受信タイミング信号を遅延送信タイミング信号で保持してもよい。
【００３２】
図４は、この発明の実施の形態２に係る無線通信装置の遅延時間測定回路７Ａを詳細に示すブロック図である。
図４において、ラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎは、受信回路５からの受信タイミング信号を各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎから出力された遅延送信タイミング信号で保持して、保持した値を距離演算回路８に出力する。
ここで、受信タイミング信号は、ΔＴ×２のパルス幅を有するとする。
その他の構成については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。
【００３３】
図５は、図４の遅延時間測定回路７Ａによる遅延時間の測定動作を示すタイミングチャートである。なお、実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。
図５において、送信回路３から出力された送信タイミング信号は、各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎで、それぞれ異なる遅延時間（ΔＴ、ΔＴ×２、・・・、ΔＴ×ｎ）だけ遅延され、遅延送信タイミング信号として各ラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎに出力される。
受信回路５からの受信タイミング信号は、各ラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎで、各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎから出力された遅延送信タイミング信号の立ち上がりによって値が保持される。
【００３４】
すなわち、受信タイミング信号の立ち上がりと、各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎから出力された遅延送信タイミング信号の立ち上がりとが合致した場合に、「１」が保持されて出力される。その他の場合には、「０」が保持されて出力される。
ここで、ラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎの出力が、「１」となる遅延回路Ｄｉにおける遅延時間ΔＴ×ｉが、図１に示した総遅延時間（遅延時間）Ｔｔとなる。
【００３５】
この発明の実施の形態２に係る無線通信装置によれば、遅延時間測定回路７Ａが並列に接続されて互いに遅延特性の異なる遅延回路Ｄ１〜Ｄｎを有し、受信タイミング信号を各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎから出力された遅延送信タイミング信号で保持することによって総遅延時間Ｔｔを測定する。
そのため、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【００３６】
なお、上記実施の形態２では、受信タイミング信号がΔＴ×２のパルス幅を有するとしたが、受信タイミング信号のパルス幅は、ΔＴ×２に限定されず、遅延送信タイミング信号によって保持されるのに十分な幅を有していればよい。
この場合も、上記実施の形態２と同様の効果を奏することができる。
【００３７】
実施の形態３．
上記実施の形態１および２では、第１無線機１が１つの第２無線機２に対する距離を測定したが、これに限定されず、第１無線機１は、１回の距離測定信号の送信によって、複数の第２無線機２に対する距離を測定してもよい。
【００３８】
図６は、この発明の実施の形態３に係る無線通信装置の無線機の配置トポロジを示す説明図である。
図６において、第１無線機１の周辺には、３つの第２無線機２ａ〜２ｃが配置されている。
ここで、各第２無線機２ａ〜２ｃの折り返し回路における折り返し時間は、互いに異なる値が設定されており、それぞれ折り返し時間Ｔ４ａ、Ｔ４ｂ、Ｔ４ｃとする。また、第１無線機１から各第２無線機２ａ〜２ｃまでの距離測定信号あるいは折り返し信号の伝搬に要する時間を、それぞれ伝搬時間Ｔ２ａ、Ｔ２ｂ、Ｔ２ｃとする。
【００３９】
図７は、この発明の実施の形態３に係る無線通信装置を示すブロック図である。ここでは、第１無線機１および第２無線機２ａを示している。
図７において、折り返し回路１１ａには、折り返し時間Ｔ４ａが設定されている。
なお、第２無線機２ｂ、２ｃについても図７と同様の構成を有しており、それぞれの折り返し回路には、個別の折り返し時間Ｔ４ｂ、Ｔ４ｃが設定されている。
その他の構成については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。
【００４０】
以下、図６および図７とともに、図８を参照しながら、この発明の実施の形態３に係る無線通信装置の動作について説明する。なお、実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。
図８は、この発明の実施の形態３による遅延時間の測定動作を示すタイミングチャートである。
図８において、第１無線機１から送信された距離測定信号は、各第２無線機２ａ〜２ｃで受信される。各第２無線機２ａ〜２ｃで受信された距離測定信号は、折り返し回路でそれぞれ異なる折り返し時間Ｔ４ａ、Ｔ４ｂ、Ｔ４ｃを経た後に折り返し信号として送信回路１２に出力され、第１無線機１に送信される。
なお、折り返し時間Ｔ４ａ、Ｔ４ｂ、Ｔ４ｃは、各第２無線機２ａ〜２ｃの折り返し信号が重複しないように、互いに十分なタイミングマージンを持って設定されている。
【００４１】
ここで、第１無線機１の距離測定信号の送信から第２無線機２ａの折り返し信号の受信までの総遅延時間Ｔｔａは、次式（２）で表される。
【００４２】
Ｔｔａ＝Ｔ１＋Ｔ２ａ×２＋Ｔ３＋Ｔ４ａ＋Ｔ５＋Ｔ６・・・（２）
【００４３】
また、同様にして、第１無線機１の距離測定信号の送信から第２無線機２ｂ、２ｃの折り返し信号の受信までの総遅延時間Ｔｔｂ、Ｔｔｃは、次式（３）、（４）で表される。
【００４４】
Ｔｔｂ＝Ｔ１＋Ｔ２ｂ×２＋Ｔ３＋Ｔ４ｂ＋Ｔ５＋Ｔ６・・・（３）
Ｔｔｃ＝Ｔ１＋Ｔ２ｃ×２＋Ｔ３＋Ｔ４ｃ＋Ｔ５＋Ｔ６・・・（４）
【００４５】
なお、式（２）〜式（４）において、伝搬時間Ｔ２ａ、Ｔ２ｂ、Ｔ２ｃ以外の値は、前述のように装置仕様として全て既知の値である。
【００４６】
また、遅延時間測定回路７は、各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎから出力される遅延送信タイミング信号と、各第２無線機２ａ〜２ｃからの折り返し信号の受信タイミングで出力される受信タイミング信号とを用いて、上記実施の形態１、２の場合と同様にして、総遅延時間Ｔｔａ、Ｔｔｂ、Ｔｔｃを測定する。
【００４７】
遅延時間測定回路７で測定されたこれらの総遅延時間Ｔｔａ、Ｔｔｂ、Ｔｔｃは、距離演算回路８に出力される。距離演算回路８では、総遅延時間Ｔｔａ、Ｔｔｂ、Ｔｔｃから前述した既知の遅延時間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ６およびそれぞれ異なる折り返し時間Ｔ４ａ、Ｔ４ｂ、Ｔ４ｃが減算され、伝搬時間Ｔ２ａ、Ｔ２ｂ、Ｔ２ｃが演算される。さらに、伝搬時間Ｔ２ａ、Ｔ２ｂ、Ｔ２ｃと電波の伝搬速度（３０万ｋｍ／秒）とに基づいて、第１無線機１と各第２無線機２ａ〜２ｃとの距離が演算される。
【００４８】
この発明の実施の形態３に係る無線通信装置によれば、各第２無線機２ａ〜２ｃの折り返し回路にそれぞれ異なる折り返し時間Ｔ４ａ、Ｔ４ｂ、Ｔ４ｃを設定することにより、第１無線機１からの１回の距離測定信号の送信によって、複数の第２無線機２ａ〜２ｃとの距離を時分割で測定することができる。
【００４９】
なお、上記実施の形態３では、第２無線機２が３つである場合について説明したが、これに限定されず、第２無線機２は、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
この場合も、各第２無線機２からの折り返し信号が重複しないように折り返し時間Ｔ４を設定することにより、１回の距離測定信号の送信によって、複数の第２無線機２に対する距離を測定することができる。
【００５０】
実施の形態４．
無線センサノード（無線機）等の近距離無線技術を応用したネットワークシステムにおいては、無線センサノードが自身の設置位置を検出することが重要である。その方法として、無線センサノードは、設置位置が既知である３つ以上の無線機との距離を測定し、三点測位にて自身の設置位置を確定している。
しかしながら、無線通信においては、電波の減衰や干渉の影響により、遅延時間と実際の無線機間の距離とが一致しなくなる場合が考えられる。
【００５１】
上記実施の形態１〜３では、遅延時間測定回路７から出力される総遅延時間Ｔｔのみを用いて第１無線機１と第２無線機２との距離を測定したが、上記のように遅延時間と実際の無線機間の距離とが一致しなくなる場合が考えられる。
そのため、第１無線機１は、総遅延時間Ｔｔに加えて、電波強度に基づいて第２無線機２との通信品質を判定し、通信品質を考慮して第２無線機２との距離を演算することが望ましい。
【００５２】
図９は、この発明の実施の形態４に係る無線通信装置の無線機の配置トポロジを示す説明図である。
図９において、第１無線機１Ａの周辺には、５つの第２無線機２ｄ〜２ｈが配置されている。ここで、各第２無線機２ｄ〜２ｈの設置位置は、それぞれ既知とする。
【００５３】
図１０は、この発明の実施の形態４に係る無線通信装置を示すブロック図である。ここでは、第１無線機１Ａおよび第２無線機２ｄを示している。
なお、第２無線機２ｅ〜２ｈについても図１０と同様の構成を有している。また、第２無線機２ｄ〜２ｈは、少なくとも３つ以上設けられている。
【００５４】
図１０において、第１無線機１Ａの受信回路５Ａは、各第２無線機２ｄ〜２ｈからの折り返し信号の電波強度を測定する電波強度測定手段（図示せず）を含んでいる。
また、第１無線機１Ａは、図１に示した距離演算回路８に代えて、距離演算・通信品質判定回路（距離演算手段、通信品質判定手段）１４を含んでいる。
【００５５】
距離演算・通信品質判定回路１４は、遅延時間測定回路７で測定された総遅延時間Ｔｔに基づいて、第１無線機１Ａと各第２無線機２ｄ〜２ｈとの距離を演算する。また、受信回路５Ａで測定された電波強度に基づいて、各第２無線機２ｄ〜２ｈとの通信品質（総遅延時間の信頼度）を判定する。
また、距離演算・通信品質判定回路１４は、自身の位置を同定する位置同定手段（図示せず）をさらに含んでいる。
【００５６】
位置同定手段は、第２無線機２ｄ〜２ｈのうちから、通信品質が所定条件を満たす３つの無線機を選択し、選択された各第２無線機２ｄ〜２ｈとの遅延時間を用いて三点測位を実行し、自身の位置を同定する。
なお、位置同定手段は、電波強度が任意に設定される所定強度以上である場合に、上記の所定条件を満たすと判定し、あるいは、電波強度の変動量が任意に設定される所定変動量以下である場合に、上記の所定条件を満たすと判定する。
その他の構成については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。
【００５７】
以下、図９および図１０とともに、図１１のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態４による通信品質の判定動作について説明する。
まず、送信回路３は、各第２無線機２ｄ〜２ｈに対して電波強度を測定するために距離測定信号を送信する（ステップＳ２１）。
続いて、受信回路５Ａは、距離測定信号が各第２無線機２ｄ〜２ｈで折り返された折り返し信号を受信して（ステップＳ２２）、折り返し信号受信時の電波強度を測定する（ステップＳ２３）。
【００５８】
続いて、距離演算・通信品質判定回路１４は、折り返し信号の受信回数が規定回数に達したか否かを判定する（ステップＳ２４）。
すなわち、電波干渉が強い場合には、折り返し信号の電波強度の変動が大きくなることが想定される。そのため、距離演算・通信品質判定回路１４は、複数回の電波強度を測定し、電波強度の変動量を用いて各第２無線機２ｄ〜２ｈとの通信品質を判定する。
【００５９】
ステップＳ２４において、受信回数が規定回数に達した（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、測定した電波強度に基づいて、各第２無線機２ｄ〜２ｈとの通信品質を判定する（ステップＳ２５）。
続いて、遅延時間測定回路７は、上記実施の形態１、２の場合と同様にして、第１無線機１Ａの距離測定信号の送信から、各第２無線機２ｄ〜２ｈの折り返し信号の受信までの総遅延時間Ｔｔを測定し（ステップＳ２６）、図１１の処理を終了する。
【００６０】
一方、ステップＳ２４において、受信回数が規定回数に達していない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、再びステップＳ２１に戻る。
【００６１】
続いて、図９〜図１１とともに、図１２を参照しながら、この発明の実施の形態４による位置同定手段の位置同定動作について説明する。
図１２は、図９の各第２無線機２ｄ〜２ｈについて、上記の通信品質を判定した場合の判定結果を示す説明図である。
図１２において、最低電波強度は、送信時の電波強度に対する受信時の電波強度の比を百分率で示したものであり、電波強度変動量は、送信時の電波強度に対する受信時の電波強度の変動量（最大値と最小値との差分）を百分率で示したものである。
【００６２】
まず、位置同定手段は、最低電波強度が所定強度（例えば、５０％）以上であるか否かを判定する。
図１２において、第２無線機２ｇの電波強度が３０％と所定強度よりも低いので、位置同定手段は、第２無線機２ｇが所定条件を満たしていないと判定する。
また、位置同定手段は、電波強度変動量が所定変動量（例えば、３０％）以下であるか否かを判定する。
図１２において、第２無線機２ｅの電波強度変動量が４０％と所定変動量よりも高いので、位置同定手段は、第２無線機２ｅが所定条件を満たしていないと判定する。
【００６３】
上記の判定結果より、位置同定手段は、上記の所定条件を満たす第２無線機２ｄ、２ｆ、２ｈを選択し、第２無線機２ｄ、２ｆ、２ｈに対する遅延時間を用いて位置を同定する。
すなわち、図１２において、第２無線機２ｄ、２ｆ、２ｈとの距離測定値を用いて三点測位を実行して、自身の位置を同定する。
【００６４】
この発明の実施の形態４に係る無線通信装置によれば、位置同定手段が通信品質に基づいて３つの第２無線機２ｄ〜２ｈを選択し、選択された各第２無線機２ｄ〜２ｈとの遅延時間を用いて三点測位を実行することにより、自身の位置を同定する。
そのため、電波の減衰や干渉の影響によって遅延時間と実際の無線機間の距離とが一致していないと考えられる第２無線機２ｄ〜２ｈを除くことができ、測定誤差が少なく精度の高い位置同定を行うことができる。
【００６５】
なお、上記実施の形態１〜４において、第１無線機１および第２無線機２は、それぞれ送信アンテナ４、１３および受信アンテナ６、１０を含んでいるとして説明したが、これに限定されない。
距離測定信号と折り返し信号とで同一周波数帯の電波が用いられる場合には、送信アンテナおよび受信アンテナを一体化して送受信アンテナとしてもよい。
すなわち、図１３に示すように、第１無線機１Ｂは、送受信アンテナ１５を有しており、第２無線機２Ｂは、送受信アンテナ１６を有していてもよい。
この場合も、同一周波数帯内において、送信信号、受信信号に異なる周波数チャネルを割り当てることにより、上記実施の形態１〜４と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】この発明の実施の形態１に係る無線通信装置を示すブロック図である。
【図２】図１の遅延時間測定回路を詳細に示すブロック図である。
【図３】図２の遅延時間測定回路による遅延時間の測定動作を示すタイミングチャートである。
【図４】この発明の実施の形態２に係る無線通信装置の遅延時間測定回路を詳細に示すブロック図である。
【図５】図４の遅延時間測定回路による遅延時間の測定動作を示すタイミングチャートである。
【図６】この発明の実施の形態３に係る無線通信装置の無線機の配置トポロジを示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係る無線通信装置を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態３による遅延時間の測定動作を示すタイミングチャートである。
【図９】この発明の実施の形態４に係る無線通信装置の無線機の配置トポロジを示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態４に係る無線通信装置を示すブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による通信品質の判定動作を示すフローチャートを参照である。
【図１２】図９の各第２無線機について、通信品質を判定した場合の判定結果を示す説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態１〜４に係る無線通信装置を示す別のブロック図である。
【符号の説明】
【００６７】
１、１Ａ、１Ｂ 第１無線機、２、２ａ〜２ｈ、２Ｂ 第２無線機、３ 送信回路（送信手段）、５ 受信回路（受信手段）、５Ａ 受信回路（受信手段、強度検出手段）、７、７Ａ 遅延時間測定回路（遅延時間測定手段）、８ 距離演算回路（距離演算手段）、１１、１１ａ 折り返し回路（折り返し手段）、１４ 距離演算・通信品質判定回路（距離演算手段、通信品質判定手段）、Ｄ１〜Ｄｎ 遅延回路（遅延素子）、Ｔｔ 総遅延時間（遅延時間）。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、互いに無線通信する第１無線機と第２無線機との距離を演算する無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の距離検出装置は、送信手段と、受信手段と、信号入力手段と、距離検出手段とを備えている。
送信手段は、自局の基準タイマ（基準クロック）で周期性の信号を生成して相手局へ送信する。受信手段は、相手局が相手局の基準タイマで周期性の信号を生成して自局に送信してくる信号を受信する。信号入力手段は、送信手段からの送信信号を直接受信手段に入力する。
距離検出手段は、送信手段から信号を送信したときの送信タイミングと、送信信号が信号入力手段によって受信手段に入力されたときの受信タイミングとの差を測定して自局信号遅延時間を求め、さらに相手局からの送信信号を受信した受信タイミングを自局の基準タイマの基準タイミングとのずれ量を測定して自局検出位相差を求め、これら自局信号遅延時間及び自局検出位相差と、相手局で求められた相手局信号遅延時間及び相手局検出位相差とを用いて自局と相手局との相対距離を検出している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記従来装置では、自局および相手局の基準タイマ（基準クロック）を用いて遅延時間を測定している。また、基準タイマの周期は、水晶発振器あるいは水晶振動子といった発振部品によって生成されている。
しかしながら、これらの発振部品は、生成周期の精度に個体差を有しているので、時間の経過とともに、自局の基準タイマと相手局の基準タイマとの間にずれが生じる。
そこで、十分な距離測定精度を確保するためには、定期的に自局の基準タイマと相手局の基準タイマとのタイミング一致させる同期処理が必要となる。
【０００４】
また、無線センサノード等の通信距離が数１０ｍ程度の近距離無線技術を応用したネットワークシステムにおいては、各装置の設置間隔が５ｍ程度と短距離になることが想定される。
ここで、例えば距離測定精度を１ｍとした場合には、電波伝搬の遅延時間が１ｍあたり約３．３ｎｓとなる。
そのため、上記従来装置のように基準タイマを用いて遅延時間を測定する場合、十分な距離測定精度を確保するためには、高周波で動作する基準タイマが必要となる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３３５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の距離検出装置では、時間の経過とともに、自局の基準タイマと相手局の基準タイマとの間にずれが生じるので、十分な距離測定精度を確保するためには、頻繁に同期処理を実行する必要があり、距離の測定処理に支障を来すという問題点があった。
また、近距離無線技術を応用したネットワークシステムにおいて、十分な距離測定精度を確保するためには、高周波で動作する基準タイマが必要となるので、消費電力が増大するという問題点もあった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、同期処理を必要とせず、かつ消費電力の小さな無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る無線通信装置は、互いに無線通信する第１無線機と第２無線機とを備え、第１無線機は、第２無線機に対して送信信号を送信するとともに、送信信号の送信タイミングで送信タイミング信号を出力する送信手段と、送信信号が第２無線機で折り返された受信信号を受信するとともに、受信信号の受信タイミングで受信タイミング信号を出力する受信手段と、送信タイミング信号および受信タイミング信号に応答して、送信タイミング信号に対する受信タイミング信号の時間差を遅延時間として測定する遅延時間測定手段と、遅延時間に基づいて、第１無線機と第２無線機との距離を演算する距離演算手段とを含み、遅延時間測定手段は、並列に接続され互いに遅延特性の異なる複数の遅延素子を有し、送信タイミング信号を複数の遅延素子を介して遅延させた遅延送信タイミング信号と、受信タイミング信号とを用いて遅延時間を測定するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の無線通信装置によれば、遅延時間測定手段が、並列に接続され互いに遅延特性の異なる複数の遅延素子を有し、送信タイミング信号を複数の遅延素子を介して遅延させた遅延送信タイミング信号と、受信タイミング信号とを用いて遅延時間を測定する。
そのため、基準タイマを用いる必要がなく、同期処理を不要にすることができるとともに、消費電力を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る無線通信装置を示すブロック図である。
図１において、無線通信装置は、第１無線機１と第２無線機２とを備えている。
第１無線機１は、送信回路（送信手段）３と、送信アンテナ４と、受信回路（受信手段）５と、受信アンテナ６と、遅延時間測定回路（遅延時間測定手段）７と、距離演算回路（距離演算手段）８とを含んでいる。
また、第２無線機２は、受信回路９と、受信アンテナ１０と、折り返し回路（折り返し手段）１１と、送信回路１２と、送信アンテナ１３とを含んでいる。
【００１２】
ここで、送信回路３、受信回路５、受信回路９、折り返し回路１１、および送信回路１２は、基準タイマ（基準クロック）を使用せずにアナログ回路を用いて構成されている。
送信回路３、受信回路５および遅延時間測定回路７は、第１無線機１に設けられた第１制御部（図示せず）の制御下で動作する。また、受信回路９、折り返し回路１１および送信回路１２は、第２無線機２に設けられた第２制御部（図示せず）の制御下で動作する。
【００１３】
また、距離演算回路８、第１制御部および第２制御部は、ＣＰＵとプログラムを格納した記憶部とを有するマイクロプロセッサ（図示せず）で構成されている。
【００１４】
送信回路３は、送信アンテナ４を介して、第２無線機２に対して距離測定信号（送信信号）を送信するとともに、距離測定信号の送信タイミングで遅延時間測定回路７に送信タイミング信号を出力する。
【００１５】
受信回路５は、受信アンテナ６を介して、距離測定信号が第２無線機２で折り返された折り返し信号（受信信号）を受信するとともに、折り返し信号の受信タイミングで遅延時間測定回路７に受信タイミング信号を出力する。
【００１６】
遅延時間測定回路７は、送信回路３からの送信タイミング信号と、受信回路５からの受信タイミング信号とに応答して、送信タイミング信号に対する受信タイミング信号の時間差を遅延時間として測定する。
距離演算回路８は、遅延時間測定回路７で測定された遅延時間に基づいて、第１無線機１と第２無線機２との距離を演算する。
【００１７】
受信回路９は、受信アンテナ１０を介して、第１無線機１からの距離測定信号を受信し、折り返し回路１１に出力する。
折り返し回路１１は、受信回路９からの距離測定信号を入力し、任意に設定される折り返し時間を経て、折り返し信号として送信回路１２に出力する。
送信回路１２は、送信アンテナ１３を介して、折り返し回路１１からの折り返し信号を第１無線機１に送信する。
【００１８】
ここで、送信回路３での送信に伴う遅延を遅延時間Ｔ１とする。また、送信アンテナ４から受信アンテナ１０までの距離測定信号の伝搬に要する時間を伝搬時間Ｔ２とする。また、受信回路５での受信に伴う遅延を遅延時間Ｔ３とする。また、折り返し回路１１での折り返しに要する時間を折り返し時間Ｔ４とする。また、送信回路１２での送信に伴う遅延を遅延時間Ｔ５とする。また、送信アンテナ１３から受信アンテナ６までの折り返し信号の伝搬に要する時間を、上記と同じく伝搬時間Ｔ２とする。また、受信回路５での受信に伴う遅延を遅延時間Ｔ６とする。
【００１９】
すなわち、送信回路３の距離測定信号の送信から受信回路５での折り返し信号の受信までにかかる遅延時間、伝搬時間および折り返し時間を総遅延時間Ｔｔとすると、総遅延時間Ｔｔは、次式（１）で表される。
【００２０】
Ｔｔ＝Ｔ１＋Ｔ２×２＋Ｔ３＋Ｔ４＋Ｔ５＋Ｔ６・・・（１）
【００２１】
なお、式（１）において、遅延時間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ６および折り返し時間Ｔ４は、装置仕様として既知の値である。
すなわち、前述のように、送信回路３、受信回路５、受信回路９、折り返し回路１１、および送信回路１２は、アナログ回路を用いて構成されているので、遅延時間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ６および折り返し時間Ｔ４を、基準タイマ（クロック）の影響を受けない固定値として取り扱うことができる。
【００２２】
図２は、図１の遅延時間測定回路７を詳細に示すブロック図である。
図２において、遅延時間測定回路７は、並列に接続されたｎ個の遅延回路（遅延素子）Ｄ１〜Ｄｎと、各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎにそれぞれ接続されたｎ個のラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎとを有している。
【００２３】
遅延回路Ｄ１〜Ｄｎは、互いに異なる遅延特性を有しており、送信タイミング信号を入力し、それぞれの遅延特性に応じて遅延させて、遅延送信タイミング信号を出力する。
ここで、遅延回路Ｄ１の遅延時間（遅延特性）をΔＴ、遅延回路Ｄ２の遅延時間をΔＴ×２、遅延回路Ｄｎの遅延時間をΔＴ×ｎとする。
なお、ΔＴは、必要とされる距離測定精度（測定分解能）を時間に換算した値である。
ラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎは、各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎから出力された遅延送信タイミング信号を受信回路５からの受信タイミング信号で保持して、保持した値を距離演算回路８に出力する。
【００２４】
以下、図１および図２とともに、図３を参照しながら、この発明の実施の形態１に係る無線通信装置の動作について説明する。
まず、距離測定信号は、送信回路３から送信アンテナ４を介して第２無線機２に送信される。第１無線機１からの距離測定信号は、受信アンテナ１０を介して受信回路９で受信され、折り返し回路１１に出力される。
距離測定信号は、折り返し回路１１で折り返し時間Ｔ４を経て、折り返し信号として送信回路１２に出力される。折り返し信号は、送信回路１２から送信アンテナ１３を介して第１無線機１に送信される。
第２無線機２からの折り返し信号は、受信アンテナ６を介して受信回路５で受信される。
【００２５】
送信タイミング信号は、距離測定信号の送信タイミングで、送信回路３から遅延時間測定回路７に出力される。また、受信タイミング信号は、折り返し信号の受信タイミングで、受信回路５から遅延時間測定回路７に出力される。
【００２６】
図３は、図２の遅延時間測定回路７による遅延時間の測定動作を示すタイミングチャートである。
図３において、送信回路３から出力された送信タイミング信号は、各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎで、それぞれ異なる遅延時間（ΔＴ、ΔＴ×２、・・・、ΔＴ×ｎ）だけ遅延され、遅延送信タイミング信号として各ラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎに出力される。
各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎから出力された遅延送信タイミング信号は、各ラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎで、受信タイミング信号の立ち上がりによって値が保持される。
【００２７】
すなわち、遅延回路Ｄｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）での遅延時間が、送信タイミング信号に対する受信タイミング信号の時間差よりも短い遅延送信タイミング信号では、「１」が保持されて出力される。また、遅延回路Ｄｉでの遅延時間が、送信タイミング信号に対する受信タイミング信号の時間差よりも長い遅延送信タイミング信号では、「０」が保持されて出力される。
ここで、ラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎの出力が、「１」から「０」に変化する遅延回路Ｄｉにおける遅延時間ΔＴ×ｉが、式（１）に示した総遅延時間（遅延時間）Ｔｔとなる。
【００２８】
遅延時間測定回路７で測定された総遅延時間Ｔｔは、距離演算回路８に出力される。距離演算回路８では、総遅延時間Ｔｔから前述した既知の遅延時間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ６および折り返し時間Ｔ４が減算され、伝搬時間Ｔ２が演算される。さらに、伝搬時間Ｔ２と電波の伝搬速度（３０万ｋｍ／秒）とに基づいて、第１無線機１と第２無線機２との距離が演算される。
【００２９】
この発明の実施の形態１に係る無線通信装置によれば、遅延時間測定回路７が並列に接続されて互いに遅延特性の異なる遅延回路Ｄ１〜Ｄｎを有し、各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎから出力された遅延送信タイミング信号を、受信タイミング信号で保持することによって総遅延時間Ｔｔを測定し、既知の遅延時間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ６および折り返し時間Ｔ４が減算されることで、無線機間の伝搬時間Ｔ２が演算される。
そのため、総遅延時間Ｔｔおよび伝搬時間Ｔ２の測定に基準タイマが関与しておらず、同期処理を不要にすることができる。
また、遅延回路Ｄ１〜Ｄｎを用いて総遅延時間Ｔｔを測定することにより、高周波で動作する基準タイマを搭載する必要がないので、消費電力を増大させることなく高精度に総遅延時間Ｔｔを測定することができる。
【００３０】
また、この発明の実施の形態１に係る無線通信装置によれば、送信信号と受信信号とにそれぞれ異なる無線周波数を使用することにより、同一周波数を使用した場合に問題となる壁や柱といった構造物等による送信信号の反射信号と受信信号との混信（干渉）を回避し、電波干渉による距離測定精度の低下を防止できる利点がある。
すなわち、反射信号は送信信号と同一周波数であり、受信信号は送信信号と異なる周波数であるから、両者を明確に分離することが可能である。
【００３１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、遅延時間測定回路７のラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎは、各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎから出力された遅延送信タイミング信号を、受信回路５からの受信タイミング信号で保持するとしたが、これに限定されず、ラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎは、受信タイミング信号を遅延送信タイミング信号で保持してもよい。
【００３２】
図４は、この発明の実施の形態２に係る無線通信装置の遅延時間測定回路７Ａを詳細に示すブロック図である。
図４において、ラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎは、受信回路５からの受信タイミング信号を各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎから出力された遅延送信タイミング信号で保持して、保持した値を距離演算回路８に出力する。
ここで、受信タイミング信号は、ΔＴ×２のパルス幅を有するとする。
その他の構成については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。
【００３３】
図５は、図４の遅延時間測定回路７Ａによる遅延時間の測定動作を示すタイミングチャートである。なお、実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。
図５において、送信回路３から出力された送信タイミング信号は、各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎで、それぞれ異なる遅延時間（ΔＴ、ΔＴ×２、・・・、ΔＴ×ｎ）だけ遅延され、遅延送信タイミング信号として各ラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎに出力される。
受信回路５からの受信タイミング信号は、各ラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎで、各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎから出力された遅延送信タイミング信号の立ち上がりによって値が保持される。
【００３４】
すなわち、受信タイミング信号の立ち上がりと、各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎから出力された遅延送信タイミング信号の立ち上がりとが合致した場合に、「１」が保持されて出力される。その他の場合には、「０」が保持されて出力される。
ここで、ラッチ回路Ｌ１〜Ｌｎの出力が、「１」となる遅延回路Ｄｉにおける遅延時間ΔＴ×ｉが、図１に示した総遅延時間（遅延時間）Ｔｔとなる。
【００３５】
この発明の実施の形態２に係る無線通信装置によれば、遅延時間測定回路７Ａが並列に接続されて互いに遅延特性の異なる遅延回路Ｄ１〜Ｄｎを有し、受信タイミング信号を各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎから出力された遅延送信タイミング信号で保持することによって総遅延時間Ｔｔを測定する。
そのため、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【００３６】
なお、上記実施の形態２では、受信タイミング信号がΔＴ×２のパルス幅を有するとしたが、受信タイミング信号のパルス幅は、ΔＴ×２に限定されず、遅延送信タイミング信号によって保持されるのに十分な幅を有していればよい。
この場合も、上記実施の形態２と同様の効果を奏することができる。
【００３７】
実施の形態３．
上記実施の形態１および２では、第１無線機１が１つの第２無線機２に対する距離を測定したが、これに限定されず、第１無線機１は、１回の距離測定信号の送信によって、複数の第２無線機２に対する距離を測定してもよい。
【００３８】
図６は、この発明の実施の形態３に係る無線通信装置の無線機の配置トポロジを示す説明図である。
図６において、第１無線機１の周辺には、３つの第２無線機２ａ〜２ｃが配置されている。
ここで、各第２無線機２ａ〜２ｃの折り返し回路における折り返し時間は、互いに異なる値が設定されており、それぞれ折り返し時間Ｔ４ａ、Ｔ４ｂ、Ｔ４ｃとする。また、第１無線機１から各第２無線機２ａ〜２ｃまでの距離測定信号あるいは折り返し信号の伝搬に要する時間を、それぞれ伝搬時間Ｔ２ａ、Ｔ２ｂ、Ｔ２ｃとする。
【００３９】
図７は、この発明の実施の形態３に係る無線通信装置を示すブロック図である。ここでは、第１無線機１および第２無線機２ａを示している。
図７において、折り返し回路１１ａには、折り返し時間Ｔ４ａが設定されている。
なお、第２無線機２ｂ、２ｃについても図７と同様の構成を有しており、それぞれの折り返し回路には、個別の折り返し時間Ｔ４ｂ、Ｔ４ｃが設定されている。
その他の構成については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。
【００４０】
以下、図６および図７とともに、図８を参照しながら、この発明の実施の形態３に係る無線通信装置の動作について説明する。なお、実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。
図８は、この発明の実施の形態３による遅延時間の測定動作を示すタイミングチャートである。
図８において、第１無線機１から送信された距離測定信号は、各第２無線機２ａ〜２ｃで受信される。各第２無線機２ａ〜２ｃで受信された距離測定信号は、折り返し回路でそれぞれ異なる折り返し時間Ｔ４ａ、Ｔ４ｂ、Ｔ４ｃを経た後に折り返し信号として送信回路１２に出力され、第１無線機１に送信される。
なお、折り返し時間Ｔ４ａ、Ｔ４ｂ、Ｔ４ｃは、各第２無線機２ａ〜２ｃの折り返し信号が重複しないように、互いに十分なタイミングマージンを持って設定されている。
【００４１】
ここで、第１無線機１の距離測定信号の送信から第２無線機２ａの折り返し信号の受信までの総遅延時間Ｔｔａは、次式（２）で表される。
【００４２】
Ｔｔａ＝Ｔ１＋Ｔ２ａ×２＋Ｔ３＋Ｔ４ａ＋Ｔ５＋Ｔ６・・・（２）
【００４３】
また、同様にして、第１無線機１の距離測定信号の送信から第２無線機２ｂ、２ｃの折り返し信号の受信までの総遅延時間Ｔｔｂ、Ｔｔｃは、次式（３）、（４）で表される。
【００４４】
Ｔｔｂ＝Ｔ１＋Ｔ２ｂ×２＋Ｔ３＋Ｔ４ｂ＋Ｔ５＋Ｔ６・・・（３）
Ｔｔｃ＝Ｔ１＋Ｔ２ｃ×２＋Ｔ３＋Ｔ４ｃ＋Ｔ５＋Ｔ６・・・（４）
【００４５】
なお、式（２）〜式（４）において、伝搬時間Ｔ２ａ、Ｔ２ｂ、Ｔ２ｃ以外の値は、前述のように装置仕様として全て既知の値である。
【００４６】
また、遅延時間測定回路７は、各遅延回路Ｄ１〜Ｄｎから出力される遅延送信タイミング信号と、各第２無線機２ａ〜２ｃからの折り返し信号の受信タイミングで出力される受信タイミング信号とを用いて、上記実施の形態１、２の場合と同様にして、総遅延時間Ｔｔａ、Ｔｔｂ、Ｔｔｃを測定する。
【００４７】
遅延時間測定回路７で測定されたこれらの総遅延時間Ｔｔａ、Ｔｔｂ、Ｔｔｃは、距離演算回路８に出力される。距離演算回路８では、総遅延時間Ｔｔａ、Ｔｔｂ、Ｔｔｃから前述した既知の遅延時間Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ６およびそれぞれ異なる折り返し時間Ｔ４ａ、Ｔ４ｂ、Ｔ４ｃが減算され、伝搬時間Ｔ２ａ、Ｔ２ｂ、Ｔ２ｃが演算される。さらに、伝搬時間Ｔ２ａ、Ｔ２ｂ、Ｔ２ｃと電波の伝搬速度（３０万ｋｍ／秒）とに基づいて、第１無線機１と各第２無線機２ａ〜２ｃとの距離が演算される。
【００４８】
この発明の実施の形態３に係る無線通信装置によれば、各第２無線機２ａ〜２ｃの折り返し回路にそれぞれ異なる折り返し時間Ｔ４ａ、Ｔ４ｂ、Ｔ４ｃを設定することにより、第１無線機１からの１回の距離測定信号の送信によって、複数の第２無線機２ａ〜２ｃとの距離を時分割で測定することができる。
【００４９】
なお、上記実施の形態３では、第２無線機２が３つである場合について説明したが、これに限定されず、第２無線機２は、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
この場合も、各第２無線機２からの折り返し信号が重複しないように折り返し時間Ｔ４を設定することにより、１回の距離測定信号の送信によって、複数の第２無線機２に対する距離を測定することができる。
【００５０】
実施の形態４．
無線センサノード（無線機）等の近距離無線技術を応用したネットワークシステムにおいては、無線センサノードが自身の設置位置を検出することが重要である。その方法として、無線センサノードは、設置位置が既知である３つ以上の無線機との距離を測定し、三点測位にて自身の設置位置を確定している。
しかしながら、無線通信においては、電波の減衰や干渉の影響により、遅延時間と実際の無線機間の距離とが一致しなくなる場合が考えられる。
【００５１】
上記実施の形態１〜３では、遅延時間測定回路７から出力される総遅延時間Ｔｔのみを用いて第１無線機１と第２無線機２との距離を測定したが、上記のように遅延時間と実際の無線機間の距離とが一致しなくなる場合が考えられる。
そのため、第１無線機１は、総遅延時間Ｔｔに加えて、電波強度に基づいて第２無線機２との通信品質を判定し、通信品質を考慮して第２無線機２との距離を演算することが望ましい。
【００５２】
図９は、この発明の実施の形態４に係る無線通信装置の無線機の配置トポロジを示す説明図である。
図９において、第１無線機１Ａの周辺には、５つの第２無線機２ｄ〜２ｈが配置されている。ここで、各第２無線機２ｄ〜２ｈの設置位置は、それぞれ既知とする。
【００５３】
図１０は、この発明の実施の形態４に係る無線通信装置を示すブロック図である。ここでは、第１無線機１Ａおよび第２無線機２ｄを示している。
なお、第２無線機２ｅ〜２ｈについても図１０と同様の構成を有している。また、第２無線機２ｄ〜２ｈは、少なくとも３つ以上設けられている。
【００５４】
図１０において、第１無線機１Ａの受信回路５Ａは、各第２無線機２ｄ〜２ｈからの折り返し信号の電波強度を測定する電波強度測定手段（図示せず）を含んでいる。
また、第１無線機１Ａは、図１に示した距離演算回路８に代えて、距離演算・通信品質判定回路（距離演算手段、通信品質判定手段）１４を含んでいる。
【００５５】
距離演算・通信品質判定回路１４は、遅延時間測定回路７で測定された総遅延時間Ｔｔに基づいて、第１無線機１Ａと各第２無線機２ｄ〜２ｈとの距離を演算する。また、受信回路５Ａで測定された電波強度に基づいて、各第２無線機２ｄ〜２ｈとの通信品質（総遅延時間の信頼度）を判定する。
また、距離演算・通信品質判定回路１４は、自身の位置を同定する位置同定手段（図示せず）をさらに含んでいる。
【００５６】
位置同定手段は、第２無線機２ｄ〜２ｈのうちから、通信品質が所定条件を満たす３つの無線機を選択し、選択された各第２無線機２ｄ〜２ｈとの遅延時間を用いて三点測位を実行し、自身の位置を同定する。
なお、位置同定手段は、電波強度が任意に設定される所定強度以上である場合に、上記の所定条件を満たすと判定し、あるいは、電波強度の変動量が任意に設定される所定変動量以下である場合に、上記の所定条件を満たすと判定する。
その他の構成については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。
【００５７】
以下、図９および図１０とともに、図１１のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態４による通信品質の判定動作について説明する。
まず、送信回路３は、各第２無線機２ｄ〜２ｈに対して電波強度を測定するために距離測定信号を送信する（ステップＳ２１）。
続いて、受信回路５Ａは、距離測定信号が各第２無線機２ｄ〜２ｈで折り返された折り返し信号を受信して（ステップＳ２２）、折り返し信号受信時の電波強度を測定する（ステップＳ２３）。
【００５８】
続いて、距離演算・通信品質判定回路１４は、折り返し信号の受信回数が規定回数に達したか否かを判定する（ステップＳ２４）。
すなわち、電波干渉が強い場合には、折り返し信号の電波強度の変動が大きくなることが想定される。そのため、距離演算・通信品質判定回路１４は、複数回の電波強度を測定し、電波強度の変動量を用いて各第２無線機２ｄ〜２ｈとの通信品質を判定する。
【００５９】
ステップＳ２４において、受信回数が規定回数に達した（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、測定した電波強度に基づいて、各第２無線機２ｄ〜２ｈとの通信品質を判定する（ステップＳ２５）。
続いて、遅延時間測定回路７は、上記実施の形態１、２の場合と同様にして、第１無線機１Ａの距離測定信号の送信から、各第２無線機２ｄ〜２ｈの折り返し信号の受信までの総遅延時間Ｔｔを測定し（ステップＳ２６）、図１１の処理を終了する。
【００６０】
一方、ステップＳ２４において、受信回数が規定回数に達していない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、再びステップＳ２１に戻る。
【００６１】
続いて、図９〜図１１とともに、図１２を参照しながら、この発明の実施の形態４による位置同定手段の位置同定動作について説明する。
図１２は、図９の各第２無線機２ｄ〜２ｈについて、上記の通信品質を判定した場合の判定結果を示す説明図である。
図１２において、最低電波強度は、送信時の電波強度に対する受信時の電波強度の比を百分率で示したものであり、電波強度変動量は、送信時の電波強度に対する受信時の電波強度の変動量（最大値と最小値との差分）を百分率で示したものである。
【００６２】
まず、位置同定手段は、最低電波強度が所定強度（例えば、５０％）以上であるか否かを判定する。
図１２において、第２無線機２ｇの電波強度が３０％と所定強度よりも低いので、位置同定手段は、第２無線機２ｇが所定条件を満たしていないと判定する。
また、位置同定手段は、電波強度変動量が所定変動量（例えば、３０％）以下であるか否かを判定する。
図１２において、第２無線機２ｅの電波強度変動量が４０％と所定変動量よりも高いので、位置同定手段は、第２無線機２ｅが所定条件を満たしていないと判定する。
【００６３】
上記の判定結果より、位置同定手段は、上記の所定条件を満たす第２無線機２ｄ、２ｆ、２ｈを選択し、第２無線機２ｄ、２ｆ、２ｈに対する遅延時間を用いて位置を同定する。
すなわち、図１２において、第２無線機２ｄ、２ｆ、２ｈとの距離測定値を用いて三点測位を実行して、自身の位置を同定する。
【００６４】
この発明の実施の形態４に係る無線通信装置によれば、位置同定手段が通信品質に基づいて３つの第２無線機２ｄ〜２ｈを選択し、選択された各第２無線機２ｄ〜２ｈとの遅延時間を用いて三点測位を実行することにより、自身の位置を同定する。
そのため、電波の減衰や干渉の影響によって遅延時間と実際の無線機間の距離とが一致していないと考えられる第２無線機２ｄ〜２ｈを除くことができ、測定誤差が少なく精度の高い位置同定を行うことができる。
【００６５】
なお、上記実施の形態１〜４において、第１無線機１および第２無線機２は、それぞれ送信アンテナ４、１３および受信アンテナ６、１０を含んでいるとして説明したが、これに限定されない。
距離測定信号と折り返し信号とで同一周波数帯の電波が用いられる場合には、送信アンテナおよび受信アンテナを一体化して送受信アンテナとしてもよい。
すなわち、図１３に示すように、第１無線機１Ｂは、送受信アンテナ１５を有しており、第２無線機２Ｂは、送受信アンテナ１６を有していてもよい。
この場合も、同一周波数帯内において、送信信号、受信信号に異なる周波数チャネルを割り当てることにより、上記実施の形態１〜４と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】この発明の実施の形態１に係る無線通信装置を示すブロック図である。
【図２】図１の遅延時間測定回路を詳細に示すブロック図である。
【図３】図２の遅延時間測定回路による遅延時間の測定動作を示すタイミングチャートである。
【図４】この発明の実施の形態２に係る無線通信装置の遅延時間測定回路を詳細に示すブロック図である。
【図５】図４の遅延時間測定回路による遅延時間の測定動作を示すタイミングチャートである。
【図６】この発明の実施の形態３に係る無線通信装置の無線機の配置トポロジを示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係る無線通信装置を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態３による遅延時間の測定動作を示すタイミングチャートである。
【図９】この発明の実施の形態４に係る無線通信装置の無線機の配置トポロジを示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態４に係る無線通信装置を示すブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態４による通信品質の判定動作を示すフローチャートを参照である。
【図１２】図９の各第２無線機について、通信品質を判定した場合の判定結果を示す説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態１〜４に係る無線通信装置を示す別のブロック図である。
【符号の説明】
【００６７】
１、１Ａ、１Ｂ 第１無線機、２、２ａ〜２ｈ、２Ｂ 第２無線機、３ 送信回路（送信手段）、５ 受信回路（受信手段）、５Ａ 受信回路（受信手段、強度検出手段）、７、７Ａ 遅延時間測定回路（遅延時間測定手段）、８ 距離演算回路（距離演算手段）、１１、１１ａ 折り返し回路（折り返し手段）、１４ 距離演算・通信品質判定回路（距離演算手段、通信品質判定手段）、Ｄ１〜Ｄｎ 遅延回路（遅延素子）、Ｔｔ 総遅延時間（遅延時間）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに無線通信する第１無線機と第２無線機とを備え、
前記第１無線機は、
前記第２無線機に対して送信信号を送信するとともに、前記送信信号の送信タイミングで送信タイミング信号を出力する送信手段と、
前記送信信号が前記第２無線機で折り返された受信信号を受信するとともに、前記受信信号の受信タイミングで受信タイミング信号を出力する受信手段と、
前記送信タイミング信号および前記受信タイミング信号に応答して、前記送信タイミング信号に対する前記受信タイミング信号の時間差を遅延時間として測定する遅延時間測定手段と、
前記遅延時間に基づいて、前記第１無線機と前記第２無線機との距離を演算する距離演算手段とを含み、
前記遅延時間測定手段は、並列に接続され互いに遅延特性の異なる複数の遅延素子を有し、前記送信タイミング信号を前記複数の遅延素子を介して遅延させた遅延送信タイミング信号と、前記受信タイミング信号とを用いて前記遅延時間を測定することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記遅延時間測定手段は、前記受信タイミング信号を用いて前記遅延送信タイミング信号を保持することにより、前記遅延時間を測定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記遅延時間測定手段は、前記遅延送信タイミング信号を用いて前記受信タイミング信号を保持することにより、前記遅延時間を測定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記第２無線機は、複数設けられるとともに、各第２無線機は、個別の折り返し時間で前記送信信号を折り返し送信する折り返し手段を含み、
前記折り返し時間は、前記各第２無線機毎に異なる値が設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記第２無線機は、少なくとも３つ以上設けられ、
前記受信手段は、前記受信信号の電波強度を測定する電波強度測定手段をさらに含み、
前記距離演算手段は、前記電波強度に基づいてそれぞれの第２無線機との通信品質を判定する通信品質判定手段と、自身の位置を同定する位置同定手段とをさらに含み、
前記位置同定手段は、
前記通信品質が所定条件を満たす第２無線機を選択し、前記選択された第２無線機との遅延時間を用いた三点測位に基づき、自身の位置を同定することを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記位置同定手段は、前記電波強度が所定強度以上である場合に、前記所定条件を満たすと判定することを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記位置同定手段は、前記電波強度の変動量が所定変動量以下である場合に、前記所定条件を満たすと判定することを特徴とする請求項５または６に記載の無線通信装置。
【請求項１】
互いに無線通信する第１無線機と第２無線機とを備え、
前記第１無線機は、
前記第２無線機に対して送信信号を送信するとともに、前記送信信号の送信タイミングで送信タイミング信号を出力する送信手段と、
前記送信信号が前記第２無線機で折り返された受信信号を受信するとともに、前記受信信号の受信タイミングで受信タイミング信号を出力する受信手段と、
前記送信タイミング信号および前記受信タイミング信号に応答して、前記送信タイミング信号に対する前記受信タイミング信号の時間差を遅延時間として測定する遅延時間測定手段と、
前記遅延時間に基づいて、前記第１無線機と前記第２無線機との距離を演算する距離演算手段とを含み、
前記遅延時間測定手段は、並列に接続され互いに遅延特性の異なる複数の遅延素子を有し、前記送信タイミング信号を前記複数の遅延素子を介して遅延させた遅延送信タイミング信号と、前記受信タイミング信号とを用いて前記遅延時間を測定することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記遅延時間測定手段は、前記受信タイミング信号を用いて前記遅延送信タイミング信号を保持することにより、前記遅延時間を測定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記遅延時間測定手段は、前記遅延送信タイミング信号を用いて前記受信タイミング信号を保持することにより、前記遅延時間を測定することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記第２無線機は、複数設けられるとともに、各第２無線機は、個別の折り返し時間で前記送信信号を折り返し送信する折り返し手段を含み、
前記折り返し時間は、前記各第２無線機毎に異なる値が設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記第２無線機は、少なくとも３つ以上設けられ、
前記受信手段は、前記受信信号の電波強度を測定する電波強度測定手段をさらに含み、
前記距離演算手段は、前記電波強度に基づいてそれぞれの第２無線機との通信品質を判定する通信品質判定手段と、自身の位置を同定する位置同定手段とをさらに含み、
前記位置同定手段は、
前記通信品質が所定条件を満たす第２無線機を選択し、前記選択された第２無線機との遅延時間を用いた三点測位に基づき、自身の位置を同定することを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の無線通信装置。
【請求項６】
前記位置同定手段は、前記電波強度が所定強度以上である場合に、前記所定条件を満たすと判定することを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記位置同定手段は、前記電波強度の変動量が所定変動量以下である場合に、前記所定条件を満たすと判定することを特徴とする請求項５または６に記載の無線通信装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−２５６０５９（Ｐ２００７−２５６０５９Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８０４６８（Ｐ２００６−８０４６８）
【出願日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、総務省、「ユビキタスセンサーネットワーク技術に関する研究開発」委託契約、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【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１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、総務省、「ユビキタスセンサーネットワーク技術に関する研究開発」委託契約、産業活力再生特別措置法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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