生体情報モニターシステム及び時分割多重同期方法
【課題】小型無線端末と無線通信装置との偏波面の不一致による受信レベルの低下を回避でき、また、広範囲にわたって被験者の生体情報をモニターすることができる生体情報モニターシステムを得る。また、同期スロット前後の送受信切替処理を高速に行うことなく、時分割多重通信を用いた無線通信ができる生体情報モニターシステム及び時分割多重同期方法を得る。
【解決手段】被験者１の生体情報を取得して送信する小型無線端末１０と、受信した無線信号を増幅して送信する中継装置３０と、生体情報を取得する無線通信装置２０とを備え、無線通信装置２０は、所定の間隔を隔てて配置される複数の円偏波アンテナ２１により受信する。また、複数のフレーム同期パターンを無線通信端末２０が送信し、小型無線端末１０は、予め定められたフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行う。
【解決手段】被験者１の生体情報を取得して送信する小型無線端末１０と、受信した無線信号を増幅して送信する中継装置３０と、生体情報を取得する無線通信装置２０とを備え、無線通信装置２０は、所定の間隔を隔てて配置される複数の円偏波アンテナ２１により受信する。また、複数のフレーム同期パターンを無線通信端末２０が送信し、小型無線端末１０は、予め定められたフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報モニターシステム及び時分割多重同期方法に関し、特に、無線通信を用いた生体情報モニターシステム及び時分割多重同期方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の生体情報モニターシステムは、例えば、「センサを用いて生体信号を検出する検出部と、検出された信号を無線で送信するために変調する変調回路とを有する送信機１０と、前記検出信号を受信して復調する復調手段と、復調信号を生体信号モニタ装置２０の生体信号入力部に伝送するコネクタ３２を有する受信機３０とを設け、前記受信機におけるコネクタ３２を、各種生体信号モニタ装置２０の共通化された生体信号入力部に接続可能な構成とする。」ものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、無線通信において、任意の方向に送受信が行えフェージングの影響を受けにくいダイバーシティアンテナとして、例えば、「ダイポールアンテナ２（直線偏波アンテナ）を下ケース１に収納し、パッチアンテナ４（円偏波アンテナ）を上ケース３に収納すると共に、下ケース１上に支持される上ケース３の起立姿勢を変更可能とした。これにより、空間ダイバーシティの効果に加えて偏波ダイバーシティの効果が期待でき、マルチパスの影響を受けにくくなる。また、パッチアンテナ４の向きを適宜調整することによって、ダイポールアンテナ２では送受信が行えない上方や下方との送受信をパッチアンテナ４に行わせることができる。」ものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、時分割多重通信により複数の送信機と無線通信を行う無線通信装置として、例えば、「復調部１０１より復調されたビット列がユニークワード検出器１０２に入り、ユニークワードが検出されると、検出信号１０３をカウンタ制御部１０４に送る。カウンタ制御部１０４ではカウンタ部１０５に送られてきたユニークワード信号のうち、規定の条件を満たすものだけをカウンタ部に送る。カウンタ部１０５ではカウンタ制御部１０４のチェックを通過したユニークワードが確認された場合、カウンタの値を規定の値にセットする。分離部１０６は復調部１０１から送られてきたデータをカウンタ部１０５の値を基に、規定のカウント値で切り出す。」ものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３?１０１３８号公報（要約）
【特許文献２】特開２００４?５６２８１号公報（要約）
【特許文献３】特開平６?１４１００９号公報（要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、被験者の筋電図、心電図、呼吸波形、脳波などをモニターするための生体信号及び被験者の体動状態をモニターするための加速度データなどの体動信号（以下、生体情報という）をモニターする場合、被験者（人体）の任意の箇所に電極等を介して取り付けられたセンサ等により生体信号等を取得し、取得した生体信号の情報を情報処理装置に集約し、適宜情報処理を行って生体情報をモニターする。
【０００７】
このような生体情報モニターシステムにおいては、被験者の運動機能を損なうことなく生体情報を取得するため、無線通信により生体情報を情報処理装置に送信することが求められ、また、被験者に取り付けられるセンサ等及び無線端末は小型、軽量なものが求められている。
【０００８】
しかしながら、センサを備えた小型・軽量な無線端末（以下、小型無線端末という）を被験者に装着した場合、小型無線端末の送信アンテナの偏波面は、被験者の動きにより不確定となるため、送信アンテナと受信アンテナとの偏波面不一致により受信レベルが低下する、という問題点があった。また、このような送信アンテナと受信アンテナとの偏波面に不一致が生じた場合、ダイバーシティにより、マルチパスフェージングの影響を低下させることができない、という問題点があった。
【０００９】
また、小型無線端末を被験者に複数装着し、複数の小型無線端末と時分割多重接続（Time Division Multiple Access：以下、ＴＤＭＡともいう）を用いて無線通信を行う場合、同期スロット前後の送受信切替処理を高速に行う必要があり、小型無線端末を簡易な構成として小型化・軽量化を図ることが困難である、という問題点があった。
【００１０】
さらに、上述のような小型無線端末を用いた場合、送信アンテナも小型化する必要があり、アンテナ利得を高くすることが困難であり、また、搭載する電源（バッテリ）も小型化する必要があり、出力電源を高くすることが困難なため、通信距離が短くなり、広範囲にわたって被験者の生体情報をモニターすることができない、という問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、被験者に装着された小型無線端末の送信アンテナと、受信アンテナとの偏波面の不一致による受信レベルの低下を軽減すると共に、スペースダイバーシティの効果によりマルチパスフェージングの影響を受けにくくすることができる生体情報モニターシステムを得るものである。
【００１２】
第２の目的は、被験者に装着する小型無線端末を簡易な構成として小型化・軽量化し、高速処理ができない場合であっても、同期スロット前後の送受信切替処理を高速に行うことなく、時分割多重通信を用いた無線通信ができる生体情報モニターシステム及び時分割多重同期方法を得るものである。
【００１３】
第３の目的は、被験者に装着された小型無線端末を小型化・軽量化し、無線通信距離が短い場合であっても、広範囲にわたって被験者の生体情報をモニターすることができる生体情報モニターシステムを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る生体情報モニターシステムは、人体に装着され、前記人体の生体情報を取得して、取得した生体情報を送信する無線端末と、前記無線端末から送信された前記生体情報を受信する無線通信装置とを備えたものである。
【００１５】
また、人体に装着され、前記人体の生体情報を取得して、取得した生体情報を送信する無線端末と、前記無線端末から送信された無線信号を受信し、受信した無線信号を増幅して送信する中継装置と、前記無線端末又は前記中継装置から送信された無線信号を受信して、前記生体情報を取得する無線通信装置とを備えたものである。
【００１６】
また、前記中継装置は、前記無線通信端末が装着された人体に装着されるものである。
【００１７】
また、前記無線通信装置は、所定の間隔を隔てて配置される複数の円偏波アンテナと、前記円偏波アンテナにより受信した無線信号が入力されるダイバーシティ受信回路とを備え、前記複数の円偏波アンテナは、スペースダイバーシティを構成するものである。
【００１８】
また、前記中継装置は、所定の間隔を隔てて配置される複数の円偏波アンテナと、前記円偏波アンテナにより受信した無線信号が入力されるダイバーシティ受信回路とを備え、前記複数の円偏波アンテナは、スペースダイバーシティを構成するものである。
【００１９】
また、前記ダイバーシティ受信回路は、前記複数の円偏波アンテナから入力された無線信号の内、受信強度の大きい信号を選択して出力するものである。
【００２０】
また、前記ダイバーシティ受信回路は、前記複数の円偏波アンテナから入力された無線信号を合成して出力するものである。
【００２１】
また、前記無線通信装置は、所定の時間長を有するフレームに複数のスロットを時分割で割り当てて、前記スロットが割り当てられた複数の前記無線端末と同期して時分割多重通信するものである。
【００２２】
また、前記無線通信装置は、複数のフレーム同期パターンを前記フレームの所定のスロット間に挿入して送信し、前記無線端末から送信されたデータを前記フレーム同期パターンに同期して受信し、前記無線端末は、前記無線通信装置から送信された複数のフレーム同期パターンを受信し、受信した前記複数のフレーム同期パターンの内、予め定められたフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行うものである。
【００２３】
また、前記無線端末は、前記複数のフレーム同期パターンの内、当該無線端末が割り当てられた前記スロットと隣接していないフレーム同期パターンに同期するものである。
【００２４】
また、前記無線通信装置は、前記フレームの先頭及び前記フレームの中間に、それぞれ種類の異なるフレーム同期パターンを挿入するものである。
【００２５】
また、本発明に係る時分割多重同期方法は、所定の時間長を有するフレームに複数のスロットを時分割で割り当てて、前記スロットが割り当てられた複数の無線端末と無線通信装置とが同期して通信する時分割多重同期方法であって、前記無線端末は、前記無線通信装置から送信された複数のフレーム同期パターンを受信し、受信した前記複数のフレーム同期パターンの内、予め定められたフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行い、前記無線通信装置は、複数のフレーム同期パターンを前記フレームの所定のスロット間に挿入して送信し、前記無線端末から送信されたデータを前記フレーム同期パターンに同期して受信するものである。
【００２６】
また、前記無線端末は、前記複数のフレーム同期パターンの内、当該無線端末が割り当てられたスロットと隣接していないフレーム同期パターンに同期するものである。
【００２７】
また、前記フレーム同期パターンは、前記フレームの先頭及び前記フレームの中間に挿入される２種類のフレーム同期パターンとするものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、無線端末から送信された生体情報を、所定の間隔を隔てて配置される複数の円偏波アンテナにより受信することにより、人体に装着された無線端末と、無線通信装置との偏波面の不一致による受信レベルの低下を軽減すると共に、スペースダイバーシティの効果によりマルチパスフェージングの影響を受けにくくすることができる。
【００２９】
また、複数のフレーム同期パターンを無線通信端末が送信し、このフレーム同期パターンを受信した無線端末が、予め定められたフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行うことにより、同期スロット前後の送受信切替処理を高速に行うことなく、時分割多重通信を用いた無線通信ができる。
【００３０】
また、無線端末から送信された無線信号を中継装置により増幅して送信することにより、無線端末の通信距離が短い場合であっても、広範囲にわたって生体情報をモニターすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る生体情報モニターシステムの構成図である。図において、本実施の形態１に係る生体情報モニターシステムは、例えば、スポーツジム、リハビリ施設などで運動する被験者１の人体に装着され、生体情報を取得するセンサを有する無線端末である複数の小型無線端末１０と、この複数の小型無線端末１０とＴＤＭＡ通信を行い、受信した情報を情報処理装置２へ出力する無線通信装置２０とから構成される。さらに、無線通信装置２０は、円偏波アンテナ２１を複数備えている。
【００３２】
図２は実施の形態１に係る小型無線端末の構成図である。図において、小型無線端末１０は、被験者１の例えば、筋電図、心電図、呼吸波形、脳波などをモニターするための生体信号及び被験者１の体動状態をモニターするための加速度データなどの体動信号を検出するセンサ１１と、センサ１１で検出された信号をデジタル情報に変換した後、後述する動作により、所定の同期タイミングでデータ送信する電子回路（マイクロプロセッサ）などで構成されるデータ制御部１２と、データ制御部１２から入力された送信データを無線信号に変調し、アンテナ１４を介して送信すると共に、無線通信装置２０から受信したフレーム同期パターン（後述）を復調してデータ制御部１２に入力する無線部１３と、センサ１１及びデータ制御部１２に電力を供給するバッテリ１５（例えば、ボタン電池）と、後述する２種類のフレーム同期パターンの内、当該小型無線端末１０に対応するフレーム同期パターンを選択するスイッチ１６（例えば、ディップスイッチ）とを備えている。この小型無線端末１０を構成する、センサ１１、データ制御部１２、無線部１３、アンテナ１４、バッテリ１５及びスイッチ１６は、小型パッケージ（例えば、５００円玉大の大きさ）に一体形成され、センサ１１の電極等を被験者１の体表面（皮膚）に貼着する粘着テープなどにより、被験者１に装着される。また、この小型無線端末１０のアンテナ１４は、例えばモノポールアンテナ又はダイポールアンテナなどの直線偏波アンテナによりデータ送信を近距離（例えば、５ｍ〜１０ｍ程度）で行うものであり、アンテナ利得及び出力電力は低いものである。
【００３３】
図３は実施の形態１に係る無線通信装置の構成図である。図において、無線通信装置２０は、複数の円偏波アンテナ２１と、円偏波アンテナ２１を送受信で共用するためのアンテナ共用器２２と、小型無線端末１０へ送信するフレーム同期パターン（後述）を変調して円偏波アンテナ２１を介して送信を行う送信回路２３と、小型無線端末１０から受信した送信データを受信すると共に、受信したデータを復調して出力するダイバーシティ受信回路２４と、後述する動作により、２種類のフレーム同期パターンを出力し、当該フレーム同期パターンを受信した小型無線端末１０から所定のタイミングで送信された送信データを受信することにより、複数の小型無線端末１０と同期してＴＤＭＡ通信を行い、受信した生体情報を情報処理装置２へ入力する時分割多重接続装置２５とから構成されている。尚、この生体情報が入力された情報処理装置２（例えば、パーソナルコンピュータ）は、入力された生体情報を処理して、各種生体信号及び体動信号の数値データ又は図形データとしてディスプレイ等に表示させる。
【００３４】
円偏波アンテナ２１は、例えばパッチアンテナを用いて、誘電体基板の片面に略正方形のパッチ電極と給電用のマイクロストリップラインとを設け、かつ誘電体基板の他面のほぼ全面に接地導体を設けて、給電線及びマイクロストリップラインを介してパッチ電極に高周波信号を給電する円偏波アンテナである。尚、この円偏波アンテナ２１は、右旋円偏波又は左旋円偏波の何れの円偏波を用いても良い。
【００３５】
また、この円偏波アンテナ２１は、無線通信装置２０に複数設けられ、スペースダイバシティを構成する。複数本の円偏波アンテナ２１からの受信信号を利用してスペースダイバーシティ受信を構成する場合、ある円偏波アンテナ２１の受信レベルが低くても他の円偏波アンテナ２１の受信レベルが高ければ、より大きなダイバーシティ改善効果を得ることができる。そのため、各円偏波アンテナ２１−１，２１−２，…２１−ｎでそれぞれ受信する受信波の相関が低くなるように各円偏波アンテナ２１を配置する。この複数の円偏波アンテナ２１によって受信された信号波がダイバーシティ受信回路２４へ送られ、受信強度の大きい信号波が選択されるか、あるいは各信号波が合成された上で受信される。
【００３６】
以上のような構成による小型無線端末１０と無線通信装置２０との通信の動作を次に説明する。
【００３７】
まず、従来の時分割多重同期方法について説明する。
図４は従来の時分割多重同期方法に係るフレーム構成を示す図、図５は従来の時分割多重同期方法に係る各スロットの送信タイミングを示す図である。図４に示すように、所定の時間長を有する一つのフレームを時分割して複数のスロット（ここでは、８スロットとする）で構成し、各スロットに割り当てられた送信端末が当該スロットと同期してデータ送信を行うことにより、複数の送信端末から送信されたデータを受信することを可能としている。このようなスロットの同期タイミングは、図５に示すように、データを受信する無線通信装置から、フレーム毎にフレーム同期パターン（以下、同期パターンともいう）を送信し、この同期パターンを受信した送信端末ａ〜ｈは、フレーム同期カウンタを補正して、当該送信端末に対応するスロットのタイミングで送信を開始する。このように、複数の送信端末が、同期パターンを受信した後、対応するスロットタイミングで送信を行うことにより、１つのフレームを構成するスロット数に応じた数の送信端末との通信を可能とする。
【００３８】
しかしながら、図５に示すように、スロット１に対応する送信端末ａは、上述のように、同期パターンを受信した直後に送信をする必要があり、また、スロット８に対応する送信端末ｈは、送信を終了した直後に同期パターンの受信をする必要があり、送受信の切り替えの高速性が要求される。一方、送受信の切り替えの高速性を要求しない方法として、同期パターンの前後にガードビットを付加する方法があるが、この場合、データ伝送効率を大幅に低下させることとなる。このような送受信の切り替えの高速性が要求されない本実施の形態１における時分割多重同期方法を図６及び図７により説明する。
【００３９】
図６は実施の形態１に係るフレーム構成を示す図、図７は実施の形態１に係る各スロットの送信タイミングを示す図である。ここでは、例えば８台の小型無線端末１０−１〜１０−８と無線通信装置２０とが同一の周波数帯で通信する場合について説明する。図６に示すように、一つのフレームを８スロットで構成し、一つのフレームの中に、２種類のフレーム同期パターンを配置する。フレームの先頭に第１の同期パターン１００、フレームの中間（スロット４とスロット５の間）に第２の同期パターン２００を配置する。このようなフレーム構成において、各小型無線端末１０は、それぞれの対応スロットが割り当てられている。
【００４０】
このようなフレーム構成において、図７に示すように、各小型無線端末１０は、２種類の同期パターンの内、割り当てられたスロットと隣接していない同期パターンと同期する。即ち、第１の同期パターン１００と隣接するスロット１及び８に対応する小型無線端末１０−１及び１０−８は、第２の同期パターン２００と同期し、第２の同期パターン２００と隣接するスロット４及び５に対応する小型無線端末１０−４及び１０−５は、第２の同期パターン１００と同期する。尚、２種類の同期パターンと隣接していないスロットが割り当てられた小型無線端末１０は、任意の同期パターンと同期する。ここでは、スロット１，２，３及び８が第２の同期パターン２００と同期し、スロット４，５，６及び７が第１の同期パターン１００と同期する。尚、同期パターンは、スイッチ１６により、第１又は第２の同期パターンの切り替えが可能であり、切り替えた同期パターンに応じたスロットが対応付けられる。このような同期パターンを受信した小型無線端末１０の動作を図８に基いて次に説明する。
【００４１】
図８は実施の形態１に係る小型無線端末の送信動作を示すフローチャートである。ここでは、スロット１に対応する小型無線端末１０−１の動作について説明する。尚、他の小型無線端末１０においても、対応するスロット及び同期パターンが異なるのみで、同様の動作を行う。
【００４２】
まず、小型無線端末１０−１の電源が投入されると、センサ１１により検出された生体情報が、データ制御部１２に逐次入力される。データ制御部１２は、無線部１３を受信モードに切り替える（Ｓ１）。無線部１３は、無線通信装置２０から送信される同期パターンの読み込みを開始して、受信した受信信号を復調してデータ制御部１２へ入力する（Ｓ２）。データ制御部１２は、入力された受信信号が、第２の同期パターン２００であるか否かを判断し、第２の同期パターン２００が検出されるまで受信動作を繰り返す（Ｓ３）。第２の同期パターン２００を検出したとき、フレーム同期カウンタを補正してフレーム同期を確立する（Ｓ４）。
【００４３】
次に、データ制御部１２は、当該小型無線端末１０に対応するスロット番号（スロット１）に基づき、第２の同期パターン２００の受信から当該スロット１までの時間をタイマー値として設定し（Ｓ５）、設定したタイマー値が経過するまでスリープモードに切り替えて待機する（Ｓ６，Ｓ７）。データ制御部１２は、設定したタイマーのタイムアップにより送信タイミングを判断して、無線部１３を送信モードに切り替えて（Ｓ８）、規定されたフォーマットに従って、センサ１１から入力された生体情報をデータ送信する（Ｓ９）と共に、当該スロット１の送信時間をタイマー値として設定し、タイムアップにより送信完了を判断する（Ｓ１０）。送信完了を判断したデータ制御部１２は、スリープモードに切り替え（Ｓ１１）、当該スロット１完了から第２の同期パターン２００までの時間をタイマー値として設定して、次回の第２の同期パターン２００の受信タイミングまで待機する（Ｓ１２）。次に、データ制御部１２は、設定したタイマーのタイムアップにより受信開始タイミングを判断したとき、手順Ｓ１に戻り、上述した動作を繰り返す。
【００４４】
このような動作を、小型無線端末１０−１〜１０−８が行うことにより、図７に示すように、１つのフレームにつき８つのスロットにより、ＴＤＭＡ通信を行うことが可能となり、且つ、各小型無線端末１０は、同期パターンを受信後、データ送信を開始するまでの時間及びデータ送信の完了後から同期パターンを受信するまでの時間に、少なくとも１スロット分以上の時間が空くこととなる。また、このようなフレーム構成とすることで、１フレーム当たり、同期パターン一つ分のデータ量が増加するのみであり、データ伝送効率を大幅に低下させることもない。
【００４５】
尚、上記説明では、同期パターンの検出判断（手順Ｓ３）において、一度でも当該同期パターンを検出した場合に、同期パターンの検出判断を行ったが、データ制御部１２に後方保護回路を実装し、所定の回数（例えば、８回）連続して同期パターンを受信したときに、同期パターンの検出を判断しても良い。これにより、ノイズなどによる誤作動を防止することができる。さらに、データ制御部１２に前方保護回路を実装し、所定の回数（例えば、８回）連続して同期パターンが受信できないときに、同期外れを判断しても良い。これにより、瞬時的な受信不良による誤判断を防止することができる。
【００４６】
また、上記説明では、８台の小型無線端末１０と無線通信装置２０とが同一の周波数帯で通信する場合について説明したが、複数の周波数帯を用いて、ＴＤＭＡ通信を行っても良い。例えば、２つの周波数帯を用いることにより、被験者１に１６個の小型無線端末１０を装着して通信を行うことが可能である。また、上記説明では、１フレームを８スロットで構成した場合を説明したが、これに限らず、他のスロット数としても良い。
【００４７】
以上のように、本実施の形態１においては、複数の円偏波アンテナ２１をそれぞれ相関が小さくなるように配置して、スペースダイバーシティを構成することにより、偏波面の不一致による受信レベルの低下を軽減できるとともにスペースダイバーシティの効果によりマルチパスフェージングの影響を受けにくくなり、良好な受信状態を確保できる。
【００４８】
また、無線通信装置２０は、フレームの先頭に第１の同期パターン１００を配置し、フレームの中間に第２の同期パターン２００を配置して小型無線端末１０に送信し、小型無線端末１０から送信されたデータをフレーム同期パターンに同期して受信し、小型無線端末１０は、無線通信装置２０から送信された２種類のフレーム同期パターンを受信し、受信したフレーム同期パターンの内、当該小型無線端末１０が割り当てられたスロットと隣接していないフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行うことにより、同期パターンを受信後、データ送信を開始するまでの時間及びデータ送信の完了後から同期パターンを受信するまでの時間に、少なくとも１スロット分以上の時間が空くこととなり、同期スロット前後の送受信切替処理を高速に行うことなく、時分割多重通信を用いた無線通信ができる。また、データ伝送効率を大幅に低下させることなく、送受信切り替え時間を確保することができる。さらに、高速処理の必要がなく、安価なデバイスを使用できることから小型無線端末１０の低価格化も期待できる。
【００４９】
尚、本実施の形態では、アンテナ共用器２２を用いて、受信ダイバーシティー及び送信ダイバーシティーとして構成した場合を説明したが、本発明はこれに限らず、受信又は送信の何れかの円偏波アンテナを用いてダイバーシティを構成しても良い。
【００５０】
また、本実施の形態では、小型無線端末１０のアンテナ１４は、直線偏波アンテナを用いた場合を説明したが、本発明はこれに限らず、アンテナ１４を円偏波アンテナとしても良い。これにより、受信側の無線通信装置２０のアンテナを直線偏波アンテナとしても、偏波面不一致による受信レベルの低下を軽減することができる。
【００５１】
実施の形態２．
上記実施の形態１で説明したように、小型無線端末１０は、近距離（例えば、５ｍ〜１０ｍ程度）で行うものであり、アンテナ利得及び出力電力は低いものである。従って、例えば陸上競技場内などで広範囲にわたって運動する被験者１の生体情報をモニターすることができない。このため、本実施の形態２では、上記実施の形態１の構成に加え、被験者１に装着された中継装置３０を備え、この中継装置３０により無線信号の中継を行い、通信エリアの拡大を図るものである。
【００５２】
図９は実施の形態２に係る生体情報モニターシステムの構成図である。図において、本実施の形態２に係る生体情報モニターシステムは、例えば、陸上競技場のトラックなどを運動する被験者１に装着され、生体情報を取得するセンサ１１を有する複数の小型無線端末１０と、被験者１にベルト３により着脱自在に装着され、複数の小型無線端末１０から送信された無線信号を増幅して再送信する中継装置３０と、中継装置３０から送信された無線信号を受信して、受信した情報を情報処理装置２へ出力する無線通信装置２０とから構成される。尚、小型無線端末１０、無線通信装置２０及び情報処理装置２の構成は上記実施の形態１と同様である。
【００５３】
図１０は実施の形態２に係る中継装置の構成図である。図において、中継装置３０は、小型無線端末１０から送信された信号を受信する受信アンテナ３１と、受信アンテナ３１を介して受信した受信信号を増幅して出力する増幅器３２と、この増幅器３２で増幅された送信信号を送信する送信アンテナ３５と、増幅器３２の出力電力及び増幅利得を制御する制御部３３と、中継装置３０の各機器に電力を供給するバッテリ３４とから構成される。この中継装置３０の各構成機器は、一つの筐体内に収容され、ベルト３を介して被験者１に装着される。尚、受信アンテナ３１及び送信アンテナ３５は、可能な限り利得の高いものを使用し、また、円偏波又は直線偏波の何れを用いても良い。
【００５４】
以上のような構成により、本実施の形態２においては、小型無線端末１０から送信された無線信号は、中継装置３０により増幅されて無線通信装置２０へ送信されるので、被験者１に装着された小型無線端末１０のアンテナ１４を小型化し、アンテナ利得及び出力電力は低いものであっても、小型無線端末１０と無線通信装置２０との通信エリアを十分確保することができ、小型無線端末１０で取得した生体情報を遠方でモニターすることが可能となる。また、小型無線端末１０は、送信パワーを上げる必要がなくなり消費電力の低減も期待できる。
【００５５】
さらに、ベルト３を介して、中継装置３０を被験者１に装着することにより、被験者１の肢体の運動機能を損なうことなく生体情報を取得することができると共に、広範囲にわたって被験者１の生体情報をモニターすることができる。
【００５６】
尚、本実施の形態では、一つの受信アンテナ３１により、小型無線端末１０から送信された無線信号を受信する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、例えば図１１に示すように、ダイバーシティ受信回路３６を備え、複数の受信アンテナ３１により、スペースダイバーシティを構成し、ダイバーシティ受信回路３６により、受信強度の大きい信号波を選択するか、又は各信号波を合成した上で増幅器３２へ入力しても良い。
【００５７】
また、本実施の形態では、増幅器３２により受信アンテナ３１を介して受信した受信信号を増幅して出力する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、受信後、周波数変換して、無線通信装置２０へ再送信する構成としても良い。
【００５８】
さらに、中継装置３０に、上記実施の形態１で説明した時分割多重接続装置２５を備えて、各小型無線端末１０と中継装置３０とがＴＤＭＡ通信を行い、受信した情報を無線通信装置２０へ再送信する構成としても良い。
【００５９】
また、本実施の形態では、ベルト３を用いて中継装置３０を被験者１に装着する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、中継装置３０を被験者１に装着すれば良く。例えば、リュック等を用いて被験者１に装着しても良い。
【００６０】
さらに、本実施の形態では、中継装置３０を被験者１に装着する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、中継装置３０が小型無線端末１０の通信範囲内にあれば良い。例えば、陸上競技場内を広範囲で移動しない、砲丸投げなどの投擲競技を行う被験者１の近傍に中継装置３０を設置し、スタンド席などの遠隔地に無線通信装置２０を設置して生体情報をモニターしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施の形態１に係る生体情報モニターシステムの構成図である。
【図２】実施の形態１に係る小型無線端末の構成図である。
【図３】実施の形態１に係る無線通信装置の構成図である。
【図４】従来の時分割多重同期方法に係るフレーム構成を示す図である。
【図５】従来の時分割多重同期方法に係る各スロットの送信タイミングを示す図である。
【図６】実施の形態１に係るフレーム構成を示す図である。
【図７】実施の形態１に係る各スロットの送信タイミングを示す図である。
【図８】実施の形態１に係る小型無線端末の送信動作を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態２に係る生体情報モニターシステムの構成図である。
【図１０】実施の形態２に係る中継装置の構成図である。
【図１１】実施の形態２に係る複数の受信アンテナを備えた中継装置の構成図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 被験者、２ 情報処理装置、３ ベルト、１０ 小型無線端末、１１ センサ、１２ データ制御部、１３ 無線部、１４ アンテナ、１５ バッテリ、１６ スイッチ、２０ 無線通信装置、２１ 円偏波アンテナ、２２ アンテナ共用器、２３ 送信回路、２４ ダイバーシティ受信回路、２５ 時分割多重接続装置、３０ 中継装置、３１ 受信アンテナ、３２ 増幅器、３３ 制御部、３４ バッテリ、３５ 送信アンテナ、３６ ダイバーシティ受信回路、１００ 第１の同期パターン、２００ 第２の同期パターン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報モニターシステム及び時分割多重同期方法に関し、特に、無線通信を用いた生体情報モニターシステム及び時分割多重同期方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の生体情報モニターシステムは、例えば、「センサを用いて生体信号を検出する検出部と、検出された信号を無線で送信するために変調する変調回路とを有する送信機１０と、前記検出信号を受信して復調する復調手段と、復調信号を生体信号モニタ装置２０の生体信号入力部に伝送するコネクタ３２を有する受信機３０とを設け、前記受信機におけるコネクタ３２を、各種生体信号モニタ装置２０の共通化された生体信号入力部に接続可能な構成とする。」ものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、無線通信において、任意の方向に送受信が行えフェージングの影響を受けにくいダイバーシティアンテナとして、例えば、「ダイポールアンテナ２（直線偏波アンテナ）を下ケース１に収納し、パッチアンテナ４（円偏波アンテナ）を上ケース３に収納すると共に、下ケース１上に支持される上ケース３の起立姿勢を変更可能とした。これにより、空間ダイバーシティの効果に加えて偏波ダイバーシティの効果が期待でき、マルチパスの影響を受けにくくなる。また、パッチアンテナ４の向きを適宜調整することによって、ダイポールアンテナ２では送受信が行えない上方や下方との送受信をパッチアンテナ４に行わせることができる。」ものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、時分割多重通信により複数の送信機と無線通信を行う無線通信装置として、例えば、「復調部１０１より復調されたビット列がユニークワード検出器１０２に入り、ユニークワードが検出されると、検出信号１０３をカウンタ制御部１０４に送る。カウンタ制御部１０４ではカウンタ部１０５に送られてきたユニークワード信号のうち、規定の条件を満たすものだけをカウンタ部に送る。カウンタ部１０５ではカウンタ制御部１０４のチェックを通過したユニークワードが確認された場合、カウンタの値を規定の値にセットする。分離部１０６は復調部１０１から送られてきたデータをカウンタ部１０５の値を基に、規定のカウント値で切り出す。」ものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３?１０１３８号公報（要約）
【特許文献２】特開２００４?５６２８１号公報（要約）
【特許文献３】特開平６?１４１００９号公報（要約）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、被験者の筋電図、心電図、呼吸波形、脳波などをモニターするための生体信号及び被験者の体動状態をモニターするための加速度データなどの体動信号（以下、生体情報という）をモニターする場合、被験者（人体）の任意の箇所に電極等を介して取り付けられたセンサ等により生体信号等を取得し、取得した生体信号の情報を情報処理装置に集約し、適宜情報処理を行って生体情報をモニターする。
【０００７】
このような生体情報モニターシステムにおいては、被験者の運動機能を損なうことなく生体情報を取得するため、無線通信により生体情報を情報処理装置に送信することが求められ、また、被験者に取り付けられるセンサ等及び無線端末は小型、軽量なものが求められている。
【０００８】
しかしながら、センサを備えた小型・軽量な無線端末（以下、小型無線端末という）を被験者に装着した場合、小型無線端末の送信アンテナの偏波面は、被験者の動きにより不確定となるため、送信アンテナと受信アンテナとの偏波面不一致により受信レベルが低下する、という問題点があった。また、このような送信アンテナと受信アンテナとの偏波面に不一致が生じた場合、ダイバーシティにより、マルチパスフェージングの影響を低下させることができない、という問題点があった。
【０００９】
また、小型無線端末を被験者に複数装着し、複数の小型無線端末と時分割多重接続（Time Division Multiple Access：以下、ＴＤＭＡともいう）を用いて無線通信を行う場合、同期スロット前後の送受信切替処理を高速に行う必要があり、小型無線端末を簡易な構成として小型化・軽量化を図ることが困難である、という問題点があった。
【００１０】
さらに、上述のような小型無線端末を用いた場合、送信アンテナも小型化する必要があり、アンテナ利得を高くすることが困難であり、また、搭載する電源（バッテリ）も小型化する必要があり、出力電源を高くすることが困難なため、通信距離が短くなり、広範囲にわたって被験者の生体情報をモニターすることができない、という問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、被験者に装着された小型無線端末の送信アンテナと、受信アンテナとの偏波面の不一致による受信レベルの低下を軽減すると共に、スペースダイバーシティの効果によりマルチパスフェージングの影響を受けにくくすることができる生体情報モニターシステムを得るものである。
【００１２】
第２の目的は、被験者に装着する小型無線端末を簡易な構成として小型化・軽量化し、高速処理ができない場合であっても、同期スロット前後の送受信切替処理を高速に行うことなく、時分割多重通信を用いた無線通信ができる生体情報モニターシステム及び時分割多重同期方法を得るものである。
【００１３】
第３の目的は、被験者に装着された小型無線端末を小型化・軽量化し、無線通信距離が短い場合であっても、広範囲にわたって被験者の生体情報をモニターすることができる生体情報モニターシステムを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る生体情報モニターシステムは、人体に装着され、前記人体の生体情報を取得して、取得した生体情報を送信する無線端末と、前記無線端末から送信された前記生体情報を受信する無線通信装置とを備えたものである。
【００１５】
また、人体に装着され、前記人体の生体情報を取得して、取得した生体情報を送信する無線端末と、前記無線端末から送信された無線信号を受信し、受信した無線信号を増幅して送信する中継装置と、前記無線端末又は前記中継装置から送信された無線信号を受信して、前記生体情報を取得する無線通信装置とを備えたものである。
【００１６】
また、前記中継装置は、前記無線通信端末が装着された人体に装着されるものである。
【００１７】
また、前記無線通信装置は、所定の間隔を隔てて配置される複数の円偏波アンテナと、前記円偏波アンテナにより受信した無線信号が入力されるダイバーシティ受信回路とを備え、前記複数の円偏波アンテナは、スペースダイバーシティを構成するものである。
【００１８】
また、前記中継装置は、所定の間隔を隔てて配置される複数の円偏波アンテナと、前記円偏波アンテナにより受信した無線信号が入力されるダイバーシティ受信回路とを備え、前記複数の円偏波アンテナは、スペースダイバーシティを構成するものである。
【００１９】
また、前記ダイバーシティ受信回路は、前記複数の円偏波アンテナから入力された無線信号の内、受信強度の大きい信号を選択して出力するものである。
【００２０】
また、前記ダイバーシティ受信回路は、前記複数の円偏波アンテナから入力された無線信号を合成して出力するものである。
【００２１】
また、前記無線通信装置は、所定の時間長を有するフレームに複数のスロットを時分割で割り当てて、前記スロットが割り当てられた複数の前記無線端末と同期して時分割多重通信するものである。
【００２２】
また、前記無線通信装置は、複数のフレーム同期パターンを前記フレームの所定のスロット間に挿入して送信し、前記無線端末から送信されたデータを前記フレーム同期パターンに同期して受信し、前記無線端末は、前記無線通信装置から送信された複数のフレーム同期パターンを受信し、受信した前記複数のフレーム同期パターンの内、予め定められたフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行うものである。
【００２３】
また、前記無線端末は、前記複数のフレーム同期パターンの内、当該無線端末が割り当てられた前記スロットと隣接していないフレーム同期パターンに同期するものである。
【００２４】
また、前記無線通信装置は、前記フレームの先頭及び前記フレームの中間に、それぞれ種類の異なるフレーム同期パターンを挿入するものである。
【００２５】
また、本発明に係る時分割多重同期方法は、所定の時間長を有するフレームに複数のスロットを時分割で割り当てて、前記スロットが割り当てられた複数の無線端末と無線通信装置とが同期して通信する時分割多重同期方法であって、前記無線端末は、前記無線通信装置から送信された複数のフレーム同期パターンを受信し、受信した前記複数のフレーム同期パターンの内、予め定められたフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行い、前記無線通信装置は、複数のフレーム同期パターンを前記フレームの所定のスロット間に挿入して送信し、前記無線端末から送信されたデータを前記フレーム同期パターンに同期して受信するものである。
【００２６】
また、前記無線端末は、前記複数のフレーム同期パターンの内、当該無線端末が割り当てられたスロットと隣接していないフレーム同期パターンに同期するものである。
【００２７】
また、前記フレーム同期パターンは、前記フレームの先頭及び前記フレームの中間に挿入される２種類のフレーム同期パターンとするものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、無線端末から送信された生体情報を、所定の間隔を隔てて配置される複数の円偏波アンテナにより受信することにより、人体に装着された無線端末と、無線通信装置との偏波面の不一致による受信レベルの低下を軽減すると共に、スペースダイバーシティの効果によりマルチパスフェージングの影響を受けにくくすることができる。
【００２９】
また、複数のフレーム同期パターンを無線通信端末が送信し、このフレーム同期パターンを受信した無線端末が、予め定められたフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行うことにより、同期スロット前後の送受信切替処理を高速に行うことなく、時分割多重通信を用いた無線通信ができる。
【００３０】
また、無線端末から送信された無線信号を中継装置により増幅して送信することにより、無線端末の通信距離が短い場合であっても、広範囲にわたって生体情報をモニターすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る生体情報モニターシステムの構成図である。図において、本実施の形態１に係る生体情報モニターシステムは、例えば、スポーツジム、リハビリ施設などで運動する被験者１の人体に装着され、生体情報を取得するセンサを有する無線端末である複数の小型無線端末１０と、この複数の小型無線端末１０とＴＤＭＡ通信を行い、受信した情報を情報処理装置２へ出力する無線通信装置２０とから構成される。さらに、無線通信装置２０は、円偏波アンテナ２１を複数備えている。
【００３２】
図２は実施の形態１に係る小型無線端末の構成図である。図において、小型無線端末１０は、被験者１の例えば、筋電図、心電図、呼吸波形、脳波などをモニターするための生体信号及び被験者１の体動状態をモニターするための加速度データなどの体動信号を検出するセンサ１１と、センサ１１で検出された信号をデジタル情報に変換した後、後述する動作により、所定の同期タイミングでデータ送信する電子回路（マイクロプロセッサ）などで構成されるデータ制御部１２と、データ制御部１２から入力された送信データを無線信号に変調し、アンテナ１４を介して送信すると共に、無線通信装置２０から受信したフレーム同期パターン（後述）を復調してデータ制御部１２に入力する無線部１３と、センサ１１及びデータ制御部１２に電力を供給するバッテリ１５（例えば、ボタン電池）と、後述する２種類のフレーム同期パターンの内、当該小型無線端末１０に対応するフレーム同期パターンを選択するスイッチ１６（例えば、ディップスイッチ）とを備えている。この小型無線端末１０を構成する、センサ１１、データ制御部１２、無線部１３、アンテナ１４、バッテリ１５及びスイッチ１６は、小型パッケージ（例えば、５００円玉大の大きさ）に一体形成され、センサ１１の電極等を被験者１の体表面（皮膚）に貼着する粘着テープなどにより、被験者１に装着される。また、この小型無線端末１０のアンテナ１４は、例えばモノポールアンテナ又はダイポールアンテナなどの直線偏波アンテナによりデータ送信を近距離（例えば、５ｍ〜１０ｍ程度）で行うものであり、アンテナ利得及び出力電力は低いものである。
【００３３】
図３は実施の形態１に係る無線通信装置の構成図である。図において、無線通信装置２０は、複数の円偏波アンテナ２１と、円偏波アンテナ２１を送受信で共用するためのアンテナ共用器２２と、小型無線端末１０へ送信するフレーム同期パターン（後述）を変調して円偏波アンテナ２１を介して送信を行う送信回路２３と、小型無線端末１０から受信した送信データを受信すると共に、受信したデータを復調して出力するダイバーシティ受信回路２４と、後述する動作により、２種類のフレーム同期パターンを出力し、当該フレーム同期パターンを受信した小型無線端末１０から所定のタイミングで送信された送信データを受信することにより、複数の小型無線端末１０と同期してＴＤＭＡ通信を行い、受信した生体情報を情報処理装置２へ入力する時分割多重接続装置２５とから構成されている。尚、この生体情報が入力された情報処理装置２（例えば、パーソナルコンピュータ）は、入力された生体情報を処理して、各種生体信号及び体動信号の数値データ又は図形データとしてディスプレイ等に表示させる。
【００３４】
円偏波アンテナ２１は、例えばパッチアンテナを用いて、誘電体基板の片面に略正方形のパッチ電極と給電用のマイクロストリップラインとを設け、かつ誘電体基板の他面のほぼ全面に接地導体を設けて、給電線及びマイクロストリップラインを介してパッチ電極に高周波信号を給電する円偏波アンテナである。尚、この円偏波アンテナ２１は、右旋円偏波又は左旋円偏波の何れの円偏波を用いても良い。
【００３５】
また、この円偏波アンテナ２１は、無線通信装置２０に複数設けられ、スペースダイバシティを構成する。複数本の円偏波アンテナ２１からの受信信号を利用してスペースダイバーシティ受信を構成する場合、ある円偏波アンテナ２１の受信レベルが低くても他の円偏波アンテナ２１の受信レベルが高ければ、より大きなダイバーシティ改善効果を得ることができる。そのため、各円偏波アンテナ２１−１，２１−２，…２１−ｎでそれぞれ受信する受信波の相関が低くなるように各円偏波アンテナ２１を配置する。この複数の円偏波アンテナ２１によって受信された信号波がダイバーシティ受信回路２４へ送られ、受信強度の大きい信号波が選択されるか、あるいは各信号波が合成された上で受信される。
【００３６】
以上のような構成による小型無線端末１０と無線通信装置２０との通信の動作を次に説明する。
【００３７】
まず、従来の時分割多重同期方法について説明する。
図４は従来の時分割多重同期方法に係るフレーム構成を示す図、図５は従来の時分割多重同期方法に係る各スロットの送信タイミングを示す図である。図４に示すように、所定の時間長を有する一つのフレームを時分割して複数のスロット（ここでは、８スロットとする）で構成し、各スロットに割り当てられた送信端末が当該スロットと同期してデータ送信を行うことにより、複数の送信端末から送信されたデータを受信することを可能としている。このようなスロットの同期タイミングは、図５に示すように、データを受信する無線通信装置から、フレーム毎にフレーム同期パターン（以下、同期パターンともいう）を送信し、この同期パターンを受信した送信端末ａ〜ｈは、フレーム同期カウンタを補正して、当該送信端末に対応するスロットのタイミングで送信を開始する。このように、複数の送信端末が、同期パターンを受信した後、対応するスロットタイミングで送信を行うことにより、１つのフレームを構成するスロット数に応じた数の送信端末との通信を可能とする。
【００３８】
しかしながら、図５に示すように、スロット１に対応する送信端末ａは、上述のように、同期パターンを受信した直後に送信をする必要があり、また、スロット８に対応する送信端末ｈは、送信を終了した直後に同期パターンの受信をする必要があり、送受信の切り替えの高速性が要求される。一方、送受信の切り替えの高速性を要求しない方法として、同期パターンの前後にガードビットを付加する方法があるが、この場合、データ伝送効率を大幅に低下させることとなる。このような送受信の切り替えの高速性が要求されない本実施の形態１における時分割多重同期方法を図６及び図７により説明する。
【００３９】
図６は実施の形態１に係るフレーム構成を示す図、図７は実施の形態１に係る各スロットの送信タイミングを示す図である。ここでは、例えば８台の小型無線端末１０−１〜１０−８と無線通信装置２０とが同一の周波数帯で通信する場合について説明する。図６に示すように、一つのフレームを８スロットで構成し、一つのフレームの中に、２種類のフレーム同期パターンを配置する。フレームの先頭に第１の同期パターン１００、フレームの中間（スロット４とスロット５の間）に第２の同期パターン２００を配置する。このようなフレーム構成において、各小型無線端末１０は、それぞれの対応スロットが割り当てられている。
【００４０】
このようなフレーム構成において、図７に示すように、各小型無線端末１０は、２種類の同期パターンの内、割り当てられたスロットと隣接していない同期パターンと同期する。即ち、第１の同期パターン１００と隣接するスロット１及び８に対応する小型無線端末１０−１及び１０−８は、第２の同期パターン２００と同期し、第２の同期パターン２００と隣接するスロット４及び５に対応する小型無線端末１０−４及び１０−５は、第２の同期パターン１００と同期する。尚、２種類の同期パターンと隣接していないスロットが割り当てられた小型無線端末１０は、任意の同期パターンと同期する。ここでは、スロット１，２，３及び８が第２の同期パターン２００と同期し、スロット４，５，６及び７が第１の同期パターン１００と同期する。尚、同期パターンは、スイッチ１６により、第１又は第２の同期パターンの切り替えが可能であり、切り替えた同期パターンに応じたスロットが対応付けられる。このような同期パターンを受信した小型無線端末１０の動作を図８に基いて次に説明する。
【００４１】
図８は実施の形態１に係る小型無線端末の送信動作を示すフローチャートである。ここでは、スロット１に対応する小型無線端末１０−１の動作について説明する。尚、他の小型無線端末１０においても、対応するスロット及び同期パターンが異なるのみで、同様の動作を行う。
【００４２】
まず、小型無線端末１０−１の電源が投入されると、センサ１１により検出された生体情報が、データ制御部１２に逐次入力される。データ制御部１２は、無線部１３を受信モードに切り替える（Ｓ１）。無線部１３は、無線通信装置２０から送信される同期パターンの読み込みを開始して、受信した受信信号を復調してデータ制御部１２へ入力する（Ｓ２）。データ制御部１２は、入力された受信信号が、第２の同期パターン２００であるか否かを判断し、第２の同期パターン２００が検出されるまで受信動作を繰り返す（Ｓ３）。第２の同期パターン２００を検出したとき、フレーム同期カウンタを補正してフレーム同期を確立する（Ｓ４）。
【００４３】
次に、データ制御部１２は、当該小型無線端末１０に対応するスロット番号（スロット１）に基づき、第２の同期パターン２００の受信から当該スロット１までの時間をタイマー値として設定し（Ｓ５）、設定したタイマー値が経過するまでスリープモードに切り替えて待機する（Ｓ６，Ｓ７）。データ制御部１２は、設定したタイマーのタイムアップにより送信タイミングを判断して、無線部１３を送信モードに切り替えて（Ｓ８）、規定されたフォーマットに従って、センサ１１から入力された生体情報をデータ送信する（Ｓ９）と共に、当該スロット１の送信時間をタイマー値として設定し、タイムアップにより送信完了を判断する（Ｓ１０）。送信完了を判断したデータ制御部１２は、スリープモードに切り替え（Ｓ１１）、当該スロット１完了から第２の同期パターン２００までの時間をタイマー値として設定して、次回の第２の同期パターン２００の受信タイミングまで待機する（Ｓ１２）。次に、データ制御部１２は、設定したタイマーのタイムアップにより受信開始タイミングを判断したとき、手順Ｓ１に戻り、上述した動作を繰り返す。
【００４４】
このような動作を、小型無線端末１０−１〜１０−８が行うことにより、図７に示すように、１つのフレームにつき８つのスロットにより、ＴＤＭＡ通信を行うことが可能となり、且つ、各小型無線端末１０は、同期パターンを受信後、データ送信を開始するまでの時間及びデータ送信の完了後から同期パターンを受信するまでの時間に、少なくとも１スロット分以上の時間が空くこととなる。また、このようなフレーム構成とすることで、１フレーム当たり、同期パターン一つ分のデータ量が増加するのみであり、データ伝送効率を大幅に低下させることもない。
【００４５】
尚、上記説明では、同期パターンの検出判断（手順Ｓ３）において、一度でも当該同期パターンを検出した場合に、同期パターンの検出判断を行ったが、データ制御部１２に後方保護回路を実装し、所定の回数（例えば、８回）連続して同期パターンを受信したときに、同期パターンの検出を判断しても良い。これにより、ノイズなどによる誤作動を防止することができる。さらに、データ制御部１２に前方保護回路を実装し、所定の回数（例えば、８回）連続して同期パターンが受信できないときに、同期外れを判断しても良い。これにより、瞬時的な受信不良による誤判断を防止することができる。
【００４６】
また、上記説明では、８台の小型無線端末１０と無線通信装置２０とが同一の周波数帯で通信する場合について説明したが、複数の周波数帯を用いて、ＴＤＭＡ通信を行っても良い。例えば、２つの周波数帯を用いることにより、被験者１に１６個の小型無線端末１０を装着して通信を行うことが可能である。また、上記説明では、１フレームを８スロットで構成した場合を説明したが、これに限らず、他のスロット数としても良い。
【００４７】
以上のように、本実施の形態１においては、複数の円偏波アンテナ２１をそれぞれ相関が小さくなるように配置して、スペースダイバーシティを構成することにより、偏波面の不一致による受信レベルの低下を軽減できるとともにスペースダイバーシティの効果によりマルチパスフェージングの影響を受けにくくなり、良好な受信状態を確保できる。
【００４８】
また、無線通信装置２０は、フレームの先頭に第１の同期パターン１００を配置し、フレームの中間に第２の同期パターン２００を配置して小型無線端末１０に送信し、小型無線端末１０から送信されたデータをフレーム同期パターンに同期して受信し、小型無線端末１０は、無線通信装置２０から送信された２種類のフレーム同期パターンを受信し、受信したフレーム同期パターンの内、当該小型無線端末１０が割り当てられたスロットと隣接していないフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行うことにより、同期パターンを受信後、データ送信を開始するまでの時間及びデータ送信の完了後から同期パターンを受信するまでの時間に、少なくとも１スロット分以上の時間が空くこととなり、同期スロット前後の送受信切替処理を高速に行うことなく、時分割多重通信を用いた無線通信ができる。また、データ伝送効率を大幅に低下させることなく、送受信切り替え時間を確保することができる。さらに、高速処理の必要がなく、安価なデバイスを使用できることから小型無線端末１０の低価格化も期待できる。
【００４９】
尚、本実施の形態では、アンテナ共用器２２を用いて、受信ダイバーシティー及び送信ダイバーシティーとして構成した場合を説明したが、本発明はこれに限らず、受信又は送信の何れかの円偏波アンテナを用いてダイバーシティを構成しても良い。
【００５０】
また、本実施の形態では、小型無線端末１０のアンテナ１４は、直線偏波アンテナを用いた場合を説明したが、本発明はこれに限らず、アンテナ１４を円偏波アンテナとしても良い。これにより、受信側の無線通信装置２０のアンテナを直線偏波アンテナとしても、偏波面不一致による受信レベルの低下を軽減することができる。
【００５１】
実施の形態２．
上記実施の形態１で説明したように、小型無線端末１０は、近距離（例えば、５ｍ〜１０ｍ程度）で行うものであり、アンテナ利得及び出力電力は低いものである。従って、例えば陸上競技場内などで広範囲にわたって運動する被験者１の生体情報をモニターすることができない。このため、本実施の形態２では、上記実施の形態１の構成に加え、被験者１に装着された中継装置３０を備え、この中継装置３０により無線信号の中継を行い、通信エリアの拡大を図るものである。
【００５２】
図９は実施の形態２に係る生体情報モニターシステムの構成図である。図において、本実施の形態２に係る生体情報モニターシステムは、例えば、陸上競技場のトラックなどを運動する被験者１に装着され、生体情報を取得するセンサ１１を有する複数の小型無線端末１０と、被験者１にベルト３により着脱自在に装着され、複数の小型無線端末１０から送信された無線信号を増幅して再送信する中継装置３０と、中継装置３０から送信された無線信号を受信して、受信した情報を情報処理装置２へ出力する無線通信装置２０とから構成される。尚、小型無線端末１０、無線通信装置２０及び情報処理装置２の構成は上記実施の形態１と同様である。
【００５３】
図１０は実施の形態２に係る中継装置の構成図である。図において、中継装置３０は、小型無線端末１０から送信された信号を受信する受信アンテナ３１と、受信アンテナ３１を介して受信した受信信号を増幅して出力する増幅器３２と、この増幅器３２で増幅された送信信号を送信する送信アンテナ３５と、増幅器３２の出力電力及び増幅利得を制御する制御部３３と、中継装置３０の各機器に電力を供給するバッテリ３４とから構成される。この中継装置３０の各構成機器は、一つの筐体内に収容され、ベルト３を介して被験者１に装着される。尚、受信アンテナ３１及び送信アンテナ３５は、可能な限り利得の高いものを使用し、また、円偏波又は直線偏波の何れを用いても良い。
【００５４】
以上のような構成により、本実施の形態２においては、小型無線端末１０から送信された無線信号は、中継装置３０により増幅されて無線通信装置２０へ送信されるので、被験者１に装着された小型無線端末１０のアンテナ１４を小型化し、アンテナ利得及び出力電力は低いものであっても、小型無線端末１０と無線通信装置２０との通信エリアを十分確保することができ、小型無線端末１０で取得した生体情報を遠方でモニターすることが可能となる。また、小型無線端末１０は、送信パワーを上げる必要がなくなり消費電力の低減も期待できる。
【００５５】
さらに、ベルト３を介して、中継装置３０を被験者１に装着することにより、被験者１の肢体の運動機能を損なうことなく生体情報を取得することができると共に、広範囲にわたって被験者１の生体情報をモニターすることができる。
【００５６】
尚、本実施の形態では、一つの受信アンテナ３１により、小型無線端末１０から送信された無線信号を受信する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、例えば図１１に示すように、ダイバーシティ受信回路３６を備え、複数の受信アンテナ３１により、スペースダイバーシティを構成し、ダイバーシティ受信回路３６により、受信強度の大きい信号波を選択するか、又は各信号波を合成した上で増幅器３２へ入力しても良い。
【００５７】
また、本実施の形態では、増幅器３２により受信アンテナ３１を介して受信した受信信号を増幅して出力する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、受信後、周波数変換して、無線通信装置２０へ再送信する構成としても良い。
【００５８】
さらに、中継装置３０に、上記実施の形態１で説明した時分割多重接続装置２５を備えて、各小型無線端末１０と中継装置３０とがＴＤＭＡ通信を行い、受信した情報を無線通信装置２０へ再送信する構成としても良い。
【００５９】
また、本実施の形態では、ベルト３を用いて中継装置３０を被験者１に装着する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、中継装置３０を被験者１に装着すれば良く。例えば、リュック等を用いて被験者１に装着しても良い。
【００６０】
さらに、本実施の形態では、中継装置３０を被験者１に装着する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、中継装置３０が小型無線端末１０の通信範囲内にあれば良い。例えば、陸上競技場内を広範囲で移動しない、砲丸投げなどの投擲競技を行う被験者１の近傍に中継装置３０を設置し、スタンド席などの遠隔地に無線通信装置２０を設置して生体情報をモニターしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施の形態１に係る生体情報モニターシステムの構成図である。
【図２】実施の形態１に係る小型無線端末の構成図である。
【図３】実施の形態１に係る無線通信装置の構成図である。
【図４】従来の時分割多重同期方法に係るフレーム構成を示す図である。
【図５】従来の時分割多重同期方法に係る各スロットの送信タイミングを示す図である。
【図６】実施の形態１に係るフレーム構成を示す図である。
【図７】実施の形態１に係る各スロットの送信タイミングを示す図である。
【図８】実施の形態１に係る小型無線端末の送信動作を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態２に係る生体情報モニターシステムの構成図である。
【図１０】実施の形態２に係る中継装置の構成図である。
【図１１】実施の形態２に係る複数の受信アンテナを備えた中継装置の構成図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 被験者、２ 情報処理装置、３ ベルト、１０ 小型無線端末、１１ センサ、１２ データ制御部、１３ 無線部、１４ アンテナ、１５ バッテリ、１６ スイッチ、２０ 無線通信装置、２１ 円偏波アンテナ、２２ アンテナ共用器、２３ 送信回路、２４ ダイバーシティ受信回路、２５ 時分割多重接続装置、３０ 中継装置、３１ 受信アンテナ、３２ 増幅器、３３ 制御部、３４ バッテリ、３５ 送信アンテナ、３６ ダイバーシティ受信回路、１００ 第１の同期パターン、２００ 第２の同期パターン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体に装着され、前記人体の生体情報を取得して、取得した生体情報を送信する無線端末と、
前記無線端末から送信された前記生体情報を受信する無線通信装置と
を備えたことを特徴とする生体情報モニターシステム。
【請求項２】
人体に装着され、前記人体の生体情報を取得して、取得した生体情報を送信する無線端末と、
前記無線端末から送信された無線信号を受信し、受信した無線信号を増幅して送信する中継装置と、
前記無線端末又は前記中継装置から送信された無線信号を受信して、前記生体情報を取得する無線通信装置と
を備えたことを特徴とする生体情報モニターシステム。
【請求項３】
前記中継装置は、前記無線通信端末が装着された人体に装着されることを特徴とする請求項２記載の生体情報モニターシステム。
【請求項４】
前記無線通信装置は、
所定の間隔を隔てて配置される複数の円偏波アンテナと、
前記円偏波アンテナにより受信した無線信号が入力されるダイバーシティ受信回路と
を備え、
前記複数の円偏波アンテナは、スペースダイバーシティを構成することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の生体情報モニターシステム。
【請求項５】
前記中継装置は、
所定の間隔を隔てて配置される複数の円偏波アンテナと、
前記円偏波アンテナにより受信した無線信号が入力されるダイバーシティ受信回路と
を備え、
前記複数の円偏波アンテナは、スペースダイバーシティを構成することを特徴とする請求項２、３又は請求項２、３に従属する請求項４の何れかに記載の生体情報モニターシステム。
【請求項６】
前記ダイバーシティ受信回路は、前記複数の円偏波アンテナから入力された無線信号の内、受信強度の大きい信号を選択して出力することを特徴とする請求項４又は５記載の生体情報モニターシステム。
【請求項７】
前記ダイバーシティ受信回路は、前記複数の円偏波アンテナから入力された無線信号を合成して出力することを特徴とする請求項４又は５記載の生体情報モニターシステム。
【請求項８】
前記無線通信装置は、
所定の時間長を有するフレームに複数のスロットを時分割で割り当てて、前記スロットが割り当てられた複数の前記無線端末と同期して時分割多重通信することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の生体情報モニターシステム。
【請求項９】
前記無線通信装置は、複数のフレーム同期パターンを前記フレームの所定のスロット間に挿入して送信し、前記無線端末から送信されたデータを前記フレーム同期パターンに同期して受信し、
前記無線端末は、前記無線通信装置から送信された複数のフレーム同期パターンを受信し、受信した前記複数のフレーム同期パターンの内、予め定められたフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行うことを特徴とする請求項８記載の生体情報モニターシステム。
【請求項１０】
前記無線端末は、前記複数のフレーム同期パターンの内、当該無線端末が割り当てられた前記スロットと隣接していないフレーム同期パターンに同期することを特徴とする請求項８又は９記載の生体情報モニターシステム。
【請求項１１】
前記無線通信装置は、前記フレームの先頭及び前記フレームの中間に、それぞれ種類の異なるフレーム同期パターンを挿入することを特徴とする請求項８〜１０の何れかに記載の生体情報モニターシステム。
【請求項１２】
所定の時間長を有するフレームに複数のスロットを時分割で割り当てて、前記スロットが割り当てられた複数の無線端末と無線通信装置とが同期して通信する時分割多重同期方法であって、
前記無線端末は、前記無線通信装置から送信された複数のフレーム同期パターンを受信し、受信した前記複数のフレーム同期パターンの内、予め定められたフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行い、
前記無線通信装置は、複数のフレーム同期パターンを前記フレームの所定のスロット間に挿入して送信し、前記無線端末から送信されたデータを前記フレーム同期パターンに同期して受信することを特徴とする時分割多重同期方法。
【請求項１３】
前記無線端末は、前記複数のフレーム同期パターンの内、当該無線端末が割り当てられたスロットと隣接していないフレーム同期パターンに同期することを特徴とする請求項１２記載の時分割多重同期方法。
【請求項１４】
前記フレーム同期パターンは、前記フレームの先頭及び前記フレームの中間に挿入される２種類のフレーム同期パターンとすることを特徴とする請求項１２又は１３記載の時分割多重同期方法。
【請求項１】
人体に装着され、前記人体の生体情報を取得して、取得した生体情報を送信する無線端末と、
前記無線端末から送信された前記生体情報を受信する無線通信装置と
を備えたことを特徴とする生体情報モニターシステム。
【請求項２】
人体に装着され、前記人体の生体情報を取得して、取得した生体情報を送信する無線端末と、
前記無線端末から送信された無線信号を受信し、受信した無線信号を増幅して送信する中継装置と、
前記無線端末又は前記中継装置から送信された無線信号を受信して、前記生体情報を取得する無線通信装置と
を備えたことを特徴とする生体情報モニターシステム。
【請求項３】
前記中継装置は、前記無線通信端末が装着された人体に装着されることを特徴とする請求項２記載の生体情報モニターシステム。
【請求項４】
前記無線通信装置は、
所定の間隔を隔てて配置される複数の円偏波アンテナと、
前記円偏波アンテナにより受信した無線信号が入力されるダイバーシティ受信回路と
を備え、
前記複数の円偏波アンテナは、スペースダイバーシティを構成することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の生体情報モニターシステム。
【請求項５】
前記中継装置は、
所定の間隔を隔てて配置される複数の円偏波アンテナと、
前記円偏波アンテナにより受信した無線信号が入力されるダイバーシティ受信回路と
を備え、
前記複数の円偏波アンテナは、スペースダイバーシティを構成することを特徴とする請求項２、３又は請求項２、３に従属する請求項４の何れかに記載の生体情報モニターシステム。
【請求項６】
前記ダイバーシティ受信回路は、前記複数の円偏波アンテナから入力された無線信号の内、受信強度の大きい信号を選択して出力することを特徴とする請求項４又は５記載の生体情報モニターシステム。
【請求項７】
前記ダイバーシティ受信回路は、前記複数の円偏波アンテナから入力された無線信号を合成して出力することを特徴とする請求項４又は５記載の生体情報モニターシステム。
【請求項８】
前記無線通信装置は、
所定の時間長を有するフレームに複数のスロットを時分割で割り当てて、前記スロットが割り当てられた複数の前記無線端末と同期して時分割多重通信することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の生体情報モニターシステム。
【請求項９】
前記無線通信装置は、複数のフレーム同期パターンを前記フレームの所定のスロット間に挿入して送信し、前記無線端末から送信されたデータを前記フレーム同期パターンに同期して受信し、
前記無線端末は、前記無線通信装置から送信された複数のフレーム同期パターンを受信し、受信した前記複数のフレーム同期パターンの内、予め定められたフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行うことを特徴とする請求項８記載の生体情報モニターシステム。
【請求項１０】
前記無線端末は、前記複数のフレーム同期パターンの内、当該無線端末が割り当てられた前記スロットと隣接していないフレーム同期パターンに同期することを特徴とする請求項８又は９記載の生体情報モニターシステム。
【請求項１１】
前記無線通信装置は、前記フレームの先頭及び前記フレームの中間に、それぞれ種類の異なるフレーム同期パターンを挿入することを特徴とする請求項８〜１０の何れかに記載の生体情報モニターシステム。
【請求項１２】
所定の時間長を有するフレームに複数のスロットを時分割で割り当てて、前記スロットが割り当てられた複数の無線端末と無線通信装置とが同期して通信する時分割多重同期方法であって、
前記無線端末は、前記無線通信装置から送信された複数のフレーム同期パターンを受信し、受信した前記複数のフレーム同期パターンの内、予め定められたフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行い、
前記無線通信装置は、複数のフレーム同期パターンを前記フレームの所定のスロット間に挿入して送信し、前記無線端末から送信されたデータを前記フレーム同期パターンに同期して受信することを特徴とする時分割多重同期方法。
【請求項１３】
前記無線端末は、前記複数のフレーム同期パターンの内、当該無線端末が割り当てられたスロットと隣接していないフレーム同期パターンに同期することを特徴とする請求項１２記載の時分割多重同期方法。
【請求項１４】
前記フレーム同期パターンは、前記フレームの先頭及び前記フレームの中間に挿入される２種類のフレーム同期パターンとすることを特徴とする請求項１２又は１３記載の時分割多重同期方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−５４７９８（Ｐ２００８−５４７９８Ａ）
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３３２２１（Ｐ２００６−２３３２２１）
【出願日】平成１８年８月３０日（２００６．８．３０）
【出願人】（３９１００６７７３）株式会社沖電気コミュニケーションシステムズ (16)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月３０日（２００６．８．３０）
【出願人】（３９１００６７７３）株式会社沖電気コミュニケーションシステムズ (16)
【Ｆターム（参考）】
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