近距離無線システム、近距離無線装置及び近距離無線方法
【課題】２つの通信機器間での近距離無線システムにおいて、２つの通信機器間の距離の測定を安価なシステムで行い、低消費電力化で安定した高速伝送の両立を実現する。
【解決手段】例えば屋内において、２つの通信機器のうち距離測定側の通信機器は既知信号生成回路１０１から信号をアンテナ１００から送信し、他方の距離被測定側の通信機器はその信号をアンテナ１００で受けて既知信号処理回路１０５で所定処理後にアンテナ１００から距離測定側の通信機器に返信する。距離測定側の通信機器は、パルスの送信開始から受信までの信号到来時間を到来時間算出回路１０６で算出し、この到来時間に基づいて距離算出回路が２つの通信機器間の距離を算出し、この算出された距離に基づいて送信電力制御回路１０３が送信すべき信号の送信電力を制御する。
【解決手段】例えば屋内において、２つの通信機器のうち距離測定側の通信機器は既知信号生成回路１０１から信号をアンテナ１００から送信し、他方の距離被測定側の通信機器はその信号をアンテナ１００で受けて既知信号処理回路１０５で所定処理後にアンテナ１００から距離測定側の通信機器に返信する。距離測定側の通信機器は、パルスの送信開始から受信までの信号到来時間を到来時間算出回路１０６で算出し、この到来時間に基づいて距離算出回路が２つの通信機器間の距離を算出し、この算出された距離に基づいて送信電力制御回路１０３が送信すべき信号の送信電力を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信する２つの通信機器が無線通信する近距離無線システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、携帯電話システムでは、基地局が、移動局の電波の到来方向と遅延時間とに基づいて移動局の位置をある程度の精度で計算し、その計算した移動局の位置とセル配置とを対応付けたマップを参照することにより、移動局が属するセルを判定している。そして、判定した移動局の在圏セルが、現時点で通信を行っている基地局のセルと異なる場合には、移動局と当該基地局との通信を移動先のセルの基地局との通信に切り替えて、周波数利用効率を低下させることなく通話品質の劣化や通話切断を回避しつつ、基地局や移動局の処理負担を増大させずにハンドオーバーすることを行っている。
【０００３】
前記のように、携帯電話システムでは、例えば特許文献１のように基地局が移動局のみの位置を測位し、セルの切り替え等を行ってきた。
【０００４】
図１１は、従来の携帯電話システムおける測位を使った無線通信の構成例を示す。同図において、２００は４本のアンテナ、２０１はデータ変調回路、２０２は指向性制御回路、２０３は遅延時間測定回路、２０４は到来方向測定回路、２０５は位置計算回路、２０６はゲイン制御回路、２０７はデータ復調回路である。尚、ここに示す構成は４つアンテナを適応したものである。
【０００５】
図１１では、各基地局は、移動局が発する電波の到来方向を測定する到来方向測定回路２０４と、移動局が発する電波の遅延時間を測定する遅延時間測定回路２０３と、前記到来方向測定回路２０４により測定された到来方向Ｓ２０５と前記遅延時間測定回路２０３により測定された遅延時間Ｓ２０４とから移動局の位置を計算する位置計算回路２０５と、送受信する電波の指向方向を制御する指向性制御回路２０２と、前記位置計算回路２０５が算出した移動局の位置Ｓ２０６に対応して当該指向性制御回路２０２の指向方向を決定し、移動局の方向へ指向性を形成して移動局と通信するデータ変調回路２０１と、データ復調回路２０６とを具備し、移動局の位置とセル配置とを対応付けたマップを参照して移動局が属するセルを判定し、この判定した移動局の在圏セルが、現時点で通信を行っている基地局のセルと異なる場合に、移動局と当該基地局との通信を移動先のセルの基地局との通信に切り替えていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１６９３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、昨今、マイクロ波やミリ波による数１００Ｍｂｐｓ〜数Ｇｂｐｓの高速近距離無線システムにおいて、特に屋内での高速ファイル転送、高速ストリーミング等のユースケースが市場より注目されている。
【０００８】
このような特に屋内での２つの通信機器間、例えば携帯電話とＢｌｕ−ｒａｙ装置との間での近距離無線システムを実現する場合には、携帯電話での消費電力を少なく抑えつつ、安定した高速伝送を実現させることが必要である。
【０００９】
しかしながら、前記従来に示した測位を使った携帯電話システムは、大規模な基地局、及びＧＰＳのようなシステムを使っており、また測位精度も悪く、セルの切り替えを目的としたものであった。また、測位の対象は基地局が移動局のみに対して行っていた。従って、前記従来の携帯電話システムをそのまま屋内等での近距離無線システムに適用することはできず、携帯電話等での低消費電力化ができない。
【００１０】
本発明の目的は、特に屋内での近距離無線システムにおいて、低消費電力化を図りつつ、安定した高速通信を実現することにある。
【００１１】
尚、前記従来の携帯電話システムでの一般的な測位システムの欠点を以下に示す。
【００１２】
１．ＧＰＳを用いた測位
ノードの消費電力やコストが高く、また衛星から電波が届かない屋内や地下での推定精度が低い。
【００１３】
２．送受する無線信号の到達時間を用いた測位
一部の固定設置した基準ノードの位置を元に、他のノードの位置を推定する。しかし、ノードでの時間処理精度を高める必要がある（ＬＮＡ、ＭＩＸＥＲ等アナログ回路の温度変動による精度劣化）。
【００１４】
３．無線信号の受信電力を用いた測位
一部の固定設置した基準ノードの位置を元に、他のノードの位置を推定する。しかし、受信電力が距離に反比例して減衰する性質（距離減衰）を利用してノード間の距離の推定をすると、マルチパス・フェージングの影響を受け、同じ距離であっても周辺の環境によって大きく影響される。
【００１５】
また、前記従来の携帯電話システムでの主要技術の概略を説明しておくと、次の通りである。指向性を制御する方法の１つとして、ビーム・フォーミング、ビーム・ステアリング、ヌル・ステアリングがある。ビーム・フォーミングは、近接する基地局が同じ周波数帯域を使えるようにする技術であって、電波の利用効率を大幅に高める効果があり、その実現に際しては、干渉局が位置する方向に電波が飛ばないようにし且つその方向からの電波を受信しないようにするヌル・ステアリングと、基地局の電波を特定の方向に集中して送るビーム・ステアリングとの２つの技術を組み合わせる。即ち、ヌル・ステアリングで基地局間及び端末−基地局間の干渉が起こらないようにしつつ、ビーム・ステアリングにより基地局からより遠くにある端末と通信できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するために、本発明では、近距離無線システムにおいて、２つの通信機器同士で通信を開始する前にその２つの通信機器間の距離を測定し、その測定値に基づいて送信信号の送信電力を適切に制御することにより、低消費電力で且つ安定した高速通信の両立を実現することとする。
【００１７】
具体的に、請求項１記載の発明の近距離無線システムは、２つの通信機器間で電波の送受信を近距離で行う近距離無線システムであって、前記２つの通信機器間の距離を推定し、前記推定された距離に基づいて、前記電波を送信する送信側通信機器において前記電波の送信電力を制御することを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の発明は、前記請求項１記載の近距離無線システムにおいて、前記２つの通信機器は、その２つの通信機器間でデータを無線通信するデータ通信モードを持ち、前記データを送信する側の送信側通信機器は、データ送信用のアンテナと、前記データ通信モード時に、送信するデータを変調するデータ変調手段と、前記データ変調手段により変調されたデータの送信電力を、前記推定された２つの通信機器間の距離に基づいて制御し、その電力制御後のデータを前記アンテナから送信する送信電力制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の発明は、前記請求項１記載の近距離無線システムにおいて、前記距離の推定は、前記電波の到来時間及び受信電力の少なくとも一方に基づいて行われることを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載の発明は、前記請求項１記載の近距離無線システムにおいて、前記電波を受信する受信側通信機器は、前記送信側通信機器からの電波を受信した受信信号の制御ゲインを制御する受信電力制御を行うことを特徴とする。
【００２１】
請求項５記載の発明は、前記請求項１記載の近距離無線システムにおいて、前記２つの通信機器は、指向性アンテナを有し、自己の通信機器に対して通信相手側の通信機器が位置する角度を推定し、前記推定した角度の方向に前記指向性アンテナを制御することを特徴とする。
【００２２】
請求項６記載の発明は、前記請求項３記載の近距離無線システムにおいて、前記２つの通信機器は、この２つの通信機器間の距離を測定する測距モードを持ち、前記２つの通信機器のうち測距側の通信機器は、前記測距モード時に、予め定められた既知信号を生成してアンテナから送信する既知信号生成手段を有し、被測距側の通信機器は、前記測距モード時に、前記既知信号生成手段からの既知信号を受信し、この既知信号に基づく信号を返信信号としてアンテナから返信する既知信号処理手段を備え、前記測距側の通信機器は、更に、前記２つの通信機器間の距離の推定について、前記既知信号の送信から前記被測距側の通信機器からの返信信号の到来までの到来時間を算出する到来時間算出手段と、前記到来時間算出手段で算出された到来時間に基づいて、前記２つの通信機器間の距離を算出する距離算出手段とを備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項７記載の発明は、前記請求項３記載の近距離無線システムにおいて、前記２つの通信機器は、この２つの通信機器間の距離を測定する測距モードを持ち、前記２つの通信機器のうち測距側の通信機器は、前記測距モード時に、予め定められた既知信号を生成してアンテナから送信する既知信号生成手段を有し、被測距側の通信機器は、前記測距モード時に、前記既知信号生成手段からの既知信号を受信し、この既知信号に基づく信号を返信信号としてアンテナから返信する既知信号処理手段を備え、前記測距側の通信機器は、更に、前記２つの通信機器間の距離の推定について、前記被測距側の通信機器からの返信信号の受信電力を解析する受信電力解析手段と、前記受信電力解析手段で解析された受信電力に基づいて、前記２つの通信機器間の距離を算出する距離算出手段とを備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項８記載の発明は、前記請求項７記載の近距離無線システムにおいて、前記測距側の通信機器からの既知信号の送信と、前記被測距側の通信機器からの返信信号の返信とは、前記アンテナを通信相手の通信機器の方向に指向して行われることを特徴とする。
【００２５】
請求項９記載の発明は、前記請求項４記載の近距離無線システムにおいて、前記受信側通信機器は、前記送信側通信機器からの電波の受信信号の制御ゲインを、前記算出した距離に基づいて制御する受信電力制御手段と、前記受信電力制御手段により制御された制御ゲインで調整された電波である受信信号をデータに復調するデータ復調手段とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
請求項１０記載の発明は、前記請求項５記載の近距離無線システムにおいて、前記２つの通信機器は、この２つの通信機器間での電波の通信方向の角度を測定する測位モードを持ち、前記測位モード時に前記指向性アンテナの指向方向を複数回変更する指向性制御手段と、前記２つの通信機器のうち測位側の通信機器は、前記測位モード時に、前記指向性アンテナにより受信された電波と、前記指向性制御手段により変更された前記指向性アンテナの指向方向とに基づいて、前記受信された電波の到来方向の角度を算出する測角手段を備え、前記測角手段により算出された電波の到来方向に、前記指向性アンテナの指向方向が固定されることを特徴とする。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、前記請求項１０記載の近距離無線システムにおいて、前記指向性制御手段は、前記指向性アンテナの指向性の３次元の広がりを任意に変更可能であることを特徴とする。
【００２８】
請求項１２記載の発明は、前記請求項１０記載の近距離無線システムにおいて、前記指向性制御手段は、前記測位モード時に前記指向性アンテナの指向方向を複数の方向に振り、前記測角手段は、前記指向性アンテナから受信された電波と、前記指向性制御手段による前記指向性アンテナの指向性制御情報とに基づいて、前記電波の受信電力を解析し、その受信電力解析情報を出力する電力解析手段と、前記電力解析手段の前記受信電力解析情報に基づいて、受信した電波の方向の角度を算出する角度算出手段とを備えたことを特徴とする。
【００２９】
請求項１３記載の発明は、前記請求項１０記載の近距離無線システムにおいて、前記指向性制御手段は、前記指向性アンテナの指向方向を前記角度算出手段で算出された角度に固定し、前記電力解析手段は、前記角度が固定された指向性アンテナから受信された電波の受信電力を再解析することを特徴とする。
【００３０】
請求項１４記載の発明は、前記請求項１２又は１３記載の近距離無線システムにおいて、前記指向性アンテナで受信した電波を所定の制御ゲインで増幅するゲイン制御手段と、前記電力解析手段の受信電力解析情報に基づいて、前記ゲイン制御手段の所定の制御ゲインを算出して前記ゲイン制御手段に出力するゲイン算出手段と、前記ゲイン制御手段の前記所定の制御ゲインで増幅された電波のデータを復調するデータ復調手段とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
請求項１５記載の発明は、前記請求項１２又は１３記載の近距離無線システムにおいて、前記電力解析手段の受信電力解析情報に基づいて、電波の受信電力の変動値が所定の閾値を超えたことを検出する受信電力変動検出手段を備え、前記受信電力変動検出手段の検出信号は、測位開始信号として、前記指向性制御手段及び前記測角手段に通知されることを特徴とする。
【００３２】
請求項１６記載の発明は、前記請求項６記載の近距離無線システムにおいて、前記被測距側の通信機器には、周囲温度を検出し、その検出した温度情報を前記測距側の通信機器に送信する温度検出手段が備えられ、前記測距側の通信機器に備える前記到来時間算出手段は、前記温度検出手段から送信された温度情報に基づいて、前記算出する到来時間を補正することを特徴とする。
【００３３】
請求項１７記載の発明の近距離無線通信機器は、２つの通信機器間で電波の送受信を近距離で行う近距離無線システムで使用する近距離無線通信機器であって、受けた電波に基づいて前記２つの通信機器間の距離を算出する距離算出手段と、前記距離算出手段により算出された距離に基づいて、送信する電波の送信電力を制御する送信電力制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００３４】
請求項１８記載の発明の近距離無線方法は、２つの通信機器間で電波の送受信を近距離で行う近距離無線方法において、前記２つの通信機器間の距離を算出し、その後、前記算出した距離に基づいて、送信する電波の送信電力を制御することを特徴とする。
【００３５】
前記により、請求項１〜１８記載の発明では、データの送受信の前に、通信する２つの通信機器間において、例えば通信機器間の電波の到来時間や、電波の受信電力に基づいて２つの通信機器間の距離を推定し、この推定した距離に基づいて電波の送信電力を適切に制御するので、低消費電力で安定した高速通信が実現できる。
【００３６】
特に、請求項５記載の発明では、２つの通信機器間の通信では、アンテナを指向性アンテナとし、通信相手方の通信機器の方向に向けて電波を送信するので、２つの通信機器間の距離の推定が正確になり、電波の送信電力の制御がより適切になり、より一層の低消費電力化が可能である。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明したように、請求項１〜１８記載の発明によれば、近距離無線システムにおいて、データの送受信の前に、通信する２つの通信機器間の距離を推定し、この推定した距離に基づいて電波の送信電力を適切に制御するので、低消費電力で安定した高速通信が実現可能である。
【００３８】
特に、請求項５記載の発明によれば、２つの通信機器間の通信を通信相手方の通信機器の方向に向けた指向性を持たせたので、２つの通信機器間の距離の推定をより正確にして、電波の送信電力の制御がより適切にでき、より一層の低消費電力化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態１の近距離無線システムを示すブロック図である。
【図２】同近距離無線システムの動作を示すフローチャート図である。
【図３】本発明の実施形態２の近距離無線システムの動作を示すフローチャート図である。
【図４】本発明の実施形態３の近距離無線システムを示すブロック図である。
【図５】同近距離無線システムの動作を示すフローチャート図である。
【図６】本発明の実施形態４の近距離無線システムを示すブロック図である。
【図７】同近距離無線システムの動作を示すフローチャート図である。
【図８】本発明の実施形態３の近距離無線システムにおけるミリ波規格のプリアンブル長の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態５の近距離無線システムを示すブロック図である。
【図１０】同近距離無線システムの動作を示すフローチャート図である。
【図１１】従来の近距離無線システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００４１】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の近距離無線システムの構成を示す。
【００４２】
同図において、１００は４本のアンテナ、１０１は既知信号生成回路、１０２はデータ変調回路、１０３は送信電力制御回路、１０４は指向性制御回路、１０５は既知信号処理回路、１０は測距回路、１１は測角回路、１０６は到来時間算出回路、１０７は距離算出回路、１０８は電力解析回路、１０９は角度算出回路、１１０はゲイン制御回路、１１１はデータ復調回路である。尚、図１に示した構成は、４つアンテナでビーム・フォーミングに適応したものである。尚、アンテナ１００の本数は、２つ以上あれば良い。
【００４３】
図１の構成は１つの通信機器の構成を示す。この構成を持つ２つの通信機器のうち、一方の通信機器が測位モード時に測距をする側（以降、通信機器１という）となり、他方の通信機器が測位モード時に測距をされる側（以降、通信機器２という）になって、この２つの通信機器がデータ通信モード時に無線通信する近距離無線システムである。
【００４４】
尚、通信機器１と通信機器２とは、近距離無線システム部については前記図１に示した同じ構成を有し、それ以外の構成については、違う構成要素であっても良い。例えば、ＢＤレコーダー、ＤＳＣ、ＤＶＣ、Ｋｉｏｓｋ端末等に近距離無線システム部が搭載されているケースなどである。
【００４５】
以下、前記各回路の概略構成を説明する。図１において、既知信号生成回路１０１は、測位モード信号Ｓ０を入力とし、測位モード時に、予め定められた送信信号（電波）Ｓ１を出力し、アンテナ１００より送信する。データ変調回路１０２は、データ通信モード信号Ｓ２と送信電力値Ｓ４とゲイン制御値Ｓ１７とを入力とし、データ通信モード時に、送信データを変調して送信信号Ｓ３を出力する。送信電力制御回路１０３は、データ通信モード信号Ｓ２と送信信号Ｓ３とを入力とし、データ通信モード時に、送信電力制御後の送信信号Ｓ５をアンテナ１００より送信する。
【００４６】
指向性制御回路１０４は、測位モード信号Ｓ０と受信電力情報Ｓ１２と角度情報Ｓ１３とを入力とし、測位モード時に、アンテナ１００の指向性を制御する指向性制御信号Ｓ６と指向性制御情報Ｓ７とを出力する。前記アンテナ１００の指向性の制御時には、指向性制御回路１０４はアンテナ１００を毎回振る角度（指向性の３次元の広がり）を任意に設定変更可能である。既知信号処理回路１０５は、測位モード信号Ｓ０とアンテナ１００より受信された受信信号Ｓ８とを入力とし、測位モード時に、予め定められた受信信号を所定信号処理した後にアンテナ１００より送信する。
【００４７】
また、測距回路１０は、測位モード信号Ｓ０とアンテナ１００により受信された受信信号Ｓ８と受信電力情報Ｓ１２とを入力とし、測位モード時に、２つの通信機器１、２間の距離を算出し、距離情報Ｓ１１として出力する。測角回路１１は、測位モード信号Ｓ０と指向性制御情報Ｓ７と受信信号Ｓ８とを入力とし、測位モード時に、受信電力と各々の通信相手となる通信機器１、２の位置方向の角度を算出し、受信電力情報Ｓ１２と角度情報Ｓ１３とを出力する。
【００４８】
更に、ゲイン制御回路１１０は、データ通信モードＳ２と受信信号Ｓ７と距離情報Ｓ１１とを入力とし、データ通信モード時に、ゲイン制御を行い、ゲイン制御後の受信信号Ｓ１４と、距離情報Ｓ１１から算出したゲイン制御値Ｓ１７とを出力する。データ復調回路１１１は、データ通信モード信号Ｓ２とゲイン制御後の受信信号Ｓ１４とを入力とし、データ通信モード時に、受信信号Ｓ１４の復調を行い、受信データＳ１５と通信機器１の送信電力値Ｓ１６と通信機器１のゲイン制御値Ｓ１８とを出力する。
【００４９】
前記測距回路１０は、到来時間算出回路１０６と距離算出回路１０７とから構成されている。前記到来時間算出回路１０６は、測位モード信号Ｓ０と受信信号Ｓ８とを入力とし、測位モード時に、送信信号の送信時から通信相手からその送信信号が返信されてくるまでの到来時間を算出し、到来時間情報Ｓ１０を出力する。距離算出回路１０７は、測位モード信号Ｓ０と到来時間情報Ｓ１０と受信電力情報Ｓ１２とを入力とし、前記算出した到来時間と受信電力との１つ以上の情報に基づいて、２つの通信機器１、２間の距離を算出し、距離情報Ｓ１１を出力する。
【００５０】
更に、前記測角回路１１は、電力解析回路１０８と角度算出回路１０９とから構成されている。前記電力解析回路１０８は、測位モード信号Ｓ０と指向性制御情報Ｓ７と受信信号Ｓ８とを入力とし、測位モード時に、受信電力解析情報Ｓ１１と指向性の方向の固定後の受信電力Ｓ１２とを出力する。前記角度算出回路１０９は、測位モード信号Ｓ０と受信電力解析情報Ｓ１１とを入力し、測位モード時に、各々の通信相手となる通信機器１、２への位置方向の角度を算出し、角度情報Ｓ１３を出力する。
【００５１】
次に、前記図１の近距離無線システムの各回路の動作を図２に示したフローチャートにより、詳細に説明する。
【００５２】
通信機器１（例えば携帯電話）では、図２左側に記載したように、測位モード信号Ｓ０の有効時に、指向性制御回路１０４から出力される指向性制御信号Ｓ６によりアンテナ１００を先ず無指向性に設定し、その後、既知信号生成回路１０１から生成された予め定めた送信信号Ｓ１を前記無指向性のアンテナ１００から任意の間隔で送信する。尚、前記予め定められた送信信号Ｓ１は、パルス信号でも良く、また、その他の信号でも良い。
【００５３】
前記通信機器２（例えばBlu-ray記録再生装置）では、図２右側に記載したように、測位モード信号Ｓ０の有効時に、指向性制御回路１０４から出力される指向性制御信号Ｓ６によりアンテナ１００を無指向性に設定した後、この無指向性のアンテナ１００により信号を受け、この受けた信号の電力解析を電力解析回路１０８で行い、その電力解析の結果の受信電力情報Ｓ１２がある閾値を越えた場合に、通信機器１から送信信号が来たと判断する。そして、送信信号が来たと判断した場合には、指向性制御回路１０４から出力される指向性制御信号Ｓ６により、アンテナ１００を指向性に設定し、アンテナ１００の指向性を複数の方向に振りながら、電力解析回路１０８により電力解析を行って、受信電力と指向性制御情報Ｓ７とから受信電力の大きさとアンテナ１００の指向性の方向の対応付けを行った受信電力解析情報Ｓ１１を作成する。角度算出回路１０９では、前記作成された受信電力解析情報Ｓ１１に基づいて、通信相手の通信機器１の位置方向の角度を算出し、送信信号の到来方向を推定する。更に、通信機器２では、到来方向の推定の完了後、指向性制御回路１０４から出力される指向性制御信号Ｓ６により、アンテナ１００の指向性を通信機器１が位置する推定方向に指向性の角度を固定させる。その後、通信機器１からの送信信号Ｓ１を前記指向性が通信機器１の方向に固定されたアンテナ１００で受信し、既知信号処理回路１０５による所定の信号処理後、送信信号Ｓ９として指向性の固定されたアンテナ１００から通信機器１へ返信する。尚、前記所定の信号処理は、通信機器１からの送信波形を検波し、波形整形する処理でも良く、また、その他の処理でも良い。
【００５４】
その後は、通信機器１では、自己の無指向性に設定したアンテナ１００により受信された信号の電力解析を電力解析回路１０８で行い、その解析結果の受信電力が所定の閾値を越えた場合に、通信機器２から返信されて来た送信信号Ｓ９を受信したと判断する。そして、この通信機器２からの送信信号Ｓ９の受信と判断した場合には、以後、その受信信号Ｓ９に基づいて、その受信信号の受信電力と、自己の通信機器１からの送信信号Ｓ１の送信時から受信信号Ｓ９の受信までの信号の到来時間とを算出し、この算出した受信電力と到来時間との少なくとも何れか一方に基づいて２つの通信機器１、２間の距離を算出、推定する。
【００５５】
以下、その通信機器１、２間の距離の算出、推定を説明する。通信機器１では、前記通信機器２からの送信信号Ｓ９を受信したと判断した後、指向性制御回路１０４から出力される指向性制御信号Ｓ６によりアンテナ１００を指向性に設定し、そのアンテナ１００の指向性を複数の方向に振りながら、前記通信機器２からの送信信号Ｓ９について測角回路１０の電力解析回路１０８により電力解析を行い、その解析結果の受信電力と前記指向性制御回路１０４の指向性制御情報Ｓ７とに基づいて、前記通信機器２からの送信信号Ｓ９の受信電力の大きさと指向性の方向の対応付けを行った受信電力解析情報Ｓ１１を作成する。その後、測角回路１０の角度算出回路１０９では、前記受信電力解析情報Ｓ１１に基づいて、通信機器２の位置方向の角度を算出し、送信信号Ｓ９の到来方向を推定する。更に、通信機器１では、前記到来方向の推定完了後、指向性制御回路１０４から出力される指向性制御信号Ｓ６により、アンテナ１００の指向性を通信機器２が位置すると推定される方向に指向性の角度を固定させる。
【００５６】
前記測角回路１１の処理と並行して、通信機器１では、測距回路１０の到来時間算出回路１０６により、自己の通信機器１からの送信信号Ｓ１の送信時から通信機器２を経て自己の通信機器１に送信信号Ｓ９として到来してくるまでの到来時間を、下記式１、２に基づいて算出する。
【００５７】
到来時間＝送信到達時間（通信機器１→通信機器２）
＋内部処理時間（通信機器２の固定遅延）
＋受信到来時間（通信機器２→通信機器１） …式１
通信機器１、２の到来時間＝（到来時間−内部処理時間）／２ …式２
前記到来時間算出回路１０６は、前記算出した通信機器１、２間の送信信号の到来時間を到来時間情報Ｓ１０として出力する。距離算出回路１０７は、下記式３により、前記算出した到来時間から、通信機器１、２間の距離を算出する。
【００５８】
距離＝時間×光速（３×１０８ ｍ／ｓ） …式３
前記距離の算出は、前記式１、２、３に基づいたが、それ等以外の式に基づいて算出しても良い。
【００５９】
前記式１及び２において、それ等式に含まれる内部処理時間は、主に既知信号処理回路１０５の処理時間である。この既知信号処理回路１０５の構成は種々の回路構成が想定できるが、その構成要素であるアナログ回路から構成されるブロックを信号通過して行く際に、誤差成分が含まれ、この誤差成分はそのアナログ回路の温度変動に応じて変動するため、距離情報Ｓ１１に対する温度変動の影響が大きくなる。そこで、前記到来時間に基づく通信機器１、２間の距離の推定に加えて、受信電力に基づく距離の推定を行う。
【００６０】
この受信電力に基づく距離の推定は、次のようにして行う。即ち、通信機器２から送信信号Ｓ９を指向性の固定されたアンテナ１００から通信機器１に返信するに際して、その送信信号Ｓ９の送信電力を、予め定めた送信電力に設定しておく。そして、通信機器１、２のアンテナ１００の指向性を通信相手の方向の角度に固定した状態で、通信機器１の電力解析回路１０８を用いて、前記送信信号Ｓ９の受信電力の再測定を行う。これにより、指向性が固定された後であるので、マルチパスの影響を受けない受信電力を測定することができる。そして、この受信電力に基づいて通信機器１、２間の距離を推定する。この距離の推定は、受信電力の伝播損失が距離の２乗に比例し、波長の２乗に反比例する性質を利用することにより、距離の算出、推定を行う。
【００６１】
このように、算出された到来時間情報Ｓ１０と再測定された受信電力情報Ｓ１２とのうち１つ以上の情報を使って測距をすることにより、測距の精度向上を図ることができる。送信電力制御回路１０３は、前記算出推定された距離情報Ｓ１１に基づいて、送信電力を制御する。この送信電力制御は、送信電力制御回路１０３の内部に、距離と送信電力値との対応関係を予め記憶したテーブルを持つことにより可能であり、このテーブルにより、送信電力制御回路１０３の特性を考慮した送信電力制御もできる。また、その他の方法でも良い。
【００６２】
更に、前記到来時間情報Ｓ１０と再測定された受信電力情報Ｓ１２とのうち１つ以上の情報を使って測距された距離情報Ｓ１１に基づいて、ゲイン制御回路（受信電力制御手段）１１０に予め通信機器１の適切なゲイン制御値Ｓ１７を設定することが可能である。これは、先に述べたように距離により受信電力の伝播損失が算出できるからである。
【００６３】
前記測位モードが終了して、測位モードからデータ通信モードに移行すると、受信データの復調は次のように行う。即ち、通信機器１から通機機器２への最初の無線通信の際に、通信機器１の送信電力制御回路１０３で算出された適切な送信電力値Ｓ４、及びゲイン制御回路１１０で設定された適切なゲイン制御値Ｓ１７をデータ変調回路１０２に送り、これ等の情報Ｓ４、Ｓ１７を他のデータと共に変調して送信信号Ｓ３とし、この送信信号Ｓ３の送信電力を送信電力制御回路１０３で前記制御された送信電力値に制御して、送信信号Ｓ５として指向性アンテナ１００より送信する。通信機器２では、指向性アンテナ１００により受信された前記通信機器１からの送信信号Ｓ５をゲイン制御回路１１０で所定ゲイン値で制御した後、データ復調回路１１１において、通信機器１での送信電力値Ｓ１６と、通信機器１でのゲイン制御値Ｓ１７とを復調し、この通信機器１の送信電力値Ｓ１６を自己の通信機器２の送信電力制御回路１０３に、通信機器１のゲイン制御値Ｓ１７を自己の通信機器２のゲイン制御回路１１０に再設定する。そして、通信機器１、２間でのデータの送受信に際しては、送信電力制御回路１０３での送信データの適切な送信電力制御が行われると共に、ゲイン制御回路１１０での適切なゲイン制御値Ｓ１７を基準とした受信データのゲイン制御を行った後にデータ復調回路１１１でそのゲイン制御後の受信データが復調される。
【００６４】
よって、２つの通信機器同士で通信を開始する前に単純な測位方式で測位を行い、その値により送信電力及び受信電力を適切に制御し、また指向性アンテナを制御することにより、低消費電力と、マルチパスの影響を受けない安定した高速近距離無線通信を実現することができる。
【００６５】
（実施形態２）
続いて、本発明の実施形態２の近距離無線システムについて説明する。
【００６６】
図３は、本発明の実施形態２の近距離無線システムの動作フローチャートを示す。本実施形態では、指向性アンテナ１００の指向性制御に関する。尚、本実施形態の近距離無線システムの構成は図１と同一であるので、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
図３では、通信機器１において、測位モード信号Ｓ０の有効時に、指向性制御回路１０４から出力される指向性制御信号Ｓ６によってアンテナ１００を指向性に設定すると共に、その指向性アンテナ１００を複数の方向に振りながら、既知信号生成回路１０１から生成された送信信号Ｓ１をその指向性アンテナ１００から任意の時間間隔で送信する。尚、前記送信信号Ｓ１は、パルス信号でも良く、また、その他の信号でも良い。
【００６８】
これにより、測位モード時でも、実施形態１の場合の無指向性のアンテナ１００で送信する設定よりも、指向性にすることによって、より指向性ゲインを得ることができ、それに対応した送信電力の削減ができ、更なる低消費電力化を測ることが出来る。
【００６９】
しかし、通信機器１、２共に各々のアンテナ１００の指向性を複数の方向に振っているため、お互いの指向性方向が当たらなくて、正確な受信電力を見つけるのに時間がかかる場合がある。この場合、通信機器２の電力解析回路１０８である所定の時間を過ぎても受信電力が検出できないときは、通信機器１、２の指向性の３次元の広がりを広げて受信電力の検出を早めても良い。これ以降の実施形態２の動作フローについては、実施形態１と同様である。
【００７０】
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３の近距離無線システムについて説明する。
【００７１】
図４は本発明の実施形態３の近距離無線システムの構成を示す。同図において、１００は４本のアンテナ、１０１は既知信号生成回路、１０２はデータ変調回路、１０３は送信電力制御回路、１０４は指向性制御回路、１０５は既知信号処理回路、１０は測距回路、１１は測角回路、１０６は到来時間算出回路、１０７は距離算出回路、１０８は電力解析回路、１０９は角度算出回路、１１０はゲイン制御回路、１１１はデータ復調回路である。以上の構成は図１と同様である。
【００７２】
本実施形態では、更に、ゲイン算出回路１１２が追加される。このゲイン算出回路１１２は、通信機器１、２の各々のアンテナ１００の指向性が固定された後、再測定された受信電力情報Ｓ１２を入力とし、ゲイン制御回路１１０のゲイン制御値Ｓ１７を算出して出力する。
【００７３】
次に、図５のフローチャートを参照に、各部の動作をより詳細に説明する。図３のフローチャートと異なる点は、通信機器１では、測位モード時において、電力解析回路１０８で再測定後の受信電力情報Ｓ１２に基づいて、ゲイン算出回路１１２が再測定後の自己の受信電力情報Ｓ１２に応じた適切なゲイン制御値Ｓ１７を算出し、この算出したゲイン制御値Ｓ１７をゲイン制御回路１１０の初期値として設定する。これにより、図８に示したように、ミリ波の規格（ＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃ、ＥＣＭＡ、ＮＧｍＳ等）で規定されているプリアンブルが短い（約２μ〜３μ）場合であっても、高速に受信信号のゲイン制御を行うことができ、安定した高速通信をすることが出来る。また、通信機器２でも、前記と同じように、自己の電力解析回路１０８で再測定後の受信電力情報Ｓ１２に基づいて、ゲイン算出回路１１２が再測定後の自己の受信電力情報Ｓ１２に応じた適切なゲイン制御値Ｓ１７を算出し、このゲイン制御値Ｓ１７を自己のゲイン制御回路１１０の初期値として設定する。これにより、更に安定した高速通信をすることが出来る。
【００７４】
（実施形態４）
図６は、本発明の実施形態４の近距離無線システムの構成を示す。
【００７５】
同図において、１００は４本のアンテナ、１０１は既知信号生成回路、１０２はデータ変調回路、１０３は送信電力制御回路、１０４は指向性制御回路、１０５は既知信号処理回路、１０は測距回路、１１は測角回路、１０６は到来時間算出回路、１０７は距離算出回路、１０８は電力解析回路、１０９は角度算出回路、１１０はゲイン制御回路、１１１はデータ復調回路である。以上の構成は図１と同様である。
【００７６】
本実施形態では、更に、受信電力変動検出回路１１３が追加される。この受信電力変動検出回路１１３は、通信機器１、２の各々のアンテナ１００の指向性が固定された後、受信電力の再測定後も継続して受信電力を測定した受信電力情報Ｓ１２を入力とし、指向性制御回路１０４に受信電力変動情報Ｓ２０を出力する。
【００７７】
次に、本実施形態の近距離無線システムの動作を図７のフローチャートに基づいて説明する。
【００７８】
前記実施形態１又は２と同様に、データ通信モード時では、通信機器１、２は、相互に、その相手方の位置方向の角度にアンテナ１００を指向させた状態で、データ変調回路１０２で変調されたデータを両通信機器間の距離に応じた送信電力値で送信すると共に、受信したデータを受信電力に応じた適切な制御ゲイン値を基準にゲイン制御された後、データ復調回路１１１で復調される。
【００７９】
ここで、受信電力変動検出回路１１３は、常に電力解析回路１０８で継続的に受信電力を測定した受信電力情報Ｓ１２を入力とし、この受信電力情報Ｓ１２が所定の閾値より超えた場合には、通信機器１、２の位置移動等が発生したものと判断して、指向性制御回路１０４及び測角回路１１に対して測位開始信号として前記受信電力変動情報Ｓ２０を出力し、測位モード以降に戻って、再度、測位シーケンスでキャリブレーションを行う。
【００８０】
従って、受信電力の変化を監視することにより、通信機器１、２の相対位置移動などの状況の変化に追従できて、安定した高速通信を行うことができる。
【００８１】
（実施形態５）
図９は本発明の実施形態５の近距離無線システムの構成を示す。
【００８２】
同図において、１００は４本のアンテナ、１０１は既知信号生成回路、１０２はデータ変調回路、１０３は送信電力制御回路、１０４は指向性制御回路、１０５は既知信号処理回路、１０は測距回路、１１は測角回路、１０６は到来時間算出回路、１０７は距離算出回路、１０８は電力解析回路、１０９は角度算出回路、１１０はゲイン制御回路、１１１はデータ復調回路である。以上の構成は図１と同様である。
【００８３】
本実施形態では、更に、前記既知信号処理回路１０５の内部に、温度検出回路１０５０が配置される。この温度検出回路１０５０の機能及び動作を以下に説明する。
【００８４】
既述した前記式１、２の通り、通信機器１、２間での信号の到来時間は、既知信号処理回路１０５の処理時間にも依存し、この処理時間は既知信号処理回路１０５の温度変動によって変動するため、本実施形態では、前記既知信号処理回路１０５に内蔵した温度検出回路１０５０により既知信号処理回路１０５の温度を検出し、この温度情報に基づいて前記式１、２による通信機器１、２間での信号の到来時間を補正するようにしている。
【００８５】
具体的には、図１０のフローチャートに示したように、温度検出回路１０５０により検出された温度情報Ｓ２１は送信信号Ｓ９に多重されて、通信機器２の指向性の固定されたアンテナ１００から通信機器１に送信される。通信機器１では、到来時間算出回路１０６により、前記温度情報Ｓ２１に基づいて到来時間の補正を行う。この補正は、例えば、既知信号処理回路１０５の温度に対応した内部処理時間に影響する時間をテーブルに記憶しておき、このテーブルに従って、到来時間算出回路１０６の算出する到来時間を補正する。
【００８６】
従って、本実施形態では、既知信号処理回路１０５の温度変動に影響されずに、通信機器１、２間の距離算出精度を高めて、送信信号の送信電力をより適切に制御することができる。
【００８７】
尚、データ通信モードＳ２の有効時に温度情報Ｓ２１を通信機器２から通信機器１へ通知しても良い。その場合、再度、電力制御値を再設定する。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
以上説明したように、本発明は、データの送受信の前に、通信する２つの通信機器間の距離を推定し、この推定した距離に基づいて電波の送信電力を適切に制御し、低消費電力で安定した高速通信が実現可能であるので、屋内などでのミリ波による数１００Ｍｂｐｓ〜数Ｇｂｐｓの高速近距離無線システムに適用して有用である。
【符号の説明】
【００８９】
１００、２００ アンテナ
１０１ 既知信号生成回路（既知信号生成手段）
１０２、２０１ データ変調回路（データ変調手段）
１０３ 送信電力制御回路（送信電力制御手段）
１０４、２０２ 指向性制御回路（指向性制御手段）
１０５ 既知信号処理回路（既知信号処理手段）
１０ 測距回路
１０６ 到来時間算出回路（到来時間算出手段）
１０７ 距離算出回路（距離算出手段）
１１ 測角回路（測角手段）
１０８ 電力解析回路（電力解析手段、受信電力解析手段）
１０９ 角度算出回路（角度算出手段）
１１０ ゲイン制御回路（ゲイン制御手段、受信電力制御手段）
１１１、２０６ データ復調回路（データ復調手段）
１１２ ゲイン算出回路（ゲイン算出手段）
１１３ 受信電力変動検出回路（受信電力変動検出手段）
２０３ 遅延時間測定回路（遅延時間測定手段）
２０４ 到来方向測定回路（到来方向測定手段）
２０５ 位置計算回路（位置計算手段）
１０５０ 温度検出回路（温度検出手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信する２つの通信機器が無線通信する近距離無線システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、携帯電話システムでは、基地局が、移動局の電波の到来方向と遅延時間とに基づいて移動局の位置をある程度の精度で計算し、その計算した移動局の位置とセル配置とを対応付けたマップを参照することにより、移動局が属するセルを判定している。そして、判定した移動局の在圏セルが、現時点で通信を行っている基地局のセルと異なる場合には、移動局と当該基地局との通信を移動先のセルの基地局との通信に切り替えて、周波数利用効率を低下させることなく通話品質の劣化や通話切断を回避しつつ、基地局や移動局の処理負担を増大させずにハンドオーバーすることを行っている。
【０００３】
前記のように、携帯電話システムでは、例えば特許文献１のように基地局が移動局のみの位置を測位し、セルの切り替え等を行ってきた。
【０００４】
図１１は、従来の携帯電話システムおける測位を使った無線通信の構成例を示す。同図において、２００は４本のアンテナ、２０１はデータ変調回路、２０２は指向性制御回路、２０３は遅延時間測定回路、２０４は到来方向測定回路、２０５は位置計算回路、２０６はゲイン制御回路、２０７はデータ復調回路である。尚、ここに示す構成は４つアンテナを適応したものである。
【０００５】
図１１では、各基地局は、移動局が発する電波の到来方向を測定する到来方向測定回路２０４と、移動局が発する電波の遅延時間を測定する遅延時間測定回路２０３と、前記到来方向測定回路２０４により測定された到来方向Ｓ２０５と前記遅延時間測定回路２０３により測定された遅延時間Ｓ２０４とから移動局の位置を計算する位置計算回路２０５と、送受信する電波の指向方向を制御する指向性制御回路２０２と、前記位置計算回路２０５が算出した移動局の位置Ｓ２０６に対応して当該指向性制御回路２０２の指向方向を決定し、移動局の方向へ指向性を形成して移動局と通信するデータ変調回路２０１と、データ復調回路２０６とを具備し、移動局の位置とセル配置とを対応付けたマップを参照して移動局が属するセルを判定し、この判定した移動局の在圏セルが、現時点で通信を行っている基地局のセルと異なる場合に、移動局と当該基地局との通信を移動先のセルの基地局との通信に切り替えていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１６９３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、昨今、マイクロ波やミリ波による数１００Ｍｂｐｓ〜数Ｇｂｐｓの高速近距離無線システムにおいて、特に屋内での高速ファイル転送、高速ストリーミング等のユースケースが市場より注目されている。
【０００８】
このような特に屋内での２つの通信機器間、例えば携帯電話とＢｌｕ−ｒａｙ装置との間での近距離無線システムを実現する場合には、携帯電話での消費電力を少なく抑えつつ、安定した高速伝送を実現させることが必要である。
【０００９】
しかしながら、前記従来に示した測位を使った携帯電話システムは、大規模な基地局、及びＧＰＳのようなシステムを使っており、また測位精度も悪く、セルの切り替えを目的としたものであった。また、測位の対象は基地局が移動局のみに対して行っていた。従って、前記従来の携帯電話システムをそのまま屋内等での近距離無線システムに適用することはできず、携帯電話等での低消費電力化ができない。
【００１０】
本発明の目的は、特に屋内での近距離無線システムにおいて、低消費電力化を図りつつ、安定した高速通信を実現することにある。
【００１１】
尚、前記従来の携帯電話システムでの一般的な測位システムの欠点を以下に示す。
【００１２】
１．ＧＰＳを用いた測位
ノードの消費電力やコストが高く、また衛星から電波が届かない屋内や地下での推定精度が低い。
【００１３】
２．送受する無線信号の到達時間を用いた測位
一部の固定設置した基準ノードの位置を元に、他のノードの位置を推定する。しかし、ノードでの時間処理精度を高める必要がある（ＬＮＡ、ＭＩＸＥＲ等アナログ回路の温度変動による精度劣化）。
【００１４】
３．無線信号の受信電力を用いた測位
一部の固定設置した基準ノードの位置を元に、他のノードの位置を推定する。しかし、受信電力が距離に反比例して減衰する性質（距離減衰）を利用してノード間の距離の推定をすると、マルチパス・フェージングの影響を受け、同じ距離であっても周辺の環境によって大きく影響される。
【００１５】
また、前記従来の携帯電話システムでの主要技術の概略を説明しておくと、次の通りである。指向性を制御する方法の１つとして、ビーム・フォーミング、ビーム・ステアリング、ヌル・ステアリングがある。ビーム・フォーミングは、近接する基地局が同じ周波数帯域を使えるようにする技術であって、電波の利用効率を大幅に高める効果があり、その実現に際しては、干渉局が位置する方向に電波が飛ばないようにし且つその方向からの電波を受信しないようにするヌル・ステアリングと、基地局の電波を特定の方向に集中して送るビーム・ステアリングとの２つの技術を組み合わせる。即ち、ヌル・ステアリングで基地局間及び端末−基地局間の干渉が起こらないようにしつつ、ビーム・ステアリングにより基地局からより遠くにある端末と通信できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するために、本発明では、近距離無線システムにおいて、２つの通信機器同士で通信を開始する前にその２つの通信機器間の距離を測定し、その測定値に基づいて送信信号の送信電力を適切に制御することにより、低消費電力で且つ安定した高速通信の両立を実現することとする。
【００１７】
具体的に、請求項１記載の発明の近距離無線システムは、２つの通信機器間で電波の送受信を近距離で行う近距離無線システムであって、前記２つの通信機器間の距離を推定し、前記推定された距離に基づいて、前記電波を送信する送信側通信機器において前記電波の送信電力を制御することを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の発明は、前記請求項１記載の近距離無線システムにおいて、前記２つの通信機器は、その２つの通信機器間でデータを無線通信するデータ通信モードを持ち、前記データを送信する側の送信側通信機器は、データ送信用のアンテナと、前記データ通信モード時に、送信するデータを変調するデータ変調手段と、前記データ変調手段により変調されたデータの送信電力を、前記推定された２つの通信機器間の距離に基づいて制御し、その電力制御後のデータを前記アンテナから送信する送信電力制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の発明は、前記請求項１記載の近距離無線システムにおいて、前記距離の推定は、前記電波の到来時間及び受信電力の少なくとも一方に基づいて行われることを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載の発明は、前記請求項１記載の近距離無線システムにおいて、前記電波を受信する受信側通信機器は、前記送信側通信機器からの電波を受信した受信信号の制御ゲインを制御する受信電力制御を行うことを特徴とする。
【００２１】
請求項５記載の発明は、前記請求項１記載の近距離無線システムにおいて、前記２つの通信機器は、指向性アンテナを有し、自己の通信機器に対して通信相手側の通信機器が位置する角度を推定し、前記推定した角度の方向に前記指向性アンテナを制御することを特徴とする。
【００２２】
請求項６記載の発明は、前記請求項３記載の近距離無線システムにおいて、前記２つの通信機器は、この２つの通信機器間の距離を測定する測距モードを持ち、前記２つの通信機器のうち測距側の通信機器は、前記測距モード時に、予め定められた既知信号を生成してアンテナから送信する既知信号生成手段を有し、被測距側の通信機器は、前記測距モード時に、前記既知信号生成手段からの既知信号を受信し、この既知信号に基づく信号を返信信号としてアンテナから返信する既知信号処理手段を備え、前記測距側の通信機器は、更に、前記２つの通信機器間の距離の推定について、前記既知信号の送信から前記被測距側の通信機器からの返信信号の到来までの到来時間を算出する到来時間算出手段と、前記到来時間算出手段で算出された到来時間に基づいて、前記２つの通信機器間の距離を算出する距離算出手段とを備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項７記載の発明は、前記請求項３記載の近距離無線システムにおいて、前記２つの通信機器は、この２つの通信機器間の距離を測定する測距モードを持ち、前記２つの通信機器のうち測距側の通信機器は、前記測距モード時に、予め定められた既知信号を生成してアンテナから送信する既知信号生成手段を有し、被測距側の通信機器は、前記測距モード時に、前記既知信号生成手段からの既知信号を受信し、この既知信号に基づく信号を返信信号としてアンテナから返信する既知信号処理手段を備え、前記測距側の通信機器は、更に、前記２つの通信機器間の距離の推定について、前記被測距側の通信機器からの返信信号の受信電力を解析する受信電力解析手段と、前記受信電力解析手段で解析された受信電力に基づいて、前記２つの通信機器間の距離を算出する距離算出手段とを備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項８記載の発明は、前記請求項７記載の近距離無線システムにおいて、前記測距側の通信機器からの既知信号の送信と、前記被測距側の通信機器からの返信信号の返信とは、前記アンテナを通信相手の通信機器の方向に指向して行われることを特徴とする。
【００２５】
請求項９記載の発明は、前記請求項４記載の近距離無線システムにおいて、前記受信側通信機器は、前記送信側通信機器からの電波の受信信号の制御ゲインを、前記算出した距離に基づいて制御する受信電力制御手段と、前記受信電力制御手段により制御された制御ゲインで調整された電波である受信信号をデータに復調するデータ復調手段とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
請求項１０記載の発明は、前記請求項５記載の近距離無線システムにおいて、前記２つの通信機器は、この２つの通信機器間での電波の通信方向の角度を測定する測位モードを持ち、前記測位モード時に前記指向性アンテナの指向方向を複数回変更する指向性制御手段と、前記２つの通信機器のうち測位側の通信機器は、前記測位モード時に、前記指向性アンテナにより受信された電波と、前記指向性制御手段により変更された前記指向性アンテナの指向方向とに基づいて、前記受信された電波の到来方向の角度を算出する測角手段を備え、前記測角手段により算出された電波の到来方向に、前記指向性アンテナの指向方向が固定されることを特徴とする。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、前記請求項１０記載の近距離無線システムにおいて、前記指向性制御手段は、前記指向性アンテナの指向性の３次元の広がりを任意に変更可能であることを特徴とする。
【００２８】
請求項１２記載の発明は、前記請求項１０記載の近距離無線システムにおいて、前記指向性制御手段は、前記測位モード時に前記指向性アンテナの指向方向を複数の方向に振り、前記測角手段は、前記指向性アンテナから受信された電波と、前記指向性制御手段による前記指向性アンテナの指向性制御情報とに基づいて、前記電波の受信電力を解析し、その受信電力解析情報を出力する電力解析手段と、前記電力解析手段の前記受信電力解析情報に基づいて、受信した電波の方向の角度を算出する角度算出手段とを備えたことを特徴とする。
【００２９】
請求項１３記載の発明は、前記請求項１０記載の近距離無線システムにおいて、前記指向性制御手段は、前記指向性アンテナの指向方向を前記角度算出手段で算出された角度に固定し、前記電力解析手段は、前記角度が固定された指向性アンテナから受信された電波の受信電力を再解析することを特徴とする。
【００３０】
請求項１４記載の発明は、前記請求項１２又は１３記載の近距離無線システムにおいて、前記指向性アンテナで受信した電波を所定の制御ゲインで増幅するゲイン制御手段と、前記電力解析手段の受信電力解析情報に基づいて、前記ゲイン制御手段の所定の制御ゲインを算出して前記ゲイン制御手段に出力するゲイン算出手段と、前記ゲイン制御手段の前記所定の制御ゲインで増幅された電波のデータを復調するデータ復調手段とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
請求項１５記載の発明は、前記請求項１２又は１３記載の近距離無線システムにおいて、前記電力解析手段の受信電力解析情報に基づいて、電波の受信電力の変動値が所定の閾値を超えたことを検出する受信電力変動検出手段を備え、前記受信電力変動検出手段の検出信号は、測位開始信号として、前記指向性制御手段及び前記測角手段に通知されることを特徴とする。
【００３２】
請求項１６記載の発明は、前記請求項６記載の近距離無線システムにおいて、前記被測距側の通信機器には、周囲温度を検出し、その検出した温度情報を前記測距側の通信機器に送信する温度検出手段が備えられ、前記測距側の通信機器に備える前記到来時間算出手段は、前記温度検出手段から送信された温度情報に基づいて、前記算出する到来時間を補正することを特徴とする。
【００３３】
請求項１７記載の発明の近距離無線通信機器は、２つの通信機器間で電波の送受信を近距離で行う近距離無線システムで使用する近距離無線通信機器であって、受けた電波に基づいて前記２つの通信機器間の距離を算出する距離算出手段と、前記距離算出手段により算出された距離に基づいて、送信する電波の送信電力を制御する送信電力制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００３４】
請求項１８記載の発明の近距離無線方法は、２つの通信機器間で電波の送受信を近距離で行う近距離無線方法において、前記２つの通信機器間の距離を算出し、その後、前記算出した距離に基づいて、送信する電波の送信電力を制御することを特徴とする。
【００３５】
前記により、請求項１〜１８記載の発明では、データの送受信の前に、通信する２つの通信機器間において、例えば通信機器間の電波の到来時間や、電波の受信電力に基づいて２つの通信機器間の距離を推定し、この推定した距離に基づいて電波の送信電力を適切に制御するので、低消費電力で安定した高速通信が実現できる。
【００３６】
特に、請求項５記載の発明では、２つの通信機器間の通信では、アンテナを指向性アンテナとし、通信相手方の通信機器の方向に向けて電波を送信するので、２つの通信機器間の距離の推定が正確になり、電波の送信電力の制御がより適切になり、より一層の低消費電力化が可能である。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明したように、請求項１〜１８記載の発明によれば、近距離無線システムにおいて、データの送受信の前に、通信する２つの通信機器間の距離を推定し、この推定した距離に基づいて電波の送信電力を適切に制御するので、低消費電力で安定した高速通信が実現可能である。
【００３８】
特に、請求項５記載の発明によれば、２つの通信機器間の通信を通信相手方の通信機器の方向に向けた指向性を持たせたので、２つの通信機器間の距離の推定をより正確にして、電波の送信電力の制御がより適切にでき、より一層の低消費電力化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態１の近距離無線システムを示すブロック図である。
【図２】同近距離無線システムの動作を示すフローチャート図である。
【図３】本発明の実施形態２の近距離無線システムの動作を示すフローチャート図である。
【図４】本発明の実施形態３の近距離無線システムを示すブロック図である。
【図５】同近距離無線システムの動作を示すフローチャート図である。
【図６】本発明の実施形態４の近距離無線システムを示すブロック図である。
【図７】同近距離無線システムの動作を示すフローチャート図である。
【図８】本発明の実施形態３の近距離無線システムにおけるミリ波規格のプリアンブル長の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態５の近距離無線システムを示すブロック図である。
【図１０】同近距離無線システムの動作を示すフローチャート図である。
【図１１】従来の近距離無線システムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００４１】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の近距離無線システムの構成を示す。
【００４２】
同図において、１００は４本のアンテナ、１０１は既知信号生成回路、１０２はデータ変調回路、１０３は送信電力制御回路、１０４は指向性制御回路、１０５は既知信号処理回路、１０は測距回路、１１は測角回路、１０６は到来時間算出回路、１０７は距離算出回路、１０８は電力解析回路、１０９は角度算出回路、１１０はゲイン制御回路、１１１はデータ復調回路である。尚、図１に示した構成は、４つアンテナでビーム・フォーミングに適応したものである。尚、アンテナ１００の本数は、２つ以上あれば良い。
【００４３】
図１の構成は１つの通信機器の構成を示す。この構成を持つ２つの通信機器のうち、一方の通信機器が測位モード時に測距をする側（以降、通信機器１という）となり、他方の通信機器が測位モード時に測距をされる側（以降、通信機器２という）になって、この２つの通信機器がデータ通信モード時に無線通信する近距離無線システムである。
【００４４】
尚、通信機器１と通信機器２とは、近距離無線システム部については前記図１に示した同じ構成を有し、それ以外の構成については、違う構成要素であっても良い。例えば、ＢＤレコーダー、ＤＳＣ、ＤＶＣ、Ｋｉｏｓｋ端末等に近距離無線システム部が搭載されているケースなどである。
【００４５】
以下、前記各回路の概略構成を説明する。図１において、既知信号生成回路１０１は、測位モード信号Ｓ０を入力とし、測位モード時に、予め定められた送信信号（電波）Ｓ１を出力し、アンテナ１００より送信する。データ変調回路１０２は、データ通信モード信号Ｓ２と送信電力値Ｓ４とゲイン制御値Ｓ１７とを入力とし、データ通信モード時に、送信データを変調して送信信号Ｓ３を出力する。送信電力制御回路１０３は、データ通信モード信号Ｓ２と送信信号Ｓ３とを入力とし、データ通信モード時に、送信電力制御後の送信信号Ｓ５をアンテナ１００より送信する。
【００４６】
指向性制御回路１０４は、測位モード信号Ｓ０と受信電力情報Ｓ１２と角度情報Ｓ１３とを入力とし、測位モード時に、アンテナ１００の指向性を制御する指向性制御信号Ｓ６と指向性制御情報Ｓ７とを出力する。前記アンテナ１００の指向性の制御時には、指向性制御回路１０４はアンテナ１００を毎回振る角度（指向性の３次元の広がり）を任意に設定変更可能である。既知信号処理回路１０５は、測位モード信号Ｓ０とアンテナ１００より受信された受信信号Ｓ８とを入力とし、測位モード時に、予め定められた受信信号を所定信号処理した後にアンテナ１００より送信する。
【００４７】
また、測距回路１０は、測位モード信号Ｓ０とアンテナ１００により受信された受信信号Ｓ８と受信電力情報Ｓ１２とを入力とし、測位モード時に、２つの通信機器１、２間の距離を算出し、距離情報Ｓ１１として出力する。測角回路１１は、測位モード信号Ｓ０と指向性制御情報Ｓ７と受信信号Ｓ８とを入力とし、測位モード時に、受信電力と各々の通信相手となる通信機器１、２の位置方向の角度を算出し、受信電力情報Ｓ１２と角度情報Ｓ１３とを出力する。
【００４８】
更に、ゲイン制御回路１１０は、データ通信モードＳ２と受信信号Ｓ７と距離情報Ｓ１１とを入力とし、データ通信モード時に、ゲイン制御を行い、ゲイン制御後の受信信号Ｓ１４と、距離情報Ｓ１１から算出したゲイン制御値Ｓ１７とを出力する。データ復調回路１１１は、データ通信モード信号Ｓ２とゲイン制御後の受信信号Ｓ１４とを入力とし、データ通信モード時に、受信信号Ｓ１４の復調を行い、受信データＳ１５と通信機器１の送信電力値Ｓ１６と通信機器１のゲイン制御値Ｓ１８とを出力する。
【００４９】
前記測距回路１０は、到来時間算出回路１０６と距離算出回路１０７とから構成されている。前記到来時間算出回路１０６は、測位モード信号Ｓ０と受信信号Ｓ８とを入力とし、測位モード時に、送信信号の送信時から通信相手からその送信信号が返信されてくるまでの到来時間を算出し、到来時間情報Ｓ１０を出力する。距離算出回路１０７は、測位モード信号Ｓ０と到来時間情報Ｓ１０と受信電力情報Ｓ１２とを入力とし、前記算出した到来時間と受信電力との１つ以上の情報に基づいて、２つの通信機器１、２間の距離を算出し、距離情報Ｓ１１を出力する。
【００５０】
更に、前記測角回路１１は、電力解析回路１０８と角度算出回路１０９とから構成されている。前記電力解析回路１０８は、測位モード信号Ｓ０と指向性制御情報Ｓ７と受信信号Ｓ８とを入力とし、測位モード時に、受信電力解析情報Ｓ１１と指向性の方向の固定後の受信電力Ｓ１２とを出力する。前記角度算出回路１０９は、測位モード信号Ｓ０と受信電力解析情報Ｓ１１とを入力し、測位モード時に、各々の通信相手となる通信機器１、２への位置方向の角度を算出し、角度情報Ｓ１３を出力する。
【００５１】
次に、前記図１の近距離無線システムの各回路の動作を図２に示したフローチャートにより、詳細に説明する。
【００５２】
通信機器１（例えば携帯電話）では、図２左側に記載したように、測位モード信号Ｓ０の有効時に、指向性制御回路１０４から出力される指向性制御信号Ｓ６によりアンテナ１００を先ず無指向性に設定し、その後、既知信号生成回路１０１から生成された予め定めた送信信号Ｓ１を前記無指向性のアンテナ１００から任意の間隔で送信する。尚、前記予め定められた送信信号Ｓ１は、パルス信号でも良く、また、その他の信号でも良い。
【００５３】
前記通信機器２（例えばBlu-ray記録再生装置）では、図２右側に記載したように、測位モード信号Ｓ０の有効時に、指向性制御回路１０４から出力される指向性制御信号Ｓ６によりアンテナ１００を無指向性に設定した後、この無指向性のアンテナ１００により信号を受け、この受けた信号の電力解析を電力解析回路１０８で行い、その電力解析の結果の受信電力情報Ｓ１２がある閾値を越えた場合に、通信機器１から送信信号が来たと判断する。そして、送信信号が来たと判断した場合には、指向性制御回路１０４から出力される指向性制御信号Ｓ６により、アンテナ１００を指向性に設定し、アンテナ１００の指向性を複数の方向に振りながら、電力解析回路１０８により電力解析を行って、受信電力と指向性制御情報Ｓ７とから受信電力の大きさとアンテナ１００の指向性の方向の対応付けを行った受信電力解析情報Ｓ１１を作成する。角度算出回路１０９では、前記作成された受信電力解析情報Ｓ１１に基づいて、通信相手の通信機器１の位置方向の角度を算出し、送信信号の到来方向を推定する。更に、通信機器２では、到来方向の推定の完了後、指向性制御回路１０４から出力される指向性制御信号Ｓ６により、アンテナ１００の指向性を通信機器１が位置する推定方向に指向性の角度を固定させる。その後、通信機器１からの送信信号Ｓ１を前記指向性が通信機器１の方向に固定されたアンテナ１００で受信し、既知信号処理回路１０５による所定の信号処理後、送信信号Ｓ９として指向性の固定されたアンテナ１００から通信機器１へ返信する。尚、前記所定の信号処理は、通信機器１からの送信波形を検波し、波形整形する処理でも良く、また、その他の処理でも良い。
【００５４】
その後は、通信機器１では、自己の無指向性に設定したアンテナ１００により受信された信号の電力解析を電力解析回路１０８で行い、その解析結果の受信電力が所定の閾値を越えた場合に、通信機器２から返信されて来た送信信号Ｓ９を受信したと判断する。そして、この通信機器２からの送信信号Ｓ９の受信と判断した場合には、以後、その受信信号Ｓ９に基づいて、その受信信号の受信電力と、自己の通信機器１からの送信信号Ｓ１の送信時から受信信号Ｓ９の受信までの信号の到来時間とを算出し、この算出した受信電力と到来時間との少なくとも何れか一方に基づいて２つの通信機器１、２間の距離を算出、推定する。
【００５５】
以下、その通信機器１、２間の距離の算出、推定を説明する。通信機器１では、前記通信機器２からの送信信号Ｓ９を受信したと判断した後、指向性制御回路１０４から出力される指向性制御信号Ｓ６によりアンテナ１００を指向性に設定し、そのアンテナ１００の指向性を複数の方向に振りながら、前記通信機器２からの送信信号Ｓ９について測角回路１０の電力解析回路１０８により電力解析を行い、その解析結果の受信電力と前記指向性制御回路１０４の指向性制御情報Ｓ７とに基づいて、前記通信機器２からの送信信号Ｓ９の受信電力の大きさと指向性の方向の対応付けを行った受信電力解析情報Ｓ１１を作成する。その後、測角回路１０の角度算出回路１０９では、前記受信電力解析情報Ｓ１１に基づいて、通信機器２の位置方向の角度を算出し、送信信号Ｓ９の到来方向を推定する。更に、通信機器１では、前記到来方向の推定完了後、指向性制御回路１０４から出力される指向性制御信号Ｓ６により、アンテナ１００の指向性を通信機器２が位置すると推定される方向に指向性の角度を固定させる。
【００５６】
前記測角回路１１の処理と並行して、通信機器１では、測距回路１０の到来時間算出回路１０６により、自己の通信機器１からの送信信号Ｓ１の送信時から通信機器２を経て自己の通信機器１に送信信号Ｓ９として到来してくるまでの到来時間を、下記式１、２に基づいて算出する。
【００５７】
到来時間＝送信到達時間（通信機器１→通信機器２）
＋内部処理時間（通信機器２の固定遅延）
＋受信到来時間（通信機器２→通信機器１） …式１
通信機器１、２の到来時間＝（到来時間−内部処理時間）／２ …式２
前記到来時間算出回路１０６は、前記算出した通信機器１、２間の送信信号の到来時間を到来時間情報Ｓ１０として出力する。距離算出回路１０７は、下記式３により、前記算出した到来時間から、通信機器１、２間の距離を算出する。
【００５８】
距離＝時間×光速（３×１０８ ｍ／ｓ） …式３
前記距離の算出は、前記式１、２、３に基づいたが、それ等以外の式に基づいて算出しても良い。
【００５９】
前記式１及び２において、それ等式に含まれる内部処理時間は、主に既知信号処理回路１０５の処理時間である。この既知信号処理回路１０５の構成は種々の回路構成が想定できるが、その構成要素であるアナログ回路から構成されるブロックを信号通過して行く際に、誤差成分が含まれ、この誤差成分はそのアナログ回路の温度変動に応じて変動するため、距離情報Ｓ１１に対する温度変動の影響が大きくなる。そこで、前記到来時間に基づく通信機器１、２間の距離の推定に加えて、受信電力に基づく距離の推定を行う。
【００６０】
この受信電力に基づく距離の推定は、次のようにして行う。即ち、通信機器２から送信信号Ｓ９を指向性の固定されたアンテナ１００から通信機器１に返信するに際して、その送信信号Ｓ９の送信電力を、予め定めた送信電力に設定しておく。そして、通信機器１、２のアンテナ１００の指向性を通信相手の方向の角度に固定した状態で、通信機器１の電力解析回路１０８を用いて、前記送信信号Ｓ９の受信電力の再測定を行う。これにより、指向性が固定された後であるので、マルチパスの影響を受けない受信電力を測定することができる。そして、この受信電力に基づいて通信機器１、２間の距離を推定する。この距離の推定は、受信電力の伝播損失が距離の２乗に比例し、波長の２乗に反比例する性質を利用することにより、距離の算出、推定を行う。
【００６１】
このように、算出された到来時間情報Ｓ１０と再測定された受信電力情報Ｓ１２とのうち１つ以上の情報を使って測距をすることにより、測距の精度向上を図ることができる。送信電力制御回路１０３は、前記算出推定された距離情報Ｓ１１に基づいて、送信電力を制御する。この送信電力制御は、送信電力制御回路１０３の内部に、距離と送信電力値との対応関係を予め記憶したテーブルを持つことにより可能であり、このテーブルにより、送信電力制御回路１０３の特性を考慮した送信電力制御もできる。また、その他の方法でも良い。
【００６２】
更に、前記到来時間情報Ｓ１０と再測定された受信電力情報Ｓ１２とのうち１つ以上の情報を使って測距された距離情報Ｓ１１に基づいて、ゲイン制御回路（受信電力制御手段）１１０に予め通信機器１の適切なゲイン制御値Ｓ１７を設定することが可能である。これは、先に述べたように距離により受信電力の伝播損失が算出できるからである。
【００６３】
前記測位モードが終了して、測位モードからデータ通信モードに移行すると、受信データの復調は次のように行う。即ち、通信機器１から通機機器２への最初の無線通信の際に、通信機器１の送信電力制御回路１０３で算出された適切な送信電力値Ｓ４、及びゲイン制御回路１１０で設定された適切なゲイン制御値Ｓ１７をデータ変調回路１０２に送り、これ等の情報Ｓ４、Ｓ１７を他のデータと共に変調して送信信号Ｓ３とし、この送信信号Ｓ３の送信電力を送信電力制御回路１０３で前記制御された送信電力値に制御して、送信信号Ｓ５として指向性アンテナ１００より送信する。通信機器２では、指向性アンテナ１００により受信された前記通信機器１からの送信信号Ｓ５をゲイン制御回路１１０で所定ゲイン値で制御した後、データ復調回路１１１において、通信機器１での送信電力値Ｓ１６と、通信機器１でのゲイン制御値Ｓ１７とを復調し、この通信機器１の送信電力値Ｓ１６を自己の通信機器２の送信電力制御回路１０３に、通信機器１のゲイン制御値Ｓ１７を自己の通信機器２のゲイン制御回路１１０に再設定する。そして、通信機器１、２間でのデータの送受信に際しては、送信電力制御回路１０３での送信データの適切な送信電力制御が行われると共に、ゲイン制御回路１１０での適切なゲイン制御値Ｓ１７を基準とした受信データのゲイン制御を行った後にデータ復調回路１１１でそのゲイン制御後の受信データが復調される。
【００６４】
よって、２つの通信機器同士で通信を開始する前に単純な測位方式で測位を行い、その値により送信電力及び受信電力を適切に制御し、また指向性アンテナを制御することにより、低消費電力と、マルチパスの影響を受けない安定した高速近距離無線通信を実現することができる。
【００６５】
（実施形態２）
続いて、本発明の実施形態２の近距離無線システムについて説明する。
【００６６】
図３は、本発明の実施形態２の近距離無線システムの動作フローチャートを示す。本実施形態では、指向性アンテナ１００の指向性制御に関する。尚、本実施形態の近距離無線システムの構成は図１と同一であるので、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
図３では、通信機器１において、測位モード信号Ｓ０の有効時に、指向性制御回路１０４から出力される指向性制御信号Ｓ６によってアンテナ１００を指向性に設定すると共に、その指向性アンテナ１００を複数の方向に振りながら、既知信号生成回路１０１から生成された送信信号Ｓ１をその指向性アンテナ１００から任意の時間間隔で送信する。尚、前記送信信号Ｓ１は、パルス信号でも良く、また、その他の信号でも良い。
【００６８】
これにより、測位モード時でも、実施形態１の場合の無指向性のアンテナ１００で送信する設定よりも、指向性にすることによって、より指向性ゲインを得ることができ、それに対応した送信電力の削減ができ、更なる低消費電力化を測ることが出来る。
【００６９】
しかし、通信機器１、２共に各々のアンテナ１００の指向性を複数の方向に振っているため、お互いの指向性方向が当たらなくて、正確な受信電力を見つけるのに時間がかかる場合がある。この場合、通信機器２の電力解析回路１０８である所定の時間を過ぎても受信電力が検出できないときは、通信機器１、２の指向性の３次元の広がりを広げて受信電力の検出を早めても良い。これ以降の実施形態２の動作フローについては、実施形態１と同様である。
【００７０】
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３の近距離無線システムについて説明する。
【００７１】
図４は本発明の実施形態３の近距離無線システムの構成を示す。同図において、１００は４本のアンテナ、１０１は既知信号生成回路、１０２はデータ変調回路、１０３は送信電力制御回路、１０４は指向性制御回路、１０５は既知信号処理回路、１０は測距回路、１１は測角回路、１０６は到来時間算出回路、１０７は距離算出回路、１０８は電力解析回路、１０９は角度算出回路、１１０はゲイン制御回路、１１１はデータ復調回路である。以上の構成は図１と同様である。
【００７２】
本実施形態では、更に、ゲイン算出回路１１２が追加される。このゲイン算出回路１１２は、通信機器１、２の各々のアンテナ１００の指向性が固定された後、再測定された受信電力情報Ｓ１２を入力とし、ゲイン制御回路１１０のゲイン制御値Ｓ１７を算出して出力する。
【００７３】
次に、図５のフローチャートを参照に、各部の動作をより詳細に説明する。図３のフローチャートと異なる点は、通信機器１では、測位モード時において、電力解析回路１０８で再測定後の受信電力情報Ｓ１２に基づいて、ゲイン算出回路１１２が再測定後の自己の受信電力情報Ｓ１２に応じた適切なゲイン制御値Ｓ１７を算出し、この算出したゲイン制御値Ｓ１７をゲイン制御回路１１０の初期値として設定する。これにより、図８に示したように、ミリ波の規格（ＩＥＥＥ８０２．１５．３ｃ、ＥＣＭＡ、ＮＧｍＳ等）で規定されているプリアンブルが短い（約２μ〜３μ）場合であっても、高速に受信信号のゲイン制御を行うことができ、安定した高速通信をすることが出来る。また、通信機器２でも、前記と同じように、自己の電力解析回路１０８で再測定後の受信電力情報Ｓ１２に基づいて、ゲイン算出回路１１２が再測定後の自己の受信電力情報Ｓ１２に応じた適切なゲイン制御値Ｓ１７を算出し、このゲイン制御値Ｓ１７を自己のゲイン制御回路１１０の初期値として設定する。これにより、更に安定した高速通信をすることが出来る。
【００７４】
（実施形態４）
図６は、本発明の実施形態４の近距離無線システムの構成を示す。
【００７５】
同図において、１００は４本のアンテナ、１０１は既知信号生成回路、１０２はデータ変調回路、１０３は送信電力制御回路、１０４は指向性制御回路、１０５は既知信号処理回路、１０は測距回路、１１は測角回路、１０６は到来時間算出回路、１０７は距離算出回路、１０８は電力解析回路、１０９は角度算出回路、１１０はゲイン制御回路、１１１はデータ復調回路である。以上の構成は図１と同様である。
【００７６】
本実施形態では、更に、受信電力変動検出回路１１３が追加される。この受信電力変動検出回路１１３は、通信機器１、２の各々のアンテナ１００の指向性が固定された後、受信電力の再測定後も継続して受信電力を測定した受信電力情報Ｓ１２を入力とし、指向性制御回路１０４に受信電力変動情報Ｓ２０を出力する。
【００７７】
次に、本実施形態の近距離無線システムの動作を図７のフローチャートに基づいて説明する。
【００７８】
前記実施形態１又は２と同様に、データ通信モード時では、通信機器１、２は、相互に、その相手方の位置方向の角度にアンテナ１００を指向させた状態で、データ変調回路１０２で変調されたデータを両通信機器間の距離に応じた送信電力値で送信すると共に、受信したデータを受信電力に応じた適切な制御ゲイン値を基準にゲイン制御された後、データ復調回路１１１で復調される。
【００７９】
ここで、受信電力変動検出回路１１３は、常に電力解析回路１０８で継続的に受信電力を測定した受信電力情報Ｓ１２を入力とし、この受信電力情報Ｓ１２が所定の閾値より超えた場合には、通信機器１、２の位置移動等が発生したものと判断して、指向性制御回路１０４及び測角回路１１に対して測位開始信号として前記受信電力変動情報Ｓ２０を出力し、測位モード以降に戻って、再度、測位シーケンスでキャリブレーションを行う。
【００８０】
従って、受信電力の変化を監視することにより、通信機器１、２の相対位置移動などの状況の変化に追従できて、安定した高速通信を行うことができる。
【００８１】
（実施形態５）
図９は本発明の実施形態５の近距離無線システムの構成を示す。
【００８２】
同図において、１００は４本のアンテナ、１０１は既知信号生成回路、１０２はデータ変調回路、１０３は送信電力制御回路、１０４は指向性制御回路、１０５は既知信号処理回路、１０は測距回路、１１は測角回路、１０６は到来時間算出回路、１０７は距離算出回路、１０８は電力解析回路、１０９は角度算出回路、１１０はゲイン制御回路、１１１はデータ復調回路である。以上の構成は図１と同様である。
【００８３】
本実施形態では、更に、前記既知信号処理回路１０５の内部に、温度検出回路１０５０が配置される。この温度検出回路１０５０の機能及び動作を以下に説明する。
【００８４】
既述した前記式１、２の通り、通信機器１、２間での信号の到来時間は、既知信号処理回路１０５の処理時間にも依存し、この処理時間は既知信号処理回路１０５の温度変動によって変動するため、本実施形態では、前記既知信号処理回路１０５に内蔵した温度検出回路１０５０により既知信号処理回路１０５の温度を検出し、この温度情報に基づいて前記式１、２による通信機器１、２間での信号の到来時間を補正するようにしている。
【００８５】
具体的には、図１０のフローチャートに示したように、温度検出回路１０５０により検出された温度情報Ｓ２１は送信信号Ｓ９に多重されて、通信機器２の指向性の固定されたアンテナ１００から通信機器１に送信される。通信機器１では、到来時間算出回路１０６により、前記温度情報Ｓ２１に基づいて到来時間の補正を行う。この補正は、例えば、既知信号処理回路１０５の温度に対応した内部処理時間に影響する時間をテーブルに記憶しておき、このテーブルに従って、到来時間算出回路１０６の算出する到来時間を補正する。
【００８６】
従って、本実施形態では、既知信号処理回路１０５の温度変動に影響されずに、通信機器１、２間の距離算出精度を高めて、送信信号の送信電力をより適切に制御することができる。
【００８７】
尚、データ通信モードＳ２の有効時に温度情報Ｓ２１を通信機器２から通信機器１へ通知しても良い。その場合、再度、電力制御値を再設定する。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
以上説明したように、本発明は、データの送受信の前に、通信する２つの通信機器間の距離を推定し、この推定した距離に基づいて電波の送信電力を適切に制御し、低消費電力で安定した高速通信が実現可能であるので、屋内などでのミリ波による数１００Ｍｂｐｓ〜数Ｇｂｐｓの高速近距離無線システムに適用して有用である。
【符号の説明】
【００８９】
１００、２００ アンテナ
１０１ 既知信号生成回路（既知信号生成手段）
１０２、２０１ データ変調回路（データ変調手段）
１０３ 送信電力制御回路（送信電力制御手段）
１０４、２０２ 指向性制御回路（指向性制御手段）
１０５ 既知信号処理回路（既知信号処理手段）
１０ 測距回路
１０６ 到来時間算出回路（到来時間算出手段）
１０７ 距離算出回路（距離算出手段）
１１ 測角回路（測角手段）
１０８ 電力解析回路（電力解析手段、受信電力解析手段）
１０９ 角度算出回路（角度算出手段）
１１０ ゲイン制御回路（ゲイン制御手段、受信電力制御手段）
１１１、２０６ データ復調回路（データ復調手段）
１１２ ゲイン算出回路（ゲイン算出手段）
１１３ 受信電力変動検出回路（受信電力変動検出手段）
２０３ 遅延時間測定回路（遅延時間測定手段）
２０４ 到来方向測定回路（到来方向測定手段）
２０５ 位置計算回路（位置計算手段）
１０５０ 温度検出回路（温度検出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの通信機器間で電波の送受信を近距離で行う近距離無線システムであって、
前記２つの通信機器間の距離を推定し、
前記推定された距離に基づいて、前記電波を送信する送信側通信機器において前記電波の送信電力を制御する
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項２】
前記請求項１記載の近距離無線システムにおいて、
前記２つの通信機器は、その２つの通信機器間でデータを無線通信するデータ通信モードを持ち、
前記データを送信する側の送信側通信機器は、
データ送信用のアンテナと、
前記データ通信モード時に、送信するデータを変調するデータ変調手段と、
前記データ変調手段により変調されたデータの送信電力を、前記推定された２つの通信機器間の距離に基づいて制御し、その電力制御後のデータを前記アンテナから送信する送信電力制御手段とを備えた
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項３】
前記請求項１記載の近距離無線システムにおいて、
前記距離の推定は、前記電波の到来時間及び受信電力の少なくとも一方に基づいて行われる
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項４】
前記請求項１記載の近距離無線システムにおいて、
前記電波を受信する受信側通信機器は、
前記送信側通信機器からの電波を受信した受信信号の制御ゲインを制御する受信電力制御を行う
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項５】
前記請求項１記載の近距離無線システムにおいて、
前記２つの通信機器は、
指向性アンテナを有し、
自己の通信機器に対して通信相手側の通信機器が位置する角度を推定し、
前記推定した角度の方向に前記指向性アンテナを制御する
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項６】
前記請求項３記載の近距離無線システムにおいて、
前記２つの通信機器は、この２つの通信機器間の距離を測定する測距モードを持ち、
前記２つの通信機器のうち測距側の通信機器は、前記測距モード時に、予め定められた既知信号を生成してアンテナから送信する既知信号生成手段を有し、
被測距側の通信機器は、前記測距モード時に、前記既知信号生成手段からの既知信号を受信し、この既知信号に基づく信号を返信信号としてアンテナから返信する既知信号処理手段を備え、
前記測距側の通信機器は、更に、前記２つの通信機器間の距離の推定について、前記既知信号の送信から前記被測距側の通信機器からの返信信号の到来までの到来時間を算出する到来時間算出手段と、前記到来時間算出手段で算出された到来時間に基づいて、前記２つの通信機器間の距離を算出する距離算出手段とを備える
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項７】
前記請求項３記載の近距離無線システムにおいて、
前記２つの通信機器は、この２つの通信機器間の距離を測定する測距モードを持ち、
前記２つの通信機器のうち測距側の通信機器は、前記測距モード時に、予め定められた既知信号を生成してアンテナから送信する既知信号生成手段を有し、
被測距側の通信機器は、前記測距モード時に、前記既知信号生成手段からの既知信号を受信し、この既知信号に基づく信号を返信信号としてアンテナから返信する既知信号処理手段を備え、
前記測距側の通信機器は、更に、前記２つの通信機器間の距離の推定について、前記被測距側の通信機器からの返信信号の受信電力を解析する受信電力解析手段と、前記受信電力解析手段で解析された受信電力に基づいて、前記２つの通信機器間の距離を算出する距離算出手段とを備える
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項８】
前記請求項７記載の近距離無線システムにおいて、
前記測距側の通信機器からの既知信号の送信と、前記被測距側の通信機器からの返信信号の返信とは、前記アンテナを通信相手の通信機器の方向に指向して行われる
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項９】
前記請求項４記載の近距離無線システムにおいて、
前記受信側通信機器は、
前記送信側通信機器からの電波の受信信号の制御ゲインを、前記算出した距離に基づいて制御する受信電力制御手段と、
前記受信電力制御手段により制御された制御ゲインで調整された電波である受信信号をデータに復調するデータ復調手段と
を備えたことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項１０】
前記請求項５記載の近距離無線システムにおいて、
前記２つの通信機器は、この２つの通信機器間での電波の通信方向の角度を測定する測位モードを持ち、
前記測位モード時に前記指向性アンテナの指向方向を複数回変更する指向性制御手段と、
前記２つの通信機器のうち測位側の通信機器は、前記測位モード時に、前記指向性アンテナにより受信された電波と、前記指向性制御手段により変更された前記指向性アンテナの指向方向とに基づいて、前記受信された電波の到来方向の角度を算出する測角手段を備え、
前記測角手段により算出された電波の到来方向に、前記指向性アンテナの指向方向が固定される
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項１１】
前記請求項１０記載の近距離無線システムにおいて、
前記指向性制御手段は、
前記指向性アンテナの指向性の３次元の広がりを任意に変更可能である
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項１２】
前記請求項１０記載の近距離無線システムにおいて、
前記指向性制御手段は、前記測位モード時に前記指向性アンテナの指向方向を複数の方向に振り、
前記測角手段は、
前記指向性アンテナから受信された電波と、前記指向性制御手段による前記指向性アンテナの指向性制御情報とに基づいて、前記電波の受信電力を解析し、その受信電力解析情報を出力する電力解析手段と、
前記電力解析手段の前記受信電力解析情報に基づいて、受信した電波の方向の角度を算出する角度算出手段とを備えた
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項１３】
前記請求項１０記載の近距離無線システムにおいて、
前記指向性制御手段は、前記指向性アンテナの指向方向を前記角度算出手段で算出された角度に固定し、
前記電力解析手段は、前記角度が固定された指向性アンテナから受信された電波の受信電力を再解析する
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項１４】
前記請求項１２又は１３記載の近距離無線システムにおいて、
前記指向性アンテナで受信した電波を所定の制御ゲインで増幅するゲイン制御手段と、
前記電力解析手段の受信電力解析情報に基づいて、前記ゲイン制御手段の所定の制御ゲインを算出して前記ゲイン制御手段に出力するゲイン算出手段と、
前記ゲイン制御手段の前記所定の制御ゲインで増幅された電波のデータを復調するデータ復調手段とを備えた
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項１５】
前記請求項１２又は１３記載の近距離無線システムにおいて、
前記電力解析手段の受信電力解析情報に基づいて、電波の受信電力の変動値が所定の閾値を超えたことを検出する受信電力変動検出手段を備え、
前記受信電力変動検出手段の検出信号は、測位開始信号として、前記指向性制御手段及び前記測角手段に通知される
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項１６】
前記請求項６記載の近距離無線システムにおいて、
前記被測距側の通信機器には、周囲温度を検出し、その検出した温度情報を前記測距側の通信機器に送信する温度検出手段が備えられ、
前記測距側の通信機器に備える前記到来時間算出手段は、前記温度検出手段から送信された温度情報に基づいて、前記算出する到来時間を補正する
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項１７】
２つの通信機器間で電波の送受信を近距離で行う近距離無線システムで使用する近距離無線通信機器であって、
受けた電波に基づいて前記２つの通信機器間の距離を算出する距離算出手段と、
前記距離算出手段により算出された距離に基づいて、送信する電波の送信電力を制御する送信電力制御手段とを備えた
ことを特徴とする近距離無線通信機器。
【請求項１８】
２つの通信機器間で電波の送受信を近距離で行う近距離無線方法において、
前記２つの通信機器間の距離を算出し、
その後、前記算出した距離に基づいて、送信する電波の送信電力を制御する
ことを特徴とする近距離無線方法。
【請求項１】
２つの通信機器間で電波の送受信を近距離で行う近距離無線システムであって、
前記２つの通信機器間の距離を推定し、
前記推定された距離に基づいて、前記電波を送信する送信側通信機器において前記電波の送信電力を制御する
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項２】
前記請求項１記載の近距離無線システムにおいて、
前記２つの通信機器は、その２つの通信機器間でデータを無線通信するデータ通信モードを持ち、
前記データを送信する側の送信側通信機器は、
データ送信用のアンテナと、
前記データ通信モード時に、送信するデータを変調するデータ変調手段と、
前記データ変調手段により変調されたデータの送信電力を、前記推定された２つの通信機器間の距離に基づいて制御し、その電力制御後のデータを前記アンテナから送信する送信電力制御手段とを備えた
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項３】
前記請求項１記載の近距離無線システムにおいて、
前記距離の推定は、前記電波の到来時間及び受信電力の少なくとも一方に基づいて行われる
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項４】
前記請求項１記載の近距離無線システムにおいて、
前記電波を受信する受信側通信機器は、
前記送信側通信機器からの電波を受信した受信信号の制御ゲインを制御する受信電力制御を行う
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項５】
前記請求項１記載の近距離無線システムにおいて、
前記２つの通信機器は、
指向性アンテナを有し、
自己の通信機器に対して通信相手側の通信機器が位置する角度を推定し、
前記推定した角度の方向に前記指向性アンテナを制御する
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項６】
前記請求項３記載の近距離無線システムにおいて、
前記２つの通信機器は、この２つの通信機器間の距離を測定する測距モードを持ち、
前記２つの通信機器のうち測距側の通信機器は、前記測距モード時に、予め定められた既知信号を生成してアンテナから送信する既知信号生成手段を有し、
被測距側の通信機器は、前記測距モード時に、前記既知信号生成手段からの既知信号を受信し、この既知信号に基づく信号を返信信号としてアンテナから返信する既知信号処理手段を備え、
前記測距側の通信機器は、更に、前記２つの通信機器間の距離の推定について、前記既知信号の送信から前記被測距側の通信機器からの返信信号の到来までの到来時間を算出する到来時間算出手段と、前記到来時間算出手段で算出された到来時間に基づいて、前記２つの通信機器間の距離を算出する距離算出手段とを備える
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項７】
前記請求項３記載の近距離無線システムにおいて、
前記２つの通信機器は、この２つの通信機器間の距離を測定する測距モードを持ち、
前記２つの通信機器のうち測距側の通信機器は、前記測距モード時に、予め定められた既知信号を生成してアンテナから送信する既知信号生成手段を有し、
被測距側の通信機器は、前記測距モード時に、前記既知信号生成手段からの既知信号を受信し、この既知信号に基づく信号を返信信号としてアンテナから返信する既知信号処理手段を備え、
前記測距側の通信機器は、更に、前記２つの通信機器間の距離の推定について、前記被測距側の通信機器からの返信信号の受信電力を解析する受信電力解析手段と、前記受信電力解析手段で解析された受信電力に基づいて、前記２つの通信機器間の距離を算出する距離算出手段とを備える
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項８】
前記請求項７記載の近距離無線システムにおいて、
前記測距側の通信機器からの既知信号の送信と、前記被測距側の通信機器からの返信信号の返信とは、前記アンテナを通信相手の通信機器の方向に指向して行われる
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項９】
前記請求項４記載の近距離無線システムにおいて、
前記受信側通信機器は、
前記送信側通信機器からの電波の受信信号の制御ゲインを、前記算出した距離に基づいて制御する受信電力制御手段と、
前記受信電力制御手段により制御された制御ゲインで調整された電波である受信信号をデータに復調するデータ復調手段と
を備えたことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項１０】
前記請求項５記載の近距離無線システムにおいて、
前記２つの通信機器は、この２つの通信機器間での電波の通信方向の角度を測定する測位モードを持ち、
前記測位モード時に前記指向性アンテナの指向方向を複数回変更する指向性制御手段と、
前記２つの通信機器のうち測位側の通信機器は、前記測位モード時に、前記指向性アンテナにより受信された電波と、前記指向性制御手段により変更された前記指向性アンテナの指向方向とに基づいて、前記受信された電波の到来方向の角度を算出する測角手段を備え、
前記測角手段により算出された電波の到来方向に、前記指向性アンテナの指向方向が固定される
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項１１】
前記請求項１０記載の近距離無線システムにおいて、
前記指向性制御手段は、
前記指向性アンテナの指向性の３次元の広がりを任意に変更可能である
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項１２】
前記請求項１０記載の近距離無線システムにおいて、
前記指向性制御手段は、前記測位モード時に前記指向性アンテナの指向方向を複数の方向に振り、
前記測角手段は、
前記指向性アンテナから受信された電波と、前記指向性制御手段による前記指向性アンテナの指向性制御情報とに基づいて、前記電波の受信電力を解析し、その受信電力解析情報を出力する電力解析手段と、
前記電力解析手段の前記受信電力解析情報に基づいて、受信した電波の方向の角度を算出する角度算出手段とを備えた
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項１３】
前記請求項１０記載の近距離無線システムにおいて、
前記指向性制御手段は、前記指向性アンテナの指向方向を前記角度算出手段で算出された角度に固定し、
前記電力解析手段は、前記角度が固定された指向性アンテナから受信された電波の受信電力を再解析する
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項１４】
前記請求項１２又は１３記載の近距離無線システムにおいて、
前記指向性アンテナで受信した電波を所定の制御ゲインで増幅するゲイン制御手段と、
前記電力解析手段の受信電力解析情報に基づいて、前記ゲイン制御手段の所定の制御ゲインを算出して前記ゲイン制御手段に出力するゲイン算出手段と、
前記ゲイン制御手段の前記所定の制御ゲインで増幅された電波のデータを復調するデータ復調手段とを備えた
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項１５】
前記請求項１２又は１３記載の近距離無線システムにおいて、
前記電力解析手段の受信電力解析情報に基づいて、電波の受信電力の変動値が所定の閾値を超えたことを検出する受信電力変動検出手段を備え、
前記受信電力変動検出手段の検出信号は、測位開始信号として、前記指向性制御手段及び前記測角手段に通知される
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項１６】
前記請求項６記載の近距離無線システムにおいて、
前記被測距側の通信機器には、周囲温度を検出し、その検出した温度情報を前記測距側の通信機器に送信する温度検出手段が備えられ、
前記測距側の通信機器に備える前記到来時間算出手段は、前記温度検出手段から送信された温度情報に基づいて、前記算出する到来時間を補正する
ことを特徴とする近距離無線システム。
【請求項１７】
２つの通信機器間で電波の送受信を近距離で行う近距離無線システムで使用する近距離無線通信機器であって、
受けた電波に基づいて前記２つの通信機器間の距離を算出する距離算出手段と、
前記距離算出手段により算出された距離に基づいて、送信する電波の送信電力を制御する送信電力制御手段とを備えた
ことを特徴とする近距離無線通信機器。
【請求項１８】
２つの通信機器間で電波の送受信を近距離で行う近距離無線方法において、
前記２つの通信機器間の距離を算出し、
その後、前記算出した距離に基づいて、送信する電波の送信電力を制御する
ことを特徴とする近距離無線方法。
【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２０１１−４１２１１（Ｐ２０１１−４１２１１Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８９４３３（Ｐ２００９−１８９４３３）
【出願日】平成２１年８月１８日（２００９．８．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１８日（２００９．８．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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