(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定文データを含むデータ成分とノイズ成分とを含む信号を受信して周波数分解し、周波数スペクトルを取得する信号受信部と、
前記固定文データを予め記憶すると共に前記周波数スペクトルとそれを取得した取得時刻情報とを蓄積する記憶部と、
前記記憶部に蓄積された周波数スペクトルとそれを取得した取得時刻情報とに基づく演算処理を実行し、前記周波数スペクトル中の前記固定文データに対応する部分を抽出する演算処理部と、を有する信号受信機であって、
前記演算処理部は、
特定周波数及び特定取得時刻における信号強度と、該特定周波数以外の各周波数における信号強度及び／又は該特定取得時刻以外の各取得時刻における信号強度と、の大小比較を行う大小比較工程と、
前記特定周波数及び特定取得時刻の周波数及び／又は取得時刻を異なる周波数及び／又は取得時刻に変更して前記大小比較工程を繰り返すことにより前記周波数スペクトルの大小比較パターンを取得する大小比較パターン取得工程と、
該大小比較パターンと所定の条件パターンとを照合し、該所定の条件パターンを満足する部分を前記固定文データに対応する部分として抽出する固定文データ抽出工程と、を実行する信号受信機。
【請求項２】
前記演算処理部が、
前記大小比較工程において、前記特定周波数及び特定取得時刻における信号強度が該特定周波数以外の各周波数における信号強度及び／又は該特定取得時刻以外の各取得時刻における信号強度以上である場合に、前記特定周波数及び特定取得時刻に対応する得点値を加算して集計し、
前記大小比較パターン取得工程において、前記特定周波数及び特定取得時刻の周波数及び／又は取得時刻を異なる周波数及び／又は取得時刻に変更して前記得点値の加算及び集計を繰り返すことにより周波数ごと及び取得時刻ごとの得点値パターンを取得し、
前記固定文データ抽出工程において、前記得点値パターンの中で前記得点値が所定の得点閾値以上となる部分が所定周波数において所定時間以上継続している場合に、当該部分を前記固定文データに対応する部分として抽出する、請求項１に記載の信号受信機。
【請求項３】
前記信号が、前記データ成分中に誤り検出のための符合データを有しており、
前記記憶部が、前記固定文データを含む前記データ成分の全体構造を予め記憶しており、
前記固定文データ抽出工程によって抽出された前記固定文データに対応する部分が、前記符合データ及び前記データ成分の全体構造に基づいて誤りであると判断した場合に、該固定文データに対応する部分を破棄する、請求項１又は請求項２に記載の信号受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号受信機に係り、特に信号中の固定文データの抽出精度を高めて同時通信の通信効率を向上させた信号受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＡＳＫやＦＳＫ等の変調技術を用いた通信が行われている（例えば、特許文献１，２を参照。）。この通信技術は、近年、ＥＴＣやキーレスエントリーシステム、ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信等の無線通信に用いられているが、特に送信機を携帯型としたり動物監視の目的で使用する場合においては、その小型化や省電力化が課題となる。
【０００３】
小型化、省電力化の実現には、受信感度の向上、耐ノイズ性の向上、データ長（電文長）の短縮が有効である。そのため、例えば、特許文献１，２に開示のものにおいては、受信機側での波高弁別回路の特性改善や波高弁別閾値の調整によって受信感度の改善を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２２９４２７号公報
【特許文献２】特開２００９−３０２８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の受信機においては、閾値を基準とする波高弁別によりデータ抽出（ノイズ除去）を行っているため、Ｓ／Ｎ比の向上に限界がある。すなわち、大きなノイズ成分が閾値を超えてしまうことに対応して閾値を上げると、データ成分が正しく検出できない場合が発生する。一方、データ成分の確実な検出のために閾値を下げると、今度はノイズ成分をデータと誤検出する場合が生じる。そのため、適正な閾値設定が困難で、Ｓ／Ｎ比を格段に向上させるのが難しいという問題がある。
【０００６】
Ｓ／Ｎ比の向上策として、固定文等のデータ長を長くし、データの誤検出を低減するという方法も考えられる。しかしながら、データ長を長くすると、データが冗長となって通信効率が低下する、同じ情報量を通信するのに通信時間が長く必要となり、結果的に電力を多く消費してしまう、という諸問題が発生する。更には、なるべく高感度、省電力の通信において、多元接続化を図りたいという要望もある。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、波高弁別を用いることなく受信感度向上、データ長の短縮を実現することができ、通信効率の向上、Ｓ／Ｎ比の向上を図って送信機の小型化、省電力化に寄与することのできる信号受信機を提供することを例示的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の例示的側面としての信号受信機は、固定文データを含むデータ成分とノイズ成分とを含む信号を受信して周波数分解し、周波数スペクトルを取得する信号受信部と、固定文データを予め記憶すると共に周波数スペクトルとそれを取得した取得時刻情報とを蓄積する記憶部と、記憶部に蓄積された周波数スペクトルとそれを取得した取得時刻情報とに基づく演算処理を実行し、周波数スペクトル中の固定文データに対応する部分を抽出する演算処理部と、を有する信号受信機であって、演算処理部は、特定周波数及び特定取得時刻における信号強度と、特定周波数以外の各周波数における信号強度及び／又は特定取得時刻以外の各取得時刻における信号強度と、の大小比較を行う大小比較工程と、特定周波数及び特定取得時刻の周波数及び／又は取得時刻を異なる周波数及び／又は取得時刻に変更して大小比較工程を繰り返すことにより周波数スペクトルの大小比較パターンを取得する大小比較パターン取得工程と、大小比較パターンと所定の条件パターンとを照合し、所定の条件パターンを満足する部分を固定文データに対応する部分として抽出する固定文データ抽出工程と、を有する。
【０００９】
演算処理部が、上記の大小比較工程と大小比較パターン取得工程と固定文データ抽出工程とを実行するので、データ成分とノイズ成分との弁別を高い精度で行うことができる。その結果、信号受信機のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１０】
単に、信号振幅の閾値との比較においてデータ成分とノイズ成分とを弁別するのでなく、特定周波数及び特定取得時刻における信号強度と他の周波数／取得時刻等における信号強度との大小比較を行い、それを繰り返すことによって大小比較パターンを取得する。その大小比較パターンが、予め設定された所定の条件パターンと合致するか否かのパターン認識手法を用いて固定文データに対応する部分（固定文データの候補）を特定して抽出する。
【００１１】
したがって、データ成分の振幅が小さい場合やノイズ成分の振幅が大きい場合でも、確度の高い固定文データの抽出を実現することができる。なお、固定文データとは、データ成分のうちの一部であって、クロック同期情報やデータフレーム同期情報、フレーム開始情報等に用いられるものである。この固定文データには、例えば、プリアンブル（ＰＲ）又はユニークワード（ＵＷ）と呼ばれるものなどがある。
【００１２】
また、本発明における信号送受信の変調方式は、ＦＳＫ（周波数変調方式）であってもＡＳＫ（振幅変調方式）であってもＰＳＫ（位相変調方式）であってもよい。したがって、信号受信機が、固定文データを含むデータ成分とノイズ成分とを含む信号を受信して周波数分解し、周波数スペクトルを取得する信号受信部と、前記固定文データを予め記憶すると共に前記周波数スペクトルとそれを取得した取得時刻情報とを蓄積する記憶部と、前記記憶部に蓄積された周波数スペクトルとそれを取得した取得時刻情報とに基づく演算処理を実行し、前記周波数スペクトル中の前記固定文データに対応する部分を抽出する演算処理部と、を有する信号受信機であって、前記演算処理部は、特定周波数、特定位相及び特定取得時刻における信号強度と、該特定周波数以外の各周波数における信号強度及び／又は該特定位相以外の各位相における信号強度及び／又は該特定取得時刻以外の各取得時刻における信号強度と、の大小比較を行う大小比較工程と、前記特定周波数、前記特定位相及び特定取得時刻の周波数及び／又は位相及び又は取得時刻を異なる周波数及び／又は位相及び又は取得時刻に変更して前記大小比較工程を繰り返すことにより前記周波数スペクトルの大小比較パターンを取得する大小比較パターン取得工程と、該大小比較パターンと所定の条件パターンとを照合し、該所定の条件パターンを満足する部分を前記固定文データに対応する部分として抽出する固定文データ抽出工程と、を実行するものであってもよい。
【００１３】
演算処理部が、大小比較工程において、特定周波数及び特定取得時刻における信号強度が特定周波数以外の各周波数における信号強度及び／又は特定取得時刻以外の各取得時刻における信号強度以上である場合に、特定周波数及び特定取得時刻に対応する得点値を加算して集計し、大小比較パターン取得工程において、特定周波数及び特定取得時刻の周波数及び／又は取得時刻を異なる周波数及び／又は取得時刻に変更して得点値の加算及び集計を繰り返すことにより周波数ごと及び取得時刻ごとの得点値パターンを取得し、固定文データ抽出工程において、得点値パターンの中で得点値が所定の得点閾値以上となる部分が所定周波数において所定時間以上継続している場合に、当該部分を固定文データに対応する部分として抽出してもよい。
【００１４】
大小比較工程において、特定周波数及び特定取得時刻に対応する得点値を集計し、大小比較パターン取得工程において、特定周波数や特定取得時刻を変更して得点パターンを取得する。そして、その得点値パターンと得点閾値との大小比較を行って、得点閾値以上である部分が所定時間以上継続している部分を固定文データに対応する部分として抽出する。
【００１５】
概念を簡単に説明するとこのようになる。つまり、取得した周波数スペクトルを周波数ごと、取得時刻ごとのセルに分割し、各セルごとの振幅比較を行う。特定セルの振幅と隣接する（周波数又は取得時刻の）セルの振幅との大小判定を行い、特定セルの振幅が大きい場合は特定セルに対応する得点値を加算する。その大小判定を、特定セルと特定セル以外の他のセルとの間で行う。他のセルは、記憶部に蓄積した周波数スペクトル内の一部のセルであっても全部のセルであってもよい。
【００１６】
このような大小判定を、特定セルを順次変更して他のセルとの間で行い、セルごとの得点値パターンを取得する。例えば、第１の特定セルが他のセルとの大小比較において、他の３００個のセルより振幅が大きいと判断された場合、その第１の特定セルの得点値は３００となる。また、別の第２の特定セルが他のセルとの大小比較において、他の３個のセルより振幅が大きいと判断された場合（すなわち、この場合は大半のセルよりも振幅が小さいと判断されたことになる。）、その第２の特定セルの得点値は３となる。
【００１７】
セルごとの得点値がマトリクス状にマッピングされると、得点閾値との比較が行われる。例えば、得点閾値が２５０の場合、第１の特定セルは得点閾値以上（この場合を”○”状態とする。）であり、第２の特定セルは得点閾値未満（この場合を”×”状態とする。）である。そして、所定の周波数において”○”状態が所定時間継続している場合に、つまり、”○”状態のセルが所定の周波数において時間軸方向に所定個数連続している場合に、その部分が固定文データに対応する部分であると判断する。
【００１８】
この判断手順によって固定文データに対応する部分を抽出すれば、特定セルと他の数多くのセルとの大小判定という非常に多くの情報に基づいてそのセルが”○”状態であるのか”×”状態であるのかを判断することができる。そして、その数多くの情報に基づき確度の高い”○””×”判断に基づいて、固定文データに対応する部分を特定することができるので、固定文データに対応する部分の抽出を高いＳ／Ｎ比で、信頼性高く行うことができる。
【００１９】
信号が、データ成分中に誤り検出のための符合データを有しており、記憶部が、固定文データを含むデータ成分の全体構造を予め記憶しており、固定文データ抽出工程によって抽出された固定文データに対応する部分が、符合データ及びデータ成分の全体構造に基づいて誤りであると判断した場合に、固定文データに対応する部分を破棄してもよい。
【００２０】
符合データを用いることにより、抽出した部分（候補）が固定文データに対応する部分であるとの判断が正しいか間違いであるかを一層確実なものとすることができる。したがって、より一層正確な固定文データの抽出を実行することができる。それにより、得点閾値を低くすることができ、より一層、微弱な信号に係るデータ成分の漏れを低減することができる。結果としてデータ成分とノイズ成分との弁別におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００２１】
なお、演算処理部が、大小比較工程において、特定周波数及び特定取得時刻における信号強度が特定周波数以外の各周波数における信号強度及び／又は特定取得時刻以外の各取得時刻における信号強度以上である場合に、特定周波数及び特定取得時刻に対応する得点値を加算して集計し、大小比較パターン取得工程において、特定周波数及び特定取得時刻の周波数及び／又は取得時刻を異なる周波数及び／又は取得時刻に変更して得点値の加算及び集計を繰り返すことにより周波数ごと及び取得時刻ごとの得点値パターンを取得し、固定文データ抽出工程において、得点値パターンの中で得点値が所定の得点閾値以上となる部分の合計数が所定時間区間内において所定基準数以上である場合に、当該部分を固定文データに対応する部分として抽出してもよい。
【００２２】
上記の「所定時間以上継続している場合に、当該部分を固定文データに対応する部分として抽出」する構成によれば、得点値が所定の得点閾値以上となる部分が時間的に断続しつつ多数となる場合には、固定文データに対応する部分としての抽出がされない。すなわち、本来固定文データに対応する部分であるにも拘らず、その継続時間中にノイズ等によって一部得点閾値未満となる部分が含まれている場合には、固定文データに対応する部分の候補としての抽出がされない。
【００２３】
しかしながら、この構成のように、所定時間区間を設定し、その所定時間区間内で得点閾値以上となる部分（”○”状態）の合計数が所定基準数以上であるか未満であるかとの判断を行うことにより、部分的にノイズで得点閾値未満となる部分が含まれていても、全体として得点閾値以上となる部分の合計数が所定基準数以上含まれていれば、その部分を固定文データに対応する部分として抽出することができる。
【００２４】
この所定時間区間は、送受信するデータのボーレートと信号受信機における周波数サンプリングレートとによって決定される。例えば、周波数サンプリングレートがボーレートの５０倍の周波数（速度）である場合、１つのデータ（”０”や”１”）に対して、５０回のサンプリングが行われる。したがって、本来的には、得点閾値以上となる部分（”○”状態）が５０個連続するはずである。
【００２５】
しかしながら、例えば上記のように、サンプリングレートがボーレートに比較してある程度高速であるような場合には、５０回のサンプリングのうち４０回（所定基準数）以上が得点閾値以上（”○”状態）となればデータであると判断してもよい場合がある。このような場合に、必ずしも５０回連続して得点閾値以上とならなくても、５０回分のサンプリングのうち、４０回以上が得点閾値以上（”○”状態）であれば、その部分がデータであると判断してもよい。この場合において、所定時間区間内での得点閾値以上のサンプリングの合計数が４０回（所定基準数）未満であれば、ノイズとして破棄される。したがって、所定時間区間内において、ノイズによって”○”状態が５，６回発生しても、それがデータであるとの誤認識が防止される。つまり、サンプリングレートの速度はボーレートの速度に対して、ノイズの影響を受けない程度に高速であることが望ましい。
【００２６】
なお、サンプリングレートをボーレートに対して何倍高速とするかについては、演算処理の負荷、耐ノイズ性能等に応じて適宜設定可能である。信号送受信システムの状況に応じて、例えば５倍〜１００倍程度に設定してもよい。ノイズの影響が少ない場合は、演算処理負荷軽減のために５倍〜１０倍程度としてもよく、Ｓ／Ｎ比向上の目的のために３０倍〜１００倍程度としてもよい。
【００２７】
なお、本発明を以下のように構成することも可能である。例えば、データ（固定文データや本文データ）として採り得る条件範囲を予め記憶部に記憶しておき、その条件範囲と、上記構成に基づき固定文データの候補として抽出したもの（その固定文データ自体又はその固定文データに対応する本文データ）とを比較する。そして、抽出した固定文データ又は対応するデータ本文が、記憶部に記憶された条件範囲を逸脱している場合には、その抽出の判断が間違いであるとして、抽出した固定文データの候補を破棄してもよい。
【００２８】
ここで、固定文データとして採り得る条件範囲としては、例えば、固定文データとして継続すべき時間長範囲（例えば、データとしての「１」の継続時間長範囲や「０」の継続時間長範囲やユニークワードとしての「０」「１」の組合せの継続時間長範囲等）、セルの得点値の上下限値等を考慮することができる。
【００２９】
本文データとは、信号送受信によって受信したいデータ本体そのものであって、例えば送信機がセンサ端末である場合における計測値データである。本文データとしては、例えば、体温データ、気温データ、加速度データ、湿度データ等が考えられる。例えば、体温データとしては、０℃未満や５０℃以上の計測値は通常あり得ない。また、湿度データとしては、０％未満や１００％以上の計測値は通常あり得ない。
【００３０】
したがって、本文データが体温データである場合には、例えば、０℃以上５０℃未満を「採り得る条件範囲」として設定可能である。本文データが湿度データである場合には、０％以上１００％未満を「採り得る条件範囲」として設定可能である。固定文データの候補を抽出した場合において、それに対応する本文データが「採り得る条件範囲」を逸脱している場合には、その固定文データの抽出が間違いであるとの判断に基づき、その候補を破棄してもよい。
【００３１】
また、本発明によれば、通信のボーレートが不明の場合であっても、問題なくデータを受信することが可能である。つまり、通信ボーレートと信号の周波数スペクトル分解におけるサンプリング数とが相互に整数倍の関係でない場合には、ボーレートとサンプリング数とのズレが固定文データのデータフレームが進行するに伴い徐々に蓄積し、ある特定のデータフレームにおいてデータ誤り（本来「０」又は「１」であるのに「１」又は「０」となってしまう。）が生じる。
【００３２】
例えば、本構成においては、記憶部に予め固定文データが記憶されており、複数の異なるボーレートに各々対応して、固定文データの何データフレーム目でデータ誤りが発生するかがわかっている。そして、受信した信号の中から、上記手法に基づいて固定文データの候補を抽出し、その固定分データの候補と記憶部内に記憶された固定文データとを照合して何データフレームにデータ誤りが発生したかがわかれば、そのデータ誤りが発生したデータフレーム番号に基づき受信した信号のボーレートがいくつであるかを判定することができる。
【００３３】
この構成によれば、１つの信号送信機と複数の信号受信機との間で、又は複数の信号送信機と１つの信号受信機との間で、異なるボーレートを用いた多元接続のデータ通信を実現することができる。通信タイミングが同時的でなければ、多元接続のデータ通信を同一の搬送周波数で行っても問題はない。
【００３４】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施の形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、波高弁別を用いることなく受信感度向上、データ長の短縮を実現することができる。その結果、通信効率の向上、Ｓ／Ｎ比の向上を図って送信機の小型化、省電力化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１に係るセンサネットワークシステムの概要を説明するための図である。
【図２Ａ】無線通信でよく用いられる送信データ形式を図示したものである。
【図２Ｂ】無線センサ端末から受信装置へ送信される信号のフレーム構成の例を図示したものである。
【図３】受信装置の内部構成の概略を示すブロック図である。
【図４】ＦＦＴ回路によって取得された周波数スペクトルの例を示すグラフである。
【図５Ａ】図４に示すグラフを模式的に複数のセルＣに分割して示した説明図である。
【図５Ｂ】図５Ａの説明図を得点値パターンとした例を示した図である。
【図５Ｃ】各セルの得点値と得点閾値との大小比較を行った結果を示す勝敗パターンの例を示した図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る勝敗パターンを示した図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る勝敗パターンを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態１について図面を用いて説明する。図１は、以下に詳細に説明するセンサネットワークシステム１００の概要を説明するための図である。センサネットワークシステム１００は、送信機としての複数の無線センサ端末１０２と、少なくとも一つの受信装置（信号受信機）１０４を有する。無線センサ端末１０２には各種のセンサが組み込まれ、測定したデータを無線媒体１０６を用いて受信装置１０４へ送信するように構成される。
【００３８】
このようなセンサネットワークシステムは、様々な設備の遠隔監視に幅広く利用されているが、また、生物の遠隔監視にも利用することができる。センサネットワークシステムを利用した動物健康管理システムの一例が、特開２００７−３０６８０４号公報に記載されている。以下に説明されるように、本明細書で紹介されるセンサネットワークシステム１００も、家畜などの監視に特に好適に設計されている。むろん、センサネットワークシステム１００の利用分野が動物の監視に限られるわけではない。また、本発明の要旨は、無線通信に限定して適用されるものでなく、もちろん有線通信に適用することも可能である。
【００３９】
無線センサ端末１０２は、人間や動物が長時間違和感なく装着し続けられるように、小型かつ軽量に構成されることが望ましい。より好適には、ニワトリなどの小型鳥獣に対しても装着可能なほどに小型化・軽量化されることが好ましい。また、無線センサ端末１０２を装着する個体が多数にのぼる場合、バッテリ交換の頻度は少なければ少ないほど管理者の作業量が減少して便利であるので、消費電力もできるだけ少ないことが望ましい。以下に説明するように、無線センサ端末１０２には、消費電力をできるだけ抑えるための様々な工夫が施されている。なお、無線センサ端末１０２は、内部に例えば、振動センサや温度センサ等のセンサ素子、センサデータを送信信号に変換する送信回路、送信信号を放射するアンテナ、各種素子及び回路等を駆動する駆動源としてのバッテリ等を有して構成され、後述する信号を受信装置１０４に向けて送信するものであるが、詳細な説明は省略する。
【００４０】
図２Ａは、無線通信でよく用いられる送信データ形式を図示したものである。送信データの１個のフレーム８００は、大きく分けて、クロック同期用のプリアンブル８０２，フレーム同期用のユニークワード８０４，個体識別情報８０６，データ部８０８，エラー検出・訂正用情報部８１０の５つの部分から構成される。このうち、プリアンブル８０２，ユニークワード８０４，個体識別情報８０６には、それぞれ、例えば、１６ビット，１６ビット，８ビットの計４０ビットが使用されることが多い。しかし、本発明に係るセンサネットワークシステム１００においては、クロック同期情報やフレーム同期情報を含めることは不要とすることができ、また、個体識別情報を含めることも不要とすることができる。受信装置１０４がフレームの開始を判定できさえすればよいので、部分８０２〜８０６の４０ビットを、例えば、わずか２ビットのフレーム開始情報に置き換えることができる。なお、このセンサネットワークシステム１００において個体識別情報を含めてももちろん構わない。また、フレーム同期情報をフレーム開始情報として用いてももちろん構わない。
【００４１】
送信に必要な電力はビット数に略比例する。したがって、４０ビットを２ビットに短縮することを可能にしたということは、送信電力を略２０分の１に減少させることに成功したということである。もちろん、送信信号には、フレーム開始情報などの他に、伝達すべき情報（例えば温度など）や、エラー検出用の情報なども含まれるため、フレーム全体のビット数を２０分の１に短縮することができるわけではない。しかし、データ部に先立って送信されるヘッダ部に関しては、ビット数を２０分の１に削減し、その部分に関しては、送信電力をほぼ２０分の１に削減することが可能となる。
【００４２】
図２Ｂは、無線センサ端末１０２から受信装置１０４へ送信される信号のフレーム構成の例を図示したものである。この例では、１つのフレーム８２０は、フレームの開始を教えるための２ビットのユニークワード（フレーム開始情報、固定文データ）８２２と、８ビットのデータ部８２４、それにエラー検出用の１ビットのパリティビット（誤り検出のための符合データ）８２６とを有する。ビット数をできるだけ削減するため、エラー検出用の情報には、１ビットで済むパリティビットを採用している。これによって、データ部に８ビットを使用しても、フレームあたりのビット数を１１ビットに抑えることが可能となる。図２Ａの例ではフレームあたりのビット数が６０ビットであるので、およそ８２％のビット数を削減し、それに相当する送信電力を節約することが可能となる。なお、このフレーム構成が単なる例示に過ぎないことは言うまでもない。
【００４３】
受信装置１０４は、センサネットワークシステム１００に少なくとも１つ備えられ、複数の無線センサ端末１０２からのデータを受信する。受信装置１０４は、受信したデータを単体で解析しうるコンピュータ装置であることができ、実施形態によっては、解析結果を内蔵又は外付けのディスプレイに表示したり、プリンタに印刷したり、ＵＳＢメモリやＣＤ−Ｒなどのリムーバブルメディアに出力したり、各種のインタフェースを通じて外部のコンピュータへ送信したりするように構成されることができる。別の実施形態においては、受信装置１０４は、受信したデータを解析せずに（又はある程度の解析を施して）、他のコンピュータへ送信する装置であってもよい。そこで、受信装置１０４は、有線又は無線によって、コンピュータ・ネットワークシステムへ接続されていてもよい。
【００４４】
図３は、この受信装置１０４の内部構成の概略を示すブロック図である。受信装置１０４は、受信アンテナ２、受信回路４、Ａ／Ｄ変換回路６、ＦＦＴ回路８、メモリ（記憶部）１０、演算処理部１２を有して大略構成されている。
【００４５】
受信アンテナ２は、無線センサ端末１０２から送信される無線電波を受信して信号として受信回路４へと送る機能を有する。受信回路４は、図３に示すように、典型的にはＬＰＦ（ローパスフィルタ）とＩＦアンプ（中間周波数増幅器）とを有して構成され、受信信号（搬送波と同周波数であって位相を９０°ずらした信号を掛け合わせた後の信号）の高周波をカットして信号増幅する機能を有する。
【００４６】
Ａ／Ｄ変換回路６は、受信回路４からの受信信号をＡ／Ｄ変換し、デジタルデータに変換する機能を有する。本実施の形態１においては、例えば図３に示すように、Ａ／Ｄ変換回路６は受信信号を１２ビットのデジタルデータへとＡ／Ｄ変換する。
【００４７】
ＦＦＴ回路８は、Ａ／Ｄ変換後の受信信号を周波数変換（周波数分解）し、周波数スペクトルを取得する機能を有する。本実施の形態１においては、例えば図３に示すように、ＦＦＴ回路８はＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）と呼ばれる集積回路を用いて構成される。これら受信回路４、Ａ／Ｄ変換回路６及びＦＦＴ回路８を有して本実施の形態１における信号受信部が構成される。
【００４８】
メモリ１０は、内部に複数の記憶領域を有する記憶手段である。例えば、メモリ１０内の第１記憶領域１０ａにはＦＦＴ回路８によって取得された周波数スペクトルがその取得時刻情報と共に蓄積されている。図４は、ＦＦＴ回路８によって取得された周波数スペクトルの例を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸が周波数であり、縦軸が振幅（信号強度）である。図４は、ある特定の取得時刻において取得された周波数スペクトルを示している。現実には信号は時々刻々と受信装置１０４によって受信されるので、第１記憶領域１０ａには周波数スペクトルが取得時刻ごと（Ａ／Ｄ変換回路６及びＦＦＴ回路８のサンプリング時間ごと）に順次複数蓄積されることとなる。つまり、図４に示すグラフが、取得時刻ごとに何枚も第１記憶領域１０ａに格納されるようなイメージである。なお、第１記憶領域１０ａの記憶容量が満杯になると、順次古い取得時刻に対応する周波数スペクトルが破棄され、新たな取得時刻に対応する周波数スペクトルが蓄積される。
【００４９】
メモリ１０の第２記憶領域１０ｂには、ユニークワードＵＷ１が記憶されている。このユニークワードＵＷ１は、受信データ内のユニークワード８２２と照合するためのものである。第３記憶領域１０ｃには、後述する得点閾値ＳＴの情報が記憶されている。第４記憶領域１０ｄには、所定の条件パターンとしての継続時間情報ＴＣが記憶されている。この継続時間情報ＴＣは、後述するセルの得点値ＳＣ（図５Ｂ参照）が得点閾値ＳＴ以上となる部分が所定周波数において継続時間以上継続した場合に、固定文データに対応する部分であると判断するための判断基準である。
【００５０】
演算処理部１２は、メモリ１０に蓄積された周波数スペクトルとそれを取得した取得時刻情報とに基づく演算処理を実行し、周波数スペクトル中のユニークワード８２２に対応する候補部分を抽出する機能を有する。演算処理部１２は、図２に示すようにＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）であってもよいし、ＦＦＴ回路８に接続されたＰＣであってもよい。
【００５１】
演算処理部１２は、大小比較部１２ａ、大小比較パターン取得部１２ｂ、ユニークワード抽出部１２ｃとしての機能を発揮する。以下、各機能について説明する。
【００５２】
大小比較部１２ａは、第１記憶領域１０ａ内に蓄積された周波数スペクトルにおける特定周波数、特定取得時刻の信号振幅と、その他の周波数、取得時刻の信号振幅とを比較して大小比較を行う。より具体的には、特定周波数、特定取得時刻の信号振幅が他の周波数、取得時刻の信号振幅以上である場合に、特定周波数、特定取得時刻に対応して得点値ＳＣを加算する。
【００５３】
この概念について、図５を用いて説明する。図５Ａは、図４のグラフを模式的に複数のセルＣに分割して示した説明図である。１つのセルＣは、周波数分解能ごと、かつ、取得時刻ごとに分割された単位領域であって、このセル１つ１つに信号振幅Ａが対応している。例えば、３０５ＭＨｚから３２０ＭＨｚまでの周波数スペクトルに対し、１セルの周波数分解能を１ＭＨｚとする。また、１セルの取得時刻は１０μｓとする。すなわち、１ＭＨｚ、１０μｓのセルＣに対応して１つの信号振幅Ａが格納されている。信号振幅Ａは、１２ビットの分解能を持つ強度値である。第１記憶領域１０ａ内に１ｍｓ分の取得時刻に対応する周波数スペクトルが蓄積されているとすると、１５×１００＝１５００個のセルに分割される。
【００５４】
このセルＣのうち任意の特定セルＣＳが選択される。特定セルＣＳは、特定周波数及び特定取得時刻におけるセルである。実際には、特定セルＣＳは、第１記憶領域１０ａに記憶された順序で選択されるのが一般的である。特定セルＣＳの信号振幅Ａが例えば「１０００」という値であるとする。この特定セルＣＳの信号振幅Ａと隣接セルＣＲの信号振幅Ａ（図５では、「５０」）との大小比較を行う。そして、特定セルＣＳの信号振幅Ａが隣接セルＣＲの信号振幅Ａ以上である場合に、特定セルＣＳに対し得点値＝１を加算する。特定セルＣＳの信号振幅Ａが隣接セルＣＲの信号振幅Ａ未満である場合には、特定セルＣＳに対して得点値ＳＣの加算を行わない。
【００５５】
隣接セルＣＲだけでなく、第１記憶領域１０ａ内に蓄積された周波数スペクトルのすべてのセルＣの信号振幅Ａと特定セルＣＳの信号振幅Ａとの大小比較を行い、特定セルＣＳの得点値ＳＣを加算する。特定セルＣＳの信号振幅Ａが他の３００個のセルＣの信号振幅Ａ以上である場合、特定セルＣＳの得点値ＳＣは３００となる（図５Ｂ参照）。
【００５６】
大小比較パターン取得部１２ｂは、特定セルＣＳを異なる周波数、取得時刻に対応するセルＣに変更してその新たな特定セルＣＳにおける得点値ＳＣの加算及び集計を行う。セルＣの変更を繰り返すことにより、すべてのセルＣの得点値ＳＣを算出し、第１記憶領域１０ａ内に蓄積された周波数スペクトルデータ全体における得点値パターンＰを取得する。図５Ｂは、その得点値パターンＰの例を示した図である。
【００５７】
ユニークワード抽出部１２ｃは、得点値パターンＰ内の各セルＣの得点値ＳＣと第３記憶領域１０ｃ内に記憶された得点閾値ＳＴとの大小比較を行い、セルＣの得点値ＳＣが得点閾値ＳＴ以上である場合に、セルＣに対して”○”状態のフラグを立て、セルＣの得点値ＳＣが得点閾値ＳＴ未満である場合に、セルＣに対して”×”状態のフラグを立てる。図５Ｃは、各セルＣの得点値ＳＣと得点閾値ＳＴとの大小比較を行った結果を示す勝敗パターンＰ２の例を示した図である。
【００５８】
図５Ｃの勝敗パターンＰ２内には、一定の周波数において、所定時間”○”状態が継続するパターンが含まれている。なお、本実施の形態１においては、変調方式はＦＳＫ変調方式であるので、各周波数ごとにチャンネル、”０”か”１”かガードバンドか、が予め定められている。例えば、図５Ｃにおいては、３１０ＭＨｚはガードバンド、３１１ＭＨｚはチャンネル１０の”０”、３１２ＭＨｚはチャンネル１０の”１”、３１３ＭＨｚはガードバンド、３１４ＭＨｚはチャンネル１１の”０”、３１５ＭＨｚはチャンネル１１の”１”、３１６ＭＨｚはガードバンドとされている。このように、複数チャンネルの各チャンネルは”０”と”１”に対応する周波数を有しており、チャンネルごとにガードバンドが設定されている。
【００５９】
チャンネル１０の”０”において”○”状態が５つ連続した連続パターン（すなわち”○”状態が５０μｓ継続したパターン）Ｓ０が含まれている。ユニークワード抽出部１２ｃは、第４記憶領域１０ｄ内の継続時間情報ＴＣと連続パターンＳ０とを比較する。継続時間情報ＴＣは、その時間以上”○”状態が継続した場合にデータ成分であると判断することのできる判断基準の情報であって、本実施の形態１においては例えば５０μｓである。
【００６０】
連続パターンＳ０が継続時間情報ＴＣ以上であるので、連続パターンＳ０は、データ成分としての”０”データであると判断することができる。連続パターンＳ０が、仮に”○”状態が６つ以上連続する場合であっても”０”データであると判断することができる。一方、連続パターンＳ０が仮に”○”状態が４つしか連続していない場合には、データ成分ではないと判断される。
【００６１】
チャンネル１０の”１”において”○”状態が６つ連続した連続パターンＳ１が含まれている。ユニークワード抽出部１２ｃは、この連続パターンＳ１と継続時間情報ＴＣとを比較し、連続パターンＳ１が”１”データであると判断する。こうして、チャンネル１０において、連続パターンＳ０，Ｓ１の部分が”０１”のデータであると判断される。
【００６２】
ユニークワード抽出部１２ｃは、第２記憶領域１０ｂ内のユニークワードＵＷ１と連続パターンＳ０，Ｓ１の部分とを比較する。第２記憶領域１０ｂ内には、ユニークワードＵＷ１の情報が記憶されており、本実施の形態１においては、ユニークワードＵＷ１は”０１”である。したがって、ユニークワードＵＷ１である”０１”と連続パターンＳ０，Ｓ１の部分に対応する”０１”とが一致するので、ユニークワード抽出部１２ｃは、連続パターンＳ０，Ｓ１の部分がユニークワード８２２の候補部分であるとして抽出する。
【００６３】
なお、この実施の形態１においては、”○”状態が連続するセル数（すなわち、時間）に応じて、通信ボーレートの推測が可能である。すなわち、上記の説明においては、１つのデータが”○”状態となる連続セル数は５つ（５０μｓ）である。したがって、この通信における無線センサ端末１０２のボーレートは、２０ｋｂｐｓである。一方、受信したデータの”○”状態の連続数が４つであれば、その無線センサ端末１０２のボーレートは元のボーレートの１．２５倍の２５ｋｂｐｓであると判断することができる。受信したデータの”○”状態の連続数が３つであれば、その無線センサ端末１０２のボーレートは元のボーレートの５／３倍の３３ｋｂｐｓであると判断することができる。
【００６４】
このように、”○”状態となる連続セル数に応じて、無線センサ端末１０２のボーレートを推測することができる。したがって、この信号受信機１０４は、同時に複数の異なるボーレートの無線センサ端末１０２と信号送受信を行うことができる。推測ボーレートに基づいて無線センサ端末１０２ごとの弁別が可能であるので、各無線センサ端末１０２からの送信データに各々識別情報としてのＩＤ情報を付加しなくても、推測ボーレートの値に基づき各無線センサ端末１０２を識別することができる。すなわち、無線センサ端末１０２ごとに異なるボーレートの値をＩＤ情報の代わりとして利用することができ、通信データ内からＩＤ情報を削除して通信データ量を低減することができる。ひいては、無線センサ端末１０２の省電力化、小型化に寄与する。
【００６５】
［実施の形態２］
図６は本発明の実施の形態２に係る勝敗パターンＰ２２を示した図である。上記実施の形態１においては、変調方式としてＦＳＫ変調方式を使用した例について説明したが、この実施の形態２においては、変調方式としてＡＳＫ変調方式を使用した例について説明する。なお、変調方式以外の装置構成については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００６６】
この実施の形態２においても、受信装置１０４は、受信した信号を周波数分解し、第１記憶領域１０ａに蓄積する。そして、特定セルＣＳと他のセルＣとの大小比較、得点値ＳＣの加算と集計、得点閾値ＳＴとの大小比較を行う。ここで、本実施の形態２においては、ＡＳＫ変調方式を採用しているので、例えば、３１０ＭＨｚはガードバンド、３１１ＭＨｚはチャンネル１０、３１２ＭＨｚはガードバンド、３１３ＭＨｚはチャンネル１１となる。そして、チャンネル１０内で”○”状態が５つ以上連続する部分が”１”データのデータ成分となり、”×”状態が５つ以上連続する部分が”０”データのデータ成分である。
【００６７】
ＡＳＫ変調方式では、信号振幅を用いて変調を行うので、無音部分と”０”データ部分の区別がつかない。したがって、ユニークワードＵＷ１は、”○”状態に対応する”１”データから開始する情報である必要がある。例えば本実施の形態２においては、ユニークワードＵＷ１は”１０”である。チャンネル１０内で”○”状態が５つ以上連続する部分に続き”×”状態が５つ以上連続する部分が存在すれば、その部分がユニークワード８２２の候補部分であるとして抽出される。
【００６８】
［実施の形態３］
図７は本発明の実施の形態３に係る勝敗パターンＰ２３を示した図である。上記実施の形態１においては、変調方式としてＦＳＫ変調方式を使用した例について説明したが、この実施の形態３においては、変調方式としてＰＳＫ変調方式を使用した例について説明する。なお、変調方式以外の装置構成については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００６９】
この実施の形態３においても、受信装置１０４は、受信した信号を周波数分解し、第１
記憶領域１０ａに蓄積する。そして、特定セルＣＳと他のセルＣとの大小比較、得点値ＳＣの加算と集計、得点閾値ＳＴとの大小比較を行う。ここで、本実施の形態３においては、ＰＳＫ変調方式を採用しているので、第１記憶領域１０ａに蓄積する際に、受信信号の周波数、位相、取得時刻ごとに信号振幅を蓄積する必要がある。そして、周波数、位相、取得時刻ごとにセルを分割する必要がある。
【００７０】
この実施の形態２においては、例えば、３１０ＭＨｚはガードバンド、３１１ＭＨｚはチャンネル１０、３１２ＭＨｚはガードバンド、３１３ＭＨｚはチャンネル１１となる。そして、チャンネル１０内での０°位相の信号が”０”、０°位相の信号に対して位相を９０°ずらした９０°位相の信号が”１”となる。チャンネル１０内で位相０°のセルにおいて”○”状態が５つ以上連続する部分が”０”データのデータ成分となり、位相９０°のセルにおいて”○”状態が５つ以上連続する部分が”１”データのデータ成分となる。
【００７１】
ＰＳＫ変調方式では、信号の位相を用いて変調を行うので、受信装置１０４側で基準となる位相を保持しておく必要がある。そして、例えば、その基準位相と同位相の信号を”０”、基準位相から９０°ずれた位相の信号を”１”というように、位相の相対ずれに基づき”０”か”１”かを特定する。
【００７２】
以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【００７３】
例えば、上記実施の形態１においては、ユニークワードを”０１”のデータとしているが、もちろん”１０”のデータであってもよい。無線センサ端末１０２ごとに異なるユニークワードを使用することにより、ユニークワードをＩＤ情報の代替情報として利用することができる。ユニークワードが”０１”の無線センサ端末１０２とユニークワードが”１０”の無線センサ端末１０２とをセンサネットワークシステム１００内で混在利用することにより、２倍数の無線センサ端末１０２の識別が可能となる。
【００７４】
例えば、センサネットワークシステム１００が、同じ搬送波周波数で同じボーレートの無線センサ端末１０２を、ユニークワード”０１”のものとユニークワード”１０”のものとの２台有することができる。したがって、センサネットワークシステム１００が、同一のユニークワード”０１”を用いて搬送周波数及び／又はボーレートの相違に基づき相互に識別可能な無線センサ端末１０２を１００台有する場合に、ユニークワード”１０”を用いる無線センサ端末１０２を１００台増設することが可能となる。
【００７５】
データ数を増加させることなく、簡便に無線センサ端末１０２の増設が可能となる。もちろん、ビット数増加が許容できれば”０１０１”や”１０１０”の情報をユニークワードとして適用することも可能である。
【００７６】
また、上記実施の形態１においては、第４記憶領域１０ｄに継続時間情報ＴＣが記憶され、セルＣの得点値が得点閾値以上となる部分が継続時間ＴＣ以上継続したか否かに基づき、データを判断している。
【００７７】
しかしながら、第４記憶領域１０ｄに所定時間区間情報と所定基準数情報とが記憶され、特定の周波数（例えば、図５Ｃにおける３１１ＭＨｚ、すなわちチャンネル１０の”０”。）において得点閾値以上（”○”状態）となる部分が所定時間区間内に所定基準数以上であるか否かに基づき、その部分が”０”データであるか否かを判断してもよい。例えば、所定時間区間情報が５０μｓ（図５Ｃの縦軸における５セル分）であり、所定基準数情報が４である場合には、”○”状態が５連続とならなくても、縦方向における連続５セルのうち、断続的ではあっても４セルが”○”状態であれば、その部分がデータであると判断する。
【００７８】
この場合における所定時間区間情報は、通信ボーレートと信号受信機の周波数サンプリングレート等によって決定されるが、所定時間区間の開始セルが決定されると、その開始セルから順次所定時間区間に相当する時間ウィンドウが重複や離間なしに連続して設定されることとなる。
【符号の説明】
【００７９】
信号振幅：Ａ
セル：Ｃ
特定セル：ＣＳ
隣接セル：ＣＲ
得点値パターン：Ｐ
勝敗パターン：Ｐ２，Ｐ２２，Ｐ２３
連続パターン：Ｓ０，Ｓ１
得点値：ＳＣ
得点閾値：ＳＴ
継続時間情報：ＴＣ
受信アンテナ：２
受信回路（信号受信部の一部）：４
Ａ／Ｄ変換回路（信号受信部の一部）：６
ＦＦＴ回路（信号受信部の一部）：８
メモリ（記憶部）：１０
第１記憶領域：１０ａ
第２記憶領域：１０ｂ
第３記憶領域：１０ｃ
第４記憶領域：１０ｄ
演算処理部：１２
大小比較部：１２ａ
大小比較パターン取得部：１２ｂ
ユニークワード抽出部：１２ｃ
センサネットワークシステム：１００
無線センサ端末（送信機）：１０２
受信装置（信号受信機）：１０４
無線媒体：１０６
フレーム：８００，８２０
プリアンブル：８０２
ユニークワード（固定文データ）：８０４，８２２，ＵＷ１
個体識別情報：８０６
データ部：８０８，８２４
エラー検出・訂正用情報部：８１０
パリティビット（誤り検出のための符合データ）：８２６
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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