(57)【要約】  本開示は、パルス性雑音を低減することができるようにする受信装置および方法、送信装置および方法、並びに通信システムに関する。一方の受信電極からの信号x(n)は、可変ゲインアンプと振幅制御回路に入力される。可変ゲインアンプは、一方の受信電極からの信号x(n)を増幅し、増幅した信号y(n)を、差動アンプに出力する。差動アンプは、他方の受信電極からの信号d(n)と可変ゲインアンプからの信号y(n)を入力し、差分の信号e(n)を出力する。振幅制御回路は、一方の受信電極からの信号x(n)と、差動アンプからの出力信号振幅とを用いて、可変ゲインアンプのゲインw(n)を設定するアルゴリズムにより、入力振幅を制御する。本開示は、例えば、空気または人体を伝送媒体として周辺電界の変動を用いて通信を行う電界通信システムに適用することができる。
2017057045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の送信電極に印加する電圧を変化させてデータを送信する送信装置により変動した周辺電界の信号を受ける１対の受信電極と、
前記受信電極の一方からの信号を増幅する可変ゲインアンプと、
前記受信電極の他方からの信号と、前記可変ゲインアンプからの信号との差分を出力する差動アンプと、
前記差動アンプからの出力信号の振幅と、前記他方からの信号の振幅とに応じて、前記可変ゲインアンプのゲインを制御するゲイン制御部と
を備える受信装置。
【請求項２】
前記ゲイン制御部は、通信による信号のない区間において、前記可変ゲインアンプのゲインを制御する
請求項１に記載の受信装置。
【請求項３】
前記ゲイン制御部は、通信を行う前の通信による信号のない区間において、前記可変ゲインアンプのゲインを制御する
請求項２に記載の受信装置。
【請求項４】
前記ゲイン制御部は、積分器からなる
請求項１の記載の受信装置。
【請求項５】
前記ゲイン制御部は、信号処理により前記可変ゲインアンプのゲインを制御する
請求項１の記載の受信装置。
【請求項６】
前記ゲイン制御部は、前記差動アンプからの出力信号の振幅が最小となるように前記可変ゲインアンプのゲインを制御する
請求項１の記載の受信装置。
【請求項７】
前記１対の受信電極の一方は、前記１対の送信電極の一方と人体に近接あるいは密着した状態で、前記送信装置により変動した周辺電界の信号を受ける
請求項１の記載の受信装置。
【請求項８】
前記１対の受信電極は、前記１対の送信電極と近接した状態で、前記送信装置により変動した周辺電界の信号を受ける
請求項１の記載の受信装置。
【請求項９】
１対の受信電極が、１対の送信電極に印加する電圧を変化させてデータを送信する送信装置により変動した周辺電界の信号を受け、
可変ゲインアンプが、前記受信電極の一方からの信号を増幅し、
差動アンプが、前記受信電極の他方からの信号と、前記可変ゲインアンプからの信号との差分を出力し、
ゲイン制御部が、前記差動アンプからの出力信号の振幅と、前記他方からの信号の振幅とに応じて、前記可変ゲインアンプのゲインを制御する
受信方法。
【請求項１０】
周辺電界の信号を受ける１対の受信電極と、
前記受信電極の一方からの信号を増幅する可変ゲインアンプと、
前記受信電極の他方からの信号と、前記可変ゲインアンプからの信号との差分を出力する差動アンプと、
前記差動アンプからの出力信号の振幅と、前記他方からの信号の振幅とに応じて、前記可変ゲインアンプのゲインを制御するゲイン制御部と
を備える受信装置の前記１対の受信電極が信号を受ける前記周辺電界を変動させる１対の送信電極と、
前記１対の送信電極に印加する電圧を変化させてデータを送信する送信部と
を備える送信装置。
【請求項１１】
前記１対の送信電極の一方は、前記１対の受信電極の一方と人体に近接あるいは密着した状態で、前記１対の受信電極が信号を受ける前記周辺電界を変動させる
請求項１０の記載の送信装置。
【請求項１２】
前記１対の送信電極は、前記１対の受信電極と近接した状態で、前記１対の受信電極が信号を受ける前記周辺電界を変動させる
請求項１０の記載の送信装置。
【請求項１３】
周辺電界の信号を受ける１対の受信電極と、
前記受信電極の一方からの信号を増幅する可変ゲインアンプと、
前記受信電極の他方からの信号と、前記可変ゲインアンプからの信号との差分を出力する差動アンプと、
前記差動アンプからの出力信号の振幅と、前記他方からの信号の振幅とに応じて、前記可変ゲインアンプのゲインを制御するゲイン制御部と
を備える受信装置の前記１対の受信電極が信号を受ける前記周辺電界を、１対の送信電極が変動させ、
送信部が、前記１対の送信電極に印加する電圧を変化させてデータを送信する
送信方法。
【請求項１４】
１対の送信電極と、
前記１対の送信電極に印加する電圧を変化させてデータを送信する送信部と
を備える送信装置と、
前記送信装置により変動した周辺電界の信号を受ける１対の受信電極と、
前記受信電極の一方からの信号を増幅する可変ゲインアンプと、
前記受信電極の他方からの信号と、前記可変ゲインアンプからの信号との差分を出力する差動アンプと、
前記差動アンプからの出力信号の振幅と、前記他方からの信号の振幅とに応じて、前記可変ゲインアンプのゲインを制御するゲイン制御部と
を備える受信装置と
からなる通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、受信装置および方法、送信装置および方法、並びに通信システムに関し、特に、パルス性雑音を低減することができるようにした受信装置および方法、送信装置および方法、並びに通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電界通信とは、電磁波を使った無線通信と異なり電界変動を用いた通信方式である。特許文献１に示されるように、送信機は送りたいデータに応じて送信電極に印加する電圧を変化させることで周辺電界を変動させ、受信機はその周辺電界の変動を受信電極間に生じる電位差変動から検出し、送られたデータを推定する。【０００３】
この通信方式の標準化規格は、ISO/IEC 17982 Closed Capacitive Coupling Communication Physical Layer Edition 1, あるいは IEEE 802.15.6 Human Body Communication がある。それぞれ信号フォーマットなどが異なるが、伝送原理は上述した方法と同様である。【０００４】
いずれも伝送信号帯域は直流付近から数十MHzの間である。一方で伝送距離は高々1-2 m程度である。すなわち伝送距離は送信信号の波長に対して極めて短いことから近傍界伝送と言える。このことを用いて伝送距離は短いものの、例えば IEEE 802.15.6 Annex D に示されるように、人体が送信電極、受信電極に触れると人体に信号に応じて帯電され、あたかも人体が伝送媒体のような信号伝送が行われるという応用が考えられる。【０００５】
この伝送信号帯域には多くの雑音源が存在する。50/60Hzの商用電源、蛍光灯、LCDディスプレイ、スイッチング電源、その他デジタル回路等である。これら雑音は電界通信に干渉を与え通信品質を低下させる。この干渉を低減させるために、受信回路に広域濾波器、低域濾波器を具備する提案がある。【０００６】
しかしながら、広域濾波器、低域濾波器を具備しても実施可能な帯域制限にも限度がある。それは、帯域制限は同時に信号波形が歪むことで符号間干渉が発生し、符号伝送誤りの原因となるからである。【０００７】
一方で雑音スペクトルは信号帯域内にも存在する可能性は高い。特に本電界通信システムを、多機能携帯電話機等のデジタル機器に搭載した場合、多機能携帯電話機の持つLCDディスプレイやその他デジタル回路が至近距離にあるため、これらが発する雑音の干渉レベルは非常に高くなり、電界通信の品質に大きな影響を与えていた。【０００８】
これら雑音を低減する提案として、受信回路に差動アンプを使用することが考えられる。これは雑音が差動アンプ回路グラウンドに対してコモンモードで混入した場合に、同相同振幅であることから差動アンプの出力には現れないことを期待している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４５０１０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、人体近傍の電界信号を検出するため、ひとつの受信電極を人体で触れた場合、その電極に入力される雑音信号レベルd(n)は他方の電極のそれy(n)に較べて大きく変化する。したがって、差動アンプに入力される雑音は同相同振幅ではなく、E[dj2 ]  > E[yj2 ] になることから、差動アンプ出力に大きな雑音が現れることで通信品質を低下させていた。【００１１】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、パルス性雑音を低減することができるものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本技術の第１の側面の受信装置は、１対の送信電極に印加する電圧を変化させてデータを送信する送信装置により変動した周辺電界の信号を受ける１対の受信電極と、前記受信電極の一方からの信号を増幅する可変ゲインアンプと、前記受信電極の他方からの信号と、前記可変ゲインアンプからの信号との差分を出力する差動アンプと、前記差動アンプからの出力信号の振幅と、前記他方からの信号の振幅とに応じて、前記可変ゲインアンプのゲインを制御するゲイン制御部とを備える。【００１３】
前記ゲイン制御部は、通信による信号のない区間において、前記可変ゲインアンプのゲインを制御することができる。【００１４】
前記ゲイン制御部は、通信を行う前の通信による信号のない区間において、前記可変ゲインアンプのゲインを制御することができる。【００１５】
前記ゲイン制御部は、積分器からなる。【００１６】
前記ゲイン制御部は、信号処理により前記可変ゲインアンプのゲインを制御することができる。【００１７】
前記１対の受信電極の一方は、前記１対の送信電極の一方と人体に近接あるいは密着した状態で、前記送信装置により変動した周辺電界の信号を受けることができる。【００１８】
前記１対の受信電極は、前記１対の送信電極と近接した状態で、前記送信装置により変動した周辺電界の信号を受けることができる。【００１９】
本技術の第１の側面の受信方法は、１対の受信電極が、１対の送信電極に印加する電圧を変化させてデータを送信する送信装置により変動した周辺電界の信号を受け、可変ゲインアンプが、前記受信電極の一方からの信号を増幅し、差動アンプが、前記受信電極の他方からの信号と、前記可変ゲインアンプからの信号との差分を出力し、ゲイン制御部が、前記差動アンプからの出力信号の振幅と、前記他方からの信号の振幅とに応じて、前記可変ゲインアンプのゲインを制御する。【００２０】
本技術の第２の側面の送信装置は、周辺電界の信号を受ける１対の受信電極と、前記受信電極の一方からの信号を増幅する可変ゲインアンプと、前記受信電極の他方からの信号と、前記可変ゲインアンプからの信号との差分を出力する差動アンプと、前記差動アンプからの出力信号の振幅と、前記他方からの信号の振幅とに応じて、前記可変ゲインアンプのゲインを制御するゲイン制御部とを備える受信装置の前記１対の受信電極が信号を受ける前記周辺電界を変動させる１対の送信電極と、前記１対の送信電極に印加する電圧を変化させてデータを送信する送信部とを備える。【００２１】
前記１対の送信電極の一方は、前記１対の受信電極の一方と人体に近接あるいは密着した状態で、前記１対の受信電極が信号を受ける前記周辺電界を変動させることができる。【００２２】
前記１対の送信電極は、前記１対の受信電極と近接した状態で、前記１対の受信電極が信号を受ける前記周辺電界を変動させることができる。【００２３】
本技術の第２の側面の送信方法は、周辺電界の信号を受ける１対の受信電極と、前記受信電極の一方からの信号を増幅する可変ゲインアンプと、前記受信電極の他方からの信号と、前記可変ゲインアンプからの信号との差分を出力する差動アンプと、前記差動アンプからの出力信号の振幅と、前記他方からの信号の振幅とに応じて、前記可変ゲインアンプのゲインを制御するゲイン制御部とを備える受信装置の前記１対の受信電極が信号を受ける前記周辺電界を、１対の送信電極が変動させ、送信部が、前記１対の送信電極に印加する電圧を変化させてデータを送信する。【００２４】
本技術の第３の側面の通信システムは、１対の送信電極と、前記１対の送信電極に印加する電圧を変化させてデータを送信する送信部とを備える送信装置と、前記送信装置により変動した周辺電界の信号を受ける１対の受信電極と、前記受信電極の一方からの信号を増幅する可変ゲインアンプと、前記受信電極の他方からの信号と、前記可変ゲインアンプからの信号との差分を出力する差動アンプと、前記差動アンプからの出力信号の振幅と、前記他方からの信号の振幅とに応じて、前記可変ゲインアンプのゲインを制御するゲイン制御部とを備える受信装置とからなる。【００２５】
本技術の第１の側面においては、１対の受信電極により、１対の送信電極に印加する電圧を変化させてデータを送信する送信装置により変動した周辺電界の信号が受けられ、可変ゲインアンプにより、前記受信電極の一方からの信号が増幅され、差動アンプにより、前記受信電極の他方からの信号と、前記可変ゲインアンプからの信号との差分が出力され、ゲイン制御部により、前記差動アンプからの出力信号の振幅と、前記他方からの信号の振幅とに応じて、前記可変ゲインアンプのゲインが制御される。【００２６】
本技術の第２の側面においては、周辺電界の信号を受ける１対の受信電極と、前記受信電極の一方からの信号を増幅する可変ゲインアンプと、前記受信電極の他方からの信号と、前記可変ゲインアンプからの信号との差分を出力する差動アンプと、前記差動アンプからの出力信号の振幅と、前記他方からの信号の振幅とに応じて、前記可変ゲインアンプのゲインを制御するゲイン制御部とを備える受信装置の前記１対の受信電極が信号を受ける前記周辺電界が、１対の送信電極により変動され、送信部により、前記１対の送信電極に印加する電圧を変化させてデータが送信される。【００２７】
本技術の第３の側面においては、１対の送信電極により周辺電界が変動され、送信部により、前記１対の送信電極に印加する電圧を変化させてデータが送信される。そして、１対の受信電極により、変動した前記周辺電界の信号が受けられ、可変ゲインアンプにより、前記受信電極の一方からの信号が増幅され、差動アンプにより、前記受信電極の他方からの信号と、前記可変ゲインアンプからの信号との差分が出力され、ゲイン制御部により、前記差動アンプからの出力信号の振幅と、前記他方からの信号の振幅とに応じて、前記可変ゲインアンプのゲインが制御される。
【発明の効果】
【００２８】
本技術によれば、パルス性雑音を低減することができる。【００２９】
なお、本明細書に記載された効果は、あくまで例示であり、本技術の効果は、本明細書に記載された効果に限定されるものではなく、付加的な効果があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】電界通信システムの概略構成例を示す図である。
【図２】図１の受信装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】人体を用いた場合の電界通信について説明する図である。
【図４】本技術を適用した電界通信システムの例を示す図である。
【図５】図４の受信装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】図５の振幅制御回路の構成例を示すブロックである。
【図７】無信号区間について説明する図である。
【図８】送信装置の処理を説明するフローチャートである。
【図９】受信装置の処理を説明するフローチャートである。
【図１０】パーソナルコンピュータの構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本開示を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。
【００３２】
＜電界通信システムの概略構成例＞
図１は、電界通信システムの概略構成例を示す図である。
【００３３】
図１の例においては、電界通信システム１１は、送信装置２１、受信装置２２、および人体２３により構成されている。送信装置２１は、１対の２枚電極である送信電極３１−１および３１−２を有している。受信装置２２は、１対の２枚電極である受信電極３２−１および３２−２を有している。図１の例においては、人体２３は、導電体、誘電体として用いられる。
【００３４】
電界通信とは、電磁波を使った無線通信と異なり、電界変動を用いた通信方式である。図１に示されるように、送信装置２１は、送りたいデータに応じて、送信電極３１−１および３１−２に印加する電圧を変化させることで、pに示される交番（極性が入れ替わる）双極子になって、周辺電界を変動させる。この電界に応じて、人体２３は帯電する。受信装置２２は、その周辺電界の変動を、２枚の受信電極３２−１および３２−２間に生じる電圧V (電位差変動)から検出し、送られたデータを推定する。
【００３５】
pは、交番双極子ベクトルであり、プラスマイナスが入れ替わる双極子の強弱を表している。
【００３６】
この通信方式の標準化規格は、ISO/IEC 17982 Closed Capacitive Coupling Communication Physical Layer Edition 1, あるいは IEEE 802.15.6 Human Body Communication がある。それぞれ信号フォーマットなどが異なるが、伝送原理は上述した方法と同様である。いずれも伝送信号帯域は直流付近から数十MHzの間である。一方で伝送距離は高々1-2 m程度である。すなわち伝送距離は送信信号の波長に対して極めて短いことから近傍界伝送と言える。
【００３７】
すなわち、10センチほどの近距離であれば、特段の伝送媒体がなくても、周辺電界の変動を検出することができるが、図１の例においては、伝送距離は短いものの、例えば IEEE 802.15.6 Annex D に示されるように、人体２３を伝送媒体とする例が示されている。なお、図１の例においては、送信電極３１−２および受信電極３２−２が人体２３に触れている例が示されている。
【００３８】
図１の例において、人体２３は、送信電極３１−２および受信電極３２−２を接触させることで帯電し、電界Ebが生じる。したがって、受信装置２２は、人体２３の電界変動を、２枚の受信電極３２−１および３２−２間に生じる電圧V (電位差変動)から検出し、送られたデータを推定する。
【００３９】
この伝送信号帯域には多くの雑音源が存在する。50/60Hzの商用電源、蛍光灯、LCDディスプレイ、スイッチング電源、その他デジタル回路等である。これら雑音は、電界と磁界からなる。図１に示されるように、雑音の電界Esは、信号の電界Ebとともに受け取られてしまうので、電界通信に干渉を与え通信品質を低下させる。この干渉を低減させるために、受信回路に広域濾波器、低域濾波器を具備する提案がある。
【００４０】
しかしながら、電界通信においては、広域濾波器、低域濾波器を具備しても実施可能な帯域制限にも限度がある。それは、帯域制限は同時に信号波形が歪むことで符号間干渉が発生し、符号伝送誤りの原因となるからである。
【００４１】
一方で雑音スペクトルは、信号帯域内にも存在する可能性は高い。特に、電界通信システムを、多機能携帯電話機等のデジタル機器に搭載した場合、多機能携帯電話機の持つLCDディスプレイやその他デジタル回路が至近距離にあるため、これらが発する雑音の干渉レベルは非常に高くなり、電界通信の品質に大きな影響を与えていた。
【００４２】
これら雑音を低減する提案として、図２に示されるように、受信装置２２に差動アンプ４１を使用することが考えられる。図２の例においては、受信装置２２は、差動アンプ４１および判定器４２を含むように構成されている。差動アンプ４１は、受信電極３２−１からの信号レベルd(n)と、受信電極３２−２からの信号レベルy（n）（＝d’(n)）を入力し、回路グラウンド(GND)の間に生じる電位差の差分に応じたものe(n)を判定器４２に出力する。判定器４２は、入力信号の電圧と予め定めた閾値とを比較し、結果に応じて、１または０を、受信データとして出力する。例えば、入力信号の電圧が閾値を上回る場合、１が出力され、電圧が閾値を下回る場合、０が出力される。
【００４３】
この提案は、雑音が回路グラウンド(GND)に対してコモンモードで混入した場合に、同相同振幅であることから差動アンプの出力には現れないことを期待している。
【００４４】
しかしながら、人体近傍の電界信号を検出するため、ひとつの受信電極を人体で触れた場合を考える。
【００４５】
例えば、図３のＡにおいては、差動アンプ４１に受信電極３２−１および３２−２から同相で雑音が入力された場合の例が示されている。図３のＢにおいては、受信電極を人体で触れた場合の例が示されている。図３のＢに示されるように、１つの受信電極（例えば、受信電極３２−１）を人体（指２３Ａ）で触れた場合、その電極に入力される雑音信号レベルd(n)は他方の電極のそれy(n)に較べて大きく変化する。
【００４６】
したがって、差動アンプ４１に入力される雑音は同相同振幅ではなく、E[dj2 ] > E[yj2 ]になることから、差動アンプ出力に大きな雑音が現れることで通信品質を低下させていた。
【００４７】
＜本技術の電界通信システムの構成例＞
図４は、本技術を適用した電界通信システムの構成例を示すブロック図である。なお、図１の例と対応する部には対応する符号が付してある。図４の例においては、人体２３を媒体とする例が記載されているが、10センチほどの近距離であれば、人体２３などの特段の伝送媒体がなくても、周辺電界の変動を検出することができる。
【００４８】
図４の例においては、電界通信システム１０１は、一対の送信電極３１−１および３１−２を備える送信装置２１、一対の受信電極３２−１および３２−２を備える受信装置１１１、および人体２３から構成されている。なお、図４の例の場合、送信電極３１−２および受信電極３２−２が人体２３に触れている例が示されている。また、送信装置２１および受信装置１１１は、例えば、携帯あるいは腕や首など身に付けることが可能に構成される。あるいは、送信装置２１および受信装置１１１は、マットなど、足で踏むことができるように構成される。
【００４９】
送信装置２１は、送信ドライバ１２１を備えている。送信ドライバ１２１は、入力された送信データに応じた電圧を、送信電極３１−１および３１−２間に印加する。電圧が印加された送信電極３１−１および３１−２は、周辺空間および人体２３上に電界を形成する。
【００５０】
受信電極３２−１および３２−２の付近に生じた電界により、受信電極３２−１および３２−２間に電位差が生じる。受信装置１１１は、一方の電極（図４の場合、人体２３に触れている方の受信電極３２−２）からの信号を増幅し、その結果と、他方の電極（図４の場合、受信電極３２−１）からの信号との差分を出力する。また、受信装置１１１は、出力した差分と一方の信号とを用いて、一方の信号を増幅するアンプのゲインを設定する。
【００５１】
受信装置１１１は、さらに、出力した差分（入力信号）の電圧と予め定めた閾値とを比較し、結果に応じて、１または０を、受信データとして出力する。例えば、入力信号の電圧が閾値を上回る場合、１が出力され、電圧が閾値を下回る場合、０が出力される。
【００５２】
図５は、受信装置の構成例を示すブロック図である。
【００５３】
受信装置１１１は、受信電極３２−１および３２−２、差動アンプ４１、並びに判定器４２を備える点は、図２の受信装置２２と共通している。受信装置１１１は、振幅制御回路１３１および可変ゲインアンプ１３２が追加された点が、図２の受信装置２２と異なっている。
【００５４】
すなわち、受信電極３２−２からの信号x(n)は、可変ゲインアンプ１３２と振幅制御回路１３１に入力される。振幅制御回路１３１は、受信電極３２−２からの信号x(n)と、差動アンプ４１からの出力信号振幅とを用いて、可変ゲインアンプ１３２のゲインw(n)を設定するデジタル信号処理のアルゴリズムにより、入力振幅を制御する。以下、デジタル信号処理のアルゴリズムとして、Least Mean Square(LMS)を例に説明する。
【００５５】
可変ゲインアンプ１３２は、人体２３に触れている方の受信電極３２−２からの信号x(n)を増幅し、増幅した信号y(n)を、差動アンプ４１に出力する。差動アンプ４１は、受信電極３２−１からの信号d(n)と可変ゲインアンプ１３２からの信号y(n)を入力し、差分の信号e(n)を判定器４２に出力する。
【００５６】
まず、簡単のため、離散時間(n)で考える。送信装置２１から送信された信号のない無信号区間とする。このとき、受信電極に現れるのは、雑音のみである。このとき、差動アンプ４１は、２つある受信電極のそれぞれと回路グラウンド(GND)の間に生じる電位差の差分に応じたものe(n)を判定器４２に出力する。e(n)は、次の式（１）で表わされる。
【数１】
2017057045.tif 000003
また、e(n)は、差動アンプ４１の出力電圧、d(n)は、受信電極３２−１からの電圧、y(n)は、受信電極３２−２の電圧を可変ゲインアンプ１３２で増幅した電圧である。
【００５７】
ここで、可変ゲインアンプ１３２の重み係数を調整することで、d(n)の雑音分は、y(n)でキャンセル、すなわち、小さくされる。この雑音低減のための指標Jは、次の式（２）で表わされる。
【数２】
2017057045.tif 000004
【００５８】
すなわち、
【数３】
2017057045.tif 000005
であり、この最適解は、次の式（４）を繰り返すことで求められる。
【数４】
2017057045.tif 000006
【００５９】
本実施の形態においては、w(n)もx(n)もいずれも１次元である。したがって、次の式（５）となる。
【数５】
2017057045.tif 000007
【００６０】
上述した式（５）を連続時間系に変換する。式（５）のz変換は、次の式（６）のように表される。
【数６】
2017057045.tif 000008
【００６１】
ここまでが、LMSのアルゴリズムである。ここで、z領域とs領域の関係は、z=esTであるから、次の式（７）である。
【数７】
2017057045.tif 000009
【００６２】
さらに、esT=1+Ts+(Ts)2/2!+(Ts)3/3!+…=1+Ts、(T →０)と書けるので、次の式（８）である。
【数８】
2017057045.tif 000010
【００６３】
この式（８）を逆Laplace変換することで、時刻tの形にすると、次の式（９）となる。
【数９】
2017057045.tif 000011
【００６４】
アルゴリズムは、上述した演算が用いられる。具体的には、積分器である。このように、差動アンプ４１出力の信号振幅に応じて（詳しくは、信号振幅が最小となるように）、振幅制御回路１３１を制御することで、２つの受信電極に入力される同相雑音信号により生じる差動アンプ４１出力の雑音信号振幅を低減することができる。
【００６５】
なお、上記説明においては、連続時間系のLeast Mean Square(LMS)アルゴリズムを例として説明している。なお、本技術において、アルゴリズムはこれに限定されるものではない。また、離散時間系での実現も可能である。
【００６６】
図６は、LMSアルゴリズムの実現例として、振幅制御回路１３１が積分器からなる例を示す図である。
【００６７】
振幅制御回路１３１は、乗算器１４１、積分器１４２、増幅器１４３を含むように構成されている。
【００６８】
乗算器１４１は、受信電極３２−２からの信号x(n)と、差動アンプ４１からの出力信号振幅とe(n)振幅を乗算し、乗算結果を積分器１４２に出力する。積分器１４２は、乗算器１４１による乗算結果を積分し、増幅器１４３に出力する。増幅器１４３は、積分後の値を係数kで増幅した結果である重み係数wを可変ゲインアンプ１３２に供給する。
【００６９】
なお、アルゴリズムの動作時刻を、無送信区間に定める方法がある。例えば、ISO/IEC 17982システムの場合、図７に示されるようなTime Division Slot(TDS)とtime-segmentが定義されている。
【００７０】
ひとつのtime-segmentには、８つのTDSがある。１つの送受信対について１つのTDSを割り当てるとすると、他に通信機がない場合は、残りの７つのTDS区間は無信号となる。すなわち、規格に従うと、送信信号は断続的に送られる。
【００７１】
そこで、無信号区間、例えば、通信を行う前、信号区間の直前に、本技術の信号処理（アルゴリズム）を動作させることで、通信状態での可変ゲインアンプは、最適なゲインに設定される。雑音の状態は、受信電極３２−１、受信電極３２−２の配置の他、人体のそれらへの接触の具合にも依存する。したがって、状況は、時変と考えられるので、このように、通信を行う前の信号区間直前で、本技術の処理を動作させるのが適している。
【００７２】
＜本技術の電界通信システムの処理例＞
次に、図８のフローチャートを参照して、送信装置２１の処理について説明する。
【００７３】
送信ドライバ１２１は、ステップＳ５１において、送信データを入力し、ステップＳ５２において、入力された送信データに応じた電圧を、送信電極３１−１および３１−２間に印加する。
【００７４】
電圧が印加された送信電極３１−１および３１−２は、周辺空間および人体２３上に電界を形成する。
【００７５】
送信ドライバ１２１は、ステップＳ５３において、入力された送信データが最後のデータであるか否かを判定する。ステップＳ５３において、最後のデータではないと判定された場合、処理は、ステップＳ５１に戻り、それ以降の処理を繰り返す。
【００７６】
ステップＳ５３において、最後のデータであると判定された場合、送信装置２１の処理は終了する。
【００７７】
次に、図９のフローチャートを参照して、受信装置２２の処理について説明する。
【００７８】
受信電極３２−１および３２−２の付近に生じた電界により、受信電極３２−１および３２−２間に電位差が生じる。
【００７９】
可変ゲインアンプ１３２は、ステップＳ１０１において、一方の信号（受信電極３２−２）からの信号x(n)を増幅し、増幅した信号y(n)を、差動アンプ４１に出力する。可変ゲインアンプ１３２には、他方の信号（受信電極３２−１からの信号d(n)）も入力される。
【００８０】
ステップＳ１０２において、差動アンプ４１は、受信電極３２−１からの信号d(n)と、可変ゲインアンプ１３２により増幅された信号y(n)との差分を判定器４２および振幅制御回路１３１に出力する。
【００８１】
振幅制御回路１３１は、ステップＳ１０３において、現在のTDS区間が、無信号区間であるか否かを判定する。ステップＳ１０３において、無信号区間であると判定された場合、処理は、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４において、振幅制御回路１３１は、可変ゲインアンプ１３２のゲインを設定する。
【００８２】
ステップＳ１０３において、無信号区間ではないと判定された場合、処理は、ステップＳ１０４をスキップし、ステップＳ１０５に進む。
【００８３】
ステップＳ１０５において、判定器４２は、入力信号の電圧と予め定めた閾値とを比較し、結果に応じて、１または０を、受信データとして出力する。例えば、入力信号の電圧が閾値を上回る場合、１が出力され、電圧が閾値を下回る場合、０が出力される。
【００８４】
ステップＳ１０６において、可変ゲインアンプ１３２は、受信電極３２−２からの信号（データ）が最後のデータであるか否かを判定する。ステップＳ１０６において、最後のデータではないと判定された場合、処理は、ステップＳ１０１に戻り、それ以降の処理が繰り返される。ステップＳ１０６において、最後のデータであると判定された場合、受信装置の処理は、終了される。
【００８５】
以上のように、本技術によれば、可変ゲインアンプのゲインを設定するようにしたので、低域瀘波器、高域瀘波器などで低減できないパルス性雑音の低減を行うことができる。
【００８６】
これにより、通信品質を高めることができる。電界通信システムを搭載する可能性の高い多機能携帯電話機などの電子機器は、非常に多くのパルス性雑音を発生するので、大きな効果を得ることができる。
【００８７】
特にパルス性雑音による電界通信システムの受信装置への影響を低減できる。具体的には、増幅器の飽和やAGC回路のパルス性雑音への追従による、所望信号情報の欠落や信号強度の低下を回避できる。
【００８８】
本技術によれば、広帯域であるパルス性雑音を低減することから、伝送信号の広域化が実現できる。これにより、電界通信の高速化することができる。
【００８９】
また、電界電信にける電極配置に自由度が得られる。一般に電界通信における電極配置は、電界通信の性能が得られるように行うのが望ましいが、一方で商品設計上の制約条件、例えば、デザインや他の部品配置を満足する必要があり、必ずしもパルス性雑音の低いところに電極をおけるとは限らない。
【００９０】
本技術によれば、そのようなパルス性雑音を低減できるので、設計上の自由度が高まる。
【００９１】
＜パーソナルコンピュータ＞
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。
【００９２】
図１０は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するパーソナルコンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。
【００９３】
パーソナルコンピュータ５００において、CPU（Central Processing Unit）５０１、ROM（Read Only Memory）５０２、RAM（Random Access Memory）５０３は、バス５０４により相互に接続されている。
【００９４】
バス５０４には、さらに、入出力インタフェース５０５が接続されている。入出力インタフェース５０５には、入力部５０６、出力部５０７、記憶部５０８、通信部５０９、及びドライブ５１０が接続されている。
【００９５】
入力部５０６は、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる。出力部５０７は、ディスプレイ、スピーカなどよりなる。記憶部５０８は、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる。通信部５０９は、ネットワークインタフェースなどよりなる。ドライブ５１０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリなどのリムーバブルメディア５１１を駆動する。
【００９６】
以上のように構成されるパーソナルコンピュータ５００では、CPU５０１が、例えば、記憶部５０８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース５０５及びバス５０４を介して、RAM５０３にロードして実行する。これにより、上述した一連の処理が行われる。
【００９７】
コンピュータ（CPU５０１）が実行するプログラムは、リムーバブルメディア５１１に記録して提供することができる。リムーバブルメディア５１１は、例えば、磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disc)等）、光磁気ディスク、もしくは半導体メモリなどよりなるパッケージメディア等である。また、あるいは、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。
【００９８】
コンピュータにおいて、プログラムは、リムーバブルメディア５１１をドライブ５１０に装着することにより、入出力インタフェース５０５を介して、記憶部５０８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部５０９で受信し、記憶部５０８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM５０２や記憶部５０８に、あらかじめインストールしておくことができる。
【００９９】
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要な段階で処理が行われるプログラムであっても良い。
【０１００】
また、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【０１０１】
また、本明細書において、システムとは、複数のデバイス（装置）により構成される装置全体を表すものである。
【０１０２】
なお、本開示における実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０１０３】
また、以上において、１つの装置（または処理部）として説明した構成を分割し、複数の装置（または処理部）として構成するようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置（または処理部）として説明した構成をまとめて１つの装置（または処理部）として構成されるようにしてもよい。また、各装置（または各処理部）の構成に上述した以外の構成を付加するようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置（または処理部）の構成の一部を他の装置（または他の処理部）の構成に含めるようにしてもよい。つまり、本技術は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０１０４】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、開示はかかる例に限定されない。本開示の属する技術の分野における通常の知識を有するのであれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例また修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１０５】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）  １対の送信電極に印加する電圧を変化させてデータを送信する送信装置により変動した周辺電界の信号を受ける１対の受信電極と、
前記受信電極の一方からの信号を増幅する可変ゲインアンプと、
前記受信電極の他方からの信号と、前記可変ゲインアンプからの信号との差分を出力する差動アンプと、
前記差動アンプからの出力信号の振幅と、前記他方からの信号の振幅とに応じて、前記可変ゲインアンプのゲインを制御するゲイン制御部と
を備える受信装置。
（２）  前記ゲイン制御部は、通信による信号のない区間において、前記可変ゲインアンプのゲインを制御する
前記（１）に記載の受信装置。
（３）  前記ゲイン制御部は、通信を行う前の通信による信号のない区間において、前記可変ゲインアンプのゲインを制御する
前記（１）または（２）に記載の受信装置。
（４）  前記ゲイン制御部は、積分器からなる
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の受信装置。
（５）  前記ゲイン制御部は、信号処理により前記可変ゲインアンプのゲインを制御する
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の受信装置。
（６）  前記ゲイン制御部は、前記差動アンプからの出力信号の振幅が最小となるように前記可変ゲインアンプのゲインを制御する
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の受信装置。
（７）  前記１対の受信電極の一方は、前記１対の送信電極の一方と人体に近接あるいは密着した状態で、前記送信装置により変動した周辺電界の信号を受ける
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の受信装置。
（８）  前記１対の受信電極は、前記１対の送信電極と近接した状態で、前記送信装置により変動した周辺電界の信号を受ける
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の受信装置。
（９）  １対の受信電極が、１対の送信電極に印加する電圧を変化させてデータを送信する送信装置により変動した周辺電界の信号を受け、
可変ゲインアンプが、前記受信電極の一方からの信号を増幅し、
差動アンプが、前記受信電極の他方からの信号と、前記可変ゲインアンプからの信号との差分を出力し、
ゲイン制御部が、前記差動アンプからの出力信号の振幅と、前記他方からの信号の振幅とに応じて、前記可変ゲインアンプのゲインを制御する
受信方法。
（１０）  周辺電界の信号を受ける１対の受信電極と、
前記受信電極の一方からの信号を増幅する可変ゲインアンプと、
前記受信電極の他方からの信号と、前記可変ゲインアンプからの信号との差分を出力する差動アンプと、
前記差動アンプからの出力信号の振幅と、前記他方からの信号の振幅とに応じて、前記可変ゲインアンプのゲインを制御するゲイン制御部と
を備える受信装置の前記１対の受信電極が信号を受ける前記周辺電界を変動させる１対の送信電極と、
前記１対の送信電極に印加する電圧を変化させてデータを送信する送信部と
を備える送信装置。
（１１）  前記１対の送信電極の一方は、前記１対の受信電極の一方と人体に近接あるいは密着した状態で、前記１対の受信電極が信号を受ける前記周辺電界を変動させる
前記（１０）に記載の送信装置。
（１２）  前記１対の送信電極は、前記１対の受信電極と近接した状態で、前記１対の受信電極が信号を受ける前記周辺電界を変動させる
前記（１０）に記載の送信装置。
（１３）  周辺電界の信号を受ける１対の受信電極と、
前記受信電極の一方からの信号を増幅する可変ゲインアンプと、
前記受信電極の他方からの信号と、前記可変ゲインアンプからの信号との差分を出力する差動アンプと、
前記差動アンプからの出力信号の振幅と、前記他方からの信号の振幅とに応じて、前記可変ゲインアンプのゲインを制御するゲイン制御部と
を備える受信装置の前記１対の受信電極が信号を受ける前記周辺電界を、１対の送信電極が変動させ、
送信部が、前記１対の送信電極に印加する電圧を変化させてデータを送信する
送信方法。
（１４）  １対の送信電極と、
前記１対の送信電極に印加する電圧を変化させてデータを送信する送信部と
を備える送信装置と、
前記送信装置により変動した周辺電界の信号を受ける１対の受信電極と、
前記受信電極の一方からの信号を増幅する可変ゲインアンプと、
前記受信電極の他方からの信号と、前記可変ゲインアンプからの信号との差分を出力する差動アンプと、
前記差動アンプからの出力信号の振幅と、前記他方からの信号の振幅とに応じて、前記可変ゲインアンプのゲインを制御するゲイン制御部と
を備える受信装置と
からなる通信システム。
【符号の説明】
【０１０６】
１１  電界通信システム，  ２１  送信装置，  ２２  受信装置，  ２３  人体，  ３１−１，３１−２  送信電極，  ３２−１，３２−２  受信電極，  ４１  差動アンプ，  ４２  判定器，  １０１  電界通信システム，  １１１  受信装置，  １２１  送信ドライバ，  １３１  振幅制御回路，  １３２  可変ゲインアンプ，  １４１  乗算器，  １４２  積分器，  １４３  増幅器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2017057045.tif 000017
【図７】
2017057045.tif 000018
【図８】
2017057045.tif 000019
【図９】
2017057045.tif 000020
【図１０】
2017057045.tif 000021
【国際調査報告】
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