(57)【要約】【課題】送信パワーを微弱無線通信なみの送信パワー程度に小さくしつつ、オンデューティの小さい間欠通信を行う場合に、無線送信機から送信される信号を雑音から確実に識別する。【解決手段】無線送信機１０は、フレーム伝送の同期を確立するためのプリアンブルコード及び同期コードと、無線送信機１０を一意に識別するための識別情報とを含む通信フレームを０．００１ｍＷ以上０．１ｍＷ以下の送信パワーでデューティ０．０５％以上０．２０％以下の間欠通信により無線受信機に無線伝送するための無線モジュール５０を備える。ここで、プリアンブルコード及び同期コードのうち何れか一方のデータ長は３２ビットであり、他方のデータ長は１６ビット以上６４ビット以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線送信機と無線受信機とを備える無線通信システムであって、
前記無線送信機は、フレーム伝送の同期を確立するためのプリアンブルコード及び同期コードと、前記無線送信機を一意に識別するための識別情報とを含む通信フレームを０．００１ｍＷ以上０．１ｍＷ以下の送信パワーでデューティ０．０５％以上０．２０％以下の間欠通信により前記無線受信機に無線伝送するための無線モジュールを備え、
前記プリアンブルコード及び同期コードのうち何れか一方のデータ長は３２ビットであり、他方のデータ長は１６ビット以上６４ビット以下である、無線通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線通信システムであって、
前記プリアンブルコード及び同期コードのデータ長は、共に３２ビットである、無線通信システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の無線通信システムであって、
前記通信フレームのデータ長は、１３２ビットである、無線通信システム。
【請求項４】
フレーム伝送の同期を確立するためのプリアンブルコード及び同期コードと、無線送信機を一意に識別するための識別情報とを含む通信フレームを生成するステップと、
０．００１ｍＷ以上０．１ｍＷ以下の送信パワーでデューティ０．０５％以上０．２０％以下の間欠通信により前記通信フレームを無線受信機に無線伝送するステップと、を備え、
前記プリアンブルコード及び同期コードのうち何れか一方のデータ長は３２ビットであり、他方のデータ長は１６ビット以上６４ビット以下である、無線通信方法。
【請求項５】
請求項４に記載の無線通信方法であって、
前記プリアンブルコード及び同期コードのデータ長は、共に３２ビットである、無線通信方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の無線通信方法であって、
前記通信フレームのデータ長は、１３２ビットである、無線通信方法。
【請求項７】
無線送信機と無線受信機とを備える無線通信システムに請求項４乃至請求項６のうち何れか１項に記載の無線通信方法を実行させるためのコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセキュリティ分野等で用いられる無線通信システム、無線通信方法、及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、携帯電話やパソコン等においては、パスワードロック／アンロック、又は電源オン／オフ等の自動化が要望されており、また自動車においては、ドアロック／アンロック等の自動化が要望されている。これらの要望に応えるべく、自動ロック／アンロックシステムが開発されている。この種のシステムは、ユーザが携帯する無線送信機と、無線送信機から送信される認証用の識別情報を受信する無線受信機を備えており、無線受信機は、一定周期間隔で無線送信機から送信される電波の受信強度が閾値未満になると、自動的にロックする一方、受信強度が閾値以上になると、自動的にアンロックするように構成されている。このような用途に使用される無線送信機は、認証用の識別情報を一定周期で送信し続けることにより、常時電力を消費しているため、低消費電力の観点から送信パワーを微弱無線通信なみの送信パワー程度（０．１ｍＷ以下）に小さくしつつ、オンデューティの小さい間欠通信を行っている。このような間欠通信を行う無線送信機は、例えば、特開２００６−２７０４６２号公報に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２７０４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、無線送信機の送信パワーを微弱無線通信なみの送信パワー程度に小さくすると、無線送信機から送信される無線信号と無線受信機の高周波回路から発生する白色雑音との区別が困難になる上に、オンデューティの小さい間欠通信により、無線信号が白色雑の中に埋もれてしまう可能性が指摘されている。
【０００５】
そこで、本発明は、このような問題点に鑑み、送信パワーを微弱無線通信なみの送信パワー程度に小さくしつつ、オンデューティの小さい間欠通信を行う場合に、無線送信機から送信される信号を雑音から確実に識別することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明に係わる無線通信システムは、無線送信機と無線受信機とを備える。無線送信機は、フレーム伝送の同期を確立するためのプリアンブルコード及び同期コードと、無線送信機を一意に識別するための識別情報とを含む通信フレームを０．００１ｍＷ以上０．１ｍＷ以下の送信パワーでデューティ０．０５％以上０．２０％以下の間欠通信により無線受信機に無線伝送するための無線モジュールを備える。ここで、プリアンブルコード及び同期コードのうち何れか一方のデータ長は３２ビットであり、他方のデータ長は１６ビット以上６４ビット以下である。
【０００７】
本発明に係わる無線通信方法は、フレーム伝送の同期を確立するためのプリアンブルコード及び同期コードと、無線送信機を一意に識別するための識別情報とを含む通信フレームを生成するステップと、０．００１ｍＷ以上０．１ｍＷ以下の送信パワーでデューティ０．０５％以上０．２０％以下の間欠通信により通信フレームを無線受信機に無線伝送するステップと、を備える。ここで、プリアンブルコード及び同期コードのうち何れか一方のデータ長は３２ビットであり、他方のデータ長は１６ビット以上６４ビット以下である。
【０００８】
本発明に係わるコンピュータプログラムは、無線送信機と無線受信機とを備える無線通信システムに本発明に係わる無線通信方法を実行させるためのものである。
【０００９】
本発明者の実験によれば、０．００１ｍＷ以上０．１ｍＷ以下の送信パワーでデューティ０．０５％以上０．２０％以下の間欠通信を行うには、プリアンブルコード及び同期コードのうち何れか一方のデータ長を３２ビットに設定し、他方のデータ長を１６ビット以上６４ビット以下に設定すると、通信フレームを雑音から識別する上で効果的であることが判明した。特に、プリアンブルコード及び同期コードのデータ長を共に３２ビットに設定し、通信フレームのデータ長を１３２ビットにすると、良好な通信品質が得られた。その理由として、無線送信機の送信パワーを微弱無線通信なみの送信パワーに設定した場合、無線送信機から送信される信号と無線受信機の高周波回路から発生する白色雑音との区別が困難になるため、同期コード及びプリアンブルコードのデータ長が両方とも３２ビットより短いと、信号を雑音から区別することができなくなり、通信品質は低下するものと考えられる。一方、同期コード及びプリアンブルコードのデータ長が両方とも３２ビットより長いと、信号と雑音との判別に時間を要する結果、所定時間内に信号処理を終えることができずにタイムエラーになる等の理由により、通信品質が低下するものと考えられる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、送信パワーを微弱無線通信なみの送信パワー程度に小さくしつつ、オンデューティの小さい間欠通信を行う場合に、無線送信機から送信される信号を雑音から確実に識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係わる無線送信機の機能ブロック図である。
【図２】本実施形態に係わる無線受信機の機能ブロック図である。
【図３】本実施形態に係わる間欠通信のタイミングチャートである。
【図４】本実施形態に係わる通信フレームの通信フォーマットを示す。
【図５】通信品質の実験結果である。
【図６】通信品質の実験結果である。
【図７】通信品質の実験結果である。
【図８】通信品質の実験結果である。
【図９】通信品質の実験結果である。
【図１０】通信品質の実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、各図を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係わる無線送信機１０の機能ブロック図である。無線送信機１０は、無線モジュール５０、及び電源部４０を備える。無線モジュール５０は、アンテナ２０、及び送信モジュール３０を備える。送信モジュール３０は、信号処理回路３１、及び高周波回路３２を備える。電源部４０は、太陽電池４１、二次電池４２、及び充電回路４３を備える。
【００１３】
信号処理回路３１は、ＣＰＵとメモリＩＣとから構成されており、消費電力を抑えるための制御処理やＩＤナンバー（識別情報）の出力処理等を行う。メモリＩＣには、無線送信機１０を一意に識別するための認証情報としてのＩＤナンバーと、無線信号として高周波回路３２から無線伝送される通信フレームの通信フォーマットと、無線通信処理を制御するためのコンピュータログラムとが予め記憶されている。通信フォーマットは、所定の通信プロトコル（例えば、４００ＭＨｚ帯特定省電力無線用の通信プロトコル）に準拠している。ＣＰＵは、ＩＤナンバーと共に通信フォーマットをメモリＩＣから読み出し、所定の転送レート（例えば、９６００ｂｐｓ）で変調された所定のインタフェース形式（例えば、ＵＡＲＴシリアルインタフェース形式）の変調信号を高周波回路３２へ一定周期間隔で出力する。ＣＰＵとしては、例えば、８ビットマイコンを用いることができる。
【００１４】
信号処理回路３１は、消費電力を抑えるための制御として、間欠通信を実施する。間欠通信では、所定の送信サイクル（Ｔ０［ｍｓｅｃ］）のうち、通信モードとして動作する送信期間（Ｔ１［ｍｓｅｃ］）だけＩＤナンバーが無線伝送され、それ以外の待機モード（スリープモード）として動作するスリープ期間（Ｔ２［ｍｓｅｃ］）では、信号処理回路３１及び高周波回路３２の動作は待機状態に遷移する。信号処理回路３１及び高周波回路３２は、通信モードと待機モードとを交互に繰り返す間欠通信により、二次電池４２の消費電力を抑えている。
【００１５】
高周波回路３２は、チップインダクタ、チップコンデンサ、チップ抵抗等の受動部品やトランジスタ等の半導体素子により構成される。高周波回路３２は、信号処理回路３１からの変調信号を受信し、所定の通信フォーマットに従って、無線送信機１０のＩＤナンバーを含む通信フレーム（例えば、３００ＭＨｚ帯の２値ＦＳＫ変調信号）に変調する。アンテナ２０は、高周波回路３２によって生成された通信フレームを無線電波に変換して放射する。アンテナ２０から放射される無線電波は、基本周波数３１５ＭＨｚの微弱無線規格を遵守する仕様に設計されている。
【００１６】
太陽電池４１は、光エネルギー（太陽光又は照明光等の光エネルギー）を直流電力に変換する光電変換素子である。無線送信機１０の各部（アンテナ２０、送信モジュール３０、及び電源部４０）は、光透過性材質（例えば、厚み０．２ｍｍ程度の白色ＡＢＳ材）から成る外装ケースの内部に収納されており、光エネルギーが効率よく太陽電池４１に吸収されるように構成されている。なお、太陽電池４１以外の発電素子を電源部４０に搭載してもよい。発電素子として、例えば、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動発電素子、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子、電磁エネルギーを電気エネルギーに変換する電磁誘導発電素子などが好適である。
【００１７】
二次電池４２は、信号処理回路３１及び高周波回路３２へ供給される電力を蓄電する蓄電装置である。二次電池４２として、例えば、リチウムイオン電池が好適である。電力を蓄電するための蓄電装置は、二次電池４２に限定されるものではなく、例えば、キャパシタ等でもよい。
【００１８】
充電回路４３は、太陽電池４１から二次電池４２への電力供給、及び二次電池４２から送信モジュール３０への電力供給を制御する。充電回路４３は、二次電池４２から太陽電池４１への電流の逆流を防止する機能や、二次電池４２の端子電圧を監視し、過充電時には二次電池４２への充電を停止し、過放電時には二次電池４２の過放電を停止する機能を有する。具体的には、充電回路４３は、二次電池４２が十分に充電されるまで、送信サイクルを長くしたり、或いは無線通信を一時停止したりする。尚、太陽電池４１と充電回路４３は必須ではなく、電源部４０を二次電池４２のみで構成してもよい。
【００１９】
図２は本実施形態に係わる無線受信機７０を搭載する端末機器６０の機能ブロック図である。端末機器６０は、例えば、携帯電話やパソコン等の無線通信機能を搭載した電子機器であり、ＵＳＢインタフェース８１、及びＣＰＵ８２を備える。無線受信機７０は、ＵＳＢインタフェース８１に接続可能に構成されており、アンテナ７１、高周波回路７２、及び信号処理回路７３を備える。高周波回路７２及び信号処理回路７３は、電源電圧Ｖｃｃに接続している。無線送信機１０から無線電波として放射された通信フレームに含まれるＩＤナンバーは、アンテナ７１にて受信され、高周波回路７２にて復調される。信号処理回路７３は、高周波回路７２から出力される信号を雑音信号から識別してＩＤナンバーを抽出する。ＩＤナンバーが暗号化されている場合には、信号処理回路７３は、ＩＤナンバーの復号化処理も行う。ＩＤナンバーは、ＵＳＢインタフェース８１を介して、所定のインタフェース形式（例えば、ＵＡＲＴシリアルインタフェース形式）でＣＰＵ８１に出力される。ＣＰＵ８１は、無線受信機７０が受信したＩＤナンバーに基づいて無線送信機１０を認証する。例えば、端末機器６０が携帯電話の場合、無線送信機１０を携帯するユーザが移動することにより、無線送信機１０と端末機器６０とがある一定の距離（２〜３ｍ）以上離れると、端末機器６０はロックし、無線送信機１０と端末機器６０とがある一定の距離（２〜３ｍ）以内に近づくと、端末機器６０はアンロックする。無線送信機１０及び無線受信機７０は、端末機器６０のロック／アンロックを制御するための無線通信システムとして機能する。
【００２０】
図３は本実施形態に係わる間欠通信のタイミングチャートを示す。無線送信機１０が通信モードとして動作する送信期間Ｔ１の消費電流はＩ１であり、無線送信機１０が待機モードとして動作するスリープ期間Ｔ２の消費電流はＩ２である。このように、無線送信機１０は、通信モードと待機モードとを交互に繰り返すオンデューティ（Ｔ１／Ｔ０）×１００［％］の間欠通信を行う（但し、Ｔ０＝Ｔ１＋Ｔ２とする。）。例えば、オンデューティ＝０．１％の間欠通信を行うには、Ｔ０＝２０００ｍｓｅｃ、Ｔ１＝１９９８ｍｓｅｃ、Ｔ２＝２ｍｓｅｃとすればよい。また、送信パワー０．１ｍＷ以下の条件では、Ｉ１＝１ｍＡ、Ｉ２＝１μＡが好ましい。
【００２１】
図４は本実施形態に係わる通信フレーム２００の通信フォーマットを示す。通信フレーム２００は、フレーム伝送の同期を確立するためのプリアンブルコード（ＰＲ）２０１及び同期コード（ＳＮＣ）２０２、通信制御に係わる制御情報を格納するためのコントロールコード（ＣＴＬ）２０３、ＩＤナンバーを格納するためのデータコード（ＤＡＴＡ）２０４、及び符号誤りを検出するための誤り検出符号（ＣＲＣ）２０５を含む。ＩＤナンバーが暗号化されてデータコード２０４に格納されている場合には、コントロールコード２０３には、暗号解読コードが格納される。誤り検出符号２０５として、例えば、巡回冗長符号が用いられる。通信フレーム２００は、例えば、マンチェスター符号により符号化される。コントロールコード２０３、データコード２０４、及び誤り検出符号２０５のデータ長は、例えば、それぞれ、８ビット、４８ビット、及び１６ビットである。プリアンブルコード２０１及び同期コード２０２のデータ長については、後述する。尚、通信フレーム２００の先頭符号は、必ずしもプリアンブルコード２０１である必要はなく、同期コード２０２が先頭符号であってもよい。
【００２２】
図５は、送信パワー０．１ｍＷの条件下で、同期コード２０２のデータ長を１６ビット、３２ビット、６４ビット、及び１２８ビットに設定したときの通信品質を評価した実験結果を示す。同図において、評価＝◎は、エラーレート１０ｐｐｍ以下を示し、評価＝○は、エラーレート１０〜１０００ｐｐｍを示し、評価＝×は、エラーレート１０００ｐｐｍ以上を示す。また、図５の（）内のビット数は、プリアンブルコード２０１のデータ長を示す。また、送信サイクルＴ０＝２０００ｍｓｅｃの条件下では、デューティ＝０．０２５％、０．０５％、０．１０％、及び０．２０％は、それぞれ、通信フレーム２００の送信時間０．５ｍｓｅｃ、１ｍｓｅｃ、２ｍｓｅｃ、及び４ｍｓｅｃに相当する。この実験結果から理解できるように、同期コード２０２のデータ長が３２ビットであり、且つプリアンブルコード２０１のデータ長が１６ビット、３２ビット、及び６４ビットのとき（デューティが０．０５％、０．１０％、０．２０％のとき）に通信品質は良好であり、特に、同期コード２０２のデータ長とプリアンブルコード２０１のデータ長が共に３２ビットのとき（通信フレーム２００の全データ長が１３２ビットのとき）に通信品質は極めて良好であった。この実験結果によると、無線送信機１０の送信パワーを微弱無線通信なみの送信パワーに設定した場合、無線送信機１０から送信される無線信号と高周波回路７２から発生する白色雑音との区別が困難になるため、同期コード２０２のデータ長が３２ビットより短いと、信号を雑音から区別することができなくなり、通信品質は低下するものと考えられる。一方、同期コード２０２のデータ長が３２ビットより長いと、信号と雑音との判別に時間を要する結果、所定時間内に信号処理（ＩＤナンバーの復号化処理等）を終えることができずにタイムエラーになる等の理由により、通信品質が低下するものと考えられる。
【００２３】
図６は、送信パワー０．１ｍＷの条件下で、プリアンブルコード２０１のデータ長を１６ビット、３２ビット、６４ビット、及び１２８ビットに設定したときの通信品質を評価した実験結果を示す。図６の（）内のビット数は、同期コード２０２のデータ長を示す。図５と図６とを比較すると、同期コード２０２とプリアンブルコード２０１とを入れ替えても同様の実験結果が得られることが理解できる。これは、フレーム伝送の同期を確立するためのプリアンブルコード２０１及び同期コード２０２が通信フレーム２００を雑音から識別する上で同等の機能を有しているためであると考えられる。
【００２４】
図７は、送信パワー０．０１ｍＷの条件下で、同期コード２０２のデータ長を１６ビット、３２ビット、６４ビット、及び１２８ビットに設定したときの通信品質を評価した実験結果を示す。図７の（）内のビット数は、プリアンブルコード２０１のデータ長を示す。一方、図８は、送信パワー０．０１ｍＷの条件下で、プリアンブルコード２０１のデータ長を１６ビット、３２ビット、６４ビット、及び１２８ビットに設定したときの通信品質を評価した実験結果を示す。図８の（）内のビット数は、同期コード２０２のデータ長を示す。送信パワー０．０１ｍＷで行った実験（図７、図８）では、送信パワー０．１ｍＷで行った実験（図５、図６）と同様の結果が得られた。この結果は、送信パワー０．１ｍＷ以下では、プリアンブルコード２０１及び同期コード２０２のうち何れか一方のデータ長が３２ビットであり、他方のデータ長が１６ビット以上６４ビット以下である場合には、通信品質が良好であることを示している。なお、無線送信機１０と無線受信機７０との間の有効通信距離を２〜３ｍ程度に設定する場合には、送信パワーは、０．００１ｍＷ以上であることが望ましい。
【００２５】
図９は、送信パワー１ｍＷの条件下で、同期コード２０２のデータ長を１６ビット、３２ビット、６４ビット、及び１２８ビットに設定したときの通信品質を評価した実験結果を示す。図９の（）内のビット数は、プリアンブルコード２０１のデータ長を示す。一方、図１０は、送信パワー１ｍＷの条件下で、プリアンブルコード２０１のデータ長を１６ビット、３２ビット、６４ビット、及び１２８ビットに設定したときの通信品質を評価した実験結果を示す。図１０の（）内のビット数は、同期コード２０２のデータ長を示す。図９及び図１０の実験結果から理解できるように、送信パワーが１ｍＷ以上の場合には、無線送信機１０から送信される無線信号と高周波回路７２から発生する白色雑音との区別が明白であるため、プリアンブルコード２０１又は同期コード２０２のデータ長が長い程、通信品質は良好になるものと考えられる。
【００２６】
以上の実験結果をまとめると、０．００１ｍＷ以上０．１ｍＷ以下の送信パワーでデューティ０．０５％以上０．２０％以下の間欠通信を行うには、プリアンブルコード２０１及び同期コード２０２のうち何れか一方のデータ長を３２ビットに設定し、他方のデータ長を１６ビット以上６４ビット以下に設定すると、通信フレーム２００を雑音から区別する上で効果的であることが判明した。特に、プリアンブルコード２０１及び同期コード２０２のデータ長を共に３２ビットに設定し、通信フレーム２００のデータ長を１３２ビットにすると、良好な通信品質が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、セキュリティ分野等で用いられる無線通信システム、無線通信方法、及びコンピュータプログラムに利用できる。
【符号の説明】
【００２８】
１０…無線送信機
２０…アンテナ
３０…送信モジュール
３１…信号処理回路
３２…高周波回路
４０…電源部
４１…太陽電池
４２…二次電池
４３…充電回路
５０…無線モジュール
６０…端末機器
７０…無線受信機
７１…アンテナ
７２…高周波回路
７３…信号処理回路
８１…ＵＳＢインタフェース
８２…ＣＰＵ
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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