(57)【要約】【課題】電文に拡散符号を付加することなく、秘匿性を確保すると共に消費電力を低減する。【解決手段】１２８値(７ビット)のＦＳＫ変調波では、１２８のシンボルが存在する。送信データのビットとこのシンボルとの組み合わせは、送信側と受信側との間で分かっていれば自由に設定しても何ら問題はない。そこで、送信データのビットとシンボルとの組み合わせをユーザー毎に設定し、この組み合わせをキーとしたＦＳＫ変調波を無線送受信する。これにより、拡散符号を付加することなく秘匿性を確保する。ユーザー毎のデータ・周波数変換テーブル１２は、データと周波数との組み合わせが異なるものがユーザー毎に設定されている。受信側にも同様のユーザー毎の周波数・データ変換テーブルがある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線送信装置から多値デジタル変調波を無線送信して無線受信装置により受信して復調する無線通信システムにおいて、
前記無線送信装置は、
複数ビットからなる送信データにより参照されて、その送信データの値に応じた周波数、位相又は振幅のシンボル値に変換するとともに、参照する前記送信データの値と参照されて出力される前記シンボル値との組み合わせが第１の組み合わせに設定されているユーザー毎の送信側変換テーブルと、
前記ユーザー毎の送信側変換テーブルにより変換されたシンボル値に応じた周波数、位相又は振幅の前記多値デジタル変調波を生成する変調モジュールと、
前記多値デジタル変調波を無線送信する送信手段と
を備え、
前記無線受信装置は、
前記多値デジタル変調波を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された前記多値デジタル変調波から変調されている前記シンボル値を取得する信号処理手段と、
前記信号処理手段により取得された前記シンボル値により参照されて、そのシンボル値に応じた受信データに変換するとともに、参照する取得された前記シンボル値と参照されて出力される前記受信データとの組み合わせが、前記ユーザー毎の送信側変換テーブルの前記第１の組み合わせに対応付けた所定の第２の組み合わせに設定されたユーザー毎の受信側変換テーブルと、
前記ユーザー毎の受信側変換テーブルにより変換された前記受信データを復調する復調手段と
を備え、
前記ユーザー毎の送信側変換テーブルの前記第１の組み合わせは複数のユーザーのうち各ユーザー毎に互いに異なり、かつ、前記ユーザー毎の受信側変換テーブルの前記第２の組み合わせは前記各ユーザー毎に互いに異なることを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
前記ユーザー毎の送信側変換テーブルは、前記シンボル値としてＮ値(Ｎは８以上の自然数)のＦＳＫ変調波のＮ個のシンボルの各周波数データを出力し、
前記変調モジュールは前記Ｎ値のＦＳＫ変調波を生成し、
前記信号処理手段は、前記Ｎ値のＦＳＫ変調波に対して高速フーリエ変換して時系列の周波数スペクトルを生成し、前記周波数スペクトルのピークの周波数値を示す周波数データを出力し、
前記ユーザー毎の受信側変換テーブルは、前記周波数データの値により参照されて、複数ビットの受信データを出力することを特徴とする請求項１記載の無線通信システム。
【請求項３】
前記無線送信装置は、電池を動作電源とし、センサから取得した送信データを前記多値のＦＳＫ変調波に変調して無線送信する、微弱無線規格を採用したセンサネットワークシステムにおける可搬型無線センサ端末であることを特徴とする請求項２記載の無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線通信システムに係り、特に多値のデジタル変調波を送受信する無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
秘匿性の高い通信方式の代表的な方式の一つとして直接拡散方式が知られている(例えば、特許文献１参照)。この直接拡散方式では、伝送するデジタル信号(電文)に擬似乱数系列を乗算して、デジタル信号の周波数帯域を広げて、それを変調して送信する。この直接拡散方式では、デジタル信号にビットレートが大きい拡散符号を付加することで、周波数帯域幅が狭く電力密度が高いデジタル信号を、周波数帯域幅が広く電力密度が低い信号に変調している。直接拡散方式では変調波から信号内容を追跡したり検出することが困難であるので、秘匿性が高いという特長がある。また、符号分割多元接続(ＣＤＭＡ：Code Division Multiple Access)方式では、信号毎に異なる拡散符号を付加して多重伝送を行い、受信側では、所望の信号に合わせて、鍵となる拡散符号で復調を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２１５２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、デジタル信号に拡散符号を付加して送信すると、送信電文長が長くなり、送信時間が長くなる。このため、上記の直接拡散方式などを可搬型の移動体である無線通信端末を使用する無線通信システムに適用した場合は、無線通信端末が電池を動作電源とするため、低消費電力化が要求されるが、通信時間が長くなることから、低消費電力化が困難となり問題である。
【０００５】
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、電文に拡散符号を付加することなく、秘匿性を確保すると共に、消費電力を低減できる無線通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明の無線通信システムは、無線送信装置から多値デジタル変調波を無線送信して無線受信装置により受信して復調する無線通信システムにおいて、
無線送信装置は、複数ビットからなる送信データにより参照されて、その送信データの値に応じた周波数、位相又は振幅のシンボル値に変換するとともに、参照する送信データの値と参照されて出力されるシンボル値との組み合わせが第１の組み合わせに設定されているユーザー毎の送信側変換テーブルと、ユーザー毎の送信側変換テーブルにより変換されたシンボル値に応じた周波数、位相又は振幅の多値デジタル変調波を生成する変調モジュールと、多値デジタル変調波を無線送信する送信手段とを備え、
無線受信装置は、多値デジタル変調波を受信する受信手段と、受信手段により受信された多値デジタル変調波から変調されているシンボル値を取得する信号処理手段と、信号処理手段により取得されたシンボル値により参照されて、そのシンボル値に応じた受信データに変換するとともに、参照する取得されたシンボル値と参照されて出力される受信データとの組み合わせが、ユーザー毎の送信側変換テーブルの第１の組み合わせに対応付けた所定の第２の組み合わせに設定されたユーザー毎の受信側変換テーブルと、ユーザー毎の受信側変換テーブルにより変換された受信データを復調する復調手段とを備え、
ユーザー毎の送信側変換テーブルの第１の組み合わせは複数のユーザーのうち各ユーザー毎に互いに異なり、かつ、ユーザー毎の受信側変換テーブルの第２の組み合わせは各ユーザー毎に互いに異なることを特徴とする。
【０００７】
ここで、ユーザー毎の送信側変換テーブルは、シンボル値としてＮ値(Ｎは８以上の自然数)のＦＳＫ変調波のＮ個のシンボルの各周波数データを出力し、変調モジュールはＮ値のＦＳＫ変調波を生成し、信号処理手段は、Ｎ値のＦＳＫ変調波に対して高速フーリエ変換して時系列の周波数スペクトラムを生成し、周波数スペクトラムのピークの周波数値を示す周波数データを出力し、ユーザー毎の受信側変換テーブルは、周波数データの値により参照されて、複数ビットの受信データを出力するようにしてもよい。
【０００８】
また、上記無線送信装置は、電池を動作電源とし、センサから取得した送信データを多値のＦＳＫ変調波に変調して無線送信する、微弱無線規格を採用したセンサネットワークシステムにおける可搬型無線センサ端末であってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電文に拡散符号などの新たな符号を付加することなく、秘匿性を確保した無線通信ができ、また１シンボル当たりのデータビット数を削減できるので、通信時間の短縮化による消費電力の低減を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の無線通信システムの送信側無線通信端末の一実施の形態の概略ブロック図である。
【図２】本発明の無線通信システムの受側無線通信端末の一実施の形態の概略ブロック図である。
【図３】１２８値ＦＳＫ変調の各シンボルの周波数とそのシンボルの周波数に対応するデータのビット値との組み合わせ等の各例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本実施の形態の無線通信システムは、一例として３２２ＭＨｚ以下の周波数を用いて無線通信を行う、微弱電波規格を採用したセンサネットワークシステムである。なお、本実施の形態が適用される微弱電波規格は、例えば無線設備から３ｍの距離での電界強度が、３２２ＭＨｚ以下の周波数領域では５００μＶ/ｍ以下であり、３２２ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数領域では３５μＶ/ｍ以下であり、１１０ＧＨｚ〜１５０ＧＨｚの周波数領域では周波数が高くなるほど３５μＶ/ｍから５００μＶ/ｍまで直線的に増加する線分で示される電界強度以下の強度であり、１５０ＧＨｚ以上の周波数領域では５００μＶ/ｍ以下に規定された、無線局の免許不要な規格である。
【００１２】
また、本実施の形態の無線通信システムは、センサから得た情報を無線送信する送信側無線通信端末(以下、無線センサ端末ともいう)と、無線送信された信号を受信して復調する受信側無線通信端末とからなり、多値のＦＳＫ(Frequency Modulation：周波数偏移変調)された変調波を送受信する。このような無線通信システムでは、可搬型の無線通信端末が電池を動作電源とするため、低消費電力化を目的とし、通信の秘匿性の確保とともに電文長の短縮化が要求される。
【００１３】
図１は、本発明の無線通信システムの送信側無線通信端末の一実施の形態の概略ブロック図を示す。同図において、無線送信装置である送信側無線通信端末１０は、送信データ生成部１１、ユーザー毎のデータ・周波数変換テーブル１２、変調モジュール１３、パワーアンプ１４及び送信アンテナ１５を備える。
【００１４】
送信データ生成部１１は、例えば圧力、温度、湿度、照度その他、所望の検出対象のセンサから取得したアナログ信号であるセンサ信号を、例えば７ビットのデジタル信号で１シンボルを表す送信データに変換して出力する。ここで、１２８値(７ビット)のＦＳＫ変調波では、１２８のシンボルが存在する。このシンボルの意味は、通常では送信データの値「００００ ０００」が１シンボル目、「００００ ００１」が２シンボル目、以下同様にして割り当て最大値「１１１１ １１１」が１２８シンボル目になる。しかし、この送信データのビットとシンボルとの組み合わせは、送信側と受信側との間で分かっていれば自由に設定しても何ら問題はない。
【００１５】
そこで、本実施形態では、この送信データのビットとシンボルとの組み合わせをユーザー毎に設定し、この組み合わせをキーとしたＦＳＫ変調波を無線送受信することで、拡散符号を付加することなく秘匿性を確保するものである。ここで、「ユーザー」とは本無線通信システムを閉じた通信空間内(例えば、オフィスの１部屋、工場の１棟、一会社内など)で使用する送信側無線通信端末及び受信側無線通信端末の使用者である。従って、通常は異なるユーザー間で無線信号が混信することはない。
【００１６】
ユーザー毎のデータ・周波数変換テーブル１２は、本実施形態の送信側無線通信端末１０に予め設定された送信データのビットと１２８値のＦＳＫ変調波の各シンボルの周波数とを対応付けたテーブルで、入力される送信データの７ビットの値に対応した周波数を示す変調データに変換する。ここでは、ユーザー毎のデータ・周波数変換テーブル１２は、送信データの値「００００ ０００」を１シンボル目の周波数Ｆ１、「００００ ００１」を２シンボル目の周波数Ｆ２、以下同様にして「１１１１ １１１」を１２８シンボル目の周波数Ｆ１２７の変調データにそれぞれ変換する。
【００１７】
変調モジュール１３は、ユーザー毎のデータ・周波数変換テーブル１２から変調データが供給され、その変調データが示す値に応じた周波数に変調されたＦＳＫ変調波を生成して出力する。ここでは、変調データＦ２、Ｆ１２７が順次入力された場合、変調モジュール１３は、変調データＦ２が示す周波数ｆ２、変調データＦ１２７が示す周波数ｆ１２７の振幅一定で、一定期間ずつ時系列的に合成された１２８値のＦＳＫ変調波を生成して出力する。なお、ｆ１２７は３２２ＭＨｚ以下の周波数である。パワーアンプ１４は、変調モジュール１３から出力される１２８値のＦＳＫ変調波を、所要のレベルに電力増幅して送信アンテナ１５を介して無線送信する。
【００１８】
次に、本発明の無線通信システムの受信側の構成及び動作について説明する。
図２は、本発明の無線通信システムの受信側無線通信端末の一実施の形態の概略ブロック図を示す。同図において、無線受信装置である受信側無線通信端末２０は、受信アンテナ２１、アナログフロントエンド２２、高速フーリエ変換器(ＦＦＴ：Fast Fourier Transform)を含む信号処理部２３、ユーザー毎の周波数・データ変換テーブル２４及び復調部２５を備える。
【００１９】
アナログフロントエンド２２は、受信アンテナ２１により受信された受信信号に対して公知の受信処理を行って所定の中間周波数帯の信号に変換し、更にデジタル化された受信信号を出力する。信号処理部２３はアナログフロントエンド２２から供給されるデジタル化された受信信号に対してＦＦＴを行い、時系列の連続的な周波数スペクトルを生成し、その周波数スペクトル中のピークを示す周波数を示す周波数データとして出力する。ここでは、上記周波数スペクトルには周波数ｆ２とｆ１２７でピークが存在する。
【００２０】
ユーザー毎の周波数・データ変換テーブル２４は、この無線通信システムのユーザーに設定された多値ＦＳＫ変調の各シンボルの周波数と受信データのビットとを対応付けたテーブルで、信号処理部２３から入力される各シンボルの周波数データで参照されて対応する７ビットの値の受信データに変換する。ここでは、周波数ｆ２とｆ１２７でピークが存在することを示す周波数データが順次に入力されるので、ユーザー毎の周波数・データ変換テーブル２４は、周波数ｆ２の周波数データを参照して対応する７ビットのデータ「００００ ００１」を受信データとして出力し、続いて入力される周波数ｆ１２７の周波数データを参照して対応する７ビットのデータ「１１１１ １１１」を受信データとして出力する。復調部２５は、ユーザー毎の周波数・データ変換テーブル２４から供給される受信データを復調する。
【００２１】
このように、本実施形態の無線通信システムでは、１２８値ＦＳＫ変調の各シンボルの周波数とそのシンボルの周波数に対応するデータのビット値との組み合わせを送信側と受信側とで取り決め、その組み合わせをキーとして１２８値ＦＳＫ変調波を送受信するようにしたため、送受信される信号(電文)には拡散符号を付加する必要が無いので、１シンボル当たりの送受信される信号(電文)のビット数は、電文に拡散符号を付加した方式に比べて少なくすることができる。その結果、本実施形態の無線通信システムによれば、通信時間を短縮できるため、送信側無線端末の消費電力を低減できる。
【００２２】
また、図３に示すように、ユーザー１における１２８値ＦＳＫ変調の各シンボルの周波数とそのシンボルの周波数に対応するデータのビット値との組み合わせ３１と、ユーザー２における１２８値ＦＳＫ変調の各シンボルの周波数とそのシンボルの周波数に対応するデータのビット値との組み合わせ３２とが互いに異なるため、仮にユーザー１及び２の一方の送信ＦＳＫ変調波が他方のユーザーの受信側無線通信端末で、例えばシンボル周波数がＦ１→Ｆ１２７→Ｆ０→・・・の同じ周波数順で１２８値ＦＳＫ変調波が無線送受信された場合、受信されても正常な復調ができないので、秘匿性を確保できる。
【００２３】
なお、本実施の形態では、周波数の多値化により占有チャンネル幅が桁違いに多いという問題があるが、微弱無線規格を採用したセンサネットワークシステム(無線通信システム)で使用する無線センサ端末は、多くの場合送信データ量が少なく、遅くとも数ミリ秒で終了するため、同じ帯域を用いている他の無線センサ端末での電波の衝突が起こりにくい。また、微弱無線規格は電波強度のみが規定されており、占有する周波数帯域には制限が無く、電波法で問題となることはない。
【００２４】
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば、多値ＦＳＫ変調の多値化数は「１２８」に限定されるものではない。この場合、送信側無線通信端末が使用するユーザー毎のデータ・周波数変換テーブル、及び受信側無線通信端末が使用するユーザー毎の周波数・データ変換テーブルのそれぞれの数は、多値ＦＫＳ変調波の多値化数の階乗となるので、多値化数が「４」のときは２４、「８」のときはおよそ４万通り、「１６」でおよそ２×１０13通りである。これを考慮すると、本発明は多値ＦＫＳ変調波の多値化数「８」以上に適用することが望ましい。
【００２５】
また、本発明は多値ＰＳＫや多値ＡＳＫなどの単一搬送波を用いた他のデジタル変調方式の多値デジタル変調波を無線受信する無線受信装置にも適用することができる。また、微弱電波規格を採用したセンサネットワークシステム以外にも適用可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  送信側無線通信端末
１１  送信データ生成部
１２  ユーザー毎のデータ・周波数変換テーブル
１３  変調モジュール
１４  パワーアンプ
２０  受信側無線通信端末
２２  アナログフロントエンド
２３  ＦＦＴなどの信号処理部
２４  ユーザー毎の周波数・データ変換テーブル
２５  復調部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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