(57)【要約】  無線通信機は、第１のアンテナ（１）と、第２のアンテナ（２）と、第１のアンテナ（１）と第２のアンテナ（２）を介して受信または送信する高周波信号の位相を変化させる可変移相部（３）と、通信相手である複数の通信端末ごとに位相情報を対応付けた位相情報テーブルを記憶する位相情報テーブル記憶部（８）とを備え、可変移相部（３）は、第１のアンテナ（１）と第２のアンテナ（２）を介して複数の通信端末のうち１の通信端末と通信するときに、１の通信端末に対応付けて位相情報テーブルに記憶された位相情報に基づいて高周波信号の位相を変化させる。
2014174748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のアンテナと、
第２のアンテナと、
前記第１のアンテナと前記第２のアンテナを介して受信または送信する高周波信号の位相を変化させる可変移相部と、
通信相手である複数の通信端末ごとに位相情報を対応付けた位相情報テーブルを記憶する記憶部とを備え、
前記可変移相部は、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナを介して前記複数の通信端末のうち１の通信端末と通信するときに、前記１の通信端末に対応付けて位相情報テーブルに記憶された位相情報に基づいて高周波信号の位相を変化させる無線通信機。
【請求項２】
前記位相情報テーブルは、前記通信端末の各々に対して複数の位相値の情報を有する、
請求項１記載の無線通信機。
【請求項３】
前記位相情報テーブルは、前記通信端末の各々に対応した位相変化幅の情報を有する、
請求項１記載の無線通信機。
【請求項４】
第１のアンテナと、第２のアンテナと、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナを介して受信または送信する高周波信号の位相を変化させる可変移相部と、通信相手である複数の通信端末ごとに位相情報を対応付けた位相情報テーブルを記憶する記憶部と、前記可変移相部の位相を変化させる制御部とを備える無線通信機の制御方法であって、
前記通信端末が送信する所定信号を受信するたびに前記可変移相部の位相を変化させるステップと、
前記所定信号を受信したときの前記可変移相部で変化させた位相と、前記信号の受信レベルとを記憶するステップと、
前記記憶した受信レベルの中から最も受信レベルが高いときの前記可変移相部で変化させた位相を表す位相情報を前記位相情報テーブルに格納するステップと、
を行う無線通信機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電波を利用して無線通信を行う無線通信機に関するものである。特に、電波伝搬のマルチパスが多数存在する環境化での固定設置の無線通信機間の通信に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、２．４ＧＨｚまたは５ＧＨｚを用いた無線ＬＡＮの利用が広まっている。また、４００ＭＨｚ帯または９００ＭＨｚ帯の小電力無線を用いて家電機器同士で相互に通信を行う家電ホームネットワークなどへの関心も高まっている。【０００３】
ところで、家電ホームネットワークでは、無線通信可能な家電機器の設置位置はあまり移動されることがない。また、このような無線通信可能な家電機器は、壁および床など多数の障害物が存在する部屋に設置される場合が多く、これらの障害物のために、送受信する電波の伝搬経路がマルチパス環境となり、フェージングにより局所的に電波の受信レベルの低下が生じる地点が存在することがある。【０００４】
より具体的には、図５に示すように、マルチパス環境下で送信機から同一距離（円周上）の場所にて電界強度を測定し、電波の受信レベルの変動の様子を調べてみると、図６に示すように、受信レベルは場所により大きく異なることが分かる。これはマルチパスによる電波の打ち消しや、足し合わせという、いわゆるフェージング現象が発生するためである。図６は、マルチパス環境下に設置した送信機、及びこの送信機から同一距離となる円周上に設置した受信機の配置例を示す概略図である。また、図６は、図５に示す円周上の複数の地点で電界強度を測定した結果の一例を示す図である。図６では、横軸を円周上の地点とし、縦軸を電波の受信レベルとして両者の対応関係を示している。【０００５】
また、図７のレイリー分布が示す様に、受信レベルの中央値に対して、受信レベルが８ｄＢ以上低下する場所が１０％存在する。また、受信レベルが１８ｄＢ以上低下する場所が１％存在する。図７は、受信レベルと該受信レベルの位置に無線通信機が存在する確率との関係の一例を示す確率分布図である。なお、図７では、壁などによる反射に起因して電波の減衰が大きい状態を想定し、電波の受信レベルがレイリー分布に従うものとして示している。【０００６】
ここで携帯電話等、持ち運ばれて利用される無線端末は、移動に伴って通信環境が変わるため、受信レベルが長時間に渡って局所的なレベル落込み点に留まる可能性は低い。しかし、無線通信可能な家電機器のように移動を前提としない無線端末の場合、通信環境の変化に乏しいため、長時間にわたって受信レベルの落込み状態が継続する場合がある。【０００７】
このような状態に対処するため、アンテナを複数備え、複数のアンテナで受信した同一の無線信号について、電波状況の優れたアンテナの信号を優先的に用いる選択ダイバシチ方式により通信の質や信頼性の向上を図ることが考えられている。【０００８】
しかしながら、選択ダイバシチ方式では、アンテナを複数個使用しているが、アンテナの選択後は複数のうちのいずれか１つしか使用しないため、アンテナ利得は選択ダイバシチ方式を採用していない構成と変わりがない。また、複数のアンテナのいずれについても、同時にその受信レベルが落ち込んでいる場合が一定の確率で存在するため、十分に落ち込みを回避することができない場合がある。【０００９】
そこで、アンテナ利得を向上させ、受信レベルが落ち込んだ状態を回避できるようにするため、複数のアンテナで受信した同一の無線信号を合成してノイズを除去（低減）させる最大比合成ダイバシチ方式によりこの問題の解決を図ることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。【００１０】
すなわち、特許文献１に開示された合成回路は、入力受信波に対して、その入力受信波の振幅とノイズパワーの逆数とで重み付けを行う、各アンテナに対応した複数の受信波重付け手段と、各受信波重付け手段の出力を合成する合成処理部とを備えた構成である。この構成により、各受信波のノイズパワーが異なる場合であっても、合成受信波の信号対雑音電力比（ＳＮＲ、Ｓ／Ｎ比）を最大にすることができる。【００１１】
一方、より簡易な方法として、複数のアンテナ素子と可変移相部を有して、受信される受信信号を合成する合波部と合波部における位相が所定の位相となるように移相部における移相量を適宜補正して通信することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。すなわち、移相部を合成波のレベルが最も大きい移相量に設定して通信することで受信レベルが落ち込んだ状態を回避する。【００１２】
しかしながら、特許文献１のような従来技術は、回路構成が大きくなるという問題がある。より具体的には、特許文献１に開示された合成回路は、アンテナごとに受信回路および復調処理回路（例えば、包絡線推定部、残差パワー演算部、複素乗算部、乗算部、および合成部）を備えた構成となっている。特に家電機器などに内蔵する無線通信機は、その小型化、回路構成の簡素化、および低消費電力化が求められており、従来技術のように備えているアンテナ数だけ受信回路および復調回路を備えた構成では小型化を図ることが困難である。【００１３】
また、特許文献２のような従来技術は、複数の家電機器と通信する状況においては、異なる家電機器と通信する度に可変移相部の設定を探索する必要があり、受信するまでに時間を要する場合があるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１０−２２４２８１号公報
【特許文献２】特開２００８−０８５９４４号公報
【発明の概要】
【００１５】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は部屋内において無線通信機が固定された複数の家電機器を制御するために無線通信する場合に、装置構成が大きくなることを防ぎ小型化を図りつつ、回路構成の簡素化、および低消費電力化を実現し、安定的な通信を行うことを実現することにある。
【００１６】
本発明の一局面に係る無線通信機は、第１のアンテナと、第２のアンテナと、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナを介して受信または送信する高周波信号の位相を変化させる可変移相部と、通信相手である複数の通信端末ごとに位相情報を対応付けた位相情報テーブルを記憶する記憶部とを備え、前記可変移相部は、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナを介して前記複数の通信端末のうち１の通信端末と通信するときに、前記１の通信端末に対応付けて位相情報テーブルに記憶された位相情報に基づいて高周波信号の位相を変化させる。
【００１７】
本発明によれば、マルチパス環境下で安定的な通信を行うことができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態に係る無線通信機の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）は、本実施の形態に係る無線通信機が備える位相情報テーブルの構成の一例を示す図であり、（Ｂ）は、本実施の形態に係る無線通信機が備える位相情報テーブルの構成の別例を示す図であり、（Ｃ）は、本実施の形態に係る無線通信機が備える位相情報テーブルの構成の別例を示す図である。
【図３】本実施の形態に係る位相情報テーブルの取得フローの一例を示す図である。
【図４】本実施の形態に係る試験信号の一例を示す図である。
【図５】マルチパス環境下に設置した送信機、及びこの送信機から同一距離となる円周上に設置した受信機の配置例を示す概略図である。
【図６】図５に示す円周上の複数の地点で電界強度を測定した結果の一例を示す図である。
【図７】受信レベルと該受信レベルの位置に無線通信機が存在する確率との関係の一例を示す確率分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一局面に係る無線通信機は、第１のアンテナと、第２のアンテナと、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナを介して受信または送信する高周波信号の位相を変化させる可変移相部と、通信相手である複数の通信端末ごとに位相情報を対応付けた位相情報テーブルを記憶する記憶部とを備え、前記可変移相部は、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナを介して前記複数の通信端末のうち１の通信端末と通信するときに、前記１の通信端末に対応付けて位相情報テーブルに記憶された位相情報に基づいて高周波信号の位相を変化させる。
【００２０】
これにより、マルチパス環境下で安定に通信を行う構成を提供する。
【００２１】
また、上記の無線通信機において、前記位相情報テーブルは、前記通信端末の各々に対して複数の位相値の情報を有することが好ましい。
【００２２】
これにより、マルチパス環境下が変化した場合にも安定に通信を行う構成を提供する。
【００２３】
また、上記の無線通信機において、前記位相情報テーブルは、前記通信端末の各々に対応した位相変化幅の情報を有することが好ましい。
【００２４】
これにより、小さい位相情報テーブルでマルチパス環境が変化した場合にも安定に通信を行う構成を提供する。
【００２５】
本発明の他の局面に係る無線通信機の制御方法は、第１のアンテナと、第２のアンテナと、前記第１のアンテナと前記第２のアンテナを介して受信または送信する高周波信号の位相を変化させる可変移相部と、通信相手である複数の通信端末ごとに位相情報を対応付けた位相情報テーブルを記憶する記憶部と、前記可変移相部の位相を変化させる制御部とを備える無線通信機の制御方法であって、前記通信端末が送信する所定信号を受信するたびに前記可変移相部の位相を変化させるステップと、前記所定信号を受信したときの前記可変移相部で変化させた位相と、前記信号の受信レベルとを記憶するステップと、前記記憶した受信レベルの中から最も受信レベルが高いときの前記可変移相部で変化させた位相を表す位相情報を前記位相情報テーブルに格納するステップと、を行う。
【００２６】
これによれば、マルチパス環境下で安定的な通信を行うことができる。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１に係る無線通信機の構成の一例を示すブロック図である。図１において示すように、無線通信機は、第１のアンテナ１、第２のアンテナ２、可変移相部３、合成部４、データ制御部５、送信部７、受信部６を備える。受信状態では、第１のアンテナ１で受信した高周波信号は可変移相部３に入力され、この可変移相部３から第１の高周波信号として合成部４に入力される。
【００２９】
また、第２のアンテナ２で受信した高周波信号は、第２の高周波信号として、合成部４に入力される。そして、合成部４は、第１の高周波信号および第２の高周波信号を加算合成し、受信信号として受信部６に入力する。
【００３０】
受信部６は、受信信号を復調して復調データを生成し、また受信電力レベルを計算し、データ制御部５に伝送する。データ制御部５は、受信部６からの復調データを外部機器９に伝送し、また外部機器９から送信データを受信する。
【００３１】
また送信状態では、データ制御部５は送信部７に送信データを伝送し、送信部７は変調データを生成する。送信部７は、生成した変調データを、受信状態とは逆に合成部４に出力し、第１のアンテナ１と第２のアンテナ２から高周波信号を出力する。
【００３２】
ここで、データ制御部５は、位相情報テーブル記憶部８から位相情報を読み出し、可変移相部３を通過する高周波信号の位相が位相情報テーブル記憶部８から読み出した位相情報の値となるように可変移相部３の設定値を調整する機能を有する。なお、位相情報テーブルに格納した可変移相部３の位相情報は、マルチパスが存在する環境下でそれぞれの家電機器と良好な状態で通信するのに適切な条件が抽出されている。
【００３３】
図２（Ａ）は、位相情報テーブル記憶部８に記憶される位相情報テーブルの一例であり、５台の家電機器と通信する無線通信機の位相情報テーブルを示すものである。位相情報テーブルは各家電機器（家電機器１〜５）に対応する位相情報を有しており、たとえば家電機器１と通信する場合は、予め位相情報テーブルの家電機器１に対応した位相情報φ１を読み出して可変移相部３の設定値を位相情報φ１に相当する値に設定しておくことで、無線通信機は家電機器１との間で良好な通信状態を保つことができる。
【００３４】
位相情報テーブルは図３に示すフローで取得される。まずデータ制御部５は可変移相部３の位相を初期値に設定する（ステップ３０１）。この初期値は０°とする。そして、無線通信機は家電機器ｎ（ｎ＝１〜５のいずれか）に宛てた試験スタート信号を家電機器ｎに送信する（ステップ３０２）。
【００３５】
試験スタート信号を受信した家電機器ｎは、試験信号を無線通信機に送信し、無線通信機はその試験信号を受信する（ステップ３０３）。受信部６は試験信号を受信し、試験信号の同期ヘッダでノイズと試験信号を判別し、かつ受信電力レベルを測定する（ステップ３０４）。
【００３６】
試験信号の構成は図４に示す通りである。試験信号は、同期ヘッダと物理層ヘッダ、および物理層データ・ＭＡＣフレームから構成される。そしてデータ制御部５は、可変移相部３に設定されている設定値の値と、ステップ３０４で測定された受信電力レベルをメモリ（図示せず）に格納する（ステップ３０５）。なお、ステップ３０４において、受信部６が試験信号の同期ヘッダを検出できず試験信号を判別できなかった場合は、受信電力レベルをゼロとしてデータ制御部５に伝送する。
【００３７】
次にデータ制御部５は可変移相部３の設定値をある一定量変化させ（ステップ３０６）、可変移相部３の設定値が３６０°を超えるか否かを判定し（ステップ３０７）、設定値が３６０°を超えない間（ステップ３０７，Ｙｅｓ）はステップ３０２を実行する。
【００３８】
可変移相部３の設定値が３６０°を超えると（ステップ３０７，Ｎｏ）、メモリに記憶された受信電力レベルの中で最も高い受信レベルのときの可変移相部３の設定値を位相情報テーブルに格納する（ステップ３０８）。このようにすることで、無線通信機と家電機器ｎとの間で最も良好な位相条件を抽出することが可能となる。なお、上記ステップ３０１〜ステップ３０８は、すべての家電機器（すべてのｎ）に対してそれぞれ行うことで、図２（Ａ）を取得することができる。
【００３９】
また、図２（Ｂ）または図２（Ｃ）に示すように各家電機器に対して複数の位相情報の候補を有することも有用である。図２（Ｂ）は図３のステップ３０８で最も受信レベルの高いときの可変移相部３の設定値（位相情報１）だけでなく、２番目（位相情報２）と３番目（位相情報３）に受信レベルが強いときの可変移相部３の設定値も格納することで作成できる。実運用時には環境が変化することによって、２番目（家電機器１においてφ１２）もしくは３番目（家電機器１においてφ１３）に受信レベルの強い位相情報を元に可変移相部３を設定したほうが受信確率が高くなる場合がある。そのような場合、実際の通信で家電機器１においては、まずは最も受信レベルの高い位相条件φ１１で通信をスタートし、通信エラー（例えば、送信先である家電機器から受信確認信号が届かない場合）が生じることで再送するような場合に位相条件φ１２で通信し、それでも通信エラーの場合には位相条件φ１３で通信する。
【００４０】
一方、図２（Ｃ）は位相情報２や位相情報３を図２（Ｂ）のように絶対値で有するのではなく、相対値で有する構成である。図２（Ｃ）の位相差情報は、たとえば図２（Ｂ）の位相情報２から位相情報１を差し引いた値である（たとえば家電機器１においては、ｄφ１＝φ１２−φ１１）。通信エラーで再送時に位相条件を変化して通信する場合に、可変移相部３をたとえばｄφ１の整数倍だけ変化する。このように制御することで、位相情報テーブル記憶部８において多く位相情報を格納する必要がなくメモリの節約になるうえ、アンテナの特性上、適切な位相差情報が分かっていれば改めて位相差情報を取得する必要はない。たとえば、例としてこの位相差情報は可変移相部３の位相を４５度変化することと等価な情報を設定することが有用である。
【００４１】
なお、可変移相部３は第１のアンテナと第２のアンテナのどちらか片側だけでなく、両方に設けてもよい。その場合は位相情報テーブル記憶部８は、両方の可変移相部に対応した位相情報テーブルを有し、それぞれの位相情報テーブルの設定値は図３のステップにしたがって抽出される。
【００４２】
データ制御部５が位相情報テーブル記憶部８から位相情報テーブルを取得するタイミングは、無線送信機にタイマー（図示せず）を備え、定期的に行う。たとえば、部屋で人が活動していない夜間は電波伝搬環境が安定して位相情報が取得できるため、毎晩（例えば午前１時）図３に示す処理を行い、位相情報テーブルを取得または更新する。１日に１回であれば頻繁に位相情報テーブルを更新するより省電力で有効である。また昼間と夜間では電波伝搬環境が異なるため、昼間と夜間に異なる位相情報テーブルを取得し、各時間帯で各時間帯に対応した位相情報テーブルを運用することにより、より個別の電波伝搬環境に応じて適切に位相情報テーブルが設定されて安定して通信が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る無線通信機は、小型で簡易な構成で、マルチパス伝搬環境下のフェージングによる局所的な受信レベルの落込みを回避して安定的な通信を行うことができる。このため、マルチパス伝搬環境下において固定設置された無線通信機に有用である。
【図１】
2014174748.tif 000003
【図２】
2014174748.tif 000004
【図３】
2014174748.tif 000005
【図４】
2014174748.tif 000006
【図５】
2014174748.tif 000007
【図６】
2014174748.tif 000008
【図７】
2014174748.tif 000009
【国際調査報告】
2014174748.tif 000010
2014174748.tif 000011