(57)【要約】【課題】受信機(通信機)に時間測定精度が低いタイマを使用しつつ、受信機のスリープ状態を長くして低消費電力化できる通信機、送受信システムおよび通信機の制御方法の提供を図る。【解決手段】間欠的に送信される送信波ＢＮ１，ＢＮ２，…の到達時刻よりも所定時間だけ手前でスリープ状態から起動してアクティブ状態で前記送信波を受信し、通信完了後に再び前記スリープ状態に遷移する間欠動作型の通信機であって、前記通信機が起動する起動時刻Ｔpsと、前記送信波を受信する送信波受信時刻Ｔprの間の第１時間差Ｔd(α)を測定し、次に、前記スリープ状態から起動するまでのスリープ時間Ｔsを前記第１時間差に基づいて補正する起動時間調整回路(１０)を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間欠的に送信される送信波の到達時刻よりも所定時間だけ手前でスリープ状態から起動してアクティブ状態で前記送信波を受信し、通信完了後に再び前記スリープ状態に遷移する間欠動作型の通信機であって、
前記通信機が起動する起動時刻と、前記送信波を受信する送信波受信時刻の間の第１時間差を測定し、次に、前記スリープ状態から起動するまでのスリープ時間を前記第１時間差に基づいて補正する起動時間調整回路を有する、
ことを特徴とする通信機。
【請求項２】
前記起動時間調整回路は、
基準クロックをタイマ設定値に基づいてカウントし、前記通信機を起動する受信起動信号を出力するタイマ部と、
前記タイマ設定値または前記タイマ部からのカウンタ値を、前記受信起動信号により取り込んで保持する第１ラッチと、
前記タイマ部からのカウンタ値を、前記送信波を受信したときの送信波受信信号により取り込んで保持する第２ラッチと、
前記第２ラッチの出力から、前記第１ラッチの出力を減算する減算器と、
前記減算器の出力を積分する積分器と、
前記積分器の出力と、前記タイマ設定値を加算する加算器と、を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の通信機。
【請求項３】
前記送信波受信信号は、前記通信機に設けられた受信信号強度検出器、エネルギー検出器の出力または受信信号を復調したフレーム同期信号の少なくとも１つを使用して生成される、
ことを特徴とする請求項２に記載の通信機。
【請求項４】
前記タイマ部は、
前記基準クロックをカウントして前記カウンタ値を出力するカウンタと、
前記カウンタ値と前記タイマ設定値を比較して第１タイマ出力信号を生成する第１比較器と、を有し、
前記第１タイマ出力信号を、前記受信起動信号として使用する、
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の通信機。
【請求項５】
前記タイマ部は、さらに、
前記タイマ設定値からマージンを減算する減算器、または、加算する加算器と、
前記カウンタ値と前記減算器の出力値を比較して第２タイマ出力信号を生成する第２比較器と、を有し、
前記第２タイマ出力信号を、前記受信起動信号として使用する、
ことを特徴とする請求項４に記載の通信機。
【請求項６】
前記起動時間調整回路は、さらに、
前記加算器と前記タイマ部の間に挿入され、前記加算器の出力値に対して間欠時間スケーリングファクタを乗算する乗算器を有し、
前記乗算器の出力値を前記タイマ設定値とする、
ことを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の通信機。
【請求項７】
前記間欠時間スケーリングファクタは、間欠的に送信される前記送信波の直前の送信波のフレームに含まれ、
前記起動時間調整回路は、前記間欠時間スケーリングファクタを使用して、前記直前の送信波の次の送信波を受信するときの前記タイマ設定値を規定する、
ことを特徴とする請求項６に記載の通信機。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の通信機と、
前記通信機に対して前記送信波を送信し、前記通信機からのデータを受け取って処理する送信機と、を有する、
ことを特徴とする送受信システム。
【請求項９】
前記送信機は、無線送受信システムの基地局であり、
前記通信機は、無線送受信システムの端末であり、
前記基地局は、
前記端末に対して前記送信波を送信し、前記端末からのデータを受け取って処理する送受信部と、
前記送受信部を介して受け取った、前記端末からのデータを微分する微分器と、
前記微分器の出力に基づいて、間欠時間スケーリングファクタを制御し、前記送受信部を介して前記間欠時間スケーリングファクタを前記端末に送信するΓ算出部と、を有する、
ことを特徴とする請求項８に記載の送受信システム。
【請求項１０】
送信機から間欠的に送信される送信波の到達時刻よりも所定時間だけ手前でスリープ状態から起動してアクティブ状態で前記送信波を受信し、通信完了後に再び前記スリープ状態に遷移する間欠動作型の通信機の制御方法であって、
前記通信機が起動する起動時刻と、前記送信波を受信する送信波受信時刻の間の第１時間差を測定し、
次に、前記スリープ状態から起動するまでのスリープ時間を前記第１時間差に基づいて補正する、
ことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で言及する実施例は、通信機、送受信システムおよび通信機の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基地局(送信機)からの送信波(ビーコン)に基づいて、端末(受信機，通信機)がアクティブ状態とスリープ状態を切り換えて、間欠的に動作を行う無線ネットワークが提案されている。このような間欠動作を行う無線ネットワークは、例えば、低消費電力が求められるセンサー用無線ネットワーク等に利用されている。
【０００３】
無線通信は、送信機と受信機の間で無線によりデータの送受信を行うが、このとき、受信機は、電池により駆動されることが多々ある。このような受信機が電池により駆動される場合、消費電力を低減することにより、電池の寿命を延ばし、また、電池の交換や充電の頻度を低下させることが求められる。
【０００４】
そのため、受信機は、信号を受信または送信するときだけ関連する回路(すなわち、受信機)を動作状態(アクティブ状態)とし、それ以外は、低消費電力状態(スリープ状態)とする間欠動作を行うようになっている。
【０００５】
すなわち、無線通信において、受信または送信しているアクティブ状態の期間は、スリープ状態の期間よりも遥かに短いことが多い。そのため、送信機からのビーコンに基づいて受信機のアクティブ状態とスリープ状態を制御することにより、受信機における平均の消費電力を下げることが可能になる。
【０００６】
ところで、従来、送信機から間欠的に送信される送信波に基づいて、送信波を受信する受信機の制御を行う様々な手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−３０７３４２号公報
【特許文献２】特開２００４−３２８５０１号公報
【特許文献３】特開平０９−０９３１８５号公報
【特許文献４】特開２０１０−１１４６７１号公報
【特許文献５】特開２００１−０６９１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、例えば、送信機からのビーコンに基づいて受信機のアクティブ状態とスリープ状態を制御することにより、受信機における平均の消費電力を低減することが行われている。
【０００９】
また、例えば、受信機をセンサー用無線ネットワーク等に適用する場合、通常、受信機には低価格化が求められるため、例えば、ビーコンが送信されるタイミングを判定するタイマとしては、水晶振動子を使用せずにＬＣ共振を用いた廉価なものが好ましい。さらに、受信機をセンサー用無線ネットワーク等に適用する場合、受信機として小型化が求められるため、そのような小型化の面からも簡易なタイマを使用するのが好ましい。
【００１０】
しかしながら、例えば、ＬＣ共振を用いた廉価なタイマは、水晶振動子を使用したものよりも時間測定精度が低いため、大きな測定誤差が生じてもビーコンを受信可能なように、受信機を起動(アクティブ状態に)するタイミングにマージンを持たせている。
【００１１】
ただし、マージンを大きくして受信機の起動タイミングを早めると、アクティブ状態が長くなる。このアクティブ状態の受信機の消費電力は、スリープ状態のときよりも大きくなるため、受信機を起動するタイミングのマージン設定が難しいのが現状である。
【００１２】
すなわち、低消費電力化のためにスリープ状態を長くして受信機の起動をビーコン受信の直前まで遅らせることと、余裕を持ってビーコンを受信するために受信機の起動のマージンを大きくすることは、トレードオフの関係になっている。そのため、受信機に時間測定精度が低いタイマを使用しつつ、受信機のスリープ状態を長くして低消費電力化を図ることが困難になっている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一実施形態によれば、間欠的に送信される送信波の到達時刻よりも所定時間だけ手前でスリープ状態から起動してアクティブ状態で前記送信波を受信し、通信完了後に再び前記スリープ状態に遷移する間欠動作型の通信機が提供される。
【００１４】
前記通信機は、前記通信機が起動する起動時刻と、前記送信波を受信する送信波受信時刻の間の第１時間差を測定し、次に、前記スリープ状態から起動するまでのスリープ時間を前記第１時間差に基づいて補正する起動時間調整回路を有する。
【発明の効果】
【００１５】
開示の通信機、送受信システムおよび通信機の制御方法は、受信機(通信機)に時間測定精度が低いタイマを使用しつつ、受信機のスリープ状態を長くして低消費電力化できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、送受信システムにおける受信制御方法の一例を説明するための図である。
【図２】図２は、図１に示す受信制御方法における課題を説明するための図である。
【図３】図３は、本実施例に係る受信制御方法を説明するための図である。
【図４】図４は、受信機の第１実施例における起動時間調整回路を示すブロック図である。
【図５】図５は、図４に示す起動時間調整回路の動作を説明するための図である。
【図６】図６は、受信機の第２実施例における起動時間調整回路を示すブロック図である。
【図７】図７は、図６に示す起動時間調整回路の動作を説明するための図である。
【図８】図８は、ビーコン受信信号の例を説明するための図である。
【図９】図９は、受信機の第３実施例における起動時間調整回路を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、図９に示す起動時間調整回路の動作を説明するための図である。
【図１１】図１１は、図９に示す起動時間調整回路におけるタイマ部を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、図１１に示すタイマ部の動作を説明するための図である。
【図１３】図１３は、受信機の第４実施例における起動時間調整回路を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、図１３に示す起動時間調整回路の動作を説明するための図である。
【図１５】図１５は、図１３に示す起動時間調整回路で使用する間欠時間スケーリングファクタを説明するための図である。
【図１６】図１６は、第４実施例の受信機が適用される送受信システムの一例を模式的に示す図である。
【図１７】図１７は、受信機の第５実施例における起動時間調整回路を示すブロック図である。
【図１８】図１８は、本実施例の受信機の全体構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、本実施例の通信機、送受信システムおよび通信機の制御方法を詳述する前に、図１および図２を参照して、送受信システムにおける受信制御方法(通信機の制御方法)の一例およびその課題を説明する。
【００１８】
図１は、送受信システムにおける受信制御方法の一例を説明するための図であり、図２は、図１に示す受信制御方法における課題を説明するための図である。ここで、図１および図２は、送信機２から受信機１に対して、０．５ｓの周期で間欠的に送信波(ビーコン)ＢＮ１，ＢＮ２，…が出力されている場合の例を示す。
【００１９】
なお、本明細書において、送信機２とは、ビーコンを送信するという意味での送信機であり、例えば、センサー用無線ネットワークにおける基地局(ハブ：Hub)に相当する。また、受信機１とは、ビーコンを受信するという意味での受信機であり、例えば、センサー用無線ネットワークにおける端末(ノード：Node)に相当する。
【００２０】
従って、基地局(送信機)２は、例えば、複数の端末(受信機，通信機)１に対してビーコンを送信するだけでなく、それぞれの端末１で採取したセンサーによるデータの受信や制御信号の送受信といった相互通信を行う。また、端末１も、基地局２からのビーコンを受信するだけでなく、端末１に対するデータ送信や制御信号の送受信といった相互通信を行う。
【００２１】
さらに、図１では、例えば、１つ目のビーコンＢＮ１の送信(受信)終了から２つ目ビーコンＢＮ２の送信開始までのビーコンの間隔を周期として示しているが、これは、ビーコンを送信している時間がビーコンの周期に対して相対的に短いため問題になることはない。また、間欠的に送信されるビーコンＢＮ１，ＢＮ２，…の周期は、０．５ｓに限定されるものではなく、例えば、用途により数秒〜数日といった様々な周期であってもよい。
【００２２】
図１に示されるように、受信機１では、例えば、タイマを使用して、送信機２から０．５ｓの間隔(間欠周期)で送信されるビーコンＢＮ２を受信可能なように、時刻Ｔpsにおいて、受信機(受信回路等)１をスリープ状態からアクティブ状態に(起動)しておく。
【００２３】
ここで、受信機１は、例えば、低消費電力が求められるセンサー用無線ネットワーク等に適用されるが、通常、ＬＣ共振を利用した廉価なタイマ(クロック発生回路)、或いは、小型化を実現する簡易なタイマが使用される場合がある。なお、以下の記載では、タイマによる誤差が最大０．５％と仮定して説明する。
【００２４】
すなわち、タイマによる誤差が最大０．５％の場合、例えば、０．５ｓの間欠周期を測定すると、最大で、０．５［ｓ］×０．００５＝０．００２５［ｓ］(２．５ｍｓ)の誤差が発生する。
【００２５】
そのため、例えば、タイマが０．５％(２．５ｍｓ)遅れることを想定して、設計値として(標準値として)、タイマにより想定されるビーコンの受信タイミングＴprよりも、２．５ｍｓだけ早い(手前の)タイミングで、受信機１をアクティブ状態に(起動)しておかないと、ビーコンＢＮ２，ＢＮ３，…が受信不可になる虞が生じる可能性がある。
【００２６】
その結果、図２に示されるように、受信機１は、例えば、ビーコンが出力される間隔(ビーコンの１周期)の０．５ｓのうち、９９．５％の０．４９７５ｓがスリープ状態になり、２．５ｍｓがアクティブ状態になる。
【００２７】
従って、図２において、受信機１が起動されてアクティブ状態になるタイミングＴpsからビーコンＢＮ２を受信するタイミングＴprまで、受信機１が消費する電力ＰＷoが無駄になってしまう。
【００２８】
このように、受信機(端末，通信機)の状態制御は、例えば、端末に搭載されているタイマを基準に制御されるが、タイマの時間精度が悪い場合には、マージンを大きく取って端末をアクティブ状態にするため、無駄な電力を消費することになる。
【００２９】
以下、通信機、送受信システムおよび通信機の制御方法の実施例を、添付図面を参照して詳述する。図３は、本実施例に係る受信制御方法(通信機の制御方法)を説明するための図であり、送信機(基地局：ハブ(Hub))２から受信機(端末，通信機：ノード(Node))１に対して、０．５ｓの周期で間欠的に送信波(ビーコン)ＢＮ１，ＢＮ２，…が出力されている例を示す。
【００３０】
図３に示されるように、本実施例に係る受信制御方法は、まず、例えば、対象期間の１回目のビーコンＢＮ１を受信する場合、例えば、ビーコンの間欠周期をＴrx、タイマの最大誤差をΔＴtm、そして、タイマ設定値をＶstとすると、次の式で表すことができる。
【００３１】
なお、１回目のビーコンＢＮ１を受信する場合、タイマ設定値Ｖstは、例えば、初期値として与えるタイマ設定初期値Ｖsと同じになる。
Ｖst＝Ｖs
＝Ｔrx−ΔＴtm
＝０．５［ｓ］−０．５［ｓ］×０．００５
＝０．４９７５［ｓ］
【００３２】
このように、１回目のビーコンＢＮ１を受信する場合のタイマ設定値(スリープ時間)は、例えば、０．４９７５［ｓ］になる。従って、受信機１がアクティブ状態になるタイミング(起動時刻)Ｔpsは、ビーコンＢＮ１を受信するタイミング(ビーコンの受信時刻)Ｔprから、０．００２５［ｓ］、すなわち、図１および図２を参照して説明したのと同じ２．５ｍｓ手前になる。そのため、１回目のビーコンＢＮ１を受信する場合の受信機１の消費電力は、図１および図２を参照して説明したのと同じになる。
【００３３】
ここで、１回目のビーコンＢＮ１を受信するとき、受信機１がアクティブ状態になってから、実際にビーコンＢＮ１を受信するまでの時間が測定される。すなわち、１回目のビーコンＢＮ１を受信するとき、受信機１の起動時刻Ｔpsからビーコンの受信時刻Ｔprまでの時間Ｔdがカウントされる。このカウンタ値(オフセット値)をαとする。
【００３４】
次に、２回目のビーコンＢＮ２を受信する場合、受信機１のスリープ時間は、１回目のビーコンＢＮ１を受信したときの受信機１の起動時刻Ｔpsからビーコンの受信時刻Ｔprまでの時間Ｔd(α)に基づいて補正される。
【００３５】
すなわち、２回目のビーコンＢＮ２を受信する場合、タイマ設定値Ｖstは、１回目のビーコンＢＮ１を受信したときの受信機１の起動時刻Ｔpsからビーコンの受信時刻Ｔprまでのオフセット値αだけ補正される。これは、次の式で表すことができる。
Ｖst＝Ｖs＋α
【００３６】
ここで、例えば、受信機１に対して受信起動信号Ｓrsを出力した後、受信機１が余裕を持ってビーコン(ＢＮ２)を受信できるようになるまでのマージンをβとすると、２回目のビーコンＢＮ２を受信するときのタイマ設定値Ｖstは、次の式で表すことができる。
Ｖst＝Ｖs＋α−β
【００３７】
なお、３回目以降のビーコンＢＮ３，ＢＮ４，…を受信するときのタイマ設定値Ｖstは、２回目のビーコン受信時のタイマ設定値をそのまま適用してもよいが、直前のビーコン受信時におけるオフセット値αおよびマージンβにより、その都度補正してもよい。なお、後述するように、本実施例は、ビーコン間隔が変化する場合等においても適用可能である。
【００３８】
このように、本実施例の受信制御方法によれば、２回目以降のビーコン受信時には、例えば、水晶振動子を使用した高精度のタイマを用いた場合と同様に、受信機１の高精度な起動制御を行うことができ、消費電力を低減することが可能になる。なお、水晶振動子を使用した高精度のタイマを用いた場合でも、本実施例を適用することにより、より一層、スリープ時間を長くして、さらなる低消費電力化を図ることが可能になる。
【００３９】
図４は、受信機の第１実施例における起動時間調整回路を示すブロック図である。なお、受信機(端末)１は、後述する図１８に示されるように、例えば、送信回路，受信回路および信号処理回路等の内部回路１００、並びに、内部回路１００の動作(スリープおよびアクティブ)を制御する起動時間調整回路１０を含む。
【００４０】
ここで、起動時間調整回路１０は、前述した「Ｖst＝Ｖs＋α」を実現するものであり、間欠的に送信される送信波ＢＮ１，ＢＮ２，…の到達時刻よりも所定時間だけ手前でスリープ状態から内部回路１００(受信機１)を起動させるためのものである。
【００４１】
図４に示されるように、起動時間調整回路１０は、タイマ部(タイマ)１１、２つのラッチ(フリップフロップ：ＦＦ)１２１，１２２、減算器１３、積分器１４、および、加算器１５を含む。
【００４２】
タイマ部１１は、基準クロックＣＫr，タイマ開始信号Ｓtsおよびタイマ設定値Ｖstを受け取り、基準クロックＣＫrをカウントして、受信機１(内部回路１００)を起動する受信起動信号(タイマ出力)Ｓrsを出力する。
【００４３】
２つのＦＦの一方(第１ラッチ)１２１は、タイマ部１１から出力されるカウンタ値Ｖcを受信起動信号Ｓrsで取り込んで保持する。また、２つのＦＦの他方(第２ラッチ)１２２は、タイマ部１１からのカウンタ値Ｖcをビーコン受信信号(送信波受信信号)Ｓbrで取り込んで保持する。
【００４４】
減算器１３は、第２ラッチ１２２の出力Ｖf2から第１ラッチ１２１の出力Ｖf1を減算し、その減算結果を積分器１４に出力する。積分器１４は、減算器１３の出力を積分してオフセット値(カウンタ値)αを生成し、加算器１５に出力する。すなわち、オフセット値αは、積分器１４により平均され、その平均されたオフセット値αが加算器１５に入力される。
【００４５】
加算器１５は、タイマ設定初期値Ｖsを受け取り、タイマ設定初期値Ｖsにオフセット値αを加算し、次のビーコン受信時に使用するタイマ設定値Ｖstとしてタイマ部１１に出力する。ここで、タイマ設定初期値Ｖsは、初期状態(１回目のビーコンＢＮ１を受信するとき)のタイマ設定値Ｖstとして使用され、１回目のビーコンＢＮ１を受信するときのスリープ時間に対応する。
【００４６】
図５は、図４に示す起動時間調整回路の動作を説明するための図であり、Ｖs＝１４，α＝４の場合を示すものである。図５に示されるように、１回目のビーコンＢＮ１を受信するとき、受信機１の起動時間調整回路１０におけるタイマ部１１は、加算器１５から出力される、タイマ設定初期値Ｖsと同じタイマ設定値Ｖst(＝１４)をカウントする。そして、タイマ部１１がタイマ設定値Ｖstと同じ値をカウントすると、受信起動信号Ｓrsを出力する(低レベル『Ｌ』から高レベル『Ｈ』に立ち上げる)。
【００４７】
ここで、第１ラッチ１２１は、タイマ部１１からのカウンタ値Ｖcを受信起動信号Ｓrsの出力(立ち上がりタイミング)で取り込み、その出力Ｖf1(＝１４)を減算器１３に入力する。また、第２ラッチ１２２は、タイマ部１１からのカウンタ値Ｖcをビーコン受信信号Ｓbrの立ち上がりタイミングで取り込み、その出力Ｖf2(＝１８)を減算器１３に入力する。
【００４８】
減算器１３は、第２ラッチ１２２の出力Ｖf2から第１ラッチ１２１の出力Ｖf1を減算し、その減算結果(１８−１４＝４)を積分器１４に出力する。積分器１４は、減算器１３の出力を積分してオフセット値α(＝４)を生成し、加算器１５に出力する。
【００４９】
加算器１５は、タイマ設定初期値Ｖs(１回目のビーコンＢＮ１を受信するとき)のタイマ設定値Ｖst＝１４)にオフセット値α(＝４)を加算し、次の２回目のビーコンＢＮ２を受信するときに使用するタイマ設定値Ｖst(＝１８)をタイマ部１１に出力する。
【００５０】
これにより、２回目のビーコンＢＮ２を受信するまでのスリープ時間を、タイマ設定初期値Ｖs(＝１４)よりも長いタイマ設定値Ｖst(＝１８)に基づいた時間まで延ばすことにより、消費電力を低減することが可能になる。
【００５１】
図６は、受信機の第２実施例における起動時間調整回路を示すブロック図であり、図７は、図６に示す起動時間調整回路の動作を説明するための図である。図６と、上述した図４の比較から明らかなように、本第２実施例では、第１ラッチ１２１には、タイマ部１１からのカウンタ値Ｖcの代わりに、加算器１５の出力(タイマ設定値Ｖst)が入力されるようになっている。
【００５２】
なお、図７は、上述した図５と同様のものであり、図６に示す第２実施例における起動時間調整回路でも、第１実施例と同様に、２回目のビーコンＢＮ２を受信するまでのスリープ時間をタイマ設定値Ｖst＝１８まで延ばして消費電力を低減することが可能になる。
【００５３】
図８は、ビーコン受信信号の例を説明するための図である。図８に示されるように、ビーコン受信信号Ｓbr(受信信号強度)としては、例えば、受信信号強度検出器(ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator)やエネルギー検出器(ＥＤ：Energy Detector)の出力信号またはフレーム同期信号を利用することができる。
【００５４】
すなわち、受信機１には、通常、受信電波の強さを検出する機能があり、例えば、ＲＳＳＩの出力が一定レベルを超えたことにより、或いは、ＥＤの出力、若しくは、受信信号を復調したフレーム同期検出信号により、ビーコン受信信号Ｓbrを生成することができる。
【００５５】
さらに、例えば、外乱ノイズにより誤ってビーコン受信信号Ｓbrが出力されるのを避けるために、ＲＳＳＩの出力とＥＤのフレーム同期検出信号の論理積を取ってビーコン受信信号Ｓbrを生成し、信頼性を向上させることも可能である。
【００５６】
図９は、受信機の第３実施例における起動時間調整回路を示すブロック図であり、図１０は、図９に示す起動時間調整回路の動作を説明するための図である。図９と、前述した図４の比較から明らかなように、本第３実施例では、タイマ部１１から２つの信号Ｓrs1およびＳrs2が出力されるようになっている。ここで、タイマ出力信号Ｓrs1は、例えば、図４における受信起動信号Ｓrsに対応する。
【００５７】
すなわち、図７に示されるように、信号(第３実施例の受信起動信号)Ｓrs2は、例えば、信号Ｓrs1よりも基準クロックＣＫrの２クロック分早く立ち上がるようになっており、この２クロック分がマージンβに対応する。
【００５８】
これは、例えば、２回目のビーコンＢＮ２を受信するまでのスリープ時間を、タイマ設定値Ｖst＝Ｖs＋αとして求めただけでは、様々な変動によりビーコンＢＮが早く届いた場合に受信不可になるため、所定のマージンβを設けるようになっている。
【００５９】
すなわち、例えば、２回目のビーコンＢＮ２を受信するまでのスリープ時間を、Ｖst＝Ｖs＋α−βより求めることで、消費電力は多少とも増加するが、ビーコンＢＮ２を余裕を持って受信することができるようになっている。
【００６０】
図１１は、図９に示す起動時間調整回路におけるタイマ部を示すブロック図であり、図１２は、図１１に示すタイマ部の動作を説明するための図である。図１１に示されるように、タイマ部１１は、カウンタ１１１、減算器１１２および比較器１１３，１１４を含む。
【００６１】
ここで、カウンタ１１１のリセット端子(反転入力端子)ＸＲＳＴには、タイマ開始信号Ｓtsが入力され、タイマ開始信号Ｓtsが『Ｈ』から『Ｌ』に立ち下がると、カウンタ値がリセットされる。そして、次にタイマ開始信号Ｓtsが『Ｌ』から『Ｈ』に立ち上がると、基準クロックＣＫrに基づいたカウントを開始する。
【００６２】
なお、前述した図４および図６を参照して説明した第１および第２実施例におけるタイマ部１１の一例は、図１１に示す第３実施例のタイマ部から減算器１１２および比較器１１４を取り除き、比較器１１３の出力Ｓrs1を受信起動信号Ｓrsとしたものに相当する。
【００６３】
第３実施例では、受信起動信号Ｓrsとして、比較器１１４の出力Ｓrs2を使用し、比較器１１３の出力Ｓrs1は、第１ラッチ１２１のクロック入力および受信機１における他の回路の信号として利用される。
【００６４】
本第３実施例では、減算器１１２によりタイマ設定値Ｖstからマージンβを減算し、その減算器１１２の出力を比較器１１４に入力することで、Ｖst＝Ｖs＋α−βに対応するスリープ時間を確保することのできる受信起動信号Ｓrs2が生成される。
【００６５】
すなわち、図１２に示されるように、本第３実施例における受信起動信号Ｓrs2は、例えば、第１実施例の受信起動信号Ｓrsよりもマージンβ(２クロック分)だけ早く出力(『Ｌ』から『Ｈ』に変化)するようになっている。
【００６６】
具体的に、比較器１１３には、例えば、タイマ設定値Ｖstに基づく１８クロック目で立ち上がる信号Ｄと、カウンタ１１１からのカウンタ値Ｖcが入力され、比較器１１３の出力Ｓrs1は、１８クロック目で『Ｌ』から『Ｈ』に立ち上がる。
【００６７】
また、比較器１１４には、例えば、タイマ設定値Ｖstから２クロック分のマージンβを減算器１１２で減算した１６クロック目で立ち上がる信号Ｄと、カウンタ１１１からのカウンタ値Ｖcが入力される。そのため、比較器１１４の出力Ｓrs2は、１６クロック目で『Ｌ』から『Ｈ』に立ち上がる。なお、減算器１１２は、加算器とすることもできるのはいうまでもない。
【００６８】
以上において、マージンβの値(クロック数)は、例えば、上位のプロセッサにより、周囲のノイズ環境等に応じて変化させることができる。また、比較器１１３の出力Ｓrs1と比較器１１４の出力Ｓrs2を切り替え可能とし、例えば、ノイズ環境等に応じて出力Ｓrs1およびＳrs2の一方を選択し、受信起動信号(Ｓrs)として使用することもできる。
【００６９】
さらに、例えば、減算器１１２および比較器１１４を複数組設け、それぞれ異なるマージンβ1，β2,…を設定し、適宜、受信起動信号(Ｓrs)におけるマージンを制御することも可能である。このように、図１１に示すタイマ部１１は、単なる例であり、様々な変形および変更が可能なのはいうまでもない。
【００７０】
図１３は、受信機の第４実施例における起動時間調整回路を示すブロック図であり、ビーコンＢＮの間隔が不規則の(一定ではない)場合の実施例を示す。また、図１４は、図１３に示す起動時間調整回路の動作を説明するための図であり、図１５は、図１３に示す起動時間調整回路で使用する間欠時間スケーリングファクタを説明するための図である。
【００７１】
第４実施例は、図１４に示されるように、ビーコンＢＮの間隔が間欠時間スケーリングファクタΓに従って変化する場合の実施例を示すものである。また、図１５に示されるように、ビーコン(ＢＮ２)の時間間隔は、直前に受信(送信)されたビーコン(ＢＮ１)の受信フレームに含まれるものとする。
【００７２】
すなわち、間欠時間スケーリングファクタΓは、例えば、タイマ開始信号Ｓtsによりタイマ部１１が起動する直前のビーコンフレーム(受信フレーム)に含ませて、送信機(基地局)２から受信機(端末)１に送信され、Γの設定(Γ1，Γ2，…)が設定される。なお、間欠時間スケーリングファクタΓの初期値(Γ0)は、予め設定しておく。
【００７３】
図１３と、前述した図４の比較から明らかなように、本第４実施例では、加算器１５とタイマ部１１の間に乗算器１６が挿入されている。乗算器１６は、加算器１５の出力(タイマ設定値)Ｖstを受け取り、そのＶstに間欠時間スケーリングファクタΓを乗算して、タイマ設定値Ｖst'をタイマ部１１に出力する。なお、上述した第２実施例および第３実施例も、本第４実施例に対して適用することができるのはいうまでもない。
【００７４】
図１６は、第４実施例の受信機が適用される送受信システムの一例を模式的に示す図であり、間欠時間スケーリングファクタΓを可変制御する無線送受信システムの例を示すものである。図１６に示されるように、送信機(基地局)２には、送受信部２０、微分器２１およびΓ算出テーブル(Γ算出部)２２が設けられている。なお、Γ算出部２２は、テーブルに限定されないのはいうまでもない。
【００７５】
送受信部２０は、受信機(端末)１に対して送信波ＢＮ１，ＢＮ２，…を送信し、端末１からのデータ(Data)を受け取って処理し、微分器２１は、送受信部２０を介して受け取った端末１からのデータを微分する。
【００７６】
Γ算出テーブル２２は、微分器２１の出力に基づいて、間欠時間スケーリングファクタΓを制御し、送受信部２０を介して間欠時間スケーリングファクタΓを端末１に送信する。微分器２１の出力(微分値)の絶対値が大きい時、間欠時間スケーリングファクタΓが小さくなるように、Γ算出テーブル２２でΓを算出する。
【００７７】
すなわち、例えば、データの変化が急峻な場合は、ビーコンの間欠時間を短くして実行データレートが上がるように制御し、データの変化が緩やかな場合は、ビーコンの間欠時間を長くして実行データレートが下がるように制御する。
【００７８】
これにより、データ変化に基づいた最適なデータレートに設定することができ、消費電力を低下して、より一層、電池の寿命を延ばすことが可能になる。
【００７９】
図１７は、受信機の第５実施例における起動時間調整回路を示すブロック図である。図１７と、前述した図４の比較から明らかなように、本第５実施例では、タイマ部１１からのカウンタ値Ｖcとタイムアウト設定値Ｖtoを受け取って比較する比較器１７が追加されている。
【００８０】
すなわち、比較器１７は、タイマ部１１からのカウンタ値Ｖcがタイムアウト設定値Ｖtoになると、リセット信号ｒｓｔを積分器１４に出力して積分値をリセットするようになっている。
【００８１】
ここで、加算器１５に与えるタイマ設定初期値Ｖsは、例えば、最短のスリープ時間に基づいて設定されるが、オフセット値αにより補正が行われてスリープ時間が延長されたとき、受信機１がビーコンＢＮの受信に失敗する虞がある。
【００８２】
このような状況を考えて、予めタイムアウト設定値Ｖtoを設定しておき、カウンタ値Ｖcがタイムアウト設定値Ｖtoになってもビーコン受信信号Ｓbrが出力されない場合には、比較器１７からのリセット信号ｒｓｔにより積分器１４をリセットする。
【００８３】
これにより、加算器１５からは、１回目のビーコンＢＮ１を受信するときと同様に、タイマ設定初期値Ｖsがタイマ設定値Ｖstとして出力され、最短のスリープ時間に基づいて早めに起動が行われることになる。
【００８４】
図１８は、本実施例の受信機の全体構成を示すブロック図である。図１８に示されるように、受信機１は、起動時間調整回路１０および内部回路１００を含む。ここで、内部回路１００は、送信回路、受信回路および信号処理回路等を含み、起動時間調整回路１０からの受信起動信号Ｓrsに基づいて、オン(アクティブ状態)とオフ(スリープ状態)が制御される。
【００８５】
図１８は、本実施例の受信機の全体構成を示すブロック図である。図１８に示されるように、受信機１は、起動時間調整回路１０および内部回路１００を含む。前述したように、起動時間調整回路１０には、ビーコン受信信号Ｓbr、基準クロックＣＫrおよびタイマ開始信号Ｓtsが入力され、受信起動信号Ｓrsを内部回路１００に出力する。
【００８６】
ここで、内部回路１００は、送信回路、受信回路および信号処理回路等を含み、起動時間調整回路１０からの受信起動信号Ｓrsに基づいて、オン(アクティブ状態)とオフ(スリープ状態)が制御される。また、ビーコン受信信号Ｓbとしては、起動された内部回路１００から出力されたものが使用される。
【００８７】
なお、図１８では描いていないが、例えば、受信機１をセンサー用無線ネットワークの端末として適用する場合、内部回路１００には、使用するセンサーやメモリといった様々なデバイスおよび回路が含まれることになる。
【００８８】
以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではない。また、明細書のそのような記載は、発明の利点および欠点を示すものでもない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。
【００８９】
以上の実施例を含む実施形態に関し、さらに、以下の付記を開示する。
（付記１）
間欠的に送信される送信波の到達時刻よりも所定時間だけ手前でスリープ状態から起動してアクティブ状態で前記送信波を受信し、通信完了後に再び前記スリープ状態に遷移する間欠動作型の通信機であって、
前記通信機が起動する起動時刻と、前記送信波を受信する送信波受信時刻の間の第１時間差を測定し、次に、前記スリープ状態から起動するまでのスリープ時間を前記第１時間差に基づいて補正する起動時間調整回路を有する、
ことを特徴とする通信機。
【００９０】
（付記２）
前記起動時間調整回路は、
基準クロックをタイマ設定値に基づいてカウントし、前記通信機を起動する受信起動信号を出力するタイマ部と、
前記タイマ設定値または前記タイマ部からのカウンタ値を、前記受信起動信号により取り込んで保持する第１ラッチと、
前記タイマ部からのカウンタ値を、前記送信波を受信したときの送信波受信信号により取り込んで保持する第２ラッチと、
前記第２ラッチの出力から、前記第１ラッチの出力を減算する減算器と、
前記減算器の出力を積分する積分器と、
前記積分器の出力と、前記タイマ設定値を加算する加算器と、を含む、
ことを特徴とする付記１に記載の通信機。
【００９１】
（付記３）
前記起動時間調整回路は、
１回目の送信波を受信するとき、前記タイマ部に入力する前記タイマ設定値を、最短のスリープ時間に基づくタイマ設定初期値とし、
２回目以降の送信波を受信するとき、前記タイマ部に入力する前記タイマ設定値を、前記加算器により前記タイマ設定初期値と前記積分器の出力が加算された値とする、
ことを特徴とする付記２に記載の通信機。
【００９２】
（付記４）
前記起動時間調整回路は、
２回目以降の送信波を受信するとき、前記タイマ部に入力する前記タイマ設定値として、直前の送信波を受信したときの前記加算器の出力を使用する、
ことを特徴とする付記２に記載の通信機。
【００９３】
（付記５）
前記送信波受信信号は、前記通信機に設けられた受信信号強度検出器、エネルギー検出器の出力または受信信号を復調したフレーム同期信号の少なくとも１つを使用して生成される、
ことを特徴とする付記２乃至付記４のいずれか１項に記載の通信機。
【００９４】
（付記６）
前記タイマ部は、
前記基準クロックをカウントして前記カウンタ値を出力するカウンタと、
前記カウンタ値と前記タイマ設定値を比較して第１タイマ出力信号を生成する第１比較器と、を有し、
前記第１タイマ出力信号を、前記受信起動信号として使用する、
ことを特徴とする付記２乃至付記５のいずれか１項に記載の通信機。
【００９５】
（付記７）
前記タイマ部は、さらに、
前記タイマ設定値からマージンを減算する減算器、または、加算する加算器と、
前記カウンタ値と前記減算器の出力値を比較して第２タイマ出力信号を生成する第２比較器と、を有し、
前記第２タイマ出力信号を、前記受信起動信号として使用する、
ことを特徴とする付記６に記載の通信機。
【００９６】
（付記８）
前記起動時間調整回路は、さらに、
前記加算器と前記タイマ部の間に挿入され、前記加算器の出力値に対して間欠時間スケーリングファクタを乗算する乗算器を有し、
前記乗算器の出力値を前記タイマ設定値とする、
ことを特徴とする付記２乃至付記７のいずれか１項に記載の通信機。
【００９７】
（付記９）
前記間欠時間スケーリングファクタは、間欠的に送信される前記送信波の直前の送信波のフレームに含まれ、
前記起動時間調整回路は、前記間欠時間スケーリングファクタを使用して、前記直前の送信波の次の送信波を受信するときの前記タイマ設定値を規定する、
ことを特徴とする付記８に記載の通信機。
【００９８】
（付記１０）
付記１乃至付記９のいずれか１項に記載の通信機と、
前記通信機に対して前記送信波を送信し、前記通信機からのデータを受け取って処理する送信機と、を有する、
ことを特徴とする送受信システム。
【００９９】
（付記１１）
前記送信機は、無線送受信システムの基地局であり、
前記通信機は、無線送受信システムの端末であり、
前記基地局は、
前記端末に対して前記送信波を送信し、前記端末からのデータを受け取って処理する送受信部と、
前記送受信部を介して受け取った、前記端末からのデータを微分する微分器と、
前記微分器の出力に基づいて、間欠時間スケーリングファクタを制御し、前記送受信部を介して前記間欠時間スケーリングファクタを前記端末に送信するΓ算出部と、を有する、
ことを特徴とする付記１０に記載の送受信システム。
【０１００】
（付記１２）
前記Γ算出部は、
前記端末からのデータの変化が急峻な場合は、前記送信波の間欠時間を短くして実行データレートが上がるように制御し、
前記端末からのデータの変化が緩やかな場合は、前記送信波の間欠時間を長くして実行データレートが下がるように制御する、
ことを特徴とする付記１１に記載の送受信システム。
【０１０１】
（付記１３）
送信機から間欠的に送信される送信波の到達時刻よりも所定時間だけ手前でスリープ状態から起動してアクティブ状態で前記送信波を受信し、通信完了後に再び前記スリープ状態に遷移する間欠動作型の通信機の制御方法であって、
前記通信機が起動する起動時刻と、前記送信波を受信する送信波受信時刻の間の第１時間差を測定し、
次に、前記スリープ状態から起動するまでのスリープ時間を前記第１時間差に基づいて補正する、
ことを特徴とする制御方法。
【符号の説明】
【０１０２】
１    受信機(通信機，端末)
２    送信機(基地局)
１０    起動時間調整回路
１１    タイマ部(タイマ)
１３，１１２    減算器
１４    積分器
１５    加算器
１６    乗算器
１７，１１３，１１４    比較器
２０    送受信部
２１    微分器
２２    Γ算出テーブル(Γ算出部)
１００    内部回路
１１１    カウンタ
１２１    ラッチ(第１ラッチ，フリップフロップ)
１２２    ラッチ(第２ラッチ，フリップフロップ)
ＣＫr    基準クロック
Ｓbr    ビーコン受信信号(送信波受信信号)
Ｓrs    受信起動信号
Ｓts    タイマ開始信号
Ｖc    カウンタ値
Ｖs    タイマ設定初期値
Ｖst，Ｖst'    タイマ設定値
Ｖto    タイムアウト設定値
α    オフセット値
β    マージン
【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】
2016115991.tif 000007
【図６】
2016115991.tif 000008
【図７】
2016115991.tif 000009
【図８】
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【図９】
2016115991.tif 000011
【図１０】
2016115991.tif 000012
【図１１】
2016115991.tif 000013
【図１２】
2016115991.tif 000014
【図１３】
2016115991.tif 000015
【図１４】
2016115991.tif 000016
【図１５】
2016115991.tif 000017
【図１６】
2016115991.tif 000018
【図１７】
2016115991.tif 000019
【図１８】
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