CN113711499A - 无线通信装置和无线通信方法 - Google Patents

Abstract

无线通信装置具有：发送部(140)，其设置于旋转装置的旋转部(110)，发送无线信号；接收部(150)，其设置于旋转装置的固定部(120)，接收无线信号并基于无线信号来计算通信品质水平；通信周期决定部(160)，其基于通信品质水平(Q)来决定通信周期(Tc)，使得通信周期(Tc)与旋转部(110)的旋转周期(Tr)的1以上的整数倍的周期(Trn)同步；以及同步调整部(170)，其使通信周期(Tc)增加或减少使得通信品质水平(Q)上升，使发送部(140)与接收部之间的通信定时追随于旋转周期(Tr)。

Description

无线通信装置和无线通信方法

技术领域

本发明涉及无线通信装置和无线通信方法。

背景技术

开发出一种无线通信装置，该无线通信装置通过安装于马达的转子或车辆的轮胎等旋转部的传感器来检测温度等物理信息，通过安装于旋转部的发送器来发送表示物理信息的无线信号，通过安装于马达的壳体或车辆的车身等固定部的接收器来接收无线信号。专利文献1提出了一种在与车辆的车轮的旋转位置相应的通信定时进行无线通信的无线通信装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-359119号公报(例如，第0030段)

发明内容

发明要解决的问题

但是，在专利文献1的装置中，需要预先测定车轮的旋转位置与通信品质(例如接收水平)之间的关系。因此，在通信中最佳的旋转位置根据车轮的旋转速度或电波环境的变化等发生了变化的情况下，需要再次测定车轮的旋转位置与通信品质之间的关系。

本发明的目的在于，提供一种能够将旋转部与固定部之间的通信调节为最佳的定时的无线通信装置及无线通信方法。

用于解决问题的手段

本发明的一方案的无线通信装置的特征在于，具有：发送部，其设置于旋转装置的旋转部并发送无线信号；接收部，其设置于所述旋转装置的固定部，接收所述无线信号并基于所述无线信号计算通信品质水平；通信周期决定部，其基于所述通信品质水平决定通信周期，使得所述通信周期与所述旋转部的旋转周期的1以上的整数倍的周期同步；以及同步调整部，其使所述通信周期增加或减少使得所述通信品质水平上升，使所述发送部与所述接收部之间的通信定时追随于所述旋转周期。

发明的效果

根据本发明，能够将旋转部与固定部之间的通信调节为最佳的定时。

附图说明

图1是概要地示出本发明的实施方式1的无线通信装置的结构的框图。

图2是示出实施方式1的无线通信装置的硬件结构的例子的图。

图3是示出具备实施方式1的无线通信装置的旋转部及固定部的概要图。

图4是示出旋转部的旋转角与由接收部计算的通信品质水平之间的关系的曲线图。

图5是示出旋转部的旋转时的时间与由接收部计算出的通信品质水平之间的关系的曲线图。

图6是示出通信周期与通信品质水平之间的关系的曲线图。

图7是示出通信周期与通信品质水平之间的关系的曲线图。

图8是示出本发明的实施方式2中的混叠信号(alias signal)与各频率之间的关系的曲线图。

图9是示出实施方式2中的同时期的混叠信号与各频率之间的关系的曲线图。

图10是示出具备本发明的实施方式4的无线通信装置的旋转部及固定部的概要图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式的无线通信装置及无线通信方法进行说明。以下的实施方式只不过是例子，能够在本发明的范围内进行各种变更。

《1》实施方式1.

《1-1》结构

图1是概要地示出实施方式1的无线通信装置的结构的框图。该无线通信装置是能够实施实施方式1的无线通信方法的装置。实施方式1的无线通信装置设置在具有旋转部110和固定部120的旋转装置100中。旋转装置100例如是马达等。在该情况下，旋转部110是进行旋转的转子，固定部120是具备定子的壳体。

实施方式1的无线通信装置具有感测部130、作为通信装置的发送部140、作为通信装置的接收部150、通信周期决定部160、以及同步调整部170。感测部130及发送部140设置在旋转部110中。接收部150、通信周期决定部160及同步调整部170设置在固定部120中。但是，通信周期决定部160及同步调整部170并非必须设置在固定部120中。通信周期决定部160及同步调整部170也可以设置于与接收部150连接的计算机或经由网络以能够通信的方式与接收部150连接的服务器等。

感测部130检测物理信息。感测部130也称为传感器。发送部140例如是发送表示由感测部130取得的物理信息的无线信号的发送器。在感测部130取得的物理信息是温度的情况下，感测部130使用热电偶等温度传感器来测定温度(例如旋转轴的温度等)。此外，感测部130测定的物理信息也可以是旋转部110的旋转速度、旋转角加速度、磁通、振动及加速度、以及设置在旋转部110中的布线或绕组中的电压及电流等。

旋转装置100也可以是汽车等车辆。在该情况下，旋转部110是车轮(或轮胎)，固定部120是车身。此外，在旋转装置100是直升机的情况下，旋转部110是叶片(即，旋转叶片)，固定部120是直升机主体。在旋转装置100是飞行器的情况下，旋转部110是螺旋桨，固定部120是飞行器主体。在旋转装置100是空调的情况下，旋转部110是风扇，固定部120是空调主体。但是，旋转装置100不限于此。

接收部150包含接收从发送部140发送的无线信号的接收器。接收部150基于无线信号，计算表示通信品质的指标即通信品质水平Q。由接收部150计算的通信品质水平Q是表示通信品质的良好程度的值。通信品质水平Q例如是接收强度(RSSI：Received SignalStrength Indicator)、错误率的倒数、或者信噪比(SNR：Signal Noise Ratio)等。通信品质水平Q越高，通信品质越为良好。但是，通信品质水平Q不限于此。

通信周期决定部160基于通信品质水平Q将通信周期Tc决定为旋转部110的旋转周期Tr[秒]的1以上的整数倍(即，N倍)的周期Trn(＝N×Tr)[秒]。即，通信周期决定部160基于通信品质水平Q，将通信周期Tc决定为Tc＝Trn(＝N×Tr)。旋转部110的旋转周期Tr是旋转部110旋转1圈的时间。

同步调整部170使通信周期Tc增加或减少使得通信品质水平Q上升，调整发送部140与接收部150之间的通信定时。即，同步调整部170变更(即，增加或减少)通信周期Tc使得通信品质水平Q上升，使变更后的通信周期Ta追随于旋转周期Tr。另外，按照某个周期以固定的短时间的期间从发送部140向接收部150发送无线信号。

图2是示出实施方式1的无线通信装置的硬件结构的例子的图。图2示出设置在固定部120中的结构。如图2所示，无线通信装置具有作为信息处理部的处理器201和作为存储信息的存储部的存储器202。处理器201和存储器202执行由通信周期决定部160进行的动作和由同步调整部170进行的动作。处理器201和存储器202例如是计算机的一部分。在存储器202中安装有程序。程序例如经由网络或者从存储信息的存储介质被安装。程序也可以包含用于实施后述的通信周期的决定的处理和同步调整的处理的程序。处理器201通过执行存储于存储器202的程序来执行无线通信装置的固定部120侧的处理。无线通信装置的固定部120侧的结构的整体或一部分也可以由控制电路构成，该控制电路由半导体集成电路构成。存储器202也可以包含半导体存储装置、硬盘装置、将信息记录在可取出的记录介质中的装置等各种存储装置。

接着，对旋转部110的旋转角θ与通信品质水平Q之间的关系进行说明。图3是示出在与旋转轴平行的方向上观察到的旋转部110及固定部120与旋转角θ之间的关系的图。如图3所示，旋转部110以旋转轴为中心绕旋转方向旋转。固定部120例如配置为以与旋转部110非接触的方式与旋转部110对置。发送部140与接收部150的位置关系根据旋转角θ而变化。因此，无线信号的传播路径根据旋转角θ而变化，通信品质水平Q根据传播路径的变化而变动。尤其是在旋转部110为马达的转子的情况下，与旋转部110为车辆的轮胎的情况相比，转速较大，因此，容易受到多普勒效应的影响。此外，在旋转部110为马达的转子的情况下，由于马达的金属壳体所产生的电磁屏蔽效应及反射的影响而使电波环境容易受到影响。

图4是示出旋转部110的旋转角θ与由接收部150计算的通信品质水平Q之间的关系的曲线图。例如，如图4所示，当旋转部110旋转而使旋转角θ变化时，通信品质水平Q发生变化。当为通信品质水平Q成为最高值的旋转角θ(即，旋转角θ＝θp)时，进行发送部140与接收部150之间的通信，由此通信的稳定性提高。

图5是示出旋转部110的旋转时的时间与由接收部150计算的通信品质水平之间的关系的曲线图。根据图5可理解，通信品质水平Q按照每个旋转周期Tr重复变动。通信周期决定部160检测按照每个旋转周期Tr而显现的与通信品质水平Q高的旋转角θ对应的定时作为通信定时。

根据图5可知，通信周期决定部160能够基于通信品质水平Q的变动来估计旋转周期Tr。例如，通信周期决定部160能够通过检测通信品质水平Q的峰值间隔来估计旋转周期Tr。此外，通信周期决定部160能够通过使用自相关处理检测重复信号来估计旋转周期Tr。此外，通信周期决定部160能够通过使用傅立叶解析计算频率特性来估计旋转周期Tr。如果对通信品质水平Q进行傅立叶解析，则得到在旋转周期Tr内具有峰值的频率区域的特性。但是，旋转周期Tr的估计方法不限于此。此外，通信周期决定部160能够通过以比通信定时的决定高的频度进行旋转周期Tr的估计来提高精度。

通信周期决定部160例如将从旋转周期Tr的期间内通信品质最为良好的定时起旋转周期Tr的1以上的整数倍(即，N倍)的周期Trn(＝N×Tr)之后的定时设为通信定时，来决定通信周期Tc。即，通信周期决定部160将通信周期Tc决定为旋转周期Tr的1以上的整数倍的周期Trn。关于将通信周期Tc设为旋转周期Tr的几倍，即，期望在能够在良好的定时取得通信品质水平Q的范围内，将N的值设定得尽量大。由此，发送部140与接收部150之间的通信时间变短，能够抑制发送部140中的消耗电力。此外，在旋转部110设置有发送部140以外的发送部(即，其他的发送部)的情况下，通过将N的值设定为较大值，能够防止多个发送部之间的干扰。

同步调整部170计算通信周期Tc的增加或减少对通信品质水平Q的增加或减少产生的影响，使通信周期Tc增加或减少以使得通信品质水平Q变高，由此，使通信定时同步追随。另外，同步调整部170在使通信定时同步追随时，并不是使通信周期Tc增加或减少至旋转周期Tr的整数倍的周期Trn，而是以通信周期Tc细微变化的方式使通信周期Tc增加或减少ΔTc，即，使通信周期Tc变更为Tc+ΔTc或Tc-ΔTc。

《1-2》动作

图6是示出实施方式1中的通信周期与通信品质水平Q之间的关系的曲线图。在通信周期决定部160所进行的通信周期Tc的决定处理完成之后，同步调整部170在某个通信定时A并且是比通信品质被期待为良好的定时早的定时实施通信而取得了通信品质水平Qa的情况下，将通信周期Tc变更为较长的通信周期Tc+ΔTc即变更后的通信周期Ta，使得通信品质水平Q成为较高的通信品质水平Qb。可知通过该操作，在下一个通信定时B改善了通信品质。另外，在通信品质被改善之后，同步调整部170也可以使通信周期返回到通信周期Tc来调整通信定时。

图7是示出实施方式1中的通信周期与通信品质水平Q之间的关系的曲线图。在通信周期决定部160所进行的通信周期Tc的决定处理完成之后，同步调整部170在某个通信定时C并且是比通信品质被期待为良好的定时晚的定时实施通信而取得了通信品质水平Qc的情况下，如果将通信周期Tc变更为较长的通信周期Tc+ΔTc，则在下一个通信定时D，通信品质水平下降为Qd，通信品质劣化。这样，在改变了通信周期Tc时通信品质劣化的情况下，改变通信周期Tc的变化量的符号。即，同步调整部170在某个通信定时C并且是比通信品质被期待为良好的定时晚的定时实施通信而取得了通信品质水平Qc的情况下，如果将通信周期Tc变更为较短的通信周期Tc-ΔTc，则在下一个通信定时E，通信品质水平上升为Qe，通信品质提高。通过重复持续这些操作，或者通过变更ΔQ的值而重复进行处理，通信周期决定部160能够使通信周期与旋转周期Tr同步。

另外，通信周期决定部160也可以始终进行决定通信周期Tc的动作，通信周期决定部160也可以按照预先决定的时间间隔进行决定通信周期Tc的动作，使得降低运算负荷。例如，在旋转部110的旋转周期Tr固定而不变化的情况下，也可以不使通信周期决定部160进行动作，而是以使通信定时追随于旋转周期Tr的方式使同步调整部170动作。

此外，在旋转部110的旋转周期Tr变化的情况下，在旋转周期Tr每次变化时，通信周期决定部160进行决定通信周期Tc的动作，在通信周期Tc决定之后，同步调整部170以使通信定时追随于旋转周期Tr的方式进行动作。

《1-3》效果

如以上说明的那样，在实施方式1的无线通信装置中，通过使通信定时追随于最佳的旋转角θ，能够提高通信的稳定性。

此外，在如马达那样旋转速度大且由于金属的反射而使电波环境变动的环境下，即便在最佳的旋转位置发生变动的情况下，也能够动态地决定与最佳的旋转位置对应的通信定时，能够提高通信的稳定性。

此外，在通信周期决定部160中进行自相关处理或傅立叶解析的情况下，即便在通信品质水平Q容易变动的环境下，也能够使通信定时追随于旋转部110的旋转周期Tr，能够提高通信的稳定性。

此外，在实施方式1的无线通信装置中，由于不具备用于检测旋转部110的旋转角θ的单元(例如，旋转角传感器或旋转周期传感器)，因此能够削减设置空间，能能够有助于固定部120侧的结构的小型化。

此外，通过同步调整部170基于计测出的通信品质水平Q的变化来决定通信周期Tc的增加或减少的方向，由此能够提高同步追随的精度。

《2》实施方式2.

实施方式2的无线通信装置与实施方式1的无线通信装置的不同之处在于，通信周期决定部160在通信周期Tc比旋转周期Tr大的情况下，基于按照抽样定理而出现的混叠信号，使通信周期与旋转周期Tr的1以上的整数倍的周期Trn同步。关于通信周期决定部160的动作以外，实施方式2的无线通信装置与实施方式1的无线通信装置相同。因此，在实施方式2的说明中，也参照图1～图3。

图8及图9是示出通信品质水平Q的频率特性的例子的图。图8及图9以曲线图示出混叠信号与各频率之间的关系。如果对通信品质水平Q进行傅立叶解析，则得到在旋转频率fr具有峰值的频率区域的特性。根据图8可知通信频率fc(即，通信周期Tc的倒数)、旋转频率fr(即，旋转周期Tr的倒数)及旋转频率fr的混叠信号在频率区域中的关系。此时，在旋转频率fr比取得通信品质水平Q的频度即通信频率fc/2大的情况下，如图8所示，在fa＝|fr-Nfc|(N是成为fr＜fc/2这样的整数)出现与旋转频率fr对应的混叠信号fa。因此，无法根据检测到的混叠信号fa直接计算旋转频率fr(或旋转周期Tr)，无法单纯地取得同步。

这里，为了使通信周期Tc与旋转周期Tr的1以上的整数倍的周期Trn同步，通信周期决定部160以成为fa＝0的方式变更通信频率fc即可。图9示出被同步了时的通信品质水平Q的频率特性的一例。即，通信周期决定部160以成为|fr-N(fc+Δfc)|＝0的方式将通信频率fc变更Δfc的量即可。这里，在N不是已知的情况下，通信周期决定部160重复进行通信频率fc的变更和频率特性的计算，求出成为|fr-N(fc+Δfc)|＝0的Δfc即可。

如以上说明的那样，根据实施方式2的无线通信装置，通过使用根据抽样定理出现的混叠信号，即便通信周期Tc长，即通信品质水平Q的取得频度低，也能够实现同步。由此，无线通信装置即便在马达这样的旋转周期Tr短的环境下，即旋转速度快的环境下，也能够取得同步。此外，无线通信装置即便在通信周期Tc长的环境下，即通信频度低的环境下，也能够取得同步，能够抑制消耗电力。

《3》实施方式3.

实施方式3的无线通信装置与实施方式1或2的无线通信装置的不同之处在于，同步调整部170在通信周期Tc与预先决定的通信周期指令值T0存在预先决定的阈值Th以上的差异的情况下，将通信周期Tc切换为与由通信周期决定部160设定的值不同的、旋转周期Tr的1以上的整数倍的周期Trn，使得通信周期Tc接近通信周期指令值T0。关于通信周期决定部的动作以外，实施方式3的无线通信装置与实施方式1或2的无线通信装置相同。因此，在实施方式2的说明中，也参照图1～图3。

在同步调整部170中，为了使通信周期Tc追随于旋转周期Tr，当旋转周期Tr变化时，与此相伴地变更通信周期Tc。此时，当旋转周期Tr大幅减少(即，旋转频率fr增加)时，以必要以上的频度进行通信。此外，当旋转周期Tr大幅增加(即，旋转频率fr减少)时，无法以充分的频度进行通信。

为了解决上述情况，在实施方式3的无线通信装置中，同步调整部170在通信周期Tc与预先决定的通信周期指令值T0产生了预先决定的阈值Th以上的差异时，将通信周期Tc切换为与由通信周期决定部160设定的值不同的、旋转周期Tr的1以上的整数倍的周期Trn，使得通信周期Tc接近通信周期指令值T0。同步调整部170在通信周期Tc比旋转周期Tr大且N不为已知的情况下，将通信周期Tc变更为整数倍的周期Trn，或者变更为除以整数后的周期，使得通信周期Tc接近通信周期指令值T0。这里，将通信周期Tc变更为除以整数后的周期的情况有时脱离同步，因此，需要再次由通信周期决定部160执行处理。

如以上说明的那样，根据实施方式3的无线通信装置，能够以接近成为目标的通信周期指令值T0的周期进行通信

《4》实施方式4.

图10是示出具备实施方式4的无线通信装置的旋转部110及固定部120的概要图。实施方式4的无线通信装置与实施方式1至3的无线通信装置的不同之处在于，通信周期决定部160a具有感测旋转部110的旋转周期Tr的旋转周期感测部161，使通信周期Tc与旋转周期Tr的1以上的整数倍的周期Trn同步。关于通信周期决定部160a的动作以外，实施方式4的无线通信装置与实施方式1至3的无线通信装置相同。因此，在实施方式4的说明中，也参照图1～图3。

如图10所示，在实施方式4中，使用旋转周期感测部161来取得旋转周期Tr，使通信周期Tc与旋转周期Tr同步。旋转周期感测部161例如是磁式转速传感器或光学式转速传感器等。另外，旋转周期感测部161也可以设置在通信周期决定部160a的外部。

如以上说明的那样，根据实施方式4的无线通信装置，使用感测到的旋转周期Tr进行同步处理，由此，能够使通信周期Tc与旋转周期Tr高精度地同步。此外，即便在直接感测到旋转周期的情况下，通过根据通信品质水平来调整通信周期，也能够针对旋转角在适当的定时进行通信。

此外，根据实施方式4的无线通信装置，与实施方式1～3所示的装置相比，不需要计算旋转周期Tr的处理，因此，能够缩短处理时间。

《5》变形例.

能够适当组合上述实施方式1至4的无线通信装置的结构。

标号说明

100旋转装置，110旋转部，120固定部，130感测部，140发送部，150接收部，160、160a通信周期决定部，161旋转周期感测部，170同步调整部。

Claims (10)

1.一种无线通信装置，其特征在于，

所述无线通信装置具有：

发送部，其设置于旋转装置的旋转部并发送无线信号；

接收部，其设置于所述旋转装置的固定部，接收所述无线信号并基于所述无线信号计算通信品质水平；

通信周期决定部，其基于所述通信品质水平决定通信周期，使得所述通信周期与所述旋转部的旋转周期的1以上的整数倍的周期同步；以及

同步调整部，其使所述通信周期增加或减少使得所述通信品质水平上升，使所述发送部与所述接收部之间的通信定时追随于所述旋转周期。

2.根据权利要求1所述的无线通信装置，其特征在于，

所述无线通信装置还具有感测部，该感测部设置于所述旋转部并检测物理信息，

所述发送部发送表示所述物理信息的所述无线信号。

3.根据权利要求1或2所述的无线通信装置，其特征在于，

所述同步调整部基于计算所述通信周期的增加或减少对所述通信品质水平产生的影响而得到的结果，使通信周期增加或减少，使得所述通信品质水平上升。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的无线通信装置，其特征在于，

所述通信周期决定部在所述通信周期比所述旋转周期大的情况下，基于按照抽样定理而出现的混叠信号，使所述通信周期与所述旋转周期的1以上的整数倍的周期同步。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的无线通信装置，其特征在于，

所述同步调整部在所述通信周期与预先决定的通信周期指令值存在预先决定的阈值以上的差异的情况下，将所述通信周期切换为与由所述通信周期决定部设定的值不同的、所述旋转周期的1以上的整数倍的周期，使得所述通信周期接近所述通信周期指令值。

6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的无线通信装置，其特征在于，

所述通信周期决定部对在预先决定的期间内利用固定的所述通信周期取得的所述通信品质水平进行自相关处理，由此计算所述通信周期与所述旋转周期之间的关系，使所述通信周期与所述旋转周期的1以上的整数倍的周期同步。

7.根据权利要求1至5中的任意一项所述的无线通信装置，其特征在于，

所述通信周期决定部对在预先决定的期间内利用固定的所述通信周期取得的所述通信品质水平进行傅立叶解析，由此计算所述通信周期与所述旋转周期之间的关系，使所述通信周期与所述旋转周期的1以上的整数倍的周期同步。

8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的无线通信装置，其特征在于，

所述无线通信装置还具有旋转周期感测部，该旋转周期感测部检测所述旋转部的所述旋转周期，

所述通信周期决定部使所述通信周期与由所述旋转周期感测部检测到的所述旋转周期的1以上的整数倍的周期同步。

9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的无线通信装置，其特征在于，

所述旋转装置是马达。

10.一种无线接收方法，其是接收从发送部发送的无线信号的无线接收方法，该发送部设置于旋转装置的旋转部，其特征在于，

所述无线通信方法具有如下步骤：

基于所述无线信号计算通信品质水平；

基于所述通信品质水平决定通信周期，使得所述通信周期与所述旋转部的旋转周期的1以上的整数倍的周期同步；以及

使所述通信周期增加或减少使得所述通信品质水平上升，使与所述发送部之间的通信定时追随于所述旋转周期。

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