JP2005055374A

JP2005055374A - 無線センサー、無線通信方法及び無線通信システム

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Publication number: JP2005055374A
Application number: JP2003288386A
Authority: JP
Inventors: Toshikatsu Naito; 敏勝内藤
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2005-03-03

Abstract

【課題】
周波数資源を有効に利用し、かつ、小型化、省電力化可能な無線センサー、無線通信方法及び無線通信システムを提供すること。
【解決手段】
本発明にかかる無線センサー部１００は、標的１３０へ送信波１４０を送信し、標的１３０からの反射波１４１を受信することにより標的１３０の検出を行うとともに、情報受信ぶ１１０に対して検出情報を送信するものである。さらに、標的１３０に対して送信波１４０を送信する送信手段と、標的１３０からの反射波１４１を受信する受信手段と、受信手段により受信された反射波１４１に基づいて、標的１３０の検出情報を取得するデータ生成部１０７と、送信手段より送信される送信波を検出情報に基づいて変調する符号発生部１０２とを備えるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線センサー、無線通信方法及び無線通信システムに関する。

家庭やオフィス、工場など様々な場所において、各種センサーが利用されている。身の回りでは、人や物などを検出するセンサーとして、光センサーや超音波センサー、レーダーセンサー等が使われている。

人や物などを検出し、その検出結果を利用するためには、検出するセンサー本体と、センサーの発する信号を受信し処理を行うパーソナルコンピュータ（以下、パソコン）などの信号処理装置が必要である。

センサーと信号処理装置間の伝送方法に、有線を用いた揚合、配線工事が必要となるほか、実際に使用する設置場所によっては配線の都合や制限されたスペースの条件から配置の制限などの制約が生じることが多い。また、無線を用いた場合には、貴重な周波数資源の中から、伝送用の無線周波数を確保しなければならない。このため、無線通信にＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）を用いる方法が提案されている（非特許文献１参照）。しかし、センサーが、物体等の検出にパルス等の電波を利用するレーダーセンサー等の場合、検出用の電波とは別に、伝送用の周波数が必要なため、周波数資源を有効に利用することができないという問題がある。尚、信号処理装置間の伝送方法に無線通信を用いたセンサーを無線センサーと呼ぶ。

ここで、図６を用いて、従来の無線センサーを用いた通信システムの構成の一例について説明する。従来の通信システムは、無線センサー部６００、情報受信部６２０及び信号処理部６３０から構成されている。ここで、無線センサー部６００は、レーダーセンサーである。以下に、無線センサー部６００が、標的６４０を検出し、得られた情報を情報受信部６２０、信号処理部６３０へ伝送する流れを説明する。

無線センサー部６００は、タイミング発生部６０１において、検出用に送信するパルスの周期となるタイミング信号を発生し、信号発生部６０２及びパルス整形部６０３において、送信するパルス列を生成して、送信アンテナ６０４により、送信波６５０を送信する。送信波６５０は、標的６４０により反射し、反射波６５１となる。そして、受信アンテナ６０５により、反射波６５１を受信し、相関検出部６０６及びデータ生成部６０７において、標的６４０の距離等の検出データを生成する。その後、データ変調部６０８において、当該検出データを無線通信用に変調して変調信号を生成し、周波数シンセサイザ６０９により発生されるキャリア（搬送波）に当該変調信号を乗せ、データ送信アンテナ６１０によりデータ送信波６５２を送信する。

情報受信部６２０は、受信アンテナ６２１により、データ送信波６５２を受信し、周波数シンセサイザ６２２により発生されるキャリアに乗った変調信号を取得する。そして、データ復調部６２３において、当該変調信号を復調して検出データを取得し、信号処理部６３０へ出力する。その後、信号処理部６３０では、当該検出データに基づき所望の処理が実行される。

このように、従来の無線センサー部６００では、検出用の送信波６５０を送信するための要素（ここでは、タイミング発生部６０１、信号発生部６０２、パルス整形部６０３及び送信アンテナ６０４）の他に、検出データ送信用のデータ送信波６５２を送信するための要素（ここでは、データ変調部６０８、周波数シンセサイザ６０９及びデータ送信アンテナ６１０）が必要であるため、無線センサーの小型化や小電力化の制限となっていた。

一方、パルスをキャリアにより変調することなく約３Ｇから１０ＧＨｚの非常に広い帯域を用いて無線通信やレーダー等として利用する技術にＵＷＢ（Ultra Wide Band）が知られている。このＵＷＢは、近年、米国ＦＣＣ（Federal Communications Commission）において一般に使用が許可され（非特許文献２参照）、実用化されつつあり、日本においても研究が進められている。

ＵＷＢを用いたレーダーセンサーにおいては、アンテナから非常に短い時間幅のパルス波形を広い周波数帯域を用いて送信することにより、物体等の標的からの反射波を分解能良く受信することが可能となり、従来よりも距離分解能の良い小型、小電カのレーダーを実現することができる。また、このようなレーダーセンサーの実例が公表されている（非特許文献３参照）。

さらに、ＵＷＢは利用する帯域が非常に広いため、ＧＰＳ(Global Positioning Satellite)等、他の無線技術への干渉が問題となる。ＵＷＢのパルス列にディザリングと呼ばれる不規則なゆらぎを与えることにより、この干渉を低減させる手法が提案されている（非特許文献４参照）。

尚、パルスを用いたレーダーにおいて、検出用の電波に通信データを重畳し送信する技術が提案されている（特許文献１、２参照）。しかしながら、センサーが検出して得られた情報を送信してはいない。また、無線センサーを用いた防犯システムも知られている（特許文献３参照）。しかしながら、無線センサーの構成については開示されていない。
特開平１１−２８７８５２号公報特開平１１−３２６５０８号公報特開平８−１０６５８０号公報ロバート・ガオ（Robert X. Gao）著、「デザイン・オブ・ア・シーディーエムエーベースド・ワイヤレス・データ・トランスミッター・フォー・エンベデッド・センシング（Design of a CDMA-Based Wireless Data Transmitter for Embedded Sensing）」、アイイーイーイー・トランザクションズ・オン・インスツルメンテーション・アンド・メジャーメント（IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT）、ＶＯＬ．５１、ＮＯ．６、２００２年１２月、ｐ．１２５９−１２６５フェデラル・コミュニケーションズ・コミッション（Federal Communications Commission）、「イーティー・ドケット（ET Docket）」、Ｎｏ．９８−１５３、ファースト・レポート・アンド・オーダー（First Report and Order）（ＦＣＣ０２−４８）、２００２年２月１４日ロバート・フォンタナ（Robert J. Fontana）ほか著、「アン・ウルトラ・ワイドバンド・レーダー・フォー・マイクロ・エアー・ヴィークル・アプリケーションズ（AN ULTRA WIDEBAND RADAR FOR MICRO AIR VEHICLE APPLICATIONS）」、イン・プロシーディングズ・アイイーイーイー・カンファレンス・オン・ウルトラ・ワイドバンド・システムズ・アンド・テクノロジーズ（in Proceedings IEEE Conference on Ultra Wideband Systems and Technologies）、２００２年５月ロバート・フォンタナ（ Robert J. Fontana）、「ア・ノート・オン・パワー・スペクトル・デンシティー・カルキュレーションズ・フォー・ジッタ−ド・パルス・トレインズ（A Note on Power Spectral Density Calculations for Jittered Pulse Trains）」、[online]、２０００年、マルチスペクトルソリューションズ（Multispectral Solutions, Inc）、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.multispectral.com/pdf/UWB_psd.pdf＞

このように、従来は、レーダー、超音波、光センサー等は検出したデータを別途信号線、無線等で受信側に送信していた。つまり、検出と送信を別の回路等で処理して送っていたため、構造が複雑になって大型化したり、電力を多く使うがゆえにセンシングや伝送距離に制限が出てしまったり、レーダーなどでは伝送周波数を多く持たなければならないなど、多くの課題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、センサーのセンシング信号にデータ信号を重畳して送信することにより、周波数資源を有効に利用し、かつ、小型化、省電力化可能な無線センサー、無線通信方法及び無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明にかかる無線センサーは、被測定対象へ送信波を送信し、前記被測定対象からの反射波を受信することにより被測定対象の検出を行うとともに、情報受信機に対して当該検出情報を送信する無線センサーであって、前記被測定対象に対して送信波を送信する送信手段と、前記被測定対象からの反射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反射波に基づいて、被測定対象の検出情報を取得する検出情報取得手段と、前記送信手段より送信される送信波を前記検出情報に基づいて変調する変調手段とを備えるものである。これにより、周波数資源を有効に利用し、かつ、小型化、省電力化が可能となる。

本発明にかかる無線センサーは、被測定対象へ送信波を送信し、前記被測定対象からの反射波を受信することにより被測定対象の検出を行い、情報受信機と無線通信を行う無線センサーであって、前記反射波を受信し、前記反射波とあらかじめ決められた符号系列との相関を出力する相関検出手段と、前記相関出力に基づき前記被測定対象に関する検出情報を生成する情報生成手段と、前記符号系列に前記検出情報を重畳し送信符号を生成する符号生成手段と、前記送信符号を変調し前記送信波を生成する送信波整形手段と、前記送信波を前記被測定対象と前記情報受信機へ送信する送信手段とを備えるものである、これにより、周波数資源を有効に利用し、かつ、小型化、省電力化が可能となる。

上述の無線センサーにおいて、前記無線センサーから送信される送信波は、あらかじめ決められた周期ごとに送信されるパルス列であってもよい。これにより、無線センサーの検出精度を向上することができる。

本発明にかかる無線通信システムは、被測定対象へ送信波を送信し、前記被測定対象からの反射波を受信することにより被測定対象の検出を行うとともに、情報受信機に対して当該検出情報を送信する無線センサーと、当該無線センサーより送信された送信波を受信する情報受信機とを備えた無線通信システムであって、前記無線センサーは、前記被測定対象に対して送信波を送信する送信手段と、前記被測定対象からの反射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反射波に基づいて、被測定対象の検出情報を取得する検出情報取得手段と、前記送信手段より送信される送信波を前記検出情報に基づいて変調する変調手段とを備え、前記情報受信機は、前記無線センサーから送信された前記検出情報により変調された送信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送信波に基づいて前記検出情報を取得する復調手段とを備えるものである。これにより、周波数資源を有効に利用することができる。

上述の無線通信システムは、複数の無線センサーを備え、前記情報受信機は、前記複数の無線センサーより送信波を受信し、前記複数の無線センサーのそれぞれは、分離可能な固有の通信方式により検出情報を送信してもよい。これにより、無線センサーが複数の場合でも、周波数資源を有効に利用することができる。

本発明にかかる無線通信システムは、被測定対象へ送信波を送信し、前記被測定対象からの反射波を受信することにより被測定対象の検出を行うとともに、情報受信機に対して当該検出情報を送信する無線センサーと、当該無線センサーより送信された送信波を受信する情報受信機とを備えた無線通信システムであって、前記無線センサーは、前記反射波を受信し、前記反射波とあらかじめ決められた符号系列との相関を出力する相関検出手段と、前記相関出力に基づき前記被測定対象に関する検出情報を生成する情報生成手段と、前記符号系列に前記検出情報を重畳し送信符号を生成する符号生成手段と、前記送信符号を変調し前記送信波を生成する送信波整形手段と、前記送信波を前記被測定対象と前記情報受信機へ送信する送信手段とを備え、前記情報受信機は、前記無線センサーから送信された被測定対象に関する検出情報が重畳された送信波を受信する受信手段と、前記送信波とあらかじめ決められた符号系列との相関を出力する相関検出手段と、前記相関出力に基づき前記検出情報を取得する情報復調手段とを備えるものである。これにより、周波数資源を有効に利用することができる。

上述の無線通信システムは、複数の無線センサーを備え、前記情報受信機は、前記複数の無線センサーより送信波を受信し、前記複数の無線センサーのそれぞれは、当該無線センサー毎に固有のあらかじめ決められた符号系列を用いてもよい。これにより、無線センサーが複数の場合でも、周波数資源を有効に利用することができる。

本発明にかかる送信方法は、被測定対象を検出し、当該検出情報を情報受信機に対して送信する方法であって、前記被測定対象に対して送信波を送信するステップと、前記被測定対象からの反射波を受信するステップと、受信された反射波に基づいて、被測定対象の検出情報を取得するステップと、送信手段より送信される送信波を前記検出情報に基づいて変調するステップとを備えるものである。これにより、周波数資源を有効に利用することができる。

本発明にかかる無線通信方法は、無線センサーと、情報受信機との間における無線通信方法であって、前記無線センサーは、被測定対象からの反射波を受信し、前記反射波とあらかじめ決められた符号系列との相関を出力する相関検出ステップと、前記相関出力に基づき前記被測定対象に関する検出情報を生成する情報生成ステップと、前記符号系列に前記検出情報を重畳し送信符号を生成する符号生成ステップと、前記送信符号を変調し送信波を生成する送信波整形ステップと、前記送信波を前記被測定対象と前記情報受信機へ送信する送信ステップとを実行し、前記情報受信機は、前記無線センサーから送信された前記送信波を受信する受信ステップと、前記送信波と前記符号系列との相関を出力する相関検出ステップと、前記相関出力に基づき前記検出情報を取得する情報復調ステップとを実行するものである。これにより、周波数資源を有効に利用することができる。

上述の無線通信方法において、前記あらかじめ決められた符号系列は、前記無線センサーごとに固有であってもよい。これにより、無線センサーが複数の場合でも、周波数資源を有効に利用することができる。

本発明によれば、無線センサーとして物体等の検知を目的として発射する電波に変調手段を用いて情報伝達通信用の変調を与え、無線センサーからパソコンなどの処理装置等への情報伝達通信用の信号伝送手段として使用することにより、貴重な周波数資源の浪費を防止し得ると同時に配線工事や集線にともなうコストを低減させることができる。

本発明の実施の形態１．
まず、図１を用いて、本発明の実施の形態１にかかる無線センサーを用いた通信システムの構成について説明する。この通信システムは、図１に示されるように、無線センサー部１００、情報受信部１１０及び信号処理部１２０で構成されている。無線センサー部１００と情報受信部１１０の間は、無線により通信可能に接続されている。情報受信部１１０と信号処理部１２０の間は、例えば、有線により通信可能に接続されているが、無線により接続されてもよい。また、この通信システムでは、無線センサー部１００において、標的１３０を検出し、標的１３０に関する情報を情報受信部１１０へ伝送した後、信号処理部１２０において利用形態にあわせて加工、利用される。さらに、無線センサー部１００は、１つに限らず、任意の数備えてもよく、標的１３０も任意の数設けてもよい。

無線センサー部１００は、ここでは、パルスを用いたレーダーセンサーとして説明するが、これに限らず、例えば、光センサーや超音波センサーでもよい。また、図１に示されるように、無線センサー部１００は、タイミング発生部１０１、符号発生部１０２、パルス整形部１０３、送信アンテナ１０４、受信アンテナ１０５、相関検出部１０６及びデータ生成部１０７により構成されている。

タイミング発生部１０１は、符号発生部１０２と接続されており、例えば、発振器等を備えている。タイミング発生部１０１は、発振器により高精度のタイミング信号を生成し、符号発生部１０２へ出力する。このタイミング信号は、例えば、無線センサー部１００が送信するパルス列の周期毎に出力される。この周期は、標的１３０を検出する環境等に合わせて変更されてもよい。

符号発生部１０２は、タイミング発生部１０１、パルス整形部１０３、相関検出部１０６及びデータ生成部１０７と接続されており、例えば、シフトレジスタ回路等を備えている。後述するデータ生成部１０７から標的１３０についての検出データの入力がない場合、符号発生部１０２は、例えば、タイミング発生部１０１から入力されたタイミング信号をクロック周期とし、シフトレジスタ回路等により、クロック周期に同期した”０”又は”１”からなる符号系列を生成し、パルス整形部１０３及び相関検出部１０６へ出力する。また、データ生成部１０７から標的１３０についての検出データの入力がある場合、符号生成部１０２は、例えば、タイミング発生部１０１から入力されたタイミング信号に同期して、後述するあらかじめ決められた符号系列に基づき、当該検出データに対応した符号系列が生成される。

パルス整形部１０３は、符号発生部１０２及び送信アンテナ１０４と接続されている。パルス整形部１０３は、符号発生部１０２から入力された符号系列の”０”又は”１”に対応して変調を与えた送信パルス列を生成し、送信アンテナ１０４へ出力する。変調方法は、後述するパルス位置変調又はパルス極性変調でもよいし、これらを組み合わせてもよい。

送信アンテナ１０４は、パルス整形部１０３と接続されており、例えば、増幅器等を備えている。送信アンテナ１０４は、パルス整形部１０３から送信パルス列を入力されると、当該送信パルス列を増幅器により増幅し、送信波１４０として発射する。送信アンテナ１０４は、無線センサー１００がレーダーセンサーであれば、無指向性アンテナであることが好ましいが、指向性アンテナでもよい。無指向性アンテナであれば、標的１３０の検出とともに、情報受信部１１０へ検出データを広範囲にわたって送信できるため、無線センサー部１００及び情報受信部１１０の設置の制限とならない。また、指向性アンテナであれば、標的１３０の位置をより正確に検出することができる。

受信アンテナ１０５は、相関検出部１０６と接続されており、例えば、増幅器等を備えている。また、受信アンテナ１０５は、送信アンテナ１０４と同一の要素であってもよい。後述するように、送信アンテナ１０４から発射された送信波１４０の一部は、標的１３０によって反射され、距離に対応した往復に要する伝搬時間だけ遅延した後、受信アンテナ１０５に反射波１４１となって到来する。受信アンテナ１０５は、反射波１４１を受信し、反射波１４１を増幅器によって増幅し受信パルス列を生成し、相関検出部１０６へ出力する。

相関検出部１０６は、符号生成部１０２、受信アンテナ１０５及びデータ生成部１０７と接続されている。相関検出部１０６は、受信アンテナ１０５から入力された受信パルス列と、送信に用いた符号発生部１０２の出力する符号系列との相関を求め、後述する相関出力信号をデータ生成部１０７へ出力する。

データ生成部１０７は、符号発生部１０２及び相関検出部１０６と接続されている。データ生成部１０７は、相関検出部１０６から入力された相関出力信号を用いて、時間軸上の分析を行い、標的１３０との距離に対応した往復に要する伝搬時間を求める。例えば、後述する送信パルスと反射波パルスの時間差を求め、この時間差の半分の値が伝搬時間となる。さらにこの伝搬時間から距離を求め、これを検出データとして符号発生部１０２へ出力する。検出データは、距離や伝搬時間でもよいし、送信パルスと反射波パルスの差分や減衰量等でもよい。また、送信アンテナ１０４が指向性アンテナであれば、アンテナの角度等を含んでもよい。さらに、この検出データは、前述の通り、符号発生部１０２、パルス整形部１０３及び送信アンテナ１０４により送信波１４０として送信される。

無線センサー部１００の電源は、例えば、乾電池や充電池、太陽電池等の電池、コンセント電源、バッテリーなどでもよい。無線センサー部１００は、省電力で動作可能なことから、電源をより小さな電池とすることにより、さらに小型化でき、設置も容易となる。

情報受信部１１０は、無線センサー部１００から送信波１４０を受信し、検出データを信号処理部１２０へ通知するものである。図１に示されるように、情報受信部１１０は、タイミング発生部１１１、符号発生部１１２、受信アンテナ１１３、相関検出部１１４及びデータ復調部１１５から構成されている。また、タイミング発生部１１１及び符号発生部１１２は、前述のタイミング発生部１０１及び符号発生部１０２と同様の要素であり、説明を省略する。

受信アンテナ１１３は、相関検出部１１４と接続されており、例えば、増幅器等を備えている。受信アンテナ１１３は、前述の受信アンテナ１０５と同様に、無線センサー部１００からの送信波１４０を受信し、増幅器により増幅し受信パルス列を生成し、相関検出部１１４へ出力する。

尚、無線センサー部１００が標的１３０を測定するための送信波１４０は、標的１３０からの微弱な反射波１４１を利用するため、比較的大きな送信電力で送信される。従って、無線センサー部１００の送信アンテナ１０４からの送信波１４０を直接受信する情報受信部１１０の受信アンテナ１１３との距離は、標的１３０よりも２倍以上の遠い距離にあっても、反射による減衰は考慮する必要がなく、遠距離であつても受信可能となる。

相関検出部１１４は、符号発生部１１２及び受信アンテナ１１３と接続されている。相関検出部１１４は、前述の相関検出部１０６と同様に、受信アンテナ１１３から入力された受信パルス列と、符号発生部１１２で生成する符号系列を用いて相関検出を行い、相関出力信号をデータ復調部１１５へ出力する。この時、後述するように、相関検出部１１４では、あらかじめ決められた符号系列のうち、どの符号系列が送信されたのかは、事前に未知であるため、可能性のある複数の符号系列を用意しておく。

さらに、相関検出部１１４は、相関検出部１０６と異なり、情報受信部１１０内部で生成する符号系列と受信信号とのタイミング同期をとる必要があるため、図示しないＤＬＬ(Delay-Lock-Loop)などの回路手段を用いて同期検出しタイミング同期を捕捉追尾する。また、あらかじめ同期検出用の符号系列を決めておき、この同期検出用の符号系列を受信することにより同期をとってもよい。

データ復調部１１５は、相関検出部１１４及び信号処理部１２０と接続されている。データ復調部１１５は、相関検出部１１４から入力された相関出力信号によってどの符号系列が送信されたのかを判定し、その結果から送信されたデータの”０”、”１”が識別され、検出データを取得する。そして、データ復調部１１５は、当該検出データを信号処理部１２０へ出力する。

信号処理部１２０は、前述の検出データを認識し、検出データに基づいた処理を実行するものであり、例えば、パソコンやセンサー専用の処理装置等である。また、信号処理部１２０は、情報受信部１１０と同じ装置でもよいし、別の装置でもよい。信号処理部１２０は、情報受信部１１０のデータ復調部１１５と、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）等により接続されている。信号処理部１２０は、伝送されてきた検出データを利用して標的１３０の位置などの情報を得るほか、標的１３０の移動速度など、さらに高度な分析のための信号処理に供され、所望の目的を達成する。例えば、無線センサー部１００を、３箇所に設置し、３箇所からの距離がわかれば、標的１３０の３次元空間における位置を知ることができる。さらに、信号処理部１２０は、検出データから得られた標的１３０の位置情報等を、メモリー等に記憶しておくことで、標的１３０の動き等を検出することができる。

標的１３０は、無線センサー部１００から送信される送信波１４０を反射するものであり、人や物等である。

次に、図２乃至図４を用いて、本発明の実施の形態１にかかる送信パルス列の変調方法について説明する。送信パルス列に変調を与える方法には種々あるが、ここでは、パルス位置変調及びパルス極性変調について説明する。尚、図２乃至図４において、縦軸は強度、横軸は時間を示している。

まず、図２に、変調を与えない場合の送信パルス列を示す。図２に示すように、送信パルス２０及び２１は、あらかじめ決められた周期Ｔ毎に繰り返して送出される。また、送信パルス２０及び２１は、直流成分を含んでいないため、時間軸に沿って発生している。さらに、パルス幅が狭いことから、周波数帯域が非常に広く、送信エネルギーが熱雑音以下の微弱なもの、つまり、スペクトルが拡散されていることを示している。

図３に、パルス位置変調を与えた場合の送信パルス列の一例を示す。パルス位置変調では、本来、図２に示したように一定の周期Ｔで繰り返されるパルスの位置を、送信する符号の”０”又は”１”の値に対応して、例えば、図に示すように、”０”の値の場合にあらかじめ決められたδｔだけ時間的に遅延させることによって変調を行う。図の例では、送信パルス３０から３３は、送信符号の”１０１０”を変調したものである。δｔは、周期Ｔよりも非常に小さく、さらに、標的１３０の検出に影響を与えない程、小さな値であることが好ましい。ここでは、周期Ｔよりもδｔ遅延したものを”０”としたが、これに限らず、δｔ早めてもよいし、”０”ではなく”１”のときに位置を変えてもよい。また、δｔを複数用意し、”０”と”１”だけではなく、任意のビット列に対応させてもよい。

図４に、パルス極性変調を与えた場合の送信パルス列の一例を示す。パルス極性変調では、本来、図２に示したように一定の周期Ｔで繰り返されるパルスの極性を、”０”又は”１”の値に対応して、例えば、図に示すように、”０”の値の場合にのみ極性を反転させることによって変調を行う。図の例では、送信パルス４０から４３は、送信符号の”１０１０”を変調したものである。ここでは、極性を反転させたものを”０”としたが、”０”ではなく”１”としてもよい。さらに、パルス極性変調と前述のパルス位置変調とを組み合わせて、任意のビット列に対応させてもよい。

続いて、図５を用いて、本発明の実施の形態１にかかる送信波及び受信波について説明する。ここで、図５（ａ）及び（ｂ）において、縦軸は強度、横軸は時間を示している。図５（ａ）は、送信アンテナ１０４から送信される送信波１４０を示しており、図２と同様のものである。

図５（ｂ）は、受信アンテナ１０５で受信される受信波１４１を示している。この受信波１４１は、アンテナ間の結合に起因する送信波１４０の回り込み成分である回り込みパルス５２及び５４と、標的１３０で反射した反射波信号成分である反射波パルス５３から構成される。回り込みパルス５２及び５４は、送信パルス５０及び５１と各々同一のものである。反射波パルス５３は、送信パルス５０が標的１３０により反射して発生したものであり、標的１３０との距離による減衰と反射による減衰のため送信パルス信号に比較して微弱となる。また、反射波パルス５３は、標的１３０の材質や環境等によっても影響を受ける。ここで、送信パルス列の周期Ｔは、反射波パルス５３が到来する時間Ｔ’よりも長いことが好ましい。

次に、表１に本発明の実施の形態１にかかる符号系列の一例を示す。送信パルス列の有するスペクトルの集中によって起こる他の無線システムヘの影響を軽減する効果を得られることから、符号系列には、Ｍ系列などの擬似ランダム系列あるいは、それらに近いランダム性を有する系列を選ぶことが好ましい。また、複数の無線センサーが同一の空間内に存在する場合には、各々が発射する電波によって相互干渉の問題が発生するため、例えば、表１に示すような直交符号系列を各無線センサに割り当てることによって相互の干渉を回避することができる。

表１において、例えば、”＋１”を”１”、”−１”を”０”と表現すると、符号系列Ｃ１は”１０１０”、符号系列Ｃ２は”１１００”となる。この表は、アダマール行列又はＷａｌｓｈ関数を用いて生成した直交符号の一例であり、さらに、行方向及び列方向に拡張してもよい。拡張することにより、無限に符号系列を生成することができる。

続いて、表２に本発明の実施の形態１にかかる整合フィルタの一例を示す。整合フィルタとは、相関検出部１０６及び相関検出部１１４において、受信信号の相関を出力するものをいい、マッチドフィルタとも呼ばれている。表２において符号系列Ｃ１及びＣ２は、表１において生成したものである。表に示すように、整合フィルタは、入力された符号系列とどれだけ相関（類似性）があるか出力する。例えば、”０”又は”１”の符号ごとに、入力された符号が、同じ符号であれば”＋１”を出力し、違う符合であれば”−１”を出力する。例えば、整合フィルタＭＦ１に符号系列Ｃ１を入力すると、”４”が出力され、符号系列Ｃ２を入力すると、”０”が出力される。出力が最大の場合（ここでは”４”）を、自己相関とみなし、その他の出力の場合を、相互相関とみなす。

ここで、図１における無線センサー１００と図示しない無線センサー１５０がある場合について説明する。例えば、無線センサー１００には符号系列Ｃ１を付与し、無線センサー１５０には符号系列Ｃ２を付与する。そして、無線センサー１００及び無線センサー１５０は、付与された符号系列に基づいて符号を発生させ、送信する。

情報受信部１１０の相関検出部１１４では、符号系列Ｃ１に対応する整合フィルタＭＦ１と、符号系列Ｃ２に対応する整合フィルタＭＦ２をあらかじめ用意しておく。そして、相関検出部１１４は、整合フィルタＭＦ１を選ぶことによって相関出力(整合フィルタ出力とも呼ばれる)は、表２に示したように相関処理の結果、自己相関であるＣ１を割り当てた無線センサー１００に対する出力のみとなり、Ｃ２を割り当てた無線センサー１５０に対する出力との干渉は発生しない。

また、情報受信部１１０の相関検出部１１４において使用する符号系列としてＣ２を選んだ場合には、相関出力は、自己相関であるＣ２を割り当てた無線センサー１５０に対する出力のみとなり、Ｃ１を割り当てた無線センサー１００に対する出力との干渉は発生しない。

従って、情報受信部１１０の相関検出部１１４において使用する符号系列を選ぶことによって複数の無線センサーを同一の空間内で相互の干渉を発生させることなく同時に利用することができる。さらに、情報受信部１１０の相関検出部１１４において、無線センサーと対応する符号系列あるいは整合フィルタの情報をもつことにより、それぞれの無線センサーからの信号を相互に干渉することなく、複数の無線センサーを弁別して利用することができる。このことから、複数の無線センサー局からのデータ信号を、一つの情報受信部１１０で集線して、まとめて利用することが可能である。

このような構成により、センシングしながらそのセンシング信号を受ける事によりデータを取得できるので、データ伝送のための発信装置は別途必要としない。これによって電源も小さくて済み、小型化が図れ、電力もセンシング信号に十分配分できるので、性能も向上する。また、このような無線センサーは反射波を検出することによりセンシングするのが通常であるので、その信号をデータ伝送に使う事により少なくともセンシング対象までの距離の倍以上の伝送能力を持つ事が保証される。

小型化、省電力により機器の簡単な取り付け等が期待できることから、用途としては、室内の人の存在、行動をレーダー、赤外線等で検知し、これにより監視を行う機器として防犯や老人介護等に応用することができる。この他にも、車に取り付けるセンサーや、センサー機能を有する外灯などにも利用できる。

その他の発明の実施の形態．
上述の例では、符号系列を用いることにより複数の無線センサーを識別したが、これに限らず、無線センサーごとにパルス列の周期を変えて、その周期により識別してもよい。また、無線センサーの識別子を検出データとして用いることにより識別してもよい。

本発明にかかる通信システムの構成図である。本発明にかかるパルス列を示す図である。本発明にかかるパルス列の変調方法を示す図である。本発明にかかるパルス列の変調方法を示す図である。本発明にかかるパルス列を示すである。従来の通信システムの構成図である。

符号の説明

１００無線センサー部１０１タイミング発生部
１０２符号発生部１０３パルス整形部
１０４送信アンテナ１０５受信アンテナ
１０６相関検出部１０７データ生成部
１１０情報受信部１１１タイミング発生部
１１２符号発生部１１３受信アンテナ
１１４相関検出部１１５データ復調部
１２０信号処理部１３０標的

Claims

被測定対象へ送信波を送信し、前記被測定対象からの反射波を受信することにより被測定対象の検出を行うとともに、情報受信機に対して当該検出情報を送信する無線センサーであって、
前記被測定対象に対して送信波を送信する送信手段と、
前記被測定対象からの反射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反射波に基づいて、被測定対象の検出情報を取得する検出情報取得手段と、
前記送信手段より送信される送信波を前記検出情報に基づいて変調する変調手段とを備えた無線センサー。
被測定対象へ送信波を送信し、前記被測定対象からの反射波を受信することにより被測定対象の検出を行い、情報受信機と無線通信を行う無線センサーであって、
前記反射波を受信し、前記反射波とあらかじめ決められた符号系列との相関を出力する相関検出手段と、
前記相関出力に基づき前記被測定対象に関する検出情報を生成する情報生成手段と、
前記符号系列に前記検出情報を重畳し送信符号を生成する符号生成手段と、
前記送信符号を変調し前記送信波を生成する送信波整形手段と、
前記送信波を前記被測定対象と前記情報受信機へ送信する送信手段とを備えた無線センサー。
前記無線センサーから送信される送信波は、あらかじめ決められた周期ごとに送信されるパルス列であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の無線センサー。
被測定対象へ送信波を送信し、前記被測定対象からの反射波を受信することにより被測定対象の検出を行うとともに、情報受信機に対して当該検出情報を送信する無線センサーと、当該無線センサーより送信された送信波を受信する情報受信機とを備えた無線通信システムであって、
前記無線センサーは、
前記被測定対象に対して送信波を送信する送信手段と、
前記被測定対象からの反射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反射波に基づいて、被測定対象の検出情報を取得する検出情報取得手段と、
前記送信手段より送信される送信波を前記検出情報に基づいて変調する変調手段とを備え、
前記情報受信機は、
前記無線センサーから送信された前記検出情報により変調された送信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送信波に基づいて前記検出情報を取得する復調手段とを備えた無線通信システム。
前記無線通信システムは、複数の無線センサーを備え、
前記情報受信機は、前記複数の無線センサーより送信波を受信し、
前記複数の無線センサーのそれぞれは、分離可能な固有の通信方式により検出情報を送信することを特徴とする請求項４記載の無線通信システム。
被測定対象へ送信波を送信し、前記被測定対象からの反射波を受信することにより被測定対象の検出を行うとともに、情報受信機に対して当該検出情報を送信する無線センサーと、当該無線センサーより送信された送信波を受信する情報受信機とを備えた無線通信システムであって、
前記無線センサーは、
前記反射波を受信し、前記反射波とあらかじめ決められた符号系列との相関を出力する相関検出手段と、
前記相関出力に基づき前記被測定対象に関する検出情報を生成する情報生成手段と、
前記符号系列に前記検出情報を重畳し送信符号を生成する符号生成手段と、
前記送信符号を変調し前記送信波を生成する送信波整形手段と、
前記送信波を前記被測定対象と前記情報受信機へ送信する送信手段とを備え、
前記情報受信機は、
前記無線センサーから送信された被測定対象に関する検出情報が重畳された送信波を受信する受信手段と、
前記送信波とあらかじめ決められた符号系列との相関を出力する相関検出手段と、
前記相関出力に基づき前記検出情報を取得する情報復調手段とを備えた無線通信システム。
前記無線通信システムは、複数の無線センサーを備え、
前記情報受信機は、前記複数の無線センサーより送信波を受信し、
前記複数の無線センサーのそれぞれは、当該無線センサー毎に固有のあらかじめ決められた符号系列を用いることを特徴とする請求項６記載の無線通信システム。
被測定対象を検出し、当該検出情報を情報受信機に対して送信する方法であって、
前記被測定対象に対して送信波を送信するステップと、
前記被測定対象からの反射波を受信するステップと、
受信された反射波に基づいて、被測定対象の検出情報を取得するステップと、
送信手段より送信される送信波を前記検出情報に基づいて変調するステップとを備えた方法
無線センサーと、情報受信機との間における無線通信方法であって、
前記無線センサーは、被測定対象からの反射波を受信し、前記反射波とあらかじめ決められた符号系列との相関を出力する相関検出ステップと、前記相関出力に基づき前記被測定対象に関する検出情報を生成する情報生成ステップと、前記符号系列に前記検出情報を重畳し送信符号を生成する符号生成ステップと、前記送信符号を変調し送信波を生成する送信波整形ステップと、前記送信波を前記被測定対象と前記情報受信機へ送信する送信ステップとを実行し、
前記情報受信機は、前記無線センサーから送信された前記送信波を受信する受信ステップと、前記送信波と前記符号系列との相関を出力する相関検出ステップと、前記相関出力に基づき前記検出情報を取得する情報復調ステップとを実行する無線通信方法。
前記あらかじめ決められた符号系列は、前記無線センサーごとに固有であることを特徴とする請求項９記載の無線通信方法。