JP2005523600A - 無線コマンドを解釈する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、機器のための無線コマンドを解釈する方法に関するが、そこではコマンドをその送信区域の関数として解釈する。上記を達成するため、無線コマンドを受信する装置の近くで無線コマンドによって発生する電磁界の電磁特性を判定し、次に前記特性の比較によって、無線コマンドの送信地点がいわゆる近距離区域またはいわゆる遠距離区域のどちらにあるかを判定した後、受信コマンドの関数及びコマンドの送信区域の関数としてコマンドを実行する。上記によって同じコマンドが機器に対して２つの意味を有するようになる。

Description

本発明は、無線式のコマンド送信機とコマンド受信機との間の遠隔制御の分野に関する。特に、本発明は、特に建築物、自動車または遠隔制御によって操作される機器の機能に対するアクセス制御の分野で少なくとも１つの動作モードが装置間の近接関係を必要とするアプリケーションに関する。

特に、本発明は、その送信区域に応じて無線コマンドを解釈する方法に関する。また、本発明は、請求項５の前文に記載のコマンドを受信する装置に関する。

米国特許第４，７５０，１１８号に記載のような、無線周波数制御による車庫のドアまたは入り口の電動化用機器は一般に、コマンド受信機を学習モードに設定するために使用される押しボタンを含む。学習モードに入ると、コマンド受信機は、作動する第１のコマンド送信機の識別子を記録することができ、この最初の送信機は、コマンド受信機が操作する要素の動作を制御する上で有効になる。この学習モードのセキュリティは、機器がある土地の内部に配置されており、押しボタンにアクセスできるのはその土地の所有者だけであるという事実に由来する。同じタイムスロットで送信を行う離れた送信機による学習を避けるため、この学習モードの持続期間を短縮する必要があることは明らかである。理想的な状況は、対になるコマンド送信機のキーが押されている間コマンド受信機のボタンを押し続けていなければならないというものであろうが、この方法は便利なものとは言えない。費用及び人間工学上の理由から、コマンド受信機に属する押しボタンをなくし、コマンド送信機を構成する移動遠隔制御装置を直接使用するのが望ましいこともある。この特定の学習モードでは、２つの要素の距離がわずか数センチメートルないし数十センチメートルであることを保証する必要がある。

欧州特許第０ ９２１ ５０７号で説明されているように、受信機の感度を低下させることが知られている。しかし、そのように受信機の感度を低下させても、非常に大電力の送信機によって違法に操作しうることは明らかである。

関連する分野では、工場や商店を閉鎖するゲートは、一般に単安定キースイッチを使用してもたらされる「デッドマン」形の動作を必要とする。このスイッチをゲートの近くに設置することによって、事故を避けるため、ゲートが移動する際ユーザに装置が見えるようになる。破壊行為と利便性の理由から、この錠と鍵の組み合わせは、簡単な遠隔制御装置（これはさらに、雷及び太陽光線からの保護を制御するといった他のアプリケーションで使用してもよい）によって置き換えられることが望ましいだろう。従って、「デッドマン」モードでは、この遠隔制御装置がコマンド受信機の近くでだけ動作できるということが不可欠であり、コマンド受信機は、破壊行為を防止するため、石積みの中やガラスの背後に配置してもよい。

従って、特定のコマンドの送信を有効にするため、正常な到達距離が十〜数百メートルである無線式のコマンド送信機がコマンド受信機のすぐ近くにあることを保証する方法と手段に対する必要が存在している。この方法および手段が、非常に大電力の遠隔送信機によって違法に操作されることは決してあってはならない。

無線測角術の方法によって遠距離送信機の方向を判定するため、距離を置いて配置された２つのアンテナによって実行される示差測定は当業者に周知である。従来の設備では、共通の直径に沿って回転させることで方向付けられる２つの一般に垂直なコイルを使用することがある。受信信号が等しい時、送信の方向が見出される。また、各コイルが固定されている場合、各コイルが受信する強度の比からこの方向を判定してもよい。

米国特許第３，５５３，６９９号は無線波源の方向を検出する器具を説明しており、そこでは２つの垂直に固定されたアンテナを、変調器として使用されるホール効果センサによって結合している。

こうした設備は２つの垂直なコイルを必要とし、それらのコイルは距離を測定したり、無線波源の近さを検出したりするために使用されるのではないことに注意されたい。

角度判定の分野では、米国特許第３，６９７，９９７号で説明されているように受信信号の直接位相シフト測定を使用することによってか、また代替的には米国特許第４，８７６，５４９号で説明されているように相互相関によって、この場合同じ平面に距離を置いて配置したアンテナを提供することが可能である。

何れにせよ、位相シフト測定は整数の波長の中でしか使用できないため、こうしたかなり複雑な方法を利用して距離を測定したり電磁波源の近さを検出したりすることはできない。

それにもかかわらず、アクセス制御に関するアプリケーションについて、移動トランスポンダと固定受信機との間の複数の通信モードを提供することが考えられてきた。例えば、米国特許第５，５５２，６４１号は自動車セキュリティ・システムを説明している。このシステムは、受信の際使用可能であり、例えば車両の外付けバックミラーに設置する場合共通の平面に配置可能な２つのアンテナを含んでいることに注意されたい。しかし、各アンテナは、少なくとも１つの短波または長波無線受信機に個別に接続されている。その目的は、特に、自動車内に固定されたベース局と移動トランスポンダとの間に、少なくとも１つの通信回路による良好な伝送を保証する十分な冗長性を提供することである。その発明によれば、起動する受信機によって、どのドアが開いているかを判定することが可能である。

同じ種類のアプリケーションについて、米国特許第５，７５１，０７３号は、一方が外部の送信機を検出することを目的とし、もう一方が内部の送信機を検出することを目的とする２つのアンテナを含みうるＲＦＡ起動モジュールを説明している。送信機はトランスポンダのこともある。

最後に、米国特許第６，０８７，９８７号は、自動車乗員室内の認証用構成部品（トランスポンダ）の場所を特定する方法を説明している。この方法は、客室内に配置された少なくとも２つの送受信機によって個別に測定される電磁界の振幅または強度の測定に基づいており、これらの送受信機は各々強度を測定する装置を備えている。

これらの特許はどれも、トランスポンダへの「遠隔」リンクが、例えば１メートルに制限された短い有効距離を有しているという事実を使用していることが注目されよう。近距離関係は使用されていない。例えば、米国特許第６，０８７，９８７号の第４コラム、５３〜５９行は、受信電力は距離の二乗に反比例して減少する、と述べている。当業者に周知であり、例えば、「技術者のための基準データ 第９版」、マルク Ｅ．ヴァン ファルケンブルグ、ウェンディ Ｍ．ミドルトン著、ニューンズ社刊（“Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｄａｔａ ｆｏｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ − Ｎｉｎｔｈ Ｅｄｉｔｉｏｎ、Ｍａｒｃ Ｅ．Ｖａｎ Ｆａｌｋｅｎｂｕｒｇ、Ｗｅｎｄｙ Ｍ．Ｍｉｄｄｌｅｔｏｎ、Ｎｅｗｎｅｓ”）３２−７ページで言及されているように、このような１／ｒ²（ｒは送信機から受信機までの距離）の減少は遠距離条件の特性であり、近距離では１／ｒの減少となる。

米国特許第６，０８７，９８７号で説明された装置は、非常に高感度の受信機と非常に大電力の送信機との両方を含み、車両から数十メートルも離れた車両の外部に位置する偽のトランスポンダによって違法に操作される余地が十分にある。これは、金属製の自動車ボディによる減衰の影響を無視しているため、各受信機はほぼ等しい電力の信号を受信し、システムは必然的に、客室の中央にトランスポンダがあると結論付けてしまうからである。

盗難検出、また、さらに一般的に言うと、遠隔電子識別（ＲＦＩＤ）の分野では、アレイを構成する複数のアンテナ間の強め合う、または弱め合う干渉を伴う電磁界特性に関連する弁別特性を使用することが考えられてきた。例えば、米国特許第４，０１６，５５３号は、２つの平行な平面に含まれる少なくとも２つの送信コイルが交差式に直列接続された装置を説明している。この場合、コイルの寸法とコイル間の間隔は波長に対して非常に小さい（例えば、波長の１０分の１）。従って、遠距離（数メートル）の場合、２つのコイルが送信する波長の間で強め合う干渉が起こる。別言すれば、「問い合わせ区域」は送信システムの近く（図１の円Ｅ_T）に制限されるので、周囲の広い範囲に電磁エネルギーを放射することが避けられ、電磁放射を管理する規則に適合できる。同様に、同一の装置を受信にも使用する。従って、電磁界を乱す要素の存在は、円Ｅ_Rの範囲内で捕えられる。この装置は遠距離の地点からの電磁界を乱す送信は検出しない。

ドイツ特許出願第１０１ １６ ８７０号は、コマンド送信機とコマンド受信機とを備える装置を開示している。受信機は、受信したコマンドを構成する信号のレベルを測定することで送信機の場所を特定する手段を備え、このコマンドを、受信機に対する送信機の位置の関数として解釈する。

米国特許第５，１７０，１７２号は、無線信号の送信機と受信機との間の距離を示す装置を開示している。受信機は複数の無線アンテナを備えているが、この複数の無線アンテナは好適には相互に直交するよう配置されており、受信機の向きと無関係に、無線信号の電力の良好なイメージが得られる。

気象学の分野では、米国特許第３，７１５，６６０号は、雷雨の際落雷からの距離を測定することを目的とした装置を説明している。この装置は、落雷によって発生する電磁波の磁気成分を測定するコイル型アンテナと、電磁波の電気成分を測定する４分の１波長型アンテナとを備えている。２つの量の間の比を分析することによって、磁気波の発生源までの距離の判定が可能になる。

上記で説明した装置では、コマンドの送信を有効にするため無線式のコマンド送信機がコマンド受信機のすぐ近くに配置されることを保証し、かつ装置が非常に大電力の送信機に対して安全であることを保証する方法を実現することはできない。

本発明の目的は、この欠点を克服し、当業技術分野で周知の方法を改良する方法を実現する装置を提供することである。すなわち、本発明は、コマンドの送信を有効にするため無線式のコマンド送信機がコマンド受信機のすぐ近くに配置されることを保証し、かつ装置が非常に大電力の送信機に対して安全であることを保証する方法を実行する装置の提供を提案する。

電磁波の特性に基づいて、無線信号の波長λを使用することでいわゆる近距離区域といわゆる遠距離区域との概念を定義する。波長と比較してサイズが小さいアンテナの場合、「近距離」と「遠距離」との間の変わり目の距離はλ／２πである（上記参考文献３２〜４ページ）。受信機からの距離が信号波長の１／６より大きい地点から送信された信号は遠距離区域から送信されたものと呼ぶ。受信機からの距離が信号波長の１／６より小さい地点から送信された信号は近距離区域から送信されたものと呼ぶ。受信機の近くで、信号が遠距離区域から送信された場合、その信号による電磁界を遠距離であると呼ぶ。受信機の近くで、信号が近距離区域から送信された場合、その信号による電磁界を近距離であると呼ぶ。４３３ＭＨｚの周波数を有する信号の場合、近距離と遠距離との間の変わり目は送信地点から約１２ｃｍ離れた場所に発生する。

従って、こうした理論上の距離は、アンテナの種類に依存する。重要なことは、距離を電磁界の電磁特性に関連付けられるということである。

本発明による解釈方法は、請求項１の特徴部分によって特徴付けられる。

従属請求項２〜４は、この方法の代替実施形態を定義する。

本発明によるコマンド受信装置は、独立請求項５の特徴部分によって特徴付けられる。

従属請求項６及び７は、コマンド受信装置の代替実施形態を説明する。

添付の図面は、例として、送信区域の関数として無線コマンドを解釈する方法を実行する装置の３つの実施形態を示す。

図１に示す無線コマンド受信装置１２は、施錠、日よけ、または太陽光線からの保護のための要素といった、建築物の電気機器（図示せず）を制御することを目的とする無線コマンドの受信を可能にする。この装置は、無線式の電磁波を受信する、主アンテナと呼ばれるアンテナ１３と、入力がアンテナ１３に接続され出力が機器制御用ユニット１５に接続された、増幅及び周波数または振幅復調段を含む無線受信機１４とを備えている。主アンテナ１３と、無線受信機１４と、制御ユニット１５とからなる回路によって、機器を使用する操作の実行が可能になる。この操作は、遠隔制御送信機１１によって送信され主アンテナ１３によって受信される無線的性質のコマンドに関連する。また、無線コマンド受信装置１２は、２つの補助アンテナ１７及び１８によって受信される無線的性質のコマンドを処理及び分析するユニット１６を備えている。このユニット１６によって、主アンテナ１３だけでなく２つのアンテナ１７及び１８によっても受信された無線コマンドが、遠隔制御送信機によって、いわゆる近距離区域またはいわゆる遠距離区域のどちらから送信されたものかの判定が可能になる。本発明による装置と方法は、近距離と遠距離の特性を使用して無線コマンドが送信された区域を判定する。近距離で放射される電力の重要な特性は、ほぼ距離に反比例して減少することであるが、遠距離ではこの減少は距離の二乗に関連する。さらに、電磁波の電磁組成が変化する、すなわち、近距離では磁気成分Ｈが優勢であるのに対して、平面波または遠距離の電磁波の場合、電界Ｅと磁界Ｈとの間の比はほぼ一定であり（空気のインピーダンスは１２０π、すなわち３７７オームに等しい）、ほぼ一定の比のまま近距離と遠距離との間の変わり目を越えて到達することが知られている。

図１に示す本発明による装置の第１の実施形態では、補助アンテナ１７はコイル型のアンテナであり、補助アンテナ１８は４分の１波長型のアンテナである。無線コマンドを受信すると、アンテナ１７は、時間の関数として基本的に磁界Ｈの変化を表す信号を供給する。無線コマンドを受信すると、アンテナ１８は、時間の関数として磁界Ｈと電界Ｅとの変化を表す信号を供給する。これら２つの信号、またはそれらの電力を比較することによって、無線コマンドの送信区域を識別する。すなわち、コマンドが近距離区域から送信された場合、アンテナ１７が受信した電力／アンテナ１８が受信した電力の比は、コマンドが遠距離区域から送信された場合よりかなり大きい。従って、異なる種類の補助アンテナは、好適にはトレーニングによって、発生源からの距離の関数として受信電力の変化の法則を確立し、ひいては電力の比較によって距離を判定することを可能にする。

第１の補助アンテナにコイル型、すなわち電磁界の磁気成分に敏感なアンテナが選択される場合、第２の補助アンテナは、主として、または少なくとも有意に電界に敏感なものであれば、任意の他の種類のものを選択してよい。

図２に示す第２の実施形態では、配置を簡素化するため、１つの補助アンテナを、主アンテナ１３で受信した電力レベルを直接提供する無線受信機１４の出力によって置き換えている。こうした出力は一般に、受信信号強度表示器（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）の意味でＲＳＳＩと呼ぶ。例えば、チップコン（ＣＨＩＰＣＯＮ）社が販売するＣＣ１０００回路は端子２８にこのようなアナログ出力を有している。

上記で説明したどちらの実施形態でも、アンテナが出力する信号は、例えば電位差分割器を利用して、近距離と遠距離との間の変わり目で同じ振幅を得るよう調整してもよい。

図３に示す第３の実施形態は、同じ種類、すなわち多重巻コイルの２つの補助アンテナ３７及び３８を使用することからなる。これら２つのアンテナは、無線コマンドの送信地点から見てほぼ重なり合う方向に配置する。これらのアンテナの間の距離は波長より小さくなるように選択しなければならず、その場合、近距離条件が満たされる限り、発生源から遠い方のアンテナで受信した信号が大きく減少する。しかし、発生源が遠い場合、各コイルで受信する電力はほぼ同一である。例えば、周波数４３３ＭＨｚでコマンドが送信され、アンテナ３７及び３８の間の距離が３ｃｍの場合、
−装置から１ｍの距離にある地点からコマンドが送信される場合、２つのアンテナ３７及び３８の間に６％の受信電力の差が検出される。
−装置から８ｃｍの距離にある地点からコマンドが送信される場合、２つのアンテナ３７及び３８の間に３７％の受信電力の差が検出される。

ほぼ同一平面上にあり、各々同じプリント回路上の同心トラックの形態で配置された２つのアンテナを選択することが好適である。必要な場合、回路の両面を使用すれば、２つのコイルを完全に重ね合わせることができる。

この構成では、発生源が、コイルの中心をつなぐ軸に沿ってコイルの平面にある時、最も正確に発生源からの距離を判定することができる。

無線受信機１４が主アンテナ１３によって送信される信号の出力を測定するためのアナログ出力を有しない場合、この第３の実施形態は前の実施形態より好適である。この実施形態は非常に簡単で非常に安価である。図５は、ＳＭＤ技術を使用して、必要な構成部品、すなわちコンデンサ３１及び３２によって受信周波数に同調された２つの補助アンテナ３７及び３８と、アンテナからベースに到達した電流の増幅及び整流を可能にするようコレクタ共通モードで接続された２つのトランジスタ３３及び３４とを含むプリント回路を示す。各トランジスタのエミッタはマイクロコントローラ３５のアナログ測定入力に接続する。２つのアンテナの間の共通接地接続（出力はトランジスタのベースに接続しない）と回路３５の接地基準は図示していない。追加の構成部品をほとんど必要とせず、電圧増幅の利点が得られるエミッタ共通配置を同様かつ有利に使用することが可能である。こうした配置は当業者に周知である。主アンテナ１３と無線受信機はこの図では図示していない。接続点３６はこの無線受信機の出力をマイクロコントローラ３５の入力に接続する。

全ての実施形態で、アンテナが出力する信号は、例えば減法的な直列接続によって、処理前に結合してもよい。その後、所定の閾値に対する減算の結果について比較を行う。
２つのコイルによる実施形態の場合、他のアプリケーションについて当業技術分野で周知のように（米国特許第３，１８２，３１４号及び米国特許第２，５９７，５１８号）、直列に接続した２つのコイルがプリント回路の平面に８の字を形成するようにしてもよい。

比較はアナログ比較器を利用して簡単に実行してもよい。また、例えばマイクロコントローラの場合、信号の振幅を測定するため、制御装置のアナログ入力を直接使用することも可能である。

コマンドを解釈する方法の流れ図を図４に示す。最初のステップ２１は受信信号を待ち受けるステップを示す。受信機によって信号が受信され復調されると、ステップ２２で受信フレームを分析し、有効なフレームかどうかを明らかにする。有効なフレームであれば、ステップ２３を実行し、処理ユニット１６の入力で受信した信号を取得し、必要に応じて初期処理を行う。ステップ２４でこの信号を比較する。この比較は、アンテナが出力する信号に対して直接行うか、またはその信号から得られたデータの処理結果に対して行い、各アンテナが受信した電力の振幅のイメージを得る。振幅または電力の差が所定の閾値より大きければステップ２５を実行し、そうでなければステップ２１を繰り返す。ステップ２５では、近距離検出条件が満たされているので、制御ユニット１５で「近接」モードを起動する。上記の車庫のドアまたは入り口のための装置の場合、この近接モードは例えば新しい送信機の識別子を学習することを含んでもよい。必要に応じて行うステップ２６では、アンテナで受信した電力の差または比を使用し、電界減衰法則を使用するアルゴリズムによるか、所定の表から読み取るか、またはトレーニング段階で得た値との比較によって、送信機からの距離を判定する。これらの様々な方法は当業者に周知である。ステップ２７では、主アンテナ１３と無線受信機１４とで捕えたフレームに含まれる制御を実行する。上記と同じ例を参照すると、このコマンドは、コマンド送信機の識別子を含む、送信機と受信機とを組み合わせるコマンドでもよい。この組み合わせる手順は非常に簡単な方法で実行できる。もちろん、例えば「デッドマン」形の操作における上昇または下降制御のような任意の他の制御でもよく、この場合送信機はすでに受信機にとって既知である。

第１の実施形態によるコマンド送信装置を伴う無線コマンド受信装置の概略図である。 第２の実施形態によるコマンド送信装置を伴う無線コマンド受信装置の概略図である。 第３の実施形態によるコマンド送信装置を伴う無線コマンド受信装置の概略図である。 本発明による無線コマンドの送信区域を判定する方法のフローチャートである。 第３の実施形態による無線コマンド受信装置の概略的な詳細図である。

Claims (7)

1. 無線コマンドを解釈する方法であって、
   無線コマンドを受信する装置の近くで無線コマンドによって発生する電磁界の電磁特性を判定するステップと、
   前記特性を互いに比較することによって、無線コマンドの送信地点がいわゆる近距離区域またはいわゆる遠距離区域のどちらにあるかを判定するステップと、
   受信コマンドの関数及びコマンドの送信区域の関数として制御を実行するステップとを備えることを特徴とする方法。
2. 無線コマンドを受信する装置の近くで無線コマンドによって発生する電磁界の電磁特性を判定する前記ステップが、
   送信地点から見てほぼ重なり合う方向にある２つの地点で無線コマンドを伝える電磁波の磁気成分に関する信号を受信するステップと、
   これら２つの信号各々の振幅または電力、または振幅または電力に関連する何らかの量を測定するステップとを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 無線コマンドを受信する装置の近くで無線コマンドによって発生する電磁界の電磁特性を判定する前記ステップが、
   １つの地点で無線コマンドを伝える電磁波の磁気成分に関する信号を受信し、かつ第１の地点と同じこともある別の地点で電磁波の電気成分に関する信号を受信するステップと、
   これら２つの信号各々の振幅または電力、または振幅または電力に関連する何らかの量を測定するステップとを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 無線コマンドを受信する装置の近くで無線コマンドによって発生する電磁界の電磁特性を判定する前記ステップが、
   １つの地点で無線コマンドを伝える電磁波の磁気成分に関する信号を受信し、かつ第１の地点と同じこともある別の地点で電磁波の磁気成分と電気成分との組み合わせに関する信号を受信するステップと、
   これら２つの信号各々の振幅または電力、または振幅または電力に関連する何らかの量を測定するステップとを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 機器の制御を目的とする無線コマンドを受信する装置（１２）であって、
   前記機器を制御するユニット（１５）と、
   主アンテナ（１３）と、少なくとも増幅段及び復調段とを有し、出力が前記機器の前記制御ユニット（１５）に接続される無線受信機（１４）と、
   少なくとも２つのアンテナ（１７、１８；１３、１７；３７、３８）を有し、無線コマンドの送信区域を判定する、前記制御ユニットに接続された手段と、各アンテナ（１７、１８；１３、１７；３７、３８）が受信したコマンドを分析及び／または処理し、無線コマンドの送信区域の判定を可能にする手段（１６）とを備える装置において、
   送信区域を判定する前記手段の一部を形成する前記アンテナ（１７、１８；１３、１７；３７、３８）が全てコイル型であり、無線波の送信地点から見てほぼ重なり合うように配置されていることか、または送信区域を判定する前記手段の一部を形成する前記アンテナ（１７、１８；１３、１７；３７、３８）が異なる種類のものであることを特徴とする装置。
6. 無線コマンドの送信区域を判定する前記手段が前記主アンテナ（１３）と補助アンテナ（１７）とを備えることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 無線コマンドの送信区域を判定する前記手段が２つの補助アンテナ（１７、１８；３７、３８）を備えることを特徴とする請求項５に記載の装置。

Images