JP2007124466A - ダイバーシティシステム及びそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】マルチパスの影響で受信レベルから通信間の距離を推測するのがむずかしいという課題があった。
【解決手段】送信機２と、受信機７と、複数の受信レベル情報を基に受信レベル値を求める受信レベル決定手段３と、受信レベル決定手段３で決定された受信レベルを基に、送信機２と受信機７間の距離を推定する距離推定手段４とで構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえばワイヤレスキーと本体側装置とで定期的或いは不定期的に無線の送受信を行うことによりお互いの存在を確認しあい、ワイヤレスキーと本体側装置が所定の通信範囲を超えた場合に本体側装置の機能を制限したり或いは警報を発生させる認証装置などに用いられるダイバーシティシステム及びそのプログラムに関するものである。

近年、セキュリティを考慮しながら携帯電話、あるいはパソコンをはじめとする電子機器の操作ロックを、ワイヤレスで制御するようにしたセキュリティシステムが実用化されてきている。

かかるセキュリティシステムの一形態として、携帯電話の盗難を防止するために、携帯電話の使用者が、カード形態の識別信号送信機を所持し、前記の携帯電話と識別信号送信機との間で予め定めた識別コードを相互に通信し、双方で識別コードを確認できた時に前記携帯電話の使用を可能とするものがある（例えば特許文献１参照）。

かかるワイヤレスによる双方向通信システムの特許文献１では、電子機器等の本体側に搭載された機器において、携帯側装置（以降、ワイヤレスキーと称する）から定期的に発せられる信号を検知する動作を継続して行わせる構成であった。

そして、サーチモード、アプリモード、サーチモードからアプリモードに移行する中間段階である認証モード、という３つのモードを有し、アプリモードにおいて電子機器の操作を可能とする構成、サーチモードにおいては電子機器の操作を制限する構成が示されている。サーチモードとアプリモードの識別は電波強度によって行われる。

例えば、電波強度が強い（ワイヤレスキーを持った使用者との距離が近い）ときはアプリモードとして電子機器が使用可能とし、電波強度が弱い（距離が遠い）ときにはサーチモードとして電子機器を使用制限する。

また電界強度や受信レベルの測定に関しては、特許文献２に見られるように、ダイバーシティアンテナの切り換え制御に関する例がある。特許文献２では、複数のアンテナの受信レベルを測定し、一番大きなアンテナを受信に用いることが記されている。さらに複数回の測定において同一のアンテナが受信に用いられている場合にはフェージングが少ないと判断することが記されている。
特開２００４−１４３８０６号公報 特開２００２−２４６９６９号公報

しかしながら、特許文献１には電波強度の具体的な測定方法についてはなんら記述されていない。また特許文献２には受信レベルの測定結果によりフェージングが大きいかどうかの判断についての記述はあるが、受信レベルの算出方法や通信相手との距離と受信レベルとの関係についての記述は見られない。

そのため、通信相手との相対距離が変化していないにもかかわらずフェージングやマルチパスにより受信レベルが変動するという状況の中で精度よく受信レベルと相対距離の関係を導き出さなければならないという課題に対処する方法がなかった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、フェージングやマルチパスがあっても正確に受信レベルと通信相手との距離の関係を算出できるダイバーシティシステム及びそのプログラムを提供することを目的とする。

送信機と、受信機と、複数の受信レベル情報を基に受信レベル値を求める受信レベル決定手段と、前記受信レベル決定手段で決定された受信レベルを基に、あらかじめ定めた閾値あるいは表或いは関係式より前記送信機と受信機間の距離を推定する距離推定手段とで構成されたダイバーシティシステムである。

これによって、フェージングやマルチパスにより受信レベルが変動する影響を除去し、精度よく受信レベルと距離の関係を算出できることとなる。

本発明のダイバーシティシステム及びプログラムを用いることにより、どのような状況においても精度よく通信相手との相対距離を算出することができる。

第１の発明は、送信機と、受信機と、複数の受信レベル情報を基に受信レベル値を求める受信レベル決定手段と、前記受信レベル決定手段で決定された受信レベルを基に、あらかじめ定めた閾値あるいは表或いは関係式より前記送信機と受信機間の距離を推定する距離推定手段とで構成したことにより、フェージングやマルチパスにより受信レベルが変動する影響を除去し、精度よく受信レベルと距離の関係を算出できる。

第２の発明は、送信機は要求信号を送信し、受信機は前記要求信号を受信すると応答信号に前記要求信号の受信レベル情報をのせ、前記送信機は前記受信レベル情報と前記送信機で受信した前記応答信号の受信レベル情報の両方を用いて平均値、或いは中央値、或いは最大値等を計算し受信レベル値を求める構成としたことにより、効率よく複数回受信レベルを測定でき、精度よく受信レベルと距離の関係を算出できる。

第３の発明は、送信機或いは受信機は複数のアンテナを有し、前記複数のアンテナを切り換えて複数回受信レベル値を測定し、前記複数の受信レベル値から平均値、或いは中央値、或いは最大値等を計算し受信レベル値を求める構成としたことにより、簡単な構成でフェージングやマルチパスにより受信レベルが変動する影響を除去し、精度よく受信レベルと距離の関係を算出できる。

第４の発明は、送信機は複数のアンテナを有し、前記送信機からの要求信号を送信するアンテナと、前記要求信号に対する応答信号を受信するアンテナを別々のアンテナとし、前記複数のアンテナを切り換えて、前記要求信号の受信レベル値と前記応答信号の受信レベル値とを測定し、前記複数の受信レベル値から平均値、或いは中央値、或いは最大値等を計算し受信レベル値を求める構成としたことにより、フェージングやマルチパスにより受信レベルが変動する影響をより簡単に精度よく除去し、精度よく受信レベルと距離の関係を算出できる。

第５の発明は、受信機は複数のアンテナを有し、送信機からの要求信号を受信するアンテナと、前記要求信号に対する応答信号を送信するアンテナを別々のアンテナとし、前記複数のアンテナを切り換えて、前記要求信号の受信レベル値と前記応答信号の受信レベル値とを測定し、前記複数の受信レベル値から平均値、或いは中央値、或いは最大値等を計算し受信レベル値を求める構成としたことにより、フェージングやマルチパスにより受信
レベルが変動する影響をより簡単に精度よく除去し、精度よく受信レベルと距離の関係を算出できる。

第６の発明は、複数のアンテナは指向特性の異なったアンテナを備え、前記複数のアンテナを切り換えて、前記要求信号の受信レベル値と前記応答信号の受信レベル値とを測定し、前記複数の受信レベル値から平均値、或いは中央値、或いは最大値等を計算し受信レベル値を求める構成としたことにより、フェージングやマルチパスにより受信レベルが変動する影響をアンテナ間の距離を必要とせずにより簡単に精度よく除去し、精度よく受信レベルと距離の関係を算出できる。

第７の発明は、複数のアンテナは偏波特性の異なったアンテナを備え、前記複数のアンテナを切り換えて、前記要求信号の受信レベル値と前記応答信号の受信レベル値とを測定し、前記複数の受信レベル値から平均値、或いは中央値、或いは最大値等を計算し受信レベル値を求める構成としたことにより、フェージングやマルチパスにより受信レベルが変動する影響をアンテナ間の距離を必要とせずにより簡単に精度よく除去し、精度よく受信レベルと距離の関係を算出できる。

第８の発明は、第１〜７のいずれか１項記載のダイバーシティシステムの少なくとも一部をコンピュータに実現させるためのプログラムとする。そして、プログラムであるので、電気・情報機器、コンピュータ、等のハードリソースを協働させて本発明の少なくとも一部を簡単なハードウェアで実現できる。また記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。

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。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態におけるダイバーシティシステムを用いたセキュリティシステムのブロック図を示すものである。

図１において、ダイバーシティシステム１０１は、第一のアンテナ１、送信機２、受信レベル決定手段３、距離推定手段４、第二のアンテナ６、受信機７で構成されている。そして距離推定手段４の出力で報知手段５を起動する。また受信機７の出力で機能制限手段８を起動するように構成されている。

図１のダイバーシティシステム１０１の動作について図２を参照しながら説明する。

送信機２及び受信機７はそれぞれ送信手段と受信手段を有している（図示しない）。

送信機２からは要求信号２１が短時間、例えば数ｍ秒〜数十ｍ秒で送信される。受信機７は前記要求信号２１を受信すると応答信号２２を送信する。要求信号２１及び応答信号２２には識別信号が含まれており、前記識別符号を検出することによりお互いが紐付けされた相手であることを認証する。

そして例えば６秒ごとに送信機２から要求信号２１、２３と順次送信され、受信機７から応答２２、２４が返信される。この繰り返しによりお互いの認証が維持される。

このように要求信号に対して応答信号を返信しお互いが認証しあっている状態がアプリモードであり、このアプリモードの期間は受信機７が組み込まれた携帯電話などの電子機
器の機能制限及び送信機２に接続されている報知手段５からの警報は行わない。

要求信号２１、２３や応答信号２２、２４の送受信は図１の送信機２や受信機７で行われる。

応答信号２２、２４には受信機７で受信した要求信号２１、２３の受信レベル値がデータとして乗っている。受信レベルの測定方法としては、受信機７で受信した受信信号レベルをＡ／Ｄ変換し、受信レベルに応じたアナログ値をデータに変換する。そして前記データを応答信号２２或いは２４の電文の一部に挿入する。

送信機２で前記応答信号２２、２４を受信するとその受信レベルを測定し、前記応答信号２２、２４にデータとして乗っている受信機７で受信した要求信号２１、２３の受信レベル値と共に受信レベル決定手段４に送る。送信機２における受信レベル測定方法も受信機７での受信レベル測定方法と同じであり、送信機２で受信した受信信号レベルをＡ／Ｄ変換し、受信レベルに応じたアナログ値をデータに変換する。

受信レベル決定手段４では、受信機７で受信した前記受信レベル値と送信機２で受信した前記受信レベル値の二つを用いて送信機２と受信機７間の受信レベル値を決定する。前記受信レベル値の決定方法の一例を次に示す。

フェージングやマルチパスがあると受信レベルが時間により変動する。受信レベルが増加する場合は、せいぜい６ｄB程度であるが、受信レベルが減少する場合は２０ｄBと大きく減衰する場合が多い。従って前記二つの受信レベル値のうち、大きいほうの受信レベル値を正しい受信レベル値と推定する。

なお、図２における要求信号２１から応答信号２４までに測定された４つの受信レベル値を用いる場合には、４つの受信レベルの平均値を正しい受信レベル値と推定しても良いし、大きいほうから並べて中央値に相当する２つ目或いは３つ目の受信レベル値を正しい受信レベル値と推定することもできる。

そしてこの推定値より、あらかじめ定めた閾値、或いはあらかじめテーブル等に格納されている受信レベル値と距離の関係の表、或いは「受信レベル＝A×距離^Ｂ 」という関係式から距離を推定することができる。ここで、ＡとＢはある定数である。

前記正しい受信レベル値として推定した値が、例えば通信距離にして２ｍに相当する受信レベル値以上であると判定すれば、アプリモードを保持し６秒ごとに前記した認証手順を繰り返す。

次に送信機２と受信機７の間の距離が離れた場合について説明する。

送信機２からの要求信号２５とそれに対する応答信号２６までの動作は上記アプリモードの時の動作と同じである。送信機２で前記応答信号２６を受信すると、受信レベルを測定し、前記応答信号２６にデータとして乗っている受信機７で受信した要求信号２５の受信レベル値と共に受信レベル決定手段４に送る。

受信レベル決定手段４では、受信機７で受信した前記受信レベル値と送信機２で受信した前記受信レベル値の二つを用いて送信機２と受信機７間の受信レベル値を決定する。この場合の決定方法もアプリモードの時と同じで受信レベル値の大きいほうを正しい受信レベル値と推定する。

前記正しい受信レベル値として推定した値が、例えば通信距離にして２ｍに相当する受信レベル値以下であると判定すれば、送信機２はアプリモードからサーチモードに移行し、報知手段５に対して報知信号２９を送る。報知手段５は報知信号２９を受信するとブザーなどを鳴動させ送信機２と受信機７が所定の距離以上離れたことを報知する。

そして送信機２は機能制限指示信号２７を受信機７に対して無線送信する。受信機７では前記機能制限指示信号２７を受信すると送信機２に対して指示応答信号２８を返すと共に機能制限手段８に対して機能制限指示信号３０を送信し、サーチモードに移行する。

すると機能制限手段８は受信機７が実装されている携帯電話などの機器の機能を制限する。機能制限とは例えば携帯電話の場合、キー操作を禁止することによりアドレス情報を見れないようにしたり、電子マネー機能を禁止したり、電話の発信を禁止したりすることにより、携帯電話の機能の一部或いは全てを使えなくすることである。

（実施の形態２）
図３は本発明の第２の実施の形態におけるダイバーシティシステムを用いたセキュリティシステムのブロック図を示すものである。

図３において、図１と異なる点は、送信機２側及び受信機７側にそれぞれ二つのアンテナを設けた点である。１１及び１４はアンテナを切り換えるための電子スイッチである。アンテナ構成及び動作以外の構成及び動作については図１と同じであり、通信シーケンスは実施の形態１の場合と同様に図２で示される通信シーケンスである。

図３のダイバーシティシステム１０１の動作について実施の形態１と動作が違う部分について説明する。

送信機２から送信される要求信号２１、２３、２５、及び機能指示信号２７は、前回受信アンテナとして使用した方のアンテナ９或いは１０から送信される。受信機７では前記送信機２からの送信信号を受信する。

このとき受信機７では、電子スイッチ１４を切り換えてアンテナ１３で受信した受信レベル値とアンテナ１３で受信した受信レベル値を比較し大きい方の受信レベル値を応答信号２２、２４、２６にデータとして乗せて無線送信する。この時、送信に使用するアンテナとして、前記大きい方の受信レベル値を示したアンテナ１２或いは１３を用いる。

送信機２では、受信機７からの前記応答信号２２、２４、２６を受信する。このとき電子スイッチ１１を切り換えてアンテナ９で受信した受信レベル値とアンテナ１０で受信した受信レベル値を比較し大きい方の受信レベル値と、前記応答信号２２、２４、２６にデータとして乗っている受信機７で受信した要求信号２１、２３、２５の受信レベル値と共に受信レベル決定手段４に送る。受信レベル決定手段４の動作は図１に示す実施の形態１と同じである。

図３に示すように複数のアンテナを用いることにより、マルチパス等による受信レベルの落ち込みを受信機７或いは送信機２で測定した受信レベルの測定データから排除でき、図１に示す実施の形態１より、より精度良く距離推定を行うことができる。

なお、図３に示す実施の形態２において、送信機２側及び受信機７側にそれぞれ電子スイッチ１１、１４とアンテナ９、１０、１２、１３を設けたが、片側だけ、例えば送信機２側にアンテナ９とアンテナ１０と電子スイッチ１１を設け、受信機７側は図１の実施の形態１と同様に１つのアンテナ６だけを設ける構成でもかまわない。

また、スイッチ１１、１４を受信時に切り換えて受信レベル値の大きいほうを取るようにしたが、送信中にスイッチ１１、１４を切り替え、受信側はアンテナを切り換えずに固定して前記送信中にスイッチ１１或いは１４が切り換えられた前後のタイミングに複数回受信レベル値を測定し、距離推定に用いるようにしても良い。

受信機７と送信機２は時間同期が取れており、あらかじめ切り換えタイミングを約束しておけば、受信機７は送信機２が切り換えたタイミングが分かる。受信機７と送信機２とで時間同期は、図２における６秒毎の通信のタイミングでとることができる。すなわち受信機７は送信機２の送信信号を用いて同期を取り直す。

（実施の形態３）
図４は本発明の第３の実施の形態におけるダイバーシティシステムを用いたセキュリティシステムのブロック図を示すものである。

図４において、図３と異なる点は、送信機２側に送信用のアンテナ１０と受信用のアンテナ９を独立に設け、受信機側には送信と受信で兼用する１つのアンテナ６を設けた点である。

アンテナ構成及び動作以外の構成及び動作については図１および図３と同じであり、通信シーケンスは実施の形態１、２の場合と同様に図２で示される通信シーケンスである。

図４のダイバーシティシステム１０１の動作について実施の形態２と動作が違う部分について説明する。

送信機２から送信される要求信号２１、２３、２５、及び機能指示信号２７は、送信用アンテナ１０から送信される。受信機７では前記送信機２からの送信信号を受信する。受信機７の動作は実施の形態１と同じである。

送信機２では、受信機７からの前記応答信号２２、２４、２６を受信する。このとき受信用アンテナ９を用いて受信し、受信レベル値を測定する。そして、前記測定した受信レベル値を、前記応答信号２２、２４、２６にデータとして乗っている受信機７で受信した要求信号２１、２３、２５の受信レベル値と共に受信レベル決定手段４に送る。受信レベル決定手段４の動作は図１に示す実施の形態１と同じである。

図４に示す実施の形態３では、送信機２から送信する要求信号がマルチパスによって受信機７で受信したときに受信レベルの落ち込みが発生したとしても、受信機７からの応答信号は送信アンテナ１０とは別の受信アンテナ９で受信するため電波伝搬経路が異なる。そのため、送信機２で受信する前記応答信号の受信レベルがマルチパスによって落ち込む確率は小さくなる。そして図３に示す実施の形態２で必要であった電子スイッチ１１及び１４が不要であり回路構成を簡略化できる。

なお、図４に示す実施の形態３では、送信機２側にアンテナ９とアンテナ１０を設けたが、送信機２側は図１に示す実施の形態１と同様に、送信と受信を兼用する１つのアンテナ１を設け、受信機７側に送信用アンテナと受信用アンテナを独立に設けるように構成することもできる。

図３或いは図４で用いられるアンテナ９とアンテナ１０は、指向特性の異なるアンテナで構成されている。その一例として、アンテナ単体としては同一の指向特性のアンテナであるが、アンテナ９とアンテナ１０でアンテナの配置を直交させることによりアンテナ９
とアンテナ１０で指向特性を直交させることができる。アンテナ１２とアンテナ１３も同様に指向特性の異なるアンテナで構成されている。

もちろん、アンテナ単体としても指向特性の異なる二つのアンテナを用意し、アンテナ９とアンテナ１０としても良い。

また図３或いは図４で用いられるアンテナ９とアンテナ１０は、偏波特性の異なるアンテナで構成されている。その一例として、アンテナ単体としては同一の指向特性及び偏波特性のアンテナであるが、アンテナ９とアンテナ１０でアンテナの配置を変えて偏波面が直交するように構成することができる。アンテナ１２とアンテナ１３も同様に偏波特性の異なるアンテナで構成されている。

もちろん、アンテナ単体としても形状が異なり偏波特性の異なる二つのアンテナを用意し、アンテナ９とアンテナ１０としても良い。

なお、実施の形態１〜３において、報知手段５を受信機７に接続し、機能制限手段８を距離推定手段４に接続する構成であっても良い。

また、実施の形態１〜３において、受信機７からの応答信号に乗っている受信レベル値を用いずに、送信機２で複数回受信した受信レベル値の中央値或いは最大値を距離推定手段４に送って距離を推定するようにしても良い。

実施の形態１においては、アンテナ１しかないため、アンテナ１で時間をずらして複数回測定すればよい。なお、受信機７に受信レベル決定手段３と距離推定手段４を接続し、受信機７で複数回受信した受信レベル値の中央値或いは最大値を距離推定手段４に送って距離を推定するようにしても良い。

さらに、受信機７に距離推定手段４を接続し、送信機２からの要求信号を時系列的に複数回受信機７で受信レベルを測定し、測定した受信レベル値の中央値或いは最大値を距離推定手段４に送って距離を推定するようにしても良い。この時、送信機２において要求信号送信中に送信アンテナをアンテナ１０からアンテナ１１に切り換えることもできる。前記要求信号は複数回送信アンテナを切り換えて繰り返し送信してもかまわない。

距離推定手段４には報知手段５或いは機能制限手段８のどちらか一方或いは両方を接続できる。

なお、本実施の形態で説明した手段は、ＣＰＵ（またはマイコン）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶・記録装置、Ｉ／Ｏなどを備えた電気・情報機器、コンピュータ、サーバー等のハードリソースを協働させるプログラムの形態で実施してもよい。プログラムの形態であれば、磁気メディアや光メディアなどの記録媒体に記録したりインターネットなどの通信回線を用いて配信することで新しい機能の配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。

以上のように本発明にかかるダイバーシティシステム及びプログラムは、電子機器を使用中に突然機能制限がかかることなく、かつ置き忘れには迅速に警報動作及び機能制限動作をかけることができる電子機器を提供できる。

本発明の実施の形態１におけるダイバーシティシステムを用いたセキュリティシステムのブロック図 本発明の実施の形態１及び２及び３におけるダイバーシティシステムの通信シーケンスを説明する図 本発明の実施の形態２におけるダイバーシティシステムを用いたセキュリティシステムのブロック図 本発明の実施の形態３におけるダイバーシティシステムを用いたセキュリティシステムのブロック図

符号の説明

１ 第一のアンテナ
２ 送信機
３ 受信レベル決定手段
４ 距離推定手段
５ 報知手段
６ 第二のアンテナ
７ 受信機
８ 機能制限手段
１０１ ダイバーシティシステム

Claims (8)

1. 送信機と、受信機と、複数の受信レベル情報を基に受信レベル値を求める受信レベル決定手段と、前記受信レベル決定手段で決定された受信レベルを基に、あらかじめ定めた閾値あるいは表或いは関係式より前記送信機と受信機間の距離を推定する距離推定手段とで構成されたダイバーシティシステム。
2. 送信機は要求信号を送信し、受信機は前記要求信号を受信すると応答信号に前記要求信号の受信レベル情報をのせ、前記送信機は前記受信レベル情報と前記送信機で受信した前記応答信号の受信レベル情報の両方を用いて平均値、或いは中央値、或いは最大値等を計算し受信レベル値を求める構成とした請求項１記載のダイバーシティシステム。
3. 送信機或いは受信機は複数のアンテナを有し、前記複数のアンテナを切り換えて複数回受信レベル値を測定し、前記複数の受信レベル値から平均値、或いは中央値、或いは最大値等を計算し受信レベル値を求める構成とした請求項１記載のダイバーシティシステム。
4. 送信機は複数のアンテナを有し、前記送信機からの要求信号を送信するアンテナと、前記要求信号に対する応答信号を受信するアンテナを別々のアンテナとし、前記複数のアンテナを切り換えて、前記要求信号の受信レベル値と前記応答信号の受信レベル値とを測定し、前記複数の受信レベル値から平均値、或いは中央値、或いは最大値等を計算し受信レベル値を求める構成とした請求項２記載のダイバーシティシステム。
5. 受信機は複数のアンテナを有し、送信機からの要求信号を受信するアンテナと、前記要求信号に対する応答信号を送信するアンテナを別々のアンテナとし、前記複数のアンテナを切り換えて、前記要求信号の受信レベル値と前記応答信号の受信レベル値とを測定し、前記複数の受信レベル値から平均値、或いは中央値、或いは最大値等を計算し受信レベル値を求める構成とした請求項２記載のダイバーシティシステム。
6. 複数のアンテナは指向特性の異なったアンテナを備え、前記複数のアンテナを切り換えて、前記要求信号の受信レベル値と前記応答信号の受信レベル値とを測定し、前記複数の受信レベル値から平均値、或いは中央値、或いは最大値等を計算し受信レベル値を求める構成とした請求項３から５のいずれか１項に記載のダイバーシティシステム。
7. 複数のアンテナは偏波特性の異なったアンテナを備え、前記複数のアンテナを切り換えて、前記要求信号の受信レベル値と前記応答信号の受信レベル値とを測定し、前記複数の受信レベル値から平均値、或いは中央値、或いは最大値等を計算し受信レベル値を求める構成とした請求項３から５のいずれか１項に記載のダイバーシティシステム。
8. 請求項１〜７のいずれか１項記載のダイバーシティシステムの少なくとも一部をコンピュータに実現させるためのプログラム。

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