JP2008054798A - Biological information monitor system and time shared multiple synchronization method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体情報モニターシステム及び時分割多重同期方法に関し、特に、無線通信を用いた生体情報モニターシステム及び時分割多重同期方法に関する。 The present invention relates to a biological information monitoring system and a time division multiple synchronization method, and more particularly to a biological information monitoring system and a time division multiple synchronization method using wireless communication.
従来の生体情報モニターシステムは、例えば、「センサを用いて生体信号を検出する検出部と、検出された信号を無線で送信するために変調する変調回路とを有する送信機10と、前記検出信号を受信して復調する復調手段と、復調信号を生体信号モニタ装置20の生体信号入力部に伝送するコネクタ32を有する受信機30とを設け、前記受信機におけるコネクタ32を、各種生体信号モニタ装置20の共通化された生体信号入力部に接続可能な構成とする。」ものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
The conventional biological information monitoring system includes, for example, “a transmitter having a detection unit that detects a biological signal using a sensor, a modulation circuit that modulates the detected signal to be transmitted wirelessly, and the detection signal” And a
また、無線通信において、任意の方向に送受信が行えフェージングの影響を受けにくいダイバーシティアンテナとして、例えば、「ダイポールアンテナ2(直線偏波アンテナ)を下ケース1に収納し、パッチアンテナ4(円偏波アンテナ)を上ケース3に収納すると共に、下ケース1上に支持される上ケース3の起立姿勢を変更可能とした。これにより、空間ダイバーシティの効果に加えて偏波ダイバーシティの効果が期待でき、マルチパスの影響を受けにくくなる。また、パッチアンテナ4の向きを適宜調整することによって、ダイポールアンテナ2では送受信が行えない上方や下方との送受信をパッチアンテナ4に行わせることができる。」ものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
In addition, as a diversity antenna that can transmit and receive in an arbitrary direction and is not easily affected by fading in wireless communication, for example, “a dipole antenna 2 (linearly polarized antenna) is housed in the
さらに、時分割多重通信により複数の送信機と無線通信を行う無線通信装置として、例えば、「復調部101より復調されたビット列がユニークワード検出器102に入り、ユニークワードが検出されると、検出信号103をカウンタ制御部104に送る。カウンタ制御部104ではカウンタ部105に送られてきたユニークワード信号のうち、規定の条件を満たすものだけをカウンタ部に送る。カウンタ部105ではカウンタ制御部104のチェックを通過したユニークワードが確認された場合、カウンタの値を規定の値にセットする。分離部106は復調部101から送られてきたデータをカウンタ部105の値を基に、規定のカウント値で切り出す。」ものが提案されている(例えば、特許文献3参照)。 Further, as a wireless communication apparatus that performs wireless communication with a plurality of transmitters by time division multiplex communication, for example, “a bit string demodulated by the demodulation unit 101 enters the unique word detector 102 and is detected when a unique word is detected. The signal 103 is sent to the counter control unit 104. The counter control unit 104 sends only the unique word signal sent to the counter unit 105 that satisfies a specified condition to the counter unit 105. In the counter unit 105, the counter control unit 104 is sent. When the unique word that has passed the above check is confirmed, the counter value is set to a specified value, and the separation unit 106 sets the data sent from the demodulating unit 101 based on the value of the counter unit 105 to the specified count. “Cut out by value” has been proposed (see, for example, Patent Document 3).
一般に、被験者の筋電図、心電図、呼吸波形、脳波などをモニターするための生体信号及び被験者の体動状態をモニターするための加速度データなどの体動信号(以下、生体情報という)をモニターする場合、被験者(人体)の任意の箇所に電極等を介して取り付けられたセンサ等により生体信号等を取得し、取得した生体信号の情報を情報処理装置に集約し、適宜情報処理を行って生体情報をモニターする。 In general, body movement signals (hereinafter referred to as biological information) such as biological signals for monitoring a subject's electromyogram, electrocardiogram, respiratory waveform, brain wave, and acceleration data for monitoring the body movement state of the subject are monitored. In this case, a biological signal or the like is acquired by a sensor or the like attached to an arbitrary place of a subject (human body) via an electrode or the like, information on the acquired biological signal is collected in an information processing device, and information processing is appropriately performed to perform a biological Monitor information.
このような生体情報モニターシステムにおいては、被験者の運動機能を損なうことなく生体情報を取得するため、無線通信により生体情報を情報処理装置に送信することが求められ、また、被験者に取り付けられるセンサ等及び無線端末は小型、軽量なものが求められている。 In such a biological information monitor system, in order to acquire biological information without impairing the subject's motor function, it is required to transmit the biological information to the information processing apparatus by wireless communication, and a sensor attached to the subject Wireless terminals are required to be small and lightweight.
しかしながら、センサを備えた小型・軽量な無線端末(以下、小型無線端末という)を被験者に装着した場合、小型無線端末の送信アンテナの偏波面は、被験者の動きにより不確定となるため、送信アンテナと受信アンテナとの偏波面不一致により受信レベルが低下する、という問題点があった。また、このような送信アンテナと受信アンテナとの偏波面に不一致が生じた場合、ダイバーシティにより、マルチパスフェージングの影響を低下させることができない、という問題点があった。 However, when a small and lightweight wireless terminal equipped with a sensor (hereinafter referred to as a small wireless terminal) is attached to the subject, the polarization plane of the transmission antenna of the small wireless terminal becomes uncertain due to the movement of the subject. There is a problem that the reception level is lowered due to the mismatch of the polarization planes of the antenna and the receiving antenna. In addition, there is a problem in that when the polarization planes of the transmission antenna and the reception antenna are mismatched, the influence of multipath fading cannot be reduced due to diversity.
また、小型無線端末を被験者に複数装着し、複数の小型無線端末と時分割多重接続(Time Division Multiple Access:以下、TDMAともいう)を用いて無線通信を行う場合、同期スロット前後の送受信切替処理を高速に行う必要があり、小型無線端末を簡易な構成として小型化・軽量化を図ることが困難である、という問題点があった。 In addition, when a plurality of small wireless terminals are attached to a subject and wireless communication is performed using a time division multiple access (hereinafter also referred to as TDMA) with a plurality of small wireless terminals, transmission / reception switching processing before and after the synchronization slot is performed. There is a problem that it is difficult to reduce the size and weight of a small wireless terminal with a simple configuration.
さらに、上述のような小型無線端末を用いた場合、送信アンテナも小型化する必要があり、アンテナ利得を高くすることが困難であり、また、搭載する電源(バッテリ)も小型化する必要があり、出力電源を高くすることが困難なため、通信距離が短くなり、広範囲にわたって被験者の生体情報をモニターすることができない、という問題点があった。 Further, when the above-described small wireless terminal is used, it is necessary to reduce the size of the transmission antenna, it is difficult to increase the antenna gain, and it is also necessary to reduce the power supply (battery) to be mounted. Since it is difficult to increase the output power source, there is a problem that the communication distance is shortened and the biological information of the subject cannot be monitored over a wide range.
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第1の目的は、被験者に装着された小型無線端末の送信アンテナと、受信アンテナとの偏波面の不一致による受信レベルの低下を軽減すると共に、スペースダイバーシティの効果によりマルチパスフェージングの影響を受けにくくすることができる生体情報モニターシステムを得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems. The first object of the present invention is to improve the reception level due to the mismatch of the polarization planes of the transmission antenna and the reception antenna of the small wireless terminal attached to the subject. The present invention provides a biological information monitoring system capable of reducing the decrease and making it less susceptible to multipath fading due to the effect of space diversity.
第2の目的は、被験者に装着する小型無線端末を簡易な構成として小型化・軽量化し、高速処理ができない場合であっても、同期スロット前後の送受信切替処理を高速に行うことなく、時分割多重通信を用いた無線通信ができる生体情報モニターシステム及び時分割多重同期方法を得るものである。 The second purpose is to reduce the size and weight of a small wireless terminal attached to the subject with a simple configuration, and even when high-speed processing is not possible, time-division is performed without performing transmission / reception switching processing before and after the synchronization slot at high speed. A biological information monitoring system and a time-division multiplex synchronization method capable of wireless communication using multiplex communication are obtained.
第3の目的は、被験者に装着された小型無線端末を小型化・軽量化し、無線通信距離が短い場合であっても、広範囲にわたって被験者の生体情報をモニターすることができる生体情報モニターシステムを得るものである。 A third object is to obtain a biological information monitoring system that can reduce the size and weight of a small wireless terminal attached to a subject and monitor the biological information of the subject over a wide range even when the wireless communication distance is short. Is.
本発明に係る生体情報モニターシステムは、人体に装着され、前記人体の生体情報を取得して、取得した生体情報を送信する無線端末と、前記無線端末から送信された前記生体情報を受信する無線通信装置とを備えたものである。 A biological information monitoring system according to the present invention is mounted on a human body, acquires the biological information of the human body, transmits the acquired biological information, and wireless receives the biological information transmitted from the wireless terminal. And a communication device.
また、人体に装着され、前記人体の生体情報を取得して、取得した生体情報を送信する無線端末と、前記無線端末から送信された無線信号を受信し、受信した無線信号を増幅して送信する中継装置と、前記無線端末又は前記中継装置から送信された無線信号を受信して、前記生体情報を取得する無線通信装置とを備えたものである。 A wireless terminal that is attached to the human body, acquires the biological information of the human body, transmits the acquired biological information, receives a wireless signal transmitted from the wireless terminal, amplifies the received wireless signal, and transmits And a wireless communication device that receives the wireless signal transmitted from the wireless terminal or the relay device and acquires the biological information.
また、前記中継装置は、前記無線通信端末が装着された人体に装着されるものである。 The relay device is attached to a human body on which the wireless communication terminal is attached.
また、前記無線通信装置は、所定の間隔を隔てて配置される複数の円偏波アンテナと、前記円偏波アンテナにより受信した無線信号が入力されるダイバーシティ受信回路とを備え、前記複数の円偏波アンテナは、スペースダイバーシティを構成するものである。 The wireless communication device includes a plurality of circularly polarized antennas arranged at predetermined intervals, and a diversity receiving circuit to which a radio signal received by the circularly polarized antenna is input, and the plurality of circles The polarization antenna constitutes space diversity.
また、前記中継装置は、所定の間隔を隔てて配置される複数の円偏波アンテナと、前記円偏波アンテナにより受信した無線信号が入力されるダイバーシティ受信回路とを備え、前記複数の円偏波アンテナは、スペースダイバーシティを構成するものである。 In addition, the relay device includes a plurality of circularly polarized antennas arranged at predetermined intervals, and a diversity receiving circuit to which a radio signal received by the circularly polarized antenna is input, and the plurality of circularly polarized waves are provided. The wave antenna constitutes space diversity.
また、前記ダイバーシティ受信回路は、前記複数の円偏波アンテナから入力された無線信号の内、受信強度の大きい信号を選択して出力するものである。 The diversity receiving circuit selects and outputs a signal having a high reception strength among radio signals input from the plurality of circularly polarized antennas.
また、前記ダイバーシティ受信回路は、前記複数の円偏波アンテナから入力された無線信号を合成して出力するものである。 The diversity receiving circuit synthesizes and outputs radio signals input from the plurality of circularly polarized antennas.
また、前記無線通信装置は、所定の時間長を有するフレームに複数のスロットを時分割で割り当てて、前記スロットが割り当てられた複数の前記無線端末と同期して時分割多重通信するものである。 The wireless communication apparatus assigns a plurality of slots to a frame having a predetermined time length by time division, and performs time division multiplex communication in synchronization with the plurality of wireless terminals to which the slots are assigned.
また、前記無線通信装置は、複数のフレーム同期パターンを前記フレームの所定のスロット間に挿入して送信し、前記無線端末から送信されたデータを前記フレーム同期パターンに同期して受信し、前記無線端末は、前記無線通信装置から送信された複数のフレーム同期パターンを受信し、受信した前記複数のフレーム同期パターンの内、予め定められたフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行うものである。 Further, the wireless communication device transmits a plurality of frame synchronization patterns inserted between predetermined slots of the frame, receives data transmitted from the wireless terminal in synchronization with the frame synchronization pattern, and The terminal receives a plurality of frame synchronization patterns transmitted from the wireless communication apparatus, and transmits data in synchronization with a predetermined frame synchronization pattern among the plurality of received frame synchronization patterns.
また、前記無線端末は、前記複数のフレーム同期パターンの内、当該無線端末が割り当てられた前記スロットと隣接していないフレーム同期パターンに同期するものである。 The wireless terminal is synchronized with a frame synchronization pattern that is not adjacent to the slot to which the wireless terminal is assigned, among the plurality of frame synchronization patterns.
また、前記無線通信装置は、前記フレームの先頭及び前記フレームの中間に、それぞれ種類の異なるフレーム同期パターンを挿入するものである。 Further, the wireless communication device inserts different types of frame synchronization patterns at the beginning of the frame and in the middle of the frame.
また、本発明に係る時分割多重同期方法は、所定の時間長を有するフレームに複数のスロットを時分割で割り当てて、前記スロットが割り当てられた複数の無線端末と無線通信装置とが同期して通信する時分割多重同期方法であって、前記無線端末は、前記無線通信装置から送信された複数のフレーム同期パターンを受信し、受信した前記複数のフレーム同期パターンの内、予め定められたフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行い、前記無線通信装置は、複数のフレーム同期パターンを前記フレームの所定のスロット間に挿入して送信し、前記無線端末から送信されたデータを前記フレーム同期パターンに同期して受信するものである。 In addition, the time division multiplex synchronization method according to the present invention allocates a plurality of slots to a frame having a predetermined time length in a time division manner, and the plurality of radio terminals to which the slots are allocated and a radio communication apparatus are synchronized. A time division multiplex synchronization method for communicating, wherein the wireless terminal receives a plurality of frame synchronization patterns transmitted from the wireless communication device, and a predetermined frame synchronization among the plurality of received frame synchronization patterns Data transmission is performed in synchronization with a pattern, and the wireless communication device transmits a plurality of frame synchronization patterns inserted between predetermined slots of the frame, and the data transmitted from the wireless terminal is converted into the frame synchronization pattern. It is received synchronously.
また、前記無線端末は、前記複数のフレーム同期パターンの内、当該無線端末が割り当てられたスロットと隣接していないフレーム同期パターンに同期するものである。 The wireless terminal is synchronized with a frame synchronization pattern that is not adjacent to a slot to which the wireless terminal is assigned, among the plurality of frame synchronization patterns.
また、前記フレーム同期パターンは、前記フレームの先頭及び前記フレームの中間に挿入される2種類のフレーム同期パターンとするものである。 The frame synchronization patterns are two types of frame synchronization patterns inserted between the head of the frame and the middle of the frame.
本発明は、無線端末から送信された生体情報を、所定の間隔を隔てて配置される複数の円偏波アンテナにより受信することにより、人体に装着された無線端末と、無線通信装置との偏波面の不一致による受信レベルの低下を軽減すると共に、スペースダイバーシティの効果によりマルチパスフェージングの影響を受けにくくすることができる。 According to the present invention, biological information transmitted from a wireless terminal is received by a plurality of circularly polarized antennas arranged at a predetermined interval, so that the wireless terminal attached to the human body and the wireless communication device are offset. A reduction in reception level due to wavefront mismatch can be reduced, and the effect of space diversity can be made less susceptible to multipath fading.
また、複数のフレーム同期パターンを無線通信端末が送信し、このフレーム同期パターンを受信した無線端末が、予め定められたフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行うことにより、同期スロット前後の送受信切替処理を高速に行うことなく、時分割多重通信を用いた無線通信ができる。 In addition, the wireless communication terminal transmits a plurality of frame synchronization patterns, and the wireless terminal that has received the frame synchronization pattern performs data transmission in synchronization with a predetermined frame synchronization pattern, thereby switching between transmission and reception before and after the synchronization slot. Wireless communication using time division multiplex communication can be performed without performing high-speed processing.
また、無線端末から送信された無線信号を中継装置により増幅して送信することにより、無線端末の通信距離が短い場合であっても、広範囲にわたって生体情報をモニターすることができる。 In addition, by amplifying and transmitting a radio signal transmitted from a wireless terminal by a relay device, it is possible to monitor biological information over a wide range even when the communication distance of the wireless terminal is short.
実施の形態1.
図1は実施の形態1に係る生体情報モニターシステムの構成図である。図において、本実施の形態1に係る生体情報モニターシステムは、例えば、スポーツジム、リハビリ施設などで運動する被験者1の人体に装着され、生体情報を取得するセンサを有する無線端末である複数の小型無線端末10と、この複数の小型無線端末10とTDMA通信を行い、受信した情報を情報処理装置2へ出力する無線通信装置20とから構成される。さらに、無線通信装置20は、円偏波アンテナ21を複数備えている。
FIG. 1 is a configuration diagram of the biological information monitoring system according to the first embodiment. In the figure, the biological information monitoring system according to the first embodiment is a plurality of small terminals that are attached to a human body of a
図2は実施の形態1に係る小型無線端末の構成図である。図において、小型無線端末10は、被験者1の例えば、筋電図、心電図、呼吸波形、脳波などをモニターするための生体信号及び被験者1の体動状態をモニターするための加速度データなどの体動信号を検出するセンサ11と、センサ11で検出された信号をデジタル情報に変換した後、後述する動作により、所定の同期タイミングでデータ送信する電子回路(マイクロプロセッサ)などで構成されるデータ制御部12と、データ制御部12から入力された送信データを無線信号に変調し、アンテナ14を介して送信すると共に、無線通信装置20から受信したフレーム同期パターン(後述)を復調してデータ制御部12に入力する無線部13と、センサ11及びデータ制御部12に電力を供給するバッテリ15(例えば、ボタン電池)と、後述する2種類のフレーム同期パターンの内、当該小型無線端末10に対応するフレーム同期パターンを選択するスイッチ16(例えば、ディップスイッチ)とを備えている。この小型無線端末10を構成する、センサ11、データ制御部12、無線部13、アンテナ14、バッテリ15及びスイッチ16は、小型パッケージ(例えば、500円玉大の大きさ)に一体形成され、センサ11の電極等を被験者1の体表面(皮膚)に貼着する粘着テープなどにより、被験者1に装着される。また、この小型無線端末10のアンテナ14は、例えばモノポールアンテナ又はダイポールアンテナなどの直線偏波アンテナによりデータ送信を近距離(例えば、5m〜10m程度)で行うものであり、アンテナ利得及び出力電力は低いものである。
FIG. 2 is a configuration diagram of the small wireless terminal according to the first embodiment. In the figure, a small
図3は実施の形態1に係る無線通信装置の構成図である。図において、無線通信装置20は、複数の円偏波アンテナ21と、円偏波アンテナ21を送受信で共用するためのアンテナ共用器22と、小型無線端末10へ送信するフレーム同期パターン(後述)を変調して円偏波アンテナ21を介して送信を行う送信回路23と、小型無線端末10から受信した送信データを受信すると共に、受信したデータを復調して出力するダイバーシティ受信回路24と、後述する動作により、2種類のフレーム同期パターンを出力し、当該フレーム同期パターンを受信した小型無線端末10から所定のタイミングで送信された送信データを受信することにより、複数の小型無線端末10と同期してTDMA通信を行い、受信した生体情報を情報処理装置2へ入力する時分割多重接続装置25とから構成されている。尚、この生体情報が入力された情報処理装置2(例えば、パーソナルコンピュータ)は、入力された生体情報を処理して、各種生体信号及び体動信号の数値データ又は図形データとしてディスプレイ等に表示させる。
FIG. 3 is a configuration diagram of the wireless communication apparatus according to the first embodiment. In the figure, a
円偏波アンテナ21は、例えばパッチアンテナを用いて、誘電体基板の片面に略正方形のパッチ電極と給電用のマイクロストリップラインとを設け、かつ誘電体基板の他面のほぼ全面に接地導体を設けて、給電線及びマイクロストリップラインを介してパッチ電極に高周波信号を給電する円偏波アンテナである。尚、この円偏波アンテナ21は、右旋円偏波又は左旋円偏波の何れの円偏波を用いても良い。
The circularly polarized
また、この円偏波アンテナ21は、無線通信装置20に複数設けられ、スペースダイバシティを構成する。複数本の円偏波アンテナ21からの受信信号を利用してスペースダイバーシティ受信を構成する場合、ある円偏波アンテナ21の受信レベルが低くても他の円偏波アンテナ21の受信レベルが高ければ、より大きなダイバーシティ改善効果を得ることができる。そのため、各円偏波アンテナ21−1,21−2,…21−nでそれぞれ受信する受信波の相関が低くなるように各円偏波アンテナ21を配置する。この複数の円偏波アンテナ21によって受信された信号波がダイバーシティ受信回路24へ送られ、受信強度の大きい信号波が選択されるか、あるいは各信号波が合成された上で受信される。
A plurality of the circularly
以上のような構成による小型無線端末10と無線通信装置20との通信の動作を次に説明する。
Next, the operation of communication between the
まず、従来の時分割多重同期方法について説明する。
図4は従来の時分割多重同期方法に係るフレーム構成を示す図、図5は従来の時分割多重同期方法に係る各スロットの送信タイミングを示す図である。図4に示すように、所定の時間長を有する一つのフレームを時分割して複数のスロット(ここでは、8スロットとする)で構成し、各スロットに割り当てられた送信端末が当該スロットと同期してデータ送信を行うことにより、複数の送信端末から送信されたデータを受信することを可能としている。このようなスロットの同期タイミングは、図5に示すように、データを受信する無線通信装置から、フレーム毎にフレーム同期パターン(以下、同期パターンともいう)を送信し、この同期パターンを受信した送信端末a〜hは、フレーム同期カウンタを補正して、当該送信端末に対応するスロットのタイミングで送信を開始する。このように、複数の送信端末が、同期パターンを受信した後、対応するスロットタイミングで送信を行うことにより、1つのフレームを構成するスロット数に応じた数の送信端末との通信を可能とする。
First, a conventional time division multiplex synchronization method will be described.
FIG. 4 is a diagram showing a frame configuration according to the conventional time division multiplex synchronization method, and FIG. 5 is a diagram showing transmission timing of each slot according to the conventional time division multiplex synchronization method. As shown in FIG. 4, one frame having a predetermined time length is time-divided to form a plurality of slots (here, 8 slots), and the transmission terminal assigned to each slot is synchronized with the slot. By performing data transmission in this way, it is possible to receive data transmitted from a plurality of transmission terminals. As shown in FIG. 5, the synchronization timing of such a slot is such that a frame synchronization pattern (hereinafter also referred to as a synchronization pattern) is transmitted for each frame from a wireless communication apparatus that receives data, and transmission in which this synchronization pattern is received. The terminals a to h correct the frame synchronization counter and start transmission at the timing of the slot corresponding to the transmission terminal. As described above, after a plurality of transmitting terminals receive the synchronization pattern, transmission is performed at the corresponding slot timing, thereby enabling communication with the number of transmitting terminals corresponding to the number of slots constituting one frame. .
しかしながら、図5に示すように、スロット1に対応する送信端末aは、上述のように、同期パターンを受信した直後に送信をする必要があり、また、スロット8に対応する送信端末hは、送信を終了した直後に同期パターンの受信をする必要があり、送受信の切り替えの高速性が要求される。一方、送受信の切り替えの高速性を要求しない方法として、同期パターンの前後にガードビットを付加する方法があるが、この場合、データ伝送効率を大幅に低下させることとなる。このような送受信の切り替えの高速性が要求されない本実施の形態1における時分割多重同期方法を図6及び図7により説明する。
However, as shown in FIG. 5, the transmitting terminal a corresponding to the
図6は実施の形態1に係るフレーム構成を示す図、図7は実施の形態1に係る各スロットの送信タイミングを示す図である。ここでは、例えば8台の小型無線端末10−1〜10−8と無線通信装置20とが同一の周波数帯で通信する場合について説明する。図6に示すように、一つのフレームを8スロットで構成し、一つのフレームの中に、2種類のフレーム同期パターンを配置する。フレームの先頭に第1の同期パターン100、フレームの中間(スロット4とスロット5の間)に第2の同期パターン200を配置する。このようなフレーム構成において、各小型無線端末10は、それぞれの対応スロットが割り当てられている。
FIG. 6 is a diagram illustrating a frame configuration according to the first embodiment, and FIG. 7 is a diagram illustrating transmission timing of each slot according to the first embodiment. Here, for example, a case where eight small wireless terminals 10-1 to 10-8 and the
このようなフレーム構成において、図7に示すように、各小型無線端末10は、2種類の同期パターンの内、割り当てられたスロットと隣接していない同期パターンと同期する。即ち、第1の同期パターン100と隣接するスロット1及び8に対応する小型無線端末10−1及び10−8は、第2の同期パターン200と同期し、第2の同期パターン200と隣接するスロット4及び5に対応する小型無線端末10−4及び10−5は、第2の同期パターン100と同期する。尚、2種類の同期パターンと隣接していないスロットが割り当てられた小型無線端末10は、任意の同期パターンと同期する。ここでは、スロット1,2,3及び8が第2の同期パターン200と同期し、スロット4,5,6及び7が第1の同期パターン100と同期する。尚、同期パターンは、スイッチ16により、第1又は第2の同期パターンの切り替えが可能であり、切り替えた同期パターンに応じたスロットが対応付けられる。このような同期パターンを受信した小型無線端末10の動作を図8に基いて次に説明する。
In such a frame configuration, as shown in FIG. 7, each
図8は実施の形態1に係る小型無線端末の送信動作を示すフローチャートである。ここでは、スロット1に対応する小型無線端末10−1の動作について説明する。尚、他の小型無線端末10においても、対応するスロット及び同期パターンが異なるのみで、同様の動作を行う。
FIG. 8 is a flowchart showing a transmission operation of the small wireless terminal according to the first embodiment. Here, the operation of the small wireless terminal 10-1 corresponding to the
まず、小型無線端末10−1の電源が投入されると、センサ11により検出された生体情報が、データ制御部12に逐次入力される。データ制御部12は、無線部13を受信モードに切り替える(S1)。無線部13は、無線通信装置20から送信される同期パターンの読み込みを開始して、受信した受信信号を復調してデータ制御部12へ入力する(S2)。データ制御部12は、入力された受信信号が、第2の同期パターン200であるか否かを判断し、第2の同期パターン200が検出されるまで受信動作を繰り返す(S3)。第2の同期パターン200を検出したとき、フレーム同期カウンタを補正してフレーム同期を確立する(S4)。
First, when the small wireless terminal 10-1 is turned on, biological information detected by the
次に、データ制御部12は、当該小型無線端末10に対応するスロット番号(スロット1)に基づき、第2の同期パターン200の受信から当該スロット1までの時間をタイマー値として設定し(S5)、設定したタイマー値が経過するまでスリープモードに切り替えて待機する(S6,S7)。データ制御部12は、設定したタイマーのタイムアップにより送信タイミングを判断して、無線部13を送信モードに切り替えて(S8)、規定されたフォーマットに従って、センサ11から入力された生体情報をデータ送信する(S9)と共に、当該スロット1の送信時間をタイマー値として設定し、タイムアップにより送信完了を判断する(S10)。送信完了を判断したデータ制御部12は、スリープモードに切り替え(S11)、当該スロット1完了から第2の同期パターン200までの時間をタイマー値として設定して、次回の第2の同期パターン200の受信タイミングまで待機する(S12)。次に、データ制御部12は、設定したタイマーのタイムアップにより受信開始タイミングを判断したとき、手順S1に戻り、上述した動作を繰り返す。
Next, the
このような動作を、小型無線端末10−1〜10−8が行うことにより、図7に示すように、1つのフレームにつき8つのスロットにより、TDMA通信を行うことが可能となり、且つ、各小型無線端末10は、同期パターンを受信後、データ送信を開始するまでの時間及びデータ送信の完了後から同期パターンを受信するまでの時間に、少なくとも1スロット分以上の時間が空くこととなる。また、このようなフレーム構成とすることで、1フレーム当たり、同期パターン一つ分のデータ量が増加するのみであり、データ伝送効率を大幅に低下させることもない。
By performing such an operation by the small wireless terminals 10-1 to 10-8, as shown in FIG. 7, it becomes possible to perform TDMA communication by using eight slots per frame, and each small wireless terminal. After receiving the synchronization pattern, the
尚、上記説明では、同期パターンの検出判断(手順S3)において、一度でも当該同期パターンを検出した場合に、同期パターンの検出判断を行ったが、データ制御部12に後方保護回路を実装し、所定の回数(例えば、8回)連続して同期パターンを受信したときに、同期パターンの検出を判断しても良い。これにより、ノイズなどによる誤作動を防止することができる。さらに、データ制御部12に前方保護回路を実装し、所定の回数(例えば、8回)連続して同期パターンが受信できないときに、同期外れを判断しても良い。これにより、瞬時的な受信不良による誤判断を防止することができる。
In the above description, in the synchronization pattern detection determination (procedure S3), when the synchronization pattern is detected even once, the synchronization pattern detection determination is performed, but the rear protection circuit is mounted on the
また、上記説明では、8台の小型無線端末10と無線通信装置20とが同一の周波数帯で通信する場合について説明したが、複数の周波数帯を用いて、TDMA通信を行っても良い。例えば、2つの周波数帯を用いることにより、被験者1に16個の小型無線端末10を装着して通信を行うことが可能である。また、上記説明では、1フレームを8スロットで構成した場合を説明したが、これに限らず、他のスロット数としても良い。
In the above description, the case where the eight
以上のように、本実施の形態1においては、複数の円偏波アンテナ21をそれぞれ相関が小さくなるように配置して、スペースダイバーシティを構成することにより、偏波面の不一致による受信レベルの低下を軽減できるとともにスペースダイバーシティの効果によりマルチパスフェージングの影響を受けにくくなり、良好な受信状態を確保できる。
As described above, in the first embodiment, a plurality of circularly
また、無線通信装置20は、フレームの先頭に第1の同期パターン100を配置し、フレームの中間に第2の同期パターン200を配置して小型無線端末10に送信し、小型無線端末10から送信されたデータをフレーム同期パターンに同期して受信し、小型無線端末10は、無線通信装置20から送信された2種類のフレーム同期パターンを受信し、受信したフレーム同期パターンの内、当該小型無線端末10が割り当てられたスロットと隣接していないフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行うことにより、同期パターンを受信後、データ送信を開始するまでの時間及びデータ送信の完了後から同期パターンを受信するまでの時間に、少なくとも1スロット分以上の時間が空くこととなり、同期スロット前後の送受信切替処理を高速に行うことなく、時分割多重通信を用いた無線通信ができる。また、データ伝送効率を大幅に低下させることなく、送受信切り替え時間を確保することができる。さらに、高速処理の必要がなく、安価なデバイスを使用できることから小型無線端末10の低価格化も期待できる。
Also, the
尚、本実施の形態では、アンテナ共用器22を用いて、受信ダイバーシティー及び送信ダイバーシティーとして構成した場合を説明したが、本発明はこれに限らず、受信又は送信の何れかの円偏波アンテナを用いてダイバーシティを構成しても良い。
In the present embodiment, the case where the
また、本実施の形態では、小型無線端末10のアンテナ14は、直線偏波アンテナを用いた場合を説明したが、本発明はこれに限らず、アンテナ14を円偏波アンテナとしても良い。これにより、受信側の無線通信装置20のアンテナを直線偏波アンテナとしても、偏波面不一致による受信レベルの低下を軽減することができる。
Moreover, although the case where the linearly polarized antenna is used as the antenna 14 of the
実施の形態2.
上記実施の形態1で説明したように、小型無線端末10は、近距離(例えば、5m〜10m程度)で行うものであり、アンテナ利得及び出力電力は低いものである。従って、例えば陸上競技場内などで広範囲にわたって運動する被験者1の生体情報をモニターすることができない。このため、本実施の形態2では、上記実施の形態1の構成に加え、被験者1に装着された中継装置30を備え、この中継装置30により無線信号の中継を行い、通信エリアの拡大を図るものである。
As described in the first embodiment, the
図9は実施の形態2に係る生体情報モニターシステムの構成図である。図において、本実施の形態2に係る生体情報モニターシステムは、例えば、陸上競技場のトラックなどを運動する被験者1に装着され、生体情報を取得するセンサ11を有する複数の小型無線端末10と、被験者1にベルト3により着脱自在に装着され、複数の小型無線端末10から送信された無線信号を増幅して再送信する中継装置30と、中継装置30から送信された無線信号を受信して、受信した情報を情報処理装置2へ出力する無線通信装置20とから構成される。尚、小型無線端末10、無線通信装置20及び情報処理装置2の構成は上記実施の形態1と同様である。
FIG. 9 is a configuration diagram of the biological information monitoring system according to the second embodiment. In the figure, the biological information monitoring system according to the second embodiment includes, for example, a plurality of
図10は実施の形態2に係る中継装置の構成図である。図において、中継装置30は、小型無線端末10から送信された信号を受信する受信アンテナ31と、受信アンテナ31を介して受信した受信信号を増幅して出力する増幅器32と、この増幅器32で増幅された送信信号を送信する送信アンテナ35と、増幅器32の出力電力及び増幅利得を制御する制御部33と、中継装置30の各機器に電力を供給するバッテリ34とから構成される。この中継装置30の各構成機器は、一つの筐体内に収容され、ベルト3を介して被験者1に装着される。尚、受信アンテナ31及び送信アンテナ35は、可能な限り利得の高いものを使用し、また、円偏波又は直線偏波の何れを用いても良い。
FIG. 10 is a configuration diagram of a relay apparatus according to the second embodiment. In the figure, a
以上のような構成により、本実施の形態2においては、小型無線端末10から送信された無線信号は、中継装置30により増幅されて無線通信装置20へ送信されるので、被験者1に装着された小型無線端末10のアンテナ14を小型化し、アンテナ利得及び出力電力は低いものであっても、小型無線端末10と無線通信装置20との通信エリアを十分確保することができ、小型無線端末10で取得した生体情報を遠方でモニターすることが可能となる。また、小型無線端末10は、送信パワーを上げる必要がなくなり消費電力の低減も期待できる。
With the configuration as described above, in the second embodiment, the wireless signal transmitted from the
さらに、ベルト3を介して、中継装置30を被験者1に装着することにより、被験者1の肢体の運動機能を損なうことなく生体情報を取得することができると共に、広範囲にわたって被験者1の生体情報をモニターすることができる。
Furthermore, by attaching the
尚、本実施の形態では、一つの受信アンテナ31により、小型無線端末10から送信された無線信号を受信する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、例えば図11に示すように、ダイバーシティ受信回路36を備え、複数の受信アンテナ31により、スペースダイバーシティを構成し、ダイバーシティ受信回路36により、受信強度の大きい信号波を選択するか、又は各信号波を合成した上で増幅器32へ入力しても良い。
In the present embodiment, the case where the radio signal transmitted from the
また、本実施の形態では、増幅器32により受信アンテナ31を介して受信した受信信号を増幅して出力する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、受信後、周波数変換して、無線通信装置20へ再送信する構成としても良い。
In the present embodiment, the case where the received signal received via the receiving
さらに、中継装置30に、上記実施の形態1で説明した時分割多重接続装置25を備えて、各小型無線端末10と中継装置30とがTDMA通信を行い、受信した情報を無線通信装置20へ再送信する構成としても良い。
Further, the
また、本実施の形態では、ベルト3を用いて中継装置30を被験者1に装着する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、中継装置30を被験者1に装着すれば良く。例えば、リュック等を用いて被験者1に装着しても良い。
In the present embodiment, the case where the
さらに、本実施の形態では、中継装置30を被験者1に装着する場合を説明したが、本発明はこれに限らず、中継装置30が小型無線端末10の通信範囲内にあれば良い。例えば、陸上競技場内を広範囲で移動しない、砲丸投げなどの投擲競技を行う被験者1の近傍に中継装置30を設置し、スタンド席などの遠隔地に無線通信装置20を設置して生体情報をモニターしても良い。
Furthermore, although the case where the
1 被験者、2 情報処理装置、3 ベルト、10 小型無線端末、11 センサ、12 データ制御部、13 無線部、14 アンテナ、15 バッテリ、16 スイッチ、20 無線通信装置、21 円偏波アンテナ、22 アンテナ共用器、23 送信回路、24 ダイバーシティ受信回路、25 時分割多重接続装置、30 中継装置、31 受信アンテナ、32 増幅器、33 制御部、34 バッテリ、35 送信アンテナ、36 ダイバーシティ受信回路、100 第1の同期パターン、200 第2の同期パターン。
1 subject, 2 information processing device, 3 belt, 10 small wireless terminal, 11 sensor, 12 data control unit, 13 wireless unit, 14 antenna, 15 battery, 16 switch, 20 wireless communication device, 21 circularly polarized antenna, 22 antenna Duplexer, 23 Transmitter circuit, 24 Diversity receiver circuit, 25 Time division multiple access device, 30 Relay device, 31 Receive antenna, 32 Amplifier, 33 Control unit, 34 Battery, 35 Transmit antenna, 36 Diversity receiver circuit, 100 1st Synchronization pattern, 200 Second synchronization pattern.
Claims (14)
前記無線端末から送信された前記生体情報を受信する無線通信装置と
を備えたことを特徴とする生体情報モニターシステム。 A wireless terminal that is attached to a human body, acquires the biological information of the human body, and transmits the acquired biological information;
A biological information monitoring system comprising: a wireless communication device that receives the biological information transmitted from the wireless terminal.
前記無線端末から送信された無線信号を受信し、受信した無線信号を増幅して送信する中継装置と、
前記無線端末又は前記中継装置から送信された無線信号を受信して、前記生体情報を取得する無線通信装置と
を備えたことを特徴とする生体情報モニターシステム。 A wireless terminal that is attached to a human body, acquires the biological information of the human body, and transmits the acquired biological information;
A relay device that receives a radio signal transmitted from the radio terminal, amplifies the received radio signal, and transmits the radio signal;
A biological information monitoring system comprising: a wireless communication device that receives a wireless signal transmitted from the wireless terminal or the relay device and acquires the biological information.
所定の間隔を隔てて配置される複数の円偏波アンテナと、
前記円偏波アンテナにより受信した無線信号が入力されるダイバーシティ受信回路と
を備え、
前記複数の円偏波アンテナは、スペースダイバーシティを構成することを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の生体情報モニターシステム。 The wireless communication device
A plurality of circularly polarized antennas arranged at predetermined intervals;
A diversity receiving circuit to which a radio signal received by the circularly polarized antenna is input;
The biological information monitoring system according to claim 1, wherein the plurality of circularly polarized antennas constitute space diversity.
所定の間隔を隔てて配置される複数の円偏波アンテナと、
前記円偏波アンテナにより受信した無線信号が入力されるダイバーシティ受信回路と
を備え、
前記複数の円偏波アンテナは、スペースダイバーシティを構成することを特徴とする請求項2、3又は請求項2、3に従属する請求項4の何れかに記載の生体情報モニターシステム。 The relay device is
A plurality of circularly polarized antennas arranged at predetermined intervals;
A diversity receiving circuit to which a radio signal received by the circularly polarized antenna is input;
The biological information monitoring system according to claim 2, wherein the plurality of circularly polarized antennas constitute space diversity.
所定の時間長を有するフレームに複数のスロットを時分割で割り当てて、前記スロットが割り当てられた複数の前記無線端末と同期して時分割多重通信することを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載の生体情報モニターシステム。 The wireless communication device
The time slot multiplex communication is performed in synchronization with a plurality of the radio terminals to which the slots are assigned by assigning a plurality of slots to a frame having a predetermined time length in a time division manner. Biological information monitoring system according to the above.
前記無線端末は、前記無線通信装置から送信された複数のフレーム同期パターンを受信し、受信した前記複数のフレーム同期パターンの内、予め定められたフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行うことを特徴とする請求項8記載の生体情報モニターシステム。 The wireless communication device transmits a plurality of frame synchronization patterns inserted between predetermined slots of the frame, receives data transmitted from the wireless terminal in synchronization with the frame synchronization pattern,
The wireless terminal receives a plurality of frame synchronization patterns transmitted from the wireless communication device, and performs data transmission in synchronization with a predetermined frame synchronization pattern among the received plurality of frame synchronization patterns. The biological information monitoring system according to claim 8, wherein:
前記無線端末は、前記無線通信装置から送信された複数のフレーム同期パターンを受信し、受信した前記複数のフレーム同期パターンの内、予め定められたフレーム同期パターンと同期してデータ送信を行い、
前記無線通信装置は、複数のフレーム同期パターンを前記フレームの所定のスロット間に挿入して送信し、前記無線端末から送信されたデータを前記フレーム同期パターンに同期して受信することを特徴とする時分割多重同期方法。 A time division multiplex synchronization method in which a plurality of slots are allocated in a time division manner to a frame having a predetermined time length, and a plurality of radio terminals to which the slots are allocated and a radio communication device communicate synchronously,
The wireless terminal receives a plurality of frame synchronization patterns transmitted from the wireless communication device, performs data transmission in synchronization with a predetermined frame synchronization pattern among the plurality of received frame synchronization patterns,
The wireless communication apparatus transmits a plurality of frame synchronization patterns inserted between predetermined slots of the frame, and receives data transmitted from the wireless terminal in synchronization with the frame synchronization pattern. Time division multiple synchronization method.
14. The time division multiplex synchronization method according to claim 12, wherein the frame synchronization patterns are two types of frame synchronization patterns inserted between the head of the frame and the middle of the frame.
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