JP2008085576A

JP2008085576A - データ通信システム、データ送信装置、データ受信装置およびデータ通信方法

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Publication number: JP2008085576A
Application number: JP2006262490A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Maeyama; 利幸前山; Yoshio Karasawa; 好男唐沢; Kazuyuki Takasaki; 和之高崎
Original assignee: KDDI Corp; University of Electro Communications NUC
Current assignee: KDDI Corp; University of Electro Communications NUC
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2008-04-10

Abstract

【課題】人体と地面等の周囲環境との容量性結合を用いて閉回路を構成するデータ通信システムにおいて、データ通信速度の向上を図る。
【解決手段】データ送信装置３は、ＯＦＤＭ方式を用いて送信データを変調するＯＦＤＭ変調器３２と、該変調信号をベースバンドから、人体との容量性結合により形成される信号伝送路の伝送損失が空間の伝送損失よりも小さくなる周波数帯域に、変換する周波数変換器３３とを有し、データ受信装置４は、データ送信装置３から送信された信号を人体から受信し、該受信信号の周波数帯域をベースバンドに戻す周波数変換器４２と、該ベースバンド信号を復調するＯＦＤＭ復調器４３とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、人体と地面等の周囲環境との容量性結合を用いて閉回路を構成するデータ通信システム、データ送信装置、データ受信装置およびデータ通信方法に関する。

従来、人体を信号伝送路として利用するデータ通信システムとしては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１記載のデータ通信装置では、人体と地面等の周囲環境との容量性結合を用いて閉回路を構成している。このため、Ｓ／Ｎ比が周囲の環境と人体の個体差に依存し、Ｓ／Ｎ比が低下しやすい。この対策として、特許文献１記載の従来技術では、データ受信装置にデータ修復部を設け、Ｍ個のデータ中に発生するＨＩＧＨレベル信号の回数に基づいてＭ番目のデータの信号レベルを決定することにより、受信データ中にある欠陥部を修正している。
特開２００２−１２４９２５号公報

しかし、上述した従来技術では、過去の複数のデータの信号レベルを検知し、それら検知した信号レベルを用いて次のデータの信号レベルを決定するという複雑な処理を行うために、データ通信速度が十分に得られないという問題がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、人体と地面等の周囲環境との容量性結合を用いて閉回路を構成するデータ通信システムにおいて、データ通信速度の向上を図ることのできるデータ通信システム、データ送信装置、データ受信装置およびデータ通信方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係るデータ通信システムは、人体と周囲環境との容量性結合を用いて閉回路を構成するデータ通信システムにおいて、データ送信装置は、信号伝送路の周波数特性の変化に対し耐性の強い変調方式を用いて、送信データを変調する変調手段と、該変調信号をベースバンドから、人体との容量性結合により形成される信号伝送路の伝送損失が空間の伝送損失よりも小さくなる周波数帯域に、変換する搬送周波数変換手段と、該周波数変換後の信号を人体に送信する送信手段と、を有し、データ受信装置は、前記データ送信装置から送信された信号を人体から受信する受信手段と、該受信信号の周波数帯域をベースバンドに戻すベースバンド変換手段と、該ベースバンド信号を復調する復調手段と、を有することを特徴とする。

本発明に係るデータ通信システムにおいては、搬送周波数帯域は、４０メガヘルツ以下であることを特徴とする。

本発明に係るデータ通信システムにおいては、前記変調方式は、ＯＦＤＭ方式、直接拡散ＣＤＭ方式または周波数ホッピングＣＤＭ方式であることを特徴とする。

本発明に係るデータ通信システムにおいては、信号伝送路中に一時的な人体と電極の接触部分を含むことを特徴とする。

本発明に係るデータ通信システムにおいては、信号伝送路中に人体間接触部分を含むことを特徴とする。

本発明に係るデータ通信システムにおいては、人体とデータ送信装置ならびにデータ受信装置に係る閉回路の構成は、直列接続または並列接続であることを特徴とする。

本発明に係るデータ送信装置は、人体と周囲環境との容量性結合を用いて閉回路を構成するデータ通信システムにおけるデータ送信装置であって、信号伝送路の周波数特性の変化に対し耐性の強い変調方式を用いて、送信データを変調する変調手段と、該変調信号をベースバンドから、人体との容量性結合により形成される信号伝送路の伝送損失が空間の伝送損失よりも小さくなる周波数帯域に変換する搬送周波数変換手段と、該周波数変換後の信号を人体に送信する送信手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係るデータ受信装置は、人体と周囲環境との容量性結合を用いて閉回路を構成するデータ通信システムにおけるデータ受信装置であって、信号伝送路の周波数特性の変化に対し耐性の強い変調方式を用いて変調された変調信号が、人体との容量性結合により形成される信号伝送路の伝送損失が空間の伝送損失よりも小さくなる周波数帯域の搬送信号により送信された信号を人体から受信する受信手段と、該受信信号の周波数帯域をベースバンドに戻すベースバンド変換手段と、該ベースバンド信号を復調する復調手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係るデータ通信方法は、人体と周囲環境との容量性結合を用いて閉回路を構成するデータ通信方法であって、信号伝送路の周波数特性の変化に対し耐性の強い変調方式を用いて、送信データを変調する過程と、該変調信号をベースバンドから、人体との容量性結合により形成される信号伝送路の伝送損失が空間の伝送損失よりも小さくなる周波数帯域に変換する過程と、該周波数変換後の信号を人体に送信する過程と、前記送信された信号を人体から受信する過程と、該受信信号の周波数帯域をベースバンドに戻す過程と、該ベースバンド信号を復調する過程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、人体と地面等の周囲環境との容量性結合を用いて閉回路を構成するデータ通信システムにおいて、データ通信速度の向上を図ることができる。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るデータ通信システムの等価回路を示す電気的構成図である。図１において、データ送信装置３から出力された送信信号は、送信電極１を介して人体１０に入力され、高周波電流９となって人体内を伝搬する。データ受信装置４は、データ送信装置３からの送信信号を受信電極２を介して人体１０から受信する。図１に示されるように、本データ通信システムは、人体１０とグランド電位面７，８である地面等の周囲環境との容量性結合５，６を用いて閉回路を構成する。これにより、データ受信装置４からデータ送信装置３への方向の高周波電流１１が流れる。従って、本データ通信システムでは、送信電極１、受信電極２、データ送信装置３およびデータ受信装置４以外の外部回路に、導線は不要である。

図２は、本実施形態に係るデータ送信装置３およびデータ受信装置４の構成を示すブロック図である。
図２において、データ送信装置３は、データ入力部３１とＯＦＤＭ変調器３２と周波数変換器３３と出力調整器３４とを有する。データ受信装置４は、増幅器４１と周波数変換器４２とＯＦＤＭ復調器４３とデータ出力部４４とを有する。

図２のデータ送信装置３において、データ入力部３１は、送信データを入力する。ＯＦＤＭ変調器３２は、直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ）方式を用いて、送信データを変調する。周波数変換器３３（搬送周波数変換手段）は、ＯＦＤＭ方式の変調信号をベースバンドから、人体との容量性結合により形成される信号伝送路の伝送損失が空間の伝送損失よりも小さくなる周波数帯域に、変換する。出力調整器３４は、送信信号の出力レベルを人体に悪影響を与えないレベルに調整する。出力調整器３４から出力された送信信号は送信電極を介して人体１０に入力される。また、データ送信装置３は容量性結合によりグランド電位面と電気的に接続されている。

図２に示されるデータ受信装置４は、容量性結合によりグランド電位面と電気的に接続されている。図２のデータ受信装置４において、増幅器４１は、受信電極を介して人体１０から受信された受信信号のレベルを所要のレベルに増幅する。周波数変換器４２（ベースバンド変換手段）は、該受信信号の周波数帯域をベースバンドに戻す。ＯＦＤＭ復調器４３は、該ベースバンド信号を復調する。データ出力部４４は、該復調データを出力する。

本実施形態によれば、ＯＦＤＭ方式を用いてデータ変調を行う。ＯＦＤＭ方式は、信号伝送路の周波数特性の変化に対し耐性の強い変調方式の一つである。このため、信号伝送路中の容量性結合部分において、周波数特性が変動しても、その影響は少なく、安定した伝送特性が得られる。これにより、特別なデータ修復機能を設ける必要はないので、処理の複雑化が回避され、データ通信速度の向上を図ることができる。さらには、通信帯域の広帯域化を図ることができる。本実施形態のデータ通信システムの実験結果によれば、６メガヘルツ帯の地上波ディジタルテレビジョン信号の伝送に成功し、その再生画像の品質は良好であった。

また、一般に、人体を伝送路として用いた場合の周波数特性には個体差がある。このため、ある周波数に特化して搬送周波数を設定することは難しい。しかし、この問題に対しても、ＯＦＤＭ方式を用いることで、解決することができる。つまり、ＯＦＤＭ方式によれば、複数のサブキャリアのうち、あるサブキャリアが悪くても、他のサブキャリアで補完することができるので、人体の周波数特性の個体差を気にする必要がないのである。これにより、不特定の利用者を対象にする汎用的なデータ通信システムを実現することができる。

次に、搬送周波数帯域について説明する。
図３は、人体伝送路と空間伝送路の各々の伝送損失を示したグラフ図である。人体伝送路は、図１に示されるように、人体と周囲環境との容量性結合を用いた閉回路を構成している。図３に示されるように、人体伝送路の伝送損失は、４０メガヘルツ以下であれば、空間伝送路の伝送損失よりも少ない。このことから、搬送周波数帯域が４０メガヘルツ以下であれば、人体伝送路を用いたデータ伝送が有効であることが分かる。なお、搬送周波数帯域は、４０メガヘルツ以下にするが、これは実質的に４０メガヘルツ以下であってもよく（つまり、厳密に４０メガヘルツ以下である必要はなく）、その効果は変わらない。

図４は、本発明に係るデータ通信システムの一実施例である。
図４に示す実施例１は、人がドアノブを手で握ることで閉回路が形成されてデータ通信が可能となり、該データ通信の結果として、自動的にドアの施錠を解除する自動解錠システムである。本実施例１のデータ通信システムは、信号伝送路中に一時的な人体と電極の接触部分を含む。

図４において、データ送信装置３は利用者に携帯される。データ送信装置３は、利用者個人を特定する識別情報（ID）のデータ系列を保持し、該IDを送信データとする。利用者（人体１０）が、ドアノブ型受信電極２を手で握ることで閉回路が形成される。データ送信装置３は、IDをＯＦＤＭ方式で変調し、変調信号を搬送周波数に変換して送信する。この送信信号は、人体１０の信号伝送路を伝搬し、ドアノブ型受信電極２を介してデータ受信装置４で受信される。データ受信装置４は、その受信信号を復調し、復調した受信データをＩＤ判定装置５１に出力する。ＩＤ判定装置５１は、その受信データの正当性を判定し、正当であれば、ドアの施錠を解除する。

従来、ワイヤレスキーシステムなど、無線による解錠システムでは、実際の利用者以外の者からの電波によって誤動作する問題があった。しかしながら、本実施例１によれば、利用者が手でドアノブを握る行為によって、確実に当該利用者のIDを伝送することができるので、自動解錠システムの信頼性を向上させることが可能になる。

また、高速通信が可能であるので、動作時間の短縮を図ることができる。もしくは、同じ時間で伝送する情報量を拡大することができるので、安全性の向上を図ることができる。

図５は、本発明に係るデータ通信システムの他の実施例である。
図５に示す実施例２は、人同士が握手することで閉回路が形成されてデータ通信が可能となり、該データ通信により、握手した人の電子名刺データを相互に自動的に交換する自動電子名刺交換システムである。本実施例２のデータ通信システムは、信号伝送路中に人体間接触部分を含む。

図５において、二人の利用者（人体１０ａ，１０ｂ）は、それぞれＰＤＡ（Personal Digital Assistants：個人用情報機器）６１ａ，６１ｂを携帯している。ＰＤＡ６１ａ，６１ｂは、本実施形態に係るデータ送信装置３およびデータ受信装置４を備えている。また、ＰＤＡ６１ａ，６１ｂは、各々の利用者の電子名刺データを保持し、該電子名刺データを送信データとする。

二人の利用者（人体１０ａ，１０ｂ）が握手することで閉回路が形成される。ＰＤＡ６１ａに備わるデータ送信装置３は、ＰＤＡ６１ａに保持される電子名刺データをＯＦＤＭ方式で変調し、変調信号を搬送周波数に変換して送信する。この送信信号は、人体１０ａから人体１０ｂへと信号伝送路を伝搬し、ＰＤＡ６１ｂに備わるデータ受信装置４で受信される。データ受信装置４は、その受信信号を復調し、復調した受信データ（電子名刺データ）を記録する。同様に、ＰＤＡ６１ｂに保持される電子名刺データが、ＰＤＡ６１ｂに備わるデータ送信装置３からＰＤＡ６１ａに備わるデータ受信装置４に伝送され、ＰＤＡ６１ａで記録される。これにより、握手した二人の各々の電子名刺データが自動的に交換される。

一般的に、握手の仕方は人様々であり、そのため、人体１０ａ，１０ｂの信号伝送路の周波数特性は、握手する人によって変動する。しかしながら、本実施形態によれば、ＯＦＤＭ方式のデータ変調により、周波数特性の変動に対しても安定した伝送特性を得ることができる。これにより、信頼性の高い自動電子名刺交換システムを実現することができる。

また、高速通信が可能であるので、動作時間の短縮を図ることができる。もしくは、同じ時間で伝送する情報量を拡大することができるので、電子名刺データの容量を拡大することが可能になる。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述の実施形態では、信号伝送路の周波数特性の変化に対し耐性の強い変調方式の一例として、ＯＦＤＭ方式を用いたが、直接拡散ＣＤＭ方式または周波数ホッピングＣＤＭ方式を用いるようにしてもよく、同様の効果が得られる。

また、本発明に係るデータ通信システムは、上述の実施例以外にも、様々な分野に応用することができる。

なお、上述の実施形態では、人体と周囲環境との容量性結合を用いた閉回路を直列接続により構成するデータ通信システムを例に挙げて説明したが、該閉回路の構成は直列接続に限定されず、図６に示されるように、並列接続による閉回路の構成もあり得る。例えば、データ送信装置およびデータ受信装置を人の体に身に付ける等、人体の間近に設けた場合には、人体を介した並列接続の閉回路が構成され得る。

本発明の一実施形態に係るデータ通信システムの等価回路を示す電気的構成図である。本実施形態に係るデータ送信装置３およびデータ受信装置４の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る人体伝送路と空間伝送路の各々の伝送損失を示したグラフ図である。本発明に係るデータ通信システムの一実施例である。本発明に係るデータ通信システムの他の実施例である。本発明に係るデータ通信システムの他の等価回路を示す電気的構成図である。

符号の説明

１…送信電極、２…受信電極、３…データ送信装置、４…データ受信装置、５，６…容量性結合、７，８…グランド電位面、１０，１０ａ，１０ｂ…人体、３１…データ入力部、３２…ＯＦＤＭ変調器、３３，４２…周波数変換器、３４…出力調整器、４１…増幅器、４３…ＯＦＤＭ復調器、４４…データ出力部、５１…ＩＤ判定装置、６１ａ，６１ｂ…ＰＤＡ

Claims

人体と周囲環境との容量性結合を用いて閉回路を構成するデータ通信システムにおいて、
データ送信装置は、
信号伝送路の周波数特性の変化に対し耐性の強い変調方式を用いて、送信データを変調する変調手段と、
該変調信号をベースバンドから、人体との容量性結合により形成される信号伝送路の伝送損失が空間の伝送損失よりも小さくなる周波数帯域に、変換する搬送周波数変換手段と、
該周波数変換後の信号を人体に送信する送信手段と、を有し、
データ受信装置は、
前記データ送信装置から送信された信号を人体から受信する受信手段と、
該受信信号の周波数帯域をベースバンドに戻すベースバンド変換手段と、
該ベースバンド信号を復調する復調手段と、を有する、
ことを特徴とするデータ通信システム。
搬送周波数帯域は、４０メガヘルツ以下であることを特徴とする請求項１に記載のデータ通信システム。
前記変調方式は、ＯＦＤＭ方式、直接拡散ＣＤＭ方式または周波数ホッピングＣＤＭ方式であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のデータ通信システム。
信号伝送路中に一時的な人体と電極の接触部分を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの項に記載のデータ通信システム。
信号伝送路中に人体間接触部分を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの項に記載のデータ通信システム。
人体とデータ送信装置ならびにデータ受信装置に係る閉回路の構成は、直列接続または並列接続であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかの項に記載のデータ通信システム。
人体と周囲環境との容量性結合を用いて閉回路を構成するデータ通信システムにおけるデータ送信装置であって、
信号伝送路の周波数特性の変化に対し耐性の強い変調方式を用いて、送信データを変調する変調手段と、
該変調信号をベースバンドから、人体との容量性結合により形成される信号伝送路の伝送損失が空間の伝送損失よりも小さくなる周波数帯域に変換する搬送周波数変換手段と、
該周波数変換後の信号を人体に送信する送信手段と、
を備えたことを特徴とするデータ送信装置。
人体と周囲環境との容量性結合を用いて閉回路を構成するデータ通信システムにおけるデータ受信装置であって、
信号伝送路の周波数特性の変化に対し耐性の強い変調方式を用いて変調された変調信号が、人体との容量性結合により形成される信号伝送路の伝送損失が空間の伝送損失よりも小さくなる周波数帯域の搬送信号により送信された信号を人体から受信する受信手段と、
該受信信号の周波数帯域をベースバンドに戻すベースバンド変換手段と、
該ベースバンド信号を復調する復調手段と、
を備えたことを特徴とするデータ受信装置。
人体と周囲環境との容量性結合を用いて閉回路を構成するデータ通信方法であって、
信号伝送路の周波数特性の変化に対し耐性の強い変調方式を用いて、送信データを変調する過程と、
該変調信号をベースバンドから、人体との容量性結合により形成される信号伝送路の伝送損失が空間の伝送損失よりも小さくなる周波数帯域に変換する過程と、
該周波数変換後の信号を人体に送信する過程と、
前記送信された信号を人体から受信する過程と、
該受信信号の周波数帯域をベースバンドに戻す過程と、
該ベースバンド信号を復調する過程と、
を含むことを特徴とするデータ通信方法。