JP2009088635A - 通信装置、送信機及び受信機 - Google Patents

Abstract

【課題】待機時の消費電力を低減し、なおかつ外来ノイズに対する高い耐性を維持し、通信時間は最短を維持することのできる通信装置を得る。
【解決手段】送信機１０と受信機２０とは断続的または一時的に信号の送受信を行う。送信機１０は、通信の開始を受信機２０に通知する起動信号をＡＳＫ方式のスペクトル拡散変調して送信する。起動信号によって送信機１０と受信機２０間の通信が開始されると、送信機１０は、通信の主体となる通信信号をＰＳＫ方式のスペクトル拡散変調して送信する。
【選択図】図１

Description

この発明は、断続的または一時的に信号の送受信を行う、送信機と受信機からなる通信装置と、その送信機及び受信機に関するものである。

例えば自動車へのキーレスエントリシステムに用いる無線通信装置には、車載機器等から発せられる電磁ノイズ（外来ノイズ）に影響されない高い耐ノイズ性が必要とされる一方で、小さな電池で駆動される携帯機の受信回路は、低消費電力で電池寿命の長いことが要求されている。このような通信装置は、常時通信し続ける訳ではなく、断続的または一時的に通信を行う。従って、通信装置の消費電力は、通信中の消費電力と待機中の消費電力に大別される。

携帯機が待機状態にあるとき、車載の送信機から通信を開始するには、先ず携帯機に対して通信の開始を通知し起動を促すための起動信号を送信し、次いで通信本文の伝送を行うことが一般に行われている。従来、このような技術として、携帯機での待機時消費電力を低減するため、最初に非同期通信により起動信号を送信し、次いでスペクトル拡散通信などの耐ノイズ性の高い同期式通信により本文の通信を行うというものがあった（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２４７１３号公報

このような通信装置にあっては、最初の起動信号には、これを外来ノイズと区別可能にするための信号パターンや、さらには送信機や受信機を特定するための認証データ等が含まれる。受信機は受信信号のこれらの特徴を検出し、確かに起動信号を受信したと判断されるときにのみ、通信本文を受信するための受信回路を起動する。これは受信機の消費電力を低減するために、起動信号の通信には通信本文の通信とは異なる、消費電力の低い通信方式を採用して全体の消費電力を低減しようとするためである。ところが、上記のような従来の装置では最初の起動信号の通信には非同期通信を行うため、耐ノイズ性が低下してしまい、携帯機が外来ノイズを起動信号と誤認識して誤起動してしまう現象が頻発する。このため待機時間が全体として短くなり、消費電力の大きい起動時間が長くなるため、携帯機の消費電力が思うように下がらないという問題点があった。

また、非同期通信は送信機と受信機で同期を取らないため、データビットの区切りを時間で判断することができず、信号の中にビットを区切るための信号を挿入する必要があった。また、信号全体の開始と終了にもそれらを意味する特別な信号パターンを付加する必要があった。このような理由により、非同期通信では一定のデータを送るために必要な通信時間が長くなり、機器の反応が遅くなってしまうという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、待機時の消費電力を低減し、なおかつ外来ノイズに対する高い耐性を維持し、通信時間は最短を維持することのできる通信装置及び送信機、受信機を得ることを目的としている。

この発明に係る通信装置は、通信の開始を送信機から受信機に通知する起動信号と、通信の主体となる通信信号との二つからなる通信を行い、起動信号をＡＳＫ方式のスペクトル拡散通信としたものである。

この発明の通信装置は、起動信号をＡＳＫ方式のスペクトル拡散通信としたので、待機時の消費電力を低減し、なおかつ外来ノイズに対する高い耐性を維持し、通信時間は最短を維持することができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による通信装置の内部構成を示すブロック図である。
自動車向けキーレスエントリシステムに応用する場合、車載機と携帯機にはそれぞれ送信機および受信機の両方が搭載されるのが一般的であるが、ここでは携帯機の低消費電力化に着目しているため、送信機は車載機上に、受信機は携帯機上にあるものとして説明する。

図１において、通信装置は送信機１０と受信機２０からなる。送信機１０は、通信制御部１１、起動信号発生部１２、通信信号発生部１３、ＡＳＫ−ＳＳ変調部（ＡＳＫスペクトル拡散変調部）１４、ＰＳＫ−ＳＳ変調部（ＰＳＫスペクトル拡散変調部）１５、信号切り替え部１６を備えている。通信制御部１１は、起動信号発生部１２〜信号切り替え部１６の制御を行う機能部である。この通信制御部１１は、起動信号発生部１２によって起動信号を発生させ、ＡＳＫ−ＳＳ変調部１４でスペクトル拡散変調された起動信号を信号切り替え部１６を介して送信アンテナ１７から送信させた後、通信信号発生部１３で通信信号を発生させ、ＰＳＫ−ＳＳ変調部１５でスペクトル拡散変調された通信信号を信号切り替え部１６を切り替え制御して送信アンテナ１７から送出するよう制御する。起動信号発生部１２は、送信機１０と受信機２０間の通信の開始を通知するための起動信号を発生させる機能部である。また、通信信号発生部１３は通信の主体となる通信信号を発生させる機能部である。

ＡＳＫ−ＳＳ変調部１４は、起動信号発生部１２で生成した起動信号に対して、ＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）方式のスペクトル拡散（Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を行う機能部である。また、ＰＳＫ−ＳＳ変調部１５は、通信信号発生部１３から出力された通信信号をＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）方式のスペクトル拡散を行う機能部である。信号切り替え部１６は通信制御部１１によって制御され、ＡＳＫ−ＳＳ変調部１４の出力とＰＳＫ−ＳＳ変調部１５の出力とを切り替えて送信アンテナ１７に送出するための切り替え器である。

一方、受信機２０は送信機１０と対をなすように、信号切り替え部２１、ＡＳＫ−ＳＳ復調部（ＡＳＫスペクトル拡散復調部）２２、ＰＳＫ−ＳＳ復調部（ＰＳＫスペクトル拡散復調部）２３、起動信号再生部２４、通信信号再生部２５、通信制御部２６を備えている。信号切り替え部２１は、通信制御部２６によって制御され、受信アンテナ２７で受信された起動信号または通信信号をＡＳＫ−ＳＳ復調部２２またはＰＳＫ−ＳＳ復調部２３に接続するよう切り替える切替器である。ＡＳＫ−ＳＳ復調部２２は、受信した起動信号に対してＡＳＫ方式のスペクトル拡散の復調を行う機能部である。ＰＳＫ−ＳＳ復調部２３は、受信した通信信号に対してＰＳＫ方式のスペクトル拡散変調の復調を行う機能部である。起動信号再生部２４は、ＡＳＫ−ＳＳ復調部２２で復調された起動信号を再生する機能部であり、通信信号再生部２５は、ＰＳＫ−ＳＳ復調部２３で復調された通信信号を再生する機能部である。また、通信制御部２６は、起動信号再生部２４で起動信号が再生されたのを受けて、信号切り替え部２１をＰＳＫ−ＳＳ復調部２３に切り替え、ＰＳＫ−ＳＳ復調部２３への復調指示を行う機能を有している。

次に実施の形態１の動作について説明する。
図２は、ＡＳＫ−ＳＳ変調の処理内容を示す信号図である。
送信データは‘１’と‘０’で表されるデジタルデータであり、時間と共に変化することにより情報を伝送する。この送信データと同期し、特定の繰り返しパターンを持つ拡散符号を用意する。拡散符号は、スペクトルの広い擬似的なランダム性を持ちながら、特定の数の‘１’と‘０’（「チップ」と呼ぶ）の変化を持つパターンであって、そのパターンを特定することにより、パターンの位相一致点では全チップが一致することにより高い相関性を持つが、位相が１チップでも違う場合は相関値が各チップで打ち消しあってほとんど０になるという特徴がある。送信データは先ずこの拡散符号との排他的論理和の否定を取ることによりスペクトルが拡散される。次に送信のための搬送波を用意する。ＡＳＫ−ＳＳ変調では、搬送波は拡散後の信号に応じた振幅変調を受ける。これにより振幅が拡散信号のパターンに応じて変化する送信信号が生成される。これをアンテナから送信することにより、通信が行われる。

図３は、送信機の動作を説明するＰＡＤ（Ｐｒｏｇｒａｍ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｄｉａｇｒａｍ）フローチャートである。
先ず、通信の開始が決定されると、送信機１０の通信制御部１１は、信号切り替え部１６をＡＳＫ−ＳＳ変調部１４側に切り替え、ＡＳＫ−ＳＳ変調部１４を送信アンテナ１７に接続する。次に、ＡＳＫ−ＳＳ変調部１４を動作させると共に、起動信号発生部１２で起動信号を生成してＡＳＫ−ＳＳ変調により信号を送信する。この後、通信制御部１１は、起動信号発生部１２およびＡＳＫ−ＳＳ変調部１４の動作を停止させ、アンテナ接続をＰＳＫ−ＳＳ変調部１５側に切り替える。次いで、通信信号発生部１３およびＰＳＫ−ＳＳ変調部１５を動作させ、通信信号を生成してＰＳＫ−ＳＳ変調により信号を送信する。送信が終了すると通信制御部１１は、通信信号発生部１３およびＰＳＫ−ＳＳ変調部１５を停止させ、一連の通信が完了する。

受信機２０側の動作は図４のＰＡＤフローチャートによって説明する。
受信機２０では通信開始後は送信機１０からの信号を待ち受けるための待機状態に入る。この待機状態では、信号切り替え部２１は、受信アンテナ２７をＡＳＫ−ＳＳ復調部２２側に接続し、ＡＳＫ−ＳＳ復調部２２が動作を行っている。受信アンテナ２７から受信した信号はＡＳＫ−ＳＳ復調部２２でＡＳＫ−ＳＳ復調された後、起動信号再生部２４によって、起動信号であるかどうかを検査され、起動信号を検出した場合は起動信号が通信制御部２６に送られ、装置は待機状態を脱して通信状態に入る。この段階では通信制御部２６の制御によってＡＳＫ−ＳＳ復調部２２は停止され、また、受信アンテナ２７はＰＳＫ−ＳＳ復調部２３に接続される。受信信号はＰＳＫ−ＳＳ復調部２３でＰＳＫ−ＳＳ復調され、通信信号再生部２５で通信信号として再生される。ＰＳＫ−ＳＳ方式のスペクトル拡散通信は、同期式通信であり位相反転のためのクロック回路を必要とし、消費電力はＡＳＫ−ＳＳ方式のスペクトル拡散通信よりも一般に大きいが、耐ノイズ性は約６ｄＢも高いので、通信本文の伝送に適している。この通信が終了すればＰＳＫ−ＳＳ復調部２３および通信信号再生部２５は停止され、受信機２０は待機状態に戻る。

このような構成によれば、送信機１０が受信機２０に対して通信の開始時に送信する起動信号がＡＳＫ−ＳＳ変調されているため、起動信号は従来の非同期通信よりも高い耐ノイズ性を有する。これにより受信側の携帯機が外来ノイズを起動信号と誤認識して誤起動することがなく、消費電力を下げ、電池寿命を伸ばすことができる。また、この起動信号の通信は従来の非同期通信と異なり、同期通信であるため、信号にデータビットの区切りを示す信号を挿入する必要がなく、通信の開始や終了を示す特別な信号を付加する必要もない。従って通信時間は最短を維持できる。これにより通信機器の反応が遅くなってしまうことがない。

以上のように、実施の形態１の通信装置によれば、断続的または一時的に信号の送受信を行う、送信機と受信機からなる通信装置において、通信の開始を送信機から受信機に通知する起動信号と、通信の主体となる通信信号との二つからなる通信を行い、起動信号をＡＳＫ方式のスペクトル拡散通信としたので、待機時の消費電力を低減し、なおかつ外来ノイズに対する高い耐性を維持し、通信時間は最短を維持することができる。

また、実施の形態１の送信機によれば、受信機に対して断続的または一時的に信号を送信する送信機において、送信機と受信機間の通信の開始を通知するための起動信号を発生する起動信号発生部と、起動信号をＡＳＫ方式のスペクトル拡散変調し、変調信号を送出するＡＳＫスペクトル拡散変調部と、通信の主体となる通信信号を発生する通信信号発生部と、通信信号をＰＳＫ方式のスペクトル拡散変調し、変調した通信信号を送出するＰＳＫスペクトル拡散変調部と、ＡＳＫスペクトル拡散変調部から出力される起動信号を送出した後、ＰＳＫスペクトル拡散変調部から出力される通信信号を送出制御する通信制御部とを備えたので、耐ノイズ性が高く、受信機がノイズを起動信号と誤認識して誤起動することを防止できる。また、同期式ＡＳＫ方式のスペクトル拡散通信は、非同期通信と異なり、信号の開始や終了を意味する信号が別途不要なので、通信時間が長くなることがなく、機器の反応が遅くなることがない。

また、実施の形態１の受信機によれば、送信機から断続的または一時的に送信された信号を受信する受信機において、送信機と受信機間の通信の開始を通知するための起動信号を受信した場合、起動信号のＡＳＫ方式のスペクトル拡散の復調を行うＡＳＫスペクトル拡散復調部と、復調された起動信号を再生する起動信号再生部と、通信の主体となる通信信号を受信した場合、通信信号のＰＳＫ方式のスペクトル拡散の復調を行うＰＳＫスペクトル拡散復調部と、復調された通信信号を再生する通信信号再生部と、起動信号の再生に基づいて、ＰＳＫスペクトル拡散復調部への復調指示を行う通信制御部とを備えたので、耐ノイズ性が高く、受信機がノイズを起動信号と誤認識して誤起動することがなく、無駄に起動することがない。このため受信機の消費電力を低減できる。また、同期式ＡＳＫ方式のスペクトル拡散通信は、非同期通信と異なり、信号の開始や終了を意味する信号が別途不要なので、通信時間が長くなることがなく、機器の反応が遅くなることがない。

実施の形態２．
また、上記実施の形態１で説明した受信機のＡＳＫ−ＳＳ復調部２２を、タップつき遅延素子と整合フィルタ、および抵抗ネットワークで構成することにより、同期式通信機でありながら受信機の待機電力を削減し、非同期式通信機と同等に近い低消費電力を実現できる。これを実施の形態２として以下説明する。
図５は、実施の形態２によるＡＳＫ−ＳＳ復調部の構成図である。
ＡＳＫ−ＳＳ復調部は、搬送波除去回路２２１、タップつき遅延線２２２、整合フィルタ２２３、抵抗ネットワーク２２４、相関判定回路２２５を備えている。搬送波除去回路２２１は平滑回路等から構成され、搬送波を除去する回路である。タップつき遅延線２２２は、入力される起動信号の拡散符号のチップ時間と等しくなるようそれぞれの遅延時間が設定された複数の遅延素子２２２−１〜２２２−ｎからなり、それぞれの遅延素子２２２−１〜２２２−ｎで遅延した値を出力する。整合フィルタ２２３は、それぞれの遅延素子２２２−１〜２２２−ｎの出力に対して、拡散符号と一致するパターンで電圧を変換する回路である。抵抗ネットワーク２２４は、複数の遅延素子２２２−１〜２２２−ｎの出力に対応して設けられた複数の抵抗からなり、整合フィルタ２２３の出力の平均値を算出するものである。相関判定回路２２５は、抵抗ネットワーク２２４の出力に基づいて相関信号を検出したか否かを判定する回路である。

次に、このように構成されたＡＳＫ−ＳＳ復調部の動作について説明する。
ＡＳＫスペクトル拡散変調された受信信号は、搬送波除去回路２２１により搬送波が除去された後、タップつきの遅延素子２２２−１〜２２２−ｎが連続したタップつき遅延線２２２に入力される。遅延素子２２２−１〜２２２−ｎはアナログ素子でもデジタル素子でもよく、各タップ間の遅延時間は、入力される起動信号の拡散符号のチップ時間と等しくなるように予め調整されている。送信機と受信機は互いに物理的に異なる装置であるため、遅延時間とチップ時間は実際には厳密には一致しないが、一般にこのような起動信号に用いられる拡散符号の符号長は比較的短く、典型的には７，１５，３１チップ等であるため、通常の電子回路で実現されるレベルの時間精度があれば通信の品質に影響はない。

各タップからの出力は、予め拡散符号と一致するパターンで電圧を反転するように調整された整合フィルタ２２３に入力される。このパターンが拡散符号と整合しているという特徴により、拡散符号の位相と整合フィルタ２２３の位相が一致した瞬間にのみ、整合フィルタ２２３からの出力が全て高い電圧（送信データの‘１’に対応）または全て低い電圧（送信データの‘０’に対応）を示し、それ以外の時には整合フィルタ２２３からの出力は高い電圧を示すものと低い電圧を示すものがほぼ同数となる。このような特徴を持つ整合フィルタ２２３からの出力は、抵抗ネットワーク２２４に入力され、その出力の平均が算出される。その結果、拡散符号の位相と整合フィルタ２２３の位相が一致した瞬間にのみ抵抗ネットワーク２２４からの出力電圧は高いか、または低くなり、それ以外の時には一様に中位の電圧を示す。

相関判定回路２２５は、この電圧変化を検査し、出力電圧の高い、または低いときに相関信号を検出したと判定し、更に、データの‘１’と‘０’を判定することにより、スペクトル逆拡散の復調が実現できる。スペクトル拡散通信の特徴により、一部のタップ出力が外来ノイズによって反転しても、その悪影響は他のタップ出力からの寄与により排除されるため、通信は高い耐ノイズ性を示す。しかも、この構成によれば、同期式通信でありながら、クロック生成回路やクロックずれ検出回路、クロック補正回路等が不要であり、回路の消費電力自体が非同期式通信に用いられる回路と同等にまで低消費電力化できる。

以上のように、実施の形態２の受信機によれば、ＡＳＫスペクトル拡散復調部は、入力される起動信号の拡散符号のチップ時間と等しくなるようそれぞれの遅延時間が設定された複数の遅延素子と、複数の遅延素子の出力に対して、拡散符号と一致するパターンで電圧を反転する整合フィルタと、整合フィルタの出力の平均値を算出する抵抗ネットワークとを備えたので、実施の形態１による低消費電力化効果に加えて、一層の低消費電力化を実現でき、例えば、受信機が電池駆動される場合の電池寿命を伸ばすことができる。

この発明の実施の形態１による通信装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による通信装置のＡＳＫ方式のスペクトル拡散変調の処理内容を示す信号波形図である。 この発明の実施の形態１による通信装置の送信機の動作を説明するためのＰＡＤフローチャートである。 この発明の実施の形態１による通信装置の受信機の動作を説明するためのＰＡＤフローチャートである。 この発明の実施の形態２による受信機のＡＳＫスペクトル拡散復調部の構成図である。

符号の説明

１０ 送信機、１１ 通信制御部、１２ 起動信号発生部、１３ 通信信号発生部、１４ ＡＳＫ−ＳＳ変調部、１５ ＰＳＫ−ＳＳ変調部、１６ 信号切り替え部、２０ 受信機、２１ 信号切り替え部、２２ ＡＳＫ−ＳＳ復調部、２３ ＰＳＫ−ＳＳ復調部、２４ 起動信号再生部、２５ 通信信号再生部、２６ 通信制御部、２２２ タップつき遅延線、２２２−１〜２２２−ｎ 遅延素子、２２３ 整合フィルタ、２２４ 抵抗ネットワーク。

Claims (4)

1. 断続的または一時的に信号の送受信を行う、送信機と受信機からなる通信装置において、
   通信の開始を前記送信機から前記受信機に通知する起動信号と、通信の主体となる通信信号との二つからなる通信を行い、前記起動信号をＡＳＫ方式のスペクトル拡散通信としたことを特徴とする通信装置。
2. 受信機に対して断続的または一時的に信号を送信する送信機において、
   前記送信機と前記受信機間の通信の開始を通知するための起動信号を発生する起動信号発生部と、
   前記起動信号をＡＳＫ方式のスペクトル拡散変調し、当該変調信号を送出するＡＳＫスペクトル拡散変調部と、
   前記通信の主体となる通信信号を発生する通信信号発生部と、
   前記通信信号をＰＳＫ方式のスペクトル拡散変調し、当該変調した通信信号を送出するＰＳＫスペクトル拡散変調部と、
   前記ＡＳＫスペクトル拡散変調部から出力される起動信号を送出した後、前記ＰＳＫスペクトル拡散変調部から出力される通信信号を送出制御する通信制御部とを備えた送信機。
3. 送信機から断続的または一時的に送信された信号を受信する受信機において、
   前記送信機と前記受信機間の通信の開始を通知するための起動信号を受信した場合、当該起動信号のＡＳＫ方式のスペクトル拡散の復調を行うＡＳＫスペクトル拡散復調部と、
   前記復調された起動信号を再生する起動信号再生部と、
   前記通信の主体となる通信信号を受信した場合、当該通信信号のＰＳＫ方式のスペクトル拡散の復調を行うＰＳＫスペクトル拡散復調部と、
   前記復調された通信信号を再生する通信信号再生部と、
   前記起動信号の再生に基づいて、前記ＰＳＫスペクトル拡散復調部への復調指示を行う通信制御部とを備えた受信機。
4. ＡＳＫスペクトル拡散復調部は、
   入力される起動信号の拡散符号のチップ時間と等しくなるようそれぞれの遅延時間が設定された複数の遅延素子と、
   前記複数の遅延素子の出力に対して、前記拡散符号と一致するパターンで電圧を反転する整合フィルタと、
   前記整合フィルタの出力の平均値を算出する抵抗ネットワークとを備えたことを特徴とする請求項３記載の受信機。

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