JP2011082592A - 無線通信システムおよびそのアンテナ整合調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構成および手順を簡略化してアンテナ整合を効率的に行うことができる無線通信システムを提供する。
【解決手段】第２の通信装置がテスト信号を送信する。第１の通信装置が該テスト信号を受信し、その受信レベルが最大になるように前記アンテナ整合回路を調整する。その調整値を受信時最適値として記憶する。第１の通信装置がテスト信号を送信する。第２の通信装置が該テスト信号を受信し、その受信レベルを第１の通信装置に返信する。アンテナ整合回路の設定を変更しながら上記手順を複数回実行し、最大効率の調整値を割り出す。割り出した調整値を送信時最適値として記憶する。
【選択図】図４

Description

この発明は、複数の機器が無線で通信する無線通信システムに関し、特に相互のアンテナ整合を自動で行う無線通信システムに関する。

無線通信において効率よく信号を送受信するためには、送受信する信号周波数に対するアンテナ整合が必要である。アンテナの整合を装置が自動で行う手段として、たとえば、方向性結合器などによって反射電力を検出し、これを最小化するようにマッチング回路を調整するものがある（たとえば特許文献１）。

特開２００９−０６５３７６号公報

しかし、反射波の検出に方向性結合器などの高周波アナログ回路を設ける必要があるが、高周波アナログ回路は精密で高価であるため、装置のコストアップや性能のばらつきが生じやすいという問題点があった。

また、アンテナの整合条件は、電力整合（送信効率最大）と感度整合（受信効率最大）とで異なることがあるが、上記従来の方式では、送信時の整合は行っているが、受信時には自動利得調整回路を用いる程度でアンテナの整合をとっていなかったため、受信時のアンテナの整合状態を最適化することができていなかった。

この発明は、構成および手順を簡略化してアンテナ整合を効率的に行うことができる無線通信システムおよびそのアンテナ整合調整方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、アンテナと、アンテナ整合回路と、前記アンテナが受信した信号レベルを検出するレベル検出部と、前記アンテナを介してテスト信号を送信するテスト信号送信部と、受信したテスト信号の受信レベル情報を相手装置に返信する手段と、をそれぞれ備えた第１および第２の通信装置を含む無線通信システムであって、
第１の通信装置は、第２の通信装置が送信したテスト信号を受信し、その受信レベルが最大になるように前記アンテナ整合回路を調整する受信時調整手段と、前記受信時調整手段の調整値を受信時最適値として記憶する手段と、前記アンテナ整合回路の設定を変更しながらテスト信号を複数回送信する手段と、前記複数回のテスト信号の送信に応じて第２の通信装置から返信された受信レベル情報に基づき、送信時の前記アンテナ整合回路の最大効率の調整値を割り出す送信時調整手段と、前記送信時調整手段の調整値を送信時最適値として記憶する手段と、を備え、
第２の通信装置は、第１の通信装置が送信したテスト信号を受信し、その受信レベルが最大になるように前記アンテナ整合回路を調整する受信時調整手段と、前記受信時調整手段の調整値を受信時最適値として記憶する手段と、前記アンテナ整合回路の設定を変更しながらテスト信号を複数回送信する手段と、前記複数回のテスト信号の送信に応じて第１の通信装置から返信された受信レベル情報に基づき、送信時の前記アンテナ整合回路の最大効率の調整値を割り出す送信時調整手段と、前記送信時調整手段の調整値を送信時最適値として記憶する手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、上記発明において、前記第１および第２の通信装置は、信号の送信時に前記送信時最適値を前記アンテナ整合回路に設定し、信号の受信時に前記受信時最適値を前記アンテナ整合回路に設定する整合制御手段を、さらに備えたことを特徴とする。

請求項３の発明は、アンテナと、アンテナ整合回路と、前記アンテナが受信した信号レベルを検出するレベル検出部と、をそれぞれ備えた第１、第２の通信装置を含むシステムにおいて、（１）第２の通信装置がテスト信号を送信する手順、（２）第１の通信装置が該テスト信号を受信し、その受信レベルが最大になるように前記アンテナ整合回路を調整する手順、（３）前記（２）の調整値を受信時最適値として記憶する手順、（４）第１の通信装置がテスト信号を送信する手順、（５）第２の通信装置が該テスト信号を受信し、その受信レベルを第１の通信装置に返信する手順、（６）アンテナ整合回路の設定を変更しながら（４）、（５）の手順を複数回実行し、最大効率の調整値を割り出す手順、（７）前記（６）で割り出した調整値を送信時最適値として記憶する手順、を実行することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、第１の通信装置と第２の通信装置を交代させて、前記（１）〜（７）の手順をさらに行うことを特徴とする。

この発明によれば、方向性結合器などの高周波アナログ回路を設けることなく、簡略な構成で、送信時、受信時両方のアンテナ整合回路の最適値を求めることが可能になる。

この発明の実施形態である無線オーディオシステムの構成図 メイン再生装置の通信処理部の構成を示す図 システムのネットワーク構築手順を示す図 アンテナ整合処理動作の手順を示す図 通信時のアンテナ整合切換動作を示すフローチャート

図面を参照してこの発明の実施形態である無線オーディオシステムについて説明する。この無線オーディオシステムは、電波を用いて各機器間でオーディオ信号を送受信するシステムである。

図１はこの発明の実施形態である無線オーディオシステムの構成機器を示す図である。この無線オーディオシステムは、据置型のオーディオ再生装置（以下、メイン再生装置と呼ぶ）１、および、携帯型のオーディオ再生装置（以下、ポータブル再生装置と呼ぶ）３を有している。メイン再生装置１は、再生装置本体部１０、通信処理部１１および操作部１２を有している。また、ポータブル再生装置３は、バッテリ３１、ストレージ３２を内蔵しているとともに、外付けの通信アダプタ３５、充電器３６が着脱可能に接続されている。

メイン再生装置１の通信処理部１１およびポータブル再生装置３の通信アダプタ３５は、相互に通信してオーディオ信号（オーディオパケット）やコマンド等の送受信を行う。この相互通信を開始するとき、相互にテスト信号を送受信し合い、信号レベルを検出することにより、両機器のアンテナ整合を調整するアンテナ整合処理動作を実行する。このアンテナ整合処理動作の詳細は後述する。なお、以下の説明において、ポータブル再生装置３に通信アダプタ３５が接続されたシステムを単にポータブル再生装置３と呼ぶ場合がある。

通信処理部１１および通信アダプタ３５相互間における通信方式は、無手順方式である。すなわち、送信側の装置は、受信側の装置の受信を確認することなく一方通行でオーディオパケットを伝送する。これにより、高速且つ遅延の少ないオーディオストリーム信号の伝送を可能にしている。なお、オーディオストリーム信号としては、リニアＰＣＭ信号が用いられる。このオーディオパケットの伝送は、２．４ＧＨｚ帯に設定された帯域幅６ＭＨｚの８チャンネルの伝送チャンネルのいずれかを用いて行われる。

メイン再生装置１の再生装置本体部１０には１または複数のソース機器４およびスピーカシステム５が接続されている。再生装置本体部１０は、ソース機器４や通信処理部１１から入力されたオーディオ信号を増幅、イコライズ等してスピーカシステム５に出力する機能部である。ソース機器４としてはＤＶＤプレーヤ、テレビジョン（ＴＶ）等が接続される。またスピーカシステム５は、マルチチャンネル（たとえば５チャンネル）のスピーカシステムであってもよく、出願人のデジタル・サウンド・プロジェクター（商標）等のアレイスピーカであってもよい。また、操作部１２は、ユーザによる電源のオン／オフ、ソース機器の選択等の操作を受け付けてメイン再生装置１および無線オーディオシステムの動作を制御する機能部である。

ポータブル再生装置３は、バッテリ３１、オーディオファイル（オーディオコンテンツ）を記憶するストレージ３２等を内蔵しており、ストレージ３２に記憶されているオーディオファイルを再生してイヤフォン端子に出力する機能を有している。また、通信アダプタ３５が接続されているとき、再生したオーディオ信号を通信アダプタ３５に出力し、このオーディオ信号を通信アダプタ３５からメイン再生装置１に送信して、スピーカシステム５から放音させる機能も有している。

また、充電器３６は、いわゆる卓上ホルダ型のものであり、ポータブル再生装置３を卓上に立てて設置して使用しつつ充電ができるようにしたものである。充電器３６は、商用電源を適切なＤＣ電圧に変換してポータブル再生装置３のバッテリ３１を充電するとともに通信アダプタ３５に電源を供給する。

図２は通信制御部１１および通信アダプタ３５の構成を示す図である。通信制御部１１、通信アダプタ３５はともにほぼ同一の構成であるため、その一方（通信制御部１１）のみを示す。通信制御部１１は、アンテナ５０、アンテナ整合回路５１、無線モジュール５２、マイクロコントローラ（ＭＣＵ）５３、メモリ５４を有している。アンテナは、基板上に形成された板状の逆Ｆアンテナであり、２．４ＧＨｚ帯の電磁波に対して誘導性のインダクタンスを持っている。アンテナ整合回路５１は、逆Ｆアンテナ５０の給電部と無線モジュール５２との間に挿入されており、逆Ｆアンテナ５０の誘導性インダクタンスとバランスさせるための固定コンデンサ６０、可変容量ダイオード６１が、逆Ｆアンテナ５０、無線モジュール５２間に直列に接続されている。可変容量ダイオード６１には抵抗６２を介して逆方向の容量制御電圧６３が印加され、この電圧により静電容量が制御される。

無線モジュール５２は、再生装置本体部１０から入力されたオーディオパケットを高周波信号に乗せてアンテナ５０に供給するとともに、アンテナ５０から受信した２．４ＧＨｚ帯の信号からオーディオパケットを分離して再生装置本体部１０に入力する。また、無線モジュール５２は、アンテナ整合処理動作時に、受信した高周波信号のレベルを検出してＭＣＵ５３に入力するとともに、通信の相手装置から送られてきた受信レベルを示す信号をＭＣＵ５３に入力する。

ＭＣＵ５３は、アンテナ整合処理動作時に容量制御電圧６３を制御し、受信時・送信時のアンテナ効率が最大になるように可変容量ダイオード６１の静電容量を調整する。ＭＰＵ５３は、受信時の容量制御電圧６３の最適値である受信時最適値、送信時の容量制御電圧６３の最適値である送信時最適値をメモリ５４に書き込み、通信制御部１１の受信動作時には受信時最適値を容量制御電圧６３に設定し、通信処理部１１の送信動作時には送信調整値を容量制御電圧６３に設定する。

次に、図３を参照して、ポータブル再生装置３を送信側の装置Ｔｘとし、メイン再生装置１を受信側の装置Ｒｘとするネットワーク構築手順について説明する。
上述したように、このＴｘとＲｘとは８チャンネルの伝送チャンネルのうち１つのチャンネルを用いて通信する。送信側の装置Ｔｘ、受信側の装置Ｒｘは、それぞれ８チャンネルを移動しつつ相手装置を探す探査動作を実行する。探査動作は、自装置の存在を示すビーコンを送信するとともに、相手装置からビーコンが送られてくるかをワッチする動作である。１つのチャンネルにおける探査動作で相手装置からのビーコンを受信しなかった場合には、次のチャンネルに移動（スキャン）して同様に探査動作を実行する。相手装置からのビーコンを受信した場合には、スキャンを停止して相互にビーコンを送受信可能な状態を維持する。これによって物理レベルのリンクが確立される。

１つのチャンネルから次のチャンネルへの移動（スキャン）は、受信側の装置Ｒｘが速く、送信側の装置Ｔｘがゆっくり行う。これにより、Ｔｘ、Ｒｘは、何時かはいずれかのチャンネルで遭遇し物理レベルのリンクを確立することができる。

上記の手順でメイン再生装置１とスピーカ装置２との物理レベルのリンクが確立されると（Ｓ１０１）、送信側と受信側でアンテナ整合処理動作を行う（Ｓ１０２）。アンテナ整合処理動作は、図４において詳細に説明する。

アンテナ整合処理を終えたのち、アプリケーションレベルのリンクを確立する（Ｓ１０３）。アプリケーションレベルのリンク確立は、以下の手順で行われる。まず受信側の装置Ｒｘから送信側の装置Ｔｘに対して接続要求コマンドが送信される（Ｓ１１０）。この接続要求コマンドには、自装置の識別情報が含まれる。識別情報はたとえば装置ＩＤ、グループＩＤ、製品コード、メーカコードなどである。

送信側の装置Ｔｘは、受信側の装置Ｒｘから接続要求コマンドを受信し、このコマンドに含まれる識別情報に基づいて接続の可否を判定する（Ｓ１１１）。接続の可否は、たとえば自装置と同一のグループＩＤであるか否か等に基づいて判定される。接続可と判定した場合には、受信側の装置Ｒｘに対して、接続許可のメッセージを返信する（Ｓ１１２）。そうすると、受信側の装置Ｒｘは、オーディオパケットの受信準備を行い（Ｓ１１３）、アプリケーションレベルのリンクが確立される。

なお、接続要求コマンドを受信した送信側の装置Ｔｘが、その相手装置Ｒｘはアプリケーションレベルのリンクを確立できない相手であると判断した場合には、接続拒否のメッセージを返信する。この場合には、送信側の装置Ｔｘ、受信側の装置Ｒｘともに物理レベルのリンクを解消して、スキャン動作に戻る。

送信側の装置Ｔｘと受信側の装置Ｒｘとの間にアプリケーションレベルのリンクが確立されたことにより、これら装置の間にネットワークが構築される。ネットワークが構築されるとオーディオ伝送処理（ｓ１０４）を実行する。オーディオ伝送処理では、送信側の装置Ｔｘから受信側の装置Ｒｘに向けてオーディオパケットが伝送され（Ｓ１２０）、必要に応じて双方向でコマンドが送受信される（Ｓ１２１）。

図４は、アンテナ整合処理動作の手順を示す図である。まず送信側の装置Ｔｘが受信側の装置Ｒｘに対してテスト信号を送信する（Ｓ１３０）。このテスト信号の送信は所定時間継続して行われる。受信側の装置Ｒｘは、このテスト信号が送信されている間に、この受信しつつ受信利得が最大になるようにアンテナ整合を調整する（Ｓ１３１）。この調整は、容量制御電圧６３を加減して可変容量ダイオード６１の容量を調整することによって行う。得られた受信時最適値をメモリ６４に記憶する（Ｓ１３２）。以上の動作により、受信側の装置Ｒｘの受信時のアンテナ整合処理が完了する。

次に、逆の動作を行って送信側の装置Ｔｘの受信時のアンテナ整合の調整する。受信側の装置Ｒｘが送信側の装置Ｔｘに対してテスト信号を送信する（Ｓ１３３）。このテスト信号の送信は所定時間継続して行われる。送信側の装置Ｔｘは、このテスト信号が送信されている間に、この受信しつつ受信利得が最大になるようにアンテナ整合を調整する（Ｓ１３４）。得られた受信時最適値をメモリ６４に記憶する（Ｓ１３５）。以上の動作により、送信側の装置Ｔｘの受信時のアンテナ整合処理が完了する。

次に送信時のアンテナ整合を調整する。まず送信側の装置Ｔｘが受信側の装置Ｒｘに対してテスト信号を送信する（Ｓ１４０）。このテスト信号の送信は短時間で終了する。受信側の装置Ｒｘは、このテスト信号を受信して、その受信レベルを表す情報（たとえばＲＳＳＩ(Received Signal Strength Indicator)）を送信側の装置Ｔｘに返信する（Ｓ１４１）。送信側の装置Ｔｘがアンテナ整合回路５１の容量制御電圧６３を調整しつつ（Ｓ１４２）、Ｓ１４０、Ｓ１４１の動作を複数回行う。そして、この複数回の結果に基づき収斂演算等によって最適の容量制御電圧値を割り出す（Ｓ１４３）。この容量制御電圧値を送信時最適値としてメモリ６４に記憶する（Ｓ１４４）。以上の動作により、送信側の装置Ｔｘの送信時のアンテナ整合処理が完了する。

次に、逆の動作を行って受信側の装置の送信時のアンテナ整合を調整する。受信側の装置Ｒｘが送信側の装置Ｔｘに対してテスト信号を送信する（Ｓ１４５）。このテスト信号の送信は短時間で終了する。送信側の装置Ｔｘは、このテスト信号を受信して、その受信レベルを表す情報（たとえばＲＳＳＩ）を受信側の装置Ｒｘに返信する（Ｓ１４６）。受信側の装置Ｒｘがアンテナ整合回路５１の容量制御電圧６３を調整しつつ（Ｓ１４７）、Ｓ１４５、Ｓ１４６の動作を複数回行う。そして、この複数回の結果に基づき収斂演算等によって最適の容量制御電圧値を割り出す（Ｓ１４８）。この容量制御電圧値を送信時最適値としてメモリ６４に記憶する（Ｓ１４９）。以上の動作により、受信側の装置Ｒｘの送信時のアンテナ整合処理が完了する。

図５は、ＭＣＵ５３のアンテナ整合切換動作を示すフローチャートである。再生装置本体部１０から送信要求が入力されたか否かを判定する（Ｓ２００）。送信要求が入力されていれば（Ｓ２００でＹＥＳ）、アンテナ調整回路５１の容量制御電圧６３として送信時最適値を設定して、送信用にアンテナ整合を調整する（Ｓ２０１）。一方、送信要求が入力されていなければ（Ｓ２００でＮＯ）、アンテナ調整回路５１の容量制御電圧６３として受信時最適値を設定して、受信用にアンテナ整合を調整する（Ｓ２０２）。この処理を所定時間ごとに繰り返す。これにより、送信時、受信時の両方の場面で最適のアンテナ整合を維持することが可能になる。

図２、図５は、メイン再生装置１の通信処理部１１を例に挙げて説明したが、ポータブル再生装置３の通信アダプタ３５も同様の構成、同様の動作でアンテナ整合を維持することが可能である。

また、この実施形態では、物理的リンクが確立されたときにアンテナ整合処理を実行しているが、アンテナ整合処理の実行タイミングはこれに限定されない。たとえば、ユーザの指示操作に応じて実行してもよい。

また、この実施形態は、無線でオーディオパケット等を伝送する無線オーディオシステムを例に挙げて説明しているが、この発明は、無線オーディオシステムに限定されず、無線通信を行う種々のシステムに適用することが可能である。

なお、アンテナ５０が容量性リアクタンスを持つ場合には、アンテナ整合回路５１のコンデンサ６０に代えてインダクターを設ければよい。

１ メイン再生装置
３ ポータブル再生装置
１１ 通信処理部
５０ 逆Ｆアンテナ
５１ アンテナ整合回路
５２ 無線モジュール
５３ ＭＣＵ
５４ メモリ
６１ 可変容量ダイオード
６３ 容量制御電圧

Claims (4)

1. アンテナと、
   アンテナ整合回路と、
   前記アンテナが受信した信号レベルを検出するレベル検出部と、
   前記アンテナを介してテスト信号を送信するテスト信号送信部と、
   受信したテスト信号の受信レベル情報を相手装置に返信する手段と、
   をそれぞれ備えた第１および第２の通信装置を含む無線通信システムであって、
   第１の通信装置は、
   第２の通信装置が送信したテスト信号を受信し、その受信レベルが最大になるように前記アンテナ整合回路を調整する受信時調整手段と、
   前記受信時調整手段の調整値を受信時最適値として記憶する手段と、
   前記アンテナ整合回路の設定を変更しながらテスト信号を複数回送信する手段と、
   前記複数回のテスト信号の送信に応じて第２の通信装置から返信された受信レベル情報に基づき、送信時の前記アンテナ整合回路の最大効率の調整値を割り出す送信時調整手段と、
   前記送信時調整手段の調整値を送信時最適値として記憶する手段と、
   を備え、
   第２の通信装置は、
   第１の通信装置が送信したテスト信号を受信し、その受信レベルが最大になるように前記アンテナ整合回路を調整する受信時調整手段と、
   前記受信時調整手段の調整値を受信時最適値として記憶する手段と、
   前記アンテナ整合回路の設定を変更しながらテスト信号を複数回送信する手段と、
   前記複数回のテスト信号の送信に応じて第１の通信装置から返信された受信レベル情報に基づき、送信時の前記アンテナ整合回路の最大効率の調整値を割り出す送信時調整手段と、
   前記送信時調整手段の調整値を送信時最適値として記憶する手段と、
   を備えた無線通信システム。
2. 前記第１および第２の通信装置は、信号の送信時に前記送信時最適値を前記アンテナ整合回路に設定し、信号の受信時に前記受信時最適値を前記アンテナ整合回路に設定する整合制御手段を、さらに備えた請求項１に記載の無線通信システム。
3. アンテナと、アンテナ整合回路と、前記アンテナが受信した信号レベルを検出するレベル検出部と、をそれぞれ備えた第１、第２の通信装置を含むシステムにおいて、
   （１） 第２の通信装置がテスト信号を送信する手順、
   （２） 第１の通信装置が該テスト信号を受信し、その受信レベルが最大になるように前記アンテナ整合回路を調整する手順、
   （３） 前記（２）の調整値を受信時最適値として記憶する手順、
   （４） 第１の通信装置がテスト信号を送信する手順、
   （５） 第２の通信装置が該テスト信号を受信し、その受信レベルを第１の通信装置に返信する手順、
   （６） アンテナ整合回路の設定を変更しながら（４）、（５）の手順を複数回実行し、最大効率の調整値を割り出す手順、
   （７） 前記（６）で割り出した調整値を送信時最適値として記憶する手順
   を実行することを特徴とする無線通信システムのアンテナ整合調整方法。
4. 第１の通信装置と第２の通信装置を交代させて、前記（１）〜（７）の手順をさらに行う請求項３に記載の無線通信システムのアンテナ整合調整方法。

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