JP2011193212A - 電界通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】放射した電界により信号が送受信される不都合を防止する。
【解決手段】矩形波である搬送波が変調されて生成された変調データ信号に応じた電界が電界伝達媒体に印加される。受信部２３は、この電界により電極２１、２２間に生じた受信信号を増幅する増幅器２３１と、増幅後の受信信号からベースバンドデータ信号を復調する復調回路２３２と、増幅後の受信信号から搬送波の基本周波数成分を取り出し該基本周波数成分の振幅に応じた電圧を有する直流電圧信号に変換する第１の振幅検波器２３３と、増幅後の受信信号から搬送波の高調波成分を取り出し該高調波成分の振幅に応じた電圧を有する直流電圧信号に変換する第２の振幅検波器２３４と、各振幅検波器の出力電圧を比較するコンパレータ２３５と、コンパレータ２３５から出力される電圧とベースバンドデータ信号の論理積を出力するＡＮＤ回路２３６とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、放射した電界により信号が送受信される不都合の防止を図った電界通信システムに関するものである。

従来においては、人体などに電界を誘起させて通信を行う電界通信システムとして、非特許文献１に開示されたものがある。

図９は、従来の電界通信システムにおける通信の様子を示す図である。

送信機１Ａを身につけたユーザが、受信機２Ａの電極２１に乗ると、ユーザの人体が、電界（信号）の伝達媒体となり、送信機１Ａから受信機２Ａへの信号の送受信が行われる。

"RedTacton"、［ｏｎｌｉｎｅ］、日本電信電話株式会社、［平成２０年２月１日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.redtacton.com/jp/info/index.html＞

図１０は、従来の電界通信システムにおいて放射した電界により信号が送受信される様子を示す図である。

送信機１Ａを身につけたユーザは、電極２１に乗っていないので、通常は、送信機１Ａから受信機２Ａへの信号の送受信は行われない。

しかし、電界は人体などを伝達するだけでなく、送信機１Ａから空中に放射される。例えば、送信機１Ａから空中に放射した電界が、送信機１Ａをもたないで電極に乗っているユーザの人体を介して電極２１に達した場合、受信機２Ａが電極２１から信号を受信し、これにより、送信機１Ａから受信機２Ａへの信号の送受信が行われる可能性がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、放射した電界により信号が送受信される不都合の防止を図った電界通信システムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る電界通信システムは、送信機と受信機とを備え、前記送信機は、２つ以上の周波数成分を含む搬送波を生成する搬送波生成部と、前記受信機に送信すべきベースバンドデータ信号によって前記搬送波を変調する変調データ信号生成部と、前記搬送波が変調されて生成された変調データ信号に応じた電界を電界伝達媒体に印加するための電極とを備え、前記受信機は、電極と、該電極に前記電界により生じた受信信号から前記ベースバンドデータ信号を復調する復調回路と、前記受信信号から前記搬送波における予め定められた周波数成分を取り出し該周波数成分の振幅に応じた電圧を有する直流電圧信号に変換する第１の振幅検波器と、前記受信信号から前記予め定められた周波数成分より高い高調波成分を取り出し該高調波成分の振幅に応じた電圧を有する直流電圧信号に変換する第２の振幅検波器と、前記予め定められた周波数成分から変換された直流電圧信号の電圧と前記高調波成分から変換された直流電圧信号の電圧とを比較するコンパレータと、前記コンパレータから出力される電圧と前記復調回路から出力されるベースバンドデータ信号の論理積を出力するＡＮＤ回路とを備えることを特徴とする。

例えば、前記予め定められた周波数成分は、前記搬送波の基本周波数成分である。

例えば、前記予め定められた周波数成分は、前記高調波成分より低い高調波成分である。

例えば、前記受信機は、前記第２の振幅検波器の出力電圧を増幅し且つ利得を変更可能な可変利得増幅器を備える。

例えば、前記受信機は、電圧源と、前記第１の振幅検波器の出力電圧と前記電圧源の電圧とを比較する第２のコンパレータと、前記コンパレータと前記第２のコンパレータの出力電圧の論理積を出力する第２のＡＮＤ回路とを備え、前記ＡＮＤ回路は、前記第２のＡＮＤ回路から出力される電圧と前記復調回路から出力されるベースバンドデータ信号の論理積を出力する。

本発明に係る電界通信システムによれば、放射した電界により信号が送受信される不都合を防止することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る電界通信システムの構成の一例を示す図である。 送信機１をもったユーザが、送信機１をもたないで電極に乗っているユーザの後ろにいる様子を示す図である。 送信機１の構成の１例を示すブロック図である。 受信機２の構成の１例を示すブロック図である。 変調データ信号のスペクトル、ユーザが電極に乗っていない場合と乗っている場合の受信信号のスペクトルを示す図である。 受信機２のＡ点〜Ｈ点における信号の波形を示す図であり、詳しくは、ユーザが電極に乗っている場合のものである。 受信機２のＡ点〜Ｈ点における信号の波形を示す図であり、詳しくは、ユーザが電極に乗っていない場合のものである。 第２の実施の形態における受信機２の構成の１例を示すブロック図である。 従来の電界通信システムにおける通信の様子を示す図である。 従来の電界通信システムにおいて放射した電界により信号が送受信される様子を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電界通信システムの構成の一例を示す図である。

電界通信システムは、送信機１と受信機２とを備える。送信機１は移動可能な移動端末であり、受信機２は予め定めた位置に設置されたものである。ユーザは送信機１を身につけている。

送信機１は、電極１１、１２、これらの電極１１、１２とユーザの人体を介して受信機２に信号を送信する送信部１３を備える。

受信機２は、電極２１、２２、これらの電極２１、２２とユーザの人体を介して送信機１から信号を受信する受信部２３を備える。

電界通信システムは、信号の送受信を、図１に示すようにユーザが電極に乗っている場合に限って行い、つまり、例えば、図２に示すように、送信機１をもったユーザが、送信機１をもたないで電極に乗っているユーザの後ろにいる場合には行わないようになっている。

図３は、送信機１の構成の１例を示すブロック図である。

送信機１は、電極１１、１２、送信部１３、ベースバンドデータ信号生成部１４を備える。ベースバンドデータ信号生成部１４は、受信機２に送信すべきベースバンドデータ信号を生成する。送信部１３は、矩形波である搬送波を生成する搬送波生成部１３１と、ベースバンドデータ信号によって搬送波を変調し増幅する変調データ信号生成部１３２とを備える。本実施の形態では、搬送波を矩形波としたが、搬送波は、三角波など２つ以上の周波数成分を含むものであればよい。

図４は、受信機２の構成の１例を示すブロック図である。

受信機２は、電極２１、２２、受信部２３、ベースバンドデータ信号受信部２４を備える。

受信部２３は、電極間に生じた受信信号を増幅する増幅器２３１と、増幅後の受信信号からベースバンドデータ信号を復調する復調回路２３２と、増幅後の受信信号から搬送波の基本周波数成分を取り出し該基本周波数成分の振幅に応じた電圧を有する直流電圧信号に変換する第１の振幅検波器２３３と、増幅後の受信信号から搬送波の高調波成分を取り出し該高調波成分の振幅に応じた電圧を有する直流電圧信号に変換する第２の振幅検波器２３４と、各振幅検波器の出力電圧を比較するコンパレータ２３５と、コンパレータ２３５から出力される電圧とベースバンドデータ信号の論理積を出力するＡＮＤ回路２３６とを備える。ベースバンドデータ信号受信部２４は、ＡＮＤ回路２３６から出力されるベースバンドデータ信号（論理積）を受信する。

振幅検波器２３３は、増幅後の受信信号から搬送波の基本周波数成分を取り出すフィルタ２３３１と、フィルタ２３３１を通過した基本周波数成分をその振幅に応じた電圧を有する直流電圧信号に変換する検波部２３３２とを備える。

振幅検波器２３４は、増幅後の受信信号から搬送波の高調波成分を取り出すフィルタ２３４１と、フィルタ２３４１を通過した高調波成分をその振幅に応じた電圧を有する直流電圧信号に変換する検波部２３４２とを備える。

（第１の実施の形態に係る電界通信システムの動作）
図３において、ベースバンドデータ信号生成部１４は、受信機２に送信すべきベースバンドデータ信号を生成する。搬送波生成部１３１は、矩形波である搬送波を生成する。変調データ信号生成部１３２は、ベースバンドデータ信号によって搬送波を変調し増幅し、こうして生成された変調データ信号を、電極１１、１２間に印加する。

図５（ａ）は、変調データ信号のスペクトルを示す図である。変調データ信号は、搬送波の基本周波数成分ｆｃと、複数の高調波成分２ｆｃ、３ｆｃ、…、ｎｆｃを含んでいる。変調データ信号においては、周波数の高い成分ほど振幅は小さい。

変調データ信号が電極１１、１２間に印加されることにより、電界がユーザの人体に誘起され、この電界により、受信機２の電極２１、２２間に受信信号が生じる。

図５（ｂ）は、図１のように、ユーザが電極に乗っている場合における受信信号のスペクトルを示す図である。受信信号は、搬送波の基本周波数成分ｆｃと、複数の高調波成分２ｆｃ、３ｆｃ、…、ｎｆｃを含んでいる。変調データ信号と同様に、ユーザが電極に乗っている場合の受信信号では、周波数の高い成分ほど振幅は小さいが、一般に隣り合う成分同士の振幅差は小さくなる。

図５（ｃ）は、図２のように、ユーザが電極に乗っていない場合における受信信号のスペクトルを示す図である。ユーザが電極に乗っていない場合の受信信号では、低周波成分の減衰が大きく、周波数の低い成分ほど振幅が小さくなる場合がある。

図６は、図４に示す受信機２のＡ点〜Ｈ点での信号の波形を示す図であり、詳しくは、図１のように、ユーザが電極に乗っている場合のものである。

図７は、図４に示す受信機２のＡ点〜Ｈ点での信号の波形を示す図であり、詳しくは、図２のように、ユーザが電極に乗っていない場合のものである。

図４において、増幅器２３１は、電極間に生じた受信信号を増幅する。増幅後の受信信号は、例えば、搬送波を位相偏移変調（ＰＳＫ）して生成された間欠的な変調データ信号と同様の波形を有する（図６、図７：Ａ）。

復調回路２３２は、増幅後の受信信号に、例えば、位相偏移変調に対応する復調を行い、受信信号をベースバンドデータ信号に復調する（図６、図７：Ｂ）。

振幅検波器２３３では、まず、フィルタ２３３１が、増幅後の受信信号から搬送波の基本周波数成分を取り出す。取り出された基本周波数成分は、搬送波の基本周波数を有する正弦波である（図６、図７：Ｃ）。

一方、振幅検波器２３４では、まず、フィルタ２３４１が、増幅後の受信信号から搬送波の高調波成分を取り出す。取り出された高調波成分は、搬送波の基本周波数の２以上の整数倍の周波数を有する正弦波である（図６、図７：Ｄ）。

振幅検波器２３３では、次に、検波部２３３２が、フィルタ２３３１を通過した基本周波数成分をその振幅に応じた電圧を有する直流電圧信号に変換する。（図６、図７：Ｅ）。

振幅検波器２３４では、検波部２３４２が、フィルタ２３４１を通過した高調波成分をその振幅に応じた電圧を有する直流電圧信号に変換する。（図６、図７：Ｆ）。

コンパレータ２３５は、振幅検波器２３３の出力電圧が振幅検波器２３４の出力電圧より高いなら高電圧を出力し、一方、振幅検波器２３３の出力電圧が振幅検波器２３４の出力電圧以下なら低電圧を出力する（図６、図７：Ｇ）。

図１に示すようにユーザが電極に乗っており、図５（ｂ）に示すように周波数の高い成分ほど振幅が小さくなる場合、基本周波数成分の振幅は、高調波成分の振幅よりも大きい。これにより、振幅検波器２３３の出力電圧が振幅検波器２３４の出力電圧より高く、よって、コンパレータ２３５は、高電圧を出力する（図６：Ｇ）。

一方、図２に示すようにユーザが電極に乗っておらず、図５（ｃ）に示すように、周波数の低い成分ほど振幅が小さくなる場合、基本周波数成分の振幅は、高調波成分の振幅以下になる。これにより、振幅検波器２３３の出力電圧は振幅検波器２３４の出力電圧以下となり、よって、コンパレータ２３５は、低電圧を出力する（図７：Ｇ）。

ＡＮＤ回路２３６は、コンパレータ２３５から高電圧が出力されているなら、つまり、例えば、ユーザが電極に乗っているならベースバンドデータ信号を出力する（図６：Ｈ）。

一方、ＡＮＤ回路２３６は、コンパレータ２３５から低電圧が出力されているなら、つまり、例えば、ユーザが電極に乗っていないならベースバンドデータ信号を出力しない（図７：Ｈ）。

ベースバンドデータ信号受信部２４は、ＡＮＤ回路２３６から出力されるベースバンドデータ信号を受信する。

したがって、第１の実施の形態によれば、図１のようにユーザが電極に乗っている場合には、信号を受信でき、一方、図２のようにユーザが電極に乗っていない場合には、信号が受信されるのを防止できる。

図３に示すように、送信機１は、矩形波である搬送波を生成する搬送波生成部１３１と、受信機２に送信すべきベースバンドデータ信号によって搬送波を変調する変調データ信号生成部１３２と、搬送波が変調されて生成された変調データ信号に応じた電界をユーザの人体に印加するための電極１１、１２とを備える。

また、図４に示すように、受信機２は、電極２１、２２と、電界によりこれらの電極に生じた受信信号からベースバンドデータ信号を復調する復調回路２３２と、受信信号から搬送波における基本周波数成分を取り出し該周波数成分の振幅に応じた電圧を有する直流電圧信号に変換する第１の振幅検波器２３３と、受信信号から高調波成分を取り出し該高調波成分の振幅に応じた電圧を有する直流電圧信号に変換する第２の振幅検波器２３４と、基本周波数成分から変換された直流電圧信号の電圧と高調波成分から変換された直流電圧信号の電圧とを比較するコンパレータ２３５と、コンパレータ２３５から出力される電圧と復調回路２３２から出力されるベースバンドデータ信号の論理積を出力するＡＮＤ回路２３６とを備える。

したがって、ユーザが電極に乗っている場合には、信号を受信でき、一方、ユーザが電極に乗っていない場合には、信号が受信されるのを防止できる。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る電界通信システムについて説明する。

電界通信システムは、第１の実施の形態に係る電界通信システムの要素と同様な構成要素を備え、便宜上、同様の要素には同一符号を付与し、重複説明を省略する。第１の実施の形態に係る電界通信システムとの差異は、受信機２にある。

図８は、第２の実施の形態における受信機２の構成の１例を示すブロック図である。

受信部２３は、図４に示す要素に加えて、振幅検波器２３４の出力電圧を増幅し且つ利得を変更可能な可変利得増幅器２３１１と、電圧源２３１２と、振幅検波器２３３の出力電圧と電圧源２３１２の電圧とを比較する第２のコンパレータ２３１３と、コンパレータ２３５と第２のコンパレータ２３１３の出力電圧の論理積を出力する第２のＡＮＤ回路２３１４とを備え、ＡＮＤ回路２３６は、第２のＡＮＤ回路２３１４から出力される電圧と復調回路２３２から出力されるベースバンドデータ信号の論理積を出力するようになっている。

（第２の実施の形態に係る電界通信システムの動作）
送信機１、増幅器２３１、復調回路２３２、２３４の動作は、第１の実施の形態のものと同じであるから、説明を省略する。

図６、図７は、第２の実施の形態におけるタイミングチャートでもあり、以下の説明でも使用する。

可変利得増幅器２３１１は、振幅検波器２３４の出力電圧を増幅する（図７、図８：Ｆ）。

コンパレータ２３５は、振幅検波器２３３の出力電圧が可変利得増幅器２３１１の出力電圧より高いなら高電圧を出力し、一方、振幅検波器２３３の出力電圧が可変利得増幅器２３１１の出力電圧以下なら低電圧を出力する（図７、図８：Ｇ）。

第１の実施の形態では、図２に示すようにユーザが電極に乗っていない場合における受信信号において、低周波成分の減衰は見られるが、図６（ｃ）に示すように周波数の低い成分ほど振幅が小さくなる傾向が見られない場合がある。可変利得増幅器２３１１は、このときのために設けたものである。

可変利得増幅器２３１１の利得は、図１に示すようにユーザが電極に乗っている場合には、振幅検波器２３３の出力電圧が可変利得増幅器２３１１の出力電圧より高くなり、一方、図２に示すようにユーザが電極に乗っていない場合には、振幅検波器２３３の出力電圧が可変利得増幅器２３１１の出力電圧以下になるように、予め調整されている。

よって、ユーザが電極に乗っている場合、コンパレータ２３５は、高電圧を出力し、一方、ユーザが電極に乗っていない場合、コンパレータ２３５は、低電圧を出力する。

コンパレータ２３１３は、振幅検波器２３３の出力電圧が電圧源２３１２の電圧より高いなら高電圧を出力し、一方、振幅検波器２３３の出力電圧が電圧源２３１２の電圧以下なら低電圧を出力する。

振幅検波器２３３への入力がない場合、振幅検波器２３３から電圧を出力しないが、ノイズが出力される場合がある。電圧源２３１２の電圧は、ノイズの電圧よりも高く設定されている。よって、図１、図２に示すような送信機１をもったユーザがいない場合、コンパレータ２３１３は低電圧を出力し、一方、図１、図２に示すような送信機１をもったユーザがいる場合、コンパレータ２３１３は、高電圧を出力する。

ＡＮＤ回路２３１４は、コンパレータ２３１３、２３５から共に高電圧が出力されているなら、つまり、ユーザが電極に乗っているなら高電圧を出力する（図７：Ｇ）。

一方、ＡＮＤ回路２３１４は、少なくともコンパレータ２３１３から低電圧が出力されているなら、つまり、図１、図２に示すような送信機１をもったユーザがいないなら、または、少なくともコンパレータ２３５から低電圧が出力されているなら、つまり、ユーザが電極に乗っていないなら低電圧を出力する（図８：Ｇ）。

ＡＮＤ回路２３６は、ＡＮＤ回路２３１４から高電圧が出力されているなら、つまり、ユーザが電極に乗っているならベースバンドデータ信号を出力する（図７：Ｈ）。

一方、ＡＮＤ回路２３６は、ＡＮＤ回路２３１４から低電圧が出力されているなら、つまり、図１、図２に示すような送信機１をもったユーザがいない、または、送信機１をもったユーザが電極に乗っていないならベースバンドデータ信号を出力しない（図８：Ｈ）。

ベースバンドデータ信号受信部２４は、ＡＮＤ回路２３６から出力されるベースバンドデータ信号を受信する。

したがって、第２の実施の形態によれば、図１のようにユーザが電極に乗っている場合には、信号を受信でき、一方、図２のようにユーザが電極に乗っていない場合には、信号が受信されるのを防止できる。

また、第２の振幅検波器２３４の出力電圧を増幅し且つ利得を変更可能な可変利得増幅器を備えることで、利得を調整して、ユーザが電極に乗っている場合、コンパレータ２３５は高電圧を出力し、一方、ユーザが電極に乗っていない場合、コンパレータ２３５は低電圧を出力するようにでき、よって、受信信号において周波数の低い成分ほど振幅が小さくならない場合であっても、第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、図４の構成では、振幅検波器２３３への入力がない場合において振幅検波器２３３から出力されるノイズによって、コンパレータ２３５が高電圧を出力し、ＡＮＤ回路２３６がベースバンドデータ信号を出力してしまう可能性があるが、図８に示すように、電圧源２３１２と、第１の振幅検波器２３３の出力電圧と電圧源２３１２の電圧とを比較する第２のコンパレータ２３１３と、コンパレータ２３５と第２のコンパレータ２３１３の出力電圧の論理積を出力する第２のＡＮＤ回路２３１４とを備え、ＡＮＤ回路２３６は、第２のＡＮＤ回路２３１４から出力される電圧と復調回路２３２から出力されるベースバンドデータ信号の論理積を出力するようにしたので、ノイズによりベースバンドデータ信号が出力される不都合の発生を防止することができる。

なお、第１、第２の実施の形態では、ユーザが電極に乗っていない場合、受信信号においては周波数の低い成分ほど振幅が小さくなるという傾向を利用しているので、搬送波の基本周波数成分と高調波成分を用いるのでなく、２つの高調波成分を用いた場合であっても、作用効果を得ることができる。

１…送信機
２…受信機
１１、１２、２１、２２…電極
１３…送信部
１４…ベースバンドデータ信号生成部
２３…受信部
２４…ベースバンドデータ信号受信部
１３１…搬送波生成部
１３２…変調データ信号生成部
２３１…増幅器
２３２…復調回路
２３３、２３４…振幅検波器
２３５、２３１３…コンパレータ
２３６、２３１４…ＡＮＤ回路
２３１１…可変利得増幅器
２３１２…電圧源
２３３１、２３４１…フィルタ
２３３２、２３４２…検波部

Claims (5)

1. 送信機と受信機とを備え、
   前記送信機は、
   ２つ以上の周波数成分を含む搬送波を生成する搬送波生成部と、
   前記受信機に送信すべきベースバンドデータ信号によって前記搬送波を変調する変調データ信号生成部と、
   前記搬送波が変調されて生成された変調データ信号に応じた電界を電界伝達媒体に印加するための電極とを備え、
   前記受信機は、
   電極と、
   該電極に前記電界により生じた受信信号から前記ベースバンドデータ信号を復調する復調回路と、
   前記受信信号から前記搬送波における予め定められた周波数成分を取り出し該周波数成分の振幅に応じた電圧を有する直流電圧信号に変換する第１の振幅検波器と、
   前記受信信号から前記予め定められた周波数成分より高い高調波成分を取り出し該高調波成分の振幅に応じた電圧を有する直流電圧信号に変換する第２の振幅検波器と、
   前記予め定められた周波数成分から変換された直流電圧信号の電圧と前記高調波成分から変換された直流電圧信号の電圧とを比較するコンパレータと、
   前記コンパレータから出力される電圧と前記復調回路から出力されるベースバンドデータ信号の論理積を出力するＡＮＤ回路と
   を備えることを特徴とする電界通信システム。
2. 前記予め定められた周波数成分は、前記搬送波の基本周波数成分であることを特徴とする請求項１記載の電界通信システム。
3. 前記予め定められた周波数成分は、前記高調波成分より低い高調波成分であることを特徴とする請求項１記載の電界通信システム。
4. 前記受信機は、前記第２の振幅検波器の出力電圧を増幅し且つ利得を変更可能な可変利得増幅器を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電界通信システム。
5. 前記受信機は、
   電圧源と、
   前記第１の振幅検波器の出力電圧と前記電圧源の電圧とを比較する第２のコンパレータと、
   前記コンパレータと前記第２のコンパレータの出力電圧の論理積を出力する第２のＡＮＤ回路とを備え、
   前記ＡＮＤ回路は、前記第２のＡＮＤ回路から出力される電圧と前記復調回路から出力されるベースバンドデータ信号の論理積を出力することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電界通信システム。

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