JP2012112818A - 通信測距複合システム、通信測距装置、親機および子機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】通信測距複合システムでは、親機3が制御フレームの送信後(第1の送信時間α後)に第1のパルス信号を子機4に送信し、子機4が制御フレームの受信後(第2の送信時間β後)に第2のパルス信号を親機3に送信する。そして、親機3が第1のパルス信号の送信タイミングから第2のパルス信号の受信タイミングまでの時間(待機時間Tm)を算出し、子機4が第1のパルス信号の受信タイミングから第2のパルス信号の送信タイミングまでの時間(応答時間Ts)を算出する。よって、制御フレームの送信及び受信タイミングを精確に検出する必要がなく、第1の送信時間αや第2の送信時間βにズレが生じても、パルス信号のエッジさえ検出できれば、待機時間Tmおよび応答時間Tsの算出に影響を与えずに済む。
【選択図】図2
Description
すなわち、第2の通信フレームには、子機による算出結果としての応答時間Tsを示す情報が含まれており、親機が、子機から第2の通信フレームを受信すると、当該親機による算出結果としての待機時間Tmとその応答時間Tsとの差分を算出することにより、通信機間距離を測定する。これにより、通信フレームの送受信回数をむやみに増加させずに済むので、ひいてはより効率的に情報の伝達と測距とを行うことができる。
[全体構成]
図1は、本発明が適用された通信測距複合システムの概略を説明するためのシーケンス図である。
具体的には、通信測距複合システム1では、図2に示すように、親機3が、制御フレーム(第1の通信フレームに相当する)を子機4に送信したことをトリガとして、そのトリガの検出後に予め設定された第1の送信時間α後に矩形波のパルス信号(第1のパルス信号)を子機4に送信する。なお、第1の送信時間αは、第1のパルス信号の送信タイミングが制御フレームの送信タイミングに基づいて生成するように予め設定された時間であり、後述するが、測距結果に影響を及ぼさないことから必ずしも高精度に設定する必要はない。
すなわち、親機3は、自機にて計測した待機時間Tmと応答情報が示す応答時間Tsとの差分をパルス信号の往復に要する伝播遅延時間とし、この伝播遅延時間を2で除算して片道分の伝播遅延時間を求め、これに光速cを乗算することにより、通信機間距離Dを算出する。
次に、図3は、本発明が適用された通信測距装置の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態の通信測距装置は、前述の親機3としての機能と子機4としての機能とを有する通信機2として構成されている。
測距ユニット20は、上記の測距処理に必要な情報を制御部11に供給するユニットであって、制御部11から入力されるSFDタイミング信号またはBBPタイミング信号に従って、測距信号やスイッチ切替信号などの制御信号を発生させる波形発生装置30(詳しくは後述する制御ロジック部40)と、測距を行うための測距信号を通信相手に送信する送信回路21と、通信相手から測距信号を受信する受信回路22と、切替部7の接続先(ひいてはアンテナ6の接続先)を送信回路21と受信回路22とのいずれか一方に切り替えるためのスイッチ部23と、受信回路22からの入力と波形発生装置30からの後述する受信ゲート信号との論理積を出力するAND回路24と、AND回路24からの入力に基づいて待機時間Tmおよび応答時間Tsを算出するためのカウンタ部25とを備えている。
次に、図6は、測距ユニット20における親機3としての機能を説明するためのタイミング図である。
次に、図7は、測距ユニット20における子機4としての機能を説明するためのタイミング図である。なお、前述の親機としての機能と重複する部分については説明を省略する。
制御部11は、親機3の機能として制御フレームを通信相手に送信すると、測距ユニット20から入力される待機情報に基づいて、待機時間Tmを読み出す。そして、通信相手から応答時間が書き込まれたフレーム(図1に記載されている応答情報フレーム)を受信すると、そのフレームに含まれている応答時間情報に基づいて、応答時間Tsを読み出して、前述の(1)式により、通信機間距離Dを測定する。なお、制御部11は、通信相手からACKフレームを受信すると、通信機間距離Dを測定することに加えて、測距ユニット20から入力された待機情報を次回の制御フレームに書き込んで通信相手に送信する。
[本実施形態の効果]
以上説明したように、通信測距複合システム1では、親機3が制御フレームの送信後(第1の送信時間α後)に第1のパルス信号を子機4に送信し、子機4が制御フレームの受信後(第2の送信時間β後)に第2のパルス信号を親機3に送信する。そして、親機3が第1のパルス信号の送信タイミングから第2のパルス信号の受信タイミングまでの時間としての待機時間Tmを算出し、子機4が第1のパルス信号の受信タイミングから第2のパルス信号の送信タイミングまでの時間としての応答時間Tsを算出する。
なお、本実施形態において、無線通信ユニット10が無線通信手段、波形発生装置30が信号制御部、カウンタ部25が時間算出部、測距処理が距離測定手段、AGC回路26がAGC手段に相当する。
次に、無線通信ユニット10の制御部11が実行する測距処理の変形例を、図8のシーケンス図を用いて説明する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
Claims (13)
- 短距離無線通信を行う複数の通信機のうち、情報発信源である通信機を親機、該親機に情報を返信する通信機を子機として、互いに情報を送受信する際の伝播遅延時間により、前記親機と前記子機との距離である通信機間距離を測定する通信測距複合システムにおいて、
前記親機から発信される情報を表す通信フレームを第1の通信フレーム、前記子機から前記親機に返信される情報を表す通信フレームを第2の通信フレームとして、
前記親機は、前記第1の通信フレームの送信終了後に矩形波のパルス信号である第1のパルス信号を送信すると共に、前記子機から該第1の通信フレームの受信終了後に送られてくる矩形波のパルス信号である第2のパルス信号を受信すると、前記第1のパルス信号の送信タイミングから該第2のパルス信号の受信タイミングまでの時間としての待機時間を算出し、
前記子機は、前記親機から前記第1の通信フレームと前記第1のパルス信号とを受信すると、前記第2の通信フレームの返信前に前記第2のパルス信号を該親機に送信すると共に、前記第1のパルス信号の受信タイミングから該第2のパルス信号の送信タイミングまでの時間としての応答時間を算出し、
前記親機および前記子機の少なくとも一方は、前記待機時間と前記応答時間との差分を前記伝播遅延時間として、前記通信機間距離を測定することを特徴とする通信測距複合システム。 - 前記第2の通信フレームには、前記子機による算出結果としての応答時間を示す情報が含まれており、
前記親機は、前記子機から前記第2の通信フレームを受信すると、当該親機による算出結果としての待機時間と該応答時間との差分を算出することにより、前記通信機間距離を測定することを特徴とする請求項1に記載の通信測距複合システム。 - 前記親機および前記子機は、前記通信フレームと前記パルス信号とについて、同一の通信チャンネルを用いて送受信することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の通信測距複合システム。
- 前記親機は、前記子機から前記第2のパルス信号を受信する毎に前記待機時間を算出し、
前記子機は、前記親機から前記第1のパルス信号を受信する毎に前記応答時間を算出し、
前記親機および前記子機の少なくとも一方は、予め規定された測距用通信回数だけ前記パルス信号を連続的に送信すると共に、該測距用通信回数に対応する複数の前記伝播遅延時間を平均化することにより、前記通信機間距離を測定することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の通信測距複合システム。 - 前記親機および前記子機の少なくとも一方は、前記パルス信号の受信毎に該受信電力を検出すると共に、該検出結果に基づく重みを用いて前記複数の伝播遅延時間の加重平均を算出することにより、前記通信機間距離を測定することを特徴とする請求項4に記載の通信測距複合システム。
- 前記第1の通信フレームは、データフレームであり、
前記第2の通信フレームには、該データフレームの受信毎に前記子機から前記親機に返信するように予め規定された確認応答を示すACK情報が含まれていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の通信測距複合システム。 - 前記第1の通信フレームは、前記親機から前記子機へのデータ送信前の確認要求を示すRTSフレームであり、
前記第2の通信フレームには、該RTSフレームの受信毎にデータ受信が可能であれば前記子機から前記親機に返信するように予め規定された確認応答を示すCTS情報が含まれていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の通信測距複合システム。 - 短距離無線通信を行う装置であって、通信相手である通信機との間で互いに情報を送受信する際の伝播遅延時間により、該通信機と当該装置との距離である通信機間距離を測定する通信測距装置において、
情報発信源として前記通信機に送信する通信フレームを第1の通信フレーム、該第1の通信フレームの送信元である通信機に返信する通信フレームを第2の通信フレームとして、該第1及び第2の通信フレームを送受信すると共に、該第1の通信フレームの送信後に第1のトリガ信号、該第1の通信フレームの受信後に第2のトリガ信号をそれぞれ出力する無線通信手段と、
前記無線通信手段から前記第1のトリガ信号を入力すると、予め設定された第1の送信時間後に矩形波のパルス信号である第1のパルス信号を送信すると共に、前記無線通信手段から前記第2のトリガ信号を入力すると、前記第1の送信時間よりも予め長く設定された第2の送信時間後に矩形波のパルス信号である第2のパルス信号を送信する信号制御部と、
前記通信機から前記第2のパルス信号を受信すると、前記第1のパルス信号の送信タイミングから該第2のパルス信号の受信タイミングまでの時間としての待機時間を算出すると共に、前記通信機から前記第1のパルス信号を受信すると、該第1のパルス信号の受信タイミングから前記第2のパルス信号の送信タイミングまでの時間としての応答時間を算出する時間算出部と、
前記通信機から前記応答時間を示す情報を受信すると、前記時間算出部にて算出した待機時間と該応答時間との差分を前記伝播遅延時間とし、前記通信機から前記待機時間を示す情報を受信すると、該待機時間と前記時間算出部にて算出した応答時間との差分を前記伝播遅延時間として、前記通信機間距離を測定する距離測定手段と、
を備えることを特徴とする通信測距装置。 - 前記無線通信手段は、前記通信フレームの同期信号に基づいて、前記トリガ信号を生成することを特徴とする請求項8に記載の通信測距装置。
- 前記パルス信号の受信前に該パルス信号と同一の振幅を有するサンプル信号を受信すると、該サンプル信号に基づいて自動利得調整を行うAGC手段を備え、
前記信号制御部は、前記パルス信号の送信前に前記サンプル信号を送信するように構成されており、
前記時間算出部は、予め設定された電力閾値を上回る受信電力を検出したタイミングを前記パルス信号の受信タイミングとして、前記待機時間および前記応答時間を算出することを特徴とする請求項8または請求項9に記載の通信測距装置。 - 前記無線通信手段と前記距離測定手段とを少なくとも有するユニットを無線通信ユニット、前記信号制御部と前記時間算出部とを少なくとも有するユニットを測距ユニットとして、
前記短距離無線通信を行うためのアンテナと、
該アンテナの接続先を前記無線通信ユニットと前記測距ユニットとのいずれか一方に切り替えるための切替部とを備え、
前記信号制御部は、前記無線通信手段からトリガ信号を入力すると、前記切替部を介して前記アンテナの接続先を前記無線通信ユニットから前記測距ユニットに切り替えることを特徴とする請求項8ないし請求項10のいずれか1項に記載の通信測距装置。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の通信測距複合システムに用いられる親機であって、
前記第1の通信フレームの送信後に第1のトリガ信号を出力する無線通信手段と、
前記無線通信手段から前記第1のトリガ信号を入力すると、予め設定された第1の送信時間後に矩形波のパルス信号である第1のパルス信号を送信する信号制御部と、
前記子機から前記第2のパルス信号を受信すると、前記第1のパルス信号の送信タイミングから該第2のパルス信号の受信タイミングまでの時間としての待機時間を算出する時間算出部と、
前記子機から前記応答時間を示す情報を受信すると、前記時間算出部にて算出した待機時間と該応答時間との差分を前記伝播遅延時間として、前記通信機間距離を測定する距離測定手段と、
を備えることを特徴とする親機。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の通信測距複合システムに用いられる子機であって、
前記第1の通信フレームの受信後に第2のトリガ信号を出力する無線通信手段と、
前記無線通信手段から前記第2のトリガ信号を入力すると、予め設定された第2の送信時間後に矩形波のパルス信号である第2のパルス信号を送信する信号制御部と、
前記親機から前記第1のパルス信号を受信すると、該第1のパルス信号の受信タイミングから前記第2のパルス信号の送信タイミングまでの時間としての応答時間を算出する時間算出部と、
前記親機から前記待機時間を示す情報を受信すると、該待機時間と前記時間算出部にて算出した応答時間との差分を前記伝播遅延時間として、前記通信機間距離を測定する距離測定手段と、
を備えることを特徴とする子機。
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