JP2012244516A - Electric field communication system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起させるとともにこの誘起した電界を検出して情報の送受信を行う電界通信システムに関する。 The present invention relates to an electric field communication system that induces an electric field based on information to be transmitted in an electric field transmission medium, and detects the induced electric field to transmit and receive information.
携帯端末の小型化および高性能化によりウェアラブルコンピュータが注目されているが、図9はこのようなウェアラブルコンピュータを人間に装着して使用する場合の例を示している。同図に示すように、ウェアラブルコンピュータ7はそれぞれトランシーバ9を介して人間の腕、肩、胴体などに装着されて互いにデータの送受信を行うとともに、更に手足の先端で触れられるよう壁や床に設けられたトランシーバ9a、9bとケーブルとを介して外部に設けられたコンピュータ8と通信を行っている。
Although wearable computers are attracting attention due to the miniaturization and high performance of portable terminals, FIG. 9 shows an example in which such wearable computers are used while being worn by humans. As shown in the figure, the
ここで、このようなウェアラブルコンピュータ7間、およびウェアラブルコンピュータ7とコンピュータ8間とのデータ通信に使用されるトランシーバ9は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体である生体に誘起させ、この誘起した電界を用いて情報の送受信を行うものである。なお、トランシーバ9については、特許文献1および特許文献2に記載されている。
Here, the transceiver 9 used for data communication between the
さて、オフィス、実験室、工場等の床には、配管の他に、電力や通信ケーブルが埋設される場合がある。また、床は、強度の理由により、その内部もしくは裏面が鉄製であることが多く、放射による誘導雑音や埋設ケーブルからの静電性の雑音を拾いやすい。 In addition to piping, electric power and communication cables may be embedded in floors of offices, laboratories, factories, and the like. Also, the floor is often made of iron for the reasons of strength, and it is easy to pick up induction noise due to radiation and electrostatic noise from the buried cable.
このような雑音を拾いやすい床の上にユーザが立って、ユーザが携帯する携帯端末と、壁に設置された設置型トランシーバとの間で、ユーザの人体を通信媒体とした電界通信を行う場合、床面から人体に混入する雑音の影響で、S/N比が悪化(Nが増大)し、通信品質が低下するという問題がある。 When the user stands on the floor where such noise is easily picked up and performs electric field communication using the user's human body as the communication medium between the portable terminal carried by the user and the installed transceiver installed on the wall There is a problem that the S / N ratio deteriorates (N increases) and the communication quality deteriorates due to the influence of noise mixed into the human body from the floor.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、雑音の大きい環境下であっても、通信品質の低下を防止する電界通信システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electric field communication system that prevents deterioration in communication quality even in a noisy environment.
上記目的を達成するため、本発明は、ユーザが携帯する携帯端末と設置端末とで電界通信を行う電界通信システムであって、床に設置した床電極と、前記床電極と前記床の導電性部材との間に形成される寄生容量を利用して、前記床電極と前記床の導電性部材との間にインダクタを接続した反共振回路と、を有する。 In order to achieve the above object, the present invention provides an electric field communication system that performs electric field communication between a portable terminal carried by a user and an installation terminal, the floor electrode installed on the floor, and the conductivity of the floor electrode and the floor And an anti-resonance circuit in which an inductor is connected between the floor electrode and the conductive member of the floor using a parasitic capacitance formed between the member and the member.
また、本発明は、ユーザが携帯する携帯端末と設置端末とで電界通信を行う電界通信システムであって、床に設置された、第1の床電極と第2の床電極とを備える一対の床電極と、前記一対の床電極の間に形成される寄生容量を利用して、前記第1の床電極と前記第2の床電極との間にインダクタを接続した反共振回路と、を有する。 Moreover, this invention is an electric field communication system which performs electric field communication with the portable terminal and installation terminal which a user carries, Comprising: A pair of 1st floor electrodes installed on the floor and provided with a 2nd floor electrode A floor electrode, and an anti-resonance circuit in which an inductor is connected between the first floor electrode and the second floor electrode using a parasitic capacitance formed between the pair of floor electrodes. .
本発明によれば、雑音の大きい環境下であっても、通信品質の低下を防止する電界通信システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electric field communication system that prevents deterioration of communication quality even in a noisy environment.
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態である電界通信システムの全体構成図である。図示する電界通信システムは、ユーザ2が携帯する携帯端末1と、床電極3と、反共振回路4と、設置端末(壁電極5と当該壁電極5に接続されたトランシーバ6)と、コンピュータ7とを有する。携帯端末1と、設置端末のトランシーバ6とは、ユーザ2の人体および壁電極5を介して電界通信が可能である。トランシーバ6と、コンピュータ7とは、例えばLANなどのネットワークにより接続されている。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an electric field communication system according to an embodiment of the present invention. The illustrated electric field communication system includes a mobile terminal 1 carried by a
コンピュータ7は、携帯端末1が送信した信号(情報、データ)を、トランシーバ6を介して受信して、所定の制御を行う。例えば、コンピュータ7は、携帯端末1からの信号を用いてユーザ認証を行い、認証結果に応じてセキュリティ扉(不図示)の開錠/施錠や、改札機などのゲートの開閉などを行うものとする。
The
トランシーバ6は、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体である人体に誘起させ、この誘起した電界を用いて情報の送受信を行うものである。
The
トランシーバ6に接続される壁電極5は、携帯端末1と電界通信を行うために、コンピュータ7の制御対象(例えば扉、ゲート等)の近傍の壁に設置されている。壁電極5は、表面が絶縁シートで覆われている。図示する電界通信システムでは、トランシーバ6に接続される電極は、壁に設置された壁電極6としたが、壁電極6に限定されるものではない。トランシーバ6に接続される電極は、壁以外の場所(例えば、改札機など)に配置されていてもよい。
The
本実施形態の床は、2重床構造となっており、鉄筋コンクリート床18の上に2重床17が配置されている。2重床17とコンクリート床18との間には、電力ケーブル、通信ケーブルなどの埋設ケーブル19が配置されている。2重床17には鉄などの導電性材料が使用されるため、2重床17は、埋設ケーブル19からの静電性の雑音や、放射による誘導雑音などの床雑音を拾ってしまう。図1では、このような床雑音を、雑音電圧VN16で示している。 The floor of this embodiment has a double floor structure, and a double floor 17 is disposed on a reinforced concrete floor 18. Between the double floor 17 and the concrete floor 18, an embedded cable 19 such as a power cable and a communication cable is disposed. Since a conductive material such as iron is used for the double floor 17, the double floor 17 picks up floor noise such as electrostatic noise from the embedded cable 19 and induction noise due to radiation. In FIG. 1, such floor noise is indicated by a noise voltage V N 16.
本実施形態の床電極3は、2重床17から浮かせて(離して)設置され、また、ユーザ2が壁電極5に接触(タッチ)するのに適切な位置に設置されている。床電極3は、表面が絶縁シートで覆われている。
The floor electrode 3 of the present embodiment is installed floating (separated) from the double floor 17 and is installed at an appropriate position for the
反共振回路(並列共振回路)4は、床電極3と2重床17との間に形成される寄生容量C0を利用して、床電極3と2重床17との間にインダクタL0を接続して構成される。本実施形態では、この反共振回路4を用いることにより、ユーザの人体を2重床17の床面から十分離すのと等価な状況を作り出し、床雑音がユーザの人体を介して壁電極5およびトランシーバ6に混入することを防止する。すなわち、導電性の床電極3(踏み板)を、2重床17から絶縁して、2重床17との容量結合による雑音がユーザの人体に混入されることを防止する。
The anti-resonance circuit (parallel resonance circuit) 4 uses a parasitic capacitance C 0 formed between the floor electrode 3 and the double floor 17 and uses an inductor L 0 between the floor electrode 3 and the double floor 17. Connected. In the present embodiment, by using this anti-resonance circuit 4, a situation equivalent to separating the user's human body from the floor surface of the double floor 17 is created, and the floor noise is generated through the user's human body. Mixing into the
図2に、図1に示す電界通信システムの等価回路を示す。 FIG. 2 shows an equivalent circuit of the electric field communication system shown in FIG.
Z1は、床電極3と人体2との容量結合によるインピーダンスであって、比較的小さい。Z2は、壁電極5と人体2との容量結合によるインピーダンスであって、比較的小さい。Z3は、携帯端末1と壁(導電性)との容量結合によるインピーダンスであって、比較的大きい。Z4は、トランシーバ6の受信回路の入力インピーダンスであって、例えば1kΩ程度である。Z0は、反共振回路4によるインピーダンスである。
Z 1 is an impedance due to capacitive coupling between the floor electrode 3 and the
ここで、Z1とZ2をゼロと近似して、かつ(Z3≫Z4)の関係を適用すると、Z4に誘起される雑音電圧V4は、次のように近似できる。
これにより、反共振回路4のインピーダンスZ0を大きくすることで、Z4に誘起される雑音電圧V4を小さくすることができる。 Thereby, the noise voltage V 4 induced in Z 4 can be reduced by increasing the impedance Z 0 of the anti-resonance circuit 4.
したがって、反共振回路4を用いて、電界通信で使用されるキャリア周波数f0において、Z0が最大になるようにインダクタL0を設定(設計)する。 Therefore, using the anti-resonance circuit 4, in the carrier frequency f 0 which is used in the electric field communication, Z 0 is set the inductor L 0 so that the maximum (design).
すなわち、トランシーバ6で使用する電界通信のキャリア周波数を、反共振回路4の共振周波数F0とし、以下の式を満たすインダクタL0を算出し、設定する。
なお、床電極3と2重床17との間に形成される寄生容量C0は、物理的な構造により定まる値である。また、電界通信のキャリア周波数f0も、予め定められた所定の周波数(人体を伝送路とする通信の場合、例えば、数十MHz以下)である。したがって、上記式によりインダクタL0を算出することができる。 The parasitic capacitance C 0 formed between the floor electrode 3 and the double floor 17 is a value determined by a physical structure. The carrier frequency f 0 of electric field communication is also a predetermined frequency (in the case of communication using a human body as a transmission path, for example, several tens of MHz or less). Therefore, it is possible to calculate the inductor L 0 according to the above equation.
図3は、雑音電圧V4と周波数fとの関係を示すグラフであって、キャリア周波数(共振周波数)f0において雑音電圧V4が減少することを示している。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the noise voltage V 4 and the frequency f, and shows that the noise voltage V 4 decreases at the carrier frequency (resonance frequency) f 0 .
このようなインダクタL0を設定した反共振回路4を備えることで、反共振回路4が無限大のインピーダンスとなるため、2重床17からの床雑音を遮断する。すなわち、共振周波数f0において、2重床17から浮かせて設置した床電極3は、2重床17から電気的に切り離されるため、床雑音を遮断することができる。 By providing the anti-resonance circuit 4 in which such an inductor L 0 is set, the anti-resonance circuit 4 has an infinite impedance, so that floor noise from the double floor 17 is cut off. That is, since the floor electrode 3 installed so as to float from the double floor 17 is electrically disconnected from the double floor 17 at the resonance frequency f 0 , floor noise can be blocked.
次に、床電極の変形例について説明する。 Next, a modified example of the floor electrode will be described.
図4は、床電極の変形例を示すものである。図1に示す床電極3は、2重床17から浮かせて設置し、床電極3と2重床17とをインダクタL0で接続した反共振回路4を用いた。これに対し、図4の床電極は、第1の床電極3Aと第2の床電極3Bとを備える一対の床電極であり、反共振回路4Aは、第1の床電極3Aと第2の床電極3Bとの間に形成される寄生容量C0を利用して、第1の床電極3Aと第2の床電極3Bとの間にインダクタL0を接続する。
FIG. 4 shows a modification of the floor electrode. Bed electrode 3 shown in Figure 1, installed float from double floor 17, with anti-resonant circuit 4 connected to the bed electrode 3 and the double bed 17 in the inductor L 0. On the other hand, the floor electrode of FIG. 4 is a pair of floor electrodes including a first floor electrode 3A and a
図4に示す床電極を用いることで、2重床17に対する施工が不要になり、任意の場所に床電極を容易に設置することができる。また、図4に示す床電極においても、図1と同様に、2重床17から電気的に切り離されるため、床雑音を遮断することができる。 By using the floor electrode shown in FIG. 4, construction on the double floor 17 becomes unnecessary, and the floor electrode can be easily installed at an arbitrary place. Also, in the floor electrode shown in FIG. 4, the floor noise can be blocked because the floor electrode is electrically disconnected from the double floor 17 as in FIG.
図5は、図1に示すトランシーバ6の構成例である。トランシーバ6は、電界信号検出技術を利用していて、送信すべき情報に基づく電界を電界伝達媒体に誘起させ、この誘起した電界を用いて情報の送受信を行うものである。具体的には、コンピュータ7からの送信データを入出力(I/O)回路901を介して受け取ると、この送信データを送信回路902を介して壁電極(S+、S−)5に供給し、当該電極を介して電界伝達媒体に電界を誘起させ、この電界を電界伝達媒体の他の部位に伝達させる。また、トランシーバ6は、電界伝達媒体に誘起されて伝達されてくる電界を壁電極(S+、S−)5で検出し、この電界を電界検出部905に結合して電気信号に変換する。そして、この電気信号は、信号処理回路906で増幅、ノイズ除去などの信号処理を施され、更に波形整形回路907で波形整形がなされ、入出力回路901を介してコンピュータ7に出力するようになっている。
FIG. 5 is a configuration example of the
図6は、携帯端末1の構成を示すブロック図である。図6に示すように、携帯端末1は、一対の電界通信用の電極(S+)101Aおよび電極(S−)101Bと、電源としての電池104と、電界通信を行うトランシーバ102と、コンピュータ(マイコン)103とを備える。一対の電極101Aと101Bは、トランシーバ102に接続されている。携帯端末1のトランシーバ102は、図5に示すトランシーバ6と同様に、電界伝達媒体を介して電界通信を行うものである。また、コンピュータ103は、例えば、メモリなどの記憶部にIDが記憶され、トランシーバ102を用いて、当該IDを含むID信号を送信するものとする。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the mobile terminal 1. As shown in FIG. 6, the portable terminal 1 includes a pair of electric field communication electrodes (S +) 101A and an electrode (S−) 101B, a
次に、本発明の比較例である電界通信システムについて説明する。 Next, an electric field communication system which is a comparative example of the present invention will be described.
図7は、比較例の電界通信システムを示す図である。図8は、図7に示す電界通信システムの等価回路である。 FIG. 7 is a diagram illustrating an electric field communication system of a comparative example. FIG. 8 is an equivalent circuit of the electric field communication system shown in FIG.
比較例の電界通信システムでは、床電極および反共振回路を設けていない。2重床17の上にユーザ2が直接立っている(接触している)ため、2重床17とコンクリート床18との間の埋設ケーブルからの静電性の雑音や、放射による誘導雑音などの床雑音が、ユーザ2の人体を介して壁電極5およびトランシーバ6に伝達される。これにより、携帯端末1から送信される信号に床雑音が混入し、S/N比が悪化してしまい、通信品質が低下する。
In the electric field communication system of the comparative example, the floor electrode and the anti-resonance circuit are not provided. Since the
また、図8に示す等価回路では、Z1は、2重床17と人体2との容量結合によるインピーダンスであって、比較的小さい。Z2は、壁電極5と人体2との容量結合によるインピーダンスであって、比較的小さい。Z3は、携帯端末1と壁(導電性)との容量結合によるインピーダンスであって、比較的大きい。Z4は、トランシーバ6の受信回路の入力インピーダンスであって、例えば1kΩ程度である。
In the equivalent circuit shown in FIG. 8, Z 1 is an impedance due to capacitive coupling between the double floor 17 and the
ここで、Z1とZ2をゼロと近似して、かつZ3とZ4が雑音源VNに対して並列であることに着目すると、Z4に誘起される雑音電圧V4は、V4=VNのように近似され、トランシーバ6の受信回路に床雑音が減衰することなく伝達される。
Here, by approximating the Z 1 and Z 2 is zero, and when Z 3 and Z 4 is to note that in parallel with respect to noise source V N, the noise voltage V 4 induced in Z 4 are, V 4 = V N is approximated, and floor noise is transmitted to the receiving circuit of the
これに対し、図1に示す本実施形態の電界通信システムでは、2重床17から浮かせて設置した床電極3と、当該床電極3と2重床17との間に形成される寄生容量を利用して、床電極3と2重床17との間にインダクタを接続した反共振回路4と、を備える。これにより、本実施形態では、床電極3は2重床17から電気的に切り離され、床雑音のユーザへの混入を遮断することができる。具体的には、床雑音がユーザの人体を介して壁電極5およびトランシーバ6に伝達され、携帯端末1から送信される信号に床雑音が混入し、通信品質が低下することを防止することができる。
On the other hand, in the electric field communication system according to the present embodiment shown in FIG. 1, the floor electrode 3 that is placed floating from the double floor 17 and the parasitic capacitance formed between the floor electrode 3 and the double floor 17 are reduced. The anti-resonance circuit 4 having an inductor connected between the floor electrode 3 and the double floor 17 is provided. Thereby, in this embodiment, the floor electrode 3 is electrically disconnected from the double floor 17, and mixing of the floor noise to the user can be blocked. Specifically, it is possible to prevent floor noise from being transmitted to the
また、図4に示す床電極の変形例の電界通信システムでは、2重床17に設置した一対の床電極3A、3Bと、一対の床電極3A、3Bの間に形成される寄生容量を利用して、一対の床電極3A、3Bの間にインダクタを接続した反共振回路4Aと、を備える。これにより、一対の床電極3A、3Bは2重床17から電気的に切り離され、床雑音のユーザへの混入を遮断することができる。具体的には、床雑音がユーザの人体を介して壁電極5およびトランシーバ6に伝達され、携帯端末1から送信される信号に床雑音が混入し、通信品質が低下することを防止することができる。 なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。例えば、本実施形態のトランシーバ6は、一対の電極(S+)、電極(S−)から信号を入力し、差動アンプで同相雑音を除去するものであるが、信号電極およびグランド電極を用いる構成であってもよい。
Further, in the electric field communication system of the modification example of the floor electrode shown in FIG. 4, a parasitic capacitance formed between the pair of
また、本実施形態のトランシーバは、送受信可能なトランシーバとして記載しているが、送信回路を有しない、受信動作のみを行うトランシーバであってもよい。また、本実施形態の携帯端末1のトランシーバも、送受信可能なトランシーバとして記載しているが、受信回路を有しない、送信動作のみを行うトランシーバであってもよい。 Moreover, although the transceiver of this embodiment is described as a transceiver that can transmit and receive, it may be a transceiver that does not have a transmission circuit and performs only a reception operation. The transceiver of the mobile terminal 1 of the present embodiment is also described as a transceiver that can transmit and receive, but may be a transceiver that does not have a receiving circuit and performs only a transmission operation.
1 携帯端末
2 ユーザ
3 床電極
3A 一対の床電極
4、4A 反共振回路
5 壁電極
6 トランシーバ
7 コンピュータ
17 2重床
18 コンクリート床
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
床に設置した床電極と、
前記床電極と前記床の導電性部材との間に形成される寄生容量を利用して、前記床電極と前記床の導電性部材との間にインダクタを接続した反共振回路と、を有すること
を特徴とする電界通信システム。 An electric field communication system for performing electric field communication between a portable terminal carried by a user and an installation terminal,
A floor electrode installed on the floor;
An anti-resonance circuit in which an inductor is connected between the floor electrode and the floor conductive member by utilizing a parasitic capacitance formed between the floor electrode and the floor conductive member. An electric field communication system.
床に設置された、第1の床電極と第2の床電極とを備える一対の床電極と、
前記一対の床電極の間に形成される寄生容量を利用して、前記第1の床電極と前記第2の床電極との間にインダクタを接続した反共振回路と、を有すること
を特徴とする電界通信システム。 An electric field communication system for performing electric field communication between a portable terminal carried by a user and an installation terminal,
A pair of floor electrodes, provided on the floor, comprising a first floor electrode and a second floor electrode;
An anti-resonance circuit in which an inductor is connected between the first floor electrode and the second floor electrode by utilizing a parasitic capacitance formed between the pair of floor electrodes. Electric field communication system.
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