JP4591256B2 - 受信機およびそのプログラム - Google Patents

Description

本発明は、複数のチャネルを利用して無線通信を行う無線通信システムに関し、特に受信待ち受け時に間欠動作行い消費電力を低減した受信機およびそのプログラムの動作に関するものである。

従来、この種の受信機は複数のチャンネルのキャリアセンスを順番に行っている。１からｎチャンネルまで存在する場合、最初に１チャンネルにてキャリアセンスし電波が確認されなかった場合は２チャンネルのキャリアセンスを開始し、２チャンネルにて電波が確認された場合は２チャンネルの電波の受信動作を開始する。

しかしこの方式で各チャンネルのキャリアセンスを一度しか行わないとキャリアセンスを誤ってしまった場合に問題が発生する。

例えば実際には電波が３チャンネルに存在するがノイズの入力などで誤って２チャンネルにて電波ありと判断してしまった場合、受信機は誤ったチャンネルにて電波を待ち続け受信したい電波を受信することができない。

そこで１度キャリアセンスを行いキャリアありと判断された場合には一定の時間をおいて再度キャリアセンスを行い２度目のキャリアセンスでキャリア無しとされた場合にはそのチャンネルでの受信動作を中止し隣のチャンネルのキャリアセンス動作を開始し通信の失敗を防いでいる（例えば、特許文献１参照）。

図８は、特許文献１に記載された従来の受信機を示すものである。図８に示すように、無線機本体８０１と、キャリアセンス手段Ａ８０２と、無線受信手段８０３と、時計手段手段８０４と、キャリアセンス手段Ｂ８０５と、受信判定手段８０６とから構成されている。

キャリアセンス手段Ａ８０２は予め定められた時間毎に複数のチャンネルの電波の存在を確認し、無線受信手段８０３は特定のチャンネルに電波の存在が確認された場合にそのチャンネルの電波を受信し、時計手段手段８０４はキャリアセンス手段Ａ８０２が特定のチャンネルに電波の存在を確認をした場合に予め定められた時間の計測を開始し、キャリアセンス手段Ｂ８０５は時計手段８０４で計測された時間後に当該チャンネルの電波の存在の再確認し、受信判定手段８０６はキャリアセンス手段Ｂ８０５が当該チャンネルに電波の存在を確認できなかった場合に当該チャンネルでの無線受信を中止する。
特開２００１−１４４６７１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、受信時の消費電力を削減するためにキャリアセンス手段の時定数を小さくし、キャリアセンス手段の応答時間を短縮した場合、キャリアセンス動作の精度を維持することが難しいという課題を有していた。

なぜならば時定数を小さくし応答時間を短くすることにより検出レベルは時間的にばらつき、レベル検出の誤差が大きくなってしまう。つまり時定数を小さくしているためキャリアセンス動作の所要時間は短縮されるが、ノイズ成分の除去が不十分となるため最初の１回目のレベル検出では誤差が大きくなる。そのため間違って検出しまう可能性が発生す
る。例えば間違って１回目でキャリアセンス無しと判断した場合、無線受信を中止するので受信できない、ということが発生する。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、時間的に複数回測定したキャリアレベルの値を演算することによりキャリアセンスの有無を正確に判定するものです。これにより、キャリアセンス時間の短縮と検出精度を両立することが可能となる。

すなわち消費電力削減のために時定数を小さくした場合にも検出精度を保つことができる一定の時間間隔を空けて検出された複数の検出値の結果をもとにキャリアセンスの有無を判断することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の受信機は、受信チャネルの受信信号レベルを複数回検出して出力する受信レベル検出手段と、前記受信レベル検出手段の複数の出力値を入力し演算を行う演算手段と、前記演算手段の出力により受信チャンネルの電波の有無を判定し受信信号の復調動作を開始するか否かを判断する制御手段を備えるとしたものである。

これによって、キャリアセンス手段の時定数を小さくし１回目のレベル検出で誤差が大きくなった場合でも、別のタイミングで検出した信号と例えば平均化することにより単発的な誤りは除外されることとなる。

また、本発明の受信機は、発光手段と強制終了手段を備え、キャリアセンス有りとされた場合には前記光発光手段が発光し、信号を検出するべき時間帯でない場合には強制終了手段により復調手段を強制終了することとしたものである。

これによって、通信が行われる時間帯が定められている場合などは時間外の受信動作を目で確認することが可能となり誤動作を強制終了し電流の使用を抑えることとなる。

本発明の受信機はおよびそのプログラム、受信チャネルの受信信号レベルを複数回検出して出力する受信レベル検出手段と、前記受信レベル検出手段の複数の出力値を入力し演算を行う演算手段と、前記演算手段の出力により受信チャンネルの電波の有無を判定し受信信号の復調動作を開始するか否かを判断する制御手段を備えるとしたことにより、消費電力削減のためにキャリアセンス回路の時定数を小さくした場合にも検出精度を保つことができる。

第１の発明は受信チャネルの受信信号レベルを複数回検出して出力する受信レベル検出手段と、前記受信レベル検出手段の複数の出力値を入力し演算を行う演算手段と、前記演算手段の出力により受信チャンネルの電波の有無を判定し受信信号の復調動作を開始するか否かを判断する制御手段を備えた受信機を備えることにより、消費電力削減のためにキャリアセンス回路の時定数を小さくした場合にも検出精度を保つことができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の受信機を所望の時間間隔で計測した受信レベル検出手段の複数の出力値を演算手段に入力し、前記演算手段は前記複数の出力値の平均値を演算し、前記平均値を用いて復調手段の制御を行うことにより、消費電力削減のためにキャリアセンス回路の時定数を小さくした場合にも検出精度を保つことができる。

第３の発明は、特に、第１の発明の受信機をキャリアセンス動作において、所望の時間
間隔で計測した受信レベル検出手段の複数の出力値を演算手段に入力し、前記演算手段は前記複数の出力値の最大値と最小値の差値または統計値を演算し前記差値または統計値が所定の値以上の時にキャリアセンスなしと判定し、前記判定結果により制御手段が復調手段の制御を行うことにより、受信信号レベルのばらつきが大きい場合はキャリアセンスなしと判定することとなり誤って受信チャンネルに信号があると判断することを低減することができる。

第４の発明は、特に、第３の発明の受信機をキャリアセンス動作において受信レベル検出手段の出力が所定の値以上の時に演算手段がキャリアセンスありとする第１の判定を出力し前記第１の判定により制御手段は復調手段を受信復調動作となるように制御し、前記受信復調動作において所望の時間間隔で計測した受信レベル検出手段の複数の出力値を演算手段に入力し前記演算手段は前記複数の出力値の最大値と最小値の差値または統計値を演算し前記差値または統計値が所定の値以上の時にキャリアセンスなしとする第２の判定を出力し前記第２の判定により制御手段は復調手段の受信復調動作を停止することにより、複数のキャリアセンスを行う場合のキャリアセンス時間の延長を防ぐこととなり誤ったキャリアセンスによる消費電力の増加と通信時間の延長を防ぐことができる。

第５の発明は、特に、第２から第４の発明の受信機の所望の間隔Ｔはチャネル選択フィルタの通過周波数帯域幅ＷについてＴ≧１／Ｗを満たすことにより所望の間隔Ｔはチャンネル選択フィルタを通過する信号の周期よりも長くなり、受信レベル検出手段が信号の大きな変化を捉えることが可能となる。

第６の発明は、特に、第１から第５の発明の受信機に発光手段と強制終了手段と時計手段を備え、時計手段により特定された時間以外でキャリアセンス有りとされた場合には前記発光手段が発光し、前記発光手段が発光している場合には強制終了手段により復調手段を強制終了可能とすることにより受信機が通信を行っている状態を外部から確認することが可能となり、たとえば、通信が行われていない時間帯に発光手段が点灯している際には強制終了手段により通信を終了することが可能である。

第７の発明は、特に、第１から第６の発明の受信機の機能の少なくとも一部をプログラム化することにより、電気・情報機器、コンピュータ、サーバー等のハードリソースを協働させて本発明の受信機の少なくとも一部を容易に実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における受信機の構成を示すものである。図２は本発明の第１の実施の形態における平均値を利用した受信動作の手順を示したフローチャートである。図３は、本発明の第１の実施の形態における受信機のタイミングを示すものである。図４は、本発明の第１の実施の形態における受信機の受信レベルを示すものである。図５は本発明の第１の実施の形態における一回目のキャリアセンスタイミングで復調を開始する手順を示したフローチャートである。図６は本発明の第１の実施の形態におけるバラツキと統計値を利用した受信動作の手順を示したフローチャートである。

図１において、受信機１０８は、アンテナ１０１と、前記アンテナ１０１により受信された電波をＩＦ周波数に変換するＲＦ部１０２と、受信チャンネル以外の電波を取り除き帯域制限を行うチャンネル選択フィルタ１０３と、電波のレベルを検出しその値を出力する受信レベル検出手段１０４と、受信レベル検出手段１０４の出力で演算を行いその結果を出力する演算手段１０５と、演算手段１０５の出力を基にキャリアセンス有りとするか
無しとするかを判断し、チャンネル選択フィルタを通過したＩＦ信号を復調する復調手段１０７をその結果に基づいて制御する制御手段１０６から成る。

以上のように構成された受信機１０８について、以下その動作、作用を説明する。

まず、図２、図３（ａ）と図４（ａ）を用いて時間間隔を空けて検出された複数の受信レベルを平均化しキャリアセンスを行う場合について説明する。受信機１０８は消費電力を最小限にするため、常に電波を検出しているのではなく一定の間隔で受信チャンネルに電波があるかどうかを検出しており、これを間欠待ち受け受信という。

また本発明の受信機ではさらに消費電力を抑えるために受信レベル検出手段１０４の時定数を小さくして応答時間を短くしている。これにより１回のキャリアセンス所要時間を短くし電池消費を抑えている。

しかし時定数が小さくなっているためノイズなどで誤ってキャリアセンスしてしまうことが考えられる。

そこで１回目のキャリアセンス動作でキャリアありとなったときには、すぐに受信復調動作へ移行せず、複数回のキャリアセンスを行って、平均化などの処理をすることにより誤センスを防いでいる。

まずＳ２０１にて、受信機１０８はアンテナ１０１により電波を受信しＲＦ部１０２ににてＩＦ周波数変換を行い、チャンネル選択フィルタ１０３により帯域制限を行う。

Ｓ２０２にて、受信レベル検出手段１０４は指定された受信レベル検出タイミング、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４とｔ５（図３（ａ）参照）で受信チャンネルの電波のレベルを検出する。

ここでｔ１からｔ５までの受信レベル検出タイミングは受信信号が受信レベル検出手段１０４に入力される前に通過するチャンネル選択フィルタ１０３により確定される。

またチャンネル選択フィルタはバンドパスフィルタの構成を持ち、受信しているチャンネルの周波数を中心に受信チャンネルの帯域幅を主に感度特性なども考慮して選択された帯域幅を持ち、他のチャンネルの信号を取り除いている。

受信信号はチャンネル選択フィルタ１０３を通過する際にそのフィルタの通過周波数帯域幅に相当する周波数より高い成分が減衰される。またノイズ成分も同様に減衰される。そのため、受信レベル検出手段１０４に入力されるノイズ成分はチャンネル選択フィルタ１０３の通過周波数帯域幅の周波数より低い周波数成分となっているので、ｔ１、ｔ２等のタイミングは受信機のチャンネル選択フィルタ１０３の通過周波数帯域幅の逆数以上の長さの間隔に設定する必要がある。

ここでは、図４（ａ）に示すようにｔ１での受信レベルは６、ｔ２では７、ｔ３では３、ｔ４では４、ｔ５では３とする。

次にＳ２０３にて、受信レベル検出手段１０４はこれらの検出した受信電波のレベルを演算手段１０５へ送る。

そしてＳ２０４にて、５つの受信レベルを入力した演算手段１０５は５つの値の平均値を求め出力する。図３（ａ）の場合受信レベルの平均値は４．６である。

次にＳ２０５にて、制御手段１０６は平均値を入力し、予め設定されているキャリアセンスレベルと平均値を比較する。キャリアセンスレベルを超えている場合は受信チャンネルにキャリア有りと判断され、低い場合はキャリアなしとされる。

図４（ａ）でキャリアセンスレベルは５．５とすると平均値はキャリアセンスレベルより低く、制御手段１０６は受信チャンネルにキャリア無しと判断する。キャリア無しと判断された場合にはＳ２０７にて受信動作を中止し休止状態に移行しキャリアセンスタイミングが訪れるまで動作しない。またキャリア有りと判断された場合には本発明の受信機はＳ２０６にて受信復調動作を開始する。

ここで受信機１０８の電流消費について図３を用いて説明する。

図３（ａ）に示すように受信機１０８はｔ１からｔ５まではキャリアセンスを行っているため電流を消費している。図４（ａ）に示すように受信レベルの平均値がキャリアセンスレベル以下であった場合はそれ以降は消費電力が０である。

ここでもし平均化を行わず、最初に検出した信号、ｔ１、でキャリアセンスを行ってしまった場合、ｔ１の受信レベルはキャリアセンスレベル以上であるので、復調手段１０７は受信体制に入ってしまう。

しかしこの判定は誤っていて実際には信号が届いていないため、図３（ｂ）に示すように復調手段１０７は延々に来ない信号を待ち続け電力を消費続けてしまうことになる。このように平均化を行い誤ったキャリアセンスの判定を防ぐことにより消費電力を抑えることが可能となる。

次に第１の判定でキャリアセンスなしと判断される場合について図３（ｄ）と（ｅ）を用いて説明する。

本発明を用い受信レベルの平均化を行った場合、第１の判定にてキャリアセンス無しと判定された場合にも図３（ｄ）のように第２の判定、第３の判定が行われる。第２の判定でキャリアセンスあり、第３の判定でもキャリアセンスありの場合、平均化によりキャリアありと判定されるので受信動作を開始し、復調動作を行うことができる。

しかし平均化を行わず第１の判定にてキャリアセンス無しと誤って判定されてしまった場合、図３（ｅ）に示すようにされ復調動作は終了されてしまう。すなわち第１の判定にて誤ってキャリアセンス無しと判定された場合に平均化を行わないと送信されている電波を受信することが不可能となる（例えば、背景技術の特許文献１参照）。

次に受信動作を最初のキャリアセンスタイミングの出力がキャリアセンスレベルを超えている場合に直ちに復調手段１０７で復調の動作を開始する場合について図３（ｂ）と図２（ｃ）と図５を用いて説明する。

まずＳ５０１でアンテナ１０１にて電波を受信し、ＲＦ部１０２ににてＩＦ周波数変換を行い、チャンネル選択フィルタ１０３により帯域制限を行う。Ｓ５０２にて受信レベル検出手段１０４はタイミングｔ１にて受信チャンネルの電波のレベルを検出し、Ｓ５０３にて演算手段１０５へ検出値を送る。

Ｓ５０４にて図３（ｂ）に示すように第１の判定のタイミングのキャリアセンスで制御手段１０６によりキャリアセンス有りと判定された場合には、Ｓ５０５にて制御手段１０
６は復調手段１０７で復調動作を開始するよう指示を出す。

なお復調手段１０７が復調の動作をしている最中も予め制御手段１０６により設定された第２の判定タイミングと第３の判定タイミングで再度キャリアセンスの動作を行いＳ５０６にて演算手段１０５へ検出値を送る。

この際、第２の判定タイミングと第３の判定タイミングでもキャリアセンス動作を行い、Ｓ５０７にて平均値を求め、Ｓ５０８にてキャリアセンス以上であると判断された場合には復調手段１０７での復調動作を続け（図３（ｂ））、第２の判定タイミングと第３の判定タイミングではキャリアセンス無しでＳ５０７にて平均値を求め、Ｓ５０８にてキャリアセンスレベル以下であると制御手段１０６に判定された場合には復調手段１０７での復調動作を停止しＳ５１０にて休止状態に入る（図３（ｃ））。

次に図３（ａ）と図４（ｂ）と図６を用いて複数の受信レベルのバラツキと統計値を基にキャリアセンスを行う場合について説明する。

平均値を使う場合と同じように、まずＳ６０１でアンテナ１０１にて電波を受信し、Ｓ６０２にて受信レベル検出手段１０４は指定されたタイミング、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４とｔ５で受信チャンネルの電波のレベルを検出し、Ｓ６０３にて演算手段１０５へ検出値を送る。ここで図４（ｂ）に示すようにｔ１は６、ｔ２は５、ｔ３は２、ｔ４は３、ｔ５は３とする。

次にＳ６０４にて５つの受信レベルを入力した演算手段１０５は入力された５つの値の中から最大値と最小値を求めその差を出力する。この場合最大値と最小値の差は４である。

この差を入力した制御手段１０６はＳ６０５にて予め設定されている最大許容差値と演算手段１０５の出力を比較する。最大許容差値を越えている場合にはバラツキが大きすぎるのでキャリア無しと判断しＳ６０６にて受信機１０８は休止状態に入る。

また最大値と最小値の差が最大許容差値以下の場合には、Ｓ６０７で演算手段１０５にて５つの受信レベルの平均値を求め、Ｓ６０８にてキャリアセンスレベルを超えている場合にはキャリア有りとしＳ６０９にて受信機１０８は受信動作を開始する。

超えていない場合にはキャリアなしと判断し、Ｓ６０６にて受信機１０８は休止状態に入る。

ここでは受信レベルのバラツキを最大値と最小値の差を使い求めているが、複数の受信レベルの標準偏差を求め、定められた標準偏差より大きい場合はキャリアセンス無しと判定したり、複数の受信レベルをいくつかのグループ、例えば受信レベルが１以上３未満、３以上５未満、５以上７未満等に分けグループの最頻値を求め、そのグループがキャリアセンスレベル以上か以下によりキャリアの有無を判定したり、複数の受信レベルの最大値と最小値を除いた値の平均値、標準偏差をもとにキャリアセンスを判定したりすることも可能である。

以上のように、本実施の形態においては受信信号レベルを検出する受信レベル検出手段１０４と、前記受信レベル検出手段１０４の複数の出力値を入力し演算を行う演算手段１０５と、前記演算手段１０５の出力により復調手段１０７の制御を行う制御手段１０６を備え複数回の受信レベル検出を行いそれを演算した結果を基にキャリアの有無を判断しキャリアセンス有りの場合には受信復調動作を解しし、キャリアセンス無しの場合には受信
動作を中止し休止状態に以降することにより、出力レベルの高いノイズや他チャンネルの信号を誤って受信チャンネルの信号と検出してしまった場合でも、別のタイミングで検出した信号と平均化することにより単発的な誤りは除外されることとなり電流の使用を抑えることができる。

（実施の形態２）
図７は、本発明の第２の実施の形態の受信機の構成を示すものである。

図７において発光手段７０１は制御手段１０６が時計手段７０３特定した時刻以外にキャリア有りと判定した際に点灯し、強制終了手段７０２は発光手段７０１が点灯している際に外部から復調手段１０７の受信動作を強制終了する。

以上のように構成された受信機について、以下その動作、作用を説明する。

ここでは受信機を一日に一度時計手段７０３により指定された時間に駆動させるシステムに導入した場合を想定する。例えば毎日午後４時に複数の受信機１０８に受信開始の一斉指示が出される場合、他の時間帯では受信機１０８の復調手段１０７は動作をしていないはずである。

すなわち午後４時以外の時間帯では発光手段７０１は点灯するはずではない。しかし制御手段１０６が誤ってキャリアセンスありと時間外で判断してしまった場合には強制終了手段７０２を使うことにより復調手段１０７の動作を停止することが可能となり電流を無駄に消費することをふせぐことができる。

以上のように、本実施の形態においては受信機１０８に発光手段７０１と強制終了手段７０２を備えることにより受信機１０８が通信を行っている状態を外部から確認することが可能となり、通信が行われていない時間帯に発光手段７０１が点灯している際には強制終了手段７０２により通信を終了することが可能である。

なお、本実施の形態で説明した手段は、ＣＰＵ（またはマイコン）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶・記録装置、Ｉ／Ｏなどを備えた電気・情報機器、コンピュータ、サーバー等のハードリソースを協働させるプログラムの形態で実施してもよい。プログラムの形態であれば、磁気メディアや光メディアなどの記録媒体に記録したりインターネットなどの通信回線を用いて配信することで新しい機能の配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。

以上のように、本発明にかかる受信機およびそのプログラムは、消費電力を低減することが可能となるので、電池駆動式の受信機等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における受信機の構成図 本発明の実施の形態１における平均値を利用した受信動作の手順を示したフローチャート 本発明の実施の形態１における受信機のタイミング図 本発明の実施の形態１における受信機の受信レベル図 第１の実施の形態における一回目のキャリアセンスタイミングで復調を開始する手順を示したフローチャート 本発明の実施の形態１におけるバラツキと統計値を利用した受信動作の手順を示したフローチャート 本発明の実施の形態２における受信機の構成図 従来の受信機の構成図

符号の説明

１０３ チャンネル選択フィルタ
１０４ 受信レベル検出手段
１０５ 演算手段
１０６ 制御手段
１０７ 復調手段
１０８ 受信機
７０１ 発光手段
７０２ 強制終了手段
７０３ 時計手段

Claims (2)

1. 受信チャネルの受信信号レベルを複数回検出して出力する受信レベル検出手段と、
   前記受信レベル検出手段の複数の出力値を入力し演算を行う演算手段と、
   前記演算手段の出力により受信チャンネルの電波の有無を判定し受信信号の復調動作を開始するか否かを判断する制御手段と、
   発光手段と、強制終了手段と、時計手段とを備え、
   前記時計手段により特定された時間以外でキャリア有りとされた場合には、前記発光手段が発光し、前記発光手段が発光している場合には強制終了手段により復調手段を強制終了可能とする受信機。
2. 請求項１記載の受信機の少なくとも一部をコンピュータに実現させるためのプログラム。

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