JP5047146B2

JP5047146B2 - 電界通信評価方法及び電界通信評価装置

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Publication number: JP5047146B2
Application number: JP2008327247A
Authority: JP
Inventors: 直志美濃谷; 満品川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2028-12-24
Also published as: JP2010153985A

Description

本発明は、人体等の電界伝達媒体に電界を誘起し、その誘起された電界を検出して通信を行う通信システムとその通信システムで使用するトランシーバの性能を評価する技術に関する。

携帯端末の小型化および高性能化により、生体に装着可能なウェアラブルコンピュータが注目されてきている。従来、このようなウェアラブルコンピュータ間の情報通信として、コンピュータに電界通信トランシーバを接続して装着し、この電界通信トランシーバが誘起する電界を、電界伝達媒体である生体を介して伝達させることによって、情報の送受信を行う方法が提案されている（特許文献１参照）。

人体が携帯した電界通信送信器・受信器間またはトランシーバ間で通信を行う場合もある。この状態でのエラーレートといった通信性能や一方のトランシーバから他方のトランシーバに伝送される信号強度と受信感度の余裕（マージン）を測定することは、送信器・受信器またはトランシーバの性能向上や仕様を決定する上で重要である。

図９に、人体が携帯したトランシーバの回路に受信信号を測定するための測定器を接続した構成を示し、図１０に、その回路モデルを示す。図９に示す構成により、トランシーバ３０からトランシーバ５０へ人体１００を介して通信した際のトランシーバ５０の送受信回路５１の信号を測定器９０により観測する。トランシーバ５０は、送受信回路５１と電極５２，５３を備え、電極５２は送受信回路５１の入出力端子に、電極５３は回路グランドに接続されている。測定器９０は、プローブ９１を接続して送受信回路５１の信号を観測する。トランシーバ３０もトランシーバ５０と同様の構成である。

測定器９０で送受信回路５１の信号を観測するとき、測定器９０のグランドとトランシーバ５０の回路グランドが接続される。このときトランシーバ５０で受信される電圧Ｖrcvは以下の式で表される。

式（１）において、Ｖbはトランシーバ３０から人体１００に印加された電圧、Ｚrcvはトランシーバ５０の入力インピーダンス、Ｚmgは測定器９０と大地グランド間のインピーダンス、Ｃgはトランシーバ５０の回路グランドと大地グランド間の浮遊容量、ｊ＝（−１）^１／２、ωは信号の角周波数である。

一方、実際の使用状態では測定器９０を接続しないため、トランシーバ５０で受信される電圧Ｖrcvは以下の式で表される。

式（１）と式（２）を比較すると、測定器９０と大地グランド間のインピーダンスＺmgによりトランシーバ５０で受信される電圧Ｖrcvが変化することが分かる。特に、１／ωＣgと比較して｜Ｚmg｜が著しく低い場合にはＶrcvが大きくなり、測定器９０を接続した場合のほうが受信率がよくなる。

また、付加的に表示装置をトランシーバに取り付ける場合では、トランシーバのサイズが大きくなる。Ｃgはトランシーバのサイズに影響を受けるため、測定時でのＣgと実際の使用状態でのＣgが異なり、測定時と実際の使用時のＶrcvが異なる。
特許第３７５９０９９号公報

従来の技術で電界通信システムの通信性能を測定した場合、測定時と実際の使用時での通信性能が異なり、性能向上に向けた的確な検討ができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、実際の使用状態に近い状態で電界通信の性能を測定することにある。

第１の本発明に係る電界通信評価方法は、電界伝達媒体を介して電界信号の送受信を行う第１、第２のトランシーバ間の通信状態を評価する電界通信評価方法であって、電界通信評価装置により、送信した信号数を示す情報を含む確認信号を前記電界伝達媒体に印加して所定の回数送信するステップと、前記電界伝達媒体に印加された印加信号強度を測定するステップと、前記第１のトランシーバにより、前記電界伝達媒体を伝達する前記確認信号を受信し、前記情報と受信した確認信号の数を照合し、欠けている確認信号の総数をエラー数として求めるステップと、前記電界通信評価装置が送信した前記確認信号の総数と前記エラー数に基づいて受信率を算出するステップと、前記送信するステップを出力を変えて複数回行い、各印加信号強度毎に前記エラー数を求めるステップと受信率を算出するステップを行って印加信号強度と受信率の関係を求めるステップと、所望の受信率に対応する印加信号強度を最小印加信号強度として求めるステップと、前記第２のトランシーバが電界信号を送信する際に前記電界伝達媒体に印加される送信印加信号強度を測定するステップと、最小印加信号強度と前記送信印加信号強度の比あるいは差を算出するステップと、を有することを特徴とする。

第２の本発明に係る電界伝達方法は、第１、第２の電極を備え、第１の電極を電界伝達媒体に近接させ、当該電界伝達媒体を介して電界信号の送受信を行うトランシーバの通信状態を評価する電界通信評価方法であって、電界通信評価装置により、送信した信号数を示す情報を含む確認信号を前記電界伝達媒体に印加して所定の回数送信するステップと、前記電界伝達媒体に印加された印加信号強度を測定するステップと、前記トランシーバにより、前記電界伝達媒体を伝達する前記確認信号を受信し、前記情報と受信した確認信号の数を照合し、欠けている確認信号の総数をエラー数として求めるステップと、前記電界通信評価装置が送信した前記確認信号の総数と前記エラー数に基づいて受信率を算出するステップと、前記送信するステップを出力を変えて複数回行い、各印加信号強度毎に前記エラー数を求めるステップと受信率を算出するステップを行って印加信号強度と受信率の関係を求めるステップと、所望の受信率に対応する印加信号強度を最小印加信号強度として求めるステップと、前記トランシーバの受信率が前記所望の受信率となるときの当該トランシーバに入力される入力信号強度を求めるステップと、前記最小印加信号強度、前記入力信号強度、および前記トランシーバの受信時のインピーダンスから前記トランシーバの第２の電極と大地グランド間の浮遊容量を算出するステップと、を有することを特徴とする。

第３の本発明に係る電界通信評価装置は、電界伝達媒体を介して電界信号の送受信を行う第１、第２のトランシーバ間の通信状態を評価する電界通信評価装置であって、前記トランシーバが前記電界伝達媒体に印加した印加信号強度を測定する信号測定手段と、電界通信用の電極と、前記電極と前記電界伝達媒体との間に設けられた隔離用絶縁体と、送信した信号数を示す情報を含む確認信号を前記電界伝達媒体に印加して所定の回数送信するとともに、前記第１のトランシーバが受信できなかった確認信号の総数であるエラー数を示す情報を含む応答信号を受信する通信手段と、前記通信手段が送信した前記確認信号の総数と前記エラー数に基づいて受信率を算出する情報処理手段と、を有し、前記通信手段は、出力を変えて複数回前記確認信号を所定の回数送信し、前記信号測定手段は、前記通信手段が前記確認信号を送信した際に前記電界伝達媒体に印加された印加信号強度を測定し、さらに、前記第２のトランシーバが電界信号を送信する際に前記電界伝達媒体に印加される送信印加信号強度を測定し、前記情報処理手段は、印加信号強度毎に受信率を算出して印加信号強度と受信率の関係を求め、所望の受信率に対応する印加信号強度を最小印加信号強度として求め、前記印加信号強度と前記送信印加信号強度の比あるいは差を算出することを特徴とする。

第４の本発明に係る電界通信評価装置は、第１、第２の電極を備え、第１の電極を電界伝達媒体に近接させ、当該電界伝達媒体を介して電界信号の送受信を行うトランシーバの通信状態を評価する電界通信評価装置であって、前記トランシーバが前記電界伝達媒体に印加した印加信号強度を測定する信号測定手段と、電界通信用の電極と、前記電極と前記電界伝達媒体との間に設けられた隔離用絶縁体と、送信した信号数を示す情報を含む確認信号を前記電界伝達媒体に印加して所定の回数送信するとともに、前記トランシーバが受信できなかった確認信号の総数であるエラー数を示す情報を含む応答信号を受信する通信手段と、前記通信手段が送信した前記確認信号の総数と前記エラー数に基づいて受信率を算出する情報処理手段と、を有し、前記通信手段は、出力を変えて複数回前記確認信号を所定の回数送信し、前記信号測定手段は、前記通信手段が前記確認信号を送信した際に前記電界伝達媒体に印加された印加信号強度を測定し、前記情報処理手段は、印加信号強度毎に受信率を算出して印加信号強度と受信率の関係を求め、所望の受信率に対応する印加信号強度を最小印加信号強度として求め、前記トランシーバの受信率が前記所望の受信率となるときの当該トランシーバに入力される入力信号強度および当該トランシーバの受信時のインピーダンスを入力し、前記最小印加信号強度、前記入力信号強度、および前記インピーダンスから前記トランシーバの第２の電極と大地グランド間の浮遊容量を算出することを特徴とする。

本発明にあっては、信号測定手段で印加信号強度が所定の大きさになるように観測しながら通信手段の送信出力を調整して評価対象のトランシーバへ確認信号を送信し、印加信号強度毎の受信率を算出し、所定の受信率に対する印加信号強度を最小印加信号強度として求め、最小印加信号強度と別のトランシーバが印加する送信印加信号強度の比を算出することで、別のトランシーバから評価対象のトランシーバへの通信における信号強度と受信感度の余裕を算出することができる。

本発明にあっては、上記方法により求めた最小印加信号強度、評価対象のトランシーバの受信率が所定の受信率となるときの当該トランシーバに入力される入力信号強度、および当該トランシーバの受信時のインピーダンスを用いてトランシーバの電界伝達媒体から遠ざけた方の電極と大地グランド間の浮遊容量を算出することができる。

このように、本発明によれば、トランシーバに測定器が接続していないため、実際の使用状態に近い状態で電界通信の性能を測定することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本実施の形態における電界通信評価システムの構成を示すブロック図である。同図に示す電界通信評価システム１は、モニタ用電界通信装置１０、信号測定装置２０を備える。トランシーバ３０，５０は、人体１００などの電界伝達媒体を介して電界信号の送受信を行う電界通信装置である。この電界通信評価システム１により、評価対象となるトランシーバ３０，５０の通信性能、信号強度と受信感度の余裕、および浮遊容量を評価する。

モニタ用電界通信装置１０は、送信部１１、受信部１２、送受切替スイッチ１３、送受信電極１４、隔離用絶縁体１５、および情報処理部１６を備える。

送信部１１は、所定の周波数の搬送波を情報処理部１６から入力する送信データで変調し出力する。出力する搬送波の振幅は、情報処理部１６から入力する送信出力制御信号により、搬送波出力前に予め設定される。送信部１１は、情報処理部１６が出力する送受切替信号が送信の状態を示す信号になったときに送信部１１内の回路を起動し、送受切替信号が送信の状態を示す信号でなくなったときには搬送波の出力および送信部１１内の回路の動作を停止する。モニタ用電界通信装置１０からトランシーバ３０，５０へのパケットの受信率を算出するときには、送信した信号数を示す情報を含むパケットを送信する。受信率の算出については後述する。

受信部１２は、送受信電極１４に入力された信号を送受切替スイッチ１３を介して受信し、信号中の不要な信号の除去、所定の周波数の信号の増幅を行い、変調された所定の周波数の信号がある場合に、当該信号を復調してデータを再生し、受信データとして情報処理部１６に出力する。受信部１２は、送受切替信号が受信の状態を示す信号になったときに受信部１２内の回路を起動する。

送受切替スイッチ１３は、情報処理部１６から入力する送受切替信号に基づいて、送受信電極１４と送信部１１、受信部１２との接続を切り替える。送受切替信号が送信の状態を表す信号になったときは、送受切替スイッチ１３の端子ａ１と端子ｂ１を接続して送信部１１と送受信電極１４とを接続する。送受切替信号が受信の状態を表す信号になったときには、送受切替スイッチ１３の端子ａ１と端子ｃ１を接続して受信部１２と送受信電極１４とを接続する。

送受信電極１４は、電界信号の送受信に用いられる。人体１００と大地グランド間の浮遊容量Ｃbに影響を与えないように、人体１００と送受信電極１４との間に隔離用絶縁体１５を備える。

情報処理部１６は、送信時の搬送波の振幅の大きさを送信出力制御信号に変換して送信部１１に出力する。また、送受切替信号により送受切替スイッチ１３を制御してモニタ用電界通信装置１０の送受信を切り替える。送信時には、送信すべきデータを生成して送信データとして送信部１１に出力し、受信時には、受信部１２が受信したデータを受信データとして入力し、受信データがトランシーバ３０，５０から送信された通信性能を示すデータであれば、そのデータを分析して結果を測定者に示す。さらに、信号測定装置２０の測定結果などを入力し、その測定結果に基づいて、トランシーバ３０，５０の信号強度と受信感度の余裕、浮遊容量を算出する。信号強度と受信感度の余裕、浮遊容量の算出については後述する。

信号測定装置２０には、測定用電極２１および外部測定装置２２が接続される。信号測定装置２０は、高入力インピーダンスであり、人体に印加された電圧（電界）を増幅、フィルタをかけ、測定する。外部測定装置２２は、信号測定装置２０が測定した電圧から信号強度を算出しモニタ用電界通信装置１０の情報処理部１６に出力する。

図２に上記電界通信評価システムの測定系の回路モデルを示す。評価対象となるトランシーバ５０は、２枚の電極５２，５３を備えており、一方の電極５２は人体１００に近接して配置され、送受信回路５１の入出力端子に接続される。他方の電極５３は人体１００から遠ざけて配置され、回路グランドに接続される。図２では、トランシーバ５０は受信状態であり、簡単のため送受信回路５１の入力インピーダンスＺrcvのみを記載している。図２のＺtgは受信部１２の入力インピーダンスを、Ｚmgは信号測定装置２０の入力インピーダンスを示す。

本電界通信評価システム１では、トランシーバ５０に測定器を接続していないため、トランシーバ５０で受信する電圧Ｖrcvと人体への印加電圧Ｖbの関係は実際の使用状態である式（２）となる。高入力インピーダンスの信号測定装置２０および人体１００と送受信電極１４との間に隔離用絶縁体１５を備えたモニタ用電界通信装置１０を使用することにより、人体１００と大地グランド間の浮遊容量Ｃb（またはインピーダンス）に影響を与えず、インピーダンスの観点から実際の使用状態と同等の状態となる。ここで、送受信電極１４と人体１００間の浮遊容量ＣtがＣbより十分小さくなるように以下の設定を行う。

図３は、Ｃt確認時の測定系の模式図である。モニタ用電界通信装置１０は、送信部１１のみを使用するため送信部１１を模した信号源のみ記載している。送信部１１の出力Ｖtと人体への印加電圧Ｖbの関係は以下の式で表される。

式（３）より、Ｃtが小さくなると｜Ｖb｜が小さくなる関係が分かる。例えば、｜Ｖb｜を｜Ｖt｜の１１分の１となるようにＣtを調整すれば、ＣtはＣbの１０分の１程度となる。Ｖbの測定は信号測定装置２０で行う。Ｃtの大きさは隔離用絶縁体１５の厚さや送受信電極１４の面積を変えることにより調整する。

以下、本電界通信評価システム１を用いた具体的な評価方法について説明する。

まず、トランシーバ３０からトランシーバ５０へ通信を行うときの受信率の算出について説明する。トランシーバ３０は、送信したパケット数を示す情報を付加したデータを含むパケットを一定間隔ごとに送信する。送信したパケット数を示す情報はそのパケットが送信された順番と同じ値になる。トランシーバ５０は、受信したパケットの正誤を判断した後、送信したパケット数を示す情報を確認する。送信したパケット数が前回受信したパケット数と不連続である場合は、欠けている番号の個数をエラー数としてトランシーバ５０の備える記憶装置に記録する。すべてのパケット数が連続である場合はエラー数を０と記録する。そして、トランシーバ５０は、送信されたパケットの総数とエラー数を含むパケットをモニタ用電界通信装置１０に送信する。送信されたパケットの総数は、送信したパケット数を示す情報で得られる。モニタ用電界通信装置１０は、受信されたパケットの個数を送信されたパケットの総数で割り受信率を算出する。受信されたパケットの個数は、送信されたパケットの総数からエラー数を引くことで算出できる。算出した受信率は、モニタ用電界通信装置１０が備える表示装置（図示せず）により測定者に示される。なお、受信率の算出などの通信性能の評価は、モニタ用電界通信装置１０からのコマンドで開始・停止してもよいし、トランシーバ３０，５０の起動や停止に合わせて行ってもよい。

トランシーバ５０で受信したデータをトランシーバ３０に送り返すループバックでの評価時には、トランシーバ５０は、送信されたパケット数とエラー数を付加したデータ含むパケットをトランシーバ３０とモニタ用電界通信装置１０に送信する。トランシーバ３０は、受信したパケットの正誤を確認し、正しかった場合にはエラー数を０と記録し、誤っていた場合や受信が無い場合にはエラー数を１と記録し、送信したパケット数とトランシーバ３０でのエラー数を含むパケットをモニタ用電界通信装置１０に送信する。モニタ用電界通信装置１０では、トランシーバ３０からトランシーバ５０への通信のエラー数の集計と受信率の算出、およびトランシーバ５０からトランシーバ３０への通信のエラー数の集計と受信率の算出を行う。

上述では、モニタ用電界通信装置１０において通信のエラー数の集計、受信率の算出を行ってしたが、トランシーバ３０で行うものでもよい。この場合、トランシーバ５０から送信された０でないエラー数を受信したことを示すデータを含むパケットをトランシーバ３０からトランシーバ５０に送信する。トランシーバ３０，５０間の通信が不安定な場合があるため、トランシーバ５０から送信された０でないエラー数を受信したことを示すデータを含むパケットがトランシーバ３０で受信されない可能性がある。トランシーバ５０では、０でないエラー数を受信したことを示すデータを含むパケットを受信するまでトランシーバ３０からトランシーバ５０への通信のエラー数を積算し続ける。この処理により、トランシーバ３０で受信されない場合でもトランシーバ３０からトランシーバ５０への通信のエラー数を取りこぼすことなく集計できる。０でないエラー数を受信したことを示すデータを含むパケットをトランシーバ５０で受信した場合には、トランシーバ３０からトランシーバ５０への通信のエラー数を積算した値を０にする。

なお、モニタ用電界通信装置１０からトランシーバ５０へのパケットの受信率も同様に測定することができる。

次に、トランシーバ３０からトランシーバ５０に伝送される信号強度と受信感度の余裕を測定する方法を説明する。信号強度と受信感度の余裕は、信号強度と受信感度の比あるいは差を求めて算出する。信号強度が十分大きいか、あるいは受信感度が良い場合は、通信を確立しやすい、つまり余裕があると判断できる。

まず、モニタ用電界通信装置１０から人体１００への印加電圧Ｖbの振幅を順次変えてモニタ用電界通信装置１０とトランシーバ５０とで通信を行い、それぞれの振幅に対するモニタ用電界通信装置１０からトランシーバ５０へのパケットの受信率を測定する。受信率は上述した方法で求めることができる。

図４に、このときの測定系の模式図を示す。パケットの受信率を測定するときは、印加電圧Ｖbの振幅が所定の大きさになるように、信号測定装置２０で観測しながらモニタ用電界通信装置１０の送信出力を調整した後、モニタ用電界通信装置１０からトランシーバ５０へのパケットの受信率を測定する。印加電圧Ｖbの振幅を変えてパケットの受信率を測定することにより、印加電圧Ｖbの振幅｜Ｖb｜に対するトランシーバ５０の受信率の特性が得られる。

所定のパケット長におけるトランシーバ５０で受信される電圧振幅｜Ｖrcv｜に対するパケットの受信率は、図５（ａ）に示すように｜Ｖrcv｜が小さくなると受信率が低下する特性を有する。式（２）より｜Ｖrcv｜と｜Ｖb｜は比例するので、所定のパケット長における｜Ｖb｜に対するパケットの受信率は、図５（ｂ）に示すように同様の特性となる。受信感度｜Ｖrcv,s｜の定義をパケット受信率が９０％になるときのトランシーバ５０で受信される電圧振幅｜Ｖrcv｜とし、このときの印加電圧の振幅を最小印加電圧振幅｜Ｖb,s｜とする。トランシーバ５０の受信部の性能を向上させて｜Ｖrcv,s｜を小さくすれば、｜Ｖb,s｜も小さくなるので、より小さな印加電圧で通信できる。

続いて、図６に示す測定系により、トランシーバ３０がパケットを送信した時に人体１００に印加される電圧振幅｜Ｖb,t｜を別途測定する。そして、｜Ｖb,s｜と｜Ｖb,t｜の比または差を求めて信号強度と受信感度の余裕を算出する。

以下、信号強度と受信感度の余裕をトランシーバ３０からトランシーバ５０に伝送される電圧振幅｜Ｖrcv,t｜と受信感度｜Ｖrcv,s｜の比｜Ｖrcv,t｜／｜Ｖrcv,s｜と定義すると、信号強度と受信感度の余裕が｜Ｖb,s｜，｜Ｖb,t｜の比により算出できることを説明する。式（２）より、｜Ｖrcv,s｜と｜Ｖb,s｜の関係は以下の式で表される。

同様に、｜Ｖrcv,t｜と｜Ｖb,t｜の関係は以下の式で表される。

式（４）と式（５）より、

となり、｜Ｖrcv,t｜／｜Ｖrcv,s｜は測定で求められる量｜Ｖb,t｜／｜Ｖb,s｜と等しい。したがって、｜Ｖb,s｜と｜Ｖb,t｜を測定することにより、トランシーバ３０からトランシーバ５０に伝送する場合の信号強度と受信感度の余裕を求めることができる。

以上の説明では信号強度を振幅で定義したが、実効値や振れ幅（ピーク−ピーク）、電力を用いてもよい。また、上述ではトランシーバ３０が送信してトランシーバ５０が受信する場合について説明したが、トランシーバ５０が送信してトランシーバ３０が受信する場合も同様に測定できる。なお、図４，６では、それぞれの測定において、図１に示した構成のうち最小限必要な機器を図示した。

次に、トランシーバ５０の回路グランドと大地グランド間の浮遊容量Ｃgの推定について説明する。通信性能に加えてＣgを推定することは電界通信における伝送特性等を解析する上で重要である。上述の通信性能の評価で得られた｜Ｖb,s｜に加えて、トランシーバ５０の受信感度｜Ｖrcv,s｜およびトランシーバ５０の受信時の入力インピーダンスＺrcvを用いてＣgを推定する。

トランシーバ５０に入力される電圧振幅｜Ｖrcv｜に対する受信率は、人体１００を用いずに、接地したトランシーバ５０に入力する電圧振幅を一定にした状態で受信率を測定する作業を、入力する電圧振幅を順次変化させて実施することにより測定する。そして、所定の受信率になるときのトランシーバ５０に入力される電圧振幅｜Ｖrcv｜を受信感度｜Ｖrcv,s｜とする。Ｚrcvは、例えばインピーダンスアナライザ等の人体を用いない設置された通常の測定装置で測定する。得られた｜Ｖrcv,s｜、Ｚrcv＝Ｒrcv＋ｊＸrcv（ＲrcvはＺrcvの実数成分、ＸrcvはＺの虚数成分）を情報処理部１６に入力する。情報処理部１６は、測定で得られた｜Ｖb,s｜とともに、式（４）を変形した以下の式にこれらを代入することによりＣgを求める。

次に、人体１００と大地グランド間の浮遊容量Ｃbの推定について説明する。Ｃbを推定することも電界通信における伝送特性等を解析する上で重要である。

図７，８に、Ｃb推定時の測定系の構成図を示す。はじめに図７に示す測定系により送受信電極１４と人体１００間の浮遊容量Ｃtを求めた後、図８に示す測定系で出力電圧｜Ｖt｜に対する人体への印加電圧｜Ｖb｜を測定し、Ｃbを推定する。

まず、測定用信号源７０から印加用電極７１を介して人体１００に信号Ｖbを印加した時の送受信電極１４と大地グランド間の電圧Ｖt,bを測定し、以下の式によりＣtを求める。Ｖt,bは、図７に示すように、送受信電極１４に信号測定装置２０を接続して測定する。

式（８）でＺelは送受信電極１４側から信号測定装置２０をみた大地グランド間のインピーダンスである。Ｚelには送受信電極１４と大地グランド間の浮遊容量のインピーダンス、信号測定装置２０の入力インピーダンス、および送受信電極１４と信号測定装置２０を接続しているケーブルと大地グランド間の浮遊容量のインピーダンスが含まれる。これらのインピーダンスを正確に測定するのは難しいうえに、Ｖt,bの測定結果に影響を与えるためにＣtを正確に推定することは難しい。この対策として、第１の既知の容量Ｃad1を信号測定装置２０の入力に付加して測定したＶt,b1と、第２の既知の容量Ｃad2を信号測定装置２０の入力に付加して測定したＶt,b2を用いて以下の式によりＣtを推定する。ここでは説明を簡単にするために信号測定装置２０の入力インピーダンスが容量Ｃm,inのみで構成されるとする。

式（９），（１０）でＣprは送受信電極１４と大地グランド間の容量Ｃelt、送受信電極１４と信号測定装置２０を接続するケーブルと大地グランド間の容量Ｃcbl、およびＣm,inを合算した容量Ｃpr＝Ｃelt＋Ｃcbl＋Ｃm,inである。式（１０）から式（９）を引くことによりＣprを消去でき、Ｃtを求めることができる。

続いて、図８に示す測定系により、送受信電極１４にＶtを印加した時の人体１００に印加される電圧Ｖbを測定する。図８に示すように、送受信電極１４に測定用信号源７０を接続してＶtを印加する。人体に印加される電圧Ｖbは、信号測定装置２０により測定する。

上記で求めたＣtと、測定で得られたＶt、Ｖbを用いて、式（３）を変形して得られる以下の式からＣbを求めることができる。

したがって、本実施の形態によれば、隔離用絶縁体１５を備えた送受信電極１４を用いて電界通信を行うモニタ用電界通信装置１０と、高入力インピーダンスの信号測定装置２０とを備え、信号測定装置２０で印加電圧Ｖbの振幅が所定の大きさになるように観測しながらモニタ用電界通信装置１０の送信出力を調整してトランシーバ５０へパケットを送信し、各印加電圧毎の受信率を測定する。所定の受信率になるときの最小印加電圧振幅｜Ｖb,s｜を求めるとともに、トランシーバ３０がトランシーバ５０へパケットを送信するときに人体１００に印加される電圧振幅｜Ｖb,t｜を測定することにより、｜Ｖb,s｜と｜Ｖb,t｜の比を求めて信号強度と受信感度の余裕を算出することができる。このとき、トランシーバ５０に測定器が接続していないため、実際の使用状態に近い状態で電界通信の性能を測定することができる。

本実施の形態によれば、電界通信評価システム１を用いて最小印加電圧振幅｜Ｖb,s｜を求めるとともに、トランシーバ５０の受信感度｜Ｖrcv,s｜、トランシーバ５０の受信時の入力インピーダンスＺrcvを得ることにより、トランシーバ５０の回路グランドと大地グランド間の浮遊容量Ｃgを推定することができる。

一実施の形態における電界通信評価システムの構成を示すブロック図である。図１の電界通信評価システムの回路モデルを示す図である。送受信電極と人体間の浮遊容量Ｃtを調整するときの模式図である。信号強度と受信感度の余裕を測定するときの測定系を示す模式図である。信号強度と受信率の関係を示すグラフであり、図５（ａ）はトランシーバに入力される入力信号強度と受信率の関係を示し、図５（ｂ）は人体に印加される印加電圧と受信率との関係を示す。トランシーバが人体に印加する印加電圧を測定するときの測定系を示す模式図である。人体と大地グランド間の浮遊容量Ｃbを測定するときの測定系を示す模式図である。人体と大地グランド間の浮遊容量Ｃbを測定するときの別の測定系を示す模式図である。従来のトランシーバの回路に測定器を接続した構成を示すブロック図である。図９の構成の回路モデルを示す図である。

符号の説明

１…電界通信評価システム
１０…モニタ用電界通信装置
１１…送信部
１２…受信部
１３…送受切替スイッチ
１４…送受信電極
１５…隔離用絶縁体
１６…情報処理部
２０…信号測定装置
２１…測定用電極
２２…外部測定装置
３０，５０…トランシーバ
５１…送受信回路
５２，５３…電極
７０…測定用信号源
７１…印加用電極
９０…測定器
９１…プローブ
１００…人体
Ｃb，Ｃg，Ｃt…浮遊容量
Ｚrcv，Ｚmg，Ｚtg…インピーダンス
Ｖb…印加電圧
Ｖrcv…受信電圧

Claims

電界伝達媒体を介して電界信号の送受信を行う第１、第２のトランシーバ間の通信状態を評価する電界通信評価方法であって、
電界通信評価装置により、送信した信号数を示す情報を含む確認信号を前記電界伝達媒体に印加して所定の回数送信するステップと、
前記電界伝達媒体に印加された印加信号強度を測定するステップと、
前記第１のトランシーバにより、前記電界伝達媒体を伝達する前記確認信号を受信し、前記情報と受信した確認信号の数を照合し、欠けている確認信号の総数をエラー数として求めるステップと、
前記電界通信評価装置が送信した前記確認信号の総数と前記エラー数に基づいて受信率を算出するステップと、
前記送信するステップを出力を変えて複数回行い、各印加信号強度毎に前記エラー数を求めるステップと受信率を算出するステップを行って印加信号強度と受信率の関係を求めるステップと、
所望の受信率に対応する印加信号強度を最小印加信号強度として求めるステップと、
前記第２のトランシーバが電界信号を送信する際に前記電界伝達媒体に印加される送信印加信号強度を測定するステップと、
前記最小印加信号強度と前記送信印加信号強度の比あるいは差を算出するステップと、
を有することを特徴とする電界通信評価方法。
第１、第２の電極を備え、第１の電極を電界伝達媒体に近接させ、当該電界伝達媒体を介して電界信号の送受信を行うトランシーバの通信状態を評価する電界通信評価方法であって、
電界通信評価装置により、送信した信号数を示す情報を含む確認信号を前記電界伝達媒体に印加して所定の回数送信するステップと、
前記電界伝達媒体に印加された印加信号強度を測定するステップと、
前記トランシーバにより、前記電界伝達媒体を伝達する前記確認信号を受信し、前記情報と受信した確認信号の数を照合し、欠けている確認信号の総数をエラー数として求めるステップと、
前記電界通信評価装置が送信した前記確認信号の総数と前記エラー数に基づいて受信率を算出するステップと、
前記送信するステップを出力を変えて複数回行い、各印加信号強度毎に前記エラー数を求めるステップと受信率を算出するステップを行って印加信号強度と受信率の関係を求めるステップと、
所望の受信率に対応する印加信号強度を最小印加信号強度として求めるステップと、
前記トランシーバの受信率が前記所望の受信率となるときの当該トランシーバに入力される入力信号強度を求めるステップと、
前記最小印加信号強度、前記入力信号強度、および前記トランシーバの受信時のインピーダンスから前記トランシーバの第２の電極と大地グランド間の浮遊容量を算出するステップと、
を有することを特徴とする電界通信評価方法。
電界伝達媒体を介して電界信号の送受信を行う第１、第２のトランシーバ間の通信状態を評価する電界通信評価装置であって、
前記トランシーバが前記電界伝達媒体に印加した印加信号強度を測定する信号測定手段と、
電界通信用の電極と、
前記電極と前記電界伝達媒体との間に設けられた隔離用絶縁体と、
送信した信号数を示す情報を含む確認信号を前記電界伝達媒体に印加して所定の回数送信するとともに、前記第１のトランシーバが受信できなかった確認信号の総数であるエラー数を示す情報を含む応答信号を受信する通信手段と、
前記通信手段が送信した前記確認信号の総数と前記エラー数に基づいて受信率を算出する情報処理手段と、を有し、
前記通信手段は、出力を変えて複数回前記確認信号を所定の回数送信し、
前記信号測定手段は、前記通信手段が前記確認信号を送信した際に前記電界伝達媒体に印加された印加信号強度を測定し、さらに、前記第２のトランシーバが電界信号を送信する際に前記電界伝達媒体に印加される送信印加信号強度を測定し、
前記情報処理手段は、印加信号強度毎に受信率を算出して印加信号強度と受信率の関係を求め、所望の受信率に対応する印加信号強度を最小印加信号強度として求め、前記印加信号強度と前記送信印加信号強度の比あるいは差を算出することを特徴とする電界通信評価装置。
第１、第２の電極を備え、第１の電極を電界伝達媒体に近接させ、当該電界伝達媒体を介して電界信号の送受信を行うトランシーバの通信状態を評価する電界通信評価装置であって、
前記トランシーバが前記電界伝達媒体に印加した印加信号強度を測定する信号測定手段と、
電界通信用の電極と、
前記電極と前記電界伝達媒体との間に設けられた隔離用絶縁体と、
送信した信号数を示す情報を含む確認信号を前記電界伝達媒体に印加して所定の回数送信するとともに、前記トランシーバが受信できなかった確認信号の総数であるエラー数を示す情報を含む応答信号を受信する通信手段と、
前記通信手段が送信した前記確認信号の総数と前記エラー数に基づいて受信率を算出する情報処理手段と、を有し、
前記通信手段は、出力を変えて複数回前記確認信号を所定の回数送信し、
前記信号測定手段は、前記通信手段が前記確認信号を送信した際に前記電界伝達媒体に印加された印加信号強度を測定し、
前記情報処理手段は、印加信号強度毎に受信率を算出して印加信号強度と受信率の関係を求め、所望の受信率に対応する印加信号強度を最小印加信号強度として求め、前記トランシーバの受信率が前記所望の受信率となるときの当該トランシーバに入力される入力信号強度および当該トランシーバの受信時のインピーダンスを入力し、前記最小印加信号強度、前記入力信号強度、および前記インピーダンスから前記トランシーバの第２の電極と大地グランド間の浮遊容量を算出することを特徴とする電界通信評価装置。