JP5459297B2 - 無線受信機、無線通信システム、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、セキュリティ分野等で用いられる無線通信機（特に無線受信機）及び無線通信システムに関する。

一般に、セキュリティ分野等で使用される無線通信機及び無線通信システムにおいては、例えば非接触型ＩＣカード等の無線送信機（キー側）からＩＤ情報を送信し、その送信信号を、セキュリティゲートやＰＣ端末等のシステム側に設けた無線受信機（システム端末側）で受信する方法が広く用いられている。かかる無線通信システムでは、種々の通信方式が採用又は提案されている（例えば特許文献１及び２等参照）が、基本的な無線信号の送受信におけるタイミングは、例えば以下のとおりである。

すなわち、図５のタイミングチャートに示す如く、無線送信機Ｔｒの無線モジュール電源ＰｗがＯＮにされると（ラインＬ１０１：横軸は時刻又は経過時間を示す（以下、他のタイミングチャートにおいて同様））、無線送信機から、送信データが間欠的に送信出力される。ラインＬ１０２は無線送信機の消費電流及び送信動作Ｃ／Ｍを示し（以下、他のタイミングチャートにおいて同様）、所定の時間間隔Ｄ１００（例えば数秒）で所定時間Ｄ１０１の間送信データが出力されるときに電力が消費される。一方、無線受信機Ｒｅの無線モジュール電源がＯＮにされると（ラインＬ２０１）、直ちに、無線送信機Ｔｒから送出される送信データを受信可能な受信待機状態となる。こうして、無線受信機Ｒｅは、無線送信機Ｔｒからの送信データの有無に拘らず、送信データを受信する態勢が整えられる。

特開平１０−１１２６９１号公報 特開平１１−９８５４９号公報

しかし、上記従来の無線送受信方式では、送信データがない期間Ｄ１０２においても、通常、無線受信機Ｒｅが受信状態にあれば、無線モジュールに電力が供給されて電流を消費する受信フレームで動作するから、図５においてラインＬ２０２で無線受信機Ｒｅの消費電流及び受信動作Ｃ／Ｍを示す如く、無線受信機Ｒｅの無線モジュール電源Ｐｗが一旦ＯＮにされた後は、電力を消費することになるため、エネルギー効率が悪いと言わざるを得ない。

そこで、例えば適宜のカウンタ等を用いて無線受信機Ｒｅの無線モジュール電源ＰｗのＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、送信データを間欠的に受信させる方法も知られている。この場合、無線受信機Ｒｅ側では、無線モジュール電源ＰｗがＯＦＦとなっている状態において、無線送信機Ｔｒからの送信データのタイミングに同期したカウンタを作動させ、そのカウンタの値に基づいて無線モジュール電源ＰｗをＯＮにして送信データを受信し、受信が完了したら、無線モジュール電源Ｐｗを再度ＯＦＦにするような間欠受信動作が行われ得る。

しかし、そのためには、かかるカウンタと、無線モジュールの起動制御部と、無線モジュール電源ＰｗがＯＮとなっている状態で所定の条件を判断してその電源ＰｗをＯＦＦにするプログラム処理を実行するための中央演算部が必要となるので、システム自体が大掛かり且つ複雑になるとともに、起動制御部や中央演算部は、制御処理を行うために不可避的に絶えず電流を消費するので、システム全体の消費電力が却って増大してしまうおそれがある。

そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で消費電力を低減することが可能な無線受信機、及びそれを備える無線通信システム、並びに、それに使用されるプログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明による無線受信機は、信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ部を有し、且つ、無線信号を送信する状態にある送信モード、及び、無線信号を送信しない状態にある待機モードを有する間欠送信動作を行う無線送信機から送信された無線信号を受信するものであり、信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ部を有するものであって、無線送信機から間欠送信される無線信号を常に受信可能な状態に保持するように構成された第１の受信フレーム、及び、無線送信機から間欠送信される無線信号を受信可能な受信モードとその無線信号を受信不能な待機モードとを切り替えるように構成された第２の受信フレームを設定する制御部を備え、制御部は、信号検出モードとして、第１の受信フレームにおいて無線送信機から無線信号が送信されていることを検出し、その無線信号が検出されたときに、間欠受信モードとして、第２の受信フレームにおいて受信した無線信号からそれに含まれる情報を読み取る間欠受信動作を実行する。また、制御部が、間欠受信モードにおける第２の受信フレーム内に無線信号が検出されないときに、第１の受信フレームを設定（再設定）して信号検出モードを実行するようにしても好適である。より具体的には、制御部が、信号検出モードを複数回断続的に実行するときに、下記式（１）で表される関係が満たされるようにしても好ましい。
Ｎ３＜Ｎ２＜Ｎ１ …（１）、
（式中、Ｎ１は、間欠受信モードにおける第２の受信フレーム内に無線信号が検出されない時間を示し、Ｎ２は、信号検出モードにおける第１の受信フレームの開始から終了までの時間を示し、Ｎ３は、上記複数回の信号検出モードの時間間隔を示す）。

かかる構成では、無線送信機において、例えば、送信モード（送信期間）と待機モード（スリープ期間）が交互に繰り返されることにより、所定の情報を含む無線信号が間欠的に（断続して連続的に）送信される一方、無線受信機においては、制御部によって第１の受信フレームが設定されて信号検出モードが実行され、その間に、無線送信機からの無線信号が検出される。無線信号が検出されると、制御部は、第１の受信フレームに代えて第２の受信フレームを設定し、受信モード（受信期間）及び待機モード（スリープ期間）が交互に繰り返される間欠受信動作を実行し、その間に受信した無線信号に含まれる情報を読み取る。

このとき、信号検出モードにおける第１の受信フレームは、無線送信機から間欠送信される無線信号を常に受信可能な状態に保持されたものであり、つまり、第１の受信フレームでは、無線受信機の無線モジュール電源がＯＮにされていつでも無線信号を受信できる状態が維持されており（電流消費を伴う）、無線送信機からの無線信号を確実に検出することができる。

それから、その信号検出モードに続いて実行される間欠受信モードにおいて、第１の受信フレームに代えて設定される第２の受信フレームは、無線信号を受信可能な状態である受信モード（電流消費あり）と受信不能な状態である待機モード（実質的に電流消費なし）が切り替えられるように構成される。したがって、無線送信機からの無線信号を受信する際に、無線受信機の電源を常にＯＮ状態に保持して電力を絶えず消費するような従来構成の受信フレームによる動作に比して、消費電力を低く抑えることができる。そして、そのような間欠受信モードを含む動作制御を、上述した従来の如くカウンタや特段の制御プログラムを用いた複雑なシステムを用いることなく実現することが可能となる。

より具体的には、制御部が、信号検出モードにおける第１の受信フレームにおいて受信された無線送信機から間欠送信される複数の無線信号の時間間隔を計測し、その時間間隔の計測値に基づいて、間欠受信モードを実行するための第２の受信フレーム、特に受信モード及び待機モードのそれぞれの期間を設定するように構成すると好適である。

このようにすれば、第１の受信フレーム内で受信された無線信号の時間間隔の計測値に基づいて、その無線信号と確実に同期をとることが可能な第２の受信フレームを設定することができるので、第２の受信フレームにおける受信モードを、無線信号の送信モードに確実に合致させる（整合させる）ことが極めて平易となる。その結果、間欠受信モードにおける無線信号の受信をより確実ならしめることが可能となる。

換言すれば、本発明においては、制御部が、例えばカウンタ等からの他のクロック信号やトリガー信号を用いることなく、無線送信機から送信される無線信号自体を用いて、無線送信機における送信モード及び待機モード（すなわち送信フレーム）と、無線受信機の間欠受信モードにおける受信モード及び待機モード（すなわち第２の受信フレーム）とを同期させ得る。

このように構成すれば、例えば、無線送信機と無線受信機が互いの通信可能範囲から外れてしまったり、無線通信機の元電源や無線モジュール電源がＯＦＦ状態になってしまったり、間欠受信モードにおける第２の受信フレームと無線送信機における送信フレームにおける送受信のタイミング（同期）が何らかの理由でずれてしまったりして、受信モードであるにも拘らず無線信号を受信できなくなった場合でも、制御部によって、第２の受信フレームによる間欠受信モードから第１の受信フレームによる信号検出モードへ切り替えることにより、両者が再び通信可能となったときに、無線信号を直ちに検出することができる。

そして、無線信号が検出されて、その送信タイミングに受信フレームを同期させる準備ができると、制御部は、第２の受信フレームを即座に再設定することができる。したがって、無線受信機が無線信号を受信できないままの状態で間欠受信モードが継続されて無線送信機の認証ができなくなってしまったり、場合によっては無線通信システムがフリーズ等してしまうことを防止することができる。これにより、無線信号に対する応答性及び追随性を高めつつ、再び無線信号が検出された際には、間欠受信モードに迅速に移行して省電力運転を直ちに再開させることができる。

また、本発明による無線通信システムは、信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ部を有し、且つ、無線信号を送信する状態にある送信モード、及び、無線信号を送信しない状態にある待機モードを有する間欠送信動作を行う無線送信機と、上述した本発明による無線受信機とを備えるものである。

さらに、本発明によるコンピュータで実行可能なプログラムは、上述した本発明の無線受信機に用いて好適なものであって、コンピュータに、無線送信機から間欠送信される無線信号を常に受信可能な状態に保持する第１の受信フレーム、及び、無線送信機から間欠送信される無線信号を受信可能な受信モードと無線信号を受信不能な待機モードとを切り替えるように構成された第２の受信フレームを設定する制御機能を実現させるためのものであり、制御機能が、信号検出モードとして、第１の受信フレームにおいて無線送信機から無線信号が送信されていることを検出し、その無線信号が検出されたときに、間欠受信モードとして、第２の受信フレームにおいて受信した無線信号からそれに含まれる情報を読み取る間欠受信動作を実行する。また、制御機能が、間欠受信モードにおける第２の受信フレーム内に無線信号が検出されないときに、第１の受信フレームを設定（再設定）して信号検出モードを実行するようにしても好適である。より具体的には、制御機能が、信号検出モードを複数回断続的に実行するときに、下記式（１）で表される関係が満たされるようにしても好ましい。
Ｎ３＜Ｎ２＜Ｎ１ …（１）、
（式中、Ｎ１は、間欠受信モードにおける第２の受信フレーム内に無線信号が検出されない時間を示し、Ｎ２は、信号検出モードにおける第１の受信フレームの開始から終了までの時間を示し、Ｎ３は、上記複数回の信号検出モードの時間間隔を示す）。

以上のことから、本発明の無線受信機、無線通信システム、及びプログラムによれば、第１の受信フレームを用いて実行される信号検出モードにおいて、無線送信機からの無線信号を確実に検出することができ、その後、第２の受信フレームを用いて間欠受信モードを実行することにより、極めて簡易な構成で消費電力を低減することが可能となる。

本発明による無線受信機及び無線通信システムの好適な一実施形態の構成を示す機能ブロック図である。 図１に示す無線受信機及び無線通信システムにおける通信動作の一例（第１実施形態）を概略的に示すタイミングチャートである。 図１に示す無線受信機及び無線通信システムにおける通信動作の他の例（第２実施形態）を概略的に示すタイミングチャートである。 図１に示す無線受信機及び無線通信システムにおける通信動作の更に他の例（第３実施形態）を概略的に示すタイミングチャートである。 従来の無線受信機及び無線通信システムにおける通信動作の例を概略的に示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。さらに、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。またさらに、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。

（第１実施形態）
図１は、本発明による無線受信機、及びそれを備える無線通信システムの好適な一実施形態の構成を示す機能ブロック図である。無線通信システム１００は、例えば無線タグシステム（ＲＦＩＤ及びＩＣタグを用いるシステム）等に好適に使用される無線送信機１と無線受信機２とを備えるものである。なお、本発明の無線通信システムは、無線受信機２のみから構成されるものと捉えてもよい。

無線送信機１は、例えばカードやプレート状をなす収容ケース１０の内部に、電源部４０及び無線モジュール５０が収容されたものである。電源部４０は、例えば太陽電池４１、蓄電装置としての二次電池４２、及び充電回路４３を備えている。また、無線モジュール５０は、アンテナ素子２０、及び送信モジュール３０を備えている。この送信モジュール３０は、信号処理回路３１と高周波回路３２を有する。

信号処理回路３１は、ＣＰＵ等の演算装置やメモリＩＣといった半導体装置から構成されており、消費電力を抑えるための制御やＩＤナンバー（識別番号）の出力処理等を行う。メモリＩＣには、ＩＤナンバーと、通信フォーマットとが予め記憶されている。ＩＤナンバーは、無線送信機を一意に識別するために割り当てられたユニークな識別情報である。通信フォーマットは、所定の通信プロトコル（例えば、３００ＭＨｚ帯微弱無線用の通信プロトコル）に準拠している。メモリＩＣとしては、不揮発性メモリや揮発性メモリ等の各種のメモリを適用できる。

また、ＣＰＵは、ＩＤナンバーと共に通信フォーマットをメモリＩＣから読み出し、所定の転送レート（例えば、９６００ｂｐｓ）で変調された所定のインターフェース形式（例えば、ＵＡＲＴシリアルインターフェース形式）の変調信号を高周波回路３２へ断続的且つ定期的に出力する。ＣＰＵとしては、例えば、８ビットマイコン等を用いることができる。さらに、信号処理回路３１は、消費電力を抑えるための制御として、後述する図２に例示するタイミングチャートに示すような間欠送信動作を実行する。

高周波回路３２は、チップインダクタ、チップコンデンサ、チップ抵抗等の受動部品、及び、トランジスタ等の半導体装置といった能動部品から構成される。この高周波回路３２は、信号処理回路３１からの変調信号を、所定の通信フォーマットを扱うプロトコルに従って無線送信機１のＩＤナンバーを含む送信信号（例えば、３００ＭＨｚ帯の２値ＦＳＫ変調信号）に変調する。アンテナ素子２０は、高周波回路３２によって生成された信号を電磁波に変換して無線信号Ｓとして出力（放射）する。アンテナ素子２０から放射される無線信号Ｓの電磁波は、例えば、基本周波数３１５ＭＨｚの微弱無線規格を遵守する仕様に設計されている。

太陽電池４１は、太陽光や照明光等の光エネルギーを直流電力に変換する発電素子である。無線送信機１の各部（アンテナ素子２０、送信モジュール３０、及び電源部４０）を収容する収容ケース１０は、例えば白色ポリカーボネート等の樹脂材料からなっており、適宜の不透明度を有しており、無線送信機１の各部を外部から視認することはできないながらも、光エネルギーが太陽電池４１に吸収されるように構成されている。

二次電池４２は、信号処理回路３１及び高周波回路３２へ供給される電力を蓄電する蓄電装置である。二次電池４２は、例えば、リチウム（ポリマー）二次電池であり、定格で例えばＤＣ３．７Ｖの電圧を出力する。この定格電圧の二次電池４２では、信号処理回路３１及び高周波回路３２での最低動作電圧レベルにもよるが、例えば約２．４Ｖ〜３．７Ｖ程度の電圧範囲で電力が消費される。なお、蓄電装置は、二次電池４２に限定されるものではなく、例えば、キャパシタ等でもよい。

充電回路４３は、太陽電池４１から二次電池４２への電力供給、及び二次電池４２から送信モジュール３０への電力供給を制御するものであり、また、二次電池４２から太陽電池４１への電流の逆流を防止する機能や、二次電池４２の端子電圧を監視し、過充電時には二次電池４２への充電を停止し、過放電時には二次電池４２の過放電を停止する機能を有する。具体的には、充電回路４３は、二次電池４２が十分に充電されるまで、送信サイクル（送信間隔）を長くしたり、或いは無線通信を一時的に或いは断続的に停止したりする。また、充電回路４３に、送信モジュール３０への過電流の流入を防止する保護機能を付加してもよい。

充電回路４３は、信号処理回路３１から出力される制御信号ＣＴＬの論理値に基づいて上述の電力供給を制御する。送信モジュール３０は、後述の如く、送信モードと待機モードとを交互に繰り返す間欠送信動作を実施する。そして、送信モードとして動作する送信期間中には、送信モジュール３０は、二次電池４２から送信モジュール３０へ動作電力（無線伝送に必要な電力）が供給され且つ太陽電池４１から二次電池４２へ充電電力が供給されないように制御信号ＣＴＬ１の論理値を制御し、待機モードとして動作するスリープ期間中には、送信モジュール３０は、二次電池４２から送信モジュール３０へ待機電力（待機中に消費される電力）が供給され且つ太陽電池４１から二次電池４２へ充電電力が供給されるように制御信号ＣＴＬの論理値を制御する。

かかる制御により、送信モードの期間中に送信モジュール３０によって消費された二次電池４２の電力を、待機モードの期間中に太陽電池４１から二次電池４２へ補充することができる。また、待機モード期間中の二次電池４２のインピーダンスは、通信モード期間中の二次電池４２のインピーダンスよりも低いので、二次電池４２を常時充電し続けるよりも容易に充電できるという利点を有する。

一方、無線受信機２は、例えば、フラッパーゲート装置等のセキュリティゲート装置を含む電子機器、或いは、携帯電話等の携帯端末、パーソナルコンピュータ等のコンピュータ機器、パーソナルコンピュータやその他各種ＯＡ機器に接続されるカードやＵＳＢ端末機器等の無線通信機能を搭載した電子機器であり、筐体６０の内部に収容された無線モジュール７０、及び電源部８０を備える。無線モジュール７０は、アンテナ素子７１、高周波回路７２、及び信号処理回路７３を備えている。

アンテナ素子７１は、無線送信機１の無線モジュール５０のアンテナ素子２０から送信される無線信号Ｓを受信する。高周波回路７２は、チップインダクタ、チップコンデンサ、チップ抵抗等の受動部品、及び、トランジスタ等の半導体装置といった能動部品から構成される。この高周波回路７２は、アンテナ素子７１で受信された無線信号Ｓを、所定の通信フォーマットを扱うプロトコルに従って無線送信機１のＩＤナンバーを含む変調信号に復調する。

また、信号処理回路７３は、ＣＰＵ等の演算装置やメモリＩＣといった半導体装置を含んでおり、高周波回路７２で復調された変調信号を復号し、無線モジュール７０が受信した無線通信機１からの無線信号Ｓに含まれるＩＤナンバーに基づいて無線送信機１を認証して、その復号信号を、所定のインターフェース形式（例えば、ＵＡＲＴシリアルインターフェース形式）で例えばシステム側機器１０００へ出力するものである。この信号処理回路７３は、消費電力を抑えるための制御として、後述する図２に例示するタイミングチャートに示す信号検出モードＭ１と間欠受信モードＭ２という異なる受信動作を実行する。また、電源部８０は、無線送信機１の電源部４０と同様の構成でもよいし、その他の内部電源又は外部電源であってももちろんよい。

次に、図１に加えて図２を参照しながら、無線通信システム１００の動作について説明する。図２は、図１に示す無線受信機２を備える無線通信システム１００における通信動作の一例を概略的に示すタイミングチャートである。この形態においては、時刻ｔ０の時点で、無線送信機１の無線モジュール５０及び無線受信機２の無線モジュール７０それぞれの電源ＰｗをＯＮ（ラインＬ１１，Ｌ２１）にする。なお、図２において、各ラインに対応する構成要素を［１］（無線送信機１）、［２］（無線受信機２）、［Ｐｗ］（無線モジュールの電源Ｐｗ）のように括弧付きの符号で示し、また、消費電流及び受信動作を［Ｃ／Ｍ］で示す（図３及び図４においても同様とする）。

これにより、無線送信機１では、信号処理回路３１によって無線信号Ｓの間欠送信動作が実行され、無線送信機１から、所定の時間間隔Ｄ１００（無線信号Ｓのパルス間隔；例えば数秒）で所定時間Ｄ１０１の間、無線信号Ｓが無線送信機１の無線モジュール５０から送出される（ラインＬ１２）。図２においては、ラインＬ１２における消費電流のビットが立っている時間Ｄ１０１が無線通信機１の「送信モード」に相当し、消費電流Ｃ／Ｍのビットが立っておらず微小な待機電流のみ消費している期間（時間間隔Ｄ１００から時間Ｄ１０１を差し引いた時間）が無線通信機１の「待機モード」に相当する。

一方、無線受信機２では、信号処理回路７３（制御部）の制御指令に基づいて、図２における時刻ｔ０から時刻ｔ１までの所定時間、無線信号Ｓをいつでも受信可能な状態を画成する受信フレームＦ１（第１の受信フレーム）を設定し、その間に無線送信機１から送信される複数の無線信号Ｓを受信して、それらの無線信号Ｓの時間間隔Ｄ１００を計測する信号検出モードＭ１を実行する。

より具体的には、信号処理回路７３は、例えばある任意の無線信号Ｓを検出したときに、内部クロックや内部タイマ等の時間計測手段（図示せず）を起動して計時を開始し、各無線信号Ｓの継続時間Ｄ１０１と、次の無線信号Ｓが検出されるまでの時間間隔Ｄ１００を計測する。すなわち、受信フレームＦ１を用いた信号検出モードＭ１においては、無線信号Ｓが少なくとも２つ以上検出され、受信されたそれらの無線信号Ｓは、高周波回路７２で復号された後或いは復号されることなく、間欠送信のタイミングを計るために用いられる。

次に、信号処理回路７３は、そうして計測された無線信号Ｓの時間間隔Ｄ１００及び各無線信号Ｓの継続時間Ｄ１０１の計測値に基づいて、その時間間隔Ｄ１００で時間Ｄ１０１の間、無線信号Ｓを受信可能な状態（無線受信機２の受信モード）と、それ以外の時間は無線信号Ｓを受信不能な状態（実際には微小な待機電流Ｉｂが流れているが、無線信号Ｓを受信することはできない状態；無線受信機２の待機モード）とが交互に繰り返されるように構成された受信フレームＦ２を設定して間欠受信モードＭ２を実行する。

すなわち、間欠受信モードＭ２では、それに先立って実行された信号検出モードＭ１において計測された無線信号Ｓの間欠送信のタイミングに同期して受信モード（消費電流Ｃ／Ｍあり）及び待機モード（実質的に消費電流Ｃ／Ｍなし）が交互に繰り返して実施される間欠受信動作が実行される。こうして間欠受信モードＭ２で受信された無線信号Ｓは、高周波回路７２で復号された後、上述の如く、その無線信号Ｓに含まれるＩＤナンバーに基づく無線送信機１の認証に用いられる。

換言すれば、信号処理回路７３は、無線受信機２が信号検出モードＭ１で作動しているか、或いは、間欠受信モードＭ２で作動しているかを判断し、信号検出モードＭ１で作動していると判定したときには、無線モジュール７０で検出された無線信号Ｓ自体を、その無線信号Ｓの間欠送信タイミングを計測するためのトリガー信号として使用する処理に振り分け、間欠受信モードＭ２で作動していると判定したときには、無線モジュール７０で検出された無線信号Ｓに含まれる情報から無線送信機１の認証を行う処理へと振り分けるものであると言うこともできる。

さらに、この場合、信号処理回路７３は、信号検出モードＭ１及び間欠受信モードＭ２の何れであるかの判定結果に基づいて、無線モジュール７０で用いる受信フレームを、受信フレームＦ１，Ｆ２の何れかに設定する制御を行ってもよい。以上のことから、信号処理回路７３は、言わば、受信フレーム設定部、受信フレーム制御部、受信モード判別部、無線信号振り分け部、クロック部、無線信号検出部、受信フレーム同期部、及び無線信号復号部としても機能する。

このように構成された無線受信機２及び無線通信システム１００によれば、無線送信機１から間欠送信される無線信号Ｓを受信する際に、無線受信機２の無線モジュール７０を常に電源ＯＮの状態に保持して且つ電力を消費し続けるのではなく、受信フレームＦ２による間欠受信モードＭ２を実行することにより、無線受信機２の受信モードと待機モードとを交互に切り替えながら無線信号Ｓを受信するので、従来に比して無線受信機２側の消費電力を低く抑えることができる。

また、その間欠受信モードＭ２を実施する前に、受信フレームＦ１を用いた信号検出モードＭ１を実行して間欠送信される無線信号Ｓの送信時間間隔Ｄ１００及び送信継続時間Ｍ１０１を測定し、その測定結果に基づいて、間欠受信モードＭ２で用いる受信フレームＦ２を設定するので、その受信フレームＦ２における受信モードの実行タイミングと、無線信号Ｓの送信タイミングを確実に同期させることができる。そして、このような同期操作を無線信号Ｓそのものを用いて実施するので、かかる同期をとるために従来必要であったカウンタや特段の制御プログラムを用いた複雑なシステムが不要となる。以上のことから、無線受信機２及び無線通信システム１００によれば、極めて簡易な構成によって消費電力を効果的に低減することが可能となる。

また、先に述べたように、無線送信機１においては、充電回路４３の制御によっては、二次電池４２が十分に充電されるまで、無線信号Ｓの送信サイクル、すなわち無線信号Ｓの送信時間間隔Ｄ１００が長くされたり、或いは、無線信号Ｓの間欠送信が一時的に或いは断続的に中断又は停止されたりする。こうなると、無線信号Ｓの送信タイミングと無線受信機２におけるその受信タイミングを同期させるべく単にカウンタ等を用いたとしても、無線信号のＳの送信時間間隔Ｄ１００が変化してしまえば、それらの同期をとることは極めて困難になる。

これに対し、無線受信機２及び無線通信システム１００によれば、前述の如く、信号検出モードＭ１において実際に送信されてくる無線信号Ｓの送信時間間隔Ｄ１００を実時間（リアルタイム）で実測するので、かかる場合においても、無線信号Ｓの送信タイミングと無線受信機２による受信タイミング（受信フレームＦ２における受信モードと待機モードの切り替えタイミング）を確実に同期させることができる。また、かかる状況は、無線信号Ｓの仕様等が無線通信機１によって異なる場合においても同様に当て嵌まる。

（第２実施形態）
図３は、図１に示す無線受信機２を備える無線通信システム１００における通信動作の他の例を概略的に示すタイミングチャートである。この形態は、例えば、受信フレームＦ２で間欠受信モードＭ２を実行しているときに、時刻ｔ４１から時刻ｔ４２までの間において、その受信フレームＦ２と無線送信機１の間欠送信モードの送信フレームにおける送受信のタイミングが何らかの理由によってずれた場合の処理の一例を示し（ラインＬ３２，Ｌ４２参照）、このとき、さらに、無線通信機１の無線モジュール５０の電源がＯＦＦ状態になってしまった場合（ラインＬ３１参照）の処理の一例を示すものでもある。

この場合、ラインＬ３２，Ｌ４２の前段部に示す如く、無線通信機１からの無線信号Ｓの送信タイミングと、無線受信機２における受信モードが半周期程度ずれてしまい、間欠受信モードＭ２における受信フレームＦ２内において、時刻ｔ４１から時刻ｔ４２までの時間Ｎ１の間、無線信号Ｓが検出されないと、無線受信機２の信号処理回路７３は、間欠受信モードＭ２を中断する（ラインＬ４２の中段部）。信号処理回路７３は、その後（図示においては直ちに時刻ｔ４２において）、受信フレームＦ２に代えて受信フレームＦ１を設定して信号検出モードＭ１を、時刻ｔ４３まで時間Ｎ２の間実行する。

その一方で、無線受信機２がその信号検出モードＭ１を開始する時刻ｔ４２の直前に、無線送信機１の無線モジュール５０の電源Ｐｗが何らかの原因によりＯＦＦとなり（ラインＬ３１参照）、そのため、この信号検出モードＭ１では、無線受信機２の無線モジュール７０の電源ＰｗがＯＮの状態（ラインＬ４１参照）であっても、受信フレームＦ１に対応する時刻及び時間において、無線信号Ｓは、無線通信機１から送信されておらず、当然に検出されない。それから、信号処理回路７３は、時間Ｎ２の間に無線信号Ｓが検出されないことを確認すると、時刻ｔ４３から時刻ｔ４４までの時間Ｎ３の間、無線モジュール７０への電力供給を一旦停止し、時刻ｔ４４において、同一の受信フレームＦ１を設定した状態で、再び、信号検出モードＭ１を実施する（ラインＬ４２の後段部）。なお、信号検出モードＭ１時における時間Ｎ２は、例えば、同期していた周期に対して大きい周期でランダムに設定される。

この間に、無線送信機１の無線モジュール５０の電源Ｐｗが、２回目の信号検出モードＭ１の開始と略同時刻ｔ４４に復帰し、時間間隔Ｄ１００で且つ送信時間Ｄ１０１で無線信号Ｓが間欠送信される間欠送信モードが再開されると、そのときに実行されている２回目の信号検出モードＭ１において、複数の無線信号Ｓが検出され、信号処理回路７３は、それらの時間間隔Ｄ１００の計測結果に基づいて、再度、受信フレームＭ２を設定して間欠受信モードＭ２へ直ちに移行することができる。かかる処理により、無線信号Ｓが受信できなくなった場合でも、無線信号Ｓに対する応答性及び追随性を高めることができ、再び無線信号Ｓが検出されたときに、間欠受信モードＭ２を迅速に再開して省電力運転を続けることができる。

また、図３に示すとおり、時間Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３の間には、前出の式（１）、すなわち、Ｎ３＜Ｎ２＜Ｎ１で表される関係が満たされているので、無線信号Ｓが受信できなくなった場合、無線信号Ｓに対する応答性および追随性を高める事ができ、迅速に再び間欠受信モードへと移行する事ができるといった利点がある。

（第３実施形態）
図４は、図１に示す無線受信機２を備える無線通信システム１００における通信動作の更に他の例を概略的に示すタイミングチャートである。本実施形態は、互いに異なるＩＤナンバー情報を記憶し且つそのＩＤナンバー情報を無線信号Ｓに含めて送信可能な複数（例えば３つ）の無線送信機１（説明の都合上、無線送信機１１，１２，１３と記す）を有し、それらのＩＤナンバー情報をそれぞれ含む複数の無線信号Ｓ（説明の都合上、無線信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３と記す）を弁別受信するべく、無線受信機２の信号処理回路７３が、便宜上、信号検出モードＭ１を実行する信号検出部３ａ（図示において［３ａ］で示す）、及び、間欠受信モードＭ２を実行する間欠受信部３ｂ（図示において［３ｂ］で示す）として互いに独立して機能する例を示すものである。また、それらの信号検出部３ａ及び間欠受信部３ｂのそれぞれにおいて、受信フレームの設定及び制御が仮想的に行われる。

図４において、無線送信機１１，１２は、それぞれ、互いに等しい時間間隔Ｄ１，Ｄ２で、無線信号Ｓ１，Ｓ２を時刻ｔ１１，ｔ１２から間欠送信する（ラインＬ５１，Ｌ５２参照）。これらの無線信号Ｓ１，Ｓ２のパルスずれ（時間差）は時間Ｄ１２である。一方、無線受信機２においては、信号処理回路７３の信号検出部３ａ（として機能する部分）に対し、時刻ｔ２１において無線モジュール７０の電源がＯＮとされ（ラインＬ６１）、信号検出部３ａは、受信フレームＦ１を設定して、その時刻ｔ２１から信号検出モードＭ１を実行する。その際、信号検出部３ａは、無線信号Ｓ１，Ｓ２をそれぞれ複数検出して、それらの時間間隔Ｄ１，Ｄ２を計測するとともに、他の無線信号（ここでは無線信号Ｓ３）が検出されない場合、その信号検出モードＭ１を、例えば時刻ｔ２２において一旦終了する（以上、ラインＬ６２の前段部参照）。

次いで、信号処理回路７３の間欠受信部３ｂ（として機能する部分）に対し、時刻ｔ３１において無線モジュール７０の電源ＰｗがＯＮとされる（ラインＬ７１）とともに、間欠受信部３ｂは、信号検出部３ａによる無線信号Ｓ１，Ｓ２の時間間隔Ｄ１，Ｄ２の計測値に基づいて、間欠受信用の受信フレームＦ２を設定し、実質的に時刻ｔ３１から時刻ｔ３２まで間欠受信モードＭ２を実行する（ラインＬ７２参照）。このときの受信フレームＦ２は、無線信号Ｓ１，Ｓ２がそれぞれ時間間隔Ｄ１，Ｄ２で、無線信号Ｓ１よりも無線信号Ｓ２の方が時間Ｄ１２だけ遅れて間欠送信されているタイミングに合わせた（複合的に同期した）受信フレームとして設定される。

すなわち、図４のラインＬ７２で示す如く、時刻ｔ３１から時刻ｔ３２までの受信フレームＦ２による間欠受信モードＭ２では、間欠受信部３ｂにより、時刻ｔ４１，ｔ４２，ｔ４３，ｔ４４（時間間隔Ｄ１）において無線信号Ｓ１が受信され、また、時刻ｔ５１，ｔ５２，ｔ５３，ｔ５４（時間間隔Ｄ２）において無線信号Ｓ２が受信され、それらに含まれるそれぞれのＩＤナンバー情報が認証に使用される。

また、この例では、間欠受信部３ｂにおいて無線信号Ｓ１，Ｓ２を１回ずつ受信した後の時刻ｔ２３において、時刻ｔ２２で一旦終了された信号検出モードＭ１を信号検出部３ａによって再度実行する（ラインＬ６２の中段部）。このとき、時刻ｔ１３において無線送信機１３から時間間隔Ｄ３（無線信号Ｓ１２，Ｓ１３の時間間隔Ｄ１１，Ｄ１２よりも例えば長い）で、無線信号Ｓ１３が間欠送信される（ラインＬ５３）と、信号検出部３ａで時刻ｔ２３に再開した信号検出モードＭ１の受信フレームＦ１内で、その無線信号１３が複数検出される。

信号検出部３ａは、それらの複数の無線信号Ｓ３の時間間隔Ｄ３を計測した後、信号検出モードＭ１を、例えば時刻ｔ２４において終了し、また一定の時間が経過した後に、例えば時刻ｔ２５に信号検出モードＭ１を再々度再開して時刻ｔ２６まで実行する（ラインＬ６２の後段部参照；以下同様にして繰り返す）。

次に、間欠受信部３ｂは、信号検出部３ａによる無線信号Ｓ３の時間間隔Ｄ３の計測値に基づいて、実質的に時刻ｔ３１から実行されている間欠受信モードＭ２における受信フレームＦ２を、無線信号Ｓ３の送信タイミングにも同期させた受信フレームとして設定し直し、その間欠受信モードＭ２において、間欠受信部３ｂにより、例えば時刻ｔ６１で無線信号Ｓ３を受信し、それに含まれるＩＤナンバー情報を認証に使用する。

このような処理手順を有する本実施形態においても、信号検出モードＭ１において検出した無線信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の時間間隔Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３に基づいて、それらの無線信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の送信タイミングに受信モードが同期するように受信フレームＦ２を設定して間欠受信モードＭ２を実行するので、従来に比して無線受信機２側の消費電力を低く抑えることができる。

また、間欠送信される無線信号Ｓ１，Ｓ２の時間間隔Ｄ１，Ｄ２と、間欠送信される無線信号Ｓ３の時間間隔Ｄ３が異なっていても、カウンタ等の他のクロック信号やトリガー信号を使用することなく、実際の無線信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の各時間間隔Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を実測し、その結果に基づいて、それぞれに対する受信タイミングを確実に同期させることができる。

なお、上述したとおり、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な変形が可能である。例えば、無線送信機１には、太陽電池４１を用いなくてもよく、また、太陽電池４１以外の光エネルギーを電気エネルギーに変換する光発電素子を用いてもよく、さらに、補助的に、振動エネルギーを電気エネルギーに変換する振動発電素子、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子、電磁エネルギーを電気エネルギーに変換する電磁誘導発電素子等がともに搭載されてもよい。また、太陽電池４１を用いない場合には、収容ケース１０は、光エネルギーを透過しない程度に不透明であっても構わない。

また、無線通信システム１００がセキュリティゲート装置といった動体を認識して何らかの機器（例えばフラッパーゲート等）を作動させることが必要なシステムである場合には、無線受信機２の無線モジュール７０に、そのような動体を感知するセンサ等を更に備えていてもよい。かかるセンサとしては、赤外線センサ等を例示することができる。

以上説明したとおり、本発明の無線受信機、無線通信システム、及びプログラムは、第１の受信フレームを用いて実行される信号検出モードにおいて、無線送信機からの無線信号を確実に検出することができ、その後、その検出結果に基づいて、無線信号の送信タイミングと受信タイミングを確実に同期させることができる第２の受信フレームを用いて間欠受信モードを実行することにより、極めて簡易な構成で消費電力を低減することが可能となるので、パーソナルコンピュータ、レジスター装置、及び携帯端末機器等の使用管理、セキュリティゲート装置他の入退管理といった種々のセキュリティ分野等に広く利用することができる。

１…無線送信機、２…無線受信機、３ａ…信号検出部（信号処理回路）、３ｂ…間欠受信部（信号処理回路）、１０…収容ケース、２０…アンテナ素子、３０…送信モジュール、３１…信号処理回路、３２…高周波回路、４０…電源部、４１…太陽電池、４２…二次電池、４３…充電回路、５０…無線モジュール、６０…筐体、７０…無線モジュール、７１…アンテナ素子、７２…高周波回路、７３…信号処理回路、８０…電源部、１００…無線通信システム、１０００…システム側機器、Ｆ１…受信フレーム（第１の受信フレーム）、Ｆ２…受信フレーム（第２の受信フレーム）、Ｍ１…信号検出モード、Ｍ２…間欠受信モード、Ｓ…無線信号。

Claims (5)

1. 信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ部を有し、且つ、無線信号を送信する状態にある送信モード、及び、無線信号を送信しない状態にある待機モードを有する間欠送信動作を行う無線送信機から送信された前記無線信号を受信するものであり、信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ部を有する無線受信機であって、
   前記無線送信機から間欠送信される無線信号を常に受信可能な状態に保持するように構成された第１の受信フレーム、及び、前記無線送信機から間欠送信される無線信号を受信可能な受信モードと該無線信号を受信不能な待機モードとを切り替えるように構成された第２の受信フレームを設定する制御部を備え、
   前記制御部は、信号検出モードとして、前記第１の受信フレームにおいて前記無線送信機から前記無線信号が送信されていることを検出し、該無線信号が検出されたときに、間欠受信モードとして、前記第２の受信フレームにおいて受信した前記無線信号から該無線信号に含まれる情報を読み取る間欠受信動作を実行し、
   前記間欠受信モードにおける前記第２の受信フレーム内に前記無線信号が検出されないときに、前記第１の受信フレームを設定して前記信号検出モードを複数回断続的に実行し、
   前記間欠受信モードにおける前記第２の受信フレーム内に前記無線信号が検出されない時間をＮ１とし、前記信号検出モードにおける前記第１の受信フレームの開始から終了までの時間をＮ２とし、及び、前記複数回の信号検出モードの時間間隔をＮ３としたときに、下記式（１）；
   Ｎ３＜Ｎ２＜Ｎ１ …（１）、
   で表される関係が満たされる、
   無線受信機。
2. 前記制御部は、前記信号検出モードにおける前記第１の受信フレームにおいて受信された前記無線送信機から間欠送信される複数の無線信号の時間間隔を計測し、該時間間隔の計測値に基づいて、前記間欠受信モードにおける前記第２の受信フレームを設定する、
   請求項１記載の無線受信機。
3. 前記制御部は、前記無線送信機から間欠送信される複数の無線信号の時間間隔で、前記第２の受信フレームにおける前記受信可能な状態と前記受信不能な状態が交互に繰り返されるように該第２の受信フレームを設定する、
   請求項２記載の無線受信機。
4. 信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ部を有し、且つ、無線信号を送信する状態にある送信モード、及び、無線信号を送信しない状態にある待機モードを有する間欠送信動作を行う無線送信機と、
   請求項１〜３の何れか１項記載の無線受信機と、
   を備える無線通信システム。
5. 信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ部を有し、且つ、無線信号を送信する状態にある送信モード、及び、無線信号を送信しない状態にある待機モードを有する間欠送信動作を行う無線送信機から送信された前記無線信号を受信するものであり、信号処理回路、高周波回路、及びアンテナ部を有する無線受信機に用いられるプログラムであって、
   コンピュータに、
   前記無線送信機から間欠送信される無線信号を常に受信可能な状態に保持する第１の受信フレーム、及び、前記無線送信機から間欠送信される無線信号を受信可能な受信モードと該無線信号を受信不能な待機モードとを切り替えるように構成された第２の受信フレームを設定する制御機能を実現させるためのものであり、
   前記制御機能が、信号検出モードとして、前記第１の受信フレームにおいて前記無線送信機から前記無線信号が送信されていることを検出し、該無線信号が検出されたときに、間欠受信モードとして、前記第２の受信フレームにおいて受信した前記無線信号から該無線信号に含まれる情報を読み取る間欠受信動作を実行し、
   前記間欠受信モードにおける前記第２の受信フレーム内に前記無線信号が検出されないときに、前記第１の受信フレームを設定して前記信号検出モードを複数回断続的に実行し、
   前記間欠受信モードにおける前記第２の受信フレーム内に前記無線信号が検出されない時間をＮ１とし、前記信号検出モードにおける前記第１の受信フレームの開始から終了までの時間をＮ２とし、及び、前記複数回の信号検出モードの時間間隔をＮ３としたときに、下記式（１）；
   Ｎ３＜Ｎ２＜Ｎ１ …（１）、
   で表される関係が満たされる、
   プログラム。
   

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