JP5617345B2 - キャリアセンス装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、無線信号を用いて通信を行う無線装置に関するもので、特に電池駆動の無線装置に関するものである。

従来の電池駆動の無線装置は、省電力の観点から間欠的に起動して受信電波強度から信号の有無を判断し、信号なしと判断した場合は待機状態に戻り、信号ありと判断した場合にデータ受信動作を開始し、特定信号の検出を行いながら一定時間の経過により信号なしと判断する信号判定手段を用いて構成されていた（例えば、特許文献１参照）。

この無線通信システムは図４のフロー図に示すように、受信電波強度を確認（キャリアセンス）し（Ｓ４０１）、キャリアが検出されなければ受信を終了し（Ｓ４０２からＳ４０７へ）、キャリアありと判定されればビット同期検出を開始し（Ｓ４０２からＳ４０３へ）、検出が終了すれば以降の電文を受信し（Ｓ４０４からＳ４０５、Ｓ４０６のループへ）、データ終了により受信終了（Ｓ４０６からＳ４０７へ）する。また、ビット同期検出ができない場合（Ｓ４０４、ＮＯ）には、規定時間ＴＨの経過を判定し（Ｓ４０８）、規定時間ＴＨをすぎれば受信を終了して（Ｓ４０８からＳ４０７へ）待機状態に戻るようになっていた。

特開平８−１０２６８４号公報

しかしながら、上記特許文献１のように１回目のキャリアセンス判定でキャリア有無を判断する場合、受信電波強度であるＲＳＳＩ検出回路が出力するＲＳＳＩ値は、デジタル処理による信号通過の遅延やフィルタ特性などの影響で立ち上がりに時間を要するため、この過渡特性を考慮して過渡期であるＲＳＳＩ値立ち上がり期間経過後にキャリア有無を判断する必要がある。

また、送信電波に対してキャリアなし判断が１回しか行われないことがある場合は、ＲＳＳＩ値の平均化などを行い判定の精度を上げることも必要になる。

また、上記特許文献１のようにノイズ等によりキャリアありとなった場合でもビット同期検出が出来ない場合に受信をやめることも一定の効果は期待できるが、セキュリティ機器や火災警報器などは、設置時にノイズ等妨害のない周波数を複数から選択可能であり、ほとんどキャリアセンスありになることがないため、いかに速くキャリアなしを判断して待機状態に戻すかが電池寿命や製品として必要な電池の大きさや本数に多大な影響を与える。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、簡単な構成、方法によりキャリアなしの判断を速く行うことができるキャリアセンス装置、及び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、受信電波強度を測定するＲＳＳＩ検出回路の過渡特性を考
慮し、ＲＳＳＩ値の立ち上がり途中でキャリアセンス判定を行う。

このキャリアセンス判定は、回路バラつきや温度変動によるバラつきを考慮するとＲＳＳＩ値立ち上がり途中ではキャリアありかなしかの明確な識別が困難な受信電波強度があるが、キャリアなしが明確な受信電波強度のみを早期に判定する手段も備えることで、早期にキャリアセンスを終了して待機状態に戻すことができるようにする。

無線通信装置において電池駆動の生涯電池交換しない製品では、電池本数減少や電池容量を小さくできることで製品の小型化及びコストダウンが可能となる。

同じ電池を使用する場合は電池寿命を延ばすことができ、ユーザーが電池交換する製品ではユーザーの電池交換の頻度が下がり、ユーザーの交換作業と電池購入の負担が減る効果がある。

本発明の実施の形態１における全体構成図 本発明の実施の形態１における動作フロー図 本発明の実施の形態１における電波強度によるＲＳＳＩ値と経過時間の関係図 従来の無線通信システムの間欠受信動作フロー図

第１の発明は、アンテナと、アンテナから入力した受信信号の電波強度を測定して数値化するＲＳＳＩ検出手段と、ＲＳＳＩ検出手段の起動後から時間を測定するタイマカウント手段と、ＲＳＳＩ検出手段の計測値に基づいてアンテナで受信した受信信号をキャリア
ありとするかなしとするかを判定するキャリアセンス手段とを備え、キャリアセンス手段は（１）タイマカウント手段が第１所定時間をカウントしたときにＲＳＳＩ検出手段による計測値が第１閾値以下であればキャリアなしと判定し、（２）タイマカウント手段が第１所定時間よりも長く、ＲＳＳＩ検出手段による測定値の変動が所定の範囲で収まるまでの時間よりも短い第２所定時間をカウントしたときにＲＳＳＩ検出手段による計測値が第１閾値よりも大きい値である第２閾値以下であればキャリアなしと判定し、（３） 上記（１）、（２）以外の場合であって、ＲＳＳＩ検出手段の１回以上の平均により求められる測定平均値が第３閾値以下であればキャリアなしと判定し、（４）上記（１）、（２）、（３）以外の場合にキャリアありと判定するものである。

これによれば、ＲＳＳＩ値の過渡期である立ち上がり途中でキャリアなしが判断できるので、電波がないときは早期に無線通信待機状態に戻すことができる。

第２の発明は、第１の発明であるキャリアセンス装置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である。これによれば、電気・情報機器、コンピュータ、等のハードリソースを協働させて本発明の少なくとも一部を簡単なハードウェアで実現できる。また記録媒体に記録したり通信回線を用いてプログラムを配信したりすることでプログラムの配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。

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、本受信機の全体構成を示す構成図である。また、図２は、本実施の形態１による受信機のキャリアセンス手段の動作を示すフロー図である。図３はキャリアセンス時の電波強度によるＲＳＳＩ値と経過時間の関係図である。

図１において、１はアンテナ、２は高周波フィルタ、３はＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ
Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、４はミキサ、５は局部発振器、６はチャネル選択フィルタ、７は電波強度測定ＲＳＳＩ検出手段、８はキャリアセンス手段である。また、図示されていないが、時間経過を計測するタイマカウント手段を備えている。

アンテナ１に入力した送信機からの高周波信号は、高周波フィルタ２を経由して、ＬＮＡ３で増幅される。そして、局部発振器５の信号とミキサ４でミキシングされて、低い周波数（中間周波数）信号に変換される。更にチャネル選択フィルタ６で不要チャネル成分が除去される。チャネル選択フィルタ６の出力は電波強度測定ＲＳＳＩ検出手段７に入力されて、電波強度測定ＲＳＳＩ検出手段７が電波強度を数値化したＲＳＳＩ値を出力しキャリアセンス手段８に入力される。

ここで、キャリアセンス手段８について、図２と図３を参照しながら動作の流れを説明する。

まず、キャリアセンス動作開始時にキャリアセンス手段８はタイマカウント手段を起動して、時間Ｔｃ１とＴｃ２のタイマカウントを開始する（ステップＳ２０１）。なお、図３においてタイマカウント開始は横軸の経過時間が０［μｓ］のところにあたる。

次に、キャリアセンス手段８はタイマカウント手段が時間Ｔｃ１をカウントするまで待つ（ステップＳ２０２）。時間Ｔｃ１経過までの期間は、図３に示すように、送信機からの高周波信号がアンテナ１から入力されてから電波強度測定ＲＳＳＩ検出手段７までのデジタル処理による信号通過するまでの遅延により、電波強度測定ＲＳＳＩ検出手段７が出力するＲＳＳＩ値は、しばらく０が続いてからチャネル選択フィルタ６の特性などにより時間経過と共に立ち上がってくる。

時間Ｔｃ１経過時点でキャリアセンス手段８は電波強度測定ＲＳＳＩ検出手段７が出力するＲＳＳＩ値を取得する（ステップＳ２０３）。そして、キャリアセンス手段８は電波強度測定ＲＳＳＩ検出手段７から取得したＲＳＳＩ値を閾値Ｖｃ１と比較する（ステップＳ２０４）。

ステップＳ２０４において比較の結果、電波強度測定ＲＳＳＩ検出手段７から取得したＲＳＳＩ値が閾値Ｖｃ１以下であった場合は、受信電波がないと判断し「キャリアなし確定」とし（ステップＳ２１４）、キャリアセンスを終える。

また、ステップＳ２０４において比較の結果、電波強度測定ＲＳＳＩ検出手段７から取得したＲＳＳＩ値が閾値Ｖｃ１を超える場合は、受信電波がないと断定できないため次のキャリアセンス判定ステップへ移行し、キャリアセンス手段８はタイマカウント手段が時間Ｔｃ２をカウントするまで待つ（ステップＳ２０５）。

タイマカウント手段が時間Ｔｃ２をカウントする時点で、キャリアセンス手段８は電波強度測定ＲＳＳＩ検出手段７が出力するＲＳＳＩ値を取得する（ステップＳ２０６）。そして、キャリアセンス手段８は電波強度測定ＲＳＳＩ検出手段７から取得したＲＳＳＩ値を閾値Ｖｃ２と比較する（ステップＳ２０７）。

ステップＳ２０７において比較の結果、電波強度測定ＲＳＳＩ検出手段７から取得したＲＳＳＩ値が閾値Ｖｃ２以下であった場合は、受信電波がないと判断し「キャリアなし確定」とする（ステップＳ２１４）。

また、ステップＳ２０７において比較の結果、電波強度測定ＲＳＳＩ検出手段７から取得したＲＳＳＩ値が閾値Ｖｃ２を超える場合は、受信電波がないと断定できないため最終のキャリアセンス判定ステップへ移行し、電波強度測定ＲＳＳＩ検出手段７が出力するＲＳＳＩ値を複数回取得してＲＳＳＩ値の平均値を算出する（ステップＳ２０８〜Ｓ２１１）。

キャリアセンス手段８は、ステップＳ２１１により算出されたＲＳＳＩ値の平均値を閾値Ｖｃ３と比較する（ステップＳ２１２）。

ステップＳ２１２において比較の結果、ＲＳＳＩ値の平均値が閾値Ｖｃ３以下であった場合は、受信電波がないと判断し「キャリアなし確定」とする（ステップＳ２１４）。

また、ステップＳ２１２において比較の結果、ＲＳＳＩ値の平均値が閾値Ｖｃ３を超える場合は、受信電波があると判断し「キャリアあり確定」とする（ステップＳ２１３）。

なお、ＲＳＳＩ値と閾値の比較回数を３回としたが、処理に余裕があれば回数を増やしてキャリアなし確定判断を増やしてもよい。

ここで、タイマカウント手段がカウントする時間Ｔｃ１、Ｔｃ２について説明する。

時間Ｔｃ１は、電波強度測定ＲＳＳＩ検出手段７が出力するＲＳＳＩ値の立上り過渡特性を考慮して決められる値であり、計測データに基づいて事前に設定された上で不揮発性メモリに記憶される。なお、図３に示されている電波強度−８０ｄＢｍ、−１００ｄＢｍ、―１１０ｄＢｍ、−１３６ｄＢｍの場合のＲＳＳＩ値の変化が示すように、電波強度が強いほどＲＳＳＩ値の立ち上がりの変化が大きい特性を持っている。

また、時間Ｔｃ２は、時間Ｔｃ１よりも大きい値であって、電波強度測定ＲＳＳＩ検出手段７が出力するＲＳＳＩ値が上昇し続けるＲＳＳＩ値の立上り過渡期の終了まで（例えば、ＲＳＳＩ値が前回出力値以下になるまで）の期間と、ＲＳＳＩ値は安定する期間（例えば、ＲＳＳＩ出力値±５の変化範囲に収まることを安定とする）とから考慮される値であり、ＲＳＳＩ値が安定する期間より短い値である。時間Ｔｃ２は、計測データに基づいて事前に設定された上で不揮発性メモリに記憶される。

また、キャリアセンス手段８が比較する閾値Ｖｃ１、閾値Ｖｃ２、閾値Ｖｃ３について説明する。

閾値Ｖｃ１は、ＲＳＳＩ値の立上り過渡特性を利用し、電波強度が−１１０ｄＢｍの場合に、時間Ｔｃ１経過時点において、温度変動などＲＳＳＩ値の出力精度を加味して確実に受信電波がないと判断できる値とする。閾値Ｖｃ１は、計測データに基づいて事前に設定された上で不揮発性メモリに記憶したり、キャリア有無の境界の電波強度でのＲＳＳＩ値安定時の５０％と比率で設定したり外部から有線通信などで設定するとしてもよい。

また、閾値Ｖｃ２は、電波強度が−１１０ｄＢｍの場合に、時間Ｔｃ２経過時点において、温度変動などＲＳＳＩ値の出力精度を加味して確実に受信電波がないと判断できる値とする。閾値Ｖｃ２は、計測データに基づいて事前に設定された上で不揮発性メモリに記
憶したり、キャリア有無の境界の電波強度でのＲＳＳＩ値安定時の９０％と比率で設定したり外部から有線通信などで設定するとしてもよい。

また、閾値Ｖｃ３は固定値としたり個別に調整して不揮発性メモリに記憶したり、外部から有線通信などで設定を行ったりしてもよい。

以上のように本実施の形態においては受信電波強度を測定し数値化したＲＳＳＩ値の立ち上がり特性を考慮したタイミングで確実に電波なしであることが断定できるしきい値を持つことでＲＳＳＩ値の過渡期である立ち上がり途中でキャリアなしが判断できるので、電波がないときは早期に無線通信待機状態に戻すことができ、電池駆動の生涯電池交換しない製品では、電池本数減少や電池容量を小さくできることで製品の小型化及びコストダウンが可能となる。

以上のように本発明にかかるキャリアセンス装置は、キャリアセンス時の低消費電力化が可能となるので、無線通信機器において受信待ち受けの多い電池駆動製品全般に適用できる。

１ アンテナ
２ 高周波フィルタ
３ ＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）
４ ミキサ
５ 局部発振器
６ チャネル選択フィルタ
７ 電波強度測定ＲＳＳＩ検出手段
８ キャリアセンス手段

Claims (2)

1. アンテナと、
   前記アンテナから入力した受信信号の電波強度を測定して数値化するＲＳＳＩ検出手段と、
   前記ＲＳＳＩ検出手段の起動後から時間を測定するタイマカウント手段と、
   前記ＲＳＳＩ検出手段の計測値に基づいて前記アンテナで受信した受信信号をキャリアありとするかなしとするかを判定するキャリアセンス手段とを備え、
   前記キャリアセンス手段は下記の（１）から（４）の判定基準に基づいてキャリアありとするかなしとするかを判定するキャリアセンス装置。
   （１） 前記タイマカウント手段が第１所定時間をカウントしたときに前記ＲＳＳＩ検出手段による計測値が第１閾値以下であればキャリアなしと判定する。
   （２） 前記タイマカウント手段が第１所定時間よりも長く、前記ＲＳＳＩ検出手段による測定値の変動が所定の範囲で収まるまでの時間よりも短い第２所定時間をカウントしたときに前記ＲＳＳＩ検出手段による計測値が前記第１閾値よりも大きい値である第２閾値以下であればキャリアなしと判定する。
   （３） 上記（１）、（２）以外の場合であって、前記ＲＳＳＩ検出手段の１回以上の平均により求められる測定平均値が第３閾値以下であればキャリアなしと判定する。
   （４） 上記（１）、（２）、（３）以外の場合にキャリアありと判定する。
2. 請求項１記載のキャリアセンス装置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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