JP6498410B2 - Wireless communication system - Google Patents
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Description
本発明は、複数の無線タグを利用する無線通信システムに関する。 The present invention relates to a wireless communication system using a plurality of wireless tags.
これまでの無線通信は、ある時系列上において、一つの受信機に対して一つの送信機だけが信号送信が可能であった。一つの受信機に対し、複数の送信機が同時に信号を送信すると、それは混信となり、信号の伝送が正常に行われなかった。
これまで、多数の送信機を用いる無線通信で混信を回避するために、符号分割多元接続、時分割多元接続、周波数分割多元接続等の多元接続が用いられている。
In conventional wireless communication, only one transmitter can transmit a signal to one receiver on a certain time series. When a plurality of transmitters simultaneously transmit a signal to one receiver, it causes interference and signal transmission is not performed normally.
Up to now, multiple access such as code division multiple access, time division multiple access, frequency division multiple access, and the like has been used to avoid interference in wireless communication using a large number of transmitters.
特許文献1には、回路規模及び処理時間の増大を抑止しつつ干渉信号の影響を軽減することを可能とする受信装置と受信方法の技術内容が開示されている。
従来の多元接続は、デジタルの信号の送信で実現しており、無線タグの場合は、予めROMに記憶されているID情報をそのまま送信する等の、軽微な回路負荷であるので、多元接続が安価に実現できた。しかし、多元接続をするために無線タグ側で電力制御を行う場合があることや、加速度センサなどの出力信号を送信する場合は、信号をA/D変換器でデジタルデータに変換する必要があり、無線タグ側で多大な電力が消費される。また、占有帯域幅が原理的に拡がり、回路規模も増大する。従来の時間分割多元接続(TDMA)及び周波数分割多元接続(FDMA)では、回路規模が大きくなり、符号分割多元接続(CDMA)では、拡散符号を与えるため回路規模を大きくすることなく実現できるが、中心周波数に対して均等に拡散されることにより多重度が大きくなる遠近問題が発生し、送信側で電力制御を行う必要がでてくる。したがって、無線タグにセンサを装備した無線端末を用いて多元接続を低電力で、かつ安価に実現するには、多元接続をできるだけ簡易に実施することが重要である。 Conventional multiple access is realized by digital signal transmission. In the case of a wireless tag, since it is a light circuit load such as transmitting ID information stored in advance in ROM as it is, multiple access is not possible. It was realized at a low cost. However, when performing power control on the wireless tag side in order to make multiple connections, or when transmitting an output signal such as an acceleration sensor, it is necessary to convert the signal to digital data with an A / D converter A large amount of power is consumed on the wireless tag side. In addition, the occupied bandwidth increases in principle, and the circuit scale also increases. In conventional time division multiple access (TDMA) and frequency division multiple access (FDMA), the circuit scale is large, and in code division multiple access (CDMA), it can be realized without increasing the circuit scale to give a spreading code. A perspective problem in which multiplicity is increased by spreading evenly with respect to the center frequency occurs, and it is necessary to perform power control on the transmission side. Therefore, in order to realize multiple access with low power and low cost using a wireless terminal equipped with a sensor in a wireless tag, it is important to implement multiple access as easily as possible.
本発明はかかる課題を解決し、低価格な無線端末を多数用いて、多元接続による混信を除去して無線通信を可能とする、無線通信システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a wireless communication system that solves such problems and enables wireless communication by using many low-cost wireless terminals to eliminate interference due to multiple access.
本発明の無線通信システムは、無変調波源、複数のセンサ端末、インテロゲータ及び受信機を備える。無変調波源は、複数のセンサ端末のアンテナから反射波を発生させるために、複数のセンサ端末に対し無変調波を発信する。
各センサ端末は、無変調波源からの無変調波を受信して反射波を発生するアンテナと、所定周波数またはこの所定周波数の高調波の副搬送波周波数を生成する副搬送波源と、副搬送波源が出力する副搬送波周波数によって、アンテナに対して、開放端と短絡端とを切り替えて接続するスイッチと、所定周波数またはその高調波の副搬送波周波数を、各センサ端末のセンサである信号源からの信号により変調する、複数の変調方式が選択可能な変調部と、を備える。
インテロゲータは、通信可能な範囲内に存在する全てのセンサ端末を把握するため、複数のセンサ端末との対話処理を行い、通信可能な前記複数のセンサ端末の目録を作成するとともに、複数のセンサ端末に対して所定周波数またはその高調波の副搬送波周波数を割り当てる双方向通信を行う。そして、その結果作成される各センサ端末の所定周波数またはその高調波の副搬送波周波数が、副搬送波周波数の低い順に格納される副搬送波周波数フィールドと、各センサ端末の復調の順番が格納される復調順フィールドと、複数のセンサ端末の各センサ端末の変調部の変調方式を格納する変調フィールドを含むセンサ端末リストを作成して、受信機に送信する。
また、受信機は、各センサ端末から送信された反射波を受信した受信データを一旦格納する入力バッファと、センサ端末リストの各センサ端末の復調順フィールドの値に基づいて、入力バッファ内のデータから副搬送波周波数フィールドに格納されている各センサ端末の副搬送波周波数を用いて、副搬送波周波数の低い順に順番に復調して復調データを得る復調演算部を備える。さらに、受信機は、入力バッファ内のデータから副搬送波周波数の割り当てデータと復調データを用いて各センサ端末の所定周波数またはその高調波の副搬送波周波数との間に発生する干渉を除去して逐次干渉除去データを生成する逐次干渉除去部を備える。また、逐次干渉除去データを入力バッファに上書きコピーするともに、センサ端末リストを参照して復調演算部の復調の順番を制御する復調シーケンス制御部を備える。
The wireless communication system of the present invention includes an unmodulated wave source, a plurality of sensor terminals, an interrogator, and a receiver. The unmodulated wave source transmits unmodulated waves to the plurality of sensor terminals in order to generate reflected waves from the antennas of the plurality of sensor terminals.
Each sensor terminal includes an antenna for generating a received and reflected wave unmodulated wave from continuous wave sources, and the sub-carrier source that generates a predetermined frequency or subcarrier frequency harmonics of the predetermined frequency, the subcarrier source A switch that switches between an open end and a short-circuit end to connect to the antenna, and a subcarrier frequency of a predetermined frequency or a harmonic thereof from a signal source that is a sensor of each sensor terminal. modulating the signal, a plurality of modulation schemes and a modulation unit capable choice.
The interrogator performs an interactive process with a plurality of sensor terminals to grasp all the sensor terminals existing within a communicable range, creates an inventory of the plurality of sensor terminals capable of communication, and a plurality of sensor terminals Two-way communication is performed in which a predetermined frequency or a subcarrier frequency of a harmonic thereof is assigned. Then, a predetermined frequency or subcarrier frequency of the harmonics of each sensor terminal that is created as a result is, the subcarrier frequency fields that are stored in ascending order of subcarrier frequency, the order of demodulation of the sensor terminals is stored demodulated A sensor terminal list including a forward field and a modulation field storing the modulation scheme of the modulation unit of each sensor terminal of the plurality of sensor terminals is created and transmitted to the receiver.
The receiver comprises an input buffer for storing data received reflected wave transmitted from the sensor terminal once, and have groups Dzu the value of the demodulation order field of each sensor terminal of the sensor terminal list, in the input buffer using auxiliary transport Namishu wave number of each sensor terminal stored from the data in the sub-carrier frequency field comprises a demodulation calculation section for obtaining a demodulated data in ascending order of subcarrier frequency and demodulates sequentially. Further, the receiver uses the subcarrier frequency allocation data and the demodulated data from the data in the input buffer to eliminate interference generated between a predetermined frequency of each sensor terminal or a subcarrier frequency of a harmonic thereof, and sequentially A successive interference canceler that generates interference cancel data is provided. In addition, it includes a demodulation sequence control unit that overwrites and copies the successive interference cancellation data to the input buffer and controls the demodulation order of the demodulation calculation unit with reference to the sensor terminal list .
本発明によれば、低価格な無線端末を多数用いて、多元接続による混信が除去された無線通信を可能とする無線通信システムを提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the radio | wireless communications system which enables the radio | wireless communication from which interference by multiple access was removed using many low-cost radio | wireless terminals can be provided.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
[基礎技術の実証実験]
本実施形態の説明に入る前に、本発明の基礎となる技術の実証実験とその結果を説明する。
図1は、通信システムの実験設備101の概略を示すブロック図である。
実際の実験設備101は空中線を用いず、電波に相当する信号を同軸ケーブルに通して、同軸ケーブル内で実験を行ったが、後述する実施形態との親和性を考慮して、図1では空中線を用いた場合を想定したブロック図を示している。
無変調波源102は、900MHzの信号を発する。無変調波源102には無変調波アンテナ103が接続されており、無変調波アンテナ103から900MHzの無変調波が発信される。
無変調波アンテナ103から無変調波が強い電界強度で届く程度の距離に、同一の内部構成を有する第一送信機104と第二送信機105が設けられる。以下、第一送信機104の内部構成を説明し、第二送信機105は第一送信機104との相違点のみ説明する。
[Demonstration experiment of basic technology]
Prior to the description of the present embodiment, a demonstration experiment of the technology that is the basis of the present invention and its result will be described.
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of an
The actual
The unmodulated wave source 102 emits a 900 MHz signal. An
The
第一送信機104は、電池等の独立した電源を持たない代わりに、アンテナ106から受信した電波の電力を回路駆動電力に変換する電源部107を有する。
アンテナ106には電源部107の他に、位相変調部108とSPDTスイッチ109が接続されている。
SPDTスイッチ109は、第一副搬送波源110が出力する矩形波信号(第一副搬送波)によって、アンテナ106に対し、開放端109aと短絡端109bとを切り替えて接続する。SPDTスイッチ109によって、アンテナ106のインピーダンスは第一副搬送波の周期にて変化する。すると、アンテナ106から得られる無変調波の反射波には、第一副搬送波が重畳される。
The
In addition to the
The SPDT switch 109 switches and connects the
位相変調部108には、信号源である第一センサ111が接続されている。位相変調部108は第一副搬送波に対し、第一センサ111の信号によって位相変調を行う。
第一送信機104は、以上の構成によって、無変調波源102から送信される無変調波に対し、周知のバックスキャッタ(負荷変調)を施す。すると、第一副搬送波が第一センサ111の信号によって位相変調された反射波が、アンテナ106から送信される。
A
With the above configuration, the
第一送信機104の第一副搬送波源110は、9kHzの矩形波を出力する。第二送信機105の第二副搬送波源112は、27kHzの矩形波信号(第二副搬送波)を出力する。そして、第二送信機105の位相変調部108は、第二副搬送波に対し、第二センサ113の信号によって位相変調を行う。
つまり、第一副搬送波(9kHz)に対し、第二副搬送波(27kHz)は三次の高調波の関係にあり、更に変調方式が共に同一の位相変調である。したがって、受信機が第一送信機104と第二送信機105の電波を同時に受信すると、どちらか空中線電力の強い方の電波によって、弱い方の電波がかき消され、受信できなくなる。周知のように、周波数変調(FM)や位相変調(PM)は、弱い信号が強い信号によってマスキングされる。
すなわち本実験では、第一送信機104と第二送信機105にて、極めて不利な条件の混信を実施している。
The first subcarrier source 110 of the
That is, the second subcarrier (27 kHz) has a third harmonic relationship with respect to the first subcarrier (9 kHz), and the modulation scheme is the same phase modulation. Therefore, when the receiver receives the radio waves of the
That is, in this experiment, the
受信機114は、アンテナ115を有するA/D変換部116とソフトウェア受信部117よりなる。
図2は、受信機114のブロック図である。
A/D変換部116は、アンテナ115から受信した電波を同調回路201で抽出した後、RFアンプ202で増幅する。RFアンプ202で増幅された高周波信号は、第一ミキサ203と第二ミキサ204に入力される。第一ミキサ203には局部発振器205から出力される、電波の周波数より僅かに低い周波数の局発信号が入力される。第二ミキサ204には局発信号を90°移相器206で90°位相をずらされた信号が入力される。
The
FIG. 2 is a block diagram of the
The A /
第一ミキサ203から出力される信号は、第一ローパスフィルタ(以下「LPF」)207を通じて、電波の周波数から局発信号の周波数を減算したI信号が出力される。同様に、第二ミキサ204から出力される信号は、第二LPF208を通じて、電波の周波数から局発信号の90°移相した周波数を減算したQ信号が出力される。すなわち、局部発振器205、第一ミキサ203、90°移相器206、第二ミキサ204、第一LPF207及び第二LPF208は、周知の直交検波回路(クワドラチャミキサ)を構成する。
I信号とQ信号は、A/D変換器209によってデジタルデータに変換されて、ソフトウェア受信部117に出力される。
A/D変換部116は、直交検波回路を用いたダウンコンバータと、A/D変換器209によるA/D変換の機能を有する。
The signal output from the first mixer 203 is passed through a first low-pass filter (hereinafter “LPF”) 207 to output an I signal obtained by subtracting the frequency of the local oscillation signal from the frequency of the radio wave. Similarly, the signal output from the
The I signal and the Q signal are converted into digital data by the A /
The A /
ソフトウェア受信部117はパソコン等の周知の電子計算機であり、プログラムによって演算機能が実現される。
A/D変換部116のA/D変換器209から出力されるI信号とQ信号のデータは、受信データ210として図示しない所定の記憶装置に一旦保存される。
受信データ210は先ず、第一復調演算部211によって、第一送信機104が送信した電波の復調が行われる。その際、第一復調演算部211には、第一副搬送波情報212、すなわち「9kHz」という情報が、復調演算の際に用いられる。こうして、第一復調演算部211は第一復調データ213を出力する。この第一復調データ213は第一センサ111のアナログ信号をA/D変換したデータに相当する。
The
The data of the I signal and the Q signal output from the A /
The received
第一復調データ213と受信データ210は、逐次干渉除去部214に供給される。逐次干渉除去部214は、受信データ210から第一復調データ213によって生じた干渉を除去する。
逐次干渉除去部214の出力データは、第二復調演算部215によって、第二送信機105が送信した電波の復調が行われる。その際、第二復調演算部215には、第二副搬送波情報216、すなわち「27kHz」という情報が、復調演算の際に用いられる。こうして、第二復調演算部215は第二復調データ217を出力する。この第二復調データ217は第二センサ113のアナログ信号をA/D変換したデータに相当する。
The first
The output data of the successive
図3Aは、第一センサ111が出力した原信号と、第一復調演算部211が出力した復調データをアナログに変換した信号とを比較したグラフである。一点鎖線が原信号であり、実線が測定信号である。
図3Bは、第二センサ113が出力した原信号と、第二復調演算部215が出力した復調データをアナログに変換した信号とを比較したグラフである。一点鎖線が原信号であり、実線が測定信号である。
図3Cは、第二センサ113が出力した原信号と、第二復調演算部215が出力した復調データをアナログに変換した信号と、逐次干渉除去部214を通さずに第二復調演算部215が出力した復調データをアナログに変換した信号とを比較したグラフである。点線が原信号であり、一点鎖線が復調した信号であり、実線が逐次干渉除去部214を通さずに復調した信号である。
何れのグラフも縦軸は電圧であり、横軸は時間(msec)である。
FIG. 3A is a graph comparing the original signal output from the
FIG. 3B is a graph comparing the original signal output from the
3C shows the original signal output from the
In any graph, the vertical axis represents voltage, and the horizontal axis represents time (msec).
図3Aと図3Bを比較すると、図3Bの波形には、一部に第一復調データ213の影響による信号の乱れが確認できるものの、復調信号は概ね原信号に近い再生波形を得ることができている。
更に、図3Cを見ると、逐次干渉除去部214による逐次干渉除去の効果は極めて大きいことが判る。
逐次干渉除去部214を通した復調信号と、逐次干渉除去部214を通さない復調信号との誤差の標準偏差をそれぞれ演算した結果、前者は35.82、後者は197.64という値を得た。前者を後者で除算すると、逐次干渉除去部214により、凡そ18%迄誤差が低減されたことが判る。
Comparing FIG. 3A and FIG. 3B, the waveform of FIG. 3B can partially confirm the disturbance of the signal due to the influence of the first
Furthermore, when FIG. 3C is seen, it turns out that the effect of the successive interference removal by the successive
As a result of calculating the standard deviation of the error between the demodulated signal that has passed through the successive
すなわち、実時間処理を必要としない条件であれば、ソフトウェアによる演算処理を用いて、異なる周波数の副搬送波よりなる複数のアナログ変調電波を同時に受信し、逐次干渉除去で混信を除去して、原信号を復調することが原理的に可能であることが判った。
この実験結果を踏まえ、これより本実施形態に係る無線通信システムを説明する。
In other words, under conditions that do not require real-time processing, a plurality of analog-modulated radio waves composed of subcarriers of different frequencies are simultaneously received using arithmetic processing by software, interference is removed by successive interference cancellation, and the original is processed. It has been found that it is possible in principle to demodulate the signal.
Based on this experimental result, the wireless communication system according to the present embodiment will be described.
[全体構成]
航空機や人工衛星等、高度な安全性を要求される物品等において、故障診断のために振動試験が行われる。先ず、ハンマリングや加振機を用いて、対象物に強制振動を与える。次に、対象物の複数の箇所に付着させた加速度センサの出力信号を、所定のデータレコーダや測定機器等で記録する。そして、時間応答や共振周波数を調べることで、故障の判断を行う。
従来、このような振動試験は、有線で行われていた。すなわち、複数の加速度センサがワイヤーハーネス(またはケーブルハーネス)に接続され、そのワイヤーハーネスが測定機器に接続される。加速度センサの数が多くなればなるほど、ワイヤーハーネスの本数が膨大になり、加速度センサの設置作業は極めて煩雑になる。
このような振動試験の問題を解決するために、これまで有線で測定機器に接続されていた加速度センサを無線通信端末にする。
[overall structure]
A vibration test is performed for failure diagnosis on an article or the like that requires a high degree of safety, such as an aircraft or an artificial satellite. First, forced vibration is applied to an object using hammering or a shaker. Next, the output signal of the acceleration sensor attached to a plurality of locations on the object is recorded by a predetermined data recorder, measuring instrument, or the like. Then, the failure is determined by examining the time response and the resonance frequency.
Conventionally, such a vibration test has been performed by wire. That is, a plurality of acceleration sensors are connected to a wire harness (or cable harness), and the wire harness is connected to a measuring device. As the number of acceleration sensors increases, the number of wire harnesses becomes enormous and the installation work of the acceleration sensors becomes extremely complicated.
In order to solve such a problem of the vibration test, the acceleration sensor that has been connected to the measuring device by wire until now is used as a wireless communication terminal.
図4は、本実施形態に係る無線通信システム401の運用例を示す概略図である。
測定対象である航空機402の機体には、複数のセンサ端末403が貼り付けられている。このセンサ端末403の近傍には、複数のインテロゲータ(interrogator)404と、A/D変換部405が設けられている。これらインテロゲータ404とA/D変換部405は、ネットワーク406を通じてソフトウェア受信部407に接続される。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an operation example of the wireless communication system 401 according to the present embodiment.
A plurality of
センサ端末403は、バックスキャッタを用いる無線タグに、加速度センサとアナログ変調回路が装備されたものである。
リーダライタとも呼ばれるインテロゲータ404は、センサ端末403と双方向無線データ通信を行う機能と、図1の無変調波源102と同様の無変調波を発信する機能を有する。
A/D変換部405は図1及び図2にて説明したA/D変換部116と同等の機能を有する。すなわち、A/D変換部405は複数のセンサ端末403から送信された電波を受信し、ダウンコンバートして、A/D変換する。
The
The
The A /
ソフトウェア受信部407は図1及び図2にて説明したソフトウェア受信部117と略同等の機能を有すると共に、より汎用的に動作するために必要な付加機能を有する。この付加機能については図8以降で詳述する。
測定の際は、インテロゲータ404から無変調波を送信している状態で、加振プローブ408から衝撃等の振動を与えて、センサ端末403から送信される反射波をA/D変換部405で受信し、ソフトウェア受信部407で復調処理を行う。
The
At the time of measurement, in a state where an unmodulated wave is transmitted from the
図5は、本実施形態に係る無線通信システム401の全体構成を示す、概略ブロック図である。説明を簡単にするために、インテロゲータ404と受信機501は単一の構成にて記載している。
第一センサ端末403a、第二センサ端末403b、…第nセンサ端末403nは、インテロゲータ404と所定の通信を行った後、インテロゲータ404から送信される無変調波に対して、センサが発する信号をバックスキャッタにて変調した電波を送信(反射)する。受信機501は、複数のセンサ端末403から送信された電波を受信して、演算処理により各々のセンサの信号を復調する。
FIG. 5 is a schematic block diagram showing the overall configuration of the wireless communication system 401 according to the present embodiment. For ease of explanation, the
The
インテロゲータ404と受信機501はネットワーク406で接続されている。インテロゲータ404は、複数のセンサ端末403に対し、一意な副搬送波周波数を割り当てるための双方向通信を行い、その結果として作成されるセンサ端末リストを受信機501に送信する。受信機501は、センサ端末リストに基づき、受信した受信データ210を解析して、復調処理を行う。
The
図6は、センサ端末403の機能ブロック図である。
図1に示した第一送信機104とセンサ端末403との相違点は、センサ端末403では、アンテナ106に制御部601が接続されており、制御部601が副搬送波源602の周波数を可変制御できる点と、センサ603が接続されている変調部604が任意のアナログ変調方式を採り得る点である。アナログ変調としては、振幅変調(AM)、周波数変調(FM)、位相変調(PM)、パルス幅変調(PWM)等が利用可能である。なお、厳密にはパルス幅変調はアナログ変調のカテゴリからは外れるが、アナログ信号をA/D変換器でデジタルデータに変換することなくそのまま変調できるという観点で、本実施形態では利用可能な変調方式に含めている。
FIG. 6 is a functional block diagram of the
The difference between the
図7は、インテロゲータ404の機能ブロック図である。
アンテナ701から受信した電波は、局部発振器702とミキサ703とLPF704を通じて、低い周波数の信号に変換される。この信号が復調部705に供給され、復調された後、A/D変換器706によってデジタルデータに変換されて、マイコンよりなる制御部707に供給される。
制御部707はデジタルデータに含まれるセンサ端末403の情報を解釈して、センサ端末403に対する命令等を生成する。この命令を構成するデジタルデータは、D/A変換器708によってアナログ信号に変換された後、変調部709によって搬送波源710が発する搬送波を変調する。
制御部707は、センサ端末403との対話処理によって、通信可能な範囲内に存在する全てのセンサ端末403を把握した後、それらセンサ端末403に対し、一意な周波数の副搬送波の割り当てを行う。そして、制御部707は、センサ端末403と副搬送波との対応関係を列挙したセンサ端末リスト711を作成し、ネットワーク406を通じて受信機501に送信する。
FIG. 7 is a functional block diagram of the
A radio wave received from the antenna 701 is converted into a low-frequency signal through the local oscillator 702, the mixer 703, and the
The
The
受信機501のうち、A/D変換部405については図2と同等なので説明を割愛する。
図8は、ソフトウェア受信部407の機能ブロック図である。
A/D変換部405から受信した受信データ210は、先ずFFT(Fast Fourier Transform)801によって、副搬送波の周波数成分毎の強度が得られる。
Of the receiver 501, the A /
FIG. 8 is a functional block diagram of the
図9は、FFT801によって得られた、副搬送波の周波数成分毎の強度の示す周波数成分分布図の一例である。このように、副搬送波の周波数成分毎の強度が、FFT801によって得られる。そして、この強度の順番が、復調の順番になる。
FIG. 9 is an example of a frequency component distribution diagram obtained by
図8に戻って説明を続ける。
副搬送波の周波数成分毎の強度のデータは、復調シーケンス制御部802に供給される。復調シーケンス制御部802は、インテロゲータ404から受信したセンサ端末リスト711を参照して、センサ端末403の復調の順番を決定する。そして、復調演算部803に副搬送波周波数情報と復調方式の情報を与える。
Returning to FIG.
The intensity data for each frequency component of the subcarrier is supplied to the demodulation
図10は、センサ端末リスト711の一例を示す図である。
センサ端末リスト711は、端末IDフィールド、変調方式フィールド、副搬送波周波数フィールド、そして復調順フィールドよりなる。
端末IDフィールドには、センサ端末403を一意に識別するID情報が格納される。
変調方式フィールドには、センサ端末403に装備されている変調部709の変調方式を示す情報が格納される。
副搬送波周波数フィールドには、インテロゲータ404が割り当てた副搬送波の周波数を示す情報が格納される。
復調順フィールドには、復調シーケンス制御部802が決定した、センサ端末403の復調順を示す情報が格納される。
インテロゲータ404から受信されたセンサ端末リスト711には、復調順フィールドがないか或は空欄になっているが、復調順フィールドの値は復調シーケンス制御部802によって埋められる。
なお、センサ端末403が全て同じ変調方式である場合は、変調方式フィールドは不要になる。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the
The
In the terminal ID field, ID information for uniquely identifying the
In the modulation method field, information indicating the modulation method of the
In the subcarrier frequency field, information indicating the frequency of the subcarrier assigned by the
In the demodulation order field, information indicating the demodulation order of the
The
When all the
再び、図8に戻って説明を続ける。
受信データ210は、入力バッファ804に記憶される。そして、入力バッファ804から取り出された受信データ210は、復調演算部803に供給される。復調演算部803は、復調シーケンス制御部802から与えられた、副搬送波周波数情報と復調方式の情報に基づき、受信データ210を復調し、復調データ805を作成する。
復調データ805と、入力バッファ804内のデータは、逐次干渉除去部214に供給される。逐次干渉除去部214は、入力バッファ804内のデータから復調データ805に基づく干渉を除去し、逐次干渉除去データ806を作成する。この逐次干渉除去データ806は、入力バッファ804に上書きされる。そして、復調演算部803の処理と、逐次干渉除去部214の処理が繰り返される。
Returning to FIG. 8, the description will be continued.
The
図11は、本実施形態に係る無線通信システム401の動作の流れを示すシーケンス図である。
先ず、インテロゲータ404は通信可能な範囲内に存在する全てのセンサ端末403を把握するため、全てのセンサ端末403との対話処理を行い、通信可能な範囲内に存在する全センサ端末403群の目録を作成する(S1101)。
次に、インテロゲータ404はステップS1101にて作成した目録に基づき、各センサ端末403と対話処理を行い、各センサ端末403に対し、一意な副搬送波周波数を割り当てる。そして、全てのセンサ端末403に副搬送波周波数を割り当てたら、目録にこれを追加して、センサ端末リスト711を作成する(S1102)。そして、インテロゲータ404はこのセンサ端末リスト711を、ネットワーク406を通じてソフトウェア受信部407に送信する(S1103)。
FIG. 11 is a sequence diagram showing a flow of operations of the wireless communication system 401 according to the present embodiment.
First, in order to grasp all the
Next, the
ソフトウェア受信部407は、センサ端末リスト711を受信すると(S1104)、センサ端末403から電波の受信と復調の準備が完了したことを、インテロゲータ404に報告する(S1105)。
インテロゲータ404は、ソフトウェア受信部407から準備完了の報告を受けると、無変調波を発信する(S1106)。
センサ端末403は無変調波に対し、センサが発する信号をバックスキャッタにて変調し、この変調した電波を送信(反射)する(S1107)。
ソフトウェア受信部407は、複数のセンサ端末403から送信された電波を受信して(S1108)、復調と逐次干渉除去を行う(S1109)。
When receiving the sensor terminal list 711 (S1104), the
When the
The
The
図12は、ソフトウェア受信部407による復調処理の流れを示すフローチャートである。図11のステップS1109に該当する。
処理を開始すると(S1201)、復調シーケンス制御部802は、受信データ210をFFT801にかけて、センサ端末リスト711を参照し、センサ端末403の復調順を決定する。そして、復調順を復調順フィールドに書き込む(S1202)。次に、復調シーケンス制御部802はカウンタ変数iを1に初期化する(S1203)。そして、受信データ210を入力バッファ804にコピーする(S1204)。
FIG. 12 is a flowchart showing the flow of demodulation processing by the
When the processing is started (S1201), the demodulation
復調シーケンス制御部802は、復調演算部803に対し、i番目の復調順のセンサ端末403の復調処理を行わせる(S1205)。具体的には、センサ端末リスト711のi番目の復調順に該当するレコードを参照して、副搬送波周波数情報と復調方式を復調演算部803に渡して、入力バッファ804に格納されているデータの復調処理を行わせる。
次に、復調シーケンス制御部802は、逐次干渉除去部214に対し、復調演算部803がステップS1205で生成したi番目の復調データ805と、入力バッファ804に格納されているデータを与えて、逐次干渉除去処理を行わせる(S1206)。
The demodulation
Next, the demodulation
ステップS1206における逐次干渉除去部214による逐次干渉除去処理が完遂したら、復調シーケンス制御部802はカウンタ変数iを1インクリメントして(S1207)、カウンタ変数iがセンサ端末リスト711の全レコード数を超えたか否かを確認する(S1208)。
カウンタ変数iがセンサ端末リスト711の全レコード数を超えていなければ(S1208のNO)、復調シーケンス制御部802は逐次干渉除去部214が生成した逐次干渉除去データ806を入力バッファ804に上書きコピーして(S1209)、再度ステップS1205から処理を繰り返す。
カウンタ変数iがセンサ端末リスト711の全レコード数を超えていれば(S1208のYES)、復調シーケンス制御部802は一連の処理を終了する(S1210)。
When the successive interference removal processing by the successive
If the counter variable i does not exceed the total number of records in the sensor terminal list 711 (NO in S1208), the demodulation
If the counter variable i exceeds the total number of records in the sensor terminal list 711 (YES in S1208), the demodulation
上記の実施形態には、以下に示す応用例が可能である。
(1)図4に示すように、複数のA/D変換部405を測定対象近傍の異なる箇所に配置すると、各々のA/D変換部405から最も近いセンサ端末403の電波が最大の電界強度で受信できる。すなわち、複数のA/D変換部405を測定対象近傍の異なる箇所に配置することで、至近距離のセンサ端末403の信号を確実に復調できる。こうして各々のA/D変換部405を通じて得られたセンサ603の信号を、他のソフトウェア受信部407の逐次干渉除去に融通することで、より精度の高い復調処理を実現することができる。
(2)一つのセンサ端末403に複数のセンサ603と変調部604と副搬送波源602を装備させることも原理的には可能である。但し、この場合は副搬送波の周波数をなるべく干渉し難い周波数の組み合わせに配慮する必要がある。
In the above embodiment, the following application examples are possible.
(1) As shown in FIG. 4, when a plurality of A /
(2) In principle, it is possible to equip one
(3)上述の実施形態では、各センサ端末403が発する反射波の電界強度をFFT801で割り出していたが、必ずしもFFT801が必要ではない。測定作業に先立ち、インテロゲータ404がセンサ端末403を制御して、センサ端末403の電界強度を一つずつ測定してもよい。あるセンサ端末403の電界強度を測定する際には、指定したセンサ端末403の副搬送波源602を稼働させ、その他全てのセンサ端末403の副搬送波源602は稼働させないように制御する。すると、受信機501は唯一のセンサ端末403の副搬送波を受信できるので、当該センサ端末403が発する副搬送波の強度、すなわち反射波の電界強度を測定できる。
(3) In the above-described embodiment, the electric field intensity of the reflected wave emitted from each
(4)上述の実施形態では、各センサ端末403はバックスキャッタを用いているが、送信機は必ずしもバックスキャッタである必要はない。つまり、センサ端末403が電池等の電源を備え、能動的に電波を発するものであってもよい。この場合インテロゲータ404は、無変調波源としての機能が不要になる。また、センサ端末403の副搬送波源602は、独立して電波を発する搬送波源として機能する。
(5)インテロゲータ404は、複数のセンサ端末403に対して一意な周波数の副搬送波を割り当てる機能と、無変調波を発信する機能を有する。無変調波の発信機能をインテロゲータ404とは別個に設けてもよい。
(4) In the above-described embodiment, each
(5) The
本実施形態においては、無線通信システム401を開示した。
以上の説明によって判るように、本実施形態に係る無線通信システム401は、先ず、受信機501がセンサ端末403の全存在と、センサ端末403に割り当てられている副搬送波周波数と、センサ端末403の変調方式を把握する。次に、アナログ変調を行うセンサ端末403が送信する電波の信号強度をFFT801で割り出して、復調順を決定する。そして、復調と逐次干渉除去を繰り返すことで、全てのセンサ端末403の信号を復調できる。従来、アナログ変調された電波の干渉を除去する技術は殆ど見受けられなかったが、本実施形態に係る無線通信システム401は、実時間処理を行わない前提で、これを実現する。
In the present embodiment, the wireless communication system 401 has been disclosed.
As can be seen from the above description, in the wireless communication system 401 according to the present embodiment, first, the receiver 501 has all the
本実施形態に係る無線通信システム401の最大の特徴は、センサ端末403が極めて簡素であることが挙げられる。電池すら持たないセンサ端末403は、電池交換等のメンテナンス作業が不要である。勿論、無線通信であるから、ワイヤーハーネスが不要である。黒板にフェライト磁石を貼り付ける感覚で、センサ端末403を測定対象に貼り付け、測定対象近傍にA/D変換部405とインテロゲータ404を配置し、A/D変換部405とインテロゲータ404を、ネットワーク406を通じてソフトウェア受信部407と接続すればよい。
センサ端末403に装備されているセンサ603が出力するアナログ信号は、受信機501によって復調された時点で既にデジタルデータに変換されている。したがって、様々な数値解析等にそのまま利用できる。
このように、本実施形態に係る無線通信システム401は、測定作業を大幅に省力化できる。また、センサ端末403のコストも低減できるので、低コストの測定環境を実現できる。
The greatest feature of the wireless communication system 401 according to the present embodiment is that the
The analog signal output from the
As described above, the wireless communication system 401 according to this embodiment can greatly save the measurement work. In addition, since the cost of the
本実施形態に係る無線通信システム401の欠点を無理に挙げるとするならば、受信機501の演算処理が膨大であることが挙げられる。しかしながら、実時間処理を必要としないので、演算処理は時間さえかければよい。また、演算処理は計算機の演算能力が十分であれば容易く解決できる。今日広く普及しているクラウドコンピューテングは、本実施形態に係る無線通信システム401の受信機501の演算処理に極めて親和性が高い。 If the disadvantages of the wireless communication system 401 according to the present embodiment are forcibly cited, the arithmetic processing of the receiver 501 is enormous. However, since real-time processing is not required, the arithmetic processing only needs time. Also, the arithmetic processing can be easily solved if the computing power of the computer is sufficient. The cloud computing widely used today has extremely high affinity for the arithmetic processing of the receiver 501 of the wireless communication system 401 according to the present embodiment.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
例えば、上記した実施形態は本発明をわかりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることは可能であり、更にはある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行するためのソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の揮発性あるいは不揮発性のストレージ、または、ICカード、光ディスク等の記録媒体に保持することができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and other modifications and application examples are provided without departing from the gist of the present invention described in the claims. including.
For example, in the above-described embodiment, the configuration of the apparatus and the system is described in detail and specifically in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is also possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
Each of the above-described configurations, functions, processing units, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. Further, each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software for interpreting and executing a program that realizes each function by the processor. Information such as programs, tables, and files that realize each function must be held in a volatile or non-volatile storage such as a memory, hard disk, or SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card or an optical disk. Can do.
In addition, the control lines and information lines are those that are considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.
101…実験設備、102…無変調波源、103…無変調波アンテナ、104…第一送信機、105…第二送信機、106…アンテナ、107…電源部、108…位相変調部、109…SPDTスイッチ、110…第一副搬送波源、111…第一センサ、112…第二副搬送波源、113…第二センサ、114…受信機、115…アンテナ、116…A/D変換部、117…ソフトウェア受信部、201…同調回路、202…RFアンプ、203…第一ミキサ、204…第二ミキサ、205…局部発振器、206…移相器、207…第一LPF、208…第二LPF、209…A/D変換器、210…受信データ、211…第一復調演算部、212…第一副搬送波情報、213…第一復調データ、214…逐次干渉除去部、215…第二復調演算部、216…第二副搬送波情報、217…第二復調データ、401…無線通信システム、402…航空機、403…センサ端末、404…インテロゲータ、405…A/D変換部、406…ネットワーク、407…ソフトウェア受信部、408…加振プローブ、501…受信機、601…制御部、602…副搬送波源、603…センサ、604…変調部、701…アンテナ、702…局部発振器、704…LPF、705…復調部、706…A/D変換器、707…制御部、708…D/A変換器、709…変調部、710…搬送波源、711…センサ端末リスト、801…FFT、802…復調シーケンス制御部、803…復調演算部、804…入力バッファ、805…復調データ、806…逐次干渉除去データ
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記無変調波源は、
前記複数のセンサ端末のアンテナから反射波を発生させるために、前記複数のセンサ端末に対し無変調波を発信し、
前記各センサ端末は、
前記無変調波源からの無変調波を受信して反射波を発生するアンテナと、
所定周波数または前記所定周波数の高調波の副搬送波周波数を生成する副搬送波源と、
前記副搬送波源が出力する前記副搬送波周波数によって、前記アンテナに対して、開放端と短絡端とを切り替えて接続するスイッチと、
前記所定周波数またはその高調波の前記副搬送波周波数を、前記各センサ端末のセンサである信号源からの信号により変調する、複数の変調方式が選択可能な変調部と、を備え、
前記インテロゲータは、
通信可能な範囲内に存在する全てのセンサ端末を把握するため、前記複数のセンサ端末との対話処理を行い、通信可能な前記複数のセンサ端末の目録を作成するとともに、
前記複数のセンサ端末に対して、前記所定周波数またはその高調波の副搬送波周波数を割り当てる双方向通信を行い、
その結果作成される前記各センサ端末の前記所定周波数またはその高調波の副搬送波周波数が、前記副搬送波周波数の低い順に格納される副搬送波周波数フィールドと、前記各センサ端末の復調の順番が格納される復調順フィールドと、前記複数のセンサ端末の各センサ端末の前記変調部の変調方式を格納する変調フィールドを含むセンサ端末リストを作成して、前記受信機に送信し、
前記受信機は、
前記各センサ端末から送信された反射波を受信した受信データを一旦格納する入力バッファと、
前記センサ端末リストの前記各センサ端末の前記復調順フィールドの値に基づいて、前記入力バッファ内のデータから前記副搬送波周波数フィールドに格納されている前記各センサ端末の前記副搬送波周波数を用いて、前記副搬送波周波数の低い順に順番に復調して復調データを得る復調演算部と、
前記入力バッファ内のデータから前記副搬送波周波数の割り当てデータと前記復調データを用いて前記各センサ端末の前記所定周波数またはその高調波の副搬送波周波数との間に発生する干渉を除去して逐次干渉除去データを生成する逐次干渉除去部と、
前記逐次干渉除去データを前記入力バッファに上書きコピーするともに、前記センサ端末リストを参照して前記復調演算部の復調の順番を制御する復調シーケンス制御部と、を備える
無線通信システム。 A wireless communication system comprising an unmodulated wave source, a plurality of sensor terminals, an interrogator and a receiver,
The unmodulated wave source is:
In order to generate reflected waves from the antennas of the plurality of sensor terminals, non-modulated waves are transmitted to the plurality of sensor terminals,
Each sensor terminal is
An antenna that receives a non-modulated wave from the non-modulated wave source and generates a reflected wave;
A subcarrier source that generates a subcarrier frequency of the harmonics of the predetermined frequency or predetermined frequency,
A switch that switches between an open end and a short-circuited end for the antenna according to the subcarrier frequency output from the subcarrier source;
A modulation section that modulates the subcarrier frequency of the predetermined frequency or a harmonic thereof with a signal from a signal source that is a sensor of each sensor terminal ;
The interrogator is
In order to grasp all the sensor terminals that exist within a communicable range, perform an interactive process with the plurality of sensor terminals, create an inventory of the plurality of sensor terminals capable of communication,
Two-way communication that assigns the predetermined frequency or a subcarrier frequency of a harmonic thereof to the plurality of sensor terminals,
Wherein said predetermined frequency or subcarrier frequency of the harmonics of each sensor terminal that is created as a result is, the a subcarrier frequency fields that are stored in ascending order of subcarrier frequency, wherein the order of demodulation of each sensor terminal stored Creating a sensor terminal list including a demodulation order field and a modulation field storing a modulation scheme of the modulation unit of each sensor terminal of the plurality of sensor terminals, and transmitting to the receiver,
The receiver
An input buffer for temporarily storing received data received from the reflected wave transmitted from each sensor terminal;
Said have the group Dzu the value of the demodulated sequence field of each sensor terminal of the sensor terminal list, the said sub-carrier Namishu wave number of the sensor nodes from the data in the input buffer is stored the in the sub-carrier frequency field A demodulation operation unit that obtains demodulated data by demodulating in order from the lowest subcarrier frequency ;
By using the subcarrier frequency allocation data and the demodulated data from the data in the input buffer, the interference generated between the predetermined frequency of each sensor terminal or a subcarrier frequency of a harmonic thereof is removed to sequentially interfere. A successive interference canceler for generating cancellation data;
Together copy over the successive interference cancellation data to the input buffer, a wireless communication system and a demodulation sequence control unit for controlling the order of demodulation of the demodulation calculation section with reference to the sensor terminal list.
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