JPWO2019116763A1 - 通信システム、送信装置、受信装置及び通信方法 - Google Patents

Abstract

通信システム（１０）は、無線で通信し合う送信装置（２０）及び受信装置（３０）で構成されるシステムであって、送信装置（２０）は、ウェイクアップ信号として特定パターンを周期的に送信すること、及び、データを送信することを行う送信回路（２１）を備え、受信装置（３０）は、信号を受信し、受信した信号に、特定パターンが周期的に含まれていることを検知した場合に、ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号を出力する待ち受け回路（３３）と、待ち受け回路（３３）から検知信号が出力された後に、送信装置（２０）からデータを受信する受信回路（３２）とを備える。

Description

本発明は、通信システム、送信装置、受信装置及び通信方法に関し、特に、無線で通信し合う送信装置及び受信装置で構成される通信システムにおいて、ノイズのあるフィールド環境下であっても低消費電力で、かつ、精度よく待ち受け受信を行うための装置及び方法に関する。

近年、移動体システムに搭載される無線通信装置では低消費電力化が期待されており、特に電池により駆動される無線通信装置ではさらなる低消費電力化が求められている。無線通信装置は、送信タイミングの不確定性により、受信回路を常時動作させる必要があり、無線通信装置の消費電力の大半は、受信回路の常時動作に依るところが大きい。

そこで、従来、受信回路を常時動作させる代わりに、専用の待ち受け回路を動作させ、信号検出時にのみ受信回路を動作させる手法が提案されている（特許文献１、２参照）。このような手法により、受信回路を常時動作させることが回避されるので、無線通信装置の低消費電力化が図られる。

国際公開第２０１６／０６３７４１号 米国特許第８，３０１，１０３号明細書

しかしながら、特許文献１、２等の従来の待ち受け回路では、ノイズのあるフィールド環境下では、精度よく待ち受け検出を行うことができないという問題がある。なぜなら、従来の待ち受け回路は、ノイズレベルよりも十分に大きいレベルのウェイクアップ信号を検出することを想定したものになっているが、近年では、通信システムの低消費電力化に伴い、ウェイクアップ信号のレベル自体が小さくなってきており、必ずしもウェイクアップ信号のレベルがノイズレベルよりも十分に大きいことが確保されなくなってきているからである。

そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、ノイズのあるフィールド環境下であっても低消費電力で、かつ、精度よく待ち受け受信を行うことを可能にする通信システム、送信装置、受信装置及び通信方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る通信システムは、無線で通信し合う送信装置及び受信装置で構成される通信システムであって、前記送信装置は、ウェイクアップ信号として特定パターンを周期的に送信すること、及び、データを送信することを行う送信回路を備え、前記受信装置は、信号を受信し、受信した前記信号に、前記特定パターンが周期的に含まれていることを検知した場合に、前記ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号を出力する待ち受け回路と、前記待ち受け回路から前記検知信号が出力された後に、前記送信装置から前記データを受信する受信回路とを備える。

また、上記目的を達成するために、本発明の他の一形態に係る通信システムは、無線で通信し合う送信装置及び受信装置で構成される通信システムであって、前記送信装置は、ウェイクアップ信号として特定パターンを送信すること、及び、データを送信することを行う送信回路を備え、前記受信装置は、信号を受信し、受信した前記信号に、前記特定パターンが含まれていることを検知した場合に、前記ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号を出力する待ち受け回路と、前記待ち受け回路から前記検知信号が出力された後に、前記送信装置から前記データを受信する受信回路とを備え、前記特定パターンは、通信規格で規定されるデータ送信における最大のフレーム期間を超える時間、継続して第１閾値を超える電波強度を有するロングパルスであり、前記待ち受け回路は、受信した前記信号に、前記最大のフレーム期間を超える時間、継続して第２閾値を超える電波強度で前記ロングパルスを受信した場合に、前記ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号を出力する。

また、上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る送信装置は、上記通信システムを構成する送信装置である。

また、上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る受信装置は、上記通信システムを構成する受信装置である。

また、上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る通信方法は、無線で通信し合う送信装置及び受信装置で構成される通信システムにおける通信方法であって、前記送信装置が、ウェイクアップ信号として特定パターンを周期的に送信すること、及び、データを送信することを行う送信ステップと、前記受信装置が、信号を受信し、受信した前記信号に、前記特定パターンが周期的に含まれていることを検知した場合に、前記ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号を出力する待ち受けステップと、前記受信装置が、前記待ち受けステップにおいて前記検知信号が出力された後に、前記送信装置から前記データを受信する受信ステップとを含む。

また、上記目的を達成するために、本発明の他の一形態に係る通信方法は、無線で通信し合う送信装置及び受信装置で構成される通信システムにおける通信方法であって、前記送信装置が、ウェイクアップ信号として特定パターンを送信すること、及び、データを送信することを行う送信ステップと、前記受信装置が、信号を受信し、受信した前記信号に、前記特定パターンが含まれていることを検知した場合に、前記ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号を出力する待ち受けステップと、前記受信装置が、前記待ち受けステップにおいて前記検知信号が出力された後に、前記送信装置から前記データを受信する受信ステップとを含み、前記特定パターンは、通信規格で規定される最大のフレーム期間を超える時間、継続して第１閾値を超える電波強度を有するロングパルスであり、前記待ち受けステップでは、受信した前記信号に、前記最大のフレーム期間を超える時間、継続して第２閾値を超える電波強度で前記ロングパルスを受信した場合に、前記ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号を出力する。

本発明により、ノイズのあるフィールド環境下であっても低消費電力で、かつ、精度よく待ち受け受信を行うことを可能にする通信システム、送信装置、受信装置及び通信方法が提供される。

図１は、実施の形態に係る通信システムの構成を示すブロック図である。 図２Ａは、実施の形態におけるウェイクアップ信号を構成する特定パターンの一例（オンオフ変調された信号）を示すタイミングチャートである。 図２Ｂは、実施の形態におけるウェイクアップ信号を構成する特定パターンの他の一例（ロングパルス）を示すタイミングチャートである。 図３Ａは、図１における受信装置が備える待ち受け回路の詳細な構成を示すブロック図である。 図３Ｂは、図３Ａに示される信号検出回路の詳細な構成例を示す回路図である。 図３Ｃは、図３Ａに示される検出レベル形状判定回路の詳細な構成例を示す回路及びその信号処理を示す図である。 図３Ｄは、図３Ａに示される検出周期判定回路の詳細な構成例を示す回路図である。 図４は、実施の形態に係る通信システムの動作を示す通信シーケンス図である。 図５は、図４の各ステップにおける送信又は受信の信号例を示すタイミングチャートである。 図６は、実施の形態に係る受信装置の待ち受け回路の動作例を示すタイミングチャートである。 図７Ａは、環境ノイズのレベルが低い環境下における従来技術に係るウェイクアップ信号の波形例を示すタイミングチャートである。 図７Ｂは、環境ノイズのレベルが高い環境下における従来技術に係るウェイクアップ信号の波形例を示すタイミングチャートである。 図８は、環境ノイズのレベルが高い環境下における実施の形態に係るウェイクアップ信号を構成する特定パターン（ロングパルス）の波形例を示すタイミングチャートである。 図９は、実施の形態におけるウェイクアップ信号を構成する特定パターンに任意のデータが変調された変調信号が含まれる例を示すタイミングチャートである。 図１０Ａは、実施の形態の変形例に係る待ち受け回路の詳細な構成を示すブロック図である。 図１０Ｂは、実施の形態の変形例に係る待ち受け回路を構成する検出時間・レベル判定回路の詳細な構成例を示す回路及びその信号処理を示す図である。 図１１は、実施の形態の変形例に係る通信システムによる通信方法における送信又は受信の信号例を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、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示す。以下の実施の形態で示される数値、回路、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。

図１は、実施の形態に係る通信システム１０の構成を示すブロック図である。通信システム１０は、ノイズのあるフィールド環境下であっても低消費電力で、かつ、精度よく待ち受け受信を行うことを可能にする通信システムの一例であり、無線で通信し合う送信装置２０及び受信装置３０で構成される。

送信装置２０は、データを送信する無線通信装置の一例であり、本実施の形態では、データを送受信する機能を有し、送信回路２１、受信回路２２、待ち受け回路２３、制御回路２４、及び、アンテナ２５を備える。

アンテナ２５は、無線信号を送受する空中線であり、例えば、バーチカルアンテナである。

送信回路２１は、アンテナ２５を介して、ウェイクアップ信号として特定パターンを周期的に送信すること、及び、データを送信することを行う回路であり、例えば、変調回路、増幅回路、バンドパスフィルタ等で構成される。ここで、特定パターンとは、ウェイクアップ信号を構成する予め定められた信号パターンであり、例えば、図２Ａに示されるような、所定の閾値の電波強度を横切るようにオンオフ変調（ＯＮ−ＯＦＦ−Ｋｅｙｉｎｇ）された信号（点線）、あるいは、図２Ｂに示されるような、通信システム１０で採用されている通信規格で規定されるデータ送信における最大のフレーム期間を超える時間、継続して所定の閾値（つまり、第１閾値）を超える電波強度を有するロングパルス（点線）である。図２Ａ及び図２Ｂには、参考のために、環境ノイズ（実線）及び閾値（一点鎖線）の例も併せて図示されている。なお、特定パターンには、特定パターン自体の波形には依存しない任意のデータが変調された変調信号が含まれてもよい。

待ち受け回路２３は、アンテナ２５を介して、信号を受信し、受信した信号に、特定パターンが周期的に含まれていること（つまり、周期性）を検知した場合に、ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号（以下、「ウェイクアップ検知信号」ともいう）を出力する回路である。具体的には、待ち受け回路２３は、受信した信号に特定パターンが含まれているか否かを所定期間（「ウェイクアップイネーブル期間」ともいう）内で判断することを、一定規則で繰り返し、所定回数以上、受信した信号に特定パターンが含まれていると判断した場合に、ウェイクアップ検知信号を出力する。

ここで、一定規則とは、予め定められたタイミングであり、一定の時間間隔で行うことだけでなく、時間間隔を所定順序で変化させることも含む。本実施の形態では、一定規則として、一定の時間間隔で行うこととする。その場合に、一定の時間間隔は、送信回路２１が特定パターンを周期的に送信する際の周期のｎ倍であり、ｎは２以上の整数である。待ち受け回路２３は、特定パターンの周期性を検知するために、具体的には、上記所定期間を複数のタイムスロット（例えば、１００μｓ）に分割した場合に、複数のタイムスロットのうちの一のタイムスロットにおいて、上記所定回数以上、受信した信号に特定パターンが含まれていると判断した場合に、ウェイクアップ検知信号を出力する。

受信回路２２は、待ち受け回路２３からウェイクアップ検知信号が出力された後に、送信装置２０から送信されたデータを、アンテナ２５を介して、受信する回路であり、例えば、バンドパスフィルタ、増幅回路、復調回路等で構成される。受信回路２２は、送信装置２０の低消費電力化のために、通常では電源回路（図示せず）から電力供給を受けないために動作しない状態（つまり、低消費待ち受けモード）になっており、待ち受け回路２３からウェイクアップ検知信号が出力された後に、電力供給を受けて動作し（つまり、データ受信モードとなり）、さらに、一定時間、データを受信しない場合に、再び、低消費待ち受けモードとなる。

制御回路２４は、送信回路２１、受信回路２２及び待ち受け回路２３を制御する回路であり、例えば、プログラムを格納したＲＯＭ、ＲＡＭ、プログラムを実行するプロセッサ、入出力回路等で構成される。制御回路２４は、さらに、タッチパネル等の入力装置（図示せず）を介してユーザからの指示を受け付けたり、ディスプレイ等の出力装置（図示せず）を介してユーザに情報を提示したりするユーザ・インタフェースの処理を行ったり、動作モード（低消費待ち受けモード／データ受信モード）を遷移させる制御をしたりする。

受信装置３０は、データを受信する無線通信装置の一例であり、本実施の形態では、データを送受信する機能を有し、送信回路３１、受信回路３２、待ち受け回路３３、制御回路３４、及び、アンテナ３５を備える。送信回路３１、受信回路３２、待ち受け回路３３、制御回路３４、及び、アンテナ３５は、それぞれ、送信装置２０が備える送信回路２１、受信回路２２、待ち受け回路２３、制御回路２４、及び、アンテナ２５と同じ機能を有するので、詳細な説明を省略する。

図３Ａは、図１における受信装置３０が備える待ち受け回路３３の詳細な構成を示すブロック図である。なお、送信装置２０が備える待ち受け回路２３についても、受信装置３０が備える待ち受け回路３３と同じ構成を備える。

待ち受け回路３３は、信号検出回路４０、検出レベル形状判定回路４１及び検出周期判定回路４２を備える。

信号検出回路４０は、アンテナ３５を介して受信した信号（「ウェイクアップ信号」と呼ぶ）を検波して得られるベースバンド信号をデジタル信号に変換することで、検波後データを出力する回路である。

検出レベル形状判定回路４１は、信号検出回路４０から出力された検波後データに対して、所定の閾値を超えている期間、及び、所定の閾値を下回っている期間を検出して判定することによって特定パターンを検知し、特定パターンを検知した場合に、そのことを示すウェイクアップ個別信号を出力する回路である。

検出周期判定回路４２は、検出レベル形状判定回路４１から出力されたウェイクアップ個別信号が一定規則で（ここでは、周期的に）出現することを判定することで特定パターンの出現の一定規則性を検知し、特定パターンの出現の一定規則性を検知した場合に、そのことを示すウェイクアップ検知信号を出力する回路である。

図３Ｂは、図３Ａに示される信号検出回路４０の詳細な構成例を示す回路図である。信号検出回路４０は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）４０ａ、検波器４０ｂ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４０ｃ及びＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）４０ｄで構成される。信号検出回路４０に入力されたウェイクアップ信号は、低雑音増幅器４０ａで増幅された後、検波器４０ｂで復調され、続いてローパスフィルタ４０ｃで低域周波数成分だけが抽出され、その後にＡ／Ｄ変換器４０ｄでアナログ信号からデジタル信号に変換されることで、検波後データとして出力される。

図３Ｃは、図３Ａに示される検出レベル形状判定回路４１の詳細な構成例を示す回路（図３Ｃの（ａ））及びその信号処理（図３Ｃの（ｂ））を示す図である。なお、図３Ｃの（ｂ）では、特定パターンが図２Ａに示されるオンオフ変調された信号である場合のケースで信号処理が説明されている。

検出レベル形状判定回路４１は、図３Ｃの（ａ）に示されるように、比較器４１ａ、カウンタ４１ｂ、比較器４１ｃ及びパターン判定器４１ｄで構成される。検出レベル形状判定回路４１に入力された検波後データは、比較器４１ａで所定のレベル閾値と比較された後（図３Ｃの（ｂ）の「レベル閾値比較」参照）、カウンタ４１ｂでレベル閾値を超えている及び下回っている時間が計測される。計測された時間は、比較器４１ｃで所定の時間閾値と比較される（図３Ｃの（ｂ）の「時間閾値比較」参照）。比較器４１ｃでの比較結果は、特定パターンのオン状態及びオフ状態の全てに対応するか否かがパターン判定器４１ｄで判定され、対応すると判定された場合に、特定パターンを検知したことを示すウェイクアップ個別信号が出力される。なお、特定パターンが図２Ｂに示されるロングパルスである場合には、パターン判定器４１ｄは不要となる。

図３Ｄは、図３Ａに示される検出周期判定回路４２の詳細な構成例を示す回路図である。検出周期判定回路４２は、ウェイクアップ個別信号が一定規則で（ここでは、周期的に）出現することを判定するために、所定期間（「ウェイクアップイネーブル期間」）を複数のタイムスロットに分割し、複数のタイムスロットのうちの一のタイムスロットにおいて、所定回数以上、ウェイクアップ個別信号を受信したと判断した場合に、ウェイクアップ信号を受信したことを示すウェイクアップ検知信号を出力する回路であり、スロットカウンタ４２ａ、スロット切り替え器４２ｂ、シフトレジスタ４２ｃ、加算器４２ｄ及び比較器４２ｅで構成される。

スロットカウンタ４２ａは、所定期間（「ウェイクアップイネーブル期間」）ごとに、複数（ここでは、７個）に分割した各タイムスロットのタイミングを示す切り替え信号をスロット切り替え器４２ｂに出力する。スロット切り替え器４２ｂは、スロットカウンタ４２ａから切り替え信号を受信するたびに、入力信号（つまり、ウェイクアップ個別信号）をシフトレジスタ４２ｃの７個の入力ポートに順次、振り分けて出力する。シフトレジスタ４２ｃは、７個の入力ポートを有する多段（ここでは、５段）のシフトレジスタ（つまり、７列×５段のシフトレジスタ）であり、スロットカウンタ４２ａがオーバーフローする度に、保持している値をシフトさせる。加算器４２ｄは、シフトレジスタ４２ｃにおける列ごとの合計値を算出する。比較器４２ｅは、加算器４２ｄが算出した列ごとの合計値（つまり、７個の合計値）のそれぞれと閾値（上記所定回数）とを比較し、少なくとも一つの合計値が閾値以上であった場合にウェイクアップ検知信号を出力する。

次に、以上のように構成された本実施の形態に係る通信システム１０の動作（つまり、通信方法）について説明する。

図４は、実施の形態に係る通信システム１０の動作を示す通信シーケンス図である。図５は、図４の各ステップにおける送信又は受信の信号例を示すタイミングチャートである。

図４に示されるように、まず、送信装置２０では、送信回路２１は、受信装置３０のモード（データ受信モードであるか否か）が分からないために、データを送信する際に、ウェイクアップ信号（つまり、特定パターンが周期的に現れる信号）とデータ送信用フレームとを送信する（送信ステップＳ１０）。なお、ウェイクアップ信号とデータ送信用フレームとは、いずれが先であってもよいし、少なくとも一方が繰り返されてもよい。また、この送信ステップＳ１０は、送信装置２０が受信装置３０から送信されてくるＡＣＫ信号を受信する（Ｓ１４）まで、任意の回数繰り返す。図５の（ａ）は、図４の送信ステップＳ１０における送信の信号例を示す。ここでは、データ送信用フレームがランダムに送信された後に、ウェイクアップ信号（ここでは、通信データが変調されて含まれる特定パターンの周期的な繰り返し）が送信される例が示されている。

一方、低消費待ち受けモードにある受信装置３０では、図４に示されるように、待ち受け回路３３は、信号を受信し、受信した信号に、特定パターンが周期的に含まれていること（つまり、周期性）を検知した場合に、ウェイクアップ信号を受信したことを示すウェイクアップ検知信号を出力する（待ち受けステップＳ１１）。図５の（ｂ）は、図４の待ち受けステップＳ１１における受信の信号例を示す。この例では、先に送られてくる複数のデータ送信用フレームは、低消費待ち受けモードにある受信装置３０では受信回路３２が動作していないために無視される（図における破線で示されるデータ送信フレーム参照）。続いて送られてくるウェイクアップ信号に対して待ち受け回路３３が反応する（つまり、ウェイクアップ検知信号を出力する）。これにより、受信装置３０は、制御回路３４による制御の下で、低消費待ち受けモードからデータ受信モードに切り替わる。なお、図５の（ｂ）では、信号例の後部において、受信装置３０から送信されるＡＣＫ信号を受けた送信装置２０によってウェイクアップ信号の送信が停止される例（図における破線で示されるウェイクアップ信号参照）も示されている。

続いて、受信装置３０では、図４に示されるように、受信回路３２は、待ち受け回路３３から出力されたウェイクアップ検知信号を受けて、その後に送信装置２０から送信されるデータ送信用フレームを受信する（受信ステップＳ１２）。そして、受信装置３０の送信回路３１は、データを受信したことを送信装置２０に通知するために、ＡＣＫ信号を送信装置２０に返信する（Ｓ１３）。

送信装置２０は、図４に示されるように、制御回路２４による制御の下で、ウェイクアップ信号及びデータ送信用フレームを送信した後に受信モードに移行し、受信装置３０から送信されてくるＡＣＫ信号を受信回路２２によって受信する（Ｓ１４）。ＡＣＫ信号を受信した送信装置２０は、送信（つまり、ウェイクアップ信号及びデータ送信用フレームの送信）を停止する。図５の（ｃ）は、図４のステップＳ１４における受信の信号例を示す。ここでは、ＡＣＫ信号を受信した時点で（例えば、２回目の送信時に正常受信できた場合）、送信（ウェイクアップ信号及びデータ送信用フレームの送信）を停止する例（図における破線で示されるデータ送信フレーム及びウェイクアップ信号参照）が示されている。

図６は、受信装置３０の待ち受け回路３３の動作例を示すタイミングチャートである。図６の（ａ）は、待ち受け回路３３が動作する所定期間（つまり、ウェイクアップイネーブル期間（図中の「ＯＮ」の期間））のタイミング例を示す。図６の（ｂ）は、送信装置２０が送信するウェイクアップ信号（つまり、特定パターンの繰り返し）のタイミング例を示す。

本図に示されるように、待ち受け回路３３が動作するウェイクアップイネーブル期間は、一定の時間間隔で発生する。この一定の時間間隔は、送信装置２０がウェイクアップ信号として特定パターンを周期的に送信する際の周期の整数（ここでは、４）倍である。

待ち受け回路３３は、一定の時間間隔で現れるウェイクアップイネーブル期間ごとに、ウェイクアップイネーブル期間を分割した７個のタイムスロットのそれぞれにおいて特定パターンを検知した（図中の「ｄｅｔｅｃｔ」）か否かを判定し、所定回数（例えば、２回）以上、同一のタイムスロットにおいて特定パターンを検知した場合に、ウェイクアップ信号を検知したと判断し、ウェイクアップ検知信号を出力する。

以上のように、本実施の形態に係る通信システム１０は、無線で通信し合う送信装置２０及び受信装置３０で構成される通信システムであって、送信装置２０は、ウェイクアップ信号として特定パターンを周期的に送信すること、及び、データを送信することを行う送信回路２１を備え、受信装置３０は、信号を受信し、受信した信号に、特定パターンが周期的に含まれていることを検知した場合に、ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号を出力する待ち受け回路３３と、待ち受け回路３３から検知信号が出力された後に送信装置２０からデータを受信する受信回路３２とを備える。

また、本実施の形態に係る通信方法は、無線で通信し合う送信装置２０及び受信装置３０で構成される通信システム１０における通信方法であって、送信装置２０が、ウェイクアップ信号として特定パターンを周期的に送信すること、及び、データを送信することを行う送信ステップＳ１０と、受信装置３０が、信号を受信し、受信した信号に特定パターンが周期的に含まれていることを検知した場合に、ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号を出力する待ち受けステップＳ１１と、受信装置３０が、待ち受けステップＳ１１において検知信号が出力された後に送信装置２０からデータを受信する受信ステップＳ１２とを含む。

これにより、受信回路３２とは独立して動作する（つまり、低消費電力で動作する）待ち受け回路３３によって検知されるウェイクアップ信号は、単にノイズレベルよりも大きいレベルの信号ではなく、特定パターンが周期的に繰り返される特異的な信号なので、ノイズのあるフィールド環境下であっても低消費電力で、かつ、精度よく待ち受け受信を行うことを可能にする通信システム１０及び通信方法が実現される。

また、待ち受け回路３３は、受信した信号に特定パターンが含まれているか否かを所定期間（ウェイクアップイネーブル期間）内で判断することを、一定規則で繰り返し、所定回数以上、受信した信号に特定パターンが含まれていると判断した場合に、検知信号を出力する。これにより、受信した信号に特定パターンが周期的に含まれていることが確実に検知されるとともに、間欠動作によってさらに低消費電力化が図られる。

ここで、一定規則は、例えば、一定の時間間隔で行うことである。具体的には、一定の時間間隔は、送信装置２０の送信回路２１が特定パターンを周期的に送信する際の周期のｎ倍であり、ｎは２以上の整数である。これにより、送信装置２０の送信回路２１が特定パターンを周期的に送信する際の周期よりも長い周期でウェイクアップイネーブル期間が現れ、待ち受け回路３３が間欠動作をするので、さらなる低消費電力化が図られる。

また、待ち受け回路３３は、所定期間（ウェイクアップイネーブル期間）を複数のタイムスロットに分割した場合に、複数のタイムスロットのうちの一のタイムスロットにおいて、所定回数以上、受信した信号に特定パターンが含まれていると判断した場合に、検知信号（ウェイクアップ検知信号）を出力する。これにより、単にウェイクアップイネーブル期間において特定パターンが検知されたことが用いられるのではなく、ウェイクアップイネーブル期間において特定パターンが検知されたタイミング（つまり、位相）の同一性も考慮したうえでウェイクアップ信号が検知されるので、ノイズのあるフィールド環境下であっても高い精度で待ち受け受信が行われる。

また、特定パターンの一例は、オンオフ変調された信号である。これにより、特定パターンがデータと区別し得るオンオフ変調した信号であるので、ウェイクアップ信号の検知が容易である。

また、送信装置２０の送信回路２１は、データを送信した後に、ウェイクアップ信号を送信する。これにより、送信装置２０がデータを送信する時点で既に受信装置３０がデータ受信モードにある場合には、受信装置３０は、ウェイクアップ信号の受信を待つことなく、速やかにデータ受信を行うことができる。

次に、ウェイクアップ信号を構成する特定パターンがロングパルスである場合のメリットについて説明する。

図７Ａは、環境ノイズのレベルが低い環境下における従来技術に係るウェイクアップ信号の波形例を示すタイミングチャートである。なお、縦軸は電波強度を示し、横軸は時間を示す。実線は環境ノイズを示し、点線は従来技術に係るウェイクアップ信号を示し、一点鎖線はウェイクアップ信号の判定に用いられる閾値を示す。

本図に示される従来技術に係るウェイクアップ信号は、通信規格で規定されるデータ送信における最大のフレーム期間を超えない時間、継続して所定の閾値を超える電波強度を有するパルスである。本図に示されるように、環境ノイズのレベルが低い場合には、従来技術に係るウェイクアップ信号は、環境ノイズのレベルよりも十分に高いレベルであるために、受信装置において検知され得る。

ところが、環境ノイズのレベルが高い場合には、従来技術に係るウェイクアップ信号の検知が困難となる。図７Ｂは、環境ノイズのレベルが高い環境下における従来技術に係るウェイクアップ信号の波形例を示すタイミングチャートである。本図に示されるように、環境ノイズのレベルが高い場合には、従来技術に係るウェイクアップ信号は、環境ノイズに埋もれてしまい、受信装置において検知することが困難となる。

なお、環境ノイズのレベルが高い場合とは、ウェイクアップ信号の電波強度と比べて相対的に環境ノイズのレベルが高いことをいい、特に近年では、通信機器は消費電力に応じて送信出力が変わる傾向があり、実環境のノイズレベル（つまり、環境ノイズ）は低消費電力システムが扱う信号レベルより大きいことが多い。さらに他の通信機器が混み合う場所では電波の混雑もひどく、従来技術に係るウェイクアップ信号は、環境ノイズに埋もれてしまいがちである。

これに対して、本実施の形態に係る通信システム１０では、ウェイクアップ信号を構成する特定パターンの一例として、通信規格で規定されるデータ送信における最大のフレーム期間を超える時間、継続して所定の閾値（つまり、第１閾値）を超える電波強度を有するロングパルスが採用されている。これにより、環境ノイズのレベルが高い場合であっても受信装置における検知が容易になる。

図８は、環境ノイズのレベルが高い環境下における本実施の形態に係るウェイクアップ信号を構成する特定パターン（つまり、ロングパルス）の波形例を示すタイミングチャートである。本図は、図２Ｂに、特定パターン（つまり、ロングパルス）と環境ノイズとが重畳した波形（破線）が追記されたタイミングチャートに相当する。実環境フィールドでの高強度ノイズは、通信機器の通信信号であることが多く、その場合、一定時間（つまり、最大のフレーム期間）内に通信が停止するため、それに応じてノイズレベルが下がることが多い。本実施の形態に係るロングパルスは、本図に示されるように、一定時間（つまり、最大のフレーム期間）、継続して閾値（つまり、第１閾値）を超える電波強度を有するので、環境ノイズと区別して検知することが容易となる。つまり、本実施の形態に係るロングパルスによれば、高強度ノイズの持続時間よりも長い時間幅をもつパルスを送信することで、ノイズレベルが低下した際の谷間が埋められてトータルの信号レベル（つまり、環境ノイズとロングパルスとが重畳された信号のレベル）が落ちなくなるため（破線を参照）、環境ノイズに埋もれたウェイクアップ信号の検知が容易となる。

このように、本実施の形態に係るウェイクアップ信号を構成する特定パターンの一例は、通信規格で規定されるデータ送信における最大のフレーム期間を超える時間、継続して第１閾値を超える電波強度を有するロングパルスである。これにより、特定パターンは、データと区別し得る信号となるので、ノイズのあるフィールド環境下であっても、より確実にウェイクアップ信号が検知され得る。

なお、本実施の形態に係るウェイクアップ信号を構成する特定パターンに任意のデータが変調された変調信号が含まれてもよいことは、上述した通りである。図９は、ウェイクアップ信号を構成する特定パターンに任意のデータが変調された変調信号が含まれる例を示すタイミングチャートである。図９の（ａ）は、オンオフ変調された特定パターンにデータが変調されて含まれる例を示すタイミングチャートである。図９の（ｂ）は、ロングパルスである特定パターンにデータが変調されて含まれる例を示すタイミングチャートである。

本図に示されるように、本実施の形態に係るウェイクアップ信号を構成する特定パターンは、任意のデータが変調された変調信号が含まれ得る。これにより、ウェイクアップ信号は、受信装置３０を低消費待ち受けモードからデータ受信モードに遷移させるトリガになるだけでなく、送信データをも表すので、送信装置２０による送信（つまり、ウェイクアップ信号及びデータ送信用フレームの送信）及び受信装置３０によるデータ受信に要する時間が短縮される。

なお、上記実施の形態では、送信装置２０は、ウェイクアップ信号として特定パターンを周期的に送信したが、特定パターンとしてロングパルスを用いる場合には、周期的に送信しなくてもよい。つまり、ウェイクアップ信号は、１個のロングパルスであってもよい。ウェイクアップ信号は、１個のロングパルスで構成されても、上記図７Ａ〜図８を用いて説明したことから分かるように、データとは明確に区別される信号であるので、ノイズのあるフィールド環境下であっても、容易に検知され得る。

このように１個のロングパルスで構成されるウェイクアップ信号を用いる、上記実施の形態の変形例に係る通信システムは、上記実施の形態に係る通信システムに対して若干の変更を施す（つまり、簡素化する）ことで実現され得る。

例えば、送信回路２１（送信回路３１についても同様）については、ウェイクアップ信号としてロングパルスを周期的に送信することに代えて、ロングパルスを１回だけ送信すればよい。

また、待ち受け回路３３（待ち受け回路２３についても同様）については、信号を受信し、受信した信号に特定パターンが周期的に含まれていることを検知することに代えて、受信した信号にロングパルスが含まれていることを検知すればよい（つまり、周期性の検出は不要となる）。より詳しくは、本変形例に係る待ち受け回路３３ａは、図１０Ａのブロック図に示されるように、信号検出回路４０及び検出時間・レベル判定回路４３を備える。信号検出回路４０は、図３Ｂに示されるものと同じ構成を備える。検出時間・レベル判定回路４３は、その詳細な構成を示す図１０Ｂの（ａ）に示される構成を備える。図１０Ｂの（ａ）に示される構成は、図３Ｃの（ａ）に示される構成からパターン判定器４１ｄを除外した構成に相当する。図１０Ｂの（ｂ）は、図１０Ｂの（ａ）における比較器４１ａ及び比較器４１ｃの信号処理を説明する図である。

なお、本変形例に係る通信システムによる通信方法は、ウェイクアップ信号が１個のロングパルスで構成される点を除いて、図４に示される上記実施の形態に係る通信方法と基本的な流れは同じである。ただし、本変形例に係る通信システムによる通信方法では、図４の各ステップにおける送信又は受信の信号例が上記実施の形態と異なるので、以下、図１１を用いて、その信号例を説明する。

図１１は、本変形例に係る通信システムによる通信方法における送信又は受信の信号例を示すタイミングチャートである。図１１の（ａ）は、図４における送信ステップＳ１０における送信の信号例を示す。ここでは、データ送信用フレームが複数回送信された後に、ウェイクアップ信号（ここでは、１個のロングパルス）が送信される例が示されている。

図１１の（ｂ）は、図４における待ち受けステップＳ１１における受信の信号例を示す。この例では、先に送られてくる複数のデータ送信用フレームは、低消費待ち受けモードにある受信装置３０では受信回路３２が動作していないために無視される（図における破線で示されるデータ送信フレーム参照）。続いて送られてくるウェイクアップ信号に対して待ち受け回路３３ａが反応する（つまり、ウェイクアップ検知信号を出力する）。これにより、受信装置３０は、制御回路３４による制御の下で、低消費待ち受けモードからデータ受信モードに切り替わる。

図１１の（ｃ）は、図４におけるステップＳ１４における受信の信号例を示す。ここでは、ＡＣＫ信号を受信した時点で（例えば、２回目の送信時に正常受信できた場合）、送信（ウェイクアップ信号及びデータ送信用フレームの送信）を停止する例（図における破線で示されるデータ送信フレーム及びウェイクアップ信号参照）が示されている。

このように、本変形例に係る通信システムは、無線で通信し合う送信装置２０及び受信装置３０で構成される通信システムであって、送信装置２０は、ウェイクアップ信号として特定パターンを送信すること、及び、データを送信することを行う送信回路２１を備え、受信装置３０は、信号を受信し、受信した信号に、特定パターンが含まれていることを検知した場合に、ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号を出力する待ち受け回路３３ａと、待ち受け回路３３ａから検知信号が出力された後に、送信装置２０からデータを受信する受信回路３２とを備え、特定パターンは、通信規格で規定されるデータ送信における最大のフレーム期間を超える時間、継続して第１閾値を超える電波強度を有するロングパルスであり、待ち受け回路３３ａは、受信した信号に、最大のフレーム期間を超える時間、継続して第２閾値を超える電力でロングパルスを受信した場合に、ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号を出力する。

また、本変形例に係る通信方法は、無線で通信し合う送信装置２０及び受信装置３０で構成される通信システムにおける通信方法であって、送信装置２０が、ウェイクアップ信号として特定パターンを送信すること、及び、データを送信することを行う送信ステップＳ１０と、受信装置３０が、信号を受信し、受信した信号に、特定パターンが含まれていることを検知した場合に、ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号を出力する待ち受けステップと、受信装置３０が、待ち受けステップにおいて検知信号が出力された後に、送信装置２０からデータを受信する受信ステップＳ１２とを含み、特定パターンは、通信規格で規定される最大のフレーム期間を超える時間、継続して第１閾値を超える電波強度を有するロングパルスであり、待ち受けステップでは、受信した信号に、最大のフレーム期間を超える時間、継続して第２閾値を超える電力でロングパルスを受信した場合に、ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号を出力する。

これにより、受信回路３２とは独立して動作する（つまり、低消費電力で動作する）待ち受け回路３３ａによって検知されるウェイクアップ信号は、単にノイズレベルよりも大きいレベルの信号ではなく、通信規格で規定されるデータ送信における最大のフレーム期間を超える時間、継続して第１閾値を超える電波強度を有するロングパルスという特異的な信号なので、ノイズのあるフィールド環境下であっても低消費電力で、かつ、精度よく待ち受け受信を行うことを可能にする通信システム又は通信方法が実現される。

以上、本発明に係る通信システム、送信装置、受信装置及び通信方法について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態及び変形例に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態及び変形例に施したものや、実施の形態及び変形例における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本発明の範囲内に含まれる。

例えば、上記実施の形態に係る通信システム１０は、同一の構成要素を備える送信装置２０及び受信装置３０で構成されたが、このような構成に限られず、送信装置２０が送信回路２１だけを備える送信専用の装置であり、かつ、受信装置３０が受信回路３２及び待ち受け回路３３を備える受信専用の装置であってもよい。そのような構成を備える通信システムであっても、ウェイクアップ信号として、特定パターンを周期的に送信するという特徴を有する。

また、上記実施の形態では、低消費待ち受けモードでは、受信回路３２（受信回路２２も同様）は、電源回路から電力供給を受けない状態であったが、このような状態に限られず、電源回路から電力供給を受けるが動作しない状態であったり、動作するのに必要なクロック信号の供給が停止された状態であったりしてもよい。いずれの状態であっても、低消費待ち受けモードにおいて、受信回路３２（受信回路２２も同様）は動作を停止しており、受信装置３０（送信装置２０も同様）での消費電力が低い状態となる。

また、上記実施の形態では、ウェイクアップ信号を構成する特定パターンは、オンオフ変調された信号及びロングパルスのいずれかであったが、オンオフ変調された信号及びロングパルスの両方が含まれた信号であってもよい。さらに、個々の特定パターンは、オンオフ変調された信号及びロングパルスのいずれかであるが、時間の経過に伴って、オンオフ変調された信号及びロングパルスが切り替わってもよい。例えば、オンオフ変調された信号及びロングパルスが一定の時間間隔で交互に特定パターンとして入れ替わってもよい。

本発明は、通信システム、送信装置、受信装置及び通信方法として、特に、無線で通信し合う送信装置及び受信装置で構成される通信システムにおいて、ノイズのあるフィールド環境下であっても低消費電力で、かつ、精度よく待ち受け受信を行うための通信装置として、利用できる。

１０ 通信システム
２０ 送信装置
２１ 送信回路
２２ 受信回路
２３ 待ち受け回路
２４ 制御回路
２５、３５ アンテナ
３０ 受信装置
３１ 送信回路
３２ 受信回路
３３、３３ａ 待ち受け回路
３４ 制御回路
４０ 信号検出回路
４０ａ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）
４０ｂ 検波器
４０ｃ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
４０ｄ Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）
４１ 検出レベル形状判定回路
４１ａ、４１ｃ 比較器
４１ｂ カウンタ
４１ｄ パターン判定器
４２ 検出周期判定回路
４２ａ スロットカウンタ
４２ｂ スロット切り替え器
４２ｃ シフトレジスタ
４２ｄ 加算器
４２ｅ 比較器
４３ 検出時間・レベル判定回路

Claims (14)

1. 無線で通信し合う送信装置及び受信装置で構成される通信システムであって、
   前記送信装置は、ウェイクアップ信号として特定パターンを周期的に送信すること、及び、データを送信することを行う送信回路を備え、
   前記受信装置は、
   信号を受信し、受信した前記信号に、前記特定パターンが周期的に含まれていることを検知した場合に、前記ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号を出力する待ち受け回路と、
   前記待ち受け回路から前記検知信号が出力された後に、前記送信装置から前記データを受信する受信回路とを備える
   通信システム。
2. 前記待ち受け回路は、受信した前記信号に前記特定パターンが含まれているか否かを所定期間内で判断することを、一定規則で繰り返し、所定回数以上、受信した前記信号に前記特定パターンが含まれていると判断した場合に、前記検知信号を出力する
   請求項１記載の通信システム。
3. 前記一定規則は、一定の時間間隔で行うことである
   請求項２記載の通信システム。
4. 前記一定の時間間隔は、前記送信回路が前記特定パターンを周期的に送信する際の周期のｎ倍であり、前記ｎは２以上の整数である
   請求項３記載の通信システム。
5. 前記待ち受け回路は、前記所定期間を複数のタイムスロットに分割した場合に、前記複数のタイムスロットのうちの一のタイムスロットにおいて、前記所定回数以上、受信した前記信号に前記特定パターンが含まれていると判断した場合に、前記検知信号を出力する
   請求項４記載の通信システム。
6. 前記特定パターンは、オンオフ変調された信号である
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の通信システム。
7. 前記特定パターンは、通信規格で規定されるデータ送信における最大のフレーム期間を超える時間、継続して第１閾値を超える電波強度を有するロングパルスである
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の通信システム。
8. 前記特定パターンは、任意のデータが変調された変調信号を含む
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の通信システム。
9. 前記送信回路は、前記データを送信した後に、前記ウェイクアップ信号を送信する
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の通信システム。
10. 無線で通信し合う送信装置及び受信装置で構成される通信システムであって、
    前記送信装置は、ウェイクアップ信号として特定パターンを送信すること、及び、データを送信することを行う送信回路を備え、
    前記受信装置は、
    信号を受信し、受信した前記信号に、前記特定パターンが含まれていることを検知した場合に、前記ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号を出力する待ち受け回路と、
    前記待ち受け回路から前記検知信号が出力された後に、前記送信装置から前記データを受信する受信回路とを備え、
    前記特定パターンは、通信規格で規定されるデータ送信における最大のフレーム期間を超える時間、継続して第１閾値を超える電波強度を有するロングパルスであり、
    前記待ち受け回路は、受信した前記信号に、前記最大のフレーム期間を超える時間、継続して第２閾値を超える電波強度で前記ロングパルスを受信した場合に、前記ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号を出力する
    通信システム。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の通信システムを構成する送信装置。
12. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の通信システムを構成する受信装置。
13. 無線で通信し合う送信装置及び受信装置で構成される通信システムにおける通信方法であって、
    前記送信装置が、ウェイクアップ信号として特定パターンを周期的に送信すること、及び、データを送信することを行う送信ステップと、
    前記受信装置が、信号を受信し、受信した前記信号に、前記特定パターンが周期的に含まれていることを検知した場合に、前記ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号を出力する待ち受けステップと、
    前記受信装置が、前記待ち受けステップにおいて前記検知信号が出力された後に、前記送信装置から前記データを受信する受信ステップと
    を含む通信方法。
14. 無線で通信し合う送信装置及び受信装置で構成される通信システムにおける通信方法であって、
    前記送信装置が、ウェイクアップ信号として特定パターンを送信すること、及び、データを送信することを行う送信ステップと、
    前記受信装置が、信号を受信し、受信した前記信号に、前記特定パターンが含まれていることを検知した場合に、前記ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号を出力する待ち受けステップと、
    前記受信装置が、前記待ち受けステップにおいて前記検知信号が出力された後に、前記送信装置から前記データを受信する受信ステップとを含み、
    前記特定パターンは、通信規格で規定される最大のフレーム期間を超える時間、継続して第１閾値を超える電波強度を有するロングパルスであり、
    前記待ち受けステップでは、受信した前記信号に、前記最大のフレーム期間を超える時間、継続して第２閾値を超える電波強度で前記ロングパルスを受信した場合に、前記ウェイクアップ信号を受信したことを示す検知信号を出力する
    通信方法。

Images