KR20010030092A - 통신방법과 수신기의 위치 검출방법 및 송신기 - Google Patents

통신방법과 수신기의 위치 검출방법 및 송신기 Download PDF

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도구치요이치
히사노아츠시
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타테이시 요시오
오므론 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 통신 가능 거리를 연장할 수 있는 통신 방법을 제공하는 것으로, 그 해결수단으로서, 송신기가 구비하는 송신을 위한 제 1, 제 2 안테나(1, 2)로부터 동기된 송신신호를 동시에 방사하며, 그 양측 안테나로부터 방사된 전파를 간섭시켜 얻어지는 간섭파를 이용하여 정보 전송을 행한다. 그러면, 간섭파의 간섭패턴 루프 부분은, 전자계 강도가 강하게 되기 때문에, 통상 1개의 안테나로부터 송신된 전파보다도 전송 가능한 최대 영역이 넓게된다. 또한, 간섭패턴의 노드 부분에서는 수신 불가능하게 되지만, 전파를 방사하는 경우의 발신상태를 조정하여 간섭패턴을 변경시키는 것에 의해 최대 영역 내에 존재하는 임의의 수신기에 대하여 정보의 전송이 가능하게 된다.

Description

통신방법과 수신기의 위치 검출방법 및 송신기{Method of communication, method of detecting position of the receiver and transmitter}
본 발명은, 통신방법과 수신기의 위치 검출방법 및 송신기에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 무선통신에 있어서 통신거리(통신영역)의 확대, 통신 가능영역의 변경, 또는 전파에 의한 위치 검출 등을 행하기 위한 통신기술에 관한 것이다.
일반적으로, 다이버시티(diversity)는 수신기에 이용되어지며, 복수의 안테나를 이용하여 페이딩(fading)에 의해 감쇄된 전파를 보완하여 고품질의 통신을 실현시키기 위한 시스템이다.
송신 다이버시티는, 예를 들어 일본 특허공개 평9-215051과 같이 브랜치를 전환하여 수신상태가 가장 양호한 전송로를 선택하는 것이 주 목적이다. 그러나, 이것들은 종래 각 안테나의 전반특성이 양호한 부분 또는 전체를 조합하는 것에 지나지 않으며, 전반특성의 근본적인 개선은 이루어지지 않았다.
한편, 종래의 통신기에서 통신거리(통신영역)를 확대하기 위해서는, 송신 측에서는 송신출력을 크게 하고, 수신 측에서는 수신감도를 높이는(안테나, 앰프의 고 이득화, S/N개선 등)방법이 있다.
그러나, 송신기로부터 방사된 전파는, 공간 전파에 의한 감쇄 때문에 송신기로부터 거리가 떨어짐에 따라 지수 함수적으로 감소된다. 즉, 통신거리는 송신출력의 크기에 의존한다. 그리고, 전파법 등에 의해 각 기기마다 최대 송신출력은 규제되고 있으며, 그 최대 송신출력에 의해 결정되는 통신거리 이상의 영역으로 전파를 도달시키는 것은 불가능 하였다.
또한, 통신기의 위치를 검출하는 시스템으로서는, PHS(Personal Handyphone System)와 같이 이동국과 작은 셀의 기지국과의 통신에 의해 영역을 특정하는 방식이나, GPS(Global Positioning System)와 같은 복수 위성과의 통신에 의해 이동국의 위치를 도출하는 방식이나, 또한 레이더와 같이 물체로부터의 반사파를 측정하는 것에 의해 위치를 검출하는 방식 등이 있다. 그러나, 이와 같은 PHS나 GPS 등을 이용한 위치 검출의 경우, 상당히 큰 시스템이 필요하며, 막대한 비용이 든다는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기의 배경을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로서는, 상기한 문제점을 해결하고, 통신 가능한 거리를 연장하며, 간편한 구성으로 통신기(송신기 또는 수신기)의 센싱, 위치검출을 전파를 이용하여 행할 수 있는 통신방법과 수신기의 위치 검출방법 및 송신기를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 통신방법에서는, 송신기가 구비한 송신을 위한 복수의 안테나로부터 전파를 방사하며, 그 복수의 안테나로부터 방사된 전파를 간섭시켜 얻어지는 간섭파를 이용하여 정보전송을 행하도록 하였다(청구항 1).
그리고, 이러한 방법을 실시하기 위한 장치(발신기)로서는, 예를 들면, 송신용 복수의 안테나와, 상기 복수의 안테나로부터 방사되는 전파에 의해 주위공간에 전파의 간섭패턴을 형성하는 간섭패턴 형성수단과, 상기 간섭패턴을 형성하는 전파를 이용하여 수신기에 대하여 송신정보를 송신하는 송신수단을 구비하여 목적을 이루도록 하였다(청구항 8).
본 발명에서는 복수의 안테나로부터 동시에 방사되는 전파를 간섭시키는 것에 의해 공간에 정재파(간섭파)를 발생시키며, 그 공간에 발생된 간섭파의 간섭패턴의 피크점(동위상으로 합성되는 점: 루프)을 이용함으로써 종래의 전반에 의한 감쇄 때문에 수신 불가능하였던 영역에서도 송신 가능하여 통신 가능한 영역이 확대된다. 즉, 1개의 안테나로부터 송신되는 종래의 송신기와 비교하여 동일의 송신출력이라도 본 발명은 최대 전송거리가 길게된다.
또한, 바람직하게는, 상기 복수의 안테나로부터 전파를 방사하는 경우의 발신상태를 조정하며, 상기 간섭파의 간섭패턴을 변경시켜, 정보 전송 가능한 영역을 변경하는 것이다(청구항 2). 또한, 발신상태를 조정· 변경하기 위해서는, 예를 들면 위상, 주파수, 출력 등의 발신조건을 조정· 변경하는 것에 의해 행해진다. 그리고, 본 발신조건의 변경 등은, 예시 열거한 것 중에서 적어도 1개를 변경하면 좋으며, 더나아가서는, 예시한 3개의 조건 이외의 것으로도 발신상태가 변화되는 것이 있으면 그 조건을 변경하여도 좋다.
그리고, 이러한 방법을 실시 하기 위해 적합한 송신기로서는, 예를 들면, 상기 간섭패턴을 공간적으로 변화시키기 위해 상기 안테나로부터 방사되는 전파의 발신상태를 제어하는 제어수단(실시예에서는, 「제어회로(17)」등에 상당)을 구비하며, 그 제어수단에서 상기 간섭패턴을 변경시켜 정보 전송 가능한 영역을 변경하도록 구성하는 것이다(청구항 8).
상기한 바와 같이 본 발명에서는, 간섭파를 이용하는 것에 의해 최대 전송거리를 연장할 수 있다. 한편, 간섭패턴의 노드 부분은, 정보전송이 불가능한 영역으로 된다. 그래서, 송신기와 수신기의 적어도 한쪽의 설치 위치가 이동 가능한 경우에는, 수신감도가 양호하게 되는 위치로 이동하는 것에 의해 대응된다. 또한, 상기 복수의 안테나로부터 전파를 방사하는 경우의 발신상태를 조정가능하게 하며, 송신기와 수신기중 어느것도 이동 불가능한 경우라도, 상기 복수의 안테나로부터 전파를 방사하는 경우의 발신상태를 조정 가능하며, 간섭패턴을 변화시키는 것에 의해 수신기 위치로 간섭패턴의 루프가 도달하도록 제어 가능하다. 그러면, 그 수신기에서는 양호한 수신상태로 수신 된다.
상기 간섭패턴의 변경은, 예를 들어 수신기로부터의 응답신호에 기초하여 행할 수 있다(청구항 3). 그리고, 이러한 방법을 실시하기 위한 송신기로서는, 예를 들면 상기 제어수단은 수신기로부터의 응답신호에 기초하여 그 수신기에서 상기 송신정보를 수신가능하게 되는 간섭패턴으로 설정하는 기능을 구비하는 것에 의해 실현할 수 있다(청구항 10).
여기에서 응답신호는, 실시예로 서술하면 수신기로서 수신한 경우의 수신레벨 등의 수신상태에 관한 정보이다. 물론, 이것 이외에도 수신감도가「좋다/나쁘다」(분리 방법은 2단계로 한정되지 않고 3단계 이상 이라도 좋다)라는 것과 같이 수신레벨과 1 대 1로 대응한 것이 아니라도 좋다.
이와 같이, 수신상태에 관한 정보를 응답신호로서 송신기 측에서 받을 수 있으면, 간섭패턴을 변화시켜 보다 양호한 수신상태(간섭패턴의 루프에 수신기가 도달하도록 한다)로 할 수 있다.
또한, 본 발명에서 서술하는 「응답신호에 기초하여」란, 「응답신호가 없다」라는 것도 포함된다. 즉, 응답신호가 있는 경우에는 전파가 도달하고 있다고 추정할 수 있으며, 응답신호가 없는 경우에는 전파가 도달하고 있지 않았다고 추정할 수 있다. 즉, 어떠한 수신기를 향해 정보를 전송하였음에도 불구하고 응답신호가 없는 경우에는 전파가 도달하지 않는 장소, 즉, 간섭패턴의 노드 부분에 있을 우려가 있다. 그 경우에는, 제어수단에 의해 발신상태를 변화시킴으로써 수신기의 설치위치에 간섭패턴의 루프가 도달하도록 조정하며, 그것에 의해 수신 가능하게 된다.
또한, 「수신가능」이란, 「수신기를 간섭패턴의 루프 부분에 위치시켜 최적의 수신환경으로 한다」라는 것은 물론이며, 수신 가능하면 좋기 때문에 간섭패턴의 루프에 수신기가 위치되어 있지 않아도 그 근방에 위치시키는 것도 포함된다. 즉, 적어도 간섭패턴의 노드부분에 수신기가 위치하여 수신 불가능하게 되는 것을 억제 하는 것이라면 좋다.
한편, 상기 간섭패턴 변경의 다른 예로서는, 취득한 수신기의 위치정보에 기초하여 행하도록 하여도 좋다(청구항 4). 여기에서, 취득한 수신기의 위치정보는, 미리 위치정보를 보유하고 있는 경우, 또는 수신기로부터 위치정보를 전송하여 받는 것에 의해 아는 경우 및 청구항 7 등의 방법에 의해 수신기의 위치를 검출하는 것에 의해 아는 경우 등 각종의 예가 있다.
그리고, 이 방법을 실시하기 위해 적합한 장치로서는 수신기의 존재 위치정보를 기억하는 기억수단을 구비하며, 상기 제어수단은, 상기 기억수단에 기억된 존재 위치정보에 기초하여 상기 간섭패턴을 설정하는 기능을 구비하도록 구성하는 것이다(청구항 11).
또한, 기억수단은, 일시 기억도 포함한다. 즉, 예를 들어 청구항 14에 기재된 장치와 같이 수신기의 위치를 검출하는 경우, 그 검출한 위치를 1차 기억하고, 그것에 기초하여 최적인 발신상태로 되는 조건을 구하는 것도 포함된다. 물론, 그와 같이하여 구해진 위치정보를 파기하지 않고 기억 유지하는 것은 관계없다.
수신기의 존재위치가 확인되면, 어떠한 발신조건으로 전파를 방사하면 그 수신기의 위치에서 간섭패턴의 루프에 도달하는지를 알 수 있다. 따라서, 이러한 발신조건이 되도록 제어수단을 조정하는 것에 의해 확실하게 수신기에 대하여 정보전송이 가능하다. 물론, 위치정보에 기초하여 간섭패턴을 설정하면 좋기 때문에 상기와 같이 수신기가 간섭패턴의 루프에 도달하도록 제어하는 것에 한정되지 않고, 노드에 도달하도록 하거나, 또는 복수의 수신기에 대하여 동시에 송신하는 경우에는, 송신대상의 수신기가 무엇이라도 소정이상의 수신레벨로 되는 발신상태로 되는 등 그 밖에 각종의 예가 있다.
또한, 상기 간섭패턴을 변경하고, 정보를 전송 시키고자하는 수신기의 존재위치는 상기 간섭파의 루프가 도달하며, 정보전송 시키지 않을 수신기의 존재위치는 상기 간섭파의 노드가 도달하도록 하여도 좋다(청구항 5).
그리고, 이 방법을 실시하는데 적합한 송신기로서는, 상기 제어수단은, 정보 전송시키고자 하는 수신기의 존재위치에 상기 간섭파의 루프가 도달하며, 정보 전송시키지 않을 수신기의 존재위치에 상기 간섭파의 노드가 도달하도록 상기 간섭패턴을 변화시키는 기능을 구비하도록 하는 것이다.
이와 같이 하면, 최대 전파 도달영역 내의 공간에 복수의 수신기가 존재하는 경우, 필요한 수신기에 대하여서만 정보 전송이 행해진다. 즉, 임의의 상태에서만 통신할 수 있기 때문에 보안이 향상된다.
또한, 상기 간섭파를 이용하여 정보를 전송하는 방법과, 상기 복수의 안테나 중에서 임의로 1개의 안테나를 이용하여 전파를 방사하여 정보전송을 행하는 방법을 전환하여 사용하여도 좋다(청구항 6).
그리고, 이와 같은 방법을 실시하기 위해 적합한 송신기로서는, 상기 복수의 안테나를 이용하여 전파를 방사하여 얻어지는 간섭파를 이용하여 정보를 전송하는 간섭파 송신기능과, 1개의 안테나를 이용하여 전파를 방사하여 정보를 전송하는 단순 송신기능을 구비하며, 상기 2가지의 송신기능중 한쪽을 선택하는 선택수단(실시예에서는, 「제어회로(17), 안테나 전환스위치(24)」에 상당)을 구비하여 구성되는 것이다(청구항 13).
본 발명에서는, 송신기로부터 일정한 범위 내에 있는 수신기에 대해서는, 1개의 안테나를 이용한 통상의 송신방법(단순 송신기능)으로 송신한다. 이것에 의해, 간섭패턴의 노드와 같이 통신영역 내에 통신 불능 영역이 발생하는 일이 없다. 그리고, 단순 송신기능에서는 정보 전송이 되지 않을 만큼 장거리 떨어진 수신기에 대하여 정보를 전송하는 경우에는, 간섭파를 이용하여 정보 전송하는 송신방법으로 전환하여 송신한다. 이것에 의해 넓은 범위로의 송신이 가능하게 된다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 수신기의 위치 검출방법에서는, 복수의 안테나로부터 전파를 방사하는 경우의 발신상태를 조정하며, 간섭패턴을 변경시켜 방사된 간섭파를 수신기로 수신한 경우의 각 수신상태에 관한 수신정보 (실시예 에서는,「수신한 전자계 강도의 크기(E)나 그 변화량 (미분값)」에 대응)를 상기 수신기가 상기 송신기에 대하여 반송된다. 이어서, 상기 송신기가 반송한 상기 수신정보를 취득함과 함께, 그 취득한 수신정보와, 발신상태에 관한 정보에 기초하여 상기 수신기의 위치를 검출하도록 하였다(청구항 7).
그리고, 이러한 방법을 실시하기 위한 송신기로서는, 상기 제어수단에서 설정된 간섭패턴으로 송신된 전파를 수신한 수신기로부터 반송되는 그 수신기의 수신상태의 정보와, 상기 설정된 간섭패턴을 얻기 위한 발신상태의 정보에 기초하여 상기 수신기의 위치를 검출하는 위치 검출수단을 설치하는 것이다(청구항 14).
이와 같이 하면, 일정 발신상태로 방사된 전파의 경우, 송신기로부터의 이반거리에 의해 전자계(電磁界)강도가 획일적으로 결정된다. 단, 동일한 전자계 강도라도 이반거리는 복수의 가능성이 있는 경우가 있다. 그래서, 발신상태를 바꾸어 간섭패턴을 변경시켜 그때의 수신상태의 변화로부터 송신기와 수신기의 이반거리 더나아가서는 수신기의 위치를 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명 제 1실시예의 개략 구성을 도시한 도.
도 2는 동작원리를 설명하는 도로서 간섭패턴의 한 예를 도시하는 도.
도 3은 본 발명의 작용을 설명하는 도.
도 4는 본 발명의 작용을 설명하는 도.
도 5는 전송거리-전자계 강도의 관계를 도시하는 그래프.
도 6은 제 1실시예에 따른 구체적인 구성을 도시하는 도.
도 7은 도 6의 회로에서 송신기의 기능을 도시하는 도.
도 8은 본 발명의 제 2실시예를 도시하는 도.
도 9는 본 발명의 작용을 설명하는 도.
도 10은 수신측의 기능을 설명하는 흐름도.
도 11은 송신기의 위상에 대한 수신기측 수신상태의 상관 관계를 도시하는 그래프.
도 12는 송신측의 기능을 설명하는 흐름도.
도 13은 본 발명의 제 3실시예를 도시하는 도.
도 14는 본 발명의 동작원리를 설명하는 도.
도 15는 본 발명의 동작원리를 설명하는 도.
도 16은 위치 검출부의 기능을 도시하는 제 1 흐름도.
도 17은 위치 검출부의 기능을 도시하는 제 2 흐름도.
도 18은 위치 검출부의 기능을 도시하는 제 3 흐름도.
도 19는 본 발명의 제 4실시예를 도시하는 도.
도 20은 본 발명의 동작원리를 설명하는 도.
도 21은 본 발명의 제 5실시예를 설명하는 도.
도 22는 본 발명의 제 5실시예의 주요부 기능을 도시하는 제 1 흐름도.
도 23은 본 발명의 제 5실시예의 주요부 기능을 도시하는 제 2 흐름도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1, 11 : 제 1 안테나 2, 12 : 제 2 안테나
3, 19a : 제 1 이상기 4, 19b : 제 2 이상기
5 : 발진기 6 : 제어부
15a : 제 1 믹서 15b : 제 2 믹서
16a :제 1국부 발진기 16b : 제 2국부 발진기
17 : 제어회로 18a : 제 1 파워앰프
18b : 제 2파워앰프 24 : 안테나 전환스위치
도 1은, 본 발명의 제 1실시예를 도시하고 있다. 또한, 이하의 실시예에서는 전자계 강도를 이용하여 설명하고 있지만, 자계강도를 이용하여도 동일하게 적용 가능하다. 본 실시예에서는, 특성이 동등한 2개의 다이폴 안테나(제1, 제 2 안테나(1, 2))를 구비하는 통신기(송신기)이며, 각 안테나(1, 2)는, 각각 제 1, 제 2 이상기(3, 4)를 통해 발진기(5)에 접속되어 있다. 이 예에서 발진기(5)는 송신신호를 출력하는 것이며, 그 송신신호는 제 1, 제 2이상기(3, 4)에 의해 ψ만큼 위상이 벗어나서 각 안테나(1, 2)에 송신되도록 된다.
또한, 제 1, 제 2 안테나(1, 2)는 거리(d)만큼 떨어져 배치되어 있다. 또한, 도시 생략된 분배기에 의해 제 1, 제 2 안테나(1, 2)에 대하여 균등하게 전력을 분배하도록 이루어져 있다.
이와 같이 하면, 본 통신기로부터 송신되는 전파의 전반은, 도 2에 도시하는 것과 같이 된다. 즉, 전파는 당연하게 파동이므로 송신원인 각 안테나(1, 2)를 중심으로 동심원상으로 전파 루프(실선)와 전파 노드(파선)가 교대되면서 넓어져 간다(주위로 전파가 전파되어 간다). 그리고, 제 1, 제 2 안테나(1, 2)로부터 방사되는 신호가, 동일한 무변조의 정현파로 되면, 도시한 것과 같이 전파 루프(실선)와 전파 노드(파선)는 교대로 균등한 간격으로 나타나며, 양 안테나(1, 2)로부터의 전파가 간섭된다.
그리고, 상기의 사상을 수학식으로 나타나면 이하와 같이 된다. 우선, 발진기(5)는, 무변조의 정현파로 된다. 그러면, 그 발진기(5)로부터의 송신신호는,
V = Vosin (ωt + ø) ··· 식 1
로 나타난다.
그리고, 제 1 이상기(3)에서 ψ1, 제 2 이상기(4)에서 ψ2만큼 각각 위상이 벗어나도록 이루어져 있다고 하면, 제 1, 제 2 안테나(1, 2)로의 입력신호(V1, V2)는 각각 이하와 같이 된다.
V1= Vosin (ωt + ø1+ψ1)
V2= Vosin (ωt + ø2+ψ2) ··· 식 2
그리고, 제 1, 제 2 안테나(1, 2)가, 길이 21의 다이폴 안테나로 되면 각각의 안테나로부터 방사되는 전계(Eθn)는,
(단, n=1, 2, 첨자 1은 제 1 안테나, 첨자 2는 제 2 안테나에 관한 것이다. 이하
동일)으로 된다.
반파장 다이폴(1n =λ/2)에 있어서, 최대 방사방향(수직설치의 다이폴은 수평면내에서 이득은 동일하다. 즉, θn = π/2)만을 고려하면, 지향성 계수는,
으로 되며, 각 안테나로부터의 전자계 강도는
여기에서 rn은, 각 안테나로부터의 거리
로 되며, 통신기로부터 출력되는 전파의 전자계 강도는, 상기 제 1, 제 2 안테나(1, 2)로부터 방사되는 전파의 전자계 강도의 합성벡터(ETOTAL) 는,
으로된다. 상기 식 6으로부터 명확하게 알 수 있듯이 합성파는 초기값(I, ω, ø, r1, r2)를 부여할 때, ψ1, ψ2의 함수로 된다. 따라서, 위상ψ을 제어함으로써 공간상에 있는 특정한 임의 포인트의 전자계 강도를 제어할 수 있다.
한편, 상기와 같이 제 1, 제 2 안테나(1, 2)의 특성은 동일하며, 분배되는 전력도 동일하기 때문에 다음 식이 성립된다.
I1= I2= I ······ 식 7
또한, 동일한 발진기(5)의 출력을 받고 있기 때문에, 입력신호는 동위상으로 주파수도 동일하게 하면 하기 식 8a, 8b, 8c가 성립된다.
ω1= ω2= ω ··· 식 8a
ø1= ø2= ø ··· 식 8b
ψ1= ψ2= ψ ··· 식 8c
그 결과, 상기 식 7, 8a 내지 8c를 식 6에 대입하는 것에 의해, 제 1 안테나(1)로부터 r1만큼 제 2 안테나(2)로부터 r2만큼 떨어진 위치에서의 통신기로부터 방사된 전파의 일정 시각(t)에 있어서, 전자계 강도(ETOTAL)(r1, r2, t) 는 하기 식9에 의해 구해진다. 이것을 모식도로 도시하면, 도 3과 같이 된다.
여기에서 도 3에 도시하듯이, 최대 방사평면도에 있어서, 2개의 안테나(1, 2)를 연결하는 선분을 x축으로 하며, 이것에 대한 수직 2등분 선을 y축으로 한다. 그리고, 제 1 안테나(1)의 존재위치 좌표를(-C, 0), 제 2 안테나(2)의 존재위치 좌표를(C, 0)으로 하면, 도 3으로부터 하기 식이 성립된다. 또한, 전파는 수평 평면 내를 진행하기 때문에, z축 방향의 전계성분은 영으로 된다.
단, ζ1=tan-1y / (x + C)
ζ2= tan-1y / (x + C)
x, y는 xy평면내의 임의의 점의 좌표
또한, 도 3, 도 4에 의해, 제 1, 제 2 안테나(1, 2)로부터의 신호를 합성하면 벡터의 합성각(ζ)은
ζ= π-(ζ1+ζ2) ··· 식 11
으로 된다. 따라서, 합성벡터(ETOTAL)는,
로 되며, 그 크기(절대값)는,
로 된다. 따라서, 상기 식 13에 의해, 제 1, 제 2 안테나(1, 2)로부터 임의의 점에 있어서의 전자계 강도를 계산할 수 있다. 또한, 2개의 안테나(1, 2)에 의한 간섭에 의해 전자계 강도에 강약을 발생시킬 수 있으며, 또한, 식(6)과 식(13)을 비교하면 명확하게 알 수 있듯이 위상각에 의해 이것의 강약 포인트가 제어된다.
즉, 반송파의 위상 제어에 의해 2개의 안테나(1, 2)로부터 방사된 전파는, 동일 상이기 때문에 상호 간섭되므로 경로차가 2nλ일 때 루프를 만들며, (2n +1)λ일 때 노드를 만든다. 여기에서 제 1 안테나(1) 또는 제 2 안테나(2)의 위상(ψ)을 스캔하는 것에 의해 루프와 노드의 위치를 제어할 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 간섭을 이용하는 것에 의해 종래 1개의 안테나로부터 방사된 것과 비교하여 높은 전자계 강도를 보다 먼 지점에서 발생시킬 수 있다. 그리고, 통신기로부터의 이반거리에 대한 전자계 강도의 관계를 도시하면, 도 5에 도시한 것과 같이 된다. 즉, 종래부터 어느 1개의 다이폴안테나의 경우, 거리가 연장됨에 따라서 서서히 전자계 강도가 저하한다. 이것에 대하여 본 발명의 2개의 안테나의 간섭을 이용한 경우, 루프와 노드가 교대로 나타나기 때문에 전자계 강도도 증가 감소를 반복하면서 전체로서는 감소한다.
따라서, 도시한 것과 같이 어느 위치에서는 1개의 다이폴 안테나의 경우의 전자계 강도 보다도 크게된다. 즉, 전파의 송신거리가 길게되며, 송신 가능한 영역을 확대할 수 있다.
또한, 전체적으로 전자계 강도가 크게되는 것이 아닌, 위치(이반거리)에 의해서는, 다이폴 안테나보다도 낮은 전자계 강도로 되는 부분도 있다. 즉, 간섭패턴에 따른 전자계 강도의 강약패턴을 공간적으로 구성할 수 있다. 따라서, 종래의 것 보다도 먼 거리까지 전파를 송신할 수 있다. 한편, 최대 전파 도달영역의 내부에 있더라도 전파가 도달하지 않는 영역을 형성할 수 있다. 따라서, 예를 들어 루프의 부분에 수신안테나가 있는 수신기는 본 실시예의 통신기로부터 송신된 신호를 양호하게 수신할 수 있지만, 노드 부분에 수신안테나가 있는 수신기는 본 실시예의 통신기로부터 송신된 신호를 수신할 수 없게 된다.
또한, 상기와 같이 공간 내에서의 전자계 강도의 강약패턴은, 2개의 양 안테나(1, 2)로부터 방사되는 2개의 전파 간섭패턴에 의해 결정되며, 그 간섭패턴은 양 안테나(1, 2)로부터 방사되는 전파의 발신상태(발신조건), 즉, 위상, 주파수, 강도 등을 제어하는 것에 의해 변경할 수 있다. 따라서, 이러한 발신상태를 제어하는 제어부(6)를 설치하며, 예를 들면 발진기(5)에 대하여 제어신호를 송신 주파수나 강도(진폭)를 변경하거나, 이상기(3, 4)에 대하여 제어신호를 송신위상을 벗어나게 하여 대응할 수 있다.
그리고, 상기 식 13에 의해 제 1, 제 2 안테나(1, 2)로부터 임의의 점에 있어서의 전자계 강도를 계산할 수 있기 때문에, 제어부(6)로부터의 제어신호에 기초한 안테나로부터의 송신신호가 어느 위치에서 루프로 되며, 어느 위치에서 노드로 이루어 지는지는 연산처리에 의해 구할 수 있다. 따라서, 전파의 최대 송신가능 영역 내에 있는 수신기의 설치위치를 기억시켜 두는 것에 의해 송신신호(정보)를 수신시키고자 하는 수신기의 설치위치가 전자계 강도의 루프 부분으로 되며, 수신시키지 않을 수신기의 설치위치가 전자계 강도의 노드의 부분으로 이루어져 간섭패턴으로 되는 제어부(6)로부터 제어신호를 발생하는 것에 의해 원하는 수신기를 선별하여 송신할 수 있다.
또한, 상기한 실시예에서는, 안테나를 2개 이용한 예를 설명하였지만, 본 발명에서는 3개 또는 그 이상이라도 좋다. 즉, 공간중의 임의 장소에 n개의 안테나가 있는 것이다. 그리고, 3차원 공간중 임의의 점 P(x,y,z)에 있어서 k번째의 안테나로부터의 전자계 강도(Eθk)는, 식 3부터 하기 식 14와 같이 된다.
이때, k번째 안테나의 좌표가(xk, yk, zk)로 되면, 그 k번째의 안테나로부터 임의의 점 P까지의 벡터는 이하와 같이 된다.
그리고, 그 k번째의 안테나로부터 점 P까지의 거리 rk및 각(δ, 수직면θ)은, 이하와 같이 된다.
그리고, Eθk의 방향 벡터는 식 15로 나타나기 때문에 그 각 축방향의 성분은 상기의 식 16을 이용하여 이하와 같이 나타난다.
따라서, 임의의 점 P에 있어서 합성 전자계 강도(ETOTAL)는, 각 안테나로부터의 전계벡터의 합이기 때문에,
으로 되며, 그 전자계 강도의 크기는, 하기 수학식에 의해 구해진다.
상기의 식 18, 식 19로부터 알 수 있듯이, n개의 안테나를 이용한 경우에도 전자계 강도를 계산할 수 있으며, 식 19를 파라미터로서 편 미분하는 것에 의해 최대값 또는 최소값이 구해진다. 따라서, 상기한 2개의 경우와 동일 간섭패턴의 제어가 가능하게 된다.
도 6, 도 7은 보다 구체적인 한 예를 도시하고 있다. 즉, 통신기(10)는 송수신 기능을 가지고 있다. 즉, 본 발명에서 서술하는 송신기와 수신기의 실시예이기도 하다. 따라서, 도 6에 도시하듯이 제 1, 제 2 안테나(11, 12)에 대하여 송신계(13)와 수신계(14)가 모두 제 1, 제 2 믹서(15a, 15b)를 통해 2개의 안테나에 대하여 접속되며, 신호의 송수를 행하도록 이루어져 있다. 즉, 송신계(13)로부터 출력된 동일 송신신호는, 양 믹서(15a, 15b)에서 반송 주파수와 혼합되어 주파수 변환된 후, 제 1, 제 2 안테나(11, 12)로부터 방사된다. 또한, 양 안테나(11, 12)에서 수신된 신호는, 각각 믹서(15a, 15b)를 경유하여 수신계(14)에 전송된다.
또한, 제어회로(17)는 송신계(13), 수신계(14) 및 제 1, 제 2 믹서(15a, 15b)에 대하여 제어신호를 보내도록 이루어져 있다. 본 발명과의 관계로 설명하면, 각 안테나(11, 12)로부터 방사되는 전파의 송신상태(발신상태)를 변경하도록 이루어져 있다.
그리고, 도 6의 통신기 중에서 송신기구 부분을 추출함과 함께, 보다 상세한 부재를 추가한 기본 블록구성은 도 7에 도시하였다. 상기 도면에 도시하듯이 송신계(13)로부터 보내진 송신신호는 제 1, 제 2 믹서(15a, 15b)에 부여되어 제 1, 제 2 국부 발진기(16a, 16b)로부터 출력되는 신호와 혼합되어 변조된다. 이때, 제 1, 제 2 국부 발진기(16a, 16b)는, 동일 주파수로서 발진되기 때문에 동일한 송신 데이터가 동일하게 변조된다.
또한, 제 1, 제 2 믹서(15a, 15b)의 출력측에는, 제 1, 제 2파워 앰프(18a, 18b)가 접속된 송신신호가 증폭되며, 그 증폭된 신호가 제 1, 제 2 이상기(19a, 19b)를 통과하여 각각의 안테나(11, 12)로부터 방사된다. 이때, 송신신호(중폭후)는, 제 1, 제 2 위상검출기(20a, 20b)에 의해 위상을 검지 하여 그 검지결과에 기초하여 제 1, 제 2 이상기(19a, 19b)에서 각 브랜치의 위상이 일치되도록 제어된다.
이러한 구성을 취하면, 예를 들어 제어회로(17)로부터의 제어신호에 의해 제 1, 제 2국부 발진기(16a, 16b)의 발진 주파수를 변경하거나, 제 1, 제 2 파워 앰프(18a, 18b)의 증폭율을 변경하거나, 제 1, 제 2 이상기(19a, 19b)에서의 위상의 벗어난 량을 변경하는 것에 의해, 양 안테나(11, 12)로부터 방사되는 전파의 발신상태를 변경할 수 있고, 그 양 안테나(11, 12)로부터 방사되는 전파의 간섭패턴(전자계 강도의 강약패턴)을 변경 가능하게 된다. 또한, 제어회로(17)에서 제어하는 대상은, 상기 3가지 모두 행할 필요 없이(물론, 모두 행해도 좋다), 그 중에서 1가지 또는 2가지라도 좋다.
도 8은, 본 발명의 제 2실시예를 도시하고 있다. 본 실시예에서는, 제 1, 제 2 안테나(11, 12)를 구비하고 있지만, 안테나 전환스위치(24)에 의해 1개의 안테나에 기초하여 통상 송신과 2개의 안테나를 이용한 간섭이용의 다이버시티 모드(장거리 통신모드)를 택일적으로 전환하여 송신 가능하도록 구성되어 있다.
이것에 의해, 예를 들어 도 9에 도시하듯이, 모두 쌍방향(반 2중)의 기능을 갖는 통신기 ①과 통신기 ②의 사이에서 데이터의 송수신을 행하는(통신기 ①로부터 통신기 ②에 대하여 데이터를 송신한다) 경우, 통상은 통신기 ①은 1개의 안테나(예를 들어, 제 1 안테나(11))만을 이용하여 송신한다. 그리고, 통신기 ②(수신기)의 주변에서의 수신상황이 나빠지거나, 통신기 ②와 통신기 ①의 적어도 한 쪽이 이동되어 통신기 ①,②사이의 거리(전송거리)가 떨어지는 것 등에 의해 수신레벨이 저하된 경우, 다이버시티 모드로 전환하여 송신하는 것에 의해 확실하게 송신데이터를 전달할 수 있게된다.
또한, 이 수신레벨이 낮아졌는지 아닌지의 판단은, 당연하게 송신 측에서는 알 수 없기 때문에, 수신기(통신기 ②)측에서 수신레벨의 서치를 행하며, 일정이하로 된 경우에는, 송신기(통신기 ①)측에 대하여 송신모드의 전환 요구를 발생하도록 한다.
그리고, 2개의 안테나를 이용한 송신에서는, 전자계 강도의 강약이 있기 때문에 수신기의 설치위치에서 간섭파 루프의 부분으로 되어 전자계 강도가 최대로 되도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 이와 같이 최대로 하기 위해서는, 상기한 제 1실시예에서 설명한 제어회로에 의해 발신상태(예를 들면 위상)를 적절하게 조정하는 것에 의해 대응할 수 있다.
그리고, 구체적으로 어떻게 조정하는 지는, 예를 들면 수신기 측의 위치를 미리 알고 있는 경우에는, 그 위치 데이터에 기초하여 전자계 강도가 최대로 되는 간섭패턴으로 되도록 조정할 수 있다.
또한, 수신기의 위치가 불명한 경우에는, 실제로 발신상태를 변경(sweep)하면서 송신 데이터를 송신하며, 수신기(통신기 ②)측에서 수신레벨을 서치하여 최적인 조건을 검지 했다면 그 검지신호를 송신기(통신기 ①)측으로 전달하는 것에 의해 최적인 발신상태로 되는 발신조건을 구할 수 있다.
그리고, 도 8에 도시한 블록도는, 상기 처리(발신조건을 스윕하면서 서치· 결정)를 행하기 위한 송신기능과 수신기능을 구비한 통신기의 내부구성을 도시하고 있다.
상기 도면에 도시하듯이 송신회로계(13')와 수신계인 검파회로(14')가 송수 전환스위치(22)에 접속되며, 그 중 어느 것이 택일적으로 선택되어 안테나 전환 스위치(24)를 통해 소정의 안테나(11, 12)에 접속된다(실제로는 제 1, 제 2 이상기(19a, 19b)를 통한다).
그리고, 송수 전환스위치(22)는, 제어회로(17)로부터의 전환 신호에 기초하여 일정한 타이밍으로 교대로 전환되도록 동작되며, 송신모드와 수신모드를 시분할로 전환하도록 이루어져 있다. 또한, 안테나 전환 스위치(24)는 제어회로(17)로부터의 전환신호에 기초하여 동작하며, 송신하는 경우에는 상기한바와 같이 초기상태에서는 한쪽의 안테나(예를 들면, 제 1 안테나(11))만 동작하도록 이루어지며, 일정한 조건아래에서 양 안테나(11,12)가 동작되도록 이루어진다. 또한, 수신된 경우에는, 한쪽의 안테나(예를 들면, 제 1 안테나(11))를 유효하게 하며, 수신된 전파를 검파회로(14')로 보내 그곳에서 수신데이터를 해석하여 소정의 처리를 행한다.
또한, 안테나로부터의 수신경로에 수신레벨 모니터(25)를 접속하며, 그 수신한 신호의 신호레벨(E)을 검출하도록 이루어져 있다. 그리고, 수신레벨 모니터(25)의 검출출력을 제어회로(17)에 부여하여 그곳에서 수신레벨(E)이 임계값(threshold)이상인지 아닌지를 판단하도록 이루어져 있다.
또한, 수신레벨 모니터(25)의 출력은, 미분회로(28)에도 주어지도록 이루어져 있으며, 그곳에서 수신레벨(E)을 미분하여 그 결과가 제어회로(17)로 보내진다. 또한, 일단 주어진 1차 미분값(dE/dt)은, 미분회로(28)에 복귀되어 재차 미분된다. 이것에 의해, 최종적으로 미분회로(28)로부터 제어회로(17)에는 수신레벨(E)의 1차 미분값(dE/dt)과 2차 미분값(d2E/dt2)이 부여되게 된다.
그리고, 제어회로(17)에서는, 수신레벨 모니터(25)나 미분회로(28)로부터 주어지는 정보에 기초하여 소정의 수신제어를 한다. 구체적으로는, 도 10에 도시한 흐름도를 실시하도록 한다. 즉, 우선 송신모드와 수신모드가 교대로 전환되기 때문에 송신모드 일 때는 대기(ST1)하며, 수신모드로 이행하면 스텝 2로 진행하여 현재 수신한 데이터가 통상모드로 송신되고 있는지 아닌지를 판단한다. 또한, 이와 같이 통상모드인지 아닌지의 판단은, 예를 들어 송신데이터에 어느 모드로 송신하고 있는지의 정보도 추가하여 두는 것에 의해 이러한 정보로부터 간단하게 판단할 수 있다.
통상 모드의 경우에는 스텝 3으로 진행하며, 수신레벨 모니터(25)로부터 주어진 수신레벨(E)이 임계값 이상인지 아닌지를 판단한다. 그리고, 임계값 이상인 경우(1개의 안테나에서 충분한 수신레벨이 얻어지는 경우)에는, 현재 상태에서의 수신에 문제가 없기 때문에 그 상태를 유지한다.
한편, 수신레벨(E)이 임계값 미만으로 되면(수신레벨이 수신 불가능하게 되는 바로 전의 전자계 강도의 범위로 들어간다), 스텝 3의 분기 판단이 No로 되기 때문에 송신모드로 전환되어 송신시에 통신 상대에 대하여 다이버시티 모드의 전환 요구신호를 발신하고(ST4), 그 후, 스텝 2의 분기판단으로 복귀된다.
또한, 이 시점에 있어서 송신측의 통신기는 종래의 통신영역 내에 있기 때문에 통신기(2)로부터의 전환신호를 수신할 수 있다. 전환신호를 수신한 통신기(송신측)는 종래의 단일 안테나로부터의 송신이 아닌, 송신 다이버시티를 이용하여 송신을 개시한다. 또한, 송신 다이버시티에 의한 방사는 피크 포인트(루프)와 널 포인트(노드)를 갖기 때문에 위상을 변화시켜 피크 포인트를 스윕 시킨다.
한편, 스텝(2)의 분기판단에서「통상모드가 아님」, 즉 다이버시티 모드로 송신되어진 경우에는 스텝 5로 진행하며, 수신레벨 모니터(25), 미분회로(28)의 출력으로부터 수신레벨(E)의 절대값과 전자계 강도의 시간영역에 있어서의 미분계수 E(1)=dE/dt 및 2회 미분계수 E(2)=d2E/dt2를 모니터 한다.
즉, 송신기의 위상(θ)의 변화에 대한 수신기의 수신레벨(E)의 절대값의 관계는, 도 11과 같이 된다. 따라서, 수신 레벨의 시간 미분값이 0(변화없음)으로, 2회미분이 부(변화가 증가경향으로부터 감소경향으로 변화하는 점)일 때가 극대 값으로 된다. 즉, 송신기 측에서는 위상을 스윕시키기 위해, 수신기 측에서의 수신레벨은 시시각각으로 변화한다. 따라서, 스텝 5의 분기판단에 의해 수신레벨이 극대값으로 될 때까지 기다려서 조건합치(판단결과는 No)된 경우에는 스텝 6으로 진행하며, 그 때의 수신레벨이 임계값 이상인지 아닌지를 판단한다. 또한, 실제는 전자계 강도(E)를 직접 구하는 것이 아닌, 전자계 강도와 동등한 안테나 소자의 여기 되는 전압(V)을 측정한다.
그리고, 임계값 이상의 경우에는, 그 수신한 데이터를 송신한 경우의 발신상태에 의해 정상으로 수신 가능하다고 판단되기 때문에, 스텝 8로 진행하며, 송신모드로 전환되어 스윕 정지신호를 송신한다. 또한, 이 스윕 정지신호를 수신한 송신기는 이 통신에 필요한 지연시간을 환산하여 위상을 고정시키는 것으로 충분한 수신레벨을 확보하게 된다.
한편, 스텝 6의 분기판단으로 No로 된 경우에는, 다이버시티 모드에서 최대 수신감도라도 충분한 수신 레벨로의 수신이 되지 않기 때문에 수신 불가능으로서 전원을 슬립모드로 전환한다(ST7).
또한, 송신측의 제어흐름은 도 12에 도시하듯이 우선 현재가 수신모드인지 송신모드인지를 판단하며(ST11), 송신모드의 경우에는 소정의 타이밍으로 송신데이터를 송신한다. 그리고, 현재의 송신모드가 통상 모드인지 아닌지를 판단하며(ST12), 통상모드의 경우에는 수신기 측으로부터 스윕 개시 신호를 수신하였는지 아닌지를 판단하며(ST13), 수신하지 않는 경우에는 그대로 통상모드를 계속하여 데이터의 송수를 행한다.
한편, 스텝 13의 분기판단으로 Yes, 즉, 스윕 개시신호를 수신하였다면, 송신모드를 다이버시티 모드로 전환함과 함께, 위상을 스윕시키면서 데이터송신을 개시한다(ST14). 그리고, 수신기 측으로부터 스윕 정지신호를 수신할 때까지 그 스윕을 반복하여 실행한다(ST15).
그리고, 스윕 정지신호를 수신하였다면, 통신에 의한 지연시간을 고려하며, 수신기 측으로부터 스윕 정지신호를 발생한 때의 발신상태(위상)를 결정하며, 이후 그 발신상태로 다이버시티 모드에서의 송신을 행한다.
도 13은, 본 발명의 제 3실시예의 주요부를 도시하고 있다. 본 실시예에서는, 통신상태의 통신기(수신기)의 존재위치를 특정하는 기능을 구비하고 있다. 그리고, 대다수의 구성은 제 2실시예와 동일하지만, 본 실시예에서는 송신은 항상 제 1, 제 2 안테나를 이용한 다이버시티 모드로 행하기 때문에 안테나 전환스위치는 없다.
또한, 통신상대의 통신기 위치를 검출하기 위한 위치 검출부(30)도 설치되어 있다. 이 위치 검출부(30)는 검파회로(14')의 후단에 접속되며, 상대편으로부터 도달된 정보를 수취하도록 이루어져 있다. 또한, 제어회로(17)로부터는 발신조건이 주어진다. 이하, 실제 데이터 송수신의 순서에 따라 각 기능을 설명한다.
본 실시예에서도 통신기는, 모두 쌍방향(반 2중)의 기능을 구비하는 것으로 하며, 송신과 수신을 시분할로 전환하는 것이다. 그리고, 도 9에 도시하듯이 한쪽의 통신기 ①에서, 다른 쪽의 통신기 ②의 위치를 검출하는 경우를 상정한다. 물론, 반대의 처리를 행하는 것에 의해 통신기 ②측에서 통신기 ①의 위치를 검출할 수 있으며, 또한 다른 통신기의 위치를 검출하는 것은 물론이다.
(통신기 ①(검출측)로부터의 송신기능)
우선, 통신기 ①의 2개의 안테나 소자(11, 12)로부터 동시에 신호를 방사하며, 공간 내에 발생한 간섭파의 간섭패턴을 송신신호의 주파수, 위상, 출력 등의 발신조건(파라미터)을 제어함으로써 변화시킨다. 이 발신조건의 제어는, 제어회로(17)로부터의 제어신호에 의해 행하며, 구체적인 처리는 제 1실시예에서 설명한 것과 같다.
(통신기 ②(비 검출측)에서의 송. 수신기능)
통신기 ②가 통신기 ①의 통신영역 내에 존재하면, 통신기 ①의 위상 스윕에 의해 변화되는 전자계 강도를 수신레벨(|E|)로서 얻을 수 있다. 이 수신레벨(|E|)의 검출은 수신레벨 모니터(25)에서 행해진다. 또한, 통신기 ②에서는 통신기 ①로부터의 송신신호를 수신하면, 수신레벨을 검지함과 함께 미분회로(28)에서 수신레벨(E)의 전자계 강도의 시간영역에서 미분계수 E(1)=dE/dt 및 2회 미분계수 E(2)=d2E/dt2를 검출하여 제어회로(17)로 전달한다.
그리고, 통신기 ②는, 판정한 상기 수신데이터(E, E(1), E(2))를 통신기 ①로 송신한다. 즉, 제어회로(17)가 수신데이터를 취득하고 있기 때문에 그것을 통신기 ①에 대한 송신 데이터로서 송신회로계(13')로 전달한다. 그리고, 송신회로계(13')는, 수신된 송신 데이터를 안테나(11, 12)를 통해 통신기 ①로 향해 송신한다.
(통신기 ①의 수신기능)
도 5를 인용하여 제 1실시예에서도 설명한바와 같이(식 13참조), 발신상태가 일정하면, 발신원(통신기 ①)으로부터의 이반거리와 전자계 강도는 일정한 상관관계가 있다. 단, 양자는 1대1의 대응관계로는 이루지지 않고, 어떤 전자계 강도가 검출된 경우에 양 통신기 ①, ②사이의 거리 가능성은, 1 또는 복수점 올라간다. 또한, 도 11에도 도시하였듯이 동일 전자계 강도라도 미분계수 E(1)나 2회 미분계수 E(2)가 다르다. 그리고, 발신상태가 변화되면, 도 5, 도 11에 도시한 그래프 특성도 변화한다. 또한, 이반거리(r)를 알면, 통신기 ①의 위치를 중심으로한 반경(r)의 구면위에 통신기 ②가 위치하게 된다. 그리고, 도 14에 도시하듯이 통신기 ①의 위치를 원점(0)으로한 때의 통신기 ②의 상대위치는, 거리(r), 수평각(δ), 수직각(θ)으로 특정할 수 있다.
따라서, 극좌표계에서 위치를 특정하는 거리(r), 수평각(δ), 수직각(θ)과, 주파수(f), 위상(ø)등의 발신조건과 E, E(1), E(2) 등의 수신데이터는, 일정한 상관관계가 있으며, 이러한 관계 데이터 베이스를 통신기ⓛ이 보유하고 있다. 이 데이터 베이스는 E, E(1), E(2)의 각각에 관하여 거리(r), 수평각(δ), 수직각(θ)을 파라미터로한 3차원 구조를 취하는 것이다(도 15참조). 그래서 통신기ⓛ에서는, 발신조건을 알고 있기 때문에, 그 발신조건으로 송신한 데이터에 관하여 통신기 ②로부터 도달된 수신데이터 E, E(1), E(2)와, 상기 발신조건으로부터 상기 데이터 베이스를 참조하여 통신기 ②의 위치를 특정한다. 물론, 1개의 발신조건만으로는 특정할 수 없는 경우가 있기 때문에 발신조건을 변화시키면서 데이터를 수집하여 총합적으로 판단하여 통신기 ②의 위치를 특정하게 된다.
구체적으로는, 각각의 데이터 베이스는 통신기 ①가 주파수, 위상 등의 발신조건을 설정한 시점에서 그 설정된 값에 기초하여 다음과 같이 나타낸다. 주파수(ω) 및 위상(ø)등의 파라미터는 고정되기 때문에 E, E(1), E(2)는 각각 t 및 r, δ,θ만의 함수(f)로 된다.
그리고, 상기 도시한 파라미터의 범위에서 적당한 스텝으로 데이터를 작성한다(R은 해석하고자하는 영역 반경의 설정값). 그러면, 각각의 파라미터에 있어서의 스텝을 n으로 하면 m번째의 값은 이하와 같이 된다(단, m, n은 각 파라미터마다 독립변수로 한다).
rm= m(R/n)
δm= m(δ/n)
θm= m(θ/n)
단, m = 1, 2,...
n = 1, 2,...
그리고, 이상과 같이 구해진 값은 E, E(1), E(2)각각에 관하여 r, δ, θ에 의한 3차원 배열로서 보존된다. 이때, 그 후의 처리를 효율좋게 행하므로써, E, E(1), E(2)의 각 값마다(r, δ, θ)공간을 구분한다(도 16, 도 17의 ST21 내지 ST27).
이어서, 통신기ⓛ은 통신기 ②로부터 E, E(1)의 데이터를 수취하면(도 17의 ST28), 각각의 파라미터(E, E(1), E(2))에 대응하는 r, δ, θ를 값이 작은 쪽부터 검색하여 가는 것으로 위치를 구한다. 이때, r, δ, θ의 순서로 검색하는 것으로서 최후에 E, E(1), E(2)를 얻은 각각의 r, δ, θ의 중에서 공통하는 것을 해석한다.(도 17, 도 18의 ST29 내지 ST37). 일치하는 것이 없는 경우에는, 재송 요구를 보내며(ST38), 상기 처리를 반복하여 실행한다. 또한, 일치하는 해석이 없는 경우는 가장 가까운 곳을 선택한다. 이때, 도 5로부터 E, E(1), E(2)가 결정되면, r은 한번에 결정할 수 있다.
그리고, 도 16 내지 도 18에 도시한 흐름도는, 위치 검출부(30)가 실행되게 되며, 이 흐름도를 실행하는 것이 본 발명 위치 검출방법의 한 실시예로 된다. 다시 말하면, 위치 검출부(30)의 기능을 도시한 것이 도 16 내지 도 18의 흐름도로 된다. 또한, 이와 같이 위치를 검출하였다면, 위치정보를 기억하며, 필요에 따라서 도시 생략한 표시위치나 프린터 등의 출력장치로 출력할 수 있다.
이것에 의해, 통신기 ①을 기준으로한 통신기 ②의 위치를 특정할 수 있기 때문에, 예를 들면 통신기 ②가 이동 가능한 휴대 단말인 경우에, 그 통신기 ②를 소지한 사람은 존재위치나 이동궤적 등을 알 수 있다. 또한, 통신기 ②가 이동하는지 아닌지에 관계없이 현재위치를 인식하는 것에 의해 통신기 ①로부터 통신기 ②에 대하여 정보를 전송하는지 아닌 지의 제어를 행하는 것에도 이용할 수 있다.
도 19, 도 20은, 본 발명의 제 4실시예를 도시하고 있다. 도 19는, 통신기군의 위치관계의 맵을 도시한다. 본 실시예에 있어서의 각 통신기는, 영역을 3차원 직교 좌표계로서 그 기준점 0(x, y, z)=(0,0,0)으로부터의 자신 및 그 밖의 모든 통신기의 위치정보를 가지고 있다. 즉, 한 예로서 도 19중의 각 통신기 ① 내지 통신기④가 하기 표와 같은 위치 정보를 가지고 있다.
그러면, 예를 들어 통신기 ①이 통신기 ②에 대하여 송신을 행하는 경우, 통신기 ①로부터 통신기 ②까지의 거리 R1-2는 , 이하의 식으로 표현된다.
또한, 통신기 ①에서 통신기 ②로의 벡터 (V1-2)와 x 축 정방향과의 이루는 각을 δ, xy평면(수평면)과의 이루는 각을 θ로 하면,
로 되기 때문에,
로 된다.
이것에 의해, 통신기 ①은 통신기 ②의 위상위치를, 연산처리에 의해 구할 수 있다. 상기에서 구해진(r, δ, θ)초기 조건으로서 전자계 강도(E)에 관한 데이터 베이스를 작성한다. 즉, 데이터 송신을 하는 통신기 ①의 발신조건(주파수(ω), 위상(ø), 출력레벨(V))에 대한 전자계 강도의 상관을 구한다. 그리고, 전자계 강도가 최대로 되는 점을 검색하며, 그 검색한 최대로 되는 발신조건이 통신기 ①의 제어회로가 셋트된다. 이와같이 셋트된 발신조건은, 통신기 ①로부터 통신기 ②에 대하여 데이터를 송신하는 경우의 최적인 통신환경을 만들어 내게된다. 이와 같이 통신기의 위치 정보에 의해 수신측인 통신기 ②로부터의 피드백(반송신호)을 필요로 하지 않기 때문에 최적 수신상태를 만들어 낼 수 있다.
또한, 표 1에 도시하는 각 통신기의 데이터는, 꼭 최초부터 보유하고 있지 않아도 좋다. 한 예로서는, 각 통신기를 설치후, 수동조작에 의해 위치 정보를 등록하도록 하거나, 예를 들어 각 통신기는 적어도 자신의 존재위치 정보는 취득하고 있다고 하여 소정의 타이밍으로 주위에 존재하는 통신기에 대하여 각자의 위치정보 송신요구를 발생하며, 그 송신요구를 받아서 각 통신기로부터 보내져 온 위치정보를 취득하여 표 1과 같은 데이터 베이스를 작성하도록 하는 등 각종의 방법이 취해진다.
도 21 내지 도 23은, 본 발명의 제 5 실시예를 도시하고 있다. 간단한 예로서, 제 1실시예에서 도시한 통신기가 도 21과 같이 평면 내에 배치되어 있는 것으로서, 이들 통신기(A, B, C)는, 상기한 제 3, 제 4실시예와 같은 방법으로 상호 위치를 알 수 있도록 이루어져 있다.
상술한 방법으로 인식한 위치정보((r, δ, θ) 또는 (x, y, z))로부터, 발신조건을 변화시킨 경우의 그 위치에 있어서 E의 크기에 관해서의 데이터 베이스를 작성하며, 작성된 데이터 베이스를 E의 값으로 분류한다.
그리고, 제 1실시예에서도 설명하였듯이 제 1, 제 2 안테나로부터 방사된 전파에 의해 발생된 간섭파의 루프부분이 수신상황이 양호하게 되며, 간섭파의 노드부분이 수신 불가능한 영역으로 된다. 또한, 현실적으로는, 루프의 부분이나 노드의 부분이 아니라도 수신이 되었다가 안되었다 하는 영역이 있다. 즉, 통신기가 가지고 있는 수신의 가능/불가능을 결정하는 임계값 전자계 강도를 Es로 하면, 수신레벨(전자계 강도)이 Es이상이면 그 통신기는 수신 가능하며, Es미만으로 되면 수신이 불가능하게 된다.
여기에서, 발신조건을 조정하는 것에 의해, 어떤 통신기(송신기로서 기능 한다)로부터 데이터를 송신하는 경우에, 그 전파의 도달영역내에 복수의 통신기(수신기로서 기능 한다)가 존재하는 경우에, 상기 데이터를 수신시키고자 하는 통신기와 수신시키지 않을 통신기가 혼재하는 것으로 한다. 이 경우에, 수신시키고자 하는 통신기의 전자계 강도가 Es보다 크며, 수신시키지 않을 통신기의 수신강도가 Es미만으로 되는 발신조건을 추출하며, 그 발신조건에 설정하여 데이터를 송신한다. 그리고, 이런 조건을 구비하는 발신조건이 복수 존재하는 경우에는, 임의의 것을 선택하여도 좋으며, 수신 전자계 강도가 최대로 되는 것을 선택하여도 좋다.
이것에 의해, 통신기로부터 방사되는 전자계는 통신하고자 하는 통신기에 대하여서는 간섭파의 루프가, 통신하지 않을 통신기에서는 간섭파의 노드가 도달하게 된다. 즉, SDMA(공간 분할 다원접속)가 가능하게 되며, 각 통신기의 위치정보를 알 수 있다면, 근방의 어느 위치에 통신기가 있어도 송신기가 통신하고자 하는 임의의 통신기만이라도 통신하는 것이 가능하다. 본 방식에 의해 인식코드 등과의 병용에 의해 확실하게 보안이 향상된다.
그리고, 상기 처리를 실행하기 위한 처리부(발신 조건결정· 설정부)로서는, 예를 들면 도 22, 도 23의 흐름도를 실시하도록 하면 좋다. 이 흐름도에 도시된 예는, 전제로서 각 통신기는 자신의 위치정보를 갖는 것으로 한다.
우선, 주위에 존재하는 수신기의 위치정보(예를 들면, 표 1에 도시한 정보)를 이미 가지고 있는지 아닌지를 판단(ST41)하며, 가지고 있지 않은 경우에는, 통신영역내에 대하여 위치 요구신호를 송신한다(ST42). 이 위치요구 신호를 수신한 통신기(수신기)는, 응답신호로서 자기의 위치 정보를 송신한다. 그리고, 통신영역 내라도, 간섭패턴의 노드 위치에 존재하는 통신기는, 그 위치요구 신호를 수신 할 수 없기 때문에 당연하게 위치정보의 응답신호는 발생되지 않는다.
따라서, 위치정보를 보내온 통신기가 통신하고자 하는 통신기뿐일 경우에는, 위치 요구신호를 발생한 경우의 발신조건(발신상태)으로 전파를 방사하는 것에 의해 목적하는 통신기에 대하여서만 정보 전송이 가능하다. 또한, 통신하고자 하는 통신기로부터의 응답이 없는 경우에는, 발신조건을 변경하여 재차 요구할 수 있으며, 또한, 통신하고자 하는 통신기 이외로부터 위치 정보의 응답신호가 있는 경우에는 그 위치 정보에 기초하여 발신조건을 변경하는 것에 의해 소망의 통신하고자 하는 통신기에 대하여서만 정보전송이 가능하게 된다.
그래서, 통신하고자 하는 통신기 이외로부터의 응답이 없는지 있는지를 판단한다(ST43). 이때, 통신하고자 하는 통신기 이외로부터도 응답이 있은 경우(전제로서, 통신하고자 하는 통신기로부터도 응답이 있는지 이미 알고 있는 것으로 하며, 통신하고자 하는 통신기로부터 응답이 없는 경우에는, 발신조건을 바꾸어 재차 스텝 42의 처리를 실행한다)에는, 각각의 위치정보를 바꾼 경우의 각 통신기(수신기)의 위치에 두는 전자계 강도(E)의 관계를 도시하는 데이터 베이스를 작성한다.
이어서, 통신하고자 하는 통신기에 있어서의 수신전력(전자계 강도)을 Ed로 하며, 통신하지 않을 통신기에 있어서의 수신전력(전자계 강도)을 Eu로 하며, 수신가능/불가능의 경계로 되는 임계값 전자계 강도를 Es로 한 경우, Ed〉Es 로 되는 발신조건(A)을 선택(ST45, ST46)하며, Eu〈Es로 되는 발신조건(B)을 선택(ST45, ST49)한다.
또한, 스텝(45)의 「Eu」는, 데이터 베이스에 격납된 처리대상의 전자계 강도가 Eu 즉, 통신하지 않을 통신기의 전자계 강도인지 아닌지를 판단하는 것을 의미한다. 보다 구체적으로 말하면, 통신 영역 내에 존재하는 통신하고자 하는 모든 통신기의 전자계 강도(Ed)가, Es보다 크게되는 조건(A)을 찾는 것이 스텝 46이며, 통신영역 내에 존재하는 통신하지 않을 모든 통신기의 전자계 강도(Eu)가, Es미만으로 되는 조건(B)을 찾는 것이 스텝 49이다. 그리고, 각 조건(A, B)은 각각 복수 존재하는 것은 제한이 없다.
이와 같이 하여, 조건(A, B)이 선택되었으면, 스텝 50으로 진행하며, 조건(A, B)을 양쪽모두 만족하는 값(발신조건)이 존재하는지 아닌지를 판단하며, 존재하는 경우(No)에는, 그 만족하는 조건 중에서 Ed가 최대로 되는 조건을 선택한다(ST51). 한편, A,B의 양쪽을 만족하는 조건이 존재하지 않는 경우에는, 스텝 52로 진행하며, 조건(A)만을 만족하는 조건 중에서 Ed가 최대로 되는 조건을 선택한다(ST52, ST53). 그리고, 상기 선택된 발신조건으로 설정하며, 전파를 방사하여 정보전달을 행한다(ST 54).
한편, 스텝 43의 분기판단으로 Yes, 즉, 통신하고자 하는 통신기 이외로부터 응답이 없는 경우에는 통신영역 내에 통신기가 존재하는 통신 가능한 상태로 되어 있지 않은 여부(ST47) 및 통신하고자 하는 통신기 이외는 존재하지 않는지 여부(ST48)를 판단한다. 그리고, 통신 가능한 상태로 이루어져 있지 않은 경우(ST47에서 Yes)와, 통신하고자 하는 통신기 이외가 존재하지 않은(과거에 취득한 위치정보로서 판단가능) 경우(ST48에서 Yes)는, 어느 것도 스텝 53으로 진행하며, 조건(A)만의 판단을 행한다. 이때, 전제로서 스텝 46과 같은 조건(A)을 선택하는 처리는 행한다. 또한, 상기 스텝 48에서 상기와 반대의 판단(No)으로 된 경우에는, 스텝 44로 진행하여 데이터 베이스를 작성한다.
상기와 같이, 본 발명에서는 복수개의 안테나로부터 동기 되어진 송신신호를 동시에 방사하여 간섭시키는 것으로 공간 내에 정재파(간섭파)를 발생시키며, 간섭파의 간섭패턴에 의한 전자계 강도의 피크부분(루프부분) 또는 그 주변을 이용하는 것으로서, 방사하는 전파의 출력을 높이는 일없이 전송 가능한 거리를 연장할 수 있다.
그리고, 복수의 안테나로부터 전파를 방사하는 경우의 발신상태를 조정가능하게 구성하면, 간섭패턴을 변화시킬 수 있기 때문에 최대 전송가능한 영역내의 임의의 위치에 있는 수신기로 확실하게 정보를 전송할 수 있다.
간섭패턴의 변경을 수신기로부터의 응답신호에 기초하여 행하도록 구성하면, 송신대상의 수신기에 있어서 양호한 수신환경으로 되는 간섭 패턴을 설정할 수 있다.
또한, 간섭패턴의 변경을, 취득한 수신기의 위치정보에 기초하여 행하도록 구성하면, 수신기의 위치정보에 기초하여 최초부터 수신기에 있어서 양호한 수신환경으로 송신 가능하게 된다.
정보를 전송 시키고자하는 수신기의 존재위치는 상기 간섭파의 루프가 도달하며, 정보 전송시키지 않을 수신기의 존재위치는 상기 간섭파의 노드가 도달하도록 구성하면, 최대 전송 가능영역내에 복수의 수신기가 존재하는 경우에, 특정의 수신기에 대하여서만 정보전송을 할 수 있으며, 보안성이 향상된다.
상기 간섭파를 이용하여 정보 전송하는 방법과, 상기 복수의 안테나중 임의의 1개의 안테나를 이용하여 전파를 방사하여 정보 전송을 행하는 방법을 전환하여 사용하도록 구성하면, 일정한 범위의 공간(영역)내의 수신기에 대해서는 1개의 안테나를 이용한 송신을 행하는 것에 의해, 확실하며 또한 간편(간섭패턴의 조정이 불필요)하게 정보 전송할 수 있으며, 또한 상기 영역이외에 있는 수신기에 대해서는, 간섭패턴을 이용하는 것에 의해 정보전송이 가능하게 된다.
간섭 패턴을 변경시켜 방사된 간섭파를 수신기로 수신한 경우의 각 수신상태에 관한 수신정보를, 상기 수신기가 상기 송신기에 대하여 반송되며, 상기 송신기가 반송된 상기 수신정보를 취득함과 함께, 그 취득한 수신정보와 발신상태에 관한 정보에 기초하여 상기 수신기의 위치를 검출하도록 구성하면, 수신기의 위치를 알 수 있다. 따라서, 그 위치정보에 기초하여 양호한 수신환경으로 되는 발신상태에서 전파를 방사하도록 하거나, 반대로 그 수신기에는 정보전송 되지 않도록 간섭패턴을 조정하는 것 등으로 이용할 수 있다.

Claims (14)

  1. 송신기가 구비하는 송신을 위한 복수의 안테나로부터 전파를 방사하는 단계와,
    상기 복수의 안테나로부터 방사된 전파를 간섭시켜 얻어지는 간섭파를 이용하여 정보의 전송을 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 안테나로부터 전파를 방사하는 경우의 발신 상태를 조정하는 단계와,
    상기 간섭파의 간섭패턴을 변경시켜 정보 전송 가능한 영역을 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 간섭패턴의 변경은, 수신기로부터의 응답신호에 기초하여 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 간섭패턴의 변경은, 취득한 수신기의 위치정보에 기초하여 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신방법.
  5. 제 2항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 간섭패턴을 변경하는 단계와,
    정보를 전송시키고자 하는 수신기의 존재위치는 상기 간섭파의 루프가 도달하고, 정보를 전송시키지 않을 수신기의 존재위치는 상기 간섭파의 노드가 도달하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신방법.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 간섭파를 이용하여 정보를 전송하는 방법과,
    상기 복수의 안테나 중 임의로 1개의 안테나를 이용하여 전파를 방사하여 정보 전송을 행하는 방법을 전환하여 사용하는 단계를 포함하는 통신방법.
  7. 제 2항 기재의 방법에 의해 상기 간섭패턴을 변경시켜 방사한 간섭파를 수신기에서 수신한 경우의 각 수신상태에 관한 수신정보를 상기 수신기가 상기 송신기에 대하여 반송하는 단계와,
    상기 송신기가 반송된 상기 수신정보를 취득함과 함께, 그 취득한 수신정보와, 발신상태에 관한 정보에 기초하여 상기 수신기의 위치를 검출하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기의 위치 검출방법.
  8. 송신용 복수의 안테나와,
    상기 복수의 안테나로부터 방사되는 전파에 의해 주위 공간에 전파의 간섭패턴을 형성하는 간섭패턴 형성수단과,
    상기 간섭패턴을 형성하는 전파를 이용하여 수신기에 대해 송신정보를 송신하는 송신수단을 구비한 것을 특징으로 하는 송신기.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 간섭패턴을 공간적으로 변화시키기 위해, 상기 안테나로부터 방사되는 전파의 발신상태를 제어하는 제어수단을 구비하며,
    상기 제어수단에서 상기 간섭패턴을 변경시켜, 정보 전송 가능한 영역을 변경하는 것을 특징으로 하는 송신기.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제어수단은, 수신기로부터의 응답신호에 기초하며, 상기 수신기에서 상기 송신정보를 수신 가능하게 하는 간섭패턴으로 설정하는 기능을 구비한 것을 특징으로 하는 송신기.
  11. 제 9항에 있어서,
    수신기의 존재 위치정보를 기억하는 기억수단을 구비하며,
    상기 제어수단은, 상기 기억수단에 기억된 존재 위치정보에 기초하여 상기 간섭패턴을 설정하는 기능을 구비한 것을 특징으로 하는 송신기.
  12. 제 9항 내지 제 11항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어수단은, 정보를 전송시키고자하는 수신기의 존재위치로 상기 간섭파의 루프가 도달하며, 정보전송시키지 않을 수신기의 존재위치에 상기 간섭파의 노드가 도달하도록 상기 간섭패턴을 변화시키는 기능을 구비한 것을 특징으로 하는 송신기.
  13. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 복수의 안테나를 이용하여 전파를 방사하여 얻어지는 간섭파를 이용하여 정보를 전송하는 간섭파 송신기능과,
    1개의 안테나를 이용하여 전파를 방사하여 정보전송을 행하는 단순 송신기능을 구비하며,
    상기 2개의 송신기능중 한쪽을 선택하는 선택수단을 구비한 것을 특징으로 하는 송신기.
  14. 제 9항 내지 제 11항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어수단에서 설정된 간섭패턴으로 송신된 전파를 수신한 수신기로부터 반송되는 그 수신기에 있어서의 수신상태 정보와, 상기 설정된 간섭패턴을 얻기 위한 발신상태의 정보에 기초하여 상기 수신기의 위치를 검출하는 위치 검출수단을 구비한 것을 특징으로 하는 송신기.
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