WO2020217294A1 - 無線通信装置及び無線通信方法 - Google Patents

無線通信装置及び無線通信方法 Download PDF

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尚祐 伊藤
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三菱電機株式会社
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/02—Signalling devices actuated by tyre pressure
    • B60C23/04—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
    • B60C23/0486—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre comprising additional sensors in the wheel or tyre mounted monitoring device, e.g. movement sensors, microphones or earth magnetic field sensors
    • B60C23/0489—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre comprising additional sensors in the wheel or tyre mounted monitoring device, e.g. movement sensors, microphones or earth magnetic field sensors for detecting the actual angular position of the monitoring device while the wheel is turning
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
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    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
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    • H01Q1/2241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems used in or for vehicle tyres
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/005—Control of transmission; Equalising
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received

Definitions

  • the present invention relates to a wireless communication device and a wireless communication method.
  • Patent Document 1 proposes a wireless communication device that performs wireless communication at a communication timing according to a rotation position of a wheel of a vehicle.
  • An object of the present invention is to provide a wireless communication device and a wireless communication method capable of adjusting communication between a rotating portion and a fixed portion at an optimum timing.
  • the wireless communication device is provided in the rotating portion of the rotating device, is provided in a transmitting unit for transmitting a wireless signal, and is provided in a fixed portion of the rotating device, and receives the wireless signal and is used as the wireless signal.
  • a receiving unit that calculates the communication quality level based on the communication quality level, and a communication cycle determining unit that determines the communication cycle based on the communication quality level so as to synchronize with a cycle that is one or more integral multiples of the rotation cycle of the rotating unit. It is characterized by having a synchronization adjusting unit that increases or decreases the communication cycle so as to raise the communication quality level so that the communication timing between the transmitting unit and the receiving unit follows the rotation cycle.
  • the communication between the rotating portion and the fixed portion can be adjusted at the optimum timing.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows schematic structure of the wireless communication apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a figure which shows the example of the hardware composition of the wireless communication apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is the schematic which shows the rotating part and the fixed part which comprises the wireless communication apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a graph which shows the relationship between the rotation angle of a rotating part, and the communication quality level calculated by a receiving part. It is a graph which shows the relationship between the time at the time of rotation of a rotating part, and the communication quality level calculated by a receiving part. It is a graph which shows the relationship between a communication cycle and a communication quality level. It is a graph which shows the relationship between a communication cycle and a communication quality level.
  • FIG. It is the schematic which shows the rotating part and the fixed part which comprises the wireless communication apparatus which concerns on Embodiment 4 of this invention.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a wireless communication device according to the first embodiment.
  • This wireless communication device is a device capable of implementing the wireless communication method according to the first embodiment.
  • the wireless communication device according to the first embodiment is provided in a rotating device 100 having a rotating unit 110 and a fixing unit 120.
  • the rotating device 100 is, for example, a motor or the like.
  • the rotating portion 110 is a rotating rotor
  • the fixing portion 120 is a housing provided with a stator.
  • the wireless communication device includes a sensing unit 130, a transmission unit 140 as a communication device, a reception unit 150 as a communication device, a communication cycle determination unit 160, and a synchronization adjustment unit 170.
  • the sensing unit 130 and the transmitting unit 140 are provided in the rotating unit 110.
  • the receiving unit 150, the communication cycle determining unit 160, and the synchronization adjusting unit 170 are provided in the fixed unit 120.
  • the communication cycle determination unit 160 and the synchronization adjustment unit 170 do not necessarily have to be provided in the fixed unit 120.
  • the communication cycle determination unit 160 and the synchronization adjustment unit 170 may be provided in a server connected to the reception unit 150 via a computer or a network connected to the reception unit 150 so as to be able to communicate with the reception unit 150.
  • the sensing unit 130 detects physical information.
  • the sensing unit 130 is also referred to as a sensor.
  • the transmitter 140 is, for example, a transmitter that transmits a radio signal indicating physical information acquired by the sensing unit 130.
  • the sensing unit 130 measures the temperature (for example, the temperature of the rotating shaft) using a temperature sensor such as a thermocouple.
  • the physical information measured by the sensing unit 130 is the rotation speed, the angular acceleration, the magnetic flux, the vibration, and the acceleration of the rotating unit 110, and the voltage and current in the wiring or winding provided in the rotating unit 110. You may.
  • the rotating device 100 may be a vehicle such as an automobile.
  • the rotating portion 110 is a wheel (or tire), and the fixed portion 120 is a vehicle body.
  • the rotating portion 110 is a blade (that is, a rotor blade), and the fixing portion 120 is a helicopter main body.
  • the rotating portion 110 is a propeller and the fixed portion 120 is an airplane body.
  • the rotating portion 110 is a fan and the fixed portion 120 is an air conditioner main body.
  • the rotating device 100 is not limited to these.
  • the receiving unit 150 includes a receiver that receives the radio signal transmitted from the transmitting unit 140.
  • the receiving unit 150 calculates the communication quality level Q, which is an index indicating the communication quality, based on the radio signal.
  • the communication quality level Q calculated by the receiving unit 150 is a value indicating good communication quality.
  • the communication quality level Q is, for example, reception strength (RSSI: Received Signal Strength Indicator), the inverse of the error rate, or signal-to-noise ratio (SNR: Signal Noise Ratio).
  • RSSI Received Signal Strength Indicator
  • SNR Signal Noise Ratio
  • the communication quality level Q is not limited to these.
  • the rotation period Tr of the rotating unit 110 is the time for which the rotating unit 110 makes one rotation.
  • the synchronization adjustment unit 170 adjusts the communication timing between the transmission unit 140 and the reception unit 150 by increasing or decreasing the communication cycle Tc so that the communication quality level Q rises. That is, the synchronization adjustment unit 170 changes (that is, increases or decreases) the communication cycle Tc so that the communication quality level Q rises, and causes the changed communication cycle Ta to follow the rotation cycle Tr.
  • the radio signal is transmitted from the transmitting unit 140 to the receiving unit 150 for a certain short period of time at a certain cycle.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the wireless communication device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 shows a configuration provided in the fixing portion 120.
  • the wireless communication device has a processor 201 as an information processing unit and a memory 202 as a storage unit for storing information.
  • the processor 201 and the memory 202 execute an operation performed by the communication cycle determination unit 160 and an operation performed by the synchronization adjustment unit 170.
  • the processor 201 and memory 202 are, for example, part of a computer.
  • a program is installed in the memory 202.
  • the program is installed, for example, via a network or from a storage medium that stores information.
  • the program may include a program for carrying out a communication cycle determination process and a synchronization adjustment process, which will be described later.
  • the processor 201 executes the processing on the fixed portion 120 side of the wireless communication device by executing the program stored in the memory 202.
  • the whole or a part of the configuration on the fixed portion 120 side of the wireless communication device may be configured by a control circuit composed of a semiconductor integrated circuit.
  • the memory 202 may include various storage devices such as a semiconductor storage device, a hard disk device, and a device for recording information on a retrievable recording medium.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the rotating portion 110 and the fixed portion 120 viewed in a direction parallel to the rotation axis and the rotation angle ⁇ .
  • the rotating portion 110 rotates in the rotation direction about the rotation axis.
  • the fixed portion 120 is arranged so as to face the rotating portion 110, for example, in non-contact with the rotating portion 110.
  • the positional relationship between the transmitting unit 140 and the receiving unit 150 changes according to the rotation angle ⁇ . Therefore, the propagation path of the radio signal changes according to the rotation angle ⁇ , and the communication quality level Q changes according to the change in the propagation path.
  • the rotating portion 110 when the rotating portion 110 is a rotor of a motor, the number of rotations is higher than when the rotating portion 110 is a tire of a vehicle, so that it is easily affected by the Doppler effect. Further, when the rotating portion 110 is a rotor of the motor, the radio wave environment is easily affected by the electromagnetic shielding effect and the influence of reflection due to the metal housing of the motor.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the rotation angle ⁇ of the rotating unit 110 and the communication quality level Q calculated by the receiving unit 150.
  • the communication quality level Q changes.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the time during rotation of the rotating unit 110 and the communication quality level calculated by the receiving unit 150.
  • the communication quality level Q fluctuates repeatedly for each rotation period Tr.
  • the communication cycle determination unit 160 detects as a communication timing the timing corresponding to the rotation angle ⁇ at which the communication quality level Q that appears for each rotation cycle Tr is high.
  • the communication cycle determination unit 160 can estimate the rotation period Tr based on the fluctuation of the communication quality level Q. For example, the communication cycle determination unit 160 can estimate the rotation cycle Tr by detecting the peak interval of the communication quality level Q. Further, the communication cycle determination unit 160 can estimate the rotation period Tr by detecting a repetitive signal using autocorrelation processing. Further, the communication cycle determination unit 160 can estimate the rotation period Tr by calculating the frequency characteristics using Fourier analysis. When the communication quality level Q is Fourier analyzed, the characteristics of the frequency domain having a peak in the rotation period Tr can be obtained. However, the method for estimating the rotation period Tr is not limited to these. Further, the communication cycle determination unit 160 can improve the accuracy by estimating the rotation period Tr at a higher frequency than the determination of the communication timing.
  • the communication cycle Tc is determined with the timing of. That is, the communication cycle determination unit 160 determines that the communication cycle Tc is a cycle Trn that is an integral multiple of 1 or more of the rotation cycle Tr.
  • the communication cycle Tc is a cycle Trn that is an integral multiple of 1 or more of the rotation cycle Tr.
  • it is desirable to set the value of N as large as possible within the range in which the communication quality level Q can be obtained at a good timing.
  • the communication time between the transmitting unit 140 and the receiving unit 150 is shortened, and the power consumption of the transmitting unit 140 can be suppressed.
  • a transmission unit other than the transmission unit 140 that is, another transmission unit
  • the value of N is set in the rotating unit 110, by setting the value of N to a large value, interference between a plurality of transmission units can be prevented. Can be done.
  • the synchronization adjustment unit 170 calculates the effect of the increase or decrease of the communication cycle Tc on the increase or decrease of the communication quality level Q, and increases or decreases the communication cycle Tc so that the communication quality level Q becomes high, thereby communicating. Make the timing follow synchronously. Note that the synchronization adjustment unit 170 does not increase or decrease the communication cycle Tc to a cycle Trn that is an integral multiple of the rotation cycle Tr when the communication timing is synchronously followed, but the communication cycle Tc changes finely. Increase or decrease by ⁇ Tc, that is, change the communication cycle Tc to Tc + ⁇ Tc or Tc ⁇ Tc.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the communication cycle and the communication quality level Q in the first embodiment.
  • the synchronization adjustment unit 170 performs communication at a certain communication timing A at a timing earlier than the timing expected to have good communication quality.
  • the communication cycle Tc is changed to a long communication cycle Tc + ⁇ Tc, that is, the changed communication cycle Ta so that the communication quality level Q becomes a high communication quality level Qb. It can be seen that the communication quality is improved at the next communication timing B by this operation.
  • the synchronization adjustment unit 170 may return the communication cycle to the communication cycle Tc to adjust the communication timing.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the communication cycle and the communication quality level Q in the first embodiment.
  • the synchronization adjustment unit 170 performs communication at a certain communication timing C at a timing later than the timing expected to have good communication quality, and the communication quality. If the communication cycle Tc is changed to a long communication cycle Tc + ⁇ Tc when the level Qc is acquired, the communication quality level drops to Qd at the next communication timing D, and the communication quality deteriorates. If the communication quality deteriorates when the communication cycle Tc is changed in this way, the sign of the amount of change in the communication cycle Tc is changed.
  • the communication cycle Tc is shortened.
  • the communication quality level rises to Qe and the communication quality improves at the next communication timing E.
  • the communication cycle determination unit 160 may always perform an operation of determining the communication cycle Tc, and the communication cycle determination unit 160 may determine an operation of determining the communication cycle Tc in advance in order to reduce the calculation load. It may be done at different time intervals. For example, when the rotation cycle Tr of the rotation unit 110 is constant and does not change, the communication cycle determination unit 160 may not be operated, and the synchronization adjustment unit 170 may be operated so that the communication timing follows the rotation cycle Tr.
  • the communication cycle determination unit 160 performs an operation of determining the communication cycle Tc each time the rotation cycle Tr changes, and after the communication cycle Tc is determined, the synchronization adjustment unit The 170 operates so that the communication timing follows the rotation cycle Tr.
  • ⁇ 1-3 Effect As described above, in the wireless communication device according to the first embodiment, the stability of communication can be improved by following the communication timing to the optimum rotation angle ⁇ .
  • the communication timing corresponding to the optimum rotation position is dynamically determined. It is possible to improve the stability of communication.
  • the communication cycle determination unit 160 performs autocorrelation processing or Fourier analysis, the communication timing can be made to follow the rotation cycle Tr of the rotation unit 110 even in an environment where the communication quality level Q is likely to fluctuate. , Communication stability can be improved.
  • the wireless communication device does not have a means for detecting the rotation angle ⁇ of the rotating portion 110 (for example, a rotation angle sensor or a rotation cycle sensor), the installation space can be reduced and fixed. It can contribute to the miniaturization of the configuration on the unit 120 side.
  • a means for detecting the rotation angle ⁇ of the rotating portion 110 for example, a rotation angle sensor or a rotation cycle sensor
  • the accuracy of synchronization tracking can be improved by determining the direction of increase or decrease of the communication cycle Tc based on the measured change in communication quality level Q by the synchronization adjustment unit 170.
  • the communication cycle determination unit 160 sets the communication cycle to one or more of the rotation cycle Tr based on the alias signal appearing according to the sampling theorem. It differs from the wireless communication device according to the first embodiment in that it synchronizes with a period Trn of an integral multiple.
  • the wireless communication device according to the second embodiment is the same as the wireless communication device according to the first embodiment except for the operation of the communication cycle determination unit 160. Therefore, in the description of the second embodiment, FIGS. 1 to 3 are also referred to.
  • FIG. 8 and 9 are diagrams showing an example of the frequency characteristic of the communication quality level Q. 8 and 9 graphically show the relationship between the alias signal and each frequency.
  • the communication quality level Q is Fourier analyzed, the characteristics of the frequency domain having a peak at the rotation frequency fr can be obtained. From FIG. 8, the relationship between the communication frequency fc (that is, the reciprocal of the communication cycle Tc), the rotation frequency fr (that is, the reciprocal of the rotation cycle Tr), and the rotation frequency fr in the frequency domain can be seen.
  • the rotation frequency fr is larger than the communication frequency fc / 2, which is the frequency of acquiring the communication quality level Q, as shown in FIG.
  • FIG. 9 shows an example of the frequency characteristics of the communication quality level Q when synchronized. That is, the communication cycle determination unit 160 may change the communication frequency fc by ⁇ fc so that
  • 0.
  • the communication cycle determination unit 160 may repeatedly change the communication frequency fc and calculate the frequency characteristics to obtain ⁇ fc such that
  • 0.
  • the wireless communication device by using the alias signal appearing according to the sampling theorem, even if the communication cycle Tc is long, that is, the acquisition frequency of the communication quality level Q is low. , Can be synchronized. As a result, the wireless communication device can synchronize even in an environment having a short rotation period Tr such as a motor, that is, an environment having a high rotation speed. Further, the wireless communication device can synchronize even in an environment with a long communication cycle Tc, that is, an environment with a low communication frequency, and can suppress power consumption.
  • Tr such as a motor
  • Embodiment 3 Embodiment 3.
  • the communication cycle Tc when the synchronization adjustment unit 170 has a difference of the communication cycle Tc from the predetermined communication cycle command value T0 to the predetermined threshold value Th or more, the communication cycle Tc The point of switching the communication cycle Tc to a cycle Trn which is an integral multiple of 1 or more of the rotation cycle Tr, which is different from the value set by the communication cycle determination unit 160, so as to approach the communication cycle command value T0 It is different from the wireless communication device according to 2.
  • the wireless communication device according to the third embodiment is the same as the wireless communication device according to the first or second embodiment except for the operation of the communication cycle determining unit. Therefore, in the description of the second embodiment, FIGS. 1 to 3 are also referred to.
  • the communication cycle Tc is changed accordingly.
  • the rotation period Tr is significantly reduced (that is, the rotation frequency fr is increased)
  • communication is performed more frequently than necessary.
  • the rotation period Tr is greatly increased (that is, the rotation frequency fr is decreased)
  • communication cannot be performed with sufficient frequency.
  • the synchronization adjustment unit 170 has a communication cycle Tc difference from a predetermined communication cycle command value T0 to a predetermined threshold value Th or more.
  • the communication cycle Tc is switched to a cycle Trn which is an integral multiple of 1 or more of the rotation cycle Tr, which is different from the value set by the communication cycle determination unit 160 so that the communication cycle Tc approaches the communication cycle command value T0. ..
  • the synchronization adjustment unit 170 sets the communication cycle Tc to an integral multiple of the cycle Trn so that the communication cycle Tc approaches the communication cycle command value T0. Or change to a period divided by an integer.
  • the communication cycle Tc is changed to a cycle divided by an integer, the synchronization may be lost, so it is necessary to execute the process by the communication cycle determination unit 160 again.
  • the wireless communication device As described above, according to the wireless communication device according to the third embodiment, it is possible to communicate at a cycle close to the target communication cycle command value T0.
  • FIG. 10 is a schematic view showing a rotating portion 110 and a fixed portion 120 including the wireless communication device according to the fourth embodiment.
  • the communication cycle determination unit 160a has a rotation cycle sensing unit 161 that senses the rotation cycle Tr of the rotation unit 110, and the communication cycle Tc is an integral multiple of 1 or more of the rotation cycle Tr. It is different from the wireless communication device according to the first to third embodiments in that it synchronizes with the period Trn of the above.
  • the wireless communication device according to the fourth embodiment is the same as the wireless communication device according to the first to third embodiments except for the operation of the communication cycle determination unit 160a. Therefore, in the description of the fourth embodiment, FIGS. 1 to 3 are also referred to.
  • the rotation cycle sensing unit 161 is used to acquire the rotation cycle Tr, and the communication cycle Tc is synchronized with the rotation cycle Tr.
  • the rotation cycle sensing unit 161 is, for example, a magnetic rotation speed sensor or an optical rotation speed sensor.
  • the rotation cycle sensing unit 161 may be provided outside the communication cycle determining unit 160a.
  • the communication cycle Tc and the rotation cycle Tr can be accurately synchronized by performing the synchronization process using the sensed rotation cycle Tr. .. Further, even when the rotation cycle is directly sensed, communication can be performed at an appropriate timing with respect to the rotation angle by adjusting the communication cycle according to the communication quality level.
  • the processing time can be shortened because the process of calculating the rotation period Tr is unnecessary as compared with the devices shown in the first to third embodiments.
  • 100 rotating device 110 rotating unit, 120 fixed unit, 130 sensing unit, 140 transmitting unit, 150 receiving unit, 160, 160a communication cycle determining unit, 161 rotating cycle sensing unit, 170 synchronization adjustment unit.

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Abstract

無線通信装置は、回転装置の回転部（１１０）に備えられ、無線信号を送信する送信部（１４０）と、回転装置の固定部（１２０）に備えられ、無線信号を受信し無線信号に基づいて通信品質レベルを算出する受信部（１５０）と、回転部（１１０）の回転周期（Ｔｒ）の１以上の整数倍の周期（Ｔｒｎ）に同期するように、通信品質レベル（Ｑ）に基づいて通信周期（Ｔｃ）を決定する通信周期決定部（１６０）と、通信品質レベル（Ｑ）が上がるように通信周期（Ｔｃ）を増加又は減少させて、送信部（１４０）と受信部との間の通信タイミングを回転周期（Ｔｒ）に追従させる同期調整部（１７０）とを有する。

Description

無線通信装置及び無線通信方法
　本発明は、無線通信装置及び無線通信方法に関する。
　モータのロータ又は車両のタイヤなどの回転部に取り付けられたセンサによって温度などの物理情報を検出し、回転部に取り付けられた送信機によって物理情報を示す無線信号を送信し、モータの筐体又は車両の車体などの固定部に取り付けたられた受信機によって無線信号を受信する無線通信装置が開発されている。特許文献１は、車両の車輪の回転位置に応じた通信タイミングで無線通信を行う無線通信装置を提案している。
特開２００４－３５９１１９号公報（例えば、段落００３０）
　しかしながら、特許文献１の装置では、車輪の回転位置と通信品質（例えば、受信レベル）との関係を予め測定する必要がある。したがって、車輪の回転速度又は電波環境の変化などによって通信に最適な回転位置が変化した場合、再度、車輪の回転位置と通信品質との関係を測定する必要がある。
　本発明は、回転部と固定部との間の通信を最適なタイミングに調節することができる無線通信装置及び無線通信方法を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る無線通信装置は、回転装置の回転部に備えられ、無線信号を送信する送信部と、前記回転装置の固定部に備えられ、前記無線信号を受信し前記無線信号に基づいて通信品質レベルを算出する受信部と、前記回転部の回転周期の１以上の整数倍の周期に同期するように、前記通信品質レベルに基づいて通信周期を決定する通信周期決定部と、前記通信品質レベルが上がるように前記通信周期を増加又は減少させて、前記送信部と前記受信部との間の通信タイミングを前記回転周期に追従させる同期調整部とを有することを特徴とする。
　本発明によれば、回転部と固定部との間の通信を最適なタイミングに調節することができる。
本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の構成を概略的に示すブロック図である。 実施の形態１に係る無線通信装置のハードウェア構成の例を示す図である。 実施の形態１に係る無線通信装置を備える回転部及び固定部を示す概略図である。 回転部の回転角と受信部によって算出される通信品質レベルとの関係を示すグラフである。 回転部の回転時における時間と受信部によって算出される通信品質レベルとの関係を示すグラフである。 通信周期と通信品質レベルとの関係を示すグラフである。 通信周期と通信品質レベルとの関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態２におけるエイリアス信号と各周波数との関係を示すグラフである。 実施の形態２における同時期のエイリアス信号と各周波数との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態４に係る無線通信装置を備える回転部及び固定部を示す概略図である。
　以下に、本発明の実施の形態に係る無線通信装置及び無線通信方法を、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態は、例にすぎず、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
《１》実施の形態１．
《１－１》構成
　図１は、実施の形態１に係る無線通信装置の構成を概略的に示すブロック図である。この無線通信装置は、実施の形態１に係る無線通信方法を実施することができる装置である。実施の形態１に係る無線通信装置は、回転部１１０と固定部１２０とを有する回転装置１００に備えられる。回転装置１００は、例えば、モータなどである。この場合、回転部１１０は、回転するロータであり、固定部１２０はステータを備えた筐体である。
　実施の形態１に係る無線通信装置は、センシング部１３０と、通信装置としての送信部１４０と、通信装置としての受信部１５０と、通信周期決定部１６０と、同期調整部１７０とを有している。センシング部１３０及び送信部１４０は、回転部１１０に備えられている。受信部１５０、通信周期決定部１６０、及び同期調整部１７０は、固定部１２０に備えられている。ただし、通信周期決定部１６０及び同期調整部１７０は、必ずしも固定部１２０に備えられる必要はない。通信周期決定部１６０及び同期調整部１７０は、受信部１５０に接続されたコンピュータ又はネットワークを介して受信部１５０と通信可能に接続されたサーバなどに備えられてもよい。
　センシング部１３０は、物理情報を検出する。センシング部１３０は、センサとも称される。送信部１４０は、例えば、センシング部１３０によって取得された物理情報を示す無線信号を送信する送信機である。センシング部１３０が取得する物理情報が温度である場合、センシング部１３０は、熱電対などの温度センサを用いて温度（例えば、回転軸の温度など）を測定する。また、センシング部１３０が測定する物理情報は、回転部１１０の回転速度、回転角加速度、磁束、振動、及び加速度、並びに回転部１１０に備えられた配線又は巻き線における電圧及び電流、などであってもよい。
　回転装置１００は、自動車などの車両であってもよい。この場合には、回転部１１０は車輪（又はタイヤ）であり、固定部１２０は車体である。また、回転装置１００がヘリコプターである場合、回転部１１０はブレード（すなわち、回転翼）であり、固定部１２０はヘリコプター本体である。回転装置１００が飛行機である場合、回転部１１０はプロペラであり、固定部１２０は飛行機本体である。回転装置１００がエアコンである場合、回転部１１０はファンであり、固定部１２０はエアコン本体である。ただし、回転装置１００は、これらに限るものではない。
　受信部１５０は、送信部１４０から送信された無線信号を受信する受信機を含む。受信部１５０は、無線信号に基づいて通信品質を示す指標である通信品質レベルＱを算出する。受信部１５０によって算出される通信品質レベルＱは、通信品質の良好さを示す値である。通信品質レベルＱは、例えば、受信強度（ＲＳＳＩ：Ｒｅｃｅｉｖｅｄ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）、誤り率の逆数、又は信号雑音比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ　Ｎｏｉｓｅ　Ｒａｔｉｏ）、などである。通信品質レベルＱが高いほど、通信品質は良好である。ただし、通信品質レベルＱは、これらに限定されない。
　通信周期決定部１６０は、通信品質レベルＱに基づいて通信周期Ｔｃが回転部１１０の回転周期Ｔｒ［秒］の１以上の整数倍（すなわち、Ｎ倍）の周期Ｔｒｎ（＝Ｎ×Ｔｒ）［秒］となるように決定する。つまり、通信周期決定部１６０は、通信品質レベルＱに基づいて、Ｔｃ＝Ｔｒｎ（＝Ｎ×Ｔｒ）となるように、通信周期Ｔｃを決定する。回転部１１０の回転周期Ｔｒは、回転部１１０が１回転する時間である。
　同期調整部１７０は、通信品質レベルＱが上がるように通信周期Ｔｃを増加又は減少させて、送信部１４０と受信部１５０との間の通信タイミングを調整する。つまり、同期調整部１７０は、通信品質レベルＱが上がるように通信周期Ｔｃを変更（すなわち、増加又は減少）して、変更後の通信周期Ｔａを回転周期Ｔｒに追従させる。なお、送信部１４０から受信部１５０への無線信号の送信は、ある周期毎に一定の短時間の間だけ行われる。
　図２は、実施の形態１に係る無線通信装置のハードウェア構成の例を示す図である。図２は、固定部１２０に備えられた構成を示している。図２に示されるように、無線通信装置は、情報処理部としてのプロセッサ２０１と、情報を記憶する記憶部としてのメモリ２０２とを有している。プロセッサ２０１とメモリ２０２とは、通信周期決定部１６０で行う動作と同期調整部１７０で行う動作とを実行する。プロセッサ２０１とメモリ２０２は、例えば、コンピュータの一部である。メモリ２０２には、プログラムがインストールされている。プログラムは、例えば、ネットワークを経由して又は情報を記憶する記憶媒体からインストールされる。プログラムは、後述される通信周期の決定の処理と同期調整の処理を実施するためのプログラムを含んでもよい。プロセッサ２０１は、メモリ２０２に記憶されているプログラムを実行することにより、無線通信装置の固定部１２０側の処理を実行する。無線通信装置の固定部１２０側の構成の全体又は一部は、半導体集積回路からなる制御回路で構成されてもよい。メモリ２０２は、半導体記憶装置、ハードディスク装置、取り出し可能な記録媒体に情報を記録する装置などの各種の記憶装置を含んでもよい。
　次に、回転部１１０の回転角θと通信品質レベルＱの関係について説明する。図３は、回転軸に平行な方向に見た回転部１１０及び固定部１２０と、回転角θとの関係を示す図である。図３に示されるように、回転部１１０は、回転軸を中心に回転方向に回転する。固定部１２０は、例えば、回転部１１０と非接触で、回転部１１０に対向するように配置されている。送信部１４０と受信部１５０との位置関係は、回転角θに応じて変化する。このため、回転角θに応じて、無線信号の伝搬路が変化し、伝搬路の変化に応じて通信品質レベルＱが変動する。特に、回転部１１０がモータのロータである場合には、回転部１１０が車両のタイヤである場合に比べて、回転数が大きいので、ドップラー効果の影響を受けやすい。また、回転部１１０がモータのロータである場合には、モータの金属の筐体による電磁シールド効果及び反射の影響によって、電波環境が影響を受けやすい。
　図４は、回転部１１０の回転角θと受信部１５０によって算出される通信品質レベルＱとの関係を示すグラフである。例えば、図４に示されるように、回転部１１０が回転して回転角θが変化すると、通信品質レベルＱが変化する。通信品質レベルＱが最も高い値になる回転角θ（すなわち、回転角θ＝θｐ）のときに、送信部１４０と受信部１５０との間の通信を行うことで、通信の安定性は向上する。
　図５は、回転部１１０の回転時における時間と受信部１５０によって算出される通信品質レベルとの関係を示すグラフである。図５から理解できるように、回転周期Ｔｒ毎に、繰り返し通信品質レベルＱが変動する。通信周期決定部１６０は、回転周期Ｔｒ毎に現れる通信品質レベルＱが高い回転角θに対応するタイミングを、通信タイミングとして検出する。
　図５からわかるように、通信周期決定部１６０は、回転周期Ｔｒを、通信品質レベルＱの変動に基づいて推定できる。例えば、通信周期決定部１６０は、回転周期Ｔｒを、通信品質レベルＱのピーク間隔を検出することで推定できる。また、通信周期決定部１６０は、回転周期Ｔｒを、自己相関処理を用いて繰り返し信号を検出することで推定できる。また、通信周期決定部１６０は、回転周期Ｔｒを、フーリエ解析を用いて周波数特性を算出することで推定できる。通信品質レベルＱをフーリエ解析すると、回転周期Ｔｒにピークを持つ周波数領域の特性が得られる。ただし、回転周期Ｔｒの推定方法は、これらに限るものではない。また、通信周期決定部１６０は、回転周期Ｔｒの推定を、通信タイミングの決定よりも高い頻度で行うことで、精度を向上させることができる。
　通信周期決定部１６０は、例えば、回転周期Ｔｒの期間内で最も通信品質が良好なタイミングから、回転周期Ｔｒの１以上の整数倍（すなわち、Ｎ倍）の周期Ｔｒｎ（＝Ｎ×Ｔｒ）後のタイミングを通信タイミングとし、通信周期Ｔｃを決定する。つまり、通信周期決定部１６０は、通信周期Ｔｃが、回転周期Ｔｒの１以上の整数倍の周期Ｔｒｎになるように決定する。通信周期Ｔｃを、回転周期Ｔｒの何倍にするかについては、すなわち、Ｎの値は、良好なタイミングで通信品質レベルＱが取得できる範囲内において、できるだけ大きく設定することが望ましい。これにより、送信部１４０と受信部１５０との間の通信時間が短くなり、送信部１４０における消費電力を抑えることができる。また、送信部１４０以外の送信部（すなわち、他の送信部）を回転部１１０に設置した場合、Ｎの値を大きい値に設定することで、複数の送信部の間での混信を防ぐことができる。
　同期調整部１７０は、通信周期Ｔｃの増加又は減少による通信品質レベルＱの増加又は減少への影響を算出し、通信品質レベルＱが高くなるように通信周期Ｔｃを増加又は減少することで、通信タイミングを同期追従させる。なお、同期調整部１７０は、通信タイミングを同期追従させる際には、通信周期Ｔｃを回転周期Ｔｒの整数倍の周期Ｔｒｎに増加又は減少させるわけではなく、通信周期Ｔｃが細かく変化するように、ΔＴｃだけ増加又は減少させる、すなわち、通信周期ＴｃをＴｃ＋ΔＴｃ又はＴｃ－ΔＴｃに変更する。
《１－２》動作
　図６は、実施の形態１における通信周期と通信品質レベルＱとの関係を示すグラフである。通信周期決定部１６０による通信周期Ｔｃの決定処理が完了した後、同期調整部１７０は、ある通信タイミングＡで、通信品質が良好であると期待されるタイミングよりも早いタイミングで通信を実施し通信品質レベルＱａを取得した場合、通信品質レベルＱが高い通信品質レベルＱｂになるように、通信周期Ｔｃを長い通信周期Ｔｃ＋ΔＴｃ、すなわち、変更後の通信周期Ｔａに変更する。この操作により、次の通信タイミングＢでは、通信品質が改善されることがわかる。なお、通信品質が改善された後で、同期調整部１７０は、通信周期を通信周期Ｔｃに戻して通信タイミングを調整するようにしてもよい。
　図７は、実施の形態１における通信周期と通信品質レベルＱとの関係を示すグラフである。通信周期決定部１６０による通信周期Ｔｃの決定処理が完了した後、同期調整部１７０は、ある通信タイミングＣで通信品質が良好であると期待されるタイミングよりも遅いタイミングで通信を実施し通信品質レベルＱｃを取得した場合に、通信周期Ｔｃを長い通信周期Ｔｃ＋ΔＴｃに変更すると、次の通信タイミングＤでは、通信品質レベルがＱｄに下がり、通信品質が劣化する。このように、通信周期Ｔｃを変化させたとき、通信品質が劣化する場合は、通信周期Ｔｃの変化量の符号を変える。つまり、同期調整部１７０は、ある通信タイミングＣで通信品質が良好であると期待されるタイミングよりも遅いタイミングで通信を実施し通信品質レベルＱｃを取得した場合に、通信周期Ｔｃを短い通信周期Ｔｃ－ΔＴｃに変更すると、次の通信タイミングＥでは、通信品質レベルがＱｅに上がり、通信品質が向上する。これらの操作を繰り返し続けることで、又は、ΔＱの値を変更して処理を繰り返すことで、通信周期決定部１６０は、通信周期を回転周期Ｔｒに同期させることができる。
　なお、通信周期決定部１６０は、通信周期Ｔｃを決定する動作を常に行ってもよいし、通信周期決定部１６０は、演算負荷を低減するために、通信周期Ｔｃを決定する動作を予め決められた時間間隔で行ってもよい。例えば、回転部１１０の回転周期Ｔｒが一定で変化しない場合、通信周期決定部１６０を動作させず、通信タイミングを回転周期Ｔｒに追従させるように同期調整部１７０を動作させてもよい。
　また、回転部１１０の回転周期Ｔｒが変化する場合、回転周期Ｔｒが変化する毎に通信周期決定部１６０は、通信周期Ｔｃを決定する動作を行い、通信周期Ｔｃが決定した後に、同期調整部１７０が通信タイミングを回転周期Ｔｒに追従させるように動作する。
《１－３》効果
　以上に説明したように、実施の形態１に係る無線通信装置では、最適な回転角θに通信タイミングを追従させることで、通信の安定性を向上させることができる。
　また、モータのように回転速度が大きく金属による反射により電波環境が変動する環境で、最適な回転位置が変動する場合であっても、動的に最適な回転位置に対応する通信タイミングを決定することができ、通信の安定性を向上させることができる。
　また、通信周期決定部１６０において自己相関処理又はフーリエ解析を行う場合には、通信品質レベルＱが変動しやすい環境であっても、回転部１１０の回転周期Ｔｒに通信タイミングを追従させることができ、通信の安定性を向上させることができる。
　また、実施の形態１に係る無線通信装置では、回転部１１０の回転角θを検出するための手段（例えば、回転角センサ又は回転周期センサ）を備えていないので、設置スペースを削減でき、固定部１２０側の構成の小型化に貢献できる。
　また、同期調整部１７０にて、計測した通信品質レベルＱの変化をもとに通信周期Ｔｃの増加又は減少の方向を決定することで、同期追従の精度を向上できる。
《２》実施の形態２．
　実施の形態２に係る無線通信装置は、通信周期決定部１６０が、通信周期Ｔｃが回転周期Ｔｒより大きい場合、標本化定理に従って現れるエイリアス信号に基づいて、通信周期を回転周期Ｔｒの１以上の整数倍の周期Ｔｒｎに同期させる点が、実施の形態１に係る無線通信装置と異なる。実施の形態２に係る無線通信装置は、通信周期決定部１６０の動作以外に関しては、実施の形態１に係る無線通信装置と同じである。したがって、実施の形態２の説明では、図１～図３をも参照する。
　図８及び図９は、通信品質レベルＱの周波数特性の例を示す図である。図８及び図９は、エイリアス信号と各周波数との関係をグラフで示している。通信品質レベルＱをフーリエ解析すると、回転周波数ｆｒにピークを持つ周波数領域の特性が得られる。図８より、通信周波数ｆｃ（すなわち、通信周期Ｔｃの逆数）と回転周波数ｆｒ（すなわち、回転周期Ｔｒの逆数）と回転周波数ｆｒのエイリアス信号の周波数領域での関係がわかる。このとき、回転周波数ｆｒが通信品質レベルＱを取得する頻度である通信周波数ｆｃ／２よりも大きい場合、図８に示すように、
ｆａ＝｜ｆｒ－Ｎｆｃ｜（Ｎは、ｆｒ＜ｆｃ／２となるような整数）
に、回転周波数ｆｒに対応するエイリアス信号ｆａが現れる。このため、検出されるエイリアス信号ｆａからは、直接回転周波数ｆｒ（又は回転周期Ｔｒ）を算出することができず、単純には同期を取ることができない。
　ここで、通信周期Ｔｃを回転周期Ｔｒの１以上の整数倍の周期Ｔｒｎに同期させるためには、通信周期決定部１６０は、ｆａ＝０となるように、通信周波数ｆｃを変更すればよい。図９に同期された際の通信品質レベルＱの周波数特性の一例を示す。つまり、通信周期決定部１６０は、｜ｆｒ－Ｎ（ｆｃ＋Δｆｃ）｜＝０となるように、通信周波数ｆｃをΔｆｃだけ変更すればよい。ここで、Ｎが既知でない場合は、通信周期決定部１６０は、通信周波数ｆｃの変更と周波数特性の算出を繰り返し、｜ｆｒ－Ｎ（ｆｃ＋Δｆｃ）｜＝０となるΔｆｃを求めればよい。
　以上に説明したように、実施の形態２に係る無線通信装置によれば、標本化定理により現れるエイリアス信号を用いることで、通信周期Ｔｃが長い、つまり通信品質レベルＱの取得頻度が低くても、同期することができる。これにより、無線通信装置は、モータのような回転周期Ｔｒの短い環境、つまり回転速度が速い環境であっても、同期をとることができる。また、無線通信装置は、通信周期Ｔｃの長い環境、つまり通信頻度の低い環境であっても、同期をとることができ、消費電力を抑えることができる。
《３》実施の形態３．
　実施の形態３に係る無線通信装置は、同期調整部１７０が、通信周期Ｔｃが予め決められた通信周期指令値Ｔ０から予め決められたしきい値Ｔｈ以上の差異があった場合、通信周期Ｔｃを通信周期指令値Ｔ０に近づけるように、通信周期Ｔｃを、通信周期決定部１６０で設定した値と異なる、回転周期Ｔｒの１以上の整数倍の周期Ｔｒｎに切り替える点が、実施の形態１又は２に係る無線通信装置と異なる。実施の形態３に係る無線通信装置は、通信周期決定部の動作以外に関しては、実施の形態１又は２に係る無線通信装置と同じである。したがって、実施の形態２の説明では、図１～図３をも参照する。
　同期調整部１７０では、通信周期Ｔｃを回転周期Ｔｒにあわせて追従させるため、回転周期Ｔｒが変化すると、それに伴い通信周期Ｔｃを変更する。このとき、回転周期Ｔｒが大きく減少（すなわち、回転周波数ｆｒが増加）すると、必要以上の頻度で通信することになる。また、回転周期Ｔｒが大きく増加（すなわち、回転周波数ｆｒが減少）すると、十分な頻度で通信できなくなる。
　これを解決するためには、実施の形態３に係る無線通信装置では、同期調整部１７０は、通信周期Ｔｃが予め決められた通信周期指令値Ｔ０から予め決められたしきい値Ｔｈ以上の差異が生じたとき、通信周期Ｔｃを通信周期指令値Ｔ０に近づけるように、通信周期Ｔｃを、通信周期決定部１６０で設定した値と異なる、回転周期Ｔｒの１以上の整数倍の周期Ｔｒｎに切り替える。同期調整部１７０は、通信周期Ｔｃが回転周期Ｔｒと比較して大きくＮが既知でない場合は、通信周期Ｔｃを通信周期指令値Ｔ０に近づけるように、通信周期Ｔｃを整数倍の周期Ｔｒｎに、もしくは整数で除算した周期に変更する。ここで、通信周期Ｔｃを整数で除算した周期に変更する場合は、同期が外れる場合があるため、再度、通信周期決定部１６０による処理を実行する必要がある。
　以上に説明したように、実施の形態３に係る無線通信装置によれば、目標となる通信周期指令値Ｔ０に近い周期で通信することができる
《４》実施の形態４．
　図１０は、実施の形態４に係る無線通信装置を備える回転部１１０及び固定部１２０を示す概略図である。実施の形態４に係る無線通信装置は、通信周期決定部１６０ａが、回転部１１０の回転周期Ｔｒをセンシングする回転周期センシング部１６１を有し、通信周期Ｔｃを回転周期Ｔｒの１以上の整数倍の周期Ｔｒｎに同期させる点が、実施の形態１から３に係る無線通信装置と異なる。実施の形態４に係る無線通信装置は、通信周期決定部１６０ａの動作以外に関しては、実施の形態１から３に係る無線通信装置と同じである。したがって、実施の形態４の説明では、図１～図３をも参照する。
　図１０に示されるように、実施の形態４では、回転周期センシング部１６１を用いて回転周期Ｔｒを取得し、回転周期Ｔｒに通信周期Ｔｃを同期させる。回転周期センシング部１６１は、例えば、磁気式回転数センサ又は光学式回転数センサなどである。なお、回転周期センシング部１６１は、通信周期決定部１６０ａの外部に備えられてもよい。
　以上に説明したように、実施の形態４に係る無線通信装置によれば、センシングした回転周期Ｔｒを用いて同期処理を行うことで、通信周期Ｔｃと回転周期Ｔｒを精度良く同期させることができる。また、回転周期を直接センシングした場合であっても、通信品質レベルに応じて通信周期を調整することで、回転角に対し適当なタイミングで通信することができる。
　また、実施の形態４に係る無線通信装置によれば、実施の形態１～３に示した装置にくらべ、回転周期Ｔｒを算出する処理が不要であるため、処理時間を短縮できる。
《５》変形例．
　上記実施の形態１から４の無線通信装置の構成を適宜組み合わせることが可能である。
　１００　回転装置、　１１０　回転部、　１２０　固定部、　１３０　センシング部、　１４０　送信部、　１５０　受信部、　１６０，１６０ａ　通信周期決定部、　１６１　回転周期センシング部、　１７０　同期調整部。

Claims (10)

  1. 　回転装置の回転部に備えられ、無線信号を送信する送信部と、
    　前記回転装置の固定部に備えられ、前記無線信号を受信し前記無線信号に基づいて通信品質レベルを算出する受信部と、
    　前記回転部の回転周期の１以上の整数倍の周期に同期するように、前記通信品質レベルに基づいて通信周期を決定する通信周期決定部と、
    　前記通信品質レベルが上がるように前記通信周期を増加又は減少させて、前記送信部と前記受信部との間の通信タイミングを前記回転周期に追従させる同期調整部と、
    　を有することを特徴とする無線通信装置。
  2. 　前記回転部に備えられ、物理情報を検出するセンシング部をさらに有し、
    　前記送信部は、前記物理情報を示す前記無線信号を送信する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
  3. 　前記同期調整部は、前記通信周期の増加又は減少による前記通信品質レベルへの影響を算出した結果に基づいて、前記通信品質レベルが上がるように通信周期を増加又は減少する
    　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信装置。
  4. 　前記通信周期決定部は、前記通信周期が前記回転周期より大きい場合、標本化定理に従って現れるエイリアス信号に基づいて前記通信周期を前記回転周期の１以上の整数倍の周期に同期させる
    　ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の無線通信装置。
  5. 　前記同期調整部は、前記通信周期が予め決められた通信周期指令値から予め決められたしきい値以上の差異があった場合、前記通信周期を前記通信周期指令値に近づけるように、前記通信周期を、前記通信周期決定部で設定した値と異なる、前記回転周期の１以上の整数倍の周期に切り替える
    　ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
  6. 　前記通信周期決定部は、予め決められた期間、固定の前記通信周期で取得した前記通信品質レベルに対して自己相関処理することで前記通信周期と前記回転周期の関係を算出し、前記通信周期を前記回転周期の１以上の整数倍の周期に同期させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
  7. 　前記通信周期決定部は、予め決められた期間、固定の前記通信周期で取得した前記通信品質レベルに対してフーリエ解析を行うことで前記通信周期と前記回転周期の関係を算出し、前記通信周期を前記回転周期の１以上の整数倍の周期に同期させる
    　ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の無線通信装置。
  8. 　前記回転部の前記回転周期を検出する回転周期センシング部をさらに有し、
    　前記通信周期決定部は、前記通信周期を前記回転周期センシング部によって検出された前記回転周期の１以上の整数倍の周期に同期させる
    　ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の無線通信装置。
  9. 　前記回転装置は、モータであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の無線通信装置。
  10. 　回転装置の回転部に備えられた送信部から送信された無線信号を受信する無線受信方法であって、
    　前記無線信号に基づいて通信品質レベルを算出するステップと、
    　前記回転部の回転周期の１以上の整数倍の周期に同期するように、前記通信品質レベルに基づいて通信周期を決定するステップと、
    　前記通信品質レベルが上がるように前記通信周期を増加又は減少させて、前記送信部との間の通信タイミングを前記回転周期に追従させるステップと、
    　を有することを特徴とする無線通信方法。
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