JP2006166111A

JP2006166111A - 微弱無線通信システム

Info

Publication number: JP2006166111A
Application number: JP2004355536A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Harada; 充原田; Mamoru Ugajin; 守宇賀神; Kenji Suzuki; 賢司鈴木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】他の無線通信システムあるいは他の無線通信チャネルへの妨害電波の発生を最小化し、かつ壁などの障害物を介しても十分な受信電波強度を確保して大容量の近距離無線通信を可能にする。
【解決手段】送信機と受信機との間で微弱無線規格に基づく無線信号の送受信を行う微弱無線通信システムにおいて、送信機は、電波を放射するアンテナ素子と、受信機の方向以外に漏洩する送信電波を遮断するシールドを有する電波送信手段を備え、受信機は、電波を受信するアンテナ素子と、送信機の方向以外から到来する電波を遮断するシールドを有する電波受信手段を備え、送信機の電波送信手段から受信の電波受信手段に対して、無線搬送波を用いずに送信信号の高周波成分のみをアンテナ素子から放射する構成である。【選択図】図１

Description

本発明は、電波強度の許容値が３ｍの距離における電界強度で規定されている微弱無線機を用いて無線通信を行う微弱無線通信システムに関する。

図４は、従来の微弱無線通信システムの通信形態の一例を示す（非特許文献１）。図において、微弱無線機はアンテナから電波を等方的に放射する構成であり、例えば 300ＭHz帯以下の狭帯域無線を用いて、３〜10ｍの通信距離で10ｋbps 程度の通信速度を得ている。このような微弱無線機は、著しく微弱な電波を利用するために免許を要しないものであり、例えば無線タグなどを用いた通信に利用されている。
若尾正義監修、微弱電波機器・小電力無線設備システム設計技術、株式会社トリケップス発行、1997年、pp.101-107

ところで、壁などの障害物に隔てられた屋外／屋内間あるいは屋内の部屋間において、図４に示す従来の微弱無線通信システムを用いて大容量無線通信を実現しようとする場合には、以下に示すような課題がある。

(1) 大容量無線通信を実現するには広い無線帯域が必要であり、例えば 320ＭHz以上の高い無線周波数帯域の使用が想定される。しかし、 320ＭHz以上の高周波無線を微弱無線通信システムに用いる場合には、電波強度の許容値が非常に小さくなるために受信電波強度が不足する。

(2) 図５に示すように、例えば約30ｃｍの壁を介して２組以上の微弱無線機が配置され、それぞれ通信を行うために複数の無線通信チャネルを必要とする場合には、複数の送信アンテナからの電波が干渉するために互いの通信が妨害される。

本発明は、他の無線通信システムあるいは他の無線通信チャネルへの妨害電波の発生を最小化し、かつ壁などの障害物を介しても十分な受信電波強度を確保して大容量の近距離無線通信を可能にする微弱無線通信システムを提供することを目的とする。

本発明は、送信機と受信機との間で微弱無線規格に基づく無線信号の送受信を行う微弱無線通信システムにおいて、送信機は、電波を放射するアンテナ素子と、受信機の方向以外に漏洩する送信電波を遮断するシールドを有する電波送信手段を備え、受信機は、電波を受信するアンテナ素子と、送信機の方向以外から到来する電波を遮断するシールドを有する電波受信手段を備え、送信機の電波送信手段から受信の電波受信手段に対して、無線搬送波を用いずに送信信号の高周波成分のみをアンテナ素子から放射する構成である。

また、電波送信手段および電波受信手段は、アンテナ素子に送受信される電波の導波路となる導波器と、導波器とアンテナ素子との間の距離を可変する手段とを含み、導波器とアンテナ素子との間の距離を最小としたときに送受信される電波強度が最大になるように導波器の長さを設定した構成としてもよい。

また、導波器とアンテナ素子との間の距離を可変する手段は、電波送信手段および電波受信手段を送信機と受信機との間の介在物に設置したときに距離が最小となり、介在物から離したときに距離が最大となる構成としてもよい。

また、電波送信手段および電波受信手段は、電波の放射方向および到来方向に対して電波を遮断するシールドを配置し、送信機と受信機との間の介在物に設置したときに電波の放射方向および到来方向のみに開口を設ける手段を備えてもよい。

本発明の微弱無線通信システムは、送信機と受信機との間に壁などの障害物があっても、送信機と受信機との間に指向性をもたせることにより、受信機で受信できる電波強度を大きくすることができるとともに、他の無線通信システムあるいは他の無線通信チャネルに対する妨害電波の発生を最小限に抑えることができる。これにより、送信機と受信機との間に壁などの障害物が存在する場合でも、大容量の通信を行うことができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の微弱無線通信システムの第１の実施形態を示す。図において、壁１１を挟んで、一方に微弱無線機１２および電波送信部１４を配置し、他方に微弱無線機１３および電波受信部１５を配置する。ここでは、微弱無線機１２および電波送信部１４が送信機を構成し、微弱無線機１３および電波受信部１５が受信機を構成し、電波送信部１４から電波受信部１５へ送信電波が伝搬する。

ここで、電波送信部１４は、電波を放射するアンテナ素子１６と、受信機の方向以外に漏洩する送信電波を遮断するシールドを有する。電波受信部１５は、電波を受信するアンテナ素子１７と、送信機の方向以外から到来する電波を遮断するシールドを有する。このシールドにより、アンテナ素子１６，１７には、それぞれ対向する受信機または送信機に対する指向性が形成される。

また、壁１１として家屋やビルなどの壁を想定すれば、電波送信部１４および電波受信部１５をそれぞれ壁１１に固定設置して対向させることができる。この場合、壁１１の厚さは通常１ｍ以内であり、電波送信部１４から送信したエネルギーの大部分を電波受信部１５に受信させることができる。これにより、 320ＭHz以上の帯域における微弱無線規格以下の送信電力であっても、例えば１Ｇbps 程度の高速伝送が可能となる。

送信機（微弱無線機１２および電波送信部１４）は、送信信号をアンテナ素子１６に印加することにより、図１(2) に示すように、無線搬送波を用いずに送信信号の高周波成分の電波パルスがアンテナ素子１６から放射される。このような無線方式の特徴は、送信機を極めて単純に構成できることと、広帯域に信号成分が分布することから単位周波数当たりのパワースペクトルが低いことである。前者の特徴により、安価かつ低消費電力の微弱無線通信システムを構成することができる。また、後者の特徴により、微弱無線規格内であってもＳ／Ｎ比の高い通信が可能なことから従来の微弱無線通信システムよりも高速な信号を伝送することができる。ただし、外来雑音に弱く、複数組の送受信機における多チャネル通信が困難であった。これに対して、本発明のシールドを用いた送受信機間の指向性確保により、外来雑音による影響を受けにくくできるともに相互の電波干渉も抑圧でき、複数組の送受信機における多チャネル通信が可能となる。また、シールドにより、送信機からの不要な電波放射が抑制できるので、他の無線通信システムに与える影響を抑えることができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の微弱無線通信システムの第２の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、２組の送受信機を双方向に配置するところにある。第１の送受信機は、微弱無線機１２−１，電波送信部１４−１，微弱無線機１３−１，電波受信部１５−１から構成される。第２の送受信機は、微弱無線機１２−２，電波送信部１４−２，微弱無線機１３−２，電波受信部１５−２から構成される。このような双方向配置でも相互の電波干渉を抑圧でき、高速通信が可能になる。また、伝送方向を同一にして並列配置した場合でも相互の電波干渉を抑圧できるとともに、通信路の並列化による高速通信が可能になる。

（第３の実施形態）
図３は、本発明の微弱無線通信システムの第３の実施形態を示す。本実施形態の特徴は電波送信部１４（電波受信部１５も同様）に、アンテナ素子１６から放射される電波の導波路となる導波器２１と、導波器２１とアンテナ素子１６との間の距離を可変するばね２２とを含むところにある。

図３(1) は、ばね２２の定常状態であり、ばね力によってアンテナ素子１６から導波器２１が離れた位置になっている。図３(2) は、壁１１に電波送信部１４を取り付けることにより導波器２１を押しつけ、ばね２２が伸びてアンテナ素子１６と導波器２１が近接した位置になっている。この導波器２１とアンテナ素子１６との間の距離を最小としたときに、放射される電波強度が最大になるように導波器２１の長さが設定される。これにより、電波送信部１４を壁１１に設置したときに最大出力の電波が放射され、かつ壁１１から誤って外れてしまった場合などに出力が減少し、他の通信装置などに与える影響を小さくすることができる。

なお、本実施形態ではばね２２の復元力を用いて導波器２１の位置を可変できるようになっているが、電波送信部１４を壁１１に取り付けた場合と外した場合で、アンテナ素子１６と導波器２１との関係が図３のような関係になれば、その手段はばね２２に限るものではない。

また、電波送信部１４（電波受信部１５も同様）は、電波の放射方向についても通常はシールドしておき、壁１１に設置されたときにだけ、例えば導波器２１と連動して電波放射方向のみ開口するような手段を用い、壁１１に設置されないときにはほとんど電波が放射されないようにしてもよい。

本発明の微弱無線通信システムの第１の実施形態を示す図。本発明の微弱無線通信システムの第２の実施形態を示す図。本発明の微弱無線通信システムの第３の実施形態を示す図。従来の微弱無線通信システムの通信形態の一例を示す図。従来構成における課題を説明する図。

符号の説明

１１壁
１２微弱無線機（送信機）
１３微弱無線機（受信機）
１４電波送信部
１５電波受信部
１６，１７アンテナ素子
２１導波器
２２ばね

Claims

送信機と受信機との間で微弱無線規格に基づく無線信号の送受信を行う微弱無線通信システムにおいて、
前記送信機は、電波を放射するアンテナ素子と、前記受信機の方向以外に漏洩する送信電波を遮断するシールドを有する電波送信手段を備え、
前記受信機は、電波を受信するアンテナ素子と、前記送信機の方向以外から到来する電波を遮断するシールドを有する電波受信手段を備え、
前記送信機の電波送信手段から前記受信の電波受信手段に対して、無線搬送波を用いずに送信信号の高周波成分のみを前記アンテナ素子から放射する構成である
ことを特徴とする微弱無線通信システム。
請求項１に記載の微弱無線通信システムにおいて、
前記電波送信手段および前記電波受信手段は、前記アンテナ素子に送受信される電波の導波路となる導波器と、前記導波器と前記アンテナ素子との間の距離を可変する手段とを含み、前記導波器と前記アンテナ素子との間の距離を最小としたときに送受信される電波強度が最大になるように前記導波器の長さを設定した構成である
ことを特徴とする微弱無線通信システム。
請求項２に記載の微弱無線通信システムにおいて、
前記導波器と前記アンテナ素子との間の距離を可変する手段は、前記電波送信手段および前記電波受信手段を前記送信機と前記受信機との間の介在物に設置したときに前記距離が最小となり、前記介在物から離したときに前記距離が最大となる構成である
ことを特徴とする微弱無線通信システム。
請求項１に記載の微弱無線通信システムにおいて、
前記電波送信手段および前記電波受信手段は、電波の放射方向および到来方向に対して電波を遮断するシールドを配置し、前記送信機と前記受信機との間の介在物に設置したときに電波の放射方向および到来方向のみに開口を設ける手段を備えた
ことを特徴とする微弱無線通信システム。