JP2022139156A - 受信機、送信機、無線通信システム、無線通信方法、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】無線通信状況を従来技術より精度良くユーザに報知することができる受信機、送信機、無線通信システム、無線通信方法、及びプログラムを提供する。【解決手段】受信機は、無線信号を受信する第1の通信部と、第1の検出部と、閾値決定部と、第1の報知部と、を備える。第1の検出部は、第1の通信部によって受信された無線信号の受信強度を検出する。閾値決定部は、受信強度についての第1の閾値を決定する。第1の報知部は、受信強度が第1の閾値以上である場合に第1の態様で受信強度を報知し、受信強度が第1の閾値未満である場合に第2の態様で受信強度を報知する。閾値決定部は、受信強度に基づいて第1の閾値を決定する。【選択図】図1
Description
本開示は、受信機、送信機、無線通信システム、無線通信方法、及びプログラムに関する。
制御対象機器を無線により制御するための無線通信システムが実用化されている。例えば、特許文献1は、携帯可能な送信機と、これにより制御される受信機との間で無線通信を行う無線通信システムを開示する。特許文献1に開示された無線通信システムにおいて、受信機及び送信機は、通信状況をユーザに通知する機能を有する。
小澤尚志、藤本卓也、片山正昭、「工場における高信頼性制御無線実現にむけた電波伝搬特性の測定とモデル化」、信学技報,vol.115,no.366,RCC2015-75,pp.191-196、2015年12月
しかしながら、従来技術においては、信号強度が閾値以上であって通信状況が良好である旨の通知、例えば緑色LEDを点灯していたにもかかわらず、信号強度が閾値未満の際に注意喚起を示す黄色LEDを点灯することなく、通信が失敗する事態が生じる。
本開示の目的は、無線通信状況を従来技術より精度良くユーザに報知することができる受信機、送信機、無線通信システム、無線通信方法、及びプログラムを提供することにある。
本開示の一態様に係る受信機は、
無線信号を受信する第1の通信部と、
前記第1の通信部によって受信された無線信号の受信強度を検出する第1の検出部と、
前記受信強度についての第1の閾値を決定する閾値決定部と、
前記受信強度が前記第1の閾値以上である場合に第1の態様で受信強度を報知し、前記受信強度が前記第1の閾値未満である場合に第2の態様で受信強度を報知する第1の報知部と、を備え、
前記閾値決定部は、前記受信強度に基づいて前記第1の閾値を決定する。
無線信号を受信する第1の通信部と、
前記第1の通信部によって受信された無線信号の受信強度を検出する第1の検出部と、
前記受信強度についての第1の閾値を決定する閾値決定部と、
前記受信強度が前記第1の閾値以上である場合に第1の態様で受信強度を報知し、前記受信強度が前記第1の閾値未満である場合に第2の態様で受信強度を報知する第1の報知部と、を備え、
前記閾値決定部は、前記受信強度に基づいて前記第1の閾値を決定する。
本開示の他の態様に係る受信機は、上記の態様に係る受信機において、
前記受信強度が前記第1の閾値未満である場合に受信強度フラグをオンにする一方、前記受信強度が前記第1の閾値以上である場合に受信強度フラグをオフにする制御部を更に備え、
前記第1の通信部は、送信機から前記無線信号を受信した場合、前記受信強度フラグを含む応答信号を前記送信機に送信する。
前記受信強度が前記第1の閾値未満である場合に受信強度フラグをオンにする一方、前記受信強度が前記第1の閾値以上である場合に受信強度フラグをオフにする制御部を更に備え、
前記第1の通信部は、送信機から前記無線信号を受信した場合、前記受信強度フラグを含む応答信号を前記送信機に送信する。
本開示の一態様に係る送信機は、上記の他の態様に係る受信機と無線通信を行う送信機であって、
前記応答信号を受信する第2の通信部と、
前記第2の通信部によって受信された前記応答信号の受信強度を検出する第2の検出部と、
前記応答信号の受信強度が所定の第2の閾値以上である場合に第3の態様で受信強度を報知し、前記応答信号の受信強度が前記第2の閾値未満である場合又は前記受信強度フラグがオンである場合に第4の態様で受信強度を報知する第2の報知部と、
を備える。
前記応答信号を受信する第2の通信部と、
前記第2の通信部によって受信された前記応答信号の受信強度を検出する第2の検出部と、
前記応答信号の受信強度が所定の第2の閾値以上である場合に第3の態様で受信強度を報知し、前記応答信号の受信強度が前記第2の閾値未満である場合又は前記受信強度フラグがオンである場合に第4の態様で受信強度を報知する第2の報知部と、
を備える。
本開示の一態様に係る無線通信システムは、上記の他の態様に係る受信機と、上記の態様に係る送信機と、を含む。
本開示の一態様に係る無線通信方法は、
無線信号を受信する受信ステップと、
前記受信ステップにおいて受信された無線信号の受信強度を検出する検出ステップと、
前記受信強度についての第1の閾値を決定する閾値決定ステップと、
前記受信強度が前記第1の閾値以上である場合に第1の態様で受信強度を報知し、前記受信強度が前記第1の閾値未満である場合に第2の態様で受信強度を報知する報知ステップと、を含み
前記閾値決定ステップにおいて、前記受信強度に基づいて前記第1の閾値を決定する。
無線信号を受信する受信ステップと、
前記受信ステップにおいて受信された無線信号の受信強度を検出する検出ステップと、
前記受信強度についての第1の閾値を決定する閾値決定ステップと、
前記受信強度が前記第1の閾値以上である場合に第1の態様で受信強度を報知し、前記受信強度が前記第1の閾値未満である場合に第2の態様で受信強度を報知する報知ステップと、を含み
前記閾値決定ステップにおいて、前記受信強度に基づいて前記第1の閾値を決定する。
本開示の一態様に係るプログラムは、上記の無線通信方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
本開示に係る受信機、送信機、無線通信システム、無線通信方法、及びプログラムによれば、無線通信状況を従来技術より精度良くユーザに報知することができる。
以下、添付の図面を参照して本開示に係る受信機、送信機、無線通信システム、無線通信方法、及びプログラムの実施形態を説明する。なお、以下の実施形態において、同一又は同様の構成要素については同一の符号を付している。
1.適用例
図1は、本開示の実施形態に係る受信機3の適用例を示す図である。受信機3は、無線通信システム100に適用される。無線通信システム100において、送信機1は、例えばユーザが携帯可能な無線スイッチであり、ボタン部材110を有する押しボタン式の送信スイッチを備える。ボタン部材110は、例えば送信機1の筐体150の頂部に配置される。ボタン部材110が押下されて送信スイッチがオン状態となると、送信機1は、受信機3に対して、自身の識別子(ID)を含む操作信号SYNを送信する。IDは、本開示の「個体識別情報」の一例である。受信機3は、送信機1から受信した信号に基づいて、制御信号をPLC(Programmable Logic Controller)等の制御対象機器に出力し、ロボットの制御、扉の開閉、無人搬送車の操縦等の操作を可能にする。また、操作信号SYNを受信した受信機3は、肯定応答信号(以下、「ACK信号」という。)を送信機1に返信する。ACK信号は、本開示の「応答信号」の一例である。
図1は、本開示の実施形態に係る受信機3の適用例を示す図である。受信機3は、無線通信システム100に適用される。無線通信システム100において、送信機1は、例えばユーザが携帯可能な無線スイッチであり、ボタン部材110を有する押しボタン式の送信スイッチを備える。ボタン部材110は、例えば送信機1の筐体150の頂部に配置される。ボタン部材110が押下されて送信スイッチがオン状態となると、送信機1は、受信機3に対して、自身の識別子(ID)を含む操作信号SYNを送信する。IDは、本開示の「個体識別情報」の一例である。受信機3は、送信機1から受信した信号に基づいて、制御信号をPLC(Programmable Logic Controller)等の制御対象機器に出力し、ロボットの制御、扉の開閉、無人搬送車の操縦等の操作を可能にする。また、操作信号SYNを受信した受信機3は、肯定応答信号(以下、「ACK信号」という。)を送信機1に返信する。ACK信号は、本開示の「応答信号」の一例である。
送信機1及び受信機3は、例えば920MHz帯、例えば915MHz~930MHz、例えば928.15MHz~929.65MHzの周波数の電波を使用する無線設備であり、例えばARIB STD-T108規格に適合する。送信機1は、例えば、929.2MHzの周波数の電波を使用するオムロン株式会社製の無線押ボタンスイッチA2W-TA-WC1であり、受信機3は、例えば、A2W-RAN-WC1である。送信機1及び受信機3は、上記のものに限定されず、互いに無線通信を行うことができるものであればよく、例えばARIB STD-T67、ARIB STD-T93等の通信規格に適合する無線設備であってもよい。
図1において、送信機1は報知部18を備え、受信機3は報知部38を備える。報知部18,38は、信号の送受信が成功したこと、失敗したこと、通信状況等を表す情報をユーザに報知するための表示装置である。
図2は、図1の受信機3の報知部18,38による表示態様を説明するための模式図である。受信機3の報知部38は、例えばLEDであり、受信強度が閾値Pth以上であるとき、緑色に発光する一方、閾値Pth未満であるとき、黄色に発光する。この条件にかかわらず、受信機3は、信号の受信に失敗したときは報知部38を発光させない。また、受信機3は、受信強度が閾値Pth以上であるとき、ACK信号内の受信強度フラグを「0」に設定する一方、受信強度が閾値Pth未満であるときは、受信強度フラグを「1」に設定する。
送信機1の報知部18は、受信強度が閾値Pth2未満であるとき、又は受信したACK信号内の受信強度フラグが「1」であるとき、黄色に発光する一方、これら以外のときは緑色に発光する。この条件にかかわらず、送信機1は、信号の受信に失敗したときは報知部18を赤色に発光させる。
従来技術においては、閾値が固定値(例えば-90dBm)に設定される。しかしながら、閾値を固定値に設定することには課題もある。例えば、非特許文献1に開示されているように、生産現場における電波強度の変動は、次の式(1)で表される仲上・ライス分布fK(P)で表される。
したがって、閾値を固定値に設定する従来技術においては、閾値を超える平均電波強度が観測される環境であっても、金属製設備、人等の物体が動かない静的環境のように電波変動が小さい環境に比べて、物体が動く動的環境のように電波変動が大きい環境においては、通信に失敗する可能性が高くなる。したがって、従来技術においては、それまでは受信強度が閾値以上であり例えば緑LEDが点灯していたにもかかわらず、黄LEDを点灯させることなく通信失敗となる事態が生じ得る。
これに対し、本実施形態に係る受信機3は、受信限界強度Plimにマージン値mを加えた値を閾値Pthに決定し、マージン値mを、受信強度のばらつきが大きいほどマージン値mを大きい値に設定する。具体的には、受信機3は、受信した操作信号の電波強度を検出して記憶部に蓄積し、蓄積された受信強度に当てはまる仲上・ライス分布fK(P)を導出し、マージン値mを、仲上・ライス分布fK(P)のK値が小さいほど大きい値に設定する。仲上・ライス分布fK(P)が求められると、どの程度の確率でどの程度の電波強度の低下が発生するかを予測することができる。
このような受信機3によれば、マージン値mは、金属製設備、人等の物体が動かない静的環境のように電波変動が小さい環境においては小さい値に設定される一方、物体が動く動的環境のように電波変動が大きい環境においては大きい値に設定される。したがって、受信機3は、従来技術より確実に、通信失敗となる前に報知部38を黄色に発光させるとともに、受信強度フラグを「1」に設定することができ、無線通信状況を精度良くユーザに報知することができる。
2.構成例
図4は、図1の受信機3の構成例を示すブロック図である。受信機3は、電源部31と、制御部32と、操作部33と、記憶部34と、通信部35と、出力部37と、報知部38とを備える。
図4は、図1の受信機3の構成例を示すブロック図である。受信機3は、電源部31と、制御部32と、操作部33と、記憶部34と、通信部35と、出力部37と、報知部38とを備える。
電源部31は、商用電源、電池等の電力源から電力を受電し、受信機3の各構成要素に電力を供給する。電源部31は、交流を直流に変換する変換回路等の回路を有してもよい。
制御部32は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等を含み、情報処理に応じて受信機3の動作を制御する。このような情報処理は、制御部32がプログラムを実行することにより実現される。制御部32は、検出部321と閾値決定部322とを含む。制御部32は、CPUの他、MPU、GPU、DSP、FPGA、ASIC等の種々の半導体集積回路で構成されてもよい。
記憶部34は、コンピュータその他の装置、機械等が記録されたプログラム等の情報を読み取り可能なように、当該プログラム等の情報を、電気的、磁気的、光学的、機械的又は化学的作用によって蓄積する媒体である。記憶部34は、例えば、電源なしで記憶を保持可能なROM、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等の不揮発性メモリである。記憶部34は、例えば、受信ログ341、様々なK値に対応する仲上・ライス分布、複数の送信機1の各識別子(ID)を列挙した対象IDリスト、及び制御部32によって実行されるプログラム等を記憶する。
操作部33は、制御部32に情報を入力するための入力装置である。操作部33は、例えば、ボタン、スイッチ、タッチパネル、マウス等のポインティングデバイス、ダイヤル式の入力装置等によって構成される。ユーザは、送信機1だけでなく、受信機3の操作部33を操作することによっても、制御対象機器を操作することができる。
通信部35は、例えばアンテナを備え、送信機1から送信された操作信号を受信するとともに、制御部32の命令に従いACK信号を送信機1に送信する。ACK信号は、個体識別情報を含む。例えば、送信機1から特定のIDを含む操作信号を受信した場合、制御部32は、同一のIDをACK信号に含ませる。
出力部37は、出力信号を制御対象機器等の出力先に送信する出力インタフェース回路である。制御部32は、送信機1からの操作信号を受信した場合、操作信号に含まれる送信機IDと、記憶部に格納された対象IDリストとを照合する。制御部32は、送信機IDが対象IDリストに含まれているときは制御出力をオンにするとともに、操作信号の送信元に対してACK信号を返信する。
報知部38は、信号の送受信が成功したこと、失敗したこと、通信状況等を表す情報をユーザに報知するための表示装置である。報知部38は、例えば、ディスプレイ381及び発光部382を含む。ディスプレイ381は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ等を含む。発光部382は、光を発してユーザに一定の情報を報知するLED等の発光モジュールである。報知部38は、ユーザに対して音により情報を報知するスピーカ等の音声出力部(図示せず)を含んでもよい。
図5は、図1の送信機1の構成例を示すブロック図である。送信機1は、送信スイッチ11と、発電部12と、蓄電部13と、制御部14と、通信部15と、記憶部17と、報知部18とを備える。
送信スイッチ11は、ボタン部材110を有し、ボタン部材110の移動によりオン状態とオフ状態とを切り替える機械式のスイッチである。ボタン部材110が押下されてオン状態となると、送信機1は、制御信号を送信する。
発電部12は、ボタン部材110の移動に伴って発生したエネルギー、例えばボタン部材110を移動させるためにユーザにより加えられたエネルギーを用いて電力を生成する。
蓄電部13は、発電部12に電気的に接続され、発電部12によって生成された電力を蓄電する。蓄電部13は、例えばコンデンサである。蓄電部13は、制御部14、通信部15、報知部18等の各構成要素に、蓄電した電力を供給する。
送信スイッチ11、発電部12、及び蓄電部13には、特許文献1に開示された、ボタン部材の移動により発電可能な技術(例えば、特許文献1の0064参照)を適用可能である。
制御部14は、CPU、RAM、ROM等を含み、情報処理に応じて送信機1の動作を制御する。このような情報処理は、制御部14がプログラムを実行することにより実現される。制御部14は、検出部141、フラグ判定部142を含む。制御部14は、CPUの他、MPU、GPU、DSP、FPGA、ASIC等の種々の半導体集積回路で構成されてもよい。
記憶部17は、コンピュータその他の装置、機械等が記録されたプログラム等の情報を読み取り可能なように、当該プログラム等の情報を、電気的、磁気的、光学的、機械的又は化学的作用によって蓄積する媒体である。記憶部17は、例えば、電源なしで記憶を保持可能なROM、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等の不揮発性メモリである。記憶部17は、個体識別情報、制御部14によって実行されるプログラム等を記憶する。
通信部15は、例えばアンテナを備え、制御部14の命令に従い操作信号を送信するとともに、受信機3から返信されたACK信号を受信する。操作信号は、個体識別情報を含む。個体識別情報は、例えば、送信元である送信機1のIDと、送信元機器の種類を示す種類情報とを含む。ID及び種類情報は、いずれも本開示の「個体識別情報」の一例である。種類情報は、送信元機器が、送信機1、受信機3のいずれであるかを特定するための情報を含む。例えば、送信元機器が送信機1である場合、種類情報においては、送信機1に対応するビットがHigh(H)レベルに設定され、受信機3に対応するビットがLow(L)レベルに設定される。
報知部18は、信号の送受信が成功したこと、失敗したこと、通信状況等を表す情報をユーザに報知するための表示装置である。報知部18は、例えば、ディスプレイ181及び発光部182を含む。ディスプレイ181は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ等を含む。発光部182は、光を発してユーザに一定の情報を報知するLED等の発光モジュールである。報知部18は、ユーザに対して音により情報を報知するスピーカ等の音声出力部(図示せず)を含んでもよい。
3.動作例
3-1.受信機3
3-1-1.全体動作例
図6は、図4の受信機3によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。まず、受信機3の制御部32は、受信ログ取得処理S11を実行し、次に閾値Pthを決定する閾値決定処理S12を実行する。受信ログ取得処理S11及び閾値決定処理S12の詳細については後述する。
3-1.受信機3
3-1-1.全体動作例
図6は、図4の受信機3によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。まず、受信機3の制御部32は、受信ログ取得処理S11を実行し、次に閾値Pthを決定する閾値決定処理S12を実行する。受信ログ取得処理S11及び閾値決定処理S12の詳細については後述する。
図6のステップS13において、制御部32は、送信機1からの操作信号を受信したか否かを判断し、YesのときはステップS14に進む一方、NoのときはステップS13に戻る。
図6のステップS14において、制御部32は、操作信号の受信強度がステップS12で決定された閾値Pth以上であるか否かを判断し、YesのときはステップS15に進む一方、NoのときはステップS17に進む。
図6のステップS15において、制御部32は、発光部182を第1色、例えば緑色に発光させ、次のステップS16において受信強度フラグを「0」に設定する。受信強度フラグを「0」に設定することは、本開示の「受信強度フラグをオフにする」ことの一例である。ステップS15,S16は、図6の順番で実行される必要はなく、逆順で実行されてもよい。
図6のステップS17において、制御部32は、発光部182を第2色、例えば黄色に発光させ、次のステップS18において受信強度フラグを「1」に設定する。受信強度フラグを「1」に設定することは、本開示の「受信強度フラグをオンにする」ことの一例である。ステップS17,S18は、図6の順番で実行される必要はなく、ステップS18の後にステップS17が実行されてもよい。
図6のステップS19において、制御部32は、通信部15を介して、受信強度フラグについての情報を含むACK信号を送信機1に送信する。例えば、制御部32は、受信強度フラグが「1」であるときはACK信号の特定のビットを「1」に設定し、受信強度フラグが「0」であるときは当該特定のビットを「0」に設定する。
図6では、受信ログ取得処理S11、閾値決定処理S12、及びステップS13以降の処理が直列に実行される例について説明したが、本開示の処理はこれに限定されない。例えば、受信ログ取得処理S11及び閾値決定処理S12が完了した後、図6のステップS13以降の処理が繰り返し実行されてもよい。あるいは、受信ログ取得処理S11、閾値決定処理S12、及びステップS13以降の処理は、並列に実行されてもよい。
3-1-2.受信ログ取得処理
図7は、図6の処理のサブルーチンである受信ログ取得処理S11の一例を示すフローチャートである。受信ログ取得処理S11は、n回以上受信するまで、受信強度を受信ログ341に記録し続ける処理である。ここで、nは2以上の整数であり、例えばn=100である。
図7は、図6の処理のサブルーチンである受信ログ取得処理S11の一例を示すフローチャートである。受信ログ取得処理S11は、n回以上受信するまで、受信強度を受信ログ341に記録し続ける処理である。ここで、nは2以上の整数であり、例えばn=100である。
図7のステップS111において、制御部32は、受信ログ341に記録されたログ数又は受信回数を示す整数iを0に初期化する。次の信号待機ステップS112において、制御部32は、送信機1からの操作信号を受信したか否かを判断し、YesのときはステップS113に進む一方、NoのときはステップS112に戻る。
図7のステップS113において、検出部321は、受信信号の受信強度を検出し、次のステップS114において、検出された受信強度を記憶部34の受信ログ341に記録する。次のステップS115において、制御部32は、ログ数iをインクリメントする。次のステップS116において、制御部32は、ログ数iがnより大きいか否かを判断し、Yesの場合は図7の受信ログ取得処理S11を終了し、Noの場合はステップS112に戻る。
上記のように、図7の受信ログ取得処理S11は、閾値決定処理S12、及び図6のステップS13以降の処理と並列に実行されてもよい。例えば、制御部32は、図7のステップS116でYesのとき、例えばi>100であり100件の受信ログが蓄積されたときに受信ログ取得処理S11を終了するのではなく、その後も図7に示した処理を実行し続けてもよい。例えば、制御部32は、受信ログ341に記録された最も古い受信強度を最新の受信強度に書き換える更新処理を繰り返し実行してもよい。これにより、通信環境が時間的に変動しても、適切な閾値を設定することができる。
また、受信ログ341に記録された受信強度の件数と、演算に用いるログ数nは一致する必要はない。例えば、受信ログ341に200回分の受信記録があるとき、200回分すべてを使用してもよいし、最新の100回分だけを使用してもよい。
3-1-3.閾値決定処理
図8は、図6の処理のサブルーチンである閾値決定処理S12の一例を示すフローチャートである。閾値決定処理S12は、受信ログ341に記録された複数の受信強度に基づいて、閾値Pthを決定する処理である。
図8は、図6の処理のサブルーチンである閾値決定処理S12の一例を示すフローチャートである。閾値決定処理S12は、受信ログ341に記録された複数の受信強度に基づいて、閾値Pthを決定する処理である。
図8のステップS121において、閾値決定部322は、受信ログ341に記録された受信強度の平均値Pavgを算出する。図9は、受信ログ341の一例を示すグラフである。図9のグラフの横軸はログ数iを示し、縦軸は受信強度を示している。図9のグラフは、n=100の場合の例である。100個の受信強度を時系列で示している。このように、受信ログ341は、時間情報を含んでもよいが、時間情報を含んでいなくても閾値決定処理S12は実行可能である。図9には、受信強度の平均値Pavgを示している。
図8のステップS122において、閾値決定部322は、受信ログ341に記録された受信強度Pの確率密度分布f(P)を導出する。図10は、導出された確率密度分布f(P)の一例を示すグラフである。図10の横軸は受信強度Pを示し、縦軸は確率密度を示している。閾値決定部322は、例えば、受信ログ341に記録された受信強度Pのヒストグラムに基づいて、確率密度分布f(P)を導出する。例えば、n回の受信ログに、受信強度Pが0.45Pavg~0.55Pavgであるものが12%あるとき、f(0.5Pavg)=0.12としてプロットすると、図10に示した点を表すことができる。他の点も、同様にしてプロットする。
ステップS121,S122は、図8の順番で実行される必要はなく、ステップS122の後にステップS121が実行されてもよい。また、受信強度の平均値Pavgは、ステップS121で算出されることに限定されず、ステップS122において受信ログ341に記録された受信強度Pの確率密度分布f(P)を導出した後、確率密度分布f(P)の平均値を求めることによって算出されてもよい。
図8のステップS123において、閾値決定部322は、ステップS122で導出された確率密度分布f(P)を仲上・ライス分布fK(P)と比較し、両者の差fgap(K)が最小となるKを求める。仲上・ライス分布fK(P)は、本開示の「確率密度関数」の一例である。様々なK値に対応する仲上・ライス分布fK(P)と、受信強度Pと、の関係は、予め記憶部34に格納されてもよい。図11は、確率密度分布f(P)と仲上・ライス分布fK(P)とを模式的に比較するグラフである。図11の(a),(b),(c)の実線は、それぞれ、K=3dB,10dB,17dBの場合の仲上・ライス分布fK(P)を示している。ステップS123では、閾値決定部322は、これらのような様々なKの値に対し、確率密度分布f(P)と仲上・ライス分布fK(P)との差fgap(K)を、例えば次の式(2)で求める。
fgap(K)は、上記の式(2)に限定されず、公知の回帰分析等の分析手法により算出されてもよい。
図12は、Kを変化させた場合のfgap(K)をプロットしたグラフである。図12において、Kは1dB間隔で変化している。図12に示した例では、K=10dBのときのfgap(10)が最小であるため、受信強度Pの確率密度分布f(P)は、K=10dBとしたときの仲上・ライス分布f10(P)に最も近いと判断できる。そこで、閾値決定部322は、後続のステップS124~S126において閾値Pthを算出する際に、仲上・ライス分布f10(P)を用いる。
図8のステップS124において、閾値決定部322は、ステップS123で求めたK値を有する仲上・ライス分布fK(P)を用いて、受信強度PがPx%未満となる確率がx%となるような基準値Px%を算出する。図13は、P1%を模式的に示すグラフである。基準値Px%は、次の式(3)を解析的に又は数値計算により解くことによって導出できる。
図8のステップS125において、閾値決定部322は、ステップS124で算出された基準値Px%に対するPavgの比に基づいて、マージン値m[dB]を決定する。Pavgは、ステップS121で算出された受信強度の平均値である。例えば、P1%=0.1Pavgであるとき、P1%=Pavg-10dBであるため、マージン値mを10dBに決定する。例えば、マージン値mは、次の式(4)で表される。
m=10log10(Pavg/Px%) …(4)
m=10log10(Pavg/Px%) …(4)
マージン値mは、上記のものに限定されず、より一般的には、受信強度Pの確率密度関数の標準偏差σが大きいほど大きい値に設定される。マージン値mは、受信強度Pの確率密度関数の半値幅が大きいほど大きい値に設定されてもよい。
図8のステップS126において、閾値決定部322は、閾値Pthを、次の式(5)により算出する。
Pth=Plim+m …(5)
ここで、Plimは、受信機3の受信限界強度である。受信限界強度Plimは、受信機3における電波強度であって、受信機3が、送信機1との通信を正常に達成できる最低限の電波強度をいう。受信限界強度Plimは、例えば受信機3の性能試験等の実験により予め求められる。
Pth=Plim+m …(5)
ここで、Plimは、受信機3の受信限界強度である。受信限界強度Plimは、受信機3における電波強度であって、受信機3が、送信機1との通信を正常に達成できる最低限の電波強度をいう。受信限界強度Plimは、例えば受信機3の性能試験等の実験により予め求められる。
このように、図8に示した閾値決定処理S12により、送信機1から受信機3への伝搬中の減衰によって受信限界強度Plimを下回る確率がx%(例えば1%)となる条件において、受信強度の閾値Pthを設定することができる。
マージン値mは、受信強度Pのばらつきが大きいほど大きい値に設定される。例えば、マージン値mは、金属製設備、人等の物体が動かない静的環境のように電波変動が小さい環境においては図14に示すように小さい値に設定される一方、物体が動く動的環境のように電波変動が大きい環境においては図15に示すように大きい値に設定される。閾値が固定される従来技術では、それまでは緑LEDが点灯していたにもかかわらず、黄LEDを点灯させることなく、通信失敗となる事態が生じるが、本実施形態に係る受信機3によれば、上記のような事態を防止することができる。このように、受信機3は、従来技術より確実に発光部182を例えば黄色に発光させて(ステップS17)、無線通信状況を精度良くユーザに報知することができる。
上記のようにして算出した仲上・ライス分布のK値、マージン値m、閾値Pthは、記憶部34に記憶されてもよい。報知部38は、K値、マージン値m、又は閾値Pthが初期値又は前回の値から一定値以上変動したとき、電波の変動が大きくなっていることをユーザに報知してもよい。特に閾値Pthが一定値以上大きくなったり、K値が一定値以上小さくなったとき、通信環境が悪化していることをユーザに警告してもよい。
3-2.送信機1
図16は、図5の送信機1によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。
図16は、図5の送信機1によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。
図16のステップS21において、送信機1の制御部14は、送信スイッチ11がオン状態になったか否かを判断し、YesのときはステップS22に進む一方、NoのときはステップS21に戻る。ユーザによってボタン部材110が押下されて送信スイッチ11がオン状態にされた場合、発電部12によって電力が生成される。
図16のステップS22において、通信部15は、発電部12によって生成された電力を利用して、操作信号を受信機3に送信する。次のステップS23において、制御部14は、計時を開始する。
図16のステップS24において、制御部14は、計時した時間が所定の時間を超え、タイムアウトしたか否かを判断し、NoのときはステップS25に進む一方、YesのときはステップS30に進み、発光部182を第3色、例えば赤色に発光させる。
図16のステップS25において、制御部14は、受信機3からACK信号を受信したか否かを判断し、YesのときはステップS26に進む一方、NoのときはステップS25に戻る。
図16のステップS26において、制御部14の検出部141は、ACK信号の強度が所定の閾値Pth2以上か否かを判断し、YesのときはステップS27に進む一方、NoのときはステップS29に進み、発光部182を第2色、例えば黄色に発光させる。閾値Pth2は、例えば記憶部17に予め記憶されている。あるいは、送信機1は、受信機3によって決定された閾値Pthを受信機3から受信し、閾値Pthに基づいて閾値Pth2を決定してもよい。例えば、送信機1は、Pth2=Pthとしてもよい。
図16のステップS27において、制御部14は、受信状態データが正常否かを判定する。具体的には、制御部14のフラグ判定部142が、ACK信号に含まれる受信強度フラグが「0」であるか否かを判断する。制御部14は、ステップS27において受信強度フラグが「0」であると判断したときはステップS28に進み、発光部182を第1色、例えば緑色に発光させる。一方、制御部14は、受信強度フラグが「0」でない、すなわち「1」であると判断したときはステップS29に進み、発光部182を第2色、例えば黄色に発光させる。
4.効果等
以上のように、本実施形態に係る受信機3は、無線信号を受信する通信部35と、検出部321と、閾値決定部322と、報知部38と、を備える。検出部321は、通信部35によって受信された無線信号の受信強度を検出する。閾値決定部322は、受信強度についての閾値Pthを決定する。報知部38は、受信強度が閾値Pth以上である場合に第1の態様で受信強度を報知し、受信強度が閾値Pth未満である場合に第2の態様で受信強度を報知する。閾値決定部322は、受信強度に基づいて閾値Pthを決定する。
以上のように、本実施形態に係る受信機3は、無線信号を受信する通信部35と、検出部321と、閾値決定部322と、報知部38と、を備える。検出部321は、通信部35によって受信された無線信号の受信強度を検出する。閾値決定部322は、受信強度についての閾値Pthを決定する。報知部38は、受信強度が閾値Pth以上である場合に第1の態様で受信強度を報知し、受信強度が閾値Pth未満である場合に第2の態様で受信強度を報知する。閾値決定部322は、受信強度に基づいて閾値Pthを決定する。
この構成によれば、受信機3は、無線通信状況を従来技術より精度良くユーザに報知することができる。報知部38は、第1の態様の一例として第1の色、例えば緑色に発光し、第2の態様の一例として第2の色、例えば黄色に発光する。
閾値Pthは、受信機3の受信限界強度Plimにマージン値mを加えた値に設定されてもよい。閾値決定部322は、検出部321によって検出された受信強度のばらつきが大きいほどマージン値mを大きい値に設定することにより、閾値Pthを決定する。
この構成によれば、受信機3は、受信限界強度Plimから、適切に決定されたマージン値mを加えた値に閾値Pthを決定することができ、受信強度が閾値Pth未満であることを精度良くユーザに報知することができる。
受信機3は、受信強度を記憶する記憶部34を更に備えてもよい。閾値決定部322は、記憶部34に記憶された受信強度に基づいて、受信強度を確率変数とする確率密度関数f(P)を導出し、確率密度関数の標準偏差σが大きいほどマージン値mを大きく設定する。確率密度関数f(P)は、例えば仲上・ライス分布fK(P)であり、マージン値mは、仲上・ライス分布fK(P)のK値が小さいほど大きい値に設定される。
この構成によれば、マージン値mは、金属製設備、人等の物体が動かない静的環境のように電波変動が小さい環境においては小さい値に設定される一方、物体が動く動的環境のように電波変動が大きい環境においては大きい値に設定される。閾値が固定される従来技術では、それまでは受信強度が閾値以上であり例えば緑LEDが点灯していたにもかかわらず、通信失敗となる事態が生じるが、本実施形態に係る受信機3によれば、上記のような事態を防止することができる。このように、受信機3は、従来技術より確実に第2の態様で受信強度を報知する(例えば、発光部182を黄色に発光させる)ことができ(ステップS17)、無線通信状況を精度良くユーザに報知することができる。
受信機3の制御部32は、受信強度が閾値Pth未満である場合に受信強度フラグをオン(1)にする一方、受信強度が閾値Pth以上である場合に受信強度フラグをオフ(0)にしてもよい。通信部35は、送信機1から操作信号を受信した場合、受信強度フラグを含むACK信号を送信機1に送信する。送信機1の報知部38は、検出部141によって検出されたACK信号の受信強度が閾値Pth2以上である場合に第3の態様で受信強度を報知する。報知部38は、検出部141によって検出されたACK信号の受信強度が閾値Pth2未満である場合又は受信強度フラグがオンである場合に第4の態様で受信強度を報知する。
この構成によれば、送信機1を有するユーザに対しても、従来技術より確実に無線通信状況を報知することができる。
(変形例)
以上、本開示の実施形態を詳細に説明したが、前述までの説明はあらゆる点において本開示の例示に過ぎない。本開示の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができる。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略する。以下の変形例は適宜組み合わせることができる。
以上、本開示の実施形態を詳細に説明したが、前述までの説明はあらゆる点において本開示の例示に過ぎない。本開示の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができる。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略する。以下の変形例は適宜組み合わせることができる。
通信部35は、複数の送信機1から送信された無線信号を受信し、閾値決定部322は、複数の送信機1から送信された無線信号の受信強度に基づいて閾値Pthを決定してもよい。例えば、閾値決定部322は、すべての送信機1から送信された無線信号の受信強度の平均値に基づいて閾値Pthを決定する。無線通信システム100、受信機3と、複数の送信機1を含んでもよい。この場合、1つの受信機3に対して複数の送信機が通信接続される。各送信機1からの操作信号には、各自のIDが含まれる。したがって、受信機3は、どの送信機1から操作信号を受信したかを判別できる。記憶部34には、各送信機1についての受信ログが区別可能に記憶される。したがって、受信機3の受信強度の分布は、すべての送信機1からの受信ログを総合して算出されてもよいし、各送信機1についての受信ログを用いて送信機1ごとに算出されてもよい。送信機1ごとに受信強度の分布を算出した場合、受信機3は、送信機1ごとに異なる閾値を設定することができる。これにより、送信機1の個性、通信環境の違い等を個別に閾値設定に反映することができる。
1 送信機
11 送信スイッチ
12 発電部
13 蓄電部
14 制御部
15 通信部
17 記憶部
18 報知部
110 ボタン部材
141 検出部
142 フラグ判定部
150 筐体
181 ディスプレイ
182 発光部
3 受信機
31 電源部
32 制御部
33 操作部
34 記憶部
35 通信部
37 出力部
38 報知部
321 検出部
322 閾値決定部
341 受信ログ
381 ディスプレイ
382 発光部
100 無線通信システム
11 送信スイッチ
12 発電部
13 蓄電部
14 制御部
15 通信部
17 記憶部
18 報知部
110 ボタン部材
141 検出部
142 フラグ判定部
150 筐体
181 ディスプレイ
182 発光部
3 受信機
31 電源部
32 制御部
33 操作部
34 記憶部
35 通信部
37 出力部
38 報知部
321 検出部
322 閾値決定部
341 受信ログ
381 ディスプレイ
382 発光部
100 無線通信システム
Claims (11)
- 無線信号を受信する第1の通信部と、
前記第1の通信部によって受信された無線信号の受信強度を検出する第1の検出部と、
前記受信強度についての第1の閾値を決定する閾値決定部と、
前記受信強度が前記第1の閾値以上である場合に第1の態様で受信強度を報知し、前記受信強度が前記第1の閾値未満である場合に第2の態様で受信強度を報知する第1の報知部と、を備え、
前記閾値決定部は、前記受信強度に基づいて前記第1の閾値を決定する、
受信機。 - 前記第1の閾値は、前記受信機の受信限界強度にマージン値を加えた値に設定され、
前記閾値決定部は、前記受信強度のばらつきが大きいほど前記マージン値を大きい値に設定することにより、前記第1の閾値を決定する、
請求項1に記載の受信機。 - 前記受信強度を記憶する記憶部を更に備え、
前記閾値決定部は、前記記憶部に記憶された前記受信強度に基づいて、前記受信強度を確率変数とする確率密度関数を導出し、前記確率密度関数の標準偏差が大きいほど前記マージン値を大きい値に設定する、
請求項2に記載の受信機。 - 前記確率密度関数は、仲上・ライス分布であり、
前記閾値決定部は、前記仲上・ライス分布のK値が小さいほど前記マージン値を大きい値に設定する、
請求項3に記載の受信機。 - 前記第1の通信部は、複数の送信機から送信された無線信号を受信し、
前記閾値決定部は、前記複数の送信機から送信された無線信号の受信強度に基づいて前記第1の閾値を決定する、
請求項1~4のいずれか1項に記載の受信機。 - 前記第1の通信部は、複数の送信機から送信された無線信号を受信し、
前記閾値決定部は、前記各送信機から送信された無線信号の受信強度に基づいて、前記各送信機に対応する受信強度の前記第1の閾値を個別に決定する、
請求項1~4のいずれか1項に記載の受信機。 - 前記受信強度が前記第1の閾値未満である場合に受信強度フラグをオンにする一方、前記受信強度が前記第1の閾値以上である場合に受信強度フラグをオフにする制御部を更に備え、
前記第1の通信部は、送信機から前記無線信号を受信した場合、前記受信強度フラグを含む応答信号を前記送信機に送信する、
請求項1~6のいずれか1項に記載の受信機。 - 請求項7に記載の受信機と無線通信を行う送信機であって、
前記応答信号を受信する第2の通信部と、
前記第2の通信部によって受信された前記応答信号の受信強度を検出する第2の検出部と、
前記応答信号の受信強度が所定の第2の閾値以上である場合に第3の態様で受信強度を報知し、前記応答信号の受信強度が前記第2の閾値未満である場合又は前記受信強度フラグがオンである場合に第4の態様で受信強度を報知する第2の報知部と、
を備える、送信機。 - 請求項7に記載の受信機と、請求項8に記載の送信機と、を含む無線通信システム。
- 無線信号を受信する受信ステップと、
前記受信ステップにおいて受信された無線信号の受信強度を検出する検出ステップと、
前記受信強度についての第1の閾値を決定する閾値決定ステップと、
前記受信強度が前記第1の閾値以上である場合に第1の態様で受信強度を報知し、前記受信強度が前記第1の閾値未満である場合に第2の態様で受信強度を報知する報知ステップと、を含み
前記閾値決定ステップにおいて、前記受信強度に基づいて前記第1の閾値を決定する、
無線通信方法。 - 請求項10に記載の無線通信方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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JP2010045706A (ja) * | 2008-08-18 | 2010-02-25 | Panasonic Corp | ダイバーシティ受信装置とこれを用いた電子機器 |
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JP2019164015A (ja) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 株式会社リコー | 閾値決定方法、電波送受信システムおよびプログラム |
JP7003890B2 (ja) * | 2018-10-19 | 2022-01-21 | オムロン株式会社 | 無線受信装置、及び無線システム |
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