JP4259985B2 - 無線データ通信装置及びその装置を含む通信システム - Google Patents

Description

本発明は無線データ通信装置に関する。通信装置は、例えば時計のような携帯物の一部を形成することができる。装置は、高周波信号を生成する発振回路と、発振回路に接続された信号処理ユニットとを含む。

また本発明は、通信装置と電子機器との間でデータ通信する近距離無線システムにも関する。

「データ通信」とは、情報又はデータの１方向送信又は２方向送信のいずれかを意味する。

近距離データ通信の場合には、通信装置を含む携帯物は電子機器に近接して、又はその上に配置されることがある。一般に、近距離無線データ通信間で送信される信号は、無線周波数信号、音響信号、光信号、又は他の信号とすることができる。また、これらの信号の異なる種類の組み合わせも考えることができる。

データ通信の技術分野では、特に無線周波数タイプの信号の送信手段及び受信手段をそれぞれ含む、互いに近接する２つのユニット間でデータ交換を行うことは公知である。これらの送信手段は、一般に受信のみの手段とは異なるため、これには相当数の電子構成部品を用いることが必要である。当然のことながら、このことは、送信手段と受信手段を腕時計のような携帯物に装備する場合には欠点となる。また、このような携帯物は、一般に電池又は蓄電池により電力を得るが、これも相当の場所を占有する。信号送信手段と受信手段の作動は、電池又は蓄電池が速く放電しやすいため相当の電力消費を伴い、これもまた欠点となる可能性がある。

信号受信手段が送信手段と組み合わされている場合でも、通信装置は付加的な電気的要素により、データ信号受信モード又はデータ信号送信モードのいずれかに切り替える必要があることに留意されたい。これは、比較的高い電力消費に加えて更なる欠点となる。

ドイツ特許第１００２６１７３号は、ベースステーションと少なくとも１つの外部ユニット間の電気信号の伝達のための構成が開示されている。電気エネルギは、一次巻線又はコイルがベースステーションに配置され、二次巻線又はコイルが外部ユニットに配置された変圧器により送られる。ベースステーションから外部ユニットまでのデータ通信は、変圧器を用いて達成することができる。応答信号は、ベースステーションと外部ユニットとを結合する要素により外部ユニットからベースステーションへ送信される。これらの誘導性結合要素は変圧器のものとは異なる。

このような構成の欠点の１つは、外部ユニットにデータ送信のための専用の送信手段を備える必要があることである。これらの送信手段は、特に二次変圧器コイルにより形成される受信手段とは異なるものである。従って、変圧器が蓄電池の充電とデータ送信との両方に使用可能である場合でも、外部ユニットの送信手段の付加的な電子構成要素が相当のスペースを取り、更に、多量の電気エネルギを消費する可能性がある。
ドイツ特許第１００２６１７３号公報

従って、本発明の目的は、前述の先行技術の欠点を解決し、装置の内部機能を行うために用いられる構成要素への付加的な構成要素を省いた無線データ通信装置を提供する。

従って、本発明は、請求項１に記載する特徴を含む無線データ通信装置、すなわち、高周波数信号を生成する発振回路と、前記発振回路に接続された信号処理ユニットとを含む、特に携帯物のための無線データ通信装置であって、前記高周波信号を生成する前記発振回路の一部の接続構成が、その接続構成により送信される漂遊信号を用いてデータを送信するためのアンテナとして機能するように構成されており、前記処理ユニットが前記発振回路に少なくとも１つの制御信号を供給し、その制御信号が、前記漂遊信号を用いて送信されるべき前記データに依存することを特徴とする無線データ通信装置に関する。

本発明による通信装置の利点の１つは、前記装置にデータ送信のための専用の送信手段を備える必要がないことである。この送信手段は、高周波信号を供給する発振回路の１つの部品の接続構成によって形成される。高周波信号が供給されると、接続構成を介して、特に導電路及び接続された電気的要素の回路を通じて漂遊信号が自動的に生成される。従って、この接続構成は漂遊信号の送信アンテナのように機能する。このようにして漂遊信号を用いて近距離データ送信を行うことができる。電子機器の受信手段は、通常数センチメートル以内の距離にわたって、装置の発振回路の接続構成により送信される漂遊信号を捉えることができる。

通信装置は、無線周波数信号受信手段と周波数変換手段を含むのが有利である。この周波数変換手段は発振回路を含み、その発振回路は基準発振ユニットに接続された周波数シンセサイザを含む。シンセサイザは、電圧制御発振器と、続いて高周波数信号を供給する増幅器と、分周器と位相検波器とを含む。このように無線周波数信号受信器の場合には、発振回路により高周波信号を供給することが必要である。

処理ユニットにより発振回路に供給される少なくとも１つの制御信号を用いて、漂遊信号の振幅変調又は周波数変調によりデータを送信することができる。漂遊信号の振幅変調は、制御信号を用いて高周波信号を供給する回路の部品の少なくとも１つの要素を接続又は切断することにより達成される。この漂遊信号振幅変調により、バイナリデータシーケンスを送信することができる。漂遊信号周波数変調は、少なくとも１つの制御信号を用いて好ましくは１つ又は２つの分周器の分周率を変更することにより達成される。

本発明はまた、本発明の通信装置と電子機器との間の近距離無線データ通信システムであって、機器が、漂遊信号受信手段と、前記受信手段に接続された信号処理手段とを含み、装置が機器に近接して配置された時にその装置により送信される漂遊信号からデータを抽出することを特徴とする通信システム。

無線データ通信装置の目的、利点及び特徴、及び前記装置を備える通信システムは、図面と共に本発明の実施形態の以下の説明により更に明確に分かるであろう。

以下の説明では、本技術分野において当業者には公知の無線データ通信装置又はシステムの電子構成要素は詳細には説明しない。

図１ａ及び１ｂは、データ通信装置１の２つの異なる実施形態を示す。これらの２つの実施形態は、データが発振回路の接続構成により生成される漂遊信号を用いて送信される方法だけが互いに異なるだけで他は同じである。第１の実施形態では、データは漂遊信号の振幅変調により送信され、第２の実施形態では、データは漂遊信号の周波数変調により送信される。この通信装置は、腕時計のような携帯物内に収容された無線周波数信号受信器１により形成されることが好ましい。

この通信装置１は、無線周波数信号受信手段２、無線周波数信号の周波数変換手段３、及び周波数変換手段からの中間信号Ｓ_Iを受信する信号処理ユニット７を含む。受信手段は、図１ａ及び１ｂにおいて受信アンテナ２で示されている。受信した無線周波数信号は、次に受信手段においてフィルタ処理されかつ増幅されることに留意されたい。

周波数変換手段３は、処理ユニット７で処理されるべき信号の周波数を低下させるのに用いられる。これらの周波数変換手段は、無線周波数信号の２重又は３重に周波数変換を行う少なくとも２つのミキサ回路４及び５を含む。２重の周波数変換を行うために、発振回路６からの第１の高周波数信号Ｓ_Hと第２の高周波数信号が、それぞれミキサ回路４及び５に供給される。この発振回路の部品１４、１５の接続構成は、高周波数信号を供給するものであり、これを以下に説明するようにデータキャリア漂遊信号送信アンテナとして用いる。この接続構成には、発振回路の部品の電気的要素と、その電気的要素を互いに及びミキサ回路４に接続する導電路との両方が含まれる。

第１のミキサ回路４は、無線周波数信号と第１の高周波数信号Ｓ_Hを受信し、第１の変換信号Ｓ_Rを第２のミキサ回路５に供給する。第１の変換信号の周波数（Ｆ_SR）は、式Ｆ_SR＝｜Ｆ_RF−Ｆ_SH｜に従って、無線周波数信号の周波数（Ｆ_RF）から高周波数信号の周波数（Ｆ_SH）を減算した結果の絶対値に等しい。第２のミキサ回路５は、第１の変換信号Ｓ_Rと第１の高周波数信号よりも周波数が低い第２の高周波数信号を受信する。この第２のミキサ回路５は最初に第２の変換信号を供給する。第２の変換信号の周波数は、第１の変換信号Ｓ_Rの周波数から第２の高周波数信号の周波数を減算した結果に等しい。この第２のミキサ回路では、第２の変換信号をサンプリング及び定量化して、中間信号Ｓ_Rを処理ユニットに供給する。

通信装置の発振回路６は、周波数シンセサイザ及び発振ユニットを含む。周波数シンセサイザは、位相ロックループ内に、電圧制御発振器１４、続いて第１の高周波数信号Ｓ_Hを供給する増幅器１５、電圧制御発振器により信号が供給される第１の分周器１６、及び位相検波器１３を含む。位相検波器１３は、第１の分周器１６により供給される信号の周波数と、発振ユニットにより供給される基準信号の周波数とを比較する。この基準信号を供給するために、発振ユニットは、水晶振動子１１又はＳＡＷ（表面音響波）発信器１０、続いて第２の分周器１２から形成される。位相検波器１３で行われる比較に応じて、位相検波器１３の出力電圧はＶＣＯ（電圧制御発振器）１４を制御する。従って、ＶＣＯは、周波数が位相検波器１３の出力電圧に依存する高周波数信号を生成する。

基準ＳＡＷ発信器１０は、周波数が５〜５０ＭＨｚ、好ましくは１７〜１８ＭＨｚの範囲の信号を生成することができる。基準分周器１２の分周率は、周波数が４．２５と４．５ＭＨｚとの間であることが好ましい基準信号を生成するために４に等しい。第１の高周波数信号Ｓ_Hの周波数は、１００ＭＨｚと５ＧＨｚの間とすることができる。好ましくは、無線周波数信号の周波数が例えば約１．５７ＧＨｚである場合には、第１の高周波数信号の周波数は約１．５ＧＨｚとすることができる。従って、２つのミキサを通る２つの周波数変換動作が周波数変換手段３で行われる。中間信号Ｓ_Iは、その信号を処理ユニット７で処理することができるように４００ｋＨｚ程度の周波数を有する。

第１の高周波数信号の周波数が１ＧＨｚより高いものとすることができることから、漂遊信号Ｓ_Pは、高周波数で動作する要素の接続構成により自動的に送信される。従って、第１の高周波数信号の振幅又は周波数を変調することにより、前記漂遊信号を用いてデータを送信することが可能である。漂遊信号の支配的周波数は、ほぼ第１の高周波数信号の周波数に等しい。

通信装置が、ＧＰＳ型無線周波数信号受信器である場合には、信号処理ユニット７は、少なくとも１つの相関チャネルを備えた相関ステージ、マイクロプロセッサ及び記憶手段（図示せず）を含む。相関ステージでは、これらの中間信号Ｓ_Iが、例えば、公知の擬似ランダムコード制御ループ及びキャリア制御ループで処理される。相関ステージからマイクロプロセッサにより抽出されたデータは、例えば、記憶手段に記憶され、何らかの計算動作に用いることができる。

また、通信装置は、ＣＤＭＡ（符号分割多元接続）型の無線周波数信号を受信することもできる。その結果として、信号処理ユニット７は、無線周波数信号に含まれるデータを抽出するように構成される必要がある。

信号処理ユニット７は、周波数変換手段３の発振回路６により供給されるクロック信号ＣＬＫによりクロックされる。これらのクロック信号ＣＬＫは、周波数がほぼ４．５ＭＨｚである第１のクロック信号と、周波数がほぼ２５０ｋＨｚである第２のクロック信号とから構成されている。第１のクロック信号は、本質的に相関ステージで用いられ、第２のクロック信号は、相関ステージとマイクロプロセッサで用いられる。

信号処理ユニット７により無線周波数信号からのデータが処理されると、これらの無線周波数信号が適切に受信されたという確認を漂遊信号Ｓ_Pによって送信することができる。これを行うために、送信されるべきデータに依存する制御信号が、信号処理ユニット７により発振回路６に供給される。

図１ａでは、制御信号Ｃ_Cは、好ましくは第１の高周波数信号Ｓ_Hを生成する発振回路の部品である増幅器１５に印加される。接続構成の一部を形成する増幅器は、漂遊信号Ｓ_Pによって送信されるべきデータの関数として、制御信号Ｃ_Cにより接続又は切断される。その結果として漂遊信号は振幅変調され、その変調によってバイナリデータシーケンスを送信する。バイナリシーケンスの１つの２進要素は、漂遊信号の振幅が最大である時には１の値であり、漂遊信号の振幅が０に近い時には０の値である。増幅器１５を接続又は切断することによるこの振幅変調は、ＯＯＫ（On-Off Keying）変調と呼ばれる。

電圧制御発振器の開始時間は一般に遅いので、漂遊信号を用いるデータ送信の流れは比較的遅い可能性がある。バイナリシーケンスの流れは、１ビット／１０ミリ秒と推定することができる。従って、振幅変調による漂遊信号を用いたデータ送信は、送信されるべきデータの量によって比較的長くなる可能性がある。

振幅変調によりデータを送信するためには、発振回路６の幾つかの電気的要素への電力供給に対して作用することも考えられる。例えば、制御信号により、第１の分周器１６、位相検波器１３、電圧制御発振器１４、又はこれらの要素の組み合わせを接続又は切断可能にすることも考えられる。

図１ｂでは、送信されるべきデータの関数として分周率に作用させるために、少なくとも１つの制御信号Ｃ_Fを好ましくは第１及び第２の分周器１８と１２に印加する。分周率が変更されると、その結果、第１の高周波数信号の周波数が変調される。従って、データ送信における漂遊信号の周波数変調が達成可能である。漂遊信号を用いたデータ送信におけるこのような周波数変調は、ＦＳＫ（周波数シフトキーイング）変調と呼ばれる。この場合、電圧制御発振器１４は切断されていないため、送信されるべきデータの流れは振幅変調の場合よりも大きい可能性がある。

勿論、漂遊信号を用いたデータ送信は近距離でのみ行うことができる。漂遊信号を捉えるためには、漂遊信号受信機器は通信装置を含む携帯物から数センチメートルよりも遠くに存在することはできない。

図２は、無線データ通信システムの電子構成部品を示す。このシステムは、この実施形態では、電子機器３０と、本発明による通信装置を備えた時計２０とを含む。電子機器３０は、時計２０の支持部を構成している。従って、電子機器３０は、時計を受けるための収容部５０を含む。この収容部５０は、好ましくは時計の外部寸法に適合し、データ通信のために機器３０の収容部内の所定位置に時計を配置できるようになっている。

詳細には時計２０は、この場合にはアンテナ２を備えた無線周波数信号受信器であるデータ通信装置１を含む。またこの時計は、計時回路２３、制御キー２１、時間用或いは受信又は送信データ用のディスプレイ２２、充電式電池又は蓄電池２４、及び二次コイル２６を有する充電器２５を含む。制御キーは、特に時間及び日付を設定するための計時回路と、特に受信器をオンに切り替えるための無線周波数信号受信器との両方を操作することができる。充電器２５により、電子機器３０の充電器と協働して電池又は蓄電池を充電することができる。充電器２５は、電池又は蓄電池で検出される電圧レベルが時計の全ての機能が確実に正確に働くには十分でなくなると動作する。

また、携帯物の電池又は蓄電池の充電器装置としても用いられる電子機器は、本質的にアンテナ３１を介して無線周波数信号でデータを送信するＲＦモジュール３２と、アンテナ３４を介した漂遊信号Ｓ_Pを受ける受信モジュール３５と、一次コイル３７を有する支持機器の主充電器３６と、機器の電気的要素の全てに接続された信号処理手段３３とを含む。アンテナ３１により送信された無線周波数信号は、時計２０の無線周波数信号受信器のアンテナ２により捉えられる。

充電器２５と３６、及びこれらのコイル２６と３７は蓄電器モジュールを構成する。ここで、コイル３７は変圧器の一次コイルを形成し、コイル２６はその変圧器の二次コイルを形成する。時計の電池又は蓄電池の電圧レベルが十分でなくなると、電池又は蓄電池の充電動作が行われる。電池又は蓄電池の充電終了に関するデータは、漂遊信号を用いて送信することができる。また、電池又は蓄電池の充電終了は、エレクトロルミネセント・ダイオードにより機器上で表示することもできる。また、無線周波数信号データが適切に受信されたことに関するデータも漂遊信号を用いて送信することができる。

電池又は蓄電池の充電モジュールは、時計の通信装置と電子機器との間のデータ通信から独立させることができることを理解されたい。電池又は蓄電池の充電動作は、時計の通信装置のスイッチをオンにすることなく行うことができる。

信号処理手段３３は、受信モジュール３５により受信されたデータを格納することもでき、無線周波数信号により送信されるべきデータをＲＦモジュールに供給することもできる。また、接続ケーブル４０により、装置に接続した別のユニットと他のデータを交換することもできる。電子機器は、例えばコンピュータステーションに直接接続することもできる。

図３ａ及び３ｂは、電子支持機器３０及び腕時計２０を含むデータ通信システムの平面図と側面図を示している。腕時計２０は、各ユニットの信号受信手段及び送信手段の位置に応じて支持機器の収容部５０内の所定位置に配置することができる。漂遊信号の受信のためには、図３ｂに示すように、時計は機器の受信モジュールから最大距離ｒだけ離して動かすことができるだけである。この距離は、数センチメートル程度である。

電子機器３０は、ケープル４０により電力プラグに接続することができ、データ通信のためにコンピュータステーション（図示せず）に接続することもできる。

上述の説明から、当業者であれば請求の範囲により定められた本発明の範囲から逸脱することなく、通信装置及び通信システムの多くの変形形態を思いつくことができるであろう。周波数変調は、第１の分周器又は第２の分周器のいずれかの分周率を変更することにより達成することができる。電子機器により送信されるデータ信号は、音響信号、光信号又は他の種類の信号とすることができる。通信装置の周波数変換手段には、１つのミキサ回路と１つの発振回路のみを含むこともできる。

無線周波数信号受信器から形成された本発明によるデータ通信装置の実施形態を概略的に示す。 無線周波数信号受信器から形成された本発明によるデータ通信装置の別の実施形態を概略的に示す。 内部に通信装置が配置された蓄電池充電装置及び携帯物のような電子機器を含む通信システムの構成部品を概略的に示す。 ａ：本発明による充電装置及びデータ通信装置を備えた時計を含む通信システムの平面図、ｂ：本発明による充電装置及びデータ通信装置を備えた時計を含む通信システムの側面図である。

符号の説明

１ 通信装置、２ 無線周波数信号受信手段（受信アンテナ）、３ 無線周波数信号周波数変換手段、４、５ ミキサ回路、６ 発振回路、７ 信号処理ユニット、１０ ＳＡＷ（表面音響波）発信器、１１ 水晶振動子、１２ 第２の分周器、１３ 位相検波器、１４ 電圧制御発振器、１５ 増幅器、１６ 第１の分周器

Claims (11)

1. 無線周波数信号受信手段（２）の受信アンテナによって受信された無線周波数信号を周波数変換するための周波数変換手段（３）によって使用される高周波数信号（ＳＨ）を生成する発振回路（６）と、
   前記発振回路に接続された信号処理ユニット（７）と、
   を含む無線データ通信装置（１）であって、
   前記高周波信号を生成する前記発振回路が、導電路と電気的要素とからなる接続構成（１４、１５）を含むアンテナであって、データを近距離送信するための漂遊信号を送信するアンテナを具備しており、前記処理ユニット（７）が前記発振回路（６）に少なくとも１つの制御信号（ＣＣ、ＣＦ）を供給し、該制御信号が、前記漂遊信号により送信されるべき前記データに依存し、前記発振回路が、前記処理ユニット（７）からの少なくとも一つの制御信号に基づいて前記漂遊信号を変調して送信すべきデータを送信することを特徴とする無線データ通信装置。
2. 前記処理ユニット（７）が、制御信号（ＣＣ）を前記発振回路（６）に供給して、前記発振回路の接続構成の少なくとも１つの電気的要素のオン・オフ切り替えを制御して前記漂遊信号（ＳＰ）の振幅変調を行わせることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記処理ユニット（７）が、制御信号（ＣＦ）を前記発振回路（６）に供給して、前記漂遊信号（ＳＦ）の周波数変調を行わせることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
4. 前記処理ユニット（７）が、前記周波数変換手段（３）からの周波数変換中間信号（ＳＩ）を受信して該周波数変換中間信号からデータを抽出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信装置。
5. 前記発振回路が、基準発振ユニット（１０、１１、１２）に接続された周波数シンセサイザ（１３〜１６）を含み、前記シンセサイザが、位相ロックループ内で、電圧制御発振器（１４）と、続いて高周波数信号を供給する増幅器（１５）と、前記電圧制御発振器により供給される信号のための分周器（１６）と、前記分周器により供給される信号の周波数を前記基準発振ユニットにより供給される前記基準信号の周波数と比較する位相検波器（１３）とを含み、前記位相検波器の出力が前記電圧制御発振器に接続され、前記処理ユニットにより供給される前記制御信号（ＣＣ）が、前記増幅器（１５）のオン・オフ切り替えを制御して前記漂遊信号（ＳＰ）の振幅変調によりデータを送信することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の通信装置。
6. 前記発振回路が、基準発振ユニット（１０、１１、１２）に接続された周波数シンセサイザ（１３〜１６）を含み、前記シンセサイザが、位相ロックループ内で、電圧制御発振器（１４）と、続いて高周波数信号を供給する増幅器（１５）と、前記電圧制御発振器により供給される信号のための分周器（１６）と、前記分周器により供給される信号の周波数を前記基準発振ユニットにより供給される前記基準信号の周波数と比較する位相検波器（１３）とを含み、前記位相検波器の出力が前記電圧制御発振器に接続され、前記処理ユニットが、前記分周器（１６）に前記制御信号（ＣＦ）を供給し、前記分周器の分周率を変更して前記漂遊信号の周波数変調によりデータを送信することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の通信装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の通信装置と電子機器（３０）との間の近距離無線データ通信システムであって、
   前記電子機器が、前記漂遊信号を受信するための漂遊信号受信手段（３４、３５）と、この漂遊信号受信手段に接続された信号処理手段（３３）とを含み、前記通信装置が前記電子機器に近接して配置された時に前記通信装置により送信される前記漂遊信号から近距離通信用のデータを抽出することを特徴とする通信システム。
8. 前記電子機器が前記通信装置を受ける収容部を含むことを特徴とする請求項７に記載の通信システム。
9. 前記電子機器（３０）及び前記通信装置が、該通信装置の電池又は蓄電池（２４）のための誘導型充電手段（２５、２６、３６、３７）を含み、その充電手段が、一次巻線を形成する第１のコイル（３７）が前記電子機器内に配置され、二次巻線を形成する第２のコイル（２６）が前記通信装置内に配置される変圧器を含むことを特徴とする請求項８に記載の通信システム。
10. 前記通信装置の電池又は蓄電池の充電動作が終了したことを、前記漂遊信号を用いて前記電子機器に送信するように構成されていることを特徴とする請求項９に記載の通信システム。
11. 前記電子機器が、無線周波数信号受信手段（２）を含む前記通信装置にデータを送信するための無線周波数送信手段（３１、３２）を含み、前記通信装置の処理ユニット（７）が、漂遊信号（ＳＰ）を用いて当該送信されたデータの受信確認通知を送信するために前記通信装置の発振回路に前記制御信号（ＣＣ、ＣＦ）を供給することを特徴とする請求項７に記載の通信システム。

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