JP4271650B2

JP4271650B2 - 微弱無線通信システム

Info

Publication number: JP4271650B2
Application number: JP2004355537A
Authority: JP
Inventors: 守宇賀神; 賢司鈴木; 充原田
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: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2024-12-08
Also published as: JP2006166112A

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８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８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９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、送信機のアンテナと受信機のアンテナとの距離は、微弱無線規格の電波強度規定に用いられる距離未満に設定され、送信機は、送信電波を送信機のアンテナから受信機のアンテナの方向に放射しかつ送信機のアンテナと受信機のアンテナとの間に焦点をもつように放射する電波送信手段を備え、電波送信手段は、凹面反射板を含み、送信機のアンテナと凹面反射板との距離の調整により送信電波の焦点位置を可変する構成である。

本発明の微弱無線通信システムは、送信機から送信された電波のほぼすべてを受信機に受信させることができるので、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。また、送信機から送信された電波が送信機と受信機との間で焦点を結んでいるので、従来のように送信機から等方的に放射される場合に比べて、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。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。

図１は、本発明の微弱無線通信システムの基本構成を示す。図において、壁１１を挟んで、一方に微弱無線機１２および電波送受信部１４を配置し、他方に微弱無線機１３および電波送受信部１５を配置する。電波は双方向に送信される場合を想定しているが、ここでは便宜的に微弱無線機１２および電波送受信部１４を送信機、微弱無線機１３および電波送受信部１５を受信機とし、電波送受信部１４から電波送受信部１５への電波伝搬を想定して説明する。

本発明の特徴は、次の２点に集約される。
(1) 送信機（電波送受信部１４）は、送信電波を受信機（電波送受信部１５）の方向に放射する。
(2) 送信機（電波送受信部１４）は、送信電波を送信機（電波送受信部１４）と受信機（電波送受信部１５）との間に焦点をもつように放射する。なお、「焦点」の定義は、「電波が集まる一点」とする。

本発明の特徴(1) により、送信機から送信された電波のほぼすべてが受信機に受信され、他の無線機に対する妨害電波がほとんど発生しない。また、本発明の特徴(2) により、送信機から送信された電波が送信機と受信機との間で焦点を結んでいるので、従来のように送信機から等方的に放射される場合に比べて、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。なお、本発明の特徴(2) により送信機が送信電波を送信機と受信機との間に焦点をもつように放射することにより、結果として本発明の特徴(1) である送信機が送信電波を受信機の方向に放射することになる。

ここで、本発明の特徴(2) による利点について、送信機から送信された電波の焦点位置が送信機と受信機の中点の場合、受信機寄りの場合、送信機寄りの場合に分けて具体的に説明する。

図２は、焦点位置が送信機と受信機の中点の場合を示す。ここで、受信機（電波送受信部１５）の全体に受信電波が届いている場合、受信強度は焦点位置と受信機との距離の２乗に比例する。したがって、焦点位置と受信機（電波送受信部１５）との距離をＸ、焦点位置と電波強度の規定位置（送信機（電波送受信部１４）から３ｍ）との距離をＬとすると、受信機の電波強度と規定位置の電波強度の比は、
20・log(Ｌ／Ｘ） …(1)
と表される。

図２に示すように、送信機（電波送受信部１４）と受信機（電波送受信部１５）との距離が30ｃｍとすると、焦点位置と受信機（電波送受信部１５）との距離が15ｃｍとなり、焦点位置と電波強度の規定位置（送信機から３ｍ）との距離は 285ｃｍとなる。このとき、受信機が受信できる電波強度は、規定位置の電波強度よりも
20・log(285／15）≒25.6［ｄＢ］
強いものとなる。

一方、図３に示すように、送信機から送信電波が等方的に放射される従来構成の場合には、受信機が受信できる電波強度は、規定位置の電波強度よりも
20・log(300／30）＝20［ｄＢ］
強いものとなる。したがって、送信機と受信機との距離が同じ場合（ここでは30ｃｍの場合）には、本発明による受信機が受信できる電波強度を従来構成よりも約６ｄＢ大きくすることができる。

図４は、焦点位置が受信機寄りの場合を示す。ここでは、送信機（電波送受信部１４）と受信機（電波送受信部１５）との距離が30ｃｍの場合に、焦点位置が送信機と受信機の中点より受信機側に５ｃｍずれる場合を想定している。この場合には、受信機（電波送受信部１５）の一部のみで電波が受信される。この状態は、焦点位置が送信機と受信機の中点になるように、受信機を送信機からさらに10ｃｍ離して受信する場合の電波強度と同等である。このとき、受信機が受信できる電波強度は、規定位置の電波強度よりも
20・log(280／20）≒22.9［ｄＢ］
強いものとなる。この場合でも、本発明による受信機が受信できる電波強度を従来構成よりも約３ｄＢ大きくすることができる。

図５は、焦点位置が送信機寄りの場合を示す。ここでは、送信機（電波送受信部１４）と受信機（電波送受信部１５）との距離が30ｃｍの場合に、焦点位置が送信機と受信機の中点より送信機側に５ｃｍずれる場合を想定している。この場合には、受信機（電波送受信部１５）の全体に受信電波が届いているので、受信機が受信できる電波強度は、規定位置の電波強度よりも
20・log(290／20）≒23.2［ｄＢ］
強いものとなる。この場合でも、本発明による受信機が受信できる電波強度を従来構成よりも約３ｄＢ大きくすることができる。

また、図５の場合と同じ焦点位置に対して、送信機と受信機との距離を１ｍとした場合には、本発明では、規定位置の電波強度よりも
20・log(290／90）≒10.2［ｄＢ］
強くなる。一方、図３に示すような従来構成では、規定位置の電波強度よりも
20・log(300／100)≒ 9.5［ｄＢ］
強くなるので、本発明の電波強度の方がやや強くなる。

このように、受信機が受信できる電波強度は、送信機の送信電波の焦点位置が送信機と受信機の中点にある場合が従来構成に対して最も強くなる（＋６ｄＢ）。また、焦点位置が送信機と受信機の中点になくても、その間に焦点位置が存在し、かつ送信機と受信機との距離が微弱無線規格の電波強度規定に用いる距離（３ｍ）未満の場合には、本発明の微弱無線通信システムの方が従来構成よりも強い電波を受信することができる。

図６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、電波送受信部１４，１５は、アンテナ２１を電波吸収体２２および電波レンズ２３で囲んだ構成であり、アンテナ２１から放射された電波が電波レンズ２３を介して、対向する電波レンズとの間に焦点をもつように伝搬する。焦点の位置は、電波レンズ２３の形状と材質およびアンテナ２１と電波レンズ２３との距離から算出することができ、例えばアンテナ２１と電波レンズ２３との距離を調整することにより送信電波の焦点位置を変更することができる。なお、電波吸収体２２の方向に放射された電波は、吸収されるために外部に洩れ出ることはない。

図７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。図において、電波送受信部１４，１５は、アンテナ２１と凹面反射板２４から構成され、アンテナ２１から凹面反射板２４の方向のみに放射された電波が凹面反射板２４で反射し、対向する凹面反射板との間に焦点をもつように伝搬する。焦点の位置は、凹面反射板２４の曲率およびアンテナ２１と凹面反射板２４との距離から算出することができ、例えばアンテナ２１と凹面反射板２４との距離を調整することにより送信電波の焦点位置を変更することができる。

なお、第１の実施形態および第２の実施形態では双方向通信を想定しているために、双方に電波レンズ２３または凹面反射板２４を配置しているが、一方を送信機で他方を受信機として用いる場合には、送信機のみに電波レンズ２３または凹面反射板２４が配置されていれば十分である。

本発明の微弱無線通信システムの基本構成を示す図。焦点位置が送信機と受信機の中点の場合を示す図。送信機から送信電波が等方的に放射される従来構成の場合を示す図。焦点位置が受信機寄りの場合を示す図。焦点位置が送信機寄りの場合を示す図。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。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電波送受信部（送信機）
１５電波送受信部（受信機）
２１アンテナ
２２電波吸収体
２３電波レンズ
２４凹面反射板

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、
前記送信機のアンテナと前記受信機のアンテナとの距離は、前記微弱無線規格の電波強度規定に用いられる距離未満に設定され、
前記送信機は、送信電波を前記送信機のアンテナから前記受信機のアンテナの方向に放射しかつ前記送信機のアンテナと前記受信機のアンテナとの間に焦点をもつように放射する電波送信手段を備え、
前記電波送信手段は、凹面反射板を含み、前記送信機のアンテナと凹面反射板との距離の調整により前記送信電波の焦点位置を可変する構成である
ことを特徴とする微弱無線通信システム。