JP4736999B2

JP4736999B2 - 受信機

Info

Publication number: JP4736999B2
Application number: JP2006211981A
Authority: JP
Inventors: 嘉茂吉川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2026-08-03
Also published as: JP2008042383A

Description

本発明は、無線通信システムを構成する受信機に関するものである。特に電池駆動などの形態をとり、通常は休止モードとして電源がオフの状態であり、定期的に受信モードに遷移し受信回路を起動してキャリアセンスを行い、キャリアがないときには再び休止モードに遷移することにより消費電力を抑える待ち受け受信動作を行う受信機に関する。

近年、特定小電力無線やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、無線ＬＡＮ或いは携帯電話などで電池駆動により受信待ち受けを行う無線通信機が多くなっている。電池駆動で無線通信を行う場合、連続受信で相手通信機からの送信信号の待ち受け受信を行うと、電池消費が大きくなり実用上の問題となる。電池を大きくする必要がある、或いは電池寿命が短くなり電池交換を頻繁に行う必要があるなどの弊害がでる。そして全通信動作の消費電力の中で上記待ち受け受信の消費電力が支配的となるため、消費電力を削減する方法が提案されている。

一般的には、連続受信を行うのではなく、通常は休止モードすなわち受信回路の電源をオフにして電流が流れないまたは小さい状態にしておき、定期的に受信モードに遷移して受信を行う。

このとき、相手通信機から送信が行われているかを確認するために、受信電界レベルを検出する回路を備えて、短時間に受信電界レベルを確認し（この動作をキャリアセンスという）、予め設定したしきい値レベル以下であれば即座に電源オフとして休止モードに遷移する。これにより、回路が動作している時間を削減し、消費電力を抑える。

ここでキャリアセンスのしきい値レベルを低く設定すると、微弱な受信信号を受信したときでもキャリア有りと判定し、受信復調動作に移行できる。つまり通信エリアを大きくできる。

しかし、このようにしきい値レベルを低くすると環境ノイズや他の不要な信号（遠方にある他システムの通信等）を誤ってキャリア有りと判定し受信復調動作に移行し、復調動作で不要な信号（例えばノイズである）と判定するまでに長い時間を要するので消費電力が増大する。

受信機が設置されている場所の環境ノイズとしては熱雑音以外に、パソコンなどの高いクロック信号を用いた機器あるいはインバータ電源など大きな振幅信号を用いた機器からの輻射が大きい傾向にある。

不要信号によるキャリアの誤検出を避けるため、しきい値を高く設定する方法もあるが、希望信号の入射時にキャリア無しと判定する可能性が増加するため望ましくない。

特許文献１では、上記を避ける方法が記載されている。すなわち、相手側通信機と通信を行ったときの受信電界レベルを記録しておき、受信電界レベルが大きい時はしきい値を高く設定する方法を用いている。これにより必要以上にしきい値を低くすることがなくなり、ノイズ等の不要な信号によるセンスを避けることが出来る。

また、特許文献２では、ノイズでセンスした時に、希望信号ではなくノイズであることを短時間で判定して、不要な受信動作の時間を短縮する方法が記載さている。

特許文献３では、キャリアセンスに受信電界レベルを検出する回路とノイズレベルを検出する回路を備えて、ノイズによる検出を防ぐ方法が記載されている。
特開２００４−１８６８６５号公報特開平１０−３２５０４号公報特開平１１−１０３４８１号公報

しかしながら、上記の従来考案されていた方法では、十分な通信エリアを確保しながら、設置される環境に応じてノイズ等の不要なセンスを防ぐことが困難であった。

すなわち、上述の文献１の方法では、相手通信機が１台であってかつ十分な受信電界レベルが得られているときにのみ効果がある。相手通信機が遠方にあるときはしきい値レベルが低くなるため効果がない。また、しきい値を高くすると通信エリアが小さくなるため、複数の（特に距離がそれぞれ異なる）或いは不特定の通信機と通信を行うシステムに適応することが困難であった。

また文献２、３の方法ではキャリアセンス動作において一旦キャリア有りと判定した後、受信動作の時間を延長して不要な信号かどうかを判定する手順を踏むため、判定までに一定の時間を要する。そのため受信回路の電源が投入されている時間が延長され消費電力が増加するという問題がある。

上記従来の課題を解決するために本発明の受信機は、受信電界レベル検出手段と判定手段と履歴手段としきい値設定手段と復調手段を備え、休止モードから間欠的に受信モードに遷移してキャリアセンス動作を行い、前記キャリアセンス動作において、前記判定手段は前記受信電界レベル検出手段で検出した受信電界レベルが予め設定されたしきい値レベル未満の時にキャリア無しと判定し前記受信モードを中断して休止モードへ遷移し、前記しきい値レベル以上の時にキャリア有りと判定して前記復調手段により受信信号の復調を行う受信機であり、前記履歴手段は所定の期間または所定の回数の前記キャリアセンス動作で前記判定手段がキャリア有りと判定した割合を求め、前記しきい値設定手段は前記割合が所定の値より小さいときは前記判定手段に設定される前記しきい値レベルが低くなるように変更し、前記割合が所定の値より大きいときは前記判定手段に設定される前記しきい値レベルが高くなるように変更するものである。

そして、設置される不要信号の状態に応じてキャリアセンスしきい値を可変するため、不要なセンスを抑えて消費電力を抑えると共に、通信エリアを最大限に得ることができる。

本発明の受信機は、設置される不要信号の状態に応じてキャリアセンスしきい値を可変するため、不要なセンスを抑えて消費電力を抑えると共に、通信エリアを最大限に得ることができる。

第１の発明である受信機は、受信電界レベル検出手段と判定手段と履歴手段としきい値設定手段と復調手段を備え、休止モードから間欠的に受信モードに遷移してキャリアセンス動作を行い、前記キャリアセンス動作において、前記判定手段は前記受信電界レベル検出手段で検出した受信電界レベルが予め設定されたしきい値レベル未満の時にキャリア無
しと判定し前記受信モードを中断して休止モードへ遷移し、前記しきい値レベル以上の時にキャリア有りと判定して前記復調手段により受信信号の復調を行う受信機であり、
前記履歴手段は所定の期間または所定の回数の前記キャリアセンス動作で前記判定手段がキャリア有りと判定した割合を求め、前記しきい値設定手段は前記割合が所定の値より小さいときは前記判定手段に設定される前記しきい値レベルが低くなるように変更し、前記割合が所定の値より大きいときは前記判定手段に設定される前記しきい値レベルが高くなるように変更するものである。

そして、設置される環境の不要信号の状態に応じてキャリアセンスしきい値を可変するため、不要なセンスを抑えて消費電力を抑えると共に、通信エリアを最大限に得ることができる。

第２の発明である受信機は、受信電界レベル検出手段と判定手段と第１のカウンタ手段と第２のカウンタ手段としきい値設定手段と復調手段を備え、休止モードから間欠的に受信モードに遷移してキャリアセンス動作を行い、前記キャリアセンス動作において前記判定手段は前記受信電界レベル検出手段で検出した受信電界レベルが予め設定されたしきい値レベル未満の時にキャリア無しと判定し前記受信モードを中断して休止モードへ遷移し、前記しきい値レベル以上の時にキャリア有りと判定して前記復調手段により受信信号の復調を行う受信機であり、前記第１のカウンタ手段のカウント完了数がＭであり、前記第２のカウンタ手段のカウント完了数がＮ（但しＭ＞Ｎ）であり、前記第１のカウンタ手段は前記キャリアセンス動作を行った回数をカウントし、前記第２のカウンタ手段は前記キャリアセンス動作において前記判定手段がキャリア有りと判定した回数をカウントし、前記しきい値設定手段は前記第１のカウンタ手段のカウント数が前記Ｍとなる前に前記第２のカウンタ手段のカウント数が前記Ｎに達した時は前記判定手段に設定されるしきい値レベルが高くなるように変更すると共に前記第１および第２のカウンタ手段をリセットし、前記第１のカウンタ手段のカウント数が前記Ｍとなった時に前記第２のカウンタ手段のカウント数が前記Ｎ以下である時は前記判定手段に設定されるしきい値レベルが低くなるように変更すると共に前記第１および第２のカウンタ手段をリセットするものである。

そして、簡単なカウンタを用いて不要な信号入力によりキャリア有りと判定してしまう割合を求めており、更に第２のカウンタが完了数Ｎに達した時点で即座にしきい値レベルを変更するため、不要な信号のレベルが増大したときに即座に反応して消費電力を抑えることが出来る。

第３の発明である受信機は、前記判定手段がキャリア有りと判定した時に前記復調手段により受信信号の復調を行い、前記復調した信号が希望信号であった時は前記第２のカウンタ手段のカウントを行わないものである。希望信号を受信して通信を行った場合は、しきい値を決定するためのカウント数に含めないため、希望信号の通信を頻繁に行っても、しきい値が高く変更されることがなく安定して通信が行える。

第４の発明である受信機は、更にノイズスケルチ手段を備え、前記キャリアセンス動作において前記判定手段がキャリア有りと判定し更に前記ノイズスケルチ手段により受信信号がノイズ成分であると判定した時にのみ前記第２のカウンタ手段のカウントを行うものである。そして、ノイズで受信したときのみ、しきい値を決定するカウント数に含めているので、希望信号以外の他システムの通信が頻繁に行われていても、しきい値が高く変更されることがなく、安定して通信が行える。

第５の発明である受信機は、前記キャリアセンス動作において、前記判定手段は前記受信電界レベル検出手段による複数回の検出値の平均値または代表値としきい値レベルを比較してキャリアの有無を判定するものである。そして、複数回の受信レベル検出値を用い
てしきい値を決定しているため、キャリア有無の判定精度が向上し、しきい値が過敏に変化し通信が不安定になることがない。

第６の発明である受信機は、前記判定手段に設定されるしきい値レベルに応じて前記所定の値を可変するものである。そして、必要以上にしきい値レベルが変化することがなく通信エリアが小さくなり過ぎたり、遠方の通信機の信号を受け過ぎるといったことがない。

第７の発明である受信機は、前記判定手段に設定されるしきい値レベルに応じて前記Ｍまたは前記Ｎの値を可変するものである。そして、必要以上にしきい値レベルが変化することがなく通信エリアが小さくなり過ぎたり、遠方の通信機の信号を受け過ぎるといったことがない。

以下、本実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１による受信機の構成を示すブロック図である。図１において、１はアンテナ、２は受信手段、３は送信手段、４は局部信号源、５は復調手段、６は受信電界レベル検出手段、７はしきい値設定手段、８は判定手段、９は履歴手段、１０は制御手段、１１は受信機である。また破線で囲った構成要素は制御手段１０がこれら構成要素の制御を行っていることを表している。

本実施の形態は、電池で駆動され、相手通信機からの送信信号を待ち受け受信する受信機である。待ち受け受信時の消費電力を抑えるために、休止モードから間欠的に受信モードとなり、回路の電源をオンとしている。また受信動作を行った後は休止モードとなり大半の回路の電源をオフとしている。

さて受信モードにおいて、アンテナ１から入射した受信信号は、受信手段２に入力される。受信手段２はＬＮＡ、ミキサ、フィルタなどから成っており一般的なスーパーヘテロダイン方式の受信回路で構成されている。

受信手段２のミキサへ前記局部信号源４の信号がローカル信号として入力され、受信信号の中間周波数への周波数変換が行われる。受信手段２の出力である中間周波数信号は、復調手段５と受信電界レベル検出手段６に入力される。

そして休止モードから受信モードに移行してから早い段階で受信電界レベル検出手段６により受信電界レベルを検出する。ここで受信電界レベル検出手段６はＲＳＳＩ回路（ＲｅｃｅｉｖｅｄＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｄｉｃａｔｏｒ）で構成されている。

しきい値設定設定手段７は、判定手段８がキャリアの有無を判定する時のしきい値レベルを設定する。そして後で述べる様に、しきい値レベル変更の判断が生じたときに判定手段８に設定されるしきい値レベルを更新する。ここでしきい値レベルは判定手段に記憶されるが、受信機１１全体を制御する制御手段１０に記憶される構成としても良いし、或いは別途しきい値レベル記憶手段を備える構成としてもよい。

休止モードから受信モードに遷移し、判定手段８は受信電界レベル検出手段６の検出値としきい値設定手段７で設定されたしきい値レベルを比較してキャリア有無を判定する。この動作をキャリアセンス動作とよぶ。

キャリアセンス動作で判定手段８が受信電界レベルがしきい値レベル未満であると判定した場合は、受信を中断して休止モードに遷移する。また、受信電界レベルがしきい値レベル以上であった場合は、復調手段５を用いて、データの復調を行う。

そして所定のデータ受信が完了すると、休止モードに遷移するか、或いは連続受信動作を一定時間継続して相手通信機からの信号を待つ、或いは相手通信機にデータを送信するなどを行った動作を行った後に休止モードに遷移する。そして休止モードと受信モードを間欠的に繰り返す動作で運用される。

キャリアセンス動作でキャリア有りと判定すると制御手段１０の制御により復調手段５を用いて受信復調動作を行うが、復調動作で受信データを解析した結果として受信信号が希望とする信号でない、すなわちキャリアありと判断した信号がノイズや他システムの通信などの不要信号であることを判断するまでに長い時間を要する。具体的には、キャリアセンス動作による受信電界レベル検出の所要時間は１〜１０ビット時間長程度であるが、復調動作により希望信号であるかを判断するためには数十ビット〜数百ビットを要する。キャリアセンス動作はＲＳＳＩ回路を用いて受信信号の中間周波数信号の包絡線振幅を測定しているため短時間で測定が完了するが、復調動作は受信データを解析することにより行うため１０倍以上の時間を要してしまう。

従って、消費電力の削減のためには、キャリアセンス動作においてノイズ等で誤ってキャリア有りと判定することを出来る限り避ける必要がある。

本実施の形態の受信機では、間欠的にキャリアセンス動作を行っている。そして履歴手段９は、複数回（例として２０回）のキャリアセンス動作を行った時点で判定手段８がキャリア有りと判定した回数（例として３回）を履歴として記録し、キャリア有りの割合を求める（上記例では、割合は３／２０＝０．１５）。そして、割合が所定の値（例として０．１）より大きいか小さいかによって、次回からの判定手段に設定されるしきい値レベルを変更する。割合が所定の値より小さいときは、しきい値レベルが低くなるように変更する。大きいときは高くなるように変更する（上記例では、履歴手段で求めた割合が０．１５であり、所定の値０．１より大きいから、しきい値レベルを１ｄＢ高く設定する）。

具体的には、しきい値を受信電界レベル−１１０ｄＢｍに設定し、キャリアセンス動作を３秒間隔で行い、２０回のキャリアセンス動作（このときの所要時間６０秒）を行った時点で、キャリア有りと判定した回数を調べ、上記回数が３回以上となっていれば、次のキャリアセンス動作よりしきい値を−１０９ｄＢｍに変更する。また上記キャリア有りと判定した回数が１回以下となっていれば、次よりしきい値を−１１１ｄＢｍに変更する。

上記の動作を繰り返して継続的に行うことにより、ノイズなどによって誤ってキャリア有りと判定する割合が約２／２０になるようにしきい値レベルを設定することが出来る。そしてノイズレベルが低い環境下に受信機を設置したときは、しきい値レベルが−１１０ｄＢｍより低くなるように変更され、弱い受信信号をキャリアセンスできる様になるため、消費電力が増大しない範囲で通信エリアを最大限に大きくすることが出来る。ここで、約２／２０の頻度で受信復調動作まで移行して受信時間延長となるが、この頻度は全キャリアセンス動作の１０％であり、この受信時間延長による消費電力増加への影響は比較的小さいと言える。

尚、所定の値（上記では２／２０）は任意に設定することが出来る。特に消費電力の増加を抑えたいときは前記所定の値を小さく（例えば１／１００）設定し、特に通信エリアを優先したいときは前記所定の値を大きく（例えば１／５）設定すればよい。

一般に、無線通信で安定な通信を行うためにはキャリアセンスレベルは低めに設定した方が良い。電波の伝搬環境は時事刻々と変化し、受信レベルが変動する。ここでもしレベルが下がったときに送信があると、キャリアセンスレベル以下となってセンスせず受信に失敗する可能性があるからである。

しかし設置される環境によっては、周辺機器から発せられるノイズレベルが高い場合があり、頻繁にセンスしてしまい、その度に受信復調動作を繰り返して電池を消耗してしまう場合が想定される。この場合は、キャリアセンスしきい値を少し高めに設定しないと電池の消耗が早くなってしまう。

すなわち、出来るだけキャリアセンスしきい値レベルは低く設定するが、環境が悪い時には、電池寿命の確保とを両立するためにしきい値レベルを高めに変更する。しかしこのとき電池消費に大きな影響が出ない範囲で出来るだけ低めに設定したいという要望がある。本実施の形態の構成では、環境が変化しても自動的に上記の様な最適なしきい値レベルとなる様にしきい値レベルを上下に可変することが可能である。

希望信号以外でキャリア有りと判定してしまう要因としては、ノイズと他システムの通信機による信号に大別できる。

ノイズは熱雑音以外に、パソコンなどの高周波クロック信号を用いる機器やインバータ電源を搭載した機器が放射するノイズやスプリアス成分の影響が大きい。したがって、屋外（特に市街地以外）ではノイズレベルが低くなり、室内（特に上記機器の近傍）ではノイズレベルが大きくなる傾向にある。そこで屋外ではしきい値を低くして通信エリアを確保し、室内ではしきい値を高くして不要信号でキャリア有りとなり消費電力が増大することを避けるのが望ましい。

本実施の形態では、上述のようなしきい値レベルの動きを環境に応じて自動的に可変することが出来るという特徴がある。

また他システムの信号としては、同一チャネルを使用する他システムの信号（通信相手でない通信機からの送信信号）がある。他システムの信号を頻繁に受信するとしきい値が高い側に変更されてしまい、通信エリアが小さくなる可能性がある。これの回避については後に述べる様に、他システムの信号がノイズ成分でないことを利用して識別して、誤センスの回数に入れないようにすればよい。ノイズ成分でないことを判別する方法として、復調データにビット同期信号やフレーム同期信号が含まれているかを確認する方法や、ノイズスケルチ手段によりノイズ成分かを判別する方法がある。

ところで、本実施の形態の制御方法でしきい値を高くするように変更すると通信エリアが小さくなるが、これによる影響は実質的には小さい。以下に理由を説明する。

ノイズレベルが高い環境下では受信信号のＳ／Ｎ比が低下するので、復調手段でのデータ復調時の受信感度が劣化してエリアが狭くなる。例えばＦＳＫ変調信号の場合には、復調（ＢＥＲ（Ｂｉｔｅｒｒｏｒｒａｔｅ）＝１０^−２）に必要なＳ／Ｎ比は約６ｄＢである。また、必要なＳ／Ｎ比は変調方式によって異なる。

つまりノイズレベルが高い環境下においては、キャリアセンスしてもそれに続く受信復調動作で必要なＢＥＲが確保できない。従って、しきい値を高くしてキャリア無しと判定して受信を中断した場合と、しきい値を低くしてキャリア有りと判定して受信時間を延長して復調動作に移行した場合で実質的な通信エリアに大差ない。むしろ受信時間延長によ
る消費電力増大の弊害が大きいため、キャリアセンスのしきい値を高くして受信動作を中断したほうが消費電力削減によるメリットが大きい。

（実施の形態２）
図２は、本実施の形態２による受信機の構成を示すブロック図である。図２において、１２は第１のカウンタ手段、１３は第２のカウンタ手段である。また、実施の形態１と同一の構成要素については同一の符号を付けた。

本実施の形態の特徴は、第１および第２のカウンタを用いていることである。

これを用いてキャリアセンス動作でキャリア有りとなる割合を求めている。以下に第１および第２のカウンタ手段を用いた場合の制御を説明する。

第１のカウンタ手段１２はキャリアセンス動作を行った回数を表し、第２のカウンタ手段１３はキャリア有りと判定した回数を表す。

制御手段１０は、休止モードから受信モードに遷移してキャリアセンス動作を行う毎に第１のカウンタ手段８をカウントアップする。またキャリアセンス動作で判定手段８がキャリア有りと判定したときは第２のカウンタ手段９をカウントアップする。

ここで、第１および第２のカウント手段のカウント完了数がそれぞれＭ、Ｎである。具体的にはＭ＝２０、Ｎ＝２に設定されている。

３秒毎にキャリアセンス動作を行い、第１のカウンタ手段１２をカウントアップする。第２のカウンタ手段１３がＮに達すると、第１および第２のカウンタ手段をリセットして、しきい値設定手段７はしきい値を１ステップ（例として、１ｄＢ）高く設定する。

しかし第２のカウンタ手段１３がＮに達する前に第１のカウンタ手段８がＭに達すると、第１および第２のカウンタ手段をリセットして、しきい値設定手段７は判定手段８のしきい値を１ステップ（例：１ｄＢ）低くする。

上記を繰り返すことにより、キャリア有りとなる割合を約１／２０にできる。そして不要信号の受信による消費電力の増加が比較的小さいという条件下で最も低いしきい値に設定することを自動的に行うことができる。

そして第１および第２のカウンタ手段の完了数Ｍ、Ｎを任意の値に選ぶことにより消費電力増大の抑制と通信エリアの確保についての狙いどころ（優先度）を変更することが可能となる。例えば完了数Ｎを大きくすれば、しきい値が低い側へ変化し、ノイズでセンスする頻度が増えることを許容して、通信エリアの拡大を優先した設定となる。

本実施の形態では、受信機が設置される場所の環境が変化し、例えばノイズレベルがあるタイミングで急に大きくなった時に即座にキャリアセンスのしきい値レベルを上げて、受信復調動作が頻繁に生じることによる消費電力の増大を防ぐ事が出来るという特徴がある。

つまり、第２のカウンタ手段１３のカウント値がＮに達した時点でしきい値レベルを高いレベルに変更している。このとき第１のカウンタ１２はＭ回まで達していないがカウントを中断し、即座にしきい値レベルの変更を行う。

これによりキャリアセンス動作をＭ回行ってからキャリア有りとなった割合求めて、し
きい値レベルを変更する場合に比べて、短時間にしきい値レベルの変更を完了することが可能である。そして、突然の環境変化による消費電力の増大を防ぐ事が出来る。

尚、本実施の形態の受信機は各手段の制御を制御手段１０すなわちマイクロコンピュータで行っている。また、しきい値検出手段７、第１および第２のカウンタ手段８、９をマイクロコンピュータ内の機能で行っても良い。

図３に動作のフローチャートを示す。

受信開始からはじめて、３秒毎に休止モードから受信モードに遷移する動作を繰り返す間欠待ち受けを行っている。まず、休止モードから受信モードへ遷移する（Ｓ１）とキャリアセンス動作により受信電界レベル検出手段６で受信電界レベルの取得（Ｓ８）を行う。このとき第１のカウンタ手段１２をカウントアップする（Ｓ９）。そして、判定手段８は、取得した受信電界レベルと予め設定されたしきい値レベルを比較し（Ｓ１０）、しきい値未満であれば休止モードに遷移して３秒間休止する（Ｓ３）。

また（Ｓ３で）受信電界レベルがしきい値以上であれば、第２のカウンタ手段１３をカウントアップする（Ｓ１１）。そして復調手段５により復調動作を行う（Ｓ１２）。ここで復調データの内容を確認することにより受信している信号が希望信号（相手通信機の送信信号）か識別し、希望信号であれば受信データを受信し、制御手段１０は第２のカウンタ手段１３をカウントダウンする。

このカウントダウンはその前のカウントアップ分をキャンセルするためのものであり、受信した信号が希望信号のときに第２のカウンタ手段１３をカウントアップしないという動作を実施するための処置である。また希望信号でない場合は休止モードに遷移して３秒間休止する。

以上の動作を３秒毎に繰り返し、第１のカウンタ手段１２のカウント数ｍがカウント完了数Ｍとなったら、しきい値レベルを１ステップ低いレベルに変更する（Ｓ１５）。ここでＭは例として２０である。

またｍ＝Ｍとなる前に第２のカウンタ手段１３のカウント数ｎがカウント完了数Ｎとなったら、しきい値レベルを１ステップ高いレベルに変更する（Ｓ１６）。ここでＭは例として２である。

この様に第１のカウンタ手段１２と第２のカウンタ手段１３の何れが先にカウント完了数に達するかでしきい値を大きくするか小さくするかが決まる。

上記の動作を継続的に行うことにより、所望の割合でキャリア有りとなるしきい値レベルに落ち着く。このしきい値レベルが、その設置環境において最も適したレベルであり、消費電力の増加と通信エリアの確保のバランスがとれたところである。本実施の形態では、この最適レベルに自動的にしきい値レベルが変化していくとことに特徴がある。

図４に受信電界レベル検出手段の出力波形を示す。相手通信機の送信信号（ＦＳＫ変調波）を受信した場合と、ノイズを受信した場合についてプロットした。

相手通信機の送信信号を受信した場合は検出される振幅の変動が小さいが、ノイズでは振幅が大きく変動している。ノイズは広帯域の周波数成分を含んでいるためＲＳＳＩ回路で検出されるレベルが時間的に大きく変動する。

図４に示す時間範囲（６０秒間）では３秒毎のキャリアセンスタイミングで１回だけキャリア有りとなっている。ここでノイズレベルが更に高い環境に受信機を設置した場合には、キャリア有りとなる回数が増加する。この状態では受信復調動作に移行する割合が大きくなり、電池消費が増大するという問題が生じる。

また、ノイズレベルが更に低い環境に、受信機を設定した場合は、ノイズによりキャリア有りと判定する割合は小さくなる。この状態ではしきい値レベルを下げて設定することにより、通信エリアを拡大することが出来る。本実施の形態では、キャリア有りとなる割合に応じてしきい値レベルを上下するため、設置される環境に最適なしきい値を自動的に設定することが出来る。

尚、上記実施の形態ではキャリアセンス動作において受信電界レベル検出手段による受信レベルの検出は１回測定の値を用いたが、キャリアセンス動作中に複数回の受信電界レベルを測定し、前記複数回の測定値に平均等の演算を行った後に、しきい値との比較を行う構成としても良い。複数回の測定値を用いることにより、ノイズ成分の受信でキャリア有りと判定する割合を減らすことができ、しきい値が大きく上下することがなくなるので、安定して受信待ち受けを行うことが出来る。

尚、複数回の測定値の最大値と最小値を除いてから平均値を求める方法を用いれば突発的な受信レベル値を取り除いて安定な値を得ることが出来る。

また、代表値として以下の値を用いることができる。

複数の測定値のうち最小値を用いて判定してもよい。これによりノイズによるキャリアセンスを極力少なくすることが出来る。一方、ノイズではなく送信信号を受信したときには最小値と最大値の差は小さくなるため、上記のように最小値を用いても、相手からの送信を取り損なう可能性は小さいが、ノイズでセンスしてしまう頻度だけを低減する効果がある。

また、判定手段８がキャリア有りと判定したときに、キャリアセンス動作を延長し、更に複数回の受信電界レベルを検出して判定を行っても良い。複数の判定結果でキャリア無しとなった時点で、キャリアセンスを中断し休止モードに移行する。この様に制御することによりノイズで受信復調まで移行してしまうことを防ぐことができる。

また、しきい値レベルの可変範囲に上限値または／および下限値を設け構成としてもよい。しきい値レベルの可変範囲に上限値を設けるのは、ノイズ成分が非常に大きな環境や他の通信機による通信頻度が高く頻繁にキャリア有りと判定することが継続した場合に、しきい値レベルが高くなりすぎることを防ぐためである。

ある程度消費電力の増大を犠牲にしてでも必要な通信エリアは確保したいという運用を行うときに用いることができる。或いは、遠方の通信機からの信号に反応してキャリア有りとなることを防ぐ、つまり通信エリアをある程度制限したいときにはしきい値の可変範囲の下限値を設けることにより実現できる。

また、しきい値レベルが上限値に達したときや、下限値に達したときに異常な状態として、相手通信機にアラーム電文を送信するといった運用に用いることが出来る。これにより相手通信機は受信機が置かれている環境のノイズレベルが高い悪環境にあることを知ることが出来るので、受信機の設置場所を変更するなどの対策をとるための情報を得ることが出来る。

また、しきい値レベルを上げるか下げるかを決める判断材料であるキャリア有りとなっている割合の基準（所定の値）を可変とすることにより新たな効果が得られる。

すなわち、しきい値レベルが低いときには所定の値を小さめに設定する。例えば１／２０に設定する。その後、環境が悪化しノイズレベルが大きくなるとしきい値レベルが高くなる。ここで大幅にノイズレベルが大きくなったときは、しきい値レベルが大幅に高くなって、通信エリアが極端に小さくなり、相手通信機の信号でキャリアセンスすることができなくなり、通信が不安定になってしまうことが考えられる。

このとき若干電流消費は増大してしまうことを容認して、しきい値レベルが上がりすぎることを抑えるという運用が想定される。この場合に、しきい値レベルがある値以上に上がったときはキャリア有りとなる割合の判断基準（所定の値）を大きめに設定する。例えば３／２０に設定する。これにより極端に通信エリアが小さくなることを防ぐ事が出来る。

尚、上記所定の値の変更はしきい値レベルに応じて線形的に変化させても良いし、ある値以上のときに階段的に変更するなどを含め任意の方法で変化させることが出来る。

（実施の形態３）
図５は、本実施の形態２による受信機の構成を示すブロック図である。図５において、１４はノイズスケルチ手段である。尚、上記実施の形態１および２と同一の構成要素については同一の符号を付けた。

本実施の形態の特徴は、受信電界レベル検出手段６に加えて、ノイズスケルチ手段１４を設けた点である。

受信電界レベル検出手段６は、ＲＳＳＩ回路を用いており受信信号をミキサ変換した中間周波数信号の包絡線の振幅を検出するものであり、具体的には中間周波数信号の整流したときの電流または電圧の振幅を求めればよい。これはキャリア性（信号成分に周波数ピークをもつ）の信号である相手通信機からの信号とノイズ成分（信号成分が広帯域に広がっている）の両方に反応して振幅が出力される。

これに対してノイズスケルチ手段１４は受信信号がノイズ成分のときにのみ反応する性質がある。ノイズスケルチ手段の具体的な動作は、中間周波数信号を検波復調した信号のうち、受信信号の信号成分（変調周波数成分を含む信号）を取り除く帯域制限フィルタを通過した後の信号の振幅を測定する。

受信電界レベル検出手段６よりしきい値レベル以上の振幅が出力され判定手段８がキャリア有りと判定したときに、更にノイズスケルチ手段１４でノイズを検出した場合は、第２のカウンタ手段１３のカウントアップする。これによりノイズ成分により誤検出した場合のみ第２のカウンタ手段のカウントアップを行う。

ノイズスケルチ手段１４の反応時間は、受信電界レベル検出手段６の反応時間の数倍（十ビット時間長程度）を要するが、受信復調動作で復調データから誤検出を判定するのに要する時間（数十ビット〜数百ビット）に比べて短い時間でノイズであると判断できる。そしてノイズである場合には、即座に休止モードに遷移することにより消費電力を抑えることができる。

以上のように、本発明にかかる受信機は、設置される場所のノイズ環境や通信頻度など
の通信環境に応じて、消費電力が増大しない範囲でしきい値を低く設定できるため、消費電力を抑えながら、最大限の通信エリアを得ることができる。

これにより、各種センサーに無線機を内蔵した防犯および防災センサー端末や、ガスメータ等に付加されて検針値や機器の状態を無線通信で送受信する無線機をはじめ、特に低消費電力化により電池駆動で長時間動作が必要とされる無線装置の受信機として広く用いることが出来る。

本発明の実施の形態１の受信機の構成を示すブロック図本発明の実施の形態２の受信機の構成を示すブロック図本発明の実施の形態２の受信機の動作を示す通信フローチャート本発明の実施の形態２の受信機の受信電界レベル検出手段の出力波形を示す図本発明の実施の形態３の受信機の構成を示すブロック図

符号の説明

１アンテナ
２受信手段
３送信手段
４局部信号源
５復調手段
６受信電界レベル検出手段
７しきい値設定手段
８判定手段
９履歴手段
１０制御手段
１１受信機
１２第１のカウンタ手段
１３第２のカウンタ手段
１４ノイズスケルチ手段

Claims

受信電界レベル検出手段と判定手段と第１のカウンタ手段と第２のカウンタ手段としきい値設定手段と復調手段とを備え、
休止モードから間欠的に受信モードに遷移してキャリアセンス動作を行い、前記キャリアセンス動作において前記判定手段は前記受信電界レベル検出手段で検出した受信電界レベルが予め設定されたしきい値レベル未満の時にキャリア無しと判定し前記受信モードを中断して休止モードへ遷移し、前記しきい値レベル以上の時にキャリア有りと判定して前記復調手段により受信信号の復調を行う受信機であり、
前記第１のカウンタ手段のカウント完了数がＭであり、前記第２のカウンタ手段のカウント完了数がＮ（但しＭ＞Ｎ）であり、
前記第１のカウンタ手段は前記キャリアセンス動作を行った回数をカウントし、
前記第２のカウンタ手段は前記キャリアセンス動作において前記判定手段がキャリア有りと判定した回数をカウントし、
前記しきい値設定手段は、
前記第１のカウンタ手段のカウント数が前記Ｍとなる前に前記第２のカウンタ手段のカウント数が前記Ｎに達した時は前記判定手段に設定されるしきい値レベルが高くなるように変更すると共に、前記第１および第２のカウンタ手段をリセットし、
前記第１のカウンタ手段のカウント数が前記Ｍとなった時に前記第２のカウンタ手段のカウント数が前記Ｎ以下である時は前記判定手段に設定されるしきい値レベルが低くなるように変更すると共に前記第１および第２のカウンタ手段をリセットし、
前記第２のカウンタ手段は、前記判定手段がキャリア有りと判定した時に前記復調手段により復調された信号が希望信号であった時はカウントを行わないようにし、
前記判定手段に設定されるしきい値レベルに応じて前記Ｎの値を可変とする、
受信機。
更にノイズスケルチ手段を備え、前記キャリアセンス動作において前記判定手段がキャリア有りと判定し更に前記ノイズスケルチ手段により受信信号がノイズ成分であると判定した時にのみ前記第２のカウンタ手段のカウントを行う請求項１記載の受信機。