JP5104749B2

JP5104749B2 - 無線システム

Info

Publication number: JP5104749B2
Application number: JP2008332567A
Authority: JP
Inventors: 真純山下; 雅弘山本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP2010154431A

Description

本発明は、１：１、１：Ｎ、Ｍ：Ｎの装置間で定期的或いは不定期的に無線の送受信を行うシステムにおいて、通信の為に必要な電源投入時間をできるだけ短くして、消費電力を低減させる無線システムに関するものである。

近年、セキュリティを考慮しながら携帯電話、あるいはパソコンをはじめとする電子機器の操作ロックを、ワイヤレスで制御するようにしたセキュリティシステムが実用化されてきている。

かかるセキュリティシステムの一形態として、携帯電話の盗難を防止するために、携帯電話の使用者が、カード形態の識別信号送信機を所持し、前記の携帯電話と識別信号送信機との間で予め定めた識別コードを相互に通信し、双方で識別コードを確認できた時に前記携帯電話の使用を可能とするものがある（例えば、特許文献１参照）。

このワイヤレスによる双方向通信システムの特許文献１では、電子機器等の本体側に搭載された機器（以後、認証機器と称する）において、携帯側装置（以降、ワイヤレスキーと称する）から定期的に発せられる認証ＩＤを受信し、前記認証機器に記憶しているＩＤと照合し、一致していなければ本体装置に機能制限をかけることが記されている。

そして、送信信号として１秒ごとにＭ系列信号を送信することが記されている。前記Ｍ系列信号を受信する方法として特に記載はないが、プリアンブル無しのＭ系列信号を受信するためには、１秒以上受信動作を継続する必要がある。

しかしながら、前記従来の構成では、１秒という定期的な間隔を認証機器とワイヤレスキーが個別で計測しているため、個々の内部時計での絶対精度を考慮して無線システムを構築する必要がある。

個々の無線機の内部時計の精度が±１００ｐｐｍならば、１秒間隔での双方向通信システムでは、±０．２ｍ秒の冗長を持たせて無線システムを設計する必要がある。

前記双方向通信システムにおいて、通信間隔を長くする事は、消費電流に大きく削減できるが、一方で前記冗長性を大きく持たせる必要が出てくるという課題があった。

そこで、前記課題に対し、受信側で送信側のタイミングとの誤差を計測し、次回の受信動作で誤差を考慮して同期補正を行うものもある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−１４３８０６号公報特開２００８−３５１６８号公報

しかしながら、前記同期補正方法を用いて、送信側が複数台、受信側が１台という無線システムを構築する場合では、受信側でより多くの処理が必要となってしまう。その結果、受信機側の動作時間が長くなり、それに伴って消費電流が増加するという課題があった。

また、プリアンブル信号の一部であるビット同期信号は、受信側でサンプリングクロッ
クを生成する事を目的とした信号であるが、同時に、送信側と受信側の同期のずれ分を担保する事が可能な信号であるという性質上、必要最低限の送信長よりも十分に長くなり、送信、受信ともに、消費電流を増加させるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解消するもので、無線機の消費電流を最低限に抑制しながら確実に通信を行う無線システムを提供する事を目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の無線機Ａと無線機Ｂから構成される無線システムは、無線機Ａは、無線機Ｂも応答信号を受信することにより、前記応答信号の受信間隔を無線機Ａの内部時計で計測し、内部時計で計測した値と予め決められた応答信号の受信間隔時間との誤差ΔＴを算出した後、無線機Ａは所定周期に誤差ΔＴを加算もしくは減算した値を新たに所定周期として設定して確認信号を送信するものである。

これによって、無線機Ａの内部時計と無線機Ｂの内部時計の相対誤差を無くすことができるため、受信時間を必要最低限に抑制する事ができ消費電流の削減に大きく貢献することとなる。

本発明により、無線装置が相手の無線装置に対して自らの内部時計のずれを確実に算出し、次の送信タイミングを正確に算出することが可能となり、無線送信を行うタイミングで投入する無線部の電源のＯＮ時間を必要最低限に抑制できるようになり、無線機の消費電流の削減を大幅に実現できる。

たとえば、ワイヤレスキーの電池寿命とおき忘れ、盗難防止の利便性の両立を図ることができる。

第一の発明は、無線機Ａと無線機Ｂで構成される無線システムに関するもので、前記無線機Ａは、所定周期で確認信号を無線送信し、前記無線機Ｂは前記無線機Ａが送信した確認信号を受信した後、所定時間経過後に、前記確認信号に対応する応答信号を無線送信する無線システムにおいて、前記無線機Ａは前記無線機Ｂの応答信号を受信することにより、前記応答信号の受信間隔を前記無線機Ａの内部時計で計測し、前記内部時計で計測した値と予め決められた前記応答信号の受信間隔時間との誤差ΔＴを算出した後、前記無線機Ａは、前記所定周期に前記誤差ΔＴを加算もしくは減算した値を新たに所定周期として設定して確認信号を送信するものである。

そして、無線機Ａと無線機Ｂの時計の相対誤差をなくすことができるため、前記第二の識別信号を含む信号の受信時間を必要最低限にすることができ、消費電流の削減に大きく貢献することとなる。

第二の発明は、特に、第１の発明で無線機Ａが確認信号を作成するときであって、計測された誤差ΔＴが規定値よりも小さい場合は、プリアンブル信号の一部であるビット同期信号を必要最低限の構成に変化させるものである。

そして、無線機Ａが送信するプリアンブル信号は、必要最低限な構成と変化させて送信長を短くすることができるため、無線機Ａでの信号送信時間、無線機Ｂでの信号受信時間を必要最低限にすることができ、消費電流の削減に大きく貢献することとなる。

以下、本発明の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は本発明の第１の実施の形態における無線システムのブロック図を示すものである。

無線装置は、１は第一のアンテナ、２は無線機Ａ、３は第一の認証手段、４は第一の時間制御手段、５は第一の送受信手段、６は無線装置に接続された携帯電話、７は第二のアンテナ、８は無線機Ｂ、９は第二の送受信手段、１０は第二の時間制御手段、１１は第二の認証手段である。

無線機Ｂ８は、たとえば、ワイヤレスキーであり、携帯電話６の使用者が携行している。そして無線機Ａ２は無線機Ｂ８からの電波の受信レベルが弱くなると携帯電話６に機能制限をかける。図１において、携帯電話６と無線機Ａ２は別体で示しているが、無線機Ａ２は携帯電話６の中に内蔵されることが多い。

図２、図３は無線機Ａ２と無線機Ｂ８との間の通信シーケンスを示したものである。図２はサーチモードの通信シーケンス、図３は認証モードの通信シーケンスである。

サーチモードとは、無線機Ａ２と無線機Ｂ８がお互いの存在を確認しあい、認証モードに移行するためのモードである。

認証モードとは、無線機Ａ２と無線機Ｂ８との間で時間的な同期をとって定期的に通信を行い、相手の存在を確認しあうモードである。認証モードで相手の存在を確認し、無線機Ａ２は所定の受信レベル以上で無線機Ｂ８からの電波を受信している間は携帯電話６の機能制限をかけない。

図２を参照しながらサーチモードの通信シーケンスを説明する。

無線機Ａ２は定期的にサーチ信号１２を送信する。サーチ信号１２を送信する時間間隔は例えば１秒である。サーチ信号１２には無線機Ａ２を示すＩＤの一部が含まれている。

無線機Ｂ８はサーチ信号１２を受信すると、ＩＤ信号（１）１３を無線機Ａ２に対して送信する。無線機Ａ２はＩＤ信号（１）１３を受信すると無線機Ａ２の内部に保有している通信相手のＩＤとを照合し、一致していれば無線機Ａ２を示すＩＤが含まれるＩＤ信号（２）１４を送信する。

無線機Ｂ８はＩＤ信号（２）１４を受信すると、第二の認証手段を用いて作成した認証要求信号（１）１５を送信する。無線機Ａ２は認証要求信号（１）１５を受信すると、第一の認証手段を用いて作成した認証応答信号（１）１６を無線機Ｂ８に対して送信する。無線機Ｂ８は認証応答信号（１）１６を受信し、認証が成立すれば、確認応答信号（１）１７を無線機Ａ２に対して送信する。

無線機Ａ２は確認応答信号（１）１７を受信すると無線機Ｂ８との認証が成立したと判定する。そして認証モードに移行する。

認証モードへの移行に当たって、無線機Ａ２は認証応答信号（１）１６を送信したタイミングからタイマーを起動する。無線機Ｂ８は前記認証応答信号（１）１６を受信したタイミングで無線機Ａ２と時間同期を取り、タイマーを起動する。

次に図３の認証モードの通信シーケンスについて説明する。

認証モードに入ると、無線機Ａ２は認証応答信号（１）１６を送信したタイミングを起点として、以後Ｔ１（例えば３２秒）の時間間隔で認証確認信号２０を無線機Ｂ８に送信する。また、無線機Ａ２は認証応答信号（１）１６を送信したタイミングを起点として、Ｔ１よりも短いＴ２（例えば４秒）の時間間隔で簡易認証確認信号１８を無線機Ｂ８に送信する。ただし、周期が重なって簡易認証確認信号１８と認証確認信号２０とを同時に送信しなければならないようなタイミングが生じた場合は、認証確認信号２０のみを優先して送信させる。

一方で、無線機Ｂ８は無線機Ａ２から送信される簡易認証確認信号１８を受信するために、Ｔ１´（例えば３２秒）の時間間隔で受信動作を行い、簡易認証確認信号１８を受信できた場合には、その応答信号として簡易認証応答信号１９を無線機Ａ２に送信する。また、無線機Ｂ８は無線機Ａ２から送信される認証確認信号２０を受信するために、Ｔ２´（例えば４秒）の時間間隔で受信動作を行い、認証確認信号２０を受信できた場合には、その応答信号として簡易認証応答信号２１を無線機Ａ２に送信する。

簡易認証確認信号１８や簡易認証応答信号１９、認証確認信号２０は、図４に示す電文フォーマットである。この電文フォーマットは、大きくプリアンブル信号部とデータ部に分けることができる。そして、プリアンブル信号部は、さらにビット同期信号とフレーム同期信号とから構成される。

ビット同期信号は、符号を構成するビット毎の同期を取る為のものである。フレーム同期信号は、データの先頭を識別する為のものである。またフレーム同期信号は、データの先頭を識別する為のものである為、応答信号を受信する無線機Ａ２は、このフレーム同期信号を受信することで、応答信号を送信する無線機Ｂ８のタイミングを識別することができる。

無線機Ｂ８は、簡易認証確認信号１８または認証確認信号２０を受信した際に、その受信レベルを測定する。そして、簡易認証応答信号１９には、その測定した受信レベル情報を含んで無線機Ａ２に対して送信する。また、無線機Ａ２は簡易認証応答信号１９の受信を行ない、その受信レベルを測定する。

無線機Ａ２は無線機Ａ２が計測した受信レベルと無線機Ｂ８が計測した受信レベルを比較し、レベルの高いものを今回の受信レベルとして保持する。

また無線機Ａ２は、受信した簡易認証応答信号１９の受信レベルが所定レベル以下であれば、無線機Ｂ８との距離が所定距離以上離れているとして、無線機Ａ２を構成する第一の認証手段３に内蔵するカウンターをインクリメントする。そして前記カウンターが所定のカウント数になったら、携帯電話６に機能制限信号を出力する。

逆に、無線機Ａ２は、受信した簡易認証応答信号１９の受信レベルが所定レベルより高い場合であれば、前記カウンターをクリアする。すなわち無線機Ｂ８で計測される簡易認証確認信号１８または無線機Ａ２で計測される簡易認証応答信号１９のいずれかの受信レベルが連続して所定レベル以下でかつ所定回数に達したときに機能制限信号を出力する。

ところで、上の説明から分かるように、無線機Ａ２と無線機Ｂ８との通信において、それぞれに備える内部時計に誤差があると、確実に受信できなくなる。

例えば、無線機Ｂ８が計測するＴ１´は、本来無線機Ａ２が計測するＴ１と同じ時間で
あるが、無線機Ａ２と無線機Ｂ８の内部時計には個体別の精度があり、仮に内部時計の絶対精度が±１００ｐｐｍとすると、無線機Ａ２と無線機Ｂ８の時計の相対誤差は±２００ｐｐｍである。したがって３２秒では±６．４ｍ秒の相対誤差が生じる。そのため、上記相対誤差±６．４ｍ秒を考慮して、受信を行なう際は６．４ｍ秒早く受信を開始し、送信を行う際は６．４ｍ秒遅く送信を開始する必要がある。

したがって、無線機Ａ２は無線機Ａ２の内部時計と無線機Ｂ８の内部時計の時間誤差を補正する必要がある。そこで、以下に無線機Ａ２の内部時計と無線機Ｂ８の内部時計の時間誤差ΔＴを補正する方法について図５を用いながら説明する。

図５は、認証モード下における、無線機Ａ２と無線機Ｂ８の動作を時系列で示したものである。図５での縦軸は時間を表し、無線機Ａ２が送信する認証確認信号２０と無線機Ａ２が受信する簡易認証応答信号２１と無線機Ａ２が送信する簡易認証確認信号１８は斜線で表している。

図５において、Ｔｅは無線機Ａ２の送信準備時間であり、送信準備開始から送信を行うまでの時間である。また、Ｔｈは無線機Ｂ８が無線送信部の電源を投入したり、送信周波数を合わせ込んだりするための送信準備時間であり、送信準備開始から送信を行うまでの時間である。なお、送信準備時間は、処理に要する時間でも良いし、予め計測して「送信準備」が必ず終わる時間でも良い。

Ｔｇは無線機Ａ２が無線受信部の電源を投入したり、受信周波数を合わせ込んだりするための受信準備時間であり、受信準備開始から受信開始タイミングまでの時間である。また、Ｔｆは無線機Ｂ８が無線受信部の電源を投入したり、受信周波数を合わせ込んだりするための受信準備時間であり、受信準備開始から受信開始タイミングまでの時間である。なお、受信準備時間は、処理に要する時間でも良いし、予め計測して「受信準備」が必ず終わる時間でも良い。

図５において、無線機Ｂ８は前回起動してから４秒後に起動し、「受信準備」を開始し、受信開始タイミング後に無線機Ａ２の認証確認信号２０を受信する。それと同時に、無線機Ｂ８は受信開始タイミングから送信準備開始までの時間を測るためにタイマーを起動し、Ｔｗ経過後、「送信準備」を行い、「送信準備」完了後に簡易認証応答信号２１を送信する。

同様に、無線機Ａ２は前回起動してから４秒後に起動し、「送信準備」を開始し、「送信準備」完了後に無線機Ｂ８に対して認証確認信号２０を送信する。それと同時に、無線機Ａ２は送信準備開始から受信準備開始までの時間を測るためにタイマーを起動し、Ｔｚ経過後、「受信準備」を開始し、「受信準備」完了後、簡易認証応答信号２１を受信する。

そして、無線機Ａ２は「受信準備」を開始してから簡易認証応答信号２１を受信するまでの時間（Ｔａ）を求め、そのＴａから理想値を比較することで、無線機Ａ２の内部時計を基準にした無線機Ｂ８の内部時計の時間誤差ΔＴを算出することができる。

理想値とは、無線機Ａ２は内部に予め記憶されている値であり、Ｔｇと理想的な簡易認証応答信号２２のビット同期長とフレーム同期長の受信に必要な時間を加算した値である。これは、無線機Ａ２の内部時計と無線機Ｂ８の内部時計が完全に同期が取れている理想状態（無線機Ａ２の内部時計と無線機Ｂ８の内部時計の時間誤差がない状態）では、無線機Ａ２の受信開始タイミングと、無線機Ｂ８の送信タイミングは一致するはずであると考え、無線機Ａ２で「受信準備」開始からフレーム同期受信完了までの時間が、Ｔｇと理想
的な簡易認証応答信号２２のビット同期長とフレーム同期長の受信に必要な時間を加算した値であることから導かれるものである。

尚、説明をする上での便器上から、図５に記載している送受信の信号はデータ部がないものとしている。

次に、前記時間誤差ΔＴを用いて無線機Ａ２の内部時計と無線機Ｂ８の内部時計の時間誤差ΔＴを補正する場合を、Ｔ１毎に説明する。

図６において、「Ａ」は前記Ｔｇと簡易認証応答信号２１のビット同期長とフレーム同期長の送信に必要な時間を加算した値である。

サーチモードから認証モードへ遷移した最初の認証応答信号（１）１６を受信する場合、内部時計の絶対精度により、無線機Ａ２は６．４ｍｓ遅く送信する必要がある。また、本来は「送信準備」開始タイミングからＴｚ時間経過後に「受信準備」を開始するべきだが、前記理由より本来の「受信準備」タイミングより、１２．８ｍ秒早く「受信準備」を行う必要がある。

前記の場合を考えると、無線機Ａ２は無線機Ｂ８に対して６．４ｍ秒早く動作しているはずなので相対誤差ΔＴは理論上６．４ｍ秒である。そこで、初回においては、理論値を「６．４ｍ秒＋Ａ」とし、計測したＴａとの時間誤差を算出する。

例えば、計測したＴａが図６のように「７．０ｍ秒＋Ａ」であった場合、理想値との誤差は「０．６ｍ秒」であり、無線機Ａ２の内部時計が無線機Ｂ８の内部時計に比べて「０．６ｍ秒」遅れている。そこで、無線機Ａ２は次回の３２秒毎のタイミングを「０．６ｍ秒」早めるために「Ｔ１−０．６ｍ秒」を算出し、タイマーＴ１を起動する。

「―０．６ｍ秒」の時間誤差を補正した後、再度ΔＴを計測する。例えば、その実測値が図６のように「０．５ｍ秒＋Ａ」であった場合は、前回までの時間誤差との差「―０．６ｍ秒―０．５ｍ秒＝−１．１ｍ秒」を算出し、「Ｔ１−１．１ｍ秒」でタイマーＴ１を起動する。この動作をＴ１毎に繰り返し、理想値と実測値の誤差が０となるように補正していく。

また、Ｔ２（例えば４秒）の時間間隔で無線機Ａ２から送信される簡易認証確認信号１８においては、Ｔ１毎に求めたΔＴを用い、ΔＴ／８分補正したタイミングで送信を行うようにする。

次にビット同期信号の構成変更について述べる。

ビット同期信号は、受信側でサンプリングクロックを生成するために必要だが、ハードウェアがサンプリングクロックを生成するために必要な、最低のビット同期信号長よりも長い事が多い。これは、受信側の受信開始タイミングが不明な場合、通信精度を向上するためである。

そこで、無線機間での同期を取ることで、必要最低限のビット同期長で通信を行うことが出来る。

しかし、通信途中で送信長を変えると、無線システムで想定している時間との誤差が発生してしまう。そこで、変化させたビット同期長の変化量と伝送速度に応じた同期補正を行うことで、無線機間の同期を取りながらも、ビット同期長を変化させることが出来る。

例えば、無線機Ａ２と無線機Ｂ８はサンプリングクロックの生成に１Ｂｙｔｅ必要なハードウェアで構成されるとする。通信速度２４００ｂｐｓで８Ｂｙｔｅのビット同期信号を送っている無線双方向通信システムでは、必要最低限のビット同期長に比べて「２．９１ｍ秒」の誤差を考慮している。

そこで、ビット同期で考慮している「＋２．９１ｍ秒」を無線機Ａ２のタイマーＴｘに加算することで、無線機Ａ２のビット同期信号の送信長を７Ｂｙｔｅ短くしながらも、同期をとる事が可能となる。

以上により、無線機Ａ２と無線機Ｂ８巻の認証モードにおける通信において、無線機Ａ２が無線機Ｂ８に対して自らの内部時計のずれを確実に算出し、次の送信タイミングを正確に算出することができる。また、同期のずれを補正することにより、ビット同期信号の送信長を短くすることができる。これにより、無線機Ａ２が無線受信及び無線送信するタイミングで投入する無線部の電源ＯＮ時間を必要最低限にすることができるようになり、無線機の消費電流の削減を大幅に実現し、システムの普及拡大に絶大なる効果がある。

なお、前記実施の形態で説明した数値は、説明するための一例でありこれに限定するものではない。

また、前記実施の形態で説明した動作例では、３２秒毎に誤差計測を行っているが、毎回行っても良い。

なお、本実施の形態で説明した図１の手段は、ＣＰＵ（またはマイコン）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶・記録装置、Ｉ／Ｏなどを備えた電気・情報機器、コンピュータ、サーバー等のハードリソースを協働させるプログラムの形態で実施してもよい。プログラムの形態であれば、磁気メディアや光メディアなどの記録媒体に記録したり、インターネットなどの通信回線を用いて配信することで新しい機能の配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。

以上のように本発明は、例えばワイヤレスキーの電池寿命と置き忘れ、盗難防止の利便性の両立を図ることができる電子機器を提供できる。また、それ以外にも低消費電力を必要とする無線装置において利用できる。

例えば、本実施の形態では、携帯電話の認証システムを例に説明をしたが、その他、パソコンの認証システムや、家庭やオフィスの施錠／開錠の認証システム、自動車その他の施錠／開錠システム、ビルやオフィスの入退室管理、位置情報を利用したサービス提供、電気・ガス・水道といったライフラインの供給の開始／停止、給湯機の沸き上げの開始／停止、テレビ、ラジオ、パソコンといったＡＶ機器や、照明、洗濯機、エアコン、冷蔵庫、電子レンジといった家電機器のＯＮ／ＯＦＦ制御、温水洗浄便座の冷暖房ＯＮ／ＯＦＦ制御等、様々な分野の機器やシステムに利用が可能である。

本発明の実施の形態における無線システムのブロック図本発明の実施の形態における無線システムのサーチモードでの通信シーケンス図本発明の実施の形態における無線システムの認証モードでの通信シーケンス図本発明の実施の形態における認証モードの確認信号と応答信号の電文構成図本発明の実施の形態における認証モードの通信シーケンスのタイミング図本発明の実施の形態における計測誤差値及び算出補正値を示す図

符号の説明

１第一のアンテナ
２無線機Ａ
３第一の認証手段
４第一の時間制御手段
５第一の送受信手段
６携帯電話
７第二のアンテナ
８無線機Ｂ
９第二の送受信手段
１０第二の時間制御手段
１１第二の認証手段

Claims

無線機Ａと無線機Ｂで構成され、
前記無線機Ａは、所定周期で確認信号を無線送信し、前記無線機Ｂは前記無線機Ａが送信した確認信号を受信した後、所定時間経過後に、前記確認信号に対応する応答信号を無線送信する無線システムにおいて、
前記無線機Ａは前記無線機Ｂの応答信号を受信することにより、前記応答信号の受信間隔を前記無線機Ａの内部時計で計測し、前記内部時計で計測した値と予め決められた前記応答信号の受信間隔時間との誤差ΔＴを算出した後、前記無線機Ａは、前記所定周期に前記誤差ΔＴを加算もしくは減算した値を新たに所定周期として設定して確認信号を送信し、無線機Ａが確認信号を作成するときであって、計測された誤差ΔＴが規定値よりも小さい場合は、プリアンブル信号の一部であるビット同期信号を必要最低限の構成に変化させる無線システム。