本发明涉及无线通信装置以及使用该无线通信装置的无线通信系统。
背景技术：
以往在无线通信中，存在多径衰落(Multipass Fading)引起的干扰而导致产生通信中断的问题。作为避免多径衰落的通信中断的装置，例如被公开有以下一种装置：该装置是用于消除多个信号中的干扰的干扰消除装置，上述多个信号从多个发送天线同时被发送出并被多个接收天线同时接收，该装置具备多个干扰消除器，至少一个干扰消除器与被发送的各个信号对应，各干扰消除器从各接收天线接收信号，各干扰消除器输出与其相对应的被发送的信号的干扰消除完毕的接收版本(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本专利第4609625号公报
技术实现要素：
发明要解决的课题
另外，在工厂等封闭空间内的通信中，电波受墙壁、天花板反射，因而会出现受多径衰落的影响变大的情况。而且，在工厂等内部的通信区域中使用的通信装置或系统要求以小型、廉价的方式构成且具备可靠性。
然而，利用专利文献1中记载的装置构成无线通信系统时，存在因搭载消除器装置而使得系统构成变得复杂的同时、系统变得大型化且成本增加的问题。并且，系统一旦变得复杂化、大型化后，考虑到各个配件的故障、出错的风险，还存在系统丧失可靠性的问题。
本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种以小型、廉价的方式构成且能够避免因多径衰落引起的通信中断的无线通信装置，同时还提供一种具备可靠性的无线通信系统。
为了解决上述课题，本发明的无线通信装置的特征在于具备：
第1收发器，其使用包含在第1频带内的多个信道的各个信道进行通信；
第2收发器，其使用包含在第2频带内的多个信道的各个信道进行通信，所述第2频带比所述第1频带高，且与所述第1频带隔着规定频率宽度的分离带而分隔开；
第1滤波器，其与所述第1收发器连接，从经由所述第1收发器的频率成分中截断所述第2频带的频率成分；
第2滤波器，其与所述第2收发器连接，从经由所述第2收发器的频率成分中截断所述第1频带的频率成分；和
控制装置，其与所述第1收发器和所述第2收发器以能够通信的方式连接，从所述第1频带的多个信道中选择一个信道且从所述第2频带的多个信道中选择一个信道来设定包含一对信道的一个信道对，使所述第1收发器和所述第2收发器使用该被设定的一个信道对对同一数据进行通信。
本发明的无线通信装置根据第1频带和第2频带设定一个信道对，通过利用该一个信道对同一数据进行通信，能够实现通信冗余，并能够减少通信出错率。
第1滤波器和第2滤波器的拦截频率可以处在分离带中。
通过采用这种方式利用第1滤波器及第2滤波器，能够在截断经由第1收发器的频率成分中的第2频带的频率成分的同时，发送第1收发器要发送的第1频带的频率成分而不会将其截断。同样，能够在截断经由第2收发器的频率成分中的第1频带的频率成分的同时，发送第2收发器要发送的第2频带的频率成分而不会将其截断。
第1收发器、第2收发器和控制装置也可以设置在同一基板上。
这样，由于第1收发器、第2收发器和控制装置被设置在同一基板上，能够达到装置小型化的效果。
本发明的无线通信系统的特征在于，具备多台下述无线通信装置，该无线通信装置具有：
第1收发器，其使用包含在第1频带内的多个信道的各个信道进行通信；
第2收发器，其使用包含在第2频带内的多个信道的各个信道进行通信，所述第2频带比所述第1频带高，且与所述第1频带隔着规定频率宽度的分离带而分隔开；和
控制装置，其与所述第1收发器和所述第2收发器以能够通信的方式连接，从所述第1频带的多个信道中选择一个信道且从所述第2频带的多个信道中选择一个信道来设定包含一个信道对，使所述第1收发器和所述第2收发器使用该被设定的一个信道对对同一数据进行通信，
所述多台无线通信装置中的一台无线通信装置利用该设定的一个信道对向所述多台无线通信装置中的另一台无线通信装置发送同一数据，所述另一台无线通信装置利用所述设定的一个信道对中任一信道接收所述发送的数据。
根据本发明的无线通信系统，能够提供一种可防止因多径衰落引起的通信障碍且能够利用具有简易构成的无线通信装置来构筑通信系统、并具有可靠性的无线通信系统。
根据本发明，能够实现以小型、廉价的方式构成且能够实现通信冗余，因此，在提供一种能够避免因多径衰落引起的通信中断的无线通信装置的同时，提供一种具有可靠性的无线通信系统。
附图说明
图1是表示本发明的无线通信装置的构成的框图。
图2a是表示数据包(Data packet)的结构的图。
图2b是表示确认包(Ack packet)的结构的图。
图3是表示相对于稳健性无线的每一信道(Channel)的频率的输出/衰减率的图。
图4是表示相对于无线LAN的每一信道的频率的输出/减衰率的图。
图5是表示在无线LAN和稳健性无线中每秒发送的数据的各帧(flame)的数据包数量的图。
图6是表示本发明的无线通信系统的构成的框图。
图7是表示特定频率的接收状态的环境信息的示意图。
图8是表示相对于在低频带信道和高频带信道这两者中进行无线通信时的通信距离的接收灵敏度的图。
图9是无线通信系统的系统流程图。
图10是在无法通信时的无线通信系统的系统流程图。
具体实施方式
以下，参照附图进一步详细说明本发明的实施方式。
采用比如所谓2.4GHz频段的ISM(Industrial Science Medical)频带(band)的频带来实现通信的冗余时，存在从一方通信回路发射的发送波的旁瓣(Side lobe)作为干扰波被输入至与该一方通信回路接近而配设的另一方通信回路的担忧。
这时，当干扰波旁瓣的电波强度高于通信回路应接收到的频率主瓣(Main lobe)的电波强度时，会出现无法正常进行接收的问题。
本发明的无线通信装置通过带通滤波器(band filter)截断收发器输出的频带的旁瓣的特定频率成分,由此减少干扰波对其他收发器的影响，从而能够在ISM频带内实现冗余。
在图1中示出了本发明的无线通信装置1。
无线通信装置1构成为具有：作为第1收发器的低频带收发器2，以ISM频带中较低频带的2402～2420MHz的频带(以下也称作低频带)进行通信；作为第2收发器的高频带收发器3，以ISM频带中较高频带的2452～2470MHz的频带(以下也称作高频带)进行通信；控制装置4，控制低频带收发器2和高频带收发器3对同一数据进行通信；存储部5，存储在低频带收发器2和高频带收发器3中使用的载波的频率；计时器6，向控制装置4提供时间及时刻数据，这些器械搭载在同一基板之上。
控制装置4具有发送数据生成单元41，发送数据生成单元41通过集成电路配线(IC pattern)或连接器、线缆连接器能够与低频带收发器2和高频带收发器3进行通信的方式连接，并生成发送数据。另外，控制装置4具有数据发送单元42，其使低频带收发器2和高频带收发器3对同一发送数据进行通信。
此外，各收发器2，3生成由数据发送单元42发送来的发送数据调制而成的载波并发送该生成的载波的同时，对接收到的载波进行解调来获得接收数据。
控制装置4具有从各收发器2，3获取上述接收数据的接收数据获取单元43。
这样，低频带收发器2、高频带收发器3和控制装置4设置在单个基板上，并且，控制装置4与低频带收发器2的连接以及控制装置4与高频带收发器3的连接通过集成电路配线进行，由此能够达到装置的小型化的效果，而且，能够将分布阻抗、电容、寄生电容的分布等维持在恒定，减少产品彼此间的差异，实现工作的稳定化。
发送数据生成单元41在生成发送数据的同时，选择构成低频带的一个低频带信道(以下，称ch)和构成高频带的一个高频带ch，设定一个ch对。
发送数据包括数据包和确认包这两类。数据包记录有让接收方的装置执行事先确定的规定工作的信息；确认包包括向发送方返送表示在接收方的装置接收到了数据包的意旨。
如图2(a)所示，数据包中包含记录数据包的类别等的ID/Flag、表示数据包是再送的再送Flag/接收强度、发送方地址、接收方地址、记录了发送时点时刻的时刻(Time)、有效载荷(Payload)以及执行错误检测的CRC(Cyclic Redundancy Check)32。
如图2(b)所示，确认包中包含ID/Flag、再送Flag/接收强度、发送方地址、接收方地址、接收到的数据包中记录的时刻(Time)、记录了从接收到返送为止的时间的Ack时刻、以及CRC32。
存储部5例如是能够临时性或持续性地蓄积数据的半导体存储器等存储装置。存储部5中保存有低频带收发器2以及高频带收发器3所使用的载波的信道的数据表等频带信息、由发送数据生成单元41生成的发送数据所需的信息、从与无线通信装置1连接的各装置发送的数据等。
表1中表示本实施例的无线通信装置1所使用的信道的表。如表1所示，且如上所述，在本实施方式中，将2402～2420MHz的频带设定成低频带，将2452～2470MHz的频带设定成高频带。此外，将高频带和低频带之间的频带2422～2450MHz设定成分离带。
低频率和高频率均以各2MHz的带宽进行分割，在低频带中设置有Low1～10ch，在高频带中设置有High1～10ch。
(表1)
低频带收发器2与能够收发载波的天线21连接。在低频带收发器2和天线21之间设置有低侧带通滤波器22。低侧带通滤波器22是作为第2滤波器的一种带通滤波器。该低侧带通滤波器22让包含Low1～10Ch频带的频率成分通过且截断(拦截)从低频带收发器2输出的高频带的频率成分。低侧带通滤波器22例如可以是SAW(Surrace Acoustic Wave)滤波器。也即，低频带收发器2介由低侧带通滤波器22与天线21连接，让经由低频带收发器2的频率成分当中包含Low1～10Ch的低频带的频率成分穿过，截断包含High1～10Ch的高频带的频率成分。
需要说明的是，低频带收发器2如上所述与控制装置4能够进行通信的方式连接。另外，低频带收发器2搭载有D/A转换器(未图示)及A/D转换器(未图示)，还搭载有生成由发送数据调制的载波的发送回路(未图示)以及对接收到的载波进行解调来获得接收数据的接收回路(未图示)。
所以，从控制装置4的数据发送单元42发送来的发送数据通过D/A转换器进行模拟转换。发送回路生成根据模拟转换后的发送数据调制的载波，并从天线21进行发送。
另外，低频带发送器2的接收回路对从天线21接收的载波进行解调来获取接收数据。接收数据通过A/D转换器进行数码转换，并将转换后的数据发送给控制装置4的接收数据获取单元43。
高频带收发器3与能够收发载波的天线31连接。在高频带收发器3和天线31之间设置有高侧带通滤波器32。高侧带通滤波器32是作为第2滤波器的一种带通滤波器。该高侧带通滤波器32让包含High1～10Ch频带的频率成分通过且截断从高频带收发器3输出的低频带的频率成分。与低侧带通滤波器22相同，高侧带通滤波器32例如可以是SAW滤波器。
也即，高频带收发器3介由高侧带通滤波器32与天线31连接，让经由高频带收发器3的频率成分当中包含High1～10Ch的高频带的频率成分通过，截断包含Low1～10Ch的低频带的频率成分。
需要说明的是，高频带收发器3如上所述与控制装置4能够进行通信的方式连接。另外，高频带收发器3搭载有D/A转换器(未图示)及A/D转换器(未图示)，还搭载有生成由发送数据调制的载波的发送回路(未图示)以及对接收到的载波进行解调来获得接收数据的接收回路(未图示)。
所以，从控制装置4的数据发送单元42发送来的发送数据通过D/A转换器进行模拟转换。发送回路生成根据模拟转换后的发送数据调制的载波，并从天线31进行发送。
另外，高频带发送器3的接收回路对从天线31接收的载波进行解调来获取接收数据。接收数据通过A/D转换器进行数码转换，并将转换后的数据发送给控制装置4的接收数据获取单元43。
本实施例的低侧带通滤波器22和高侧带通滤波器32如图3所示是各个拦截频率为表1的分离带(2422～2450MHz)的SAW滤波器。
低频带收发器2和天线21之间设置有低侧带通滤波器22。由于低侧带通滤波器22分别与低频带收发器2和天线21连接，能够在截断高频带的频率成分(不要的旁瓣)的同时以不截断低频带收发器2要发送的低频带的频率成分的方式对其进行发送。
另外，高频带收发器3也在同样的构成中设置有高侧带通滤波器32。由此，能够在截断低频带的频率成分(不要的旁瓣)的同时以不截断高频带收发器3要发送的高频带的频率成分的方式对其进行发送。
所以，本发明的无线通信装置1能够截断构成干扰波的原因的频率成分来进行通信，因此，能够在ISM频带内通过使用多个信道来进行通信的冗余。
此外，如图4所示，在通常的无线LAN的通信规格(IEEE 802.11b或者g等)中，每一信道的频带为20～40MHz。因此，为了以使用通常的无线LAN的通信规格而不在无线通信装置1之间产生干扰的方式进行通信，需要使用具有充分分离的频带的信道。为了使用通常的无线LAN规格进行干扰较少的通信，例如可以适当地使用6ch和14ch这两个信道。也即，想要使用通常的无线LAN规格来确立通信冗余时，存在无法通过较多的信道来进行通信的问题。
因此，在本实施例的无线通信装置1中，通过将每一信道的频带的占有带宽(Occupied bandwidth)设定得狭小，即使在用较多的信道进行无线通信时，也能在无线通信装置1之间不造成干扰的情况下实施通信。
例如，在将每一信道的占有带宽设定成1MHz时，即使对比如本实施方式中的低频带及高频带分别设定成10ch，也能够以在无线通信装置1之间不产生干扰的情况下进行通信。
下文将以下无线规格称作稳健性无线：通过这种方式将每一信道的占有带宽设定得狭小(在本实施例中设定为1MHz)来防止无线通信装置1之间产生的干扰的一种无线规格。
在稳健性无线中，由于每一信道的占有带宽较为狭小，与通常的无线LAN规格进行的通信相比，无法对应较多的数据量。因此，稳健性无线仅限于与生产设备等的特定机械的数据交互的用途，在减少数据量的情况下进行通信。
例如，如图5所示，在通常的无线LAN规格中，因属于通用性高的系统，用于维持网络的管理架构(Management frame)占据数据整体的大致一半数据。另外，由于构成网络的器械的种类较多，相应地需要各自检测错误的数据。
对此，稳健性无线因仅限于与特定器械的通信的用途，降低了管理构架及错误检测构架等其他构架的数据量，将管理构架和错误检测相关的数据量减少到1/3的程度。由此，即使是在低传输率的情况下，也能够收发充足量的数据帧。
另外，在稳健性无线中使用的单位数据由比无线LAN少的数据量构成，即使在低传输速率时，也能够在不增加通信时间的情况下进行通信。此外，通过简化单位数据，能够实现缩短收发装置及使用器械的开发时间，同时削减开发成本。另外，通过减少单位数据的数据量来缩短每一单位数据的通信时间，具有能够减少无线通信系统7中的通信出错率这一优点。
也即，通过减少通信出错率就能够提高无线通信系统的稳定性。
对利用上述无线通信装置1构成无线通信系统的例子进行说明。
如图6所示，无线通信系统7由以下各装置构成：配置在发送方的无线通信装置1(以下称发送方无线通信装置AP(Access Point))；配置在接收方的无线通信装置1(以下称接收方无线通信装置ST(Station))；管理无线通信系统7的管理装置8；以及在发送方无线通信装置AP和接收方无线通信装置ST的通信区域调查接收环境的环境调查装置9。
发送方无线通信装置AP和接收方无线通信装置ST具有与上述无线通信装置1相同的构成。发送方无线通信装置AP和接收方无线通信装置ST以能够相互进行数据通信的方式无线连接。
发送方无线通信装置AP与管理装置8和环境调查装置9以能够进行数据通信的方式连接。
接收方无线通信装置ST与控制装置4(未图示)以能够进行数据通信的方式连接。控制装置4基于接收到的数据包对执行规定工作的自动搬运机等ST搭载装置进行控制。
管理装置8将事先设定好的规定的指令发送给发送方无线通信装置AP，由中央处理器(CPU)、ROM等非易失性存储器、RAM等易失性存储器组成的计算机构成。管理装置8将让ST搭载装置进行规定工作的指令发送给发送方无线通信装置AP。
环境调查装置9在发送方无线通信装置AP和接收方无线通信装置ST的通信区域生成表示特定频率的接收状态的环境信息，并将该环境信息发送给发送方无线通信装置AP。
如图7所示，环境信息例如是针对事先确定的被划分的特定区域的每一区域中低频带ch及高频带ch的其中一方无法接收到的ch号码的信息，该环境信息被保存在发送方无线通信装置AP的存储部5中。需要说明的是，环境信息可以是在导入无线通信系统时通过事先调查而生成的信息。另外，接收方无线通信装置ST也可以将包含接收数据失败时的无线装置ST的位置以及该时使用的频段的信息介由发送方无线通信装置AP发送给环境调查装置9，并基于该信息制成或更新环境信息。
图8是表示将低频带ch设定成2402MHz、将高频带ch设定成2452来进行无线通信时的相对于各ch的通信距离的接收灵敏度的图。如图8所示，通信距离越长，因各ch的多径衰落等干扰导致的电波强度下降的位置分得越开。例如，在通信距离约25m附近处，比通常的无线LAN中设定的最低接收灵敏度(-85dBm)低的位置，各个ch分别各自离开了500mm。
这样，通过利用低频带ch和高频带ch双方进行通信，能够在因多径衰落使得低于最低接收灵敏度-85(dBm)的位置上错开各ch，即使在一方ch处无法接收到数据，也能够提高在另一方ch处接收到数据的可能性。
基于图9所示的系统流程说明以上进行了说明的系统的工作。
管理装置8对发送方无线通信装置AP执行向接收方无线通信装置ST发送数据的要求。
发送方无线通信装置AP的发送数据生成单元41接收到管理装置8发送来的发送要求时，存储部5中读出频带信息和环境信息，除去在通信区域内无法通信的ch，设定从低频带收发器2及高频带收发器3进行发送的载波的一个ch对(步骤S02)
发送数据生成单元41从存储部5读出所需数据，生成数据包，数据发送单元42指定要发送的频率的一个ch对，将数据包同时发送给各收发器2，3(步骤S03)。
各收发器2，3生成由数据包调制的载波，并执行向接收方无线通信装置ST发送该载波的发送处理(步骤S04)。
接收方无线通信装置ST的各收发器2，3通过发送信道对中其中一方ch接收到(如果双方ch都接收到载波时，选择最早接收到载波的ch)载波时，执行将对载波进行解调而得的数据包发送给控制装置4的接收处理(步骤S05)。
接收方无线通信装置ST的接收数据获取单元43进行数据检测，确认数据中是否存在错误(error)，并根据需要订正错误，将获得的数据包保存到存储部5中(步骤S06)。
发送数据生成单元41从存储部5中读出所需的数据，生成确认包，数据发送单元42指定接收到的频带ch，将确认包同时发送给各收发器2，3(步骤S07)。
各收发器2，3生成由确认包调制的载波，执行向发送方无线通信装置AP发送该载波的发送处理(步骤S08)。
另外，发送数据生成单元41从存储部5的数据包中读出所需的数据，对搭载了接收方无线通信装置ST的ST搭载装置10的控制装置4执行接收通知(步骤S09)。
发送方无线通信装置AP的各收发器2，3接收到载波时，执行将载波解调而得的确认包发送给控制装置4的接收处理(步骤S10)。
发送方无线通信装置AP的接收数据获取单元43进行数据检测，确认数据中是否存在错误(error)，并根据需要订正错误，将获得的确认包保存到存储部5中(步骤S11)。
数据发送单元42对管理装置8执行响应回信(步骤S12)。
管理装置8对保存在存储装置的数据库中的收发结果等各种信息进行更新(步骤S13)。
接着，基于图10说明因某些原因而导致接收方无线通信装置AP未能接收到确认包时的无线通信系统7的处理流程。
发送方无线通信装置AP的接收数据获取单元43在执行步骤S04的发送处理之后，基于计时器6判断是否从数据包的发送时刻经过了事先确定好的规定时间(本实施方式中为25ms)。当经过了规定时间也未能接收到确认包时，数据发送单元42再次执行指定相同频率的ch并将数据包发送给各收发器2，3的再发处理(初次超时)(步骤S14)。
接收数据获取单元43基于计时器6判断是否从步骤S14的处理时刻经过了事先确定好的规定时间。当经过了规定时间也未能接收到确认包时，数据发送单元42再次执行指定相同频率的ch并将Data发送给各收发器2，3的再发处理(再发一次超时)(步骤S15)。
接收数据获取单元43基于计时器6判断是否从步骤S15的处理时刻经过了事先确定好的规定时间。当经过了规定时间也未能接收到确认包时，数据发送单元42再次执行指定相同频率的ch并将数据包发送给各收发器2，3的再发处理(再发二次超时)(步骤S16)。
接收数据获取单元43基于计时器6判断是否从步骤S16的处理时刻经过了事先确定好的规定时间。当经过了规定时间也未能接收到确认包时，数据发送单元42将表示因超时而未能通信的报告发送给管理装置8(通信超时)(步骤S17)。
另外，在本实施方式中，用一台发送方无线通信装置AP和一台接收方无线通信装置ST构成了无线通信系统7。也可以通过针对发送方无线通信装置AP和接收方无线通信装置ST两者其中一方设置多台来构成无线通信系统7。也可以用多台发送方无线通信装置AP和多台接收方无线通信装置ST来构成无线通信系统7。
在设置多台发送方无线通信装置AP来构成无线通信系统7时，使得在步骤S13中保存到管理装置8的数据库中的收发结果在各发送方无线通信装置AP中共享，可以优先使用通信成功时所用到的ch进行通信。同时，可以降低通信失败时所用到的ch的利用优先度。
在上述实施例中，说明了在各收发器2，3中生成由发送数据调制的载波的同时，对接收到的载波进行解调来获得接收数据的情况。但是，并不仅限于该例，例如，也可以在控制装置4中进行载波的调制和解调。具体来讲，可以在控制装置4中设置A/D转换器或D/A转换器。
如上所述，根据使用了无线通信装置1的无线通信系统，能够提高接收方无线通信装置ST接收到的由低频带收发器2发送的载波中携带的数据或者由高频带收发器3发送的载波中携带的数据中至少其中一方数据的可能性。所以，能够实现以小型、廉价的方式构成，并能够实现通信错误率的减少。
另外，在无线通信装置1中，低频带收发器2、高频带收发器3和控制装置4设置在单个基板上，并且，控制装置4与低频带收发器2连接以及控制装置4与高频带收发器3的连接通过集成电路配线进行，由此达到装置小型化的效果，而且，能够将分布阻抗、电容、寄生电容的分布等维持在恒定，减少产品彼此间的差异，实现工作的稳定化。
在上述实施例中，对由低频带收发器2和高频带收发器3同时发送同一数据的情况为例进行了说明。但是，也可以由低频带收发器2和高频带收发器3以具有时间差的方式发送同一数据。
此外，也可以同时进行低频带收发器2和高频带收发器3中一方收发器接收数据而另一方收发器发送数据。在这种场合，数据发送波的旁瓣部分被低侧带通滤波器22或高侧带通滤波器32拦截，能够毫无问题地在该收发器中其中一方收发器上进行数据的接收。
在上述实施例中，说明了采用SAW滤波器作为低侧带通滤波器22或高侧带通滤波器32。但是，也可以使用拦截频率低于Low1ch的频率的高通滤波器和拦截频率是表1所示的分离带(2422～2450MHz)的低通滤波器的组合作为低侧带通滤波器22。同样，可以使用拦截频率是表1所示的分离带(2422MHz～2450MHz)的高通滤波器和拦截频率高于High10ch的频率的低通滤波器的组合作为高侧带通滤波器32。
此外，也可以使用拦截频率是表1所示的分离带(2422～2450MHz)的低通滤波器以及高通滤波器分别作为低侧带通滤波器22和高侧带通滤波器32。