JP2005129974A - Unidirectional wireless communication system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線によるデータの通信システムにおいて、特定小電力無線システム並の通信距離を確保しながら、小型化と低コスト化を図る無線システムに関するものである。 The present invention relates to a wireless system that achieves a reduction in size and cost while ensuring a communication distance equivalent to that of a specific low-power wireless system in a wireless data communication system.
国内の電波法において、従来、無資格で業務運用できる無線通信には、微弱無線、特定小電力無線がある。特に、特定小電力無線は、室内100m、屋外300m以上の通信距離でも、通信品質を確保することができるが、その代償に高価な回路構成を必要としていて、無線システムの使用目的毎に帯域の指定がされ、混信などの通信障害が発生しない通信システムになっている。微弱無線システムは、最良の環境下においても10m内外の距離で通信障害が発生しても良い程度の簡易通信手段にのみ使用可能であるが、非常に低コストの通信手段である。そのため、無線通信がアナログ通信を対象に開始され、長い間行われてきた経緯から、一般に、通信の品質を確保するためには、特定小電力無線が適用され、これに応じて受信機側も受信品質のよいスーパーへテロダイン受信部が使用されてきた。このような例は、特許文献1に見ることが出来る。
図4は、特定小電力無線送信部とスーパーへテロダイン受信部による従来の単方向無線通信システムの例である。4−aは、特定小電力無線送信部であり、4−bは、スーパーへテロダイン受信部である。以下、これらの動作を説明する。4a−1は、周波数設定部であり、4a−2は、電力増幅部である。最初に、周波数設定部について説明する。制御用の信号として、電源ON401、変調信号402、送信周波数データ403、AM変調信号404が周波数設定部に入力している、これらの入力信号は、後述する制御用コンピュータから出力している。周波数設定部は、AM変調又はFM変調の搬送波を作成し、その周波数を決定する。基準発振器405では、水晶発振器か、又は水晶発振器とシンセサイザーを利用して、基準となる発振信号を作成している。発振信号は分周器に与えられ、制御コンピュータから送られた送信周波数データ403に対応して分周し、所望の周波数の搬送波が分周器406から出力する。位相検波器407、LPF(低域通過フィルタ)408、変調器409、VCO(電圧制御発振器)410は、VCO410の出力が、位相検波器407に帰還し、分周器406からの入力と位相を比較することで、周波数を安定化するように負帰還が掛かっている。即ちVCO410からでた信号は、搬送波と同期が合った状態である。変調器409には、FM変調用の変調信号402(アナログ電圧値)が入っているので、その出力電圧に対応してVCOの発振周波数が変わり、変調信号402で変調されたFM変調波が、VCO410から発生する。変調信号402が無いときは、変調されないので、分周器406から出力した搬送波と同期したものが発生し、この場合は、AM変調のための搬送波となる。FM変調波又は、AM変調用の搬送波は、4a−2の電力増幅部の緩衝増幅器411に入力する。緩衝増幅器411は、アンテナ側からのノイズの伝播を抑止する効果もある。AM変調の場合は、制御コンピュータから送られたAM変調信号404(アナログ電圧値)により、緩衝増幅器または電力増幅器のところでAM変調が行われる。FM変調では、AM変調信号404は、無くて、FM変調波が増幅される。最後に必要以上の高域スプリアスを除去して送信アンテナ414から送信する。勿論、特定小電力無線の規格に対応して、送信出力は10mW以内であり、その他、混信防止機能、送信時間制限機能、キャリアセンス機能等が用意される。 FIG. 4 is an example of a conventional unidirectional wireless communication system using a specific low power wireless transmission unit and a superheterodyne reception unit. 4-a is a specific low-power wireless transmission unit, and 4-b is a superheterodyne reception unit. Hereinafter, these operations will be described. 4a-1 is a frequency setting unit, and 4a-2 is a power amplification unit. First, the frequency setting unit will be described. As control signals, power ON 401, modulation signal 402, transmission frequency data 403, and AM modulation signal 404 are input to the frequency setting unit. These input signals are output from a control computer described later. The frequency setting unit creates a carrier wave of AM modulation or FM modulation, and determines its frequency. The reference oscillator 405 creates a reference oscillation signal by using a crystal oscillator or a crystal oscillator and a synthesizer. The oscillation signal is given to the frequency divider and frequency-divided corresponding to the transmission frequency data 403 sent from the control computer, and a carrier wave having a desired frequency is output from the frequency divider 406. The phase detector 407, the LPF (low pass filter) 408, the modulator 409, and the VCO (voltage controlled oscillator) 410 return the output of the VCO 410 to the phase detector 407, and the input and phase from the frequency divider 406. By comparing, negative feedback is applied so as to stabilize the frequency. That is, the signal from the VCO 410 is in a state of being synchronized with the carrier wave. Since the modulator 409 contains the modulation signal 402 (analog voltage value) for FM modulation, the oscillation frequency of the VCO changes corresponding to the output voltage, and the FM modulated wave modulated by the modulation signal 402 is Generated from VCO 410. When there is no modulation signal 402, no modulation is performed, so that a signal synchronized with the carrier wave output from the frequency divider 406 is generated. In this case, the carrier wave is used for AM modulation. The FM modulated wave or the AM modulation carrier wave is input to the buffer amplifier 411 of the power amplification unit 4a-2. The buffer amplifier 411 also has an effect of suppressing noise propagation from the antenna side. In the case of AM modulation, AM modulation is performed at the buffer amplifier or the power amplifier by the AM modulation signal 404 (analog voltage value) sent from the control computer. In FM modulation, there is no AM modulation signal 404, and an FM modulated wave is amplified. Finally, unnecessary high frequency spurs are removed and transmitted from the transmission antenna 414. Of course, the transmission output is within 10 mW corresponding to the specific low-power radio standard, and other functions such as an interference prevention function, a transmission time limit function, a carrier sense function, and the like are prepared.
送信アンテナ414から送信された電波は、空中を伝播して、4−bのスーパーへテロダイン受信部の受信アンテナ415に入力する。電力は、伝播中に減衰しているので、緩衝増幅器416で増幅され、SH検波器(スーパーへテロダイン受信器)417に入り、信号波が得られる。復調器418では、閾値再生で決められた閾値を基準にして、信号波の電圧レベルを判定し、アナログ信号をデジタル信号にする。復調器418の出力は、個々の通信器を識別する個体コードの一致を見るデータと、伝えるべきデータを持っている。伝えるべきデータは、復調データ422として出力する。固体識別420では、一致出力423が出ていて、固体識別コード設定421で設定された値と送信された一致した受信機のみデータを受け取ることができる。復調データ422と一致出力423は、受信側のコンピュータ等のデータ処理装置に送られる。 The radio wave transmitted from the transmission antenna 414 propagates in the air and is input to the reception antenna 415 of the 4-b superheterodyne reception unit. Since the power is attenuated during propagation, the power is amplified by the buffer amplifier 416 and enters the SH detector (superheterodyne receiver) 417 to obtain a signal wave. The demodulator 418 determines the voltage level of the signal wave with reference to the threshold determined by the threshold reproduction, and converts the analog signal into a digital signal. The output of the demodulator 418 has data for seeing a match of the individual code that identifies the individual communicator and data to be transmitted. Data to be transmitted is output as demodulated data 422. In the individual identification 420, the coincidence output 423 is output, and only the receivers that coincide with the value set in the individual identification code setting 421 can receive data. The demodulated data 422 and the coincidence output 423 are sent to a data processing device such as a receiving computer.
前述した様に、受信品質を確保するために、従来使われてきたSH検波器17−aの構成は、具体的には、図5のようであった。5−aは、機能ブロック表示であり、5−bは、回路図表示である。受信アンテナ415と緩衝増幅器416を経由した受信電波は、周波数混合回路501に入り、局部発振回路502の発振信号と混合されて、両波の周波数の差の周波数を有する中間周波が出力する。このようにすると、入力と出力の周波数が異なるので、帰還があっても不安定になることがない。中間周波出力は、不要なスプリアスを除去するため、フィルタ503にいれ、その後中間周波増幅器504で増幅した後に、検波回路505で検波され、検波出力を得る。検波出力は、AGC回路506に入力し、中間周波増幅器504に制御することで、信号の振幅レベルを確保している。5−a−1の回路図の例は、5−b−1であって、507の部分が受信信号の入力部であり、508の部分が、局部発振回路502に対応し、509の部分が、フィルタ503に対応する。トランジスタのベースとエミッタ間の非直線特性を利用して、周波数の差分を作る周波数混合回路が形成されている。5−a−2の回路図の例は、5−b−2である。トランジスタ510の1段で中間周波増幅器504を作っている。ツェナーダイオード511の非直線特性を使って、検波回路505としている。検波回路出力は、二本の抵抗512、513を介して、トランジスタ510のベースを制御し、利得の制御をしている。このような構成のスーパーヘテロダイン受信部は、安定で、ノイズも少なく高品質の受信特性が得られるので、長い間、使われて来ている。しかしながら、高品質である代償に、回路構成が複雑なので、小型化には支障があり、コスト高になる不都合があった。尚、スーパーヘテロダイン受信部の詳細は、非特許文献1に見ることが出来る。
以上のように、微弱無線システムは、安価であるが、送信電力が微弱故に、通信距離が長くなると通信障害が起きるという潜在要因を抱えている。従来の特定小電力無線システムは、数10m以上の距離でも安定した通信が可能であるが、送信部及び受信部の電子回路が複雑になり、小型化と低コスト化が困難であった。そのため、通信距離を確保したままで、小型化と低コスト化を実現することが望まれていた。 As described above, the weak wireless system is inexpensive, but has a potential factor that a communication failure occurs when the communication distance becomes long because the transmission power is weak. The conventional specific low-power radio system can perform stable communication even at a distance of several tens of meters or more, but the electronic circuits of the transmitter and the receiver are complicated, and it is difficult to reduce the size and cost. Therefore, it has been desired to realize downsizing and cost reduction while maintaining a communication distance.
本発明は、通信距離を確保するため、送信機として特定小電力無線送信機を使用し、伝送されるデータが主にデジタルであることにより、S/Nに強い特性から、受信側の品質を下げても支障がないことを考慮して、受信機として、超再生検波受信機を使用したことを特徴としている。 The present invention uses a specific low-power wireless transmitter as a transmitter to ensure a communication distance, and the transmitted data is mainly digital. Considering that there is no problem even if it is lowered, a super regenerative detection receiver is used as a receiver.
請求項1記載の発明は、単方向無線通信システムであって、送信機としての特定小電力無線送信機と、前記特定小電力無線送信機にデータを供給し制御するマイクロコンピュータと、前記特定小電力無線送信機の送信する電波を受信する受信機として超再生検波受信機とを構成に含むことを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a unidirectional wireless communication system, a specific low power wireless transmitter as a transmitter, a microcomputer for supplying and controlling data to the specific low power wireless transmitter, and the specific small power wireless transmitter. A super regenerative detection receiver is included in the configuration as a receiver that receives radio waves transmitted by the power wireless transmitter.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の単方向無線通信システムにおいて、前記特定小電力無線送信機及び前記超再生検波受信機は、F1DとF2Dの内、少なくとも1つの電波形式のFM変調波を復調するFM検波回路を備えたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the unidirectional wireless communication system according to the first aspect, the specific low-power radio transmitter and the super regenerative detection receiver are FM modulation of at least one radio wave format among F1D and F2D. An FM detection circuit for demodulating waves is provided.
請求項3記載の発明は、請求項1又は請求項2記載の単方向無線通信システムにおいて、前記マイクロコンピュータは、データ送出起動信号の印加に対応して、前記受信機の個体に予め割り当てられ、且つ予め記憶された個体識別コードを前記送信機への変調信号として送出する機能を有することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the unidirectional wireless communication system according to the first or second aspect, the microcomputer is pre-assigned to the individual receiver in response to application of a data transmission start signal. And it has the function to send out the individual identification code memorize | stored beforehand as a modulation signal to the said transmitter.
請求項4記載の発明は、請求項1又は請求項2又は請求項3記載の単方向無線通信システムにおいて、前記受信機は、前記個体識別コードで変調された電波を受信し、前記個体識別コードの復調データを生成し、前記復調データと前記受信機に予め設定された前記受信機専用の個体識別コードとの一致を検出した場合に一致出力を出力する機能を有することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the unidirectional wireless communication system according to the first, second, or third aspect, the receiver receives the radio wave modulated by the individual identification code, and the individual identification code The demodulated data is generated, and when a match between the demodulated data and the individual identification code dedicated to the receiver set in advance in the receiver is detected, a matching output is output.
以上の様にすると、特定小電力無線で得られる通信距離を確保したまま、構成材料が少なく小型で低コストな受信機を有する単方向無線通信システムが得られる。 In this way, a unidirectional wireless communication system having a small and low-cost receiver with a small amount of constituent materials while ensuring a communication distance obtained by the specific low-power radio can be obtained.
データの無線通信では、安定で、所望の距離の通信を確保した送信機と、簡単構成でデータを再現できることが重要であり、受信機は単純であることが最良の形態である。それゆえ、受信機は超再生受信機とすることで、この要求を達成することができる。以下、本発明の例を用いて説明する。 In wireless data communication, it is important to be able to reproduce data with a transmitter that is stable and secures communication of a desired distance, and with a simple configuration, and it is best that the receiver is simple. Therefore, this requirement can be achieved by making the receiver a super regenerative receiver. Hereinafter, the present invention will be described using examples.
図1は、本発明に係る単方向無線通信システムの一実施態様を示すものであり、1−aは、特定小電力無線送信部であり、これは、図4の4−aと全く同様なので、説明を省略する。
1−bは、超再生検波受信部であり、4−bとは、SH検波器417が超再生検波器117になっている。従って、差を明確にするには、超再生検波器117の部分を説明する。
FIG. 1 shows an embodiment of a unidirectional wireless communication system according to the present invention. 1-a is a specific low-power wireless transmission unit, which is exactly the same as 4-a in FIG. The description is omitted.
Reference numeral 1-b denotes a super regenerative detection receiving unit. In contrast to 4-b, the SH detector 417 is a super regenerative detector 117. Therefore, in order to clarify the difference, the super regenerative detector 117 will be described.
超再生検波器117は、図3のようになっている。3−aは、ブロック回路であり、3−bは、実際の回路の例である。受信アンテナ115又は、緩衝増幅器116からの受信信号は、端子301に入力し、高周波増幅回路302で増幅される。その出力は、帰還回路303を通し、一部が高周波増幅回路302の入力に正帰還される。正帰還されると、信号は大きくなり、いずれは発振するようになるが、発振直前の状態では、最も感度が上がり、その状態で検波を行うことがよいことになる。これが再生検波であり、発振直前での状態は不安定なので、これを改善するために、超再生検波では、ブロッキング発振器ブロック304で数十kHzの信号を作り、再生検波ブロック305の電源を小さく振るようにする。こうすると、発振直前の状態と発振の状態を繰り返すことになり、感度のよい状態を必ず通ることができる。こうして感度を安定に得ることができる。発振状態を必ず通るので、発振ノイズが生じ、S/Nが悪い欠点があるが、以下の様に、回路が簡単になる利点が得られる。再生検波ブロック305の部分は、再生検波回路306のトランジスタと帰還静電容量に対応し、ブロッキング発振器ブロック304は、ブロッキング発振器回路307のLCRでの構成部に相当する。検波部は、トランジスタの非直線部を利用している。このように、超再生検波回路は、基本的にトランジスタ1個を基本にできるので、小型化と低コストが計れる。図5と比べると、図3がかなり単純な構成であることが分かる。超再生検波回路は、基本的には、トランジスタのベース・エミッタ間電圧とベース電流の二乗特性を利用したAM検波であるが、入力に共振回路をつけて、共振特性の傾斜部にFM変調波を加えることで、周波数変化が振幅の変化に変換されるので、その後、AM検波され、結局FM変調波も検波できることが特徴である。従って、超再生検波では、単純な回路構成ながら、FM変調波にも対応ができて、電波形式であるF1DやF2Dにも対応が可能である。これらは、周波数(角度)変調で単一チャンネルで、副搬送波の有りと無い場合をさしている。 The super regenerative detector 117 is as shown in FIG. 3-a is a block circuit, and 3-b is an example of an actual circuit. A reception signal from the reception antenna 115 or the buffer amplifier 116 is input to the terminal 301 and amplified by the high frequency amplifier circuit 302. The output passes through the feedback circuit 303 and part of the output is positively fed back to the input of the high-frequency amplifier circuit 302. When positive feedback is applied, the signal increases and eventually oscillates. However, in the state immediately before oscillation, the sensitivity is most improved, and detection should be performed in that state. This is regenerative detection, and the state immediately before oscillation is unstable, so in order to improve this, in super regenerative detection, a signal of several tens of kHz is generated by the blocking oscillator block 304 and the power supply of the regenerative detection block 305 is shaken small. Like that. In this way, the state just before the oscillation and the state of the oscillation are repeated, so that a highly sensitive state can be passed without fail. Thus, the sensitivity can be obtained stably. Since the oscillation state always passes, there is a disadvantage that oscillation noise is generated and the S / N is bad, but there is an advantage that the circuit is simplified as follows. The portion of the regenerative detection block 305 corresponds to the transistor and feedback capacitance of the regenerative detection circuit 306, and the blocking oscillator block 304 corresponds to a component in the LCR of the blocking oscillator circuit 307. The detection unit uses a non-linear portion of the transistor. In this way, the super regenerative detection circuit can basically be based on one transistor, and thus can be reduced in size and cost. Compared to FIG. 5, it can be seen that FIG. 3 has a fairly simple configuration. The super regenerative detection circuit is basically AM detection using the square characteristics of the base-emitter voltage of the transistor and the base current. However, an FM modulation wave is applied to the slope portion of the resonance characteristics by attaching a resonance circuit to the input. Since the frequency change is converted into the amplitude change by adding, AM detection is performed thereafter, and FM modulation wave can also be detected after all. Therefore, super regenerative detection can deal with FM modulated waves with a simple circuit configuration, and can also deal with radio wave formats F1D and F2D. These are the cases where a single channel is used with frequency (angle) modulation and there is no subcarrier.
図2は、単方向無線通信システムを制御する信号を作成・送出するコンピュータ部であって、マイクロコンピュータ200に対して、入力として、受信器の個々に対応する番号を記憶する固体識別コードレジスタ201と、送信周波数(チャンネル)を指定する周波数コードレジスタ202と、データ送出を制御するデータ送出起動信号203がある。これに対して、出力は、FM変調用の変調信号204(アナログ)とAM変調用のAM変調信号205と送信周波数(チャンネル)データ206と、電源ON/OFF207が出ていて、送信機に接続されます。この部分は、従来の例でも同じです。 FIG. 2 shows a computer unit that creates and sends a signal for controlling the unidirectional wireless communication system. The microcomputer 200 stores, as an input, a solid identification code register 201 that stores a number corresponding to each receiver as an input. And a frequency code register 202 for specifying a transmission frequency (channel) and a data transmission start signal 203 for controlling data transmission. On the other hand, the output is modulated signal 204 (analog) for FM modulation, AM modulated signal 205 for AM modulation, transmission frequency (channel) data 206, and power ON / OFF 207, and connected to the transmitter. Will be. This part is the same in the conventional example.
本発明に係る単方向無線通信システムは、受信機に小型化と低コスト化が図れるので、1つの送信機に対して、多数の受信部や、移動体受信部を有するものに使用されると、利点を享受することができます。例えば、工場内のラインの制御や、モニタや、個々の車に受信器を搭載して交通システムでの一斉信号伝達などに利用できます。 Since the unidirectional wireless communication system according to the present invention can be reduced in size and cost in a receiver, when used for one transmitter having a large number of receivers and mobile receivers. , You can enjoy the benefits. For example, it can be used for control of lines in a factory, monitoring, and simultaneous signal transmission in a traffic system by installing a receiver in each vehicle.
101、401・・・電源ON(入力)、 102、402・・・変調信号(入力)
103、403・・・送信周波数データ(入力)
104、404・・・AM変調信号(入力)
105、405・・・基準発振器、 106、406・・・分周器
107、407・・・位相検波器、 108、113、408、413・・・LPF
109、409・・・変調器、 110、410・・・VCO
111、116、411、416・・・緩衝増幅器
112、412・・・電力増幅器、 114、414・・・送信アンテナ
115、415・・・受信アンテナ、 117・・・超再生検波器
118、418・・・復調器、 119、419・・・閾値再生
120、420・・・固体識別、 121、421・・・固体識別コード設定
122、422・・・復調データ出力、 123、423・・・一致出力
200・・・マイクロコンピュータ、 201・・・固体識別コードレジスタ
202・・・周波数コードレジスタ、 203・・・データ送出起動信号
204・・・変調信号(出力)、 205・・・AM変調信号(出力)
206・・・送信周波数データ(出力)、 207・・・電源ON/OFF(出力)
301・・・端子、 302・・・高周波増幅回路、 303・・・帰還回路
304・・・ブロッキング発振器ブロック、305・・・再生検波ブロック
306・・・再生検波回路、 307・・・ブロッキング発振器回路
417・・・SH検波器
501・・・周波数混合回路、502・・・局部発振回路、503・・・フィルタ
504・・・中間周波増幅器、 505・・・検波回路、 506・・・AGC回路
507・・・受信信号の入力部、508・・・局部発振回路対応部
509・・・フィルタ対応部、 510・・・トランジスタ
511・・・ツェナーダイオード、 512、513・・・抵抗
101, 401 ... Power ON (input), 102, 402 ... Modulation signal (input)
103, 403 ... Transmission frequency data (input)
104, 404 ... AM modulation signal (input)
105,405 ... reference oscillator 106,406 ... frequency divider 107,407 ... phase detector 108,113,408,413 ... LPF
109, 409 ... modulator, 110, 410 ... VCO
111, 116, 411, 416 ... buffer amplifier 112, 412 ... power amplifier, 114, 414 ... transmitting antenna 115, 415 ... receiving antenna, 117 ... super regenerative detector 118, 418 ..Demodulators, 119, 419 ... Threshold regeneration 120, 420 ... Solid identification, 121,421 ... Solid identification code setting 122,422 ... Demodulated data output, 123,423 ... Match output DESCRIPTION OF SYMBOLS 200 ... Microcomputer, 201 ... Solid identification code register 202 ... Frequency code register, 203 ... Data transmission start signal 204 ... Modulation signal (output), 205 ... AM modulation signal (output) )
206 ... Transmission frequency data (output), 207 ... Power ON / OFF (output)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 301 ... Terminal, 302 ... High frequency amplifier circuit, 303 ... Feedback circuit 304 ... Blocking oscillator block, 305 ... Reproduction detection block 306 ... Reproduction detection circuit, 307 ... Blocking oscillator circuit 417 ... SH detector 501 ... frequency mixing circuit, 502 ... local oscillation circuit, 503 ... filter 504 ... intermediate frequency amplifier, 505 ... detection circuit, 506 ... AGC circuit 507・ ・ ・ Receiving signal input unit, 508 ... Local oscillation circuit corresponding unit 509 ... Filter corresponding unit, 510 ... Transistor 511 ... Zener diode, 512,513 ... Resistance
Claims (4)
The receiver receives a radio wave modulated with the individual identification code, generates demodulated data of the individual identification code, and the demodulated data and an individual identification code dedicated to the receiver set in the receiver in advance. The unidirectional wireless communication system according to claim 1, wherein the unidirectional wireless communication system has a function of outputting a coincidence output when a coincidence is detected.
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