JP2011101295A - セキュリティシステムの受信装置，及びセキュリティシステムの受信装置制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自動周波数制御機能を備えている場合に、ノイズの影響を排除して通信効率を向上できるセキュリティシステムの受信装置を提供する。
【解決手段】受信制御部２３は、復調制御部２４によって復調されたデータの冒頭に配置されているビット同期パターンと自身が保持している同期パターンとが一致するデータビット数を判定し、その一致データが所定ビット数未満であった場合はリセット信号を無線復調部２２に出力する。すると、ＡＦＣ部２６は、そのリセット信号を受けて自動周波数制御を初期化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発振器の発振周波数を受信信号の周波数に一致させる自動周波数制御を行い、前記発振器より出力される周波数信号を用いて受信信号を復調するセキュリティシステムの受信装置，及び前記受信装置の制御方法に関する。

ホームセキュリティシステムに使用される各装置は、一般に家屋が完成した後に配置される。そのため、ケーブルを引き回して各装置間を接続することは困難であり、各装置間の通信は無線で行うことが多く、３個以上の装置間で無線通信を行う場合が殆どである。そして、各装置が通信に使用するキャリア周波数は、仕様上で１つに定められている場合でも、通信機能部分を構成する各回路素子の定数誤差等によりずれが生じる場合がある。したがって、受信側では自動周波数制御（ＡＦＣ）を行ない、送信元のキャリア周波数に追従させて復調処理を行っている。尚、特許文献１には、ＡＦＣ機能を備えた受信装置の一構成例が開示されている。

特開平１１−１７７５０号公報

また、ホームセキュリティシステムの性質上、送信元が通信を開始するタイミングは、受信側の制御状態とは無関係に発生するため、受信側では、システムがセットされてアクティブである限り常に信号を受信できる状態になっている。ところが、受信側がＡＦＣ機能を備えていると、セキュリティシステムに使用される装置自体やその他の家電製品などが発生させる不要輻射（ノイズ）も受信して、周波数を追従させるように動作する（誤補正）ことが想定される（図８（ａ）参照）。尚、図８におけるノイズの周波数はモデル的に単一で示しているが、実際はランダムなノイズであることが多く、その周波数成分はより広がった帯域を有している。

すると、図８（ｂ）に示すように、セキュリティ装置が正常に動作した結果として信号の送信を開始した場合に、受信側の装置が対応している周波数がキャリア周波数と大幅にずれているため、周波数の追従処理が間に合わず、受信信号に含まれているデータの冒頭部分が受信できなくなってしまう。その結果、通信の再試行（リトライ）が繰り返されることになり、応答に遅れが生じる場合がある。
尚、ノイズについては例えばフィルタを用いて受信信号の通過帯域を制限することも想定されるが、その場合でも、通過帯域に周波数成分を持つノイズは排除できない。また、正常な通信信号の受信レベルを減衰させると共にコストアップにも繋がるため、必ずしも有効な対策であるとは言えない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、自動周波数制御機能を備えている場合に、ノイズの影響を排除して通信効率を向上できるセキュリティシステムの受信装置，及び前記受信装置の制御方法を提供することにある。

請求項１記載のセキュリティシステムの受信装置によれば、一致量判定手段は、復調手段によって復調されたデータの冒頭に配置されている同期パターンと自身が保持している同期パターンとの一致量を判定し、リセット制御手段は、前記一致量が所定量未満であった場合はリセット信号を周波数制御手段に出力する。すると、周波数制御手段は、そのリセット信号を受けて、受信信号に対する自動周波数制御を初期化させる。
すなわち、セキュリティシステムを構成する装置より送信された通常の信号であれば、その冒頭には、受信側の処理について同期をとるために利用される同期パターンを構成するデータが配置されている。そして、周波数制御手段がノイズの周波数に追従するように自動周波数制御を行った結果、復調手段が復調を行うことで得られるデータはランダムなデータとなるので、一致量判定手段が自身で保持している同期パターンとの一致量を判定すれば、両者は殆ど一致しないはずである。

その場合に、リセット制御手段が周波数制御手段にリセット信号を出力して自動周波数制御を初期化させれば、発振器の発振周波数が初期化されて初期値に戻る。したがって、上記初期化のタイミング以降にセキュリティシステムを構成する装置より信号が送信されると、周波数制御手段は、その信号の周波数に対して直ちに追従するように自動周波数制御を行うことができ、各装置間の通信が迅速に行われるようになり、セキュリティシステムの処理効率を向上させることができる。

尚、データの受信が失敗した場合に、制御系を初期化する技術に限って言えば様々なものが既に存在すると考えるが、本発明のようなセキュリティシステムの受信装置の場合、システム構成が各家屋毎に異なるため、通信相手となる送信装置側を事前に選ぶことができない。したがって、受信装置側にキャリア周波数のずれを修正する機能を持たせることが不可避であり、そのため受信側の周波数がノイズに追従してしまうことで受信が失敗し、再試行を繰り返すと処理効率が大幅に低下することになる。そこで、本発明のように周波数制御手段を初期化すれば、セキュリティシステムの処理効率の向上を有効に図ることができ、斯様な観点から初期化を行う技術については同様のものは従来存在せず、本発明は新規性及び進歩性を備えていると考える。

一実施例であり、本体装置における受信回路部分の構成を概略的に示す機能ブロック図 受信制御部の制御内容を示すフローチャート 自動周波数制御をモデル的に説明する図 復調された受信データ波形の一例であり、（ａ）は従来技術、（ｂ）は本実施例に対応する波形を示す図 ホームセキュリティシステムの全体構成を示す図 端末装置の電気的構成を示す図 本体装置の電気的構成を示す図 従来技術を示す図３相当図

以下、一実施例について図１ないし図７を参照して説明する。図５はホームセキュリティシステムの全体構成を示している。同図において、家屋１には、複数、例えば５台の端末装置２〜６と、１台の本体装置７とが設けられている。上記端末装置２〜端末装置６は、夫々異なる異常状態を検知する。即ち、端末装置２は、ガスセンサを有し、台所に設けられてガス調理器などからのガス漏れを検知する。端末装置３は、温度センサ或いは煙センサを有し、台所に設けられて火災発生を検知する。端末装置４は、水漏れセンサを有し、トイレの水道配管などに設けられて水漏れを検知する。

端末装置５は、人センサを有し、玄関に設けられて玄関からの人の侵入を検知する。端末装置６も人センサを有し、居間などの窓からの人の侵入を検知する。なお、端末装置５，６は、それぞれ玄関ドア、窓の戸がロックされたことを条件に、玄関の開口部や窓の開口部からの人の侵入を検知するものである。そして、端末装置２〜６は、その検知結果を例えば周波数が数１００ＭＨｚ程度の電波信号をキャリアとして、例えばＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調することでデータを送信する。

図６は端末装置２〜６の電気的構成を示す。これらの端末装置２〜６は、制御部８に、センサ９、スイッチ群１０、送受信回路１１を接続して構成されている。制御部８は、マイクロコンピュータからなり、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを有している。スイッチ群１０は、例えば複数のディップスイッチ１０ａと、押釦スイッチ１０ｂからなる。送受信回路１１は、アンテナ１１Ａを介して本体装置７と、或いは他の端末装置との間で通信を行う。

スイッチ群１０の各スイッチを操作すると、その操作信号が制御部８に入力される。制御部８は、スイッチ操作信号に応じて各種の設定を行うことができるようになっている。例えば、ディップスイッチ１０ａの操作により、例えば自端末装置のＩＤ（識別番号）を設定したり、通信機能（送信／受信のみ可能、或いは送受信が可能など）を設定したり、通信相手の選択設定などが可能となっている。上記のような事項を設定した後に押釦スイッチ１０ｂを操作すると、当該設定事項が本体装置７に送信される。本体装置７は、端末装置２〜６から送信された設定事項を記憶（登録）する。

図７は、本体装置７の電気的構成を示すブロック図である。本体装置７は、制御部１２に、送受信回路１３、警報発生回路１４、通話コントロール回路１５を接続して構成されている。制御部１２は、マイクロコンピュータからなり、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを有している。そして、前述の端末装置２〜６から送信された設定事項は、記憶手段としてのＲＡＭに記憶される。
送受信回路１３は、アンテナ１３Ａを介して所定周波数の電波信号を発したり、所定周波数の電波信号を受信したりする。制御部１２は、本体装置７からの電波を受信するとして設定された端末装置にそのＩＤを指定して電波信号を送信する。指定されたＩＤの端末装置は、本体装置７から送信された電波信号を受信し、電波信号の内容に応じた処理を行う。

また、制御部１２は、端末装置２〜６から送信された電波信号を受信し、その受信した電波信号に応じた処理を行う。即ち、制御部１２は、端末装置２〜６から異常検知の信号を受信すると、警報発生回路１４を介してスピーカ１６から警報音を発する報知動作を行う。また、制御部１２は、異常を検知した端末装置に応じて予め設定された送信先、例えば警備保障会社、或いは消防署、警察、ガス会社などに通信コントロール回路１５を介して通報する。

図１は、例えば本体装置７の送受信回路１３において、受信回路部分の構成を概略的に示す機能ブロック図である。受信回路（受信装置）２１は、無線復調部２２と、受信制御部（一致量判定手段，リセット制御手段）２３とで構成されている。無線復調部２２において、復調制御部（復調手段）２４は、アンテナ１３Ａを介して受信した無線電波信号を同期検波方式により検波し、復調したマンチェスタ符号データを復号化する。復号化されたデータは、インターフェース部２５を介して受信制御部２３に出力される。

ＡＦＣ部（周波数制御手段）２６は、復調制御部２４が受信した電波信号の周波数と、受信側発振部（発振器）２７が発振出力した信号の周波数とを周波数差検出部２８で検出すると、その周波数差に応じた補正値を受信側発振部２７に出力する。受信側発振部２７は、例えばＤＣＯ（Digital Controlled Oscillator）やＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）で構成され、ＡＦＣ部２６より与えられた補正値に応じて発振周波数を変化させ、発振信号を復調制御部２４に出力する。
以上の制御ループによって、受信側発振部２７の発振周波数は復調制御部２４が受信した電波信号の周波数に一致するように（すなわち周波数の補正値がゼロとなるように）制御される（自動周波数制御）。そして、復調制御部２４は、受信側発振部２７の発振信号を用いて同期検波を行う。

また、受信制御部２３は、無線復調部２２に対し、インターフェース部２５を介して受信設定を行うと共にリセット信号を出力する。ここで「受信設定」とは、本体装置７と各端末装置２〜６とが通信を行うキャリア周波数のチャネルを設定することである。無線復調部２２は、リセット信号が与えられると、ＡＦＣ部２６が自動周波数制御において保持している周波数補正値をゼロクリアする。

次に、本実施例の作用について図２ないし図４も参照して説明する。図２は、受信制御部２３の制御内容を示すフローチャートである。先ず、無線復調部２２にリセット信号を出力してＡＦＣ部２６を初期化すると（ステップＳ１）受信設定を行い（ステップＳ２）、無線復調部２２が電波信号を受信して復調（検波及び復号化）されたデータ波形が出力されるまで待機する（ステップＳ３）。すなわち、無線復調部２２では、ステップＳ２からＳ３に移行するまでの間に、ＡＦＣ部２６が受信信号周波数に対する自動周波数制御を行う。

そして、受信側発振部２７の発振周波数が受信信号周波数に一致して復調が行われ、ステップＳ３においてデータ波形が出力されると、タイマによる計時をスタートさせて（ステップＳ４）、復調データの冒頭に配置されているビット同期用のデータが所定ビット数以上検出されるか否かを判断する（ステップＳ５）。ここで、ビット同期用のデータは、例えば「０」を示すデータが連続して複数（例えば４０）ビット配置されており、それらの一部（例えば８ビット以上）を検出できれば「ビット同期検出」と判断する。すなわち、受信制御部２３は、ビット同期用のデータパターンが４０ビット連続の「０」データであることを予め記憶保持しており、実際の受信データがそのデータパターンに一致するビット数（一致量）を判断する。

ステップＳ５において、連続する「０」データが８ビット未満であり、ビット同期データが検出されなければ、ステップＳ４でスタートさせたタイマが所定時間を計時することでタイムアウトしたか否かを判断し（ステップＳ６）、タイムアウトしていなければステップＳ５に戻ってビット同期検出を継続する。
一方、無線復調部２２が受信した信号が、端末装置２〜６の何れかが異常をセンサにより検知することで送信した信号であれば、タイムアウトする以前にステップＳ５で連続する「０」データが８ビット以上となり、ビット同期データが検出されてステップＳ７に移行する。尚、上記のタイムアウト時間は、通信データ速度と、ステップＳ５において「ビット同期検出」を判定する一致ビット数を、何ビットに設定するかに基づいて決定すれば良い。

ステップＳ７では、復調データにおいてビット同期データに続いて配置されているフレーム同期用のデータを検出する。フレーム同期用のデータは、例えば「１０００１０００」等のデータであり、ビット同期データの「０」に続いてデータが「１」に変化するタイミングを捉えて、フレーム同期データに続いて配置される受信データ本体を適切に読み取るために使用される。フレーム同期データを検出すると受信データを読み取り（ステップＳ８）、その末部に配置されているＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）データを演算することで、受信データが正常か否かを判断する（ステップＳ９）。ここで受信データが正常（ＣＲＣ正常）であれば受信処理は完了となる。尚、ステップＳ７〜Ｓ９が実質的な「データ受信処理」に相当する。

ここで、無線復調部２２が端末装置２〜６の何れかが送信した信号ではなく、家屋１内に配置されている他の装置等が発生したノイズである場合を想定する。この時、ＡＦＣ部２６は、受信側発振部２７の発振周波数をノイズの周波数に合わせるように制御する。そして、復調制御部２４により出力されたデータはランダムなデータとなるから、ステップＳ５においてビット同期データは検出されず（一致データ数が８ビット未満）、ステップＳ６においてタイムアウトになる。

すると、受信制御部２３は、その時点までに受信しているデータを破棄してから（ステップＳ１０）ステップＳ１に戻り、無線復調部２２にリセット信号を出力する。これにより、ＡＦＣ部２６における自動周波数制御の状態は初期化されて、受信側発振部２７の発振周波数は初期値に戻る。尚、ステップＳ７においてフレーム同期データが検出されなかった場合や、ステップＳ９においてＣＲＣによる判定結果が正常でなかった場合も、同様にステップＳ１０に移行する。

図３は図８相当図であり、本実施例における自動周波数制御の場合を示す。図３（ａ）に示すように、端末装置２〜６の何れかが送信を開始する前にノイズが発生した場合、無線復調部２２は、ノイズの周波数に対して追従しつつ復調処理を行うが、ビット同期データが検出されないためＡＦＣ部２６がリセットされて周波数補正値はゼロとなり、ノイズの周波数に対する追従処理は中断される。
したがって、図３（ｂ）に示すように、その後に端末装置２〜６の何れかが送信を開始すれば、無線復調部２２は、直ちに受信信号の周波数に追従するように自動周波数制御を行うことができる。すなわち従来技術の場合、図８（ｂ）に示すように、ノイズの周波数に追従している状態から端末装置２〜６の何れかによる送信信号周波数に追従するまでの補正に要する時間をＴc1とすると、本実施例の場合は、受信側発振部２７の初期化された発振周波数からの補正時間はＴc2となり、極めて短くなる。

また図４は、復調された受信データ波形の一例を示す。図４（ａ）は従来技術に対応しており、上段が送信データ，下段が受信データである。この場合、ランダムノイズが発生している期間でも自動周波数制御（ＡＦＣ動作）を行っているため、正常なデータが送信されても、受信側が直ちに送信周波数に追従できず、ビット同期データを冒頭から受信することができていない（無線復調部が正常な復調データを出力できない）。このため、受信できたビット同期データが所定ビット数未満であれば、以降の受信ができず、データを破棄して受信をリトライする必要がある。

そして、図４（ｂ）は本実施例の場合であり、ランダムノイズが発生している期間では、タイムアウト期間内にビット同期データの一部が検出できずＡＦＣ動作がリセット（リフレッシュ）されている。したがって、正常なデータが送信されると受信側が直ちに送信周波数に追従できるため、ビット同期データを冒頭付近から受信できている。

以上のように本実施例によれば、受信制御部２３は、復調制御部２４によって復調されたデータの冒頭に配置されているビット同期パターンと自身が保持している同期パターンとが一致するデータビット数を判定し、一致したデータが所定ビット数未満であった場合はリセット信号を無線復調部２２に出力する。すると、ＡＦＣ部２６は、そのリセット信号を受けて自動周波数制御を初期化するようにした。

これにより、無線復調部２２が、他の家電機器などが発生させた不要輻射ノイズを受信した場合でも、ＡＦＣ部２６がノイズの周波数に追従しようとする途中で自動周波数制御が初期化され、周波数補正値がゼロとなり受信側発振部２７の発振周波数は初期値に戻る。そして、上記初期化のタイミング以降にセキュリティシステムを構成する端末装置２〜６より信号が送信されると、ＡＦＣ部２６は、その信号の周波数に対して直ちに追従するように自動周波数制御を行うことができ、端末装置２〜６と本体装置７との間の通信が迅速に行われるようになる。

したがって、従来のように、ノイズの影響を受けて正常な通信信号の受信応答が遅れることで通信の再試行が繰り返されることを回避して、セキュリティシステムの処理効率を向上させることができる。また、常に特定値（初期値）から端末装置２〜６により送信された正規な信号の受信処理が行われるため、本体装置７の開発段階における開発者の観点から見た場合、送信信号に対し、ノイズ帯全域を考慮してビット同期をどれだけ持たせるべきかを検討する手間を省くことができる。よって、開発作業が容易になるという効果もある。

本発明は上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
ビット同期用のデータ数は、４０ビットに限ることなく変更して良い。また、データ「１」が連続するパターンでも良く、その場合、フレーム同期用の最初のデータを「０」にすれば良い。
ビット同期データの検出判定を行う場合の所定ビット数は、８ビットに限ることなく適宜変更して良い。
ＡＦＣ部２６及び受信側発振部２７は、アナログ回路，デジタル回路の何れで構成しても良い。
変調方式はＦＳＫに限ることなく、例えばＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）やＰＳＫ（Phase Shift Keying）など、その他のデジタル変調方式を採用しても良い。
受信機能だけを備えた装置に適用しても良い。

図面中、２１は受信回路（受信装置）、２３は受信制御部（一致量判定手段，リセット制御手段）、２４は復調制御部（復調手段）、２６はＡＦＣ部（周波数制御手段）、２７は受信側発振部（発振器）を示す。

Claims (2)

1. セキュリティシステムに使用される装置間で無線通信を行う受信装置において、
   発振周波数が制御可能な発振器と、
   この発振器の発振周波数を受信信号の周波数に一致させる自動周波数制御を行う周波数制御手段と、
   前記発振器より出力される周波数信号を用いて前記受信信号の復調処理を行い、復調したデータを出力する復調手段と、
   この復調手段によって復調されたデータの冒頭に配置されている同期パターンと、自身が保持している同期パターンとの一致量を判定する一致量判定手段と、
   前記一致量が所定量未満であった場合は、リセット信号を前記周波数制御手段に出力し、前記周波数制御手段の周波数制御を初期化するリセット制御手段とを備えたことを特徴とするセキュリティシステムの受信装置。
2. セキュリティシステムに使用される装置間で無線通信を行う受信装置を制御する方法において、
   発振周波数が制御可能な発振器を用い、前記発振周波数を受信信号の周波数に一致させるように自動周波数制御を行い、
   前記発振器より出力される周波数信号を用いて前記受信信号の復調処理を行うと、復調したデータを出力し、
   前記復調したデータの冒頭に配置されている同期パターンと、自身が保持している同期パターンとの一致量を判定し、
   前記一致量が所定量未満であった場合は、前記自動周波数制御の制御状態を初期化することを特徴とするセキュリティシステムの受信装置制御方法。

Images