JP2013211929A

JP2013211929A - 無線通信システム

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Publication number: JP2013211929A
Application number: JP2013140249A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Arai; 隆之新居; Hideki Takenaga; 秀樹武長; Shoji Koise; 祥二小伊勢
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2029-09-15
Also published as: JP5707558B2

Abstract

【課題】送信器が送信した無線信号のプリアンブルが受信器で見逃される可能性を低くし、短い時間で無線信号の送受信が可能な無線通信システムを提供する。
【解決手段】無線通信システムは、複数の無線チャンネルを択一的に選択して無線信号を送信する複数の送信器２０と、無線信号を受信する受信器１０とを備える。受信器１０は所定のスキャン周期ごとに、時分割によって各無線チャンネルをスキャンし、ビット同期パターンを含むプリアンブルＰＡを検出すると続くデータを受信する。プリアンブルＰＡのビット長は、受信器１０のスキャン周期の１周期分の時間に相当するビット長と、プリアンブルＰＡを検出するのに必要なビット長とを足し合わせたビット長に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の無線チャンネルを用いて無線通信を行う無線通信システムに関するものである。

近年、例えば特定小電力無線局などの無線局を用いて、遠隔地点に設置された装置の機能を始動、変更、又は、終了させるための制御信号の授受や、遠隔地点に設置された測定機の測定結果の授受を行う無線通信システムが普及している。この種の無線通信システムは、照明制御システム、防犯システム、ドアホンシステム、火災報知システム、自動遠隔検針システムなど、多種多様のシステムに適応されており、例えば、特許文献１に記載された火災報知システムがある。

この火災報知システムは、無線による通信機能を有する複数台の火災感知器（無線機）が多箇所に設置されており、何れかの火災感知器が火災を感知すると、当該火災感知器の警報を鳴動させるとともに、他の火災感知器に向けて、火災感知情報を含む無線信号を連続的に送信する。他の火災感知器は、無線信号を受信して、その無線信号に含まれる火災感知情報に基づいて警報を鳴らす。

ここで、火災感知器が送信・受信する無線信号は、同期ビット（プリアンブル）、フレーム同期パターン（ユニークワード）、宛先アドレス、送信元アドレス、メッセージ、及び、誤り検出符号とで構成されている。プリアンブルは、例えば０と１を交互に続けて並べたビット同期用のビットパターンであり、この火災報知システムでは、ビット長が８ビットに設定されている。ユニークワードは、プリアンブルとは異なるビットパターンのビット列であって、メッセージなどには含まれにくいビットパターンが使用される。また、各火災感知器は、このプリアンブル及びユニークワードを検出することで、無線信号が自システム内で利用される無線信号であることを検出し、ユニークワードに続く宛先アドレス、送信元アドレス、及び、メッセージを受信して、制御コマンドなどの必要な情報を取得する。誤り検出符号は、例えば、ＣＲＣ（ＣｙｃｌｉｃＲｅｄｕｎｄａｎｃｙＣｈｅｃｋ）などからなる誤り検出符号であり、受信した無線信号の整合性を確認して、無線信号の送受信時において何らかの原因により、ビット反転などの異常が発生したことを検出できるようにしている。

この種の無線通信システムにおいては、複数台の無線局（送信器・受信器）間で無線信号の授受を行う必要があり、特定の周波数帯域内に複数の無線チャンネルを設け、各送信器が択一的に無線チャンネルを選択して無線信号を送信するとともに、受信器が例えば時分割によって全ての無線チャンネルを所定の時間周期でスキャンすることで各送信器からの無線信号を受信する方法がとられる。ここで受信器は、所定の時間周期毎に、各無線チャンネルにおける信号強度を受信信号強度表示信号（ＲｅｃｅｉｖｅｄＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｄｉｃａｔｉｏｎ：ＲＳＳＩ）に基づいて測定し、測定した電波強度が十分であれば、同期ビットからなるプリアンブルの検出を行い、正しい同期ビットが検出されるとプリアンブルに続くユニークワード、宛先アドレス、送信元アドレスなどの受信を行う。

特開２００９−１７７３４０号公報

ところで、この種の無線伝送システムは、複数のシステムにおいて受信器側の無線局を共有することも可能であり、例えば、１台の受信器がドアホンシステムの人体検知センサからの検知信号を受信するとともに、照明制御システムの調光レベルを操作する調光信号を受信して、照明器具の調光レベルを操作するようなシステムに適応することができる。なお、ドアホンシステム及び照明制御システムには、それぞれ複数の送信器を接続することが可能である。

しかしながら、従来の無線伝送システムでは、プリアンブルのビット長はビット同期を行うために必要な最小限のビット長（上述の火災通報システムでは８ビット）に設定されている。このため、無線信号を送信する送信器が増えると、ある送信器において無線信号を送信した際に、受信器側が他の無線チャンネルをスキャンしている確率が高くなってしまい、受信器側が無線信号のプリアンブルを見逃す可能性が高まる。この場合、送信器側は、再度同じ無線信号を連送することになるが、送信するメッセージのデータ長が長い場合には、プリアンブルが見逃されてから再送されるまでに必要な時間が非常に長くなってしまい、結果として、無線信号の送信及び受信にかかる時間が長くなるという問題があった。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、送信器が送信した無線信号のプリアンブルを見逃す可能性を低くし、短い時間で無線信号の送受信が可能な無線通信システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明では、互いに周波数の異なる複数の無線チャンネルを択一的に選択して無線信号を送信する一乃至複数の送信器と、前記送信器から送信された無線信号を受信する受信器とを備え、前記無線信号は、所定のビット同期パターンが繰り返し並べられたプリアンブルと、プリアンブルに続けて並べられたデータとを有し、前記受信器は、所定のスキャン周期ごとに、時分割によりスキャン対象の無線チャンネルを順次に切り替えてスキャンし、無線チャンネルごとに前記ビット同期パターンを検出する同期ビット検出部と、前記ビット同期パターンが検出されると、プリアンブルに続く前記データを受信するデータ受信部とを備え、前記プリアンブルは前記スキャン周期の１周期分の時間に相当するビット長と、前記ビット同期パターンの検出に必要なビット長とを足し合わせたビット長を少なくとも有することを特徴とする。

この発明によれば、送信器が送信した無線信号のビット同期パターンを、受信器が検出する可能性が高まるので、送信器が送信した無線信号のプリアンブルを見逃す可能性を低くし、短い時間で無線信号の送受信をすることができる。

請求項２の発明では、請求項１記載の発明において、前記受信器は、前記スキャン対象の複数の無線チャンネルを設定するチャンネル設定手段を備え、前記送信器は、前記チャンネル設定手段で設定された無線チャンネルのチャンネル数に応じて、プリアンブルの長さを変化させることを特徴とする。

この発明によれば、受信器で設定された無線チャンネルのスキャン数に応じて、送信器のプリアンブル長を増減させることができるので、より最適なプリアンブル長を選択することができ、送信器が送信した無線信号のプリアンブルを見逃す可能性を低くしつつ、さらに短い時間で無線信号の送受信をすることができる。

請求項３の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、前記受信器は、前記スキャン対象の無線チャンネルごとに優先度を設定する優先度設定部を備え、前記同期ビット検出部は、無線チャンネルごとの前記優先度に基づいて、前記スキャン周期における無線チャンネルのスキャン回数を設定することを特徴とする。

この発明によれば、例えば１回のスキャン周期において、優先度の高い無線チャンネルにおける無線信号は複数回検知されることになるので、優先度の高い送信器からの無線信号は、より検知される可能性が高まる。

請求項４の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、前記受信器は、前記スキャン対象の無線チャンネルごとに優先度を設定する優先度設定部を備え、前記同期ビット検出部は、無線チャンネルごとの前記優先度に基づいて、前記スキャン周期における無線チャンネルのスキャン時間を設定することを特徴とする。

この発明によれば、例えば１回のスキャン周期において、優先度の高い無線チャンネルにおける無線信号を検知する期間が長くなるので、優先度の高い送信器からの無線信号は、より検知される可能性が高まる。

請求項５の発明によれば、請求項１〜４の何れか一項に記載の発明において、前記無線信号は、前記ビット同期パターンとは異なるビットパターンからなるフレーム同期パターンが前記ビット同期パターンに続けて並べられ、前記受信器は、無線チャンネルの信号強度を検出する信号強度検出部と、前記フレーム同期パターンを検出するフレーム検出部とを備え、前記信号強度検出部が所定の強度以上の信号強度を検出した後、所定の時間が経過するまでの間に、前記フレーム同期パターンが検出されない場合には、再度無線チャンネルのスキャンを開始することを特徴とする。

この発明によれば、フレーム同期パターンが検出されない場合には、再度無線信号の検出が行われるので、不正な無線信号によって他の正常な無線信号が受信できないような事態を回避することができる。

請求項６の発明によれば、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明において、前記受信器は、無線チャンネルの信号強度を検出する信号強度検出部を備え、前記データ受信部が前記データを受信している際に、信号強度検出部が検出した信号強度が所定の強度よりも低い場合には、無線信号の受信を中断するとともに、再度無線チャンネルのスキャンを開始することを特徴とする。

この発明によれば、無線信号の受信中に、信号強度が弱まると、受信を中断するとともに、再度無線信号の検出が行われるので、不正な無線信号によって他の正常な無線信号が受信できないような事態を回避することができる。

以上説明したように、本発明では、送信器から送信された無線信号のプリアンブルが受信器側で検知される可能性が高くなるので、無線信号の送信及び受信に必要な時間を短くした無線通信システムを提供することができる。

（ａ）は、本発明の実施の形態にかかる無線通信システムの無線信号のフォーマットを示す概略図であり、（ｂ）（ｃ）は同無線信号をスキャンする時間を示す概略図である。同無線通信システムの構成を示す概略ブロック図である。同無線通信システムの受信器に設定された設定内容を示すテーブルである。

以下に本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。

本実施の形態にかかる無線通信システムは、図２に示すように１台の受信器１０と、複数台の送信器２０とを備えている。本実施の形態においては、送信器２０は送信器２０ａ〜２０ｄ、２０ｘ〜２２ｚの計７台が接続されるものとして説明を行う。

送信器２０ａ…２０ｄは、受信器１０とともにドアホンシステムを構成しており、各送信器２０ａ…２０ｄは、来訪者の操作に応じて呼出信号を送信するドアホンホン子器、例えばカメラなどからなり人体検出信号を送信する人体検出センサ、又は、玄関などのドアに取着され鍵の開閉信号を送信する錠などである。また、送信器２０ｘ…２０ｚは、受信器１０とともに照明制御システムを構成しており、各送信器２０ｘ…２０ｚは、使用者の操作に応じて調光信号を送信するリモコン、光源の点灯状態を示す点灯信号を出力する照明器具、又は、天井面などに取着され照明エリアの明るさを示す照度検知信号を出力する照度センサなどである。

各送信器２０は、例えば特定小電力無線局からなる送信部２１をそれぞれ備えており、各送信器２０の種別や所属するシステムの種別に応じた情報を含む無線信号を、受信器１０に送信している。送信部２１は、特定周波数帯域内に設けた複数の無線チャンネルから、特定の無線チャンネルを択一的に選択して無線信号を受信器１０に送信する。なお、本実施の形態における各送信器２０ａ…２０ｄ、２０ｘ…２０ｚは、それぞれｃｈ１、ｃｈ２…ｃｈ７が選択されている。

受信器１０は、ドアホンシステムと照明制御システムの両システムにおける制御親機を兼用しており、例えばマイコンなどからなる制御部１１と、例えば特定小電力無線局からなる受信部１２と、不揮発性の半導体メモリからなる記憶部１３と、液晶パネルやスイッチなどからなる操作入力部１４とを備えている。

受信部１２は、制御部１１の制御に応じて動作し、スキャン対象の無線チャンネルが指定されると、その無線チャンネルにおける信号強度の測定を、例えばＲＳＳＩに基づいて行う。測定した信号強度が所定の閾値よりも高い場合には、その無線チャンネルに流れる無線信号を受信して制御部１１に出力するが、信号強度が所定の閾値よりも低い場合には、無線信号の受信は行わず、再度制御部１１によって無線チャンネルが指定されるまで待機する。

記憶部１３は、制御部１１により記録された情報が格納されており、例えば各送信器２０の優先度、識別用のアドレス、及び、無線チャンネルの番号などの情報が記憶されている。なお、本実施の形態においては、後述する操作入力部１４の操作入力に基づいて、図３に示す設定情報が記憶されており、送信器２０ａは、識別用アドレス００１、無線チャンネルｃｈ１、及び、優先度が「２」に設定されており、送信器２０ｂ…２０ｄ、２０ｘ…２０ｚについても同様の設定がなされている。なお優先度は、数字が小さくなるにつれて優先度が高いものとし、「１」が最も優先度が高いものとする。

操作入力部１４は、使用者の入力操作に応じて、制御部１１に操作入力信号を出力する。使用者は、操作入力部１４が有する液晶パネルなどに表示された文字・図形などに基づいて、操作入力部１４が有するスイッチなどを操作し、各送信器２０における識別用のアドレス、優先度、無線チャンネルの番号、及び、送信器２０の総数を追加、変更、削除などの設定変更ができる。なお、操作入力部１４で使用者が行った設定情報は、制御部１１を介して記憶部１３に記憶され、制御部１１は記録部１３に記録された情報に基づいて動作を行う。

ここで、送信器２０が受信器１０に送信する無線信号は、図１（ａ）に示すようなフォーマットが採用されており、プリアンブルＰＡ、ユニークワードＵＷ、データＤＡ、及び、誤り検出符号ＣＲで構成されている。プリアンブルＰＡは、例えば０と１を交互に繰り返すビット同期パターンからなるビット列であり、先頭ビットは０、最終ビットは１に設定され、このビット列が６４ビット以上連続した場合に限ってそのビット列をプリアンブルＰＡとしてみなすことができる。ユニークワードＵＷは、プリアンブルＰＡとは異なるビットからなり、本実施の形態においては、３２ビットの長さに設定されている。データＤＡは、送信した送信器２０の識別用アドレス、及び、送信器２０が送信を行う送信情報を含むビット列であり、送信する送信情報の内容に応じて、ビット長を可変とすることができる。誤り検出符号ＣＲはＣＲＣからなるビット列であり、送受信時において、少なくともデータＤＡを構成するビット列にビット反転などの異常を検出することが出来るように設定されている。

制御部１１は、内蔵されるタイマ（図示せず）によって所定の時間間隔（スキャン周期）ごとに受信部１２を起動し、予め設定された無線チャンネルを順次にスキャンして、いずれかの送信器２０から送信された無線信号を受信する。本実施の形態においては、図１（ｂ）に示すように、記憶部１３に記憶された設定情報に基づいて、各無線チャンネルに対して２ｍｓずつスキャンが行われる。このとき、送信器２０ｘ〜２０ｚに設定された無線チャンネルｃｈ５〜ｃｈ７の優先度は「１」に設定されているので、１周期の間に２回ずつスキャンするように設定されており、全ての無線チャンネルをスキャンするために必要なスキャン周期の１周期分の時間は２０ｍｓとなる。

具体的な各無線チャンネルのスキャンの方法としては、制御部１１が受信部１２を制御して所定の無線チャンネルにおける信号強度を検出させ、この検出した信号強度が十分であれば、受信部１２から無線信号が制御部１１に入力される。次に制御部は、受信部１２から入力された無線信号において、上述したビット同期パターンの検出を行う。各無線チャンネルにおいて、２ｍｓの間にビット同期パターンが検出されない場合には、次の無線チャンネルにスキャン対象の無線チャンネルを切り替え、再度ビット同期パターンの検出を行う。また、２ｍｓの間にビット同期パターンが検出された場合には、スキャン対象の無線チャンネルをその無線チャンネルに固定し、所定の時間継続して、プリアンブルＰＡ及びユニークワードＵＷの検出を行う。本実施の形態においては、検出を行う所定の時間として、ビット同期パターンの検出開始から４０ｍｓが設定されており、これは、全ての無線チャンネルをスキャンするのに必要な１周期分の時間２０ｍｓと、ビット列がプリアンブルＰＡであると判断するのに必要な６４ビットに対応する１３．３ｍｓと、ユニークワードＵＷのビット長である３２ビットに対応する６．７ｍｓとを足し合わせた時間である。

次に受信器１０は、ユニークワードＵＷが検出されなかった場合には、その無線チャンネルにおける無線信号の受信を中止し、再度、各無線チャンネルのスキャンを開始する。一方、ユニークワードＵＷが検出された場合には、続くデータＤＡの受信を行い、誤り訂正符号ＣＲで信号情報の異常の有無を確認し、異常が無ければ無線信号に格納された情報を取得する。なお、受信部１２は、データＤＡを受信している際にも定期的に信号強度を検出しており、信号強度が所定の閾値よりも低くなった場合には、制御部１１に信号強度の低下を示す信号を出力して、その無線チャンネルにおける無線信号の受信を終了させ、次の無線チャンネルにおける無線信号のスキャンを開始する。

このようにして、受信器１０は所定のスキャン周期（２０ｍｓ）ごとに各無線チャンネルに含まれるプリアンブルＰＡを検出して無線信号の受信を行っている。

ここで、プリアンブルＰＡのビット長は、受信器１０におけるスキャン周期（２０ｍｓ）に相当する９６ビットと、プリアンブルＰＡの検出に必要な６４ビットを足し合わせた１６０ビットに設定している。このようにすることとで、プリアンブルＰＡの先頭から９６ビットの間に受信器１０がビット同期パターンを検出する可能性が高くなり、さらにその後には、少なくともプリアンブルＰＡの検出に必要な６４ビットのビット同期パターンが続くので、受信器１０がプリアンブルＰＡを検出して無線信号の受信を行うことができる。これにより、送信器２０が送信した無線信号が受信器１０によって受信される確率が高まるので、送信器２０は同じ無線信号を再送する必要性が低くなり、送受信に必要な時間を低減することができる。

なお、受信器１０は、図１（ｃ）に示すように、優先度が高い無線チャンネルｃｈ５〜ｃｈ７を、優先度が低い無線チャンネルｃｈ１〜ｃｈ４よりも長い時間スキャンするようにしてもよく、例えばｃｈ１〜ｃｈ４を２ｍｓとし、ｃｈ５〜ｃｈ７を４ｍｓとしている。

また、本実施の形態において、各送信器２０のプリアンブルＰＡのビット長は、１６０ビットの固定長としているが、各送信器２０に設定手段を設けて、受信器１０に設定した無線チャンネルの数や、各無線チャンネルのスキャンを行う１周期の長さに応じて、変更できるようにしても良く、その変更手段として、使用者が操作入力部１４を介して受信器１０の設定を変更すると、受信器１０が送信器２０に対してプリアンブル長を指示する指示信号を送信し、送信器２０が受信した指示信号に応じて自身の送信する無線信号のプリアンブル長を変更するようにしてもよい。

なお、本実施の形態は、本無線通信システムをドアホンシステム及び照明制御システムに適応する例について説明したが、広域通信網を介して遠隔検針を行うとともに、保守端末によって保守及び検針を行う遠隔検針システムに適応してもよい。

１０受信器
１１制御部
１２受信部
１３記憶部
１４操作入力部
２０ａ…２０ｄ、２０ｘ…２０ｚ送信器
２１送信部
ＰＡプリアンブル
ＵＷユニークワード
ＤＡデータ
ＣＲ誤り検出符号

Claims

互いに周波数の異なる複数の無線チャンネルを択一的に選択して無線信号を送信する一乃至複数の送信器と、
前記送信器から送信された無線信号を受信する受信器とを備え、
前記無線信号は、所定のビット同期パターンが繰り返し並べられたプリアンブルと、プリアンブルに続けて並べられたデータとを有し、
前記受信器は、所定のスキャン周期ごとに、時分割によりスキャン対象の無線チャンネルを順次に切り替えてスキャンし、無線チャンネルごとに前記ビット同期パターンを検出する同期ビット検出部と、前記ビット同期パターンが検出されると、プリアンブルに続く前記データを受信するデータ受信部とを備え、
前記プリアンブルは前記スキャン周期の１周期分の時間に相当するビット長と、前記ビット同期パターンの検出に必要なビット長とを足し合わせたビット長を少なくとも有することを特徴とする無線通信システム。
前記受信器は、前記スキャン対象の複数の無線チャンネルを設定するチャンネル設定手段を備え、
前記送信器は、前記チャンネル設定手段で設定された無線チャンネルのチャンネル数に応じて、プリアンブルの長さを変化させることを特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
前記受信器は、前記スキャン対象の無線チャンネルごとに優先度を設定する優先度設定部を備え、前記同期ビット検出部は、無線チャンネルごとの前記優先度に基づいて、前記スキャン周期における無線チャンネルのスキャン回数を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
前記受信器は、前記スキャン対象の無線チャンネルごとに優先度を設定する優先度設定部を備え、前記同期ビット検出部は、無線チャンネルごとの前記優先度に基づいて、前記スキャン周期における無線チャンネルのスキャン時間を設定することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の無線通信システム。
前記無線信号は、前記ビット同期パターンとは異なるビットパターンからなるフレーム同期パターンが前記ビット同期パターンに続けて並べられ、
前記受信器は、無線チャンネルの信号強度を検出する信号強度検出部と、前記フレーム同期パターンを検出するフレーム検出部とを備え、前記信号強度検出部が所定の強度以上の信号強度を検出した後、所定の時間が経過するまでの間に、前記フレーム同期パターンが検出されない場合には、再度無線チャンネルのスキャンを開始することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の無線通信システム。
前記受信器は、無線チャンネルの信号強度を検出する信号強度検出部を備え、前記データ受信部が前記データを受信している際に、信号強度検出部が検出した信号強度が所定の強度よりも低い場合には、無線信号の受信を中断するとともに、再度無線チャンネルのスキャンを開始することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の無線通信システム。