JP2016213558A - 無線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の無線装置からなる無線通信システムにおいて、通信エラーが発生した場合、その原因が通信環境によるものか、または無線装置の故障によるものかを容易に判別する。【解決手段】第１のモードと第２のモードとを切り換えて実行する、スーパヘテロダイン方式に比べて低い中間周波数を用いるＬｏｗ−ＩＦ方式の受信回路を備えた無線装置１０であって、制御回路２１は、第２のモードが設定されると、自装置が送信する変調波の周波数と受信帯域の周波数とが重複するように設定して自装置内で送受信を行い、受信した変調波の受信電界強度を検出して閾値と比較し、当該比較結果にしたがい無線装置が内蔵する無線回路の異常か通信環境による異常かを診断する。【選択図】図１

Description

本発明は、第１のモード（通常動作モード）と第２のモード（テストモード）とを切り換え実行する、スーパヘテロダイン方式に比べて低い中間周波数を用いるＬｏｗ−ＩＦ（ロー中間周波数）方式の受信回路を備えた無線装置に関する。

スーパヘテロダイン方式に比べて中間周波数をより低く設定することで、中間周波数変換の段数を減らし、部品点数の削減がはかれるＬｏｗ−ＩＦ（中間周波数）方式の受信回路を備えた無線装置が知られている。この無線装置によれば、ダイレクトコンバージョン方式におけるＤＣオフセットの問題も解決され、このため、最近の無線装置の受信回路はＬｏｗ−ＩＦ方式によるものが主流になっている。

図４に、Ｌｏｗ−ＩＦ方式の受信回路を備えた無線装置３０の代表的な構成がブロック図で示されている。図４に示すように、無線装置３０は、送信波を、例えば、４２９．２５［ＭＨｚ］の受信周波数、±２［ｋＨｚ］の周波数偏移幅で変調する場合、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）発振回路３９は、４２９．７５［ＭＨｚ］の局部発信周波数を生成してミキサ３４に供給する。このことにより、ミキサ３４で受信信号が周波数変換され、４２９．２５［ＭＨｚ］±２［ｋＨｚ］の信号は中間周波数５００［ｋＨｚ］±２［ｋＨｚ］の信号に変換される。

この信号が受信側アンプ（アンプ３５）で増幅され、後段の受信帯域フィルタ３６で、例えば、受信帯域幅６ｋＨｚを通過させ不要な成分が除去される。次に、ＲＳＳＩ検出回路３７で検波され、信号レベルの受信電界強度値（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）が出力される。

上記した無線装置３０が複数接続される、例えば、ガス検針システム等の無線通信システムにおいて、通信エラーが発生した場合、その原因が通信環境悪化によるノイズによるものか、無線装置３０が内蔵する無線回路の故障によるものかを切り分けて判断し、対策を練る必要がある。従来、無線装置３０が内蔵する無線回路が故障しているか否かを判断するために、例えば、特許文献１に開示されているように、通信機器を持参し、この通信機器との通信によりテストを行う方法が知られている。

特開２００９−２３７９２１号公報

しかしながら、この方法によれば、通信エラーが発生した場合、無線装置３０が内蔵する無線回路の故障によるものか、通信環境悪化により発生するノイズによるものかを判断することができなかった。また、無線装置３０に試験機を接続することで無線回路の動作確認を行う場合は、無線装置３０をシステムから一旦切り離して工場へ持参し、工場の検査工程で動作確認を行う手間が必要である。したがって、現場で通信エラーの発生要因を判断することができない。なお、無線装置は良好な通信環境を維持するため上流に設置されることが多く、このためシステムからの切り離しも容易でない。

ところで、試験機を使用することなく、システムを構成する無線装置のみで動作確認を行うために、送信と受信を同時に実行する必要がある。例えば、図４に示すように、従来の無線装置３０は、送信側の発振回路と受信側のＶＣＯ発振回路３９（局部発振回路）を兼用するため、別々の周波数で同時動作させることができない。この場合、受信用の局部発振周波数は送信周波数とは異なるため、同時動作させることができず、したがって、自装置の送信波を受信することができない。

仮に、受信用のＶＣＯ発振回路３９の周波数を送信周波数と同じ周波数に設定しても、ミキサ３４から出力される受信信号は、ベースバンド信号の、例えば０〜２ｋＨｚで低い周波数帯になるため、後段のＩＦアンプ（アンプ３５）を通過して受信帯域フィルタ３６で、中心周波数の、例えば５００［ｋＨｚ］の受信帯域６［ｋＨｚ］によって信号が全て除去され、信号が出力されない。このため、ＲＳＳＩ検出回路３７で検波されることもなく、その結果、ＲＳＳＩ値も正常に出力されない。

本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、複数の無線装置で構成される無線通信システムにおいて、通信エラーが発生した場合、その原因が通信環境によるものかまたは無線装置の故障によるものかを容易に判別可能な、無線装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために本発明は、第１のモードと第２のモードとを切り換えて実行する、スーパヘテロダイン方式に比べて低い中間周波数を用いるＬｏｗ−ＩＦ方式の受信回路を備えた、無線装置であって、前記第１のモードが設定されると、送信信号を局部発信周波数信号により中間周波数信号に変換して変調波を生成し、他の無線装置に送信する無線回路と、前記第２のモードが設定されると、自装置が送信する前記変調波の周波数と受信帯域の周波数とが重複するように設定して自装置内で送受信を行い、受信した前記変調波の受信電界強度を検出して閾値と比較し、当該比較の結果にしたがい通信エラーが発生した際に前記無線回路の異常か通信環境による異常かを診断する制御回路と、を備えたことを特徴とする。

本発明において、前記制御回路は、前記送信信号を、設定される前記中間周波数の周波数偏移幅で変調して電波法における副次的発射強度で送信する送信処理と、前記送信信号に等しい周波数で局部発信を行い前記受信帯域の幅を前記第１のモードに比べて広く設定して受信する受信処理と、を実行することを特徴とする。

本発明において、前記制御回路は、前記第２のモードが設定されると、キャリアセンスを行って空きチャネルをサーチして前記空きチャネルの数のログを取得し、前記チャネル数のログの推移を判定して前記通信環境を把握することを特徴とする。

本発明によれば、複数の無線装置で構成される無線通信システムにおいて通信エラーが発生した場合、その原因が通信環境によるものかまたは無線装置の故障によるものかを容易に判別可能な、無線装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る無線装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る無線装置のＩＦ−周波数特性図である。 本発明の実施の形態に係る無線装置の動作を示すフローチャートである。 従来の無線装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態（以下、単に本実施形態という）に係る無線装置について図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施形態の構成）
図１は、本実施形態に係る無線装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る無線装置１０は、第１のモード（通常動作モード）と第２のモード（テストモード）とを切り換えて実行する、スーパヘテロダイン方式に比べて低い中間周波数を用いるＬｏｗ−ＩＦ方式の受信回路を備えた無線装置である。

図１に示すように、本実施形態に係る無線装置１０は、通常動作モードが設定されると、送信信号をＶＣＯ発振回路１９により変調波を生成し、他の無線装置に送信する無線回路と、制御回路２１と、により構成される。なお、無線回路は、アンテナ１１と、アンテナスイッチ１２と、受信側アンプ（アンプ１３）と、ミキサ１４と、ＩＦアンプ（アンプ１５）と、受信帯域フィルタ１６と、ＲＳＳＩ検出回路１７と、送信側アンプ（アンプ１８）と、ＶＣＯ発振回路１９と、変調回路２０と、を含み構成される。

アンテナ１１は、高周波エネルギーを電磁波として空間に放射し、あるいは空間のエネルギーを高周波エネルギーに相互変換する送受信兼用アンテナである。送受信の切り換えはアンテナスイッチ１２により行われる。アンプ１３は、受信波を増幅して受信信号を生成してミキサ１４へ出力する。ミキサ１４には、他に、ＶＣＯ発振回路１９により生成される局部発信周波数信号が供給されている。ミキサ１４は、受信信号を中間周波数（ＩＦ）信号に変換してアンプ１５へ出力する。

アンプ１５は、中間周波数信号を増幅して後段の受信帯域フィルタ１６へ出力する。受信帯域フィルタ１６は、中間周波数信号の受信帯域幅の信号を通過させ、不要な成分を除去してＲＳＳＩ検出回路１７へ出力する。ＲＳＳＩ検出回路１７は、ＲＳＳＩ値を検出して制御回路２１へ出力する。変調回路２０は、送信信号に変調をかけ、アンプ１８で増幅して得られる送信波を、アンテナスイッチ１２、アンテナ１１経由で図示省略した他の無線装置へ送信する。

制御回路２１は、通常動作モードで無線回路を制御して信号の送受信を行うとともに、定期的に自動設定されるか、外部入力により不定期にテストモードに切り換え設定されると、無線装置１０に内蔵された無線回路の自己診断を行う。自己診断を行うにあたり、制御回路２１は、自装置１０が送信する変調波の周波数と受信帯域の周波数とが重複するように設定して自装置１０内で動作確認用の信号の送受信を行なう。

そして制御回路２１は、ＲＳＳＩ検出回路１７により検出される受信した変調波の受信信号強度と閾値とを比較し、その比較結果にしたがい、通信エラー発生時に、自装置１０が内蔵する無線回路の故障か、通信環境に依存して発生するノイズによる異常かを自己診断する。このとき、制御回路２１は、テストモードが設定されると、送信波を、設定される中間周波数の周波数偏移幅で変調し、特定小電力無線に係る電波法で規定された副次的発射強度で送信し、送信波に等しい周波数で局部発信を行い、受信帯域の幅を通常動作モードに比べて広く設定してもよい。

制御回路２１は、例えば、４２９［ＭＨｚ］帯の特定小電力無線の無線帯域を使用する場合、中間周波数を５００［ｋＨｚ］程度に設定する。そして、動作確認のため、変調回路２０を制御して、送信波に±５００［ｋＨｚ］程度の周波数偏移でＦＭ（Frequency Modulation）またはＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調をかけ、特定小電力無線で規定された電波法の副次的発射強度の規格を満足させるため−３０［ｄＢｍ］程度の微弱な出力で送信する。このとき、アンテナスイッチ１２は受信側に切り替え、同時に、送信側アンプ１８もＯＦＦに設定しておく。

一方、受信側では、送信周波数と同じ周波数でＶＣＯ発振回路１９から局部発振信号を出力し、中間周波数信号の受信帯域フィルタ１６の受信帯域幅を、通常動作モードの送信時よりも広い４００［ｋＨｚ］程度に設定する。このように設定することで、例えば、図２に周波数特性を示すように、変調波の最端の周波数を受信帯域の最端でわずかに受信できるようになり、その結果、ＲＳＳＩ検出回路１７でＲＳＳＩ値の検出が可能になる。なお、図２のＩＦ−周波数特性図において、中間周波数をＡ、受信帯域幅をＢ、受信可能な周波数偏移をＣとした場合、Ｃ＞＞Ａ−Ｂ／２の関係が成立する。

制御回路２１は、ＲＳＳＩ検出回路１７で検出されたＲＳＳＩ値と、閾値とを比較し、ＲＳＳＩ値が閾値以下になった場合は、内蔵の無線回路が故障していると判定することができ、また、閾値以上の場合は、通信環境の影響によるノイズであると判定することができ、以上のようにして無線装置１０の自己診断が可能になる。なお、制御回路２１は、テストモードが設定されると、キャリアセンスを行って空きチャネルをサーチして空きチャネルの数のログを取得し、チャネル数のログの推移を参照することにより通信環境を把握してもよい。詳細は後述する。

なお、制御回路２１は、例えば、マイクロプロセッサを実装し、マイクロプロセッサが、外付けされるメモリまたは内蔵メモリに記録されたプログラムを順次読み出し実行することにより、テストモードが設定されると、送信信号を、設定される中間周波数の周波数偏移幅で変調して特定小電力無線における副次的発射強度で送信する送信処理と、送信信号に等しい周波数で局部発信を行い受信帯域の幅を通常動作モードに比べて広く設定して受信する受信処理と、を実行する。

具体的に、制御回路２１は、自装置１０が通常動作モードからテストモードに切り換わると、送信する変調波の周波数と受信帯域の周波数とが重複するように設定して自装置１０内で送受信を行ない、そして、受信した変調波のＲＳＳＩを検出して閾値と比較し、比較結果にしたがい、通信エラー発生時に、自装置１０が内蔵する無線回路の異常か、通信環境による異常かを自己診断する機能を実行するものとする。

（実施形態の動作）
図３は、本実施形態に係る無線装置１０の動作を示すフローチャートである。以下、図３のフローチャートを参照しながら、図１に示す本実施形態に係る無線装置１０（制御回路（２１）の動作について詳細に説明する。

制御回路２１により実行される自己診断処理は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６に至る送信処理と、ステップＳ１０７〜Ｓ１１３に至る受信処理とに大別される。例えば、制御回路２１に外付けされるＤＩＰ（Dual Inline Package）スイッチが通常動作モードに設定されていると、ガス検針等の無線システムにおいて、通信が確立された相手無線装置との間で通常のデータ交換を行う。一方、ＤＩＰスイッチを通常動作モードからテストモード（自己診断モード）に切り換わると（ステップＳ１０１）、制御回路２１は、まず、キャリアセンスを行い、空いているチャネルを探すチャネルサーチを実行する（ステップＳ１０２）。

なお、ＤＩＰスイッチ操作によらず、通常動作モードでの送受信処理の中に一定周期でテストモードでの送受信処理を挿入し、自動で自己診断を行ってもよい。また、ステップＳ１０２のチャネルサーチは複数回トライするものとし、空いているチャネルが見つからなければ（ステップＳ１０３“ＮＯ”）、通信環境が悪化してノイズ有りと判断する（ステップＳ１１３）。

一方、空いているチャネルが発見されると（ステップＳ１０３“ＹＥＳ”）、制御回路２１は、送信周波数を４２９．２５［ＭＨｚ］とし、ＶＣＯ発振回路１９を制御して中間周波数を５００［ｋＨｚ］に設定する（ステップＳ１０４）。そして、変調回路２０を制御し、±５００［ｋＨｚ］の周波数偏移幅で送信波に変調をかけ、アンテナスイッチ１２を受信側に切り換え、送信アンプをＯＦＦ設定して（ステップＳ１０６）、特定小電力無線において電波法で規定されている副次的電界強度に収まるように−３０［ｄＢｍ］の出力で送信する（ステップＳ１０７）。以上で送信処理が終了する。

次に、制御回路２１は、アンプ１８をＯＦＦに設定することで受信処理を開始する。これは、テストモード実行にあたり無線装置１０内で閉じて確認用の信号の送受信を行うためである。ここで、制御回路２１は、アンテナスイッチ１２を受信側に切り換え、ＶＣＯ発振回路１９を制御することで、送信時と同様、中間周波数を５００［ｋＨｚ］に設定する（ステップＳ１０８）。同時に、中間周波数の受信帯域フィルタ１６の周波数範囲を、通常動作モードより広い４００［ｋＨｚ］に設定する（ステップＳ１０９）。以上の設定により、例えば、図２のＩＦ−周波数特性図中に吹き出しで示すように、変調波の最端の周波数を受信帯域の最端でわずかに受信できるようになり、ＲＳＳＩ検出回路１７で受信信号のＲＳＳＩ値の検出が可能になる。

最後に、制御回路２１は、ＲＳＳＩ検出回路１７で検出された受信信号のＲＳＳＩ値と閾値とを比較して通信エラー時の自己診断を行う（ステップＳ１１０）。すなわち、比較の結果、ＲＳＳＩ値が閾値未満になった場合は（ステップＳ１１１“ＹＥＳ”）、内蔵の無線回路が故障していると判断でき、例えば、図示省略したＬＥＤ（Light Emitted Diode）等の表示によりオペレータに報知する（ステップＳ１１２）。一方、閾値以上の場合は（ステップＳ１１１“ＮＯ”）、通信環境悪化によるノイズによる影響であると判断することができる（ステップＳ１１３）。

なお、図３のフローチャートでは図示省略されているが、ステップＳ１０３でキャリアセンスを行ってチャネルサーチを繰り返す際に、制御回路２１が、空きチャネルの数のログを取得し、当該ログを参照して空きチャネル数の推移から通信環境を把握してもよい。

（実施形態の効果）
以上説明のように、本実施形態に係る無線装置１０によれば、通常動作モードからテストモードへ切り換わると、自装置１０が送信する変調波の周波数と受信帯域の周波数とが重複するように、中間周波数と、周波数偏移幅と、受信帯域幅を設定し、自装置１０内で送受信を行なうことで、内蔵の無線回路の故障か、自装置１０の設置場所の通信環境の悪化によるものかを自己診断することができ、その結果、通信エラーの原因を現場で判断することができる。

このために、制御回路２１は、例えば、中間周波数を５００［ｋＨｚ］程度とし、動作確認用の送信波に±５００［ｋＨｚ］程度の周波数偏移幅でＦＭまたはＦＳＫ変調をかけ、特定小電力無線用に電波法で規定された副次的発射強度を満足させるため、−３０［ｄＢｍ］程度の出力で送信する。このとき、アンテナスイッチ１２は受信側に切り替え、同時に送信側アンプ１８もＯＦＦに設定しておく。これは、テストモード時、無線装置１０内で閉じて動作確認用の信号の送受信を行うためである。そして、受信側で、送信周波数と同じ周波数で局部発振出力を生成し、中間周波数の受信帯域フィルタ１６の受信帯域幅を４００［ｋＨｚ］程度に設定して通常動作モード時よりも広くしておく。

上記の設定により、図２のＩＦ−周波数特性図の吹き出しで示すように、微弱信号を変調波の最も端の周波数を受信帯域の最端でわずかに受信できるようになり、ＲＳＳＩ検出回路Ｉ１７でのＲＳＳＩ値の検出が可能になる。このため、制御回路２１は、検出されたＲＳＳＩ値と閾値との比較により、閾値未満の場合は自装置１０が内蔵する無線回路が故障であると判断することができる。なお、制御回路２１が、空きチャネルの数のログを取得し、当該ログを参照して空きチャネル数の推移から通信環境を把握することで、通信エラーの要因が通信環境によるノイズであると判断してもよい。

なお、本実施形態に係る無線装置１０により実現される自己診断機能は、ガス検針を行う無線システムに適用されるものとして説明したが、電気、水道の検針はもとより、汎用の無線通信等、電波を用いる無線を使用した無線システム全般において、同じ設定で適用が可能である。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。またそのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０…無線装置、１１…アンテナ、１２…アンテナスイッチ、１３、１５、１８…アンプ、１４…ミキサ、１６…受信帯域フィルタ、１７…ＲＳＳＩ検出回路、１９…ＶＣＯ発振回路、２０…変調回路、２１…制御回路

Claims (3)

1. 第１のモードと第２のモードとを切り換えて実行する、スーパヘテロダイン方式に比べて低い中間周波数を用いるＬｏｗ−ＩＦ方式の受信回路を備えた、無線装置であって、
   前記第１のモードが設定されると、送信信号を局部発信周波数信号により中間周波数信号に変換して変調波を生成し、他の無線装置に送信する無線回路と、
   前記第２のモードが設定されると、自装置が送信する前記変調波の周波数と受信帯域の周波数とが重複するように設定して自装置内で送受信を行い、受信した前記変調波の受信信号強度を検出して閾値と比較し、当該比較の結果にしたがい通信エラーが発生した際に前記無線回路の異常か通信環境による異常かを診断する制御回路と、
   を備えたことを特徴とする無線装置。
2. 前記制御回路は、
   前記送信信号を、設定される前記中間周波数の周波数偏移幅で変調して特定小電力無線における副次的発射強度で送信する送信処理と、前記送信信号に等しい周波数で局部発信を行い前記受信帯域の幅を前記第１のモードに比べて広く設定して受信する受信処理と、を実行することを特徴とする請求項１記載の無線装置。
3. 前記制御回路は、
   前記第２のモードが設定されると、キャリアセンスを行って空きチャネルをサーチして前記空きチャネルの数のログを取得し、前記チャネル数のログの推移を判定して前記通信環境を把握することを特徴とする請求項１記載の無線装置。

Images