JP2023036388A - 無線中継装置及び無線通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】キャリアセンスの機能を有する無線機間で通話中であっても、放送音声信号の無線送信を行うことができる無線中継装置等を提供する。【解決手段】本発明に係る無線中継装置は、キャリアセンスの機能を有する無線中継機２であって、受信された無線信号を復調して第１の音声信号を発生する受信復調部２２と、入力される第２の音声信号と、第１の音声信号を合成して、合成後の合成音声信号を出力する音声信号合成部２３と、キャリアセンス対象チャンネルにキャリアを検出しないときに、合成音声信号を変調して無線送信する変調送信部２４とを備える。無線中継機２はさらに、第２の音声信号の信号レベルが所定のしきい値以上であるか否かを判断し、しきい値以上であるときに音声検出信号を出力する音声検出部２８と、音声検出信号に応答して、入力される第２の音声信号を音声信号合成部に入力するように制御する制御部２０とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば特定小電力無線局である無線中継装置と、前記無線中継装置を含む無線通信システムとに関する。

周波数の有効利用及び他の利用者との混信の回避を図る目的から国の技術基準と、併せて無線設備の適正品質、互換性の確保等、無線機器製造者及び利用者の利便を図る目的から、「特定小電力無線局無線電話用無線設備標準規格」が非特許文献１において定められている。この特定小電力無線局は無線局の免許が不要であることから全国で広く普及している。

例えば特定小電力無線局の無線機を使用している現場で、スタッフのみに連絡する等のために、現場の放送アナウンス（業務命令や注意喚起などの放送音声の信号（以下、放送音声信号という。））を、放送システムの代わりに各スタッフが所持している無線子機へ直接に、無線送信することが行われている。その際、音源出力機器又はパーソナルコンピュータなどの音声信号出力装置を使い、放送音声信号のみを放送音声信号送信機に出力する。これに応答して、放送音声信号送信機はその放送音声信号を検出すると自動的に放送音声信号を変調して無線送信を開始する。

図５は、例えば特定小電力無線局を利用した、従来例に係る放送音声信号送信機４の装置構成例及び動作例を示すブロック図である。なお、図５において、信号増幅器等については図示を省略する。

図５において、放送音声信号送信機４は、音声信号入力端子４１と、音声信号検出部４２と、変調送信部４３と、送信アンテナ４４と、制御部４０とを備えて構成される。音声信号出力装置３からの放送音声信号は音声信号入力端子４１を介して音声信号検出部４２及び変調送信部４３に入力される。音声信号検出部４２は、入力された放送音声信号の信号レベルが所定のしきい値以上であるときに、音声信号検出信号Ｓｄを制御部４０に出力する。制御部４０は、音声信号検出信号Ｓｄに応答して、変調送信部４３に対して、放送音声信号に従って搬送波を変調して無線送信するように制御する。

従って、図５の放送音声信号送信機４によれば、音声信号出力装置３からの放送音声信号を変調して無線送信するので、複数の無線子機１０１は放送音声信号の音声を受信して聞くことができる。

特許第４８１２７１１号公報（図１、図２）

社団法人電波産業会、「特定小電力無線局無線電話用無線設備標準規格」，ＲＣＲ－ＳＴＤ－２０ ４．１版、平成１７年１１月３０日改定

ところで、非特許文献１の１３ページにおいて、特定小電力無線局の「キャリアセンス」について以下のように定められている（旧郵政省告示、平成元年第４９号）。以下、「キャリアセンスの規定」という。
「（３）キャリアセンス
無線設備にはキャリアセンスを備えるものとする。キャリアセンスは、無線通信回線の設定に先立ち、他の無線局の電波を受信した場合、当該無線局の発射電波と同一の周波数（複信方式及び半複信方式のものにあっては受信周波数に対応する送信周波数）の電波の発射を行わないものとする。空中線電力が１ｍＷ以下のものについては、通信方式が複信方式及び半複信方式であっても自局の送信周波数でキャリアセンスを行うことができる。」

すなわち、「キャリアセンス」とは、無線送信を開始する前に他の無線局が送信を開始しようとする無線チャンネル（自チャンネル）を使用していないか確認し、他の無線機が自チャンネルを使用中であれば、同一周波数での送信を行わないことで干渉による混信を回避する機能である。ここで、他の無線局が通信中であれば一定時間経過してから再度通信を試みることになる。

図６は図５の放送音声信号送信機４における問題点を説明するためのブロック図である。ここで、放送音声信号送信機４は特定小電力無線局であって、キャリアセンスの機能を有するものとする。

図６に示すように、無線子機１０１，１０２間で通話中に放送音声信号の送出を開始すると、キャリアセンスの機能により、放送音声信号の無線送信ができなくなる。これにより、場合によっては大事な放送アナウンスが頭切れもしくは受信できなくなってしまう、という問題点があった。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、キャリアセンスの機能を有する無線通信システムの無線機間で通話中であっても、放送音声信号の無線送信を行うことができる無線中継装置と、前記無線中継装置を含む無線通信システムを提供することにある。

本発明の一態様に係る無線中継装置は、
キャリアセンスの機能を有する無線中継装置であって、
受信された無線信号を復調して第１の音声信号を発生する受信復調部と、
入力される第２の音声信号と、前記第１の音声信号を合成して、合成後の合成音声信号を出力する音声信号合成部と、
キャリアセンス対象チャンネルにキャリアを検出しないときに、前記合成音声信号を変調して無線送信する変調送信部とを備える。

従って、本発明に係る無線中継装置によれば、キャリアセンスの機能を有する無線通信システムの無線機間で通話中であっても、放送音声信号の無線送信を行うことができる。

実施形態に係る無線通信システムの構成例を示すブロック図である。 図１の無線子機１－１，１－２の装置構成例を示すブロック図である。 図１の無線中継機２の装置構成例を示すブロック図である。 図３の制御部２０により実行される無線中継処理の第１の部分を示すフローチャートである。 図３の制御部２０により実行される無線中継処理の第２の部分を示すフローチャートである。 従来例に係る放送音声信号送信機４の装置構成例及び動作例を示すブロック図である。 図５の放送音声信号送信機４における問題点を説明するためのブロック図である。 比較例１に係る放送音声信号送信機４Ａの装置構成例、動作例及び課題を示すブロック図である。 比較例２に係る放送音声信号送信機４Ｂの装置構成例、動作例及び課題を示すブロック図である。 図１の実施形態に係る無線通信システムの動作例を示すブロック図である。

以下、本発明に係る実施形態及び変形例について図面を参照して説明する。なお、同一又は同様の構成要素については同一の符号を付している。

（発明者の知見）
前記従来例における問題点を解決するために考えられる比較例１及び２に係る放送音声信号送信機４Ａ，４Ｂの装置構成例、動作例及び課題について以下に説明する。

（比較例１）
図７は比較例１に係る放送音声信号送信機４Ａの装置構成例、動作例及び課題を示すブロック図である。なお、図７において、他の図と同じ構成要素については、同一の符号を付し、信号増幅器等については図示を省略する。図７において、放送音声信号送信機４Ａは、音声信号入力端子４１と、音声信号検出部４２と、変調送信部４３と、送信アンテナ４４と、制御部４０Ａと、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）４５と、メモリ４６と、ＤＡ変換器（ＤＡＣ）４７とを備えて構成される。

図７（Ａ）において、無線子機１０１，１０２間で通話中の場合、キャリアセンスの機能による干渉回避により、放送音声信号を含む無線信号を無線送信することはできない。このとき、制御部４０Ａは、放送音声信号を放送音声データにＡＤ変換して、放送音声データをメモリ４６に一時的に保存するように制御する。次いで、図７（Ｂ）において、無線子機１０１，１０２間で通話が終了してキャリアが無くなれば、無線送信ができるようになる。このとき、制御部４０Ａは、メモリ４６の放送音声データを放送音声信号にＤＡ変換して、当該放送音声信号に従って搬送波を変調した後、無線信号を無線送信することができる。

しかしながら、図７の比較例１では、放送音声信号を無線送信するタイミングには、音声信号出力装置３から放送音声信号を出力して放送したいタイミングからのタイムラグが発生する。したがって、放送アナウンスの頭切れは解決されるが、タイムラグが発生するという問題点があった。

（比較例２）
図８は比較例２に係る放送音声信号送信機４Ｂの装置構成例、動作例及び課題を示すブロック図である。なお、図８において、他の図と同じ構成要素については、同一の符号を付し、信号増幅器等については図示を省略する。図８において、放送音声信号送信機４Ｂは、音声信号入力用データ通信回路４１Ａと、音声信号検出部４２と、変調送信部４３と、送信アンテナ４４と、制御部４０Ｂとを備えて構成される。

図８（Ａ）において、無線子機１０１，１０２間で通話中の場合、キャリアセンスの機能による干渉回避により、放送音声信号を含む無線信号を無線送信することはできない。このとき、制御部４０Ｂは、音声信号出力装置３とのデータ通信によって、音声信号出力装置３からの放送音声信号の出力を一時的に停止するように制御する。次いで、図８（Ｂ）において、無線子機１０１，１０２間で通話が終了してキャリアが無くなれば、無線送信ができるようになる。このとき、制御部４０Ｂは、音声信号出力装置３とのデータ通信によって、一時停止していた放送音声信号の出力を再開させて、放送音声信号を受信し、受信した放送音声信号に従って搬送波を変調した後、無線信号を無線送信することができる。

しかしながら、図８の比較例２でも、図７の比較例１と同様に、放送音声信号を無線送信するタイミングには、音声信号出力装置３から放送音声信号を出力して放送したいタイミングからのタイムラグが発生する。したがって、放送アナウンスの頭切れは解決されるが、タイムラグが発生する。また、頭切れを解決するためには、音声信号出力装置３の制御回路において特別な改造（放送音声信号送信機４Ｂからの制御信号に応じて、放送音声信号の出力を一時停止する制御システム）が必要であり、既存の音声信号出力装置３ではそのままの導入ができず、また、音声信号出力装置３側で放送音声信号の送信指示を遅延させるだけで根本的な解決法にならない、という問題点があった。

本発明者らは、以上の従来例、比較例１及び２における問題点を解決するために、新規の無線中継機（無線中継装置の一例である）を考案したものである。

（実施形態）
図１は、実施形態に係る無線通信システムの構成例を示すブロック図である。図１において、実施形態に係る無線通信システムは、複数の無線子機１－１，１－２（総称して、符号１を付す。）と、音声信号出力装置３に接続される音声信号入力端子２６を有する無線中継機２とを備えて構成される。ここで、複数の無線子機１と、無線中継機２とは、例えば特定小電力無線局であって、キャリアセンスの機能を有する無線通信装置である。また、音声信号出力装置３は、無線中継機２の外部装置であって、音源出力機器又はパーソナルコンピュータなどの電子機器である。

各無線子機１は、ＰＴＴ（Push To Talk）キー１９Ａをオンしたときに、音声信号を含む無線信号を送信アンテナ１８を用いて無線送信する一方、ＰＴＴキー１９Ａをオフしたときに中継器２からの無線信号を受信アンテナ１１を用いて無線受信して、音声信号を復調して出力する従来技術に係る無線機である。また、無線中継機２は、ある無線子機１－１から送信される無線信号を受信アンテナ２１を用いて受信して音声信号を復調した後、当該復調された音声信号に従って搬送波を変調して音声信号を含む無線信号を発生して送信アンテナ２５を用いて他の無線子機１に無線送信する。さらに、無線中継機２は、音声信号出力装置３から音声信号入力端子２６を介して入力される放送音声信号を前記復調された音声信号に加算して、当該加算された音声信号に従って搬送波を変調して音声信号を含む無線信号を発生して送信アンテナ２５を用いて他の無線子機１に無線送信する。これにより、無線子機１間で通話中であっても、タイムタグなしに、放送音声信号を含む無線信号を無線送信することができる。

なお、本実施形態において、放送音声信号の音声を傍受するためには、無線中継機２から送信される無線信号の送信チャンネルは、すべての無線子機１の受信チャンネルに設定されるものとする。

図２は図１の各無線子機１（１－１，１－２）の装置構成例を示すブロック図である。図２において、無線子機１は、制御部１０と、受信アンテナ１１と、受信復調部１２と、信号増幅器１３と、スピーカ１４と、マイクロホン１５と、信号増幅器１６と、変調送信部１７と、送信アンテナ１８と、ＰＴＴキー１９Ａを有する入力部１９とを備えて構成される。

制御部１０は、入力部１９の操作入力に従って、受信復調部１２及び変調送信部１７の動作を制御する。具体的には、無線子機１のＰＴＴキー１９Ａがオフされている受信時において、受信アンテナ１１により、中継器２から受信された、音声信号を含む無線信号は、受信復調部１２に入力される。受信復調部１２は、入力される無線信号に対して、低雑音増幅及び周波数変換を行った後、音声信号を復調して信号増幅器１３を介してスピーカ１４に出力することで、前記音声信号の音声をスピーカ１４から出力させる。また、無線子機１のＰＴＴキー１９Ａがオンされている送信時において、マイクロホン１５に入力される音声は音声信号に変換された後、変換された音声信号は信号増幅器１６を介して変調送信部１７に出力される。変調送信部１７は、入力される音声信号に従って搬送波を変調することで、音声信号を含む無線信号を発生した後、電力増幅して送信アンテナ１８を介して無線送信する。

図３は図１の無線中継機２の装置構成例を示すブロック図である。図３において、無線中継機２は、制御部２０と、受信アンテナ２１と、受信復調部２２と、音声信号合成部２３と、変調送信部２４と、送信アンテナ２５と、音声信号入力端子２６と、信号増幅器２７と、音声信号検出部２８とを備えて構成される。

図３において、受信アンテナ２１により無線子機１から受信された、音声信号を含む無線信号は、受信復調部２２に入力される。受信復調部２２は、入力される無線信号に対して、低雑音増幅及び周波数変換を行った後、音声信号を復調してスイッチＳＷ１を介して音声信号合成部２３に出力する。また、音声信号出力装置３からの放送音声信号は音声信号入力端子２６及び信号増幅器２７を介して音声信号検出部２８に入力されるとともに、スイッチＳＷ２を介して音声信号合成部２３に入力される。

音声信号検出部２８は、入力される放送音声信号の信号レベルが所定のしきい値以上である否かを判断し、所定のしきい値以上であるときに、音声検出信号Ｓｄを制御部２０に出力する。音声信号合成部２３は、入力される２個の音声信号を加算して合成し、合成後の音声信号を変調送信部２４に出力する。変調送信部２４は、入力される音声信号に従って搬送波を変調することで、音声信号を含む無線信号を発生した後、電力増幅して送信アンテナ２５を介して無線送信する。制御部２０は、図４Ａ及び図４Ｂの無線中継処理を実行することにより、受信復調部２２と、変調送信部２４と、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御する。

図４Ａ及び図４Ｂは、図３の制御部２０により実行される無線中継処理を示すフローチャートである。

図４ＡのステップＳ１において、受信復調部２２は受信無線信号の入感待ち状態となり、変調送信部２４は無線送信を停止し、音声信号入力端子２６は放送音声信号の入力待ち状態となり、スイッチＳＷ１及びＳＷ２をともにオフにする。次いで、ステップＳ２において、受信復調部２２は無線信号の入感があったか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ３に進む一方、ＮＯのときはステップＳ１１に進む。ステップＳ３では、変調送信部２４が無線送信中であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ４に進む一方、ＮＯのときはステップＳ７に進む。

ステップＳ４では、音声信号検出部２８は所定のしきい値以上の放送音声信号を検出したか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ５に進む一方、ＮＯのときはステップＳ６に進む。ステップＳ５では、スイッチＳＷ１及びＳＷ２をともにオンした後、ステップＳ２に戻る。ステップＳ６では、スイッチＳＷ１をオンし、スイッチＳＷ２をオフして、ステップＳ２に戻る。また、ステップＳ７において、送信チャンネルで受信されるキャリアは無いか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ８に進む一方、ＮＯのときはステップＳ２に戻る。ステップＳ８では、受信復調部２２で受信して復調した音声信号を含む中継通話の無線送信を開始し、ステップＳ９でスイッチＳＷ１をオンした後、ステップＳ２に戻る。

図４ＢのステップＳ１１において、音声信号検出部２８は放送音声信号を検出したか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ１２に進む一方、ＮＯのときはステップＳ１４に進む。ステップＳ１２では、変調送信部２４が無線送信中であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ１３に進む一方、ＮＯのときはステップＳ１７に進む。ステップＳ１３では、スイッチＳＷ１をオフし、スイッチＳＷ２をオンした後、図４ＡのステップＳ２に戻る。

ステップＳ１４において、変調送信部２４が無線送信中であるか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ１５に進む一方、ＮＯのときは図４ＡのステップＳ２に戻る。ステップＳ１５では、変調送信部２４の無線送信を停止し、ステップＳ１６でスイッチＳＷ１，ＳＷ２をともにオフにした後、図４ＡのステップＳ２に戻る。

ステップＳ１７において、送信チャンネルで受信されるキャリアは無いか否かが判断され、ＹＥＳのときはステップＳ１８に進む一方、ＮＯのときは図４ＡのステップＳ２に戻る。ステップＳ１８では、放送音声信号を含む無線信号の無線送信を開始し、ステップＳ１９でスイッチＳＷ１をオフし、スイッチＳＷ２をオンした後、図４ＡのステップＳ２に戻る。

以上のように構成された無線中継処理の動作は以下の通りである。
（１）ステップＳ７及びＳ１７は、キャリアセンスの機能のための分岐処理であり、キャリアセンスの機能でキャリアを検出したときは、無線送信処理に移行せず、キャリアを検出しないときは、受信した音声信号の無線送信処理（Ｓ８）、又は放送音声信号の無線送信処理（Ｓ１８）に移行する。
（２）変調送信部２４が無線送信中（Ｓ３でＹＥＳ）でかつ放送音声信号を検出したとき（Ｓ４でＹＥＳ）は、受信した音声信号と放送音声信号との合成音声信号を含む無線信号を送信する（Ｓ５）。
（３）変調送信部２４が無線送信中で（Ｓ３でＹＥＳ）でかつ放送音声信号を検出しないとき（Ｓ４でＮＯ）は、受信した音声信号のみを含む無線信号を送信する（Ｓ６）。
（４）放送音声信号を検出し（Ｓ１１でＹＥＳ）でかつ変調送信部２４が無線送信中であるとき（Ｓ１２でＹＥＳ）は、放送音声信号のみを含む無線信号を送信する（Ｓ１３）。

（実施形態の動作例）
図９は図１の実施形態に係る無線通信システムの動作例を示すブロック図である。なお、図９において、信号増幅器２７等については図示を省略する。

例えばキャリアセンスの機能を有する特定小電力無線局である一般的な無線中継機は、無線子機が通話を開始すると無線中継の送信を開始するが、その際、無線送信直前にキャリアを確認（キャリアセンス）してから中継送信を開始する。以降の無線中継の通話中は、無線子機から無線送信し続けた場合でも、無線中継機はキャリアセンスがかかることなく送信し続けることが可能となる。

そこで、本発明者らは、前記一般的な無線中継機と、図６の従来例に係る放送音声信号送信機４とを組み合わせ、無線中継の通話のため受信して復調された音声信号と、放送音声信号とを加算した合成音声信号を変調送信部２４に出力する、図３の無線中継機２を考案した。

無線子機１間が無線中継機２を経由して通話していないときに、放送音声信号が発生した場合は、従来例と同じように放送音声信号のみを含む無線信号を無線送信する。また、無線子機１間が無線中継機２を経由して通話しているときに、放送音声信号が発生した場合は、無線子機１間の中継通話の音声信号に放送音声信号を加算して、加算された音声信号を含む無線信号を無線送信する。その際はすでに無線子機１間の無線中継の通話が確立しているため、キャリアセンスによる送信不可が回避され、かつ放送音声信号の音声が遅延もなく（すなわち、放送音声信号の発生タイミングに対してタイムラグが無く）、放送音声信号を含む無線信号の無線送信が可能となる。

（変形例）
以上の実施形態において、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を設けているが、本発明はこれに限らず、スイッチＳＷ１又はＳＷ２を設けず、常時閉回路で構成してもよい。

以上の実施形態において、音声信号検出部２８及びスイッチＳＷ２を設けているが、本発明はこれに限らず、音声信号検出部２８及びスイッチＳＷ２を設けず、信号増幅器２７からの放送音声信号を常時音声信号合成部２３に入力させるようにしてもよい。

以上の実施形態において、音声信号出力装置３は無線中継機２の外部装置としているが、本発明はこれに限らず、無線中継機２に内蔵してもよい。

（実施形態の効果）
以上説明したように、本実施形態によれば、無線子機１のユーザは通話しながら、放送音声信号の音声をタイムラグ無しで聞くことで、放送音声信号の音声内容に対して迅速に対応できる。さらに、音声信号出力装置３はデータ通信の制御回路において特別な改造をすることなく無線通信システムを実現可能となる。

（特許文献１との相違点）
特許文献１の図１及び図２においては、無線中継機において外部入力端子を設け、外部入力端子から入力された音声信号も受信音声信号とともに同時に加算されて、無線送信することが開示されている。しかし、キャリアセンスにおける問題点とその解決方法、及び音声信号検出部２８については開示も示唆もない。

以上詳述したように、本発明に係る無線中継装置によれば、キャリアセンスの機能を有する無線通信システムの無線機間で通話中であっても、放送音声信号の無線送信を行うことができる無線中継装置と、前記無線中継装置を含む無線通信システムを提供できる。

１，１－１，１－２ 無線子機
２ 無線中継機
３ 音声信号出力装置
４，４Ａ，４Ｂ 放送音声信号送信機
１０ 制御部
１１ 受信アンテナ
１２ 受信復調部
１３ 信号増幅器
１４ スピーカ
１５ マイクロホン
１６ 信号増幅器
１７ 変調送信部
１８ 送信アンテナ
１９ 入力部
１９Ａ ＰＴＴキー
２０ 制御部
２１ 受信アンテナ
２２ 受信復調部
２３ 音声信号合成部
２４ 変調送信部
２５ 送信アンテナ
２６ 音声信号入力端子
２７ 信号増幅器
２８ 音声信号検出部
４０，４０Ａ，４０Ｂ 制御部
４１ 音声信号入力端子
４１Ａ 音声信号入力用データ通信回路
４２ 音声信号検出部
４３ 変調送信部
４４ 送信アンテナ
４５ ＡＤ変換器（ＡＤＣ）
４６ メモリ
４７ ＤＡ変換器（ＤＡＣ）
１０１，１０２ 無線子機
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ

Claims (6)

1. キャリアセンスの機能を有する無線中継装置であって、
   受信された無線信号を復調して第１の音声信号を発生する受信復調部と、
   入力される第２の音声信号と、前記第１の音声信号を合成して、合成後の合成音声信号を出力する音声信号合成部と、
   キャリアセンス対象チャンネルにキャリアを検出しないときに、前記合成音声信号を変調して無線送信する変調送信部とを備える、無線中継装置。
2. 前記第２の音声信号の信号レベルが所定のしきい値以上であるか否かを判断し、前記しきい値以上であるときに音声検出信号を出力する音声検出部と、
   前記音声検出信号に応答して、前記入力される第２の音声信号を前記音声信号合成部に入力するように制御する制御部とをさらに備える、請求項１に記載の無線中継装置。
3. 前記制御部は、受信される無線信号の入感があるときに、前記第１の音声信号を前記音声信号合成部に入力するように制御する、請求項２に記載の無線中継装置。
4. 前記第２の音声信号は、音声信号出力装置からの放送音声信号である、請求項１～３のうちのいずれか１つに記載の無線中継装置。
5. 前記無線中継装置は、特定小電力無線局である、請求項１～４のうちのいずれか１つに記載の無線中継装置。
6. 請求項１～５のうちのいずれか１つに記載の無線中継装置と、
   前記無線中継装置と無線送受信する複数の無線通信装置とを備える、無線通信システム。

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