JP3785399B2 - 狭帯域デジタル通信方式テレメータ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、狭帯域デジタル通信方式テレメータ装置に関し、たとえば遠隔地の複数の観測局で得た観測データを無線で送信し、送信された観測データを監視局で受信して道路管理・河川管理等を行うテレメータシステムに適用して好適な狭帯域デジタル通信方式テレメータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無線テレメータシステムは、ＦＭ方式のアナログ無線機を使用し（非特許文献１参照）、変調方式はＦＳＫ（Frequency Shift Keying）系列が多く用いられているため（非特許文献２参照）、電力効率はよいものの、伝送速度が遅く(１２００ｂｐｓ程度)、高い受信機入力電圧（１６ｄＢμＶ以上）を必要とするためサービスエリアが狭く、また周波数間隔（チャネルセパレーション）は１２．５ｋＨｚで利用者への割り当て周波数が逼迫している等の問題点が指摘されている。
【０００３】
この問題を解決するために、伝送信号のレベル変動やノイズ混入の影響を受けにくく、高速で大容量伝送に適したデジタル通信方式の採用が考えられる。
【０００４】
狭帯域デジタル通信方式の中、π／４シフトＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）はデジタル通信方式の中でも電力効率がよく、伝送速度も従来方式の８倍程度高速であるうえに、必要な受信機入力電圧も従来方式の１／５程度のため、サービスエリアを拡大できる。
【０００５】
また、周波数間隔も従来方式の半分に抑えられるため周波数の有効利用においての相乗効果が期待できる。
【０００６】
テレメータ局として運用するには１監視局に対して複数の観測局を収容しなければならないが、観測局は常時停波している状態から呼出制御信号により各局が送信開始するため、伝送信号受信時の同期確立の短縮が全体レスポンスの向上に寄与する。
【０００７】
【非特許文献１】
建設省 電気通信室 建電通仕第２３号「建設省４００ＭＨｚ帯無線装置（テレメータ・コントロール用）標準仕様書」平成２年１０月２２日制定
【非特許文献２】
建設省 電気通信室 建電通仕第２１号「建設省テレメータ装置 標準仕様書」平成２年１０月２２日制定
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、内外ノイズやフェージング、マルチパスによる伝送信号の乱れにより同期確立が阻害される等の問題が発生するためその対策が必要である。
【０００９】
また、従来のテレメータ装置においては、監視局は、観測局を呼出制御して、全ての観測局から無線で送信されてくる観測データを受信するため、所望の観測局以外の観測データも収集してしまうという非効率性もある。
【００１０】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、テレメータ伝送における狭帯域デジタル通信方式（π／４シフトＱＰＳＫ）の適用、通信における同期確立の短時間化と確実化、並びに効率的なデータ収集方式を実現することを可能とする狭帯域デジタル通信方式テレメータ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、この発明は、所望の観測局における観測データをタイムリー（所望の時刻）に取得することを可能とする狭帯域デジタル通信方式テレメータ装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の狭帯域デジタル通信方式テレメータ装置は、複数の観測局のそれぞれで観測されたデータが、前記複数の観測局からそれぞれ観測データとして送信され、監視局で受信されるテレメータ装置であって、前記監視局と前記複数の観測局には、それぞれ、π／４シフトＱＰＳＫ方式の無線装置が配置され、前記監視局は、前記複数の観測局に対して呼出制御信号を送信し、前記複数の観測局は、自己宛の呼出制御信号を受信したとき、前記観測データを送信し、前記監視局は、前記観測データを受信することで前記観測データを収集することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、監視局は、複数の観測局に対して呼出制御信号を送信し、複数の観測局は、自己宛の呼出制御信号を受信したとき、観測データを送信し、監視局は、観測データを受信することで観測データを収集するようにしているので、データを効率的に収集することができ、かつ所望の観測局における観測データをタイムリーに取得することができる。
【００１４】
この場合、監視局は、複数の観測局をデータ収集の周期別にグループ分けし、必要な時期に必要なグループの観測局に対して呼出制御信号を送信して必要な観測データを収集するようにすることで、データを一層効率よく収集することができる。
【００１５】
また、観測局は、観測局内において観測データが予め設定した設定値外の観測値となったことが検出されたとき、監視局が定時観測期間中か否かを判断し、定時観測期間中でなければ監視局に対して自動通報信号を送信する自動通報機能を有し、監視局は、ある観測局からの自動通報信号を受信したとき、他の観測局の自動通報機能をロックするロック信号を他の観測局に送信するようにすることで、監視局は、自動通報信号を受信した観測局からの観測データを優先的に受信することができる。
【００１６】
さらに、この発明では、呼出制御信号および観測データの送信信号等の伝送信号は、ＰＮ符号、プリアンブル、制御符号およびデータの順からなるフレーム構成とし、前記伝送信号を受信した観測局あるいは、監視局は、プリアンブルでシンボル同期を確立し、制御符号でフレーム同期を確立するようにしているので、受信の際の同期確立を容易化することができる。
【００１７】
シンボル同期を確立する際、受信した伝送信号中、プリアンブルをオーバサンプルして、それぞれのサンプル値を平均し、サンプル値の平均の最小値が、検出基準値を超えたサンプル位置を基準にシンボル同期の確立処理に入るようにすることで、同期をより確実に確立することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の狭帯域デジタル通信方式テレメータ装置の一実施形態に係るテレメータシステム２０の構成を示している。このテレメータシステム２０は、道路管理・河川管理等に使用される。
【００１９】
図１に示すように、テレメータシステム２０は、基本的には、各観測地点（１以上の地点）に設置してある１または複数の観測局２４と、１または複数の観測局２４を監視する１つの監視局２８とから構成されている。監視局２８と観測局２４は、単信無線回線で単一周波数３３５．４−４７０［ＭＨｚ］のうち一波を使用してデータ収集を行うようになっている。なお、発明の理解を容易化するためには、図示を省略しているが、必要に応じて、観測局２４と監視局２８との間に中継局を設けることができる。
【００２０】
この実施形態において、複数の観測局２４は、それぞれ、監視局２８からグループ呼出（一括呼出ともいう。）可能なグループＡに属する複数の観測局２４と、グループ呼出可能なグループＢに属する観測局２４と、…グループ呼出可能なグループ＊に分かれているが、観測局２４のグループ分けは、監視局２８側で任意に変更することができる。
【００２１】
グループ分けは、たとえば、道路気象、水防、水質の各観測局２４を同一グループとすることも可能であるし、道路気象、水防、水質のそれぞれの観測局種別毎にグループ分けすることも可能である。すなわち、グループ分けは、所望の分け方とすることができる。
【００２２】
監視局２８は、基本的には、本体部７０と送受信アンテナを有するデジタル無線装置７２とから構成され、各観測局２４は、基本的には、本体部３０と送受信アンテナを有するデジタル無線装置３４と各種センサ・計測装置３２とから構成される。
【００２３】
監視局２８には、他のシステムとの接続あるいは利用者にサービスを提供する等のためのＬＡＮ（Local Area Network）２９が接続されている。
【００２４】
そして、このテレメータシステム２０は、基本的には、以下のように動作する。
【００２５】
すなわち、まず、監視局２８から所望の観測局２４へ所望の時刻に所望の観測データの送信要求である個別呼出制御信号を送る、あるいは監視局２８から所定のグループ、たとえばグループＡを指定してグループ呼出制御信号を送る。
【００２６】
個別呼出制御信号を受信した所定の観測局２４は、この送信要求にリアルタイムに応答して、この送信要求で指定された所定の観測データを返送信号として監視局２８宛に送信する。
【００２７】
グループ呼出制御信号を受けたグループＡを構成する各観測局２４は、所定の順序で順次観測データを返送信号として監視局２８宛に送信する。
【００２８】
監視局２８は、送信されてきた所定の返送信号を受信して分析し、観測データあるいはその分析データをＬＡＮ２９で利用可能にする。
【００２９】
このようにして監視局２８は、必要なときに、換言すれば、所望の任意の時刻に、所望の観測データを得ることができ、ＬＡＮ２９に接続されている利用者の端末等は、それら観測データを利用してリアルタイムに雨量地図等を作成することができる。
【００３０】
以上が図１例のテレメータシステム２０の基本的な動作の説明である。
【００３１】
図２は、観測局２４の詳細なブロック図を示している。上記したように、観測局２４は、観測局２４の本体部３０と、この本体部３０に対して接続される各種センサ・計測装置３２と、送受信アンテナを備えるデジタル無線装置３４とから構成されている。
【００３２】
本体部３０を構成する基本制御部３６は、マイクロコンピュータ等により構成され、ＣＰＵ（中央処理装置）およびＲＯＭ（読出専用メモリ）、メインメモリ等のＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等のメモリ並びにタイマ等を含む。この基本制御部３６は、観測局２４の中枢となるものであって、各入出力制御部の制御および監視局２８から送信されてきた受信符号等を含む観測データ送信要求フレームの内容の把握、判定等を行う。
【００３３】
この基本制御部３６に対して、バス３８を通じて、無線接続部４０、年月日時分を出力する時計部４２、試験部４６、デジタル入力部（デジタル入力部１−ｎ）４８、パルス入力部５０、Ａ／Ｄ変換部（analog to digital converter）５２、および監視情報入力部５４が接続されている。なお、無線接続部４０は、詳細を後述するデジタル無線装置３４に接続されている。
【００３４】
さらに、各種センサ・計測装置３２とＡ／Ｄ変換部５２との間には、ｎ個のアナログ入力部（アナログ入力部１−ｎ）６０とアナログ走査部５８とが設けられている。
【００３５】
さらにまた、本体部３０には、各部へ必要な電源を供給する電源部６２が設けられている。電源部６２の入力側には、交流１００［Ｖ］等の電源が供給される。
【００３６】
上記の無線接続部４０は、デジタル無線装置３４で復調された直列符号（直列データと同意）を並列符号（並列データと同意）に変換してバス３８に供給する一方、バス３８からの並列符号を直列符号に変換してデジタル無線装置３４に供給する。
【００３７】
試験部４６は、観測局２４を自己診断する機能を有し、システム全体の監視および保守点検を行う。
【００３８】
デジタル入力部４８は、各種センサ・計測装置３２中、ＢＣＤ（binary-coded decimal）３桁出力またはＢＣＤ４桁出力のデータを取り込むインタフェースである。
【００３９】
パルス入力部５０は、各種センサ・計測装置３２中、雨量計からの０．５［ｍｍ］または１［ｍｍ］パルス出力をＢＣＤ３桁として連続積算を行い、基本制御部３６からの要求により、該雨量に係るＢＣＤ３桁をバス３８に出力する。
【００４０】
アナログ入力部６０は、各種センサ・計測装置３２中、アナログ出力の計測装置からの出力を導入し、アナログ走査部５８との相互接続機能を有する。
【００４１】
アナログ走査部５８は、各アナログ入力部６０に接続されている計測装置の出力を指定された順序で走査し、Ａ／Ｄ変換部５２に出力するマルチプレクス機能を有する。
【００４２】
Ａ／Ｄ変換部５２は、アナログ出力値（電流、電圧値等）をデジタル値のデジタルデータに変換してバス３８に供給する。なお、デジタルデータは、一時的に基本制御部３６のメインメモリ中に蓄積される。
【００４３】
監視情報入力部５４は、各種センサ・計測装置３２あるいは他の装置からの電源電圧低下、凍結、降雪等の監視情報信号をビット情報で入力する機能を有する。
【００４４】
各種センサ・計測装置３２で計測される観測データとしては、観測局２４が、たとえば道路気象の場合には、雨量、積雪深、気温、路面温度、風向、風速、視程等の複数の量目データであり、各種センサ・計測装置３２では、これらが連続的に取り込まれ、デジタル入力部４８、パルス入力部５０、アナログ入力部６０に最新の観測データが供給される。
【００４５】
この観測データを基本制御部３６のメインメモリあるいは図示していないハードディスク等のメモリに連続してログすることも可能であるが、この実施の形態では、２４時間分の観測データのみが先入れ先出し方式でそれらメモリに格納されるようになっている。通信回線の障害等の原因で、監視局２８でデータの欠測が判明した場合、欠測補填のため監視局２８は観測局２４と欠測データを指定して、そのメモリから呼出収集することができるようになっている。
【００４６】
時計部４２は、内部クロックで駆動され、西暦年データ、月日データ、時分データ、秒データを出力し、各部へ渡す。なお、より高精度を要する場合には、１日１回、観測局２４の時計を監視局２８からの時刻校正制御で校正する。
【００４７】
図３は、監視局２８の詳細なブロック図を示している。監視局２８は、上記したように、基本的には、監視局２８の本体部７０と、この本体部７０に対して接続され、送受信アンテナを備える詳細を後述するデジタル無線装置７２とから構成されている。
【００４８】
本体部７０を構成する基本制御部８０は、観測局２４の基本制御部３６と同様に、マイクロコンピュータ等により構成され、ＣＰＵおよびＲＯＭ、メインメモリ等のＲＡＭ等のメモリ等を含む。この基本制御部８０は、監視局２８の中枢となるものであって、システムの総合監視機能を有する。
【００４９】
この基本制御部８０に対して、バス８２を通じて、無線接続部８４、観測局呼出制御部８８、時計部９０、操作制御部９２、試験部９４、データ蓄積部９６、およびＬＡＮインタフェース９８が接続されている。
【００５０】
なお、本体部７０には、交流１００［Ｖ］等の電源が供給されて、各部へ必要な電源を供給する電源部９３が設けられている。
【００５１】
無線接続部８４は、無線接続部４０と同様に、デジタル無線装置７２で復調された直列符号を並列符号に変換してバス８２に供給する一方、バス８２からの並列符号を直列符号に変換してデジタル無線装置７２に供給する。
【００５２】
時計部９０は、内部クロックで駆動され、西暦年データ、月日データ、時分データ、秒データを出力し、各部へ渡す。なお、より高精度を要する場合には、外部の電波時計等の時計装置から定期的に時刻データを導入して時計部９０の時刻を校正する。
【００５３】
観測局呼出制御部８８は、観測局２４に関する呼出のシーケンス制御を行う。具体的には、各観測局２４中、所定の観測局２４、グループを構成する観測局２４あるいは全部の観測局２４に対して観測データの送信を要求する呼出符号である観測データ送信要求フレームを生成し、バス８２、無線接続部８４およびデジタル無線装置７２のアンテナを通じて送信する。
【００５４】
試験部９４は、監視局２８を自己診断する機能を有し、システム全体の監視および保守点検を行う。
【００５５】
操作制御部９２は、システム管理者用のインタフェースであり、観測データの欠測やデータ異常等のシステム異常の表示、観測データや処理データが設定値を超えているかどうかを示す警報状態の表示、現在のデータや過去のデータ等を画面を見ながら操作しての表示、観測局２４を指定しての呼出制御、および観測間隔の設定変更等の種々の機能を有する。
【００５６】
ＬＡＮインタフェース９８は、ＬＡＮ２９を通じてデータを外部装置と交換する機能等を有する。
【００５７】
データ蓄積部９６は、データベースであり、観測局２４から得られた観測データをログして記録する。
【００５８】
図４は、観測局２４および監視局２８に設けられたデジタル無線装置３４（７２）の概略的な構成を示している。
【００５９】
図４に示すように、デジタル無線装置３４（７２）は、基本的には、無線接続部４０（８４）からの送信データを送信フレームに変換する送信制御部１０２と、送信フレームのデータをデジタル信号処理して変調データを作成するπ／４シフトＱＰＳＫ変調部１０４と、変調データをアナログ信号（６１４．４［ｋＨｚ］のＩＦ信号）に変換するＤ／Ａ変換器（Digital to Analogue Converter）１０６と、ＩＦ信号を４００ＭＨｚ帯のＲＦ信号に周波数変換する送信ユニット１０８と、ＲＦ信号を電力増幅する電力増幅器（Power Amplifier）１１０と、電力増幅されたＲＦ信号を無線信号で送信しかつ受信する送受信アンテナ１１２と、受信ＲＦ信号を４５５［ｋＨｚ］のＩＦ信号に周波数変換する受信ユニット１１４と、受信ＩＦ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器１１６と、デジタルデータをデジタル信号処理して復調し受信フレームとするπ／４シフトＱＰＳＫ復調部１１８と、受信フレームを受信データに変換して無線接続部４０（８４）に供給する受信制御部１２０とから構成される。
【００６０】
この場合、送信ユニット１０８は、ローカル発振器１２２を有し、ローカル発振器１２２の出力とＤ／Ａ変換器１０６の出力がミキサ１２４で混合され、送信ＲＦ信号がアンプ１２６で増幅され電力増幅器１１０に供給される。
【００６１】
電力増幅器１１０から出力される信号は、分岐回路１３０、スイッチ１３２の固定接点ｂ、共通接点ａを介してアンテナ１１２に供給される。
【００６２】
分岐回路１３０の検出信号は、アンプ１３６に供給され、アンプ１３６の出力とローカル発振器１２２との出力がミキサ１３８で混合されフィードバックＩＦ信号とされてＡ／Ｄ変換器１４０に供給される。Ａ／Ｄ変換器１４０で変換されたデジタルフィードバックデータは、π／４シフトＱＰＳＫ復調部１４２で復調処理され、歪み補正帰還部１４３へ送られる。歪み補正帰還部１４３では、送信ＲＦ信号の歪み成分を検出し、その歪み成分を打ち消すデータを作成し、π／４シフトＱＰＳＫ変調部１０４へ送る。
【００６３】
アンプ１３６、ミキサ１３８、Ａ／Ｄ変換器１４０およびπ／４シフトＱＰＳＫ復調部１４２、歪み補正帰還部１４３は、フィードバックユニット１４４を構成する。
【００６４】
受信ユニット１１４は、ローカル発振器１４６、ミキサ１４８、アンプ１５０およびＩＦ信号のレベルを検出するレベル検出器１５１とから構成されている。
【００６５】
なお、実際上、送信ユニット１０８および受信ユニット１１４は、それぞれ、異なる周波数のローカル発振器をそれぞれ２つ有し、２段直列で周波数を増加しあるいは減少する周波数変換を行っているが、発明の理解を容易化するため１つのローカル発振器１２２、１４６のみを描いている。
【００６６】
図５は、監視局２８と観測局２４との間で送受信される送受信フレーム２００のフォーマットを示している。
【００６７】
この送受信フレーム２００は、リニアライザ用符号部２０１と、これに続くプリアンブル２０２と、これに続く制御符号２０３と、これに続くデータ２０４と、これに続くトレーラ２０５とから構成され、データ２０４以外の部分は、送信フレームと受信フレームに共通に使用される。
【００６８】
この送受信フレーム２００は、第１に、観測局２４から観測データを収集するために監視局２８から指令として送出される呼出制御信号として、第２に、この呼出制御信号を受けた観測局２４が観測データを監視局２８に送出するための観測データ応答フレームの返送信号として、第３に、観測局２４内において各種センサ・計測装置３２で得られた観測データが予め設定した設定値外の観測値となったことが検出されたとき観測局２４から監視局２８に対して通報する自動通報信号として、それぞれ使用される。
【００６９】
ここで、リニアライザ用符号部２０１には、３００［ｍｓ］で２８８０ビットのＰＮ（Pseudo Noise）符号が用いられている。プリアンブル２０２には、６００［ｍｓ］で５７６０ビットの「１００１」の繰り返しパターンが用いられている。
【００７０】
制御符号２０３は、６４ビット分のビット「０」、「２Ｆ９４Ｄ０６Ｂ」の３２ビットのバイト同期文字、１６ビットの送出データ数、１６ビットの送出データ数のビット反転列から構成されている。
【００７１】
データ２０４は、データ長、地域番号、装置番号、グループ番号、コマンド、観測局番等を示す３２バイトのデータヘッダと、観測データ等が含まれる可変長で最大２２４バイトのデータ部とから構成されている。
【００７２】
ここで、グループ番号は、監視局２８が、複数の観測局２４をデータ収集の周期別にグループ分けするための番号であり２バイトの符号からなっている。コマンドは、個別収集を行うかグループ収集（一括収集）を行うかを区別するための２バイトの符号からなっている。観測局番は、各観測局２４毎に固有の４バイトの符号からなっているが、グループを構成する全観測局２４を一括で指定する場合には、一括呼出制御コード「ＦＦＦＦｈ（ｈは１６進数を表す。）」とされる。
【００７３】
このようにしているので、監視局２８は、観測局２４中、予め定めたグループを構成する全ての観測局２４の観測データを収集したいとき、指定したグループ番号と、グループ収集コマンドと、一括呼出制御コードを埋め込んだ呼出制御信号である観測データ送信要求フレームとしての送信フレーム２００を送信することで、グループを構成する全ての観測局２４の観測データを収集することができる。
【００７４】
なお、データ２０４に続く、トレーラ２０５は、６４ビット分のビット０からなる。
【００７５】
次に、図４に示したデジタル無線装置３４（７２）のより詳しい動作について説明する。
【００７６】
送信の際、無線接続部４０（８４）から、送信フレーム２００中、データ２０４を構成するデータヘッダとデータ部が供給されると、送信制御部１０２では、送信フレーム２００中、残りのリニアライザ用符号部２０１、プリアンブル２０２、制御符号２０３トレーラ２０５を付け、π／４シフトＱＰＳＫ変調部１０４に送る。
【００７７】
π／４シフトＱＰＳＫ変調部１０４は、供給されたデータをもとにπ／４シフトＱＰＳＫ変調の符号化規則に従ってＩ信号、Ｑ信号に直交符号化し、さらに歪みを除くためのフィルタリング処理をする。このフィルタリング処理したデータに、フィードバックユニット１４４から出力される送信ＲＦ信号の歪みを打ち消すデータを反映してπ／４シフトＱＰＳＫ変調データとしてＤ／Ａ変換器１０６に送る。
【００７８】
このとき、フィードバックユニット１４４では、送信ＲＦ信号を、分岐回路１３０、アンプ１３６、Ａ／Ｄ変換器１４０およびπ／４シフトＱＰＳＫ復調部１４２を介してフィードバックして復調し、歪み補正帰還部１４３で、復調信号から送信ＲＦ信号の歪み成分を検出し、その歪み成分を打ち消すデータを作成し、π／４シフトＱＰＳＫ変調部１０４へ送る。
【００７９】
なお、送受信フレーム２００の最初にＰＮ符号を用いるのは、最初にランダムな符号パターンのＰＮ符号で歪み補正を掛けることで、一定符号パターンのプリアンブル符号で歪み補正を掛けるより、歪み補正の追従特性を良くするためである。
【００８０】
次に、フレーム２００を受信した観測局２４および監視局２８のπ／４シフトＱＰＳＫ復調部１１８が、プリアンブル２０２でシンボル同期を確立し、制御符号２０３でフレーム同期を確立しデータを受信する動作について図６のフローチャートを参照して説明する。
【００８１】
なお、π／４シフトＱＰＳＫ復調部１１８は、受信ＩＦ信号をＡ／Ｄ変換器１１６でデジタルデータに変換した信号を復調処理して、Ｉ信号、Ｑ信号、大きさＭ（Magnitude）、および位相Ｐ（Phase）の４つの信号パラメータ（サンプルセット）を取り出し、シンボル同期を確立する際に、詳細を後述するように、プリアンブル２０２のサンプルセット中の大きさＭを平均し、大きさＭの平均が、検出基準値を超えたときのサンプリング位置からシンボル同期の確立処理に入るようにしている。
【００８２】
図７は、π／４シフトＱＰＳＫ復調部１１８の基本的な構成を示している。このπ／４シフトＱＰＳＫ復調部１１８は、Ａ／Ｄ変換器１１６からのＩＦ信号を受けてサンプルセットを出力するＤＤＣ（Digital Down Converter）３０１と、サンプルセットを入力しシンボル同期を確立するＤＳＰ（Digital Signal Processor）３０２と、ＤＤＣ３０１とＤＳＰ３０２を制御するとともに、フレーム同期処理およびデータ受信処理を行って復調データを出力するＣＰＵ３０３とから構成される。なお、実際上、ＣＰＵ３０３の機能の一部をＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）に行わせているが、発明の理解を容易化するため、ＣＰＵ３０３の機能として説明する。
【００８３】
ステップＳ５１において、アンテナ１１２を通じて通過帯域のフレームの無線信号を受信すると、受信ユニット１１４のレベル検出器１５１から信号受信を示すスケルチ開信号がπ／４シフトＱＰＳＫ復調部１１８を構成するＣＰＵ３０３に検知され、ＣＰＵ３０３は受信制御に入る。
【００８４】
ステップＳ５２において、ＣＰＵ３０３は、ＤＳＰ３０２のリセットを解除し、ＤＳＰ３０２を立ち上げる。これによって、ＤＳＰ３０２は自己のプログラムをブートし、ＤＤＣ３０１の立ち上がり安定動作時間である約２００［ｍｓ］待ってからＤＳＰ３０２内部の初期化処理を行う。次に外部デバイスであるＤＤＣ３０１の初期化処理を行う。それからＤＳＰ３０２は、ＣＰＵ３０３からの受信開始指示で、ＤＤＣ３０１からのデータ入力を開始する。ＤＤＣ３０１は、Ａ／Ｄ変換器１１６でＡ／Ｄ変換されたデジタルデータをフィルタリング処理してノイズを除去し、サンプリングしてサンプルセット（Ｉ，Ｑ，Ｍ，Ｐ）を出力する。サンプリング周期は、シンボル周期（４８００［Ｈｚ］：約０．２１［ｍｓ］）の４倍としているので、シンボル周期あたり、４つのサンプルセットを取得する。
【００８５】
ステップＳ５３において、ＤＳＰ３０２は、サンプルセットを順次ＤＤＣ３０１から入力し、シンボル同期の確立処理を行う。
【００８６】
このシンボル同期の確立処理において、ステップＳ５３ａの処理では、ＤＳＰ３０２は、最初の約３００［ｍｓ］は、制御が不能な非制御期間としてサンプルセットを廃棄する。ＤＤＣ３０１の初期化時間（約２００［ｍｓ］）を合わせると受信フレーム２００の先頭から約５００［ｍｓ］の受信信号が廃棄されることとなる。
【００８７】
次に、ステップＳ５３ｂにおいて、廃棄された後にＤＳＰ３０２に入力されるサンプルセットの大きさＭから受信中のフレームがノイズかどうかを判定する。
【００８８】
正常な受信フレーム２００であれば、約５００［ｍｓ］経過後は、プリアンブル２０２の「１００１」の繰り返しパターンが発生しているので、ノイズとは判定されない。
【００８９】
ステップＳ５３ｂにおいて、ノイズではなく正規の受信フレーム２００であると判定した場合、ステップＳ５３ｃにおいて、適正なサンプリング位置を探す抽出処理を行う。
【００９０】
この適正なサンプリング位置を探す抽出処理について、図８のπ／４シフトＱＰＳＫにおけるＩＱ信号空間配置と位相遷移図、および図９の大きさＭの変化状態の遷移を示す図を参照して説明する。
【００９１】
π／４シフトＱＰＳＫ方式では、「１００１」パターンからなる繰り返しのプリアンブル２０２は、信号［１０］と信号［０１］の信号伝送となり、ＩＱ信号空間配置と位相遷移は図８に示すようになる。この図８において、ＩＱ軸空間上の白丸は偶数シンボルを示し、黒丸は奇数シンボルを示している。信号は、偶数シンボル→奇数シンボル→偶数シンボル…と遷移するが、このとき、［１０］は、短い矢印の遷移（−π／４）となり、［０１］は、長い矢印の遷移（３π／４）となる。
【００９２】
このように、π／４シフトＱＰＳＫでは、１８０度（π）の位相遷移がないので、シンボル遷移は原点を通ることがなく、図８，図９に示すように、「１００１」の繰り返しパターンのプリアンブル２０２の大きさ（原点からの距離）Ｍは、正常あれば、最小値でも一定レベル以上になる。
【００９３】
「１００１」の繰り返しパターンは、２つのシンボル［１０］と［０１］を含むのでサンプルセットは８個となる。
【００９４】
この８個のサンプルセットを１周期とみなし、曲線で表されている大きさＭの最小値が判定値である検出基準値Ｖｒを超える、この場合、大きさＭの最小値が検出基準値Ｖｒを下回る、プリアンブル２０２の周期のサンプルセットが複数回続いたとき、ＤＤＣ３０１でのサンプル位置が適正であると判定する。
【００９５】
内外ノイズやフェージング等により、受信信号が乱れてサンプルセットの大きさＭが乱れると、間違ったサンプル位置を適正と判断する場合があるので、プリアンブル２０２の周期で存在するサンプルセットの大きさＭの最小値について、１０周期（シンボル周期では２０周期）の平均を取り、その最小値の平均値が検出基準値以下であれば、内外ノイズやフェージングによる誤差成分が排除され、適正なサンプル位置が得られる。なお、平均周期は、１０周期以上が好ましいが、用途により５−２０周期程度の間に設定することができる。
【００９６】
サンプル位置が適正と判断したときには、ステップＳ５３ｃにおいて、ＤＳＰ３０２でのＡＦＣ（Automatic Frequency Control）制御およびＤＰＬＬ（デジタル化ＰＬＬ）ロック制御が行われ、シンボル同期が確立する。
【００９７】
シンボル同期が確立した後、ＣＰＵ３０３は、ステップＳ５４においてフレーム同期検出処理を行う。すなわち、プリアンブル２０２の後に続く制御符号２０３でビット「０」が１６ビット連続する部分を検出したとき、その後にフレーム同期ワード、すなわちバイト同期文字「２Ｆ９４Ｄ０６Ｂ」があるかどうか判定し、フレーム同期ワードを検出する。
【００９８】
誤り訂正符号化したフレームの場合は、誤り訂正復号した後で、フレーム同期検出処理を行う。
【００９９】
次に、ステップＳ５５において、ＣＰＵ３０３は、フレーム同期ワードを検出した後、その直後にある送出データ数、すなわち、データビット数の情報を入力してデータ２０４の送受信ビット数を計算し、制御符号２０３の後のデータ２０４の受信を続けて計算した送受信ビット数に達したら受信を終了する。
【０１００】
以上の説明が、フレーム２００を受信した観測局２４および監視局２８のπ／４シフトＱＰＳＫ復調部１１８が、プリアンブル２０２でシンボル同期を確立し、制御符号２０３でフレーム同期を確立しデータを受信する動作についての説明である。
【０１０１】
このように、たとえば、呼出制御信号の受信フレーム２００を受信した観測局２４が、ＰＮ符号のリニアライザ用符号部２０１、プリアンブル２０２、制御符号２０３およびデータ２０４の順からなるフレーム２００構成の返送信号を送信し、返送信号を受信した監視局２８は、プリアンブル２０２でシンボル同期を確立し、制御符号２０３でフレーム同期を確立するようにしているので、同期を容易に確立することができる。
【０１０２】
そして、シンボル同期を確立する際、受信した返送信号のフレーム２００中、プリアンブル２０２のサンプル値を平均し、サンプル値の平均が、検出基準値Ｖｒを超えたときのサンプル位置からシンボル同期の確立処理に入るようにしているので、内外ノイズおよびフェージングの影響を軽減乃至除去して同期を短時間で確実に確立することができる。
【０１０３】
次に、テレメータシステム２０の図６に示した受信処理以外の動作について、図１０に示すタイムチャートおよび図１１−図１３のフローチャートを利用して説明する。
【０１０４】
なお、図１１に示すフローチャートは観測局２４の全グループの呼出制御に関し、図１２に示すフローチャートは観測局２４の指定グループ呼出制御に関し、図１３に示すフローチャートは自動通報機能に係わるフローチャートに関する。これらのフローチャートにおいて、制御の主体は、監視局２８の基本制御部３６（単に、監視局２８ともいう。）あるいは観測局２４の基本制御部８０（単に、観測局２４）である。
【０１０５】
（全グループ呼出制御：図１１）この場合、まず、ステップＳ１において、監視局２８は、時計部４２を参照して定時観測時刻になったかどうかを判断する。定時観測時刻になった場合には、ステップＳ２において、定時観測開始ルーチンを起動する。
【０１０６】
これにより、ステップＳ３において、所定の観測局グループを呼び出すために、指定グループ呼出制御信号の送信フレーム２００を送出する。
【０１０７】
ステップＳ１０３において、指定グループ呼出制御信号を受信した全ての各観測局２４は、ステップＳ１０４−Ｓ１０５において、全ての観測局２４中、その指定グループに属する各観測局２４（図１１例では、Ｎｏ．１−Ｎｏ．ｎ）が、所定の順番に従い、各種センサ・計測装置３２で観測したデータを観測局返送信号として監視局２８に順次送信する。
【０１０８】
送信信号は、ステップＳ４−Ｓ５において監視局２８において順次受信される。
【０１０９】
以降、この送受信のステップＳ３→Ｓ１０３→Ｓ１０４→Ｓ４→…→Ｓ１０５→Ｓ５を、グループ呼出・データ収集ステップＳ２００という。
【０１１０】
図１０は、グループ呼出・データ収集ステップＳ２００に対応するタイムチャートである。
【０１１１】
時点ｔ１において、監視局２８から指定グループ呼出制御信号が送信されると、その時点ｔ１から僅かに遅れた時刻に全ての観測局２４で同時に指定グループ呼出制御信号が受信される。
【０１１２】
次に、時点ｔ２で、所定の順番（この順番は、指定グループ呼出制御信号で指定することができ、また、観測局２４からの送信間隔も指定することができる。）で、まず、指定グループ内の最初の観測局２４−１が観測データを返送信号として時点ｔ２で送信すると、この返送信号が監視局２８で受信される。以下、同様に、指定グループ内の最後の観測局２４−ｎが観測データを返送信号として時点ｔｎで送信すると、この返送信号が監視局２８で受信され、グループ呼出に係る全観測局２４のデータが監視局２８で収集される。
【０１１３】
次いで、図１１のステップＳ６において、全グループ（図１例では、グループＡとグループＢ）の呼出が終了したかどうかが確認され、全グループの呼出が終了するまで、ステップＳ２００のグループ呼出・データ収集処理が繰り返される。
【０１１４】
ステップＳ６の判断が成立すると、ステップＳ７において取得した観測データがデータ蓄積部９６に保存される。
【０１１５】
次いで、ステップＳ８において、観測データがＬＡＮインタフェース９８を介して外部装置に供給され、外部装置での利用に供される。
【０１１６】
このように図１１例では、グループ毎に観測局２４の観測データが収集され、全グループ、すなわち全観測局２４の観測データが収集される。
【０１１７】
（指定グループ呼出制御：図１２）この図１２のフローチャートの各処理は、図１１のフローチャートの各処理と比較してステップＳ１６の処理のみが異なるので、ステップＳ１６以外の処理は簡単に説明乃至省略する。
【０１１８】
ステップＳ１１において、監視局２８は、時計部４２を参照して定時観測時刻になったかどうかを判断する。定時観測時刻になった場合には、ステップＳ１２において、定時観測開始ルーチンを起動する。
【０１１９】
次いで、ステップＳ２００において、所定の観測局グループを呼び出すために、指定グループ呼出制御信号の送信フレーム２００を送出し、指定グループ内の全ての観測局２４からの観測データを返送信号として受ける。
【０１２０】
次いで、ステップＳ１６において、指定グループの呼出が終了したかどうかが確認され、指定グループの呼出が終了するまで、ステップＳ２００のグループ呼出・データ収集処理が繰り返される。
【０１２１】
なお、図１２例では、１時間、３０分、１０分、５分の各周期で定時呼び出しされるグループが異なるようになっている。
【０１２２】
ステップＳ１６の判断が成立すると、ステップＳ１７において取得した観測データがデータ蓄積部９６に保存され、ステップＳ１８において、観測データがＬＡＮインタフェース９８を介して外部装置に供給され、外部装置での利用に供される。
【０１２３】
このように図１２例では、指定グループを構成する観測局２４のみの観測データが収集される。
【０１２４】
（自動通報制御：図１３）この図１３のフローチャートの各処理中、図１１、図１２に示した処理と対応する処理は、簡単に説明乃至省略する。
【０１２５】
まず、ステップＳ３０１において、観測局２４は、監視局２８の最短観測周期と自己の時計部９０を参照して、監視局２８が定時観測時刻の１分前になったかどうかを確認する。定時観測時刻の１分前になったときには、ステップＳ３０２において、観測局２４自身で定時観測中の自動通報機能をロックする。
【０１２６】
次に、ステップＳ３１において、監視局２８は、時計部４２を参照して定時観測時刻になったかどうかを判断する。定時観測時刻になった場合には、ステップＳ３２において、定時観測開始ルーチンを起動する。
【０１２７】
次いで、ステップＳ２００Ａにおいて、所定の観測局グループを呼び出すために、指定グループ呼出制御信号の送信フレーム２００Ａを送出し、指定グループ内の全ての観測局２４からの観測データを返送信号として受ける。
【０１２８】
次いで、ステップＳ３６において、指定グループの呼出が終了したかどうかが確認され、指定グループの呼出が終了するまで、ステップＳ２００Ａのグループ呼出・データ収集処理が繰り返される。
【０１２９】
ステップＳ３６の判断が成立すると、ステップＳ３７において取得した観測データがデータ蓄積部９６に保存され、ステップＳ３８において、観測データがＬＡＮインタフェース９８を介して外部装置に供給され、外部装置での利用に供される。
【０１３０】
その一方、観測局２４においては、定時観測時刻経過したとき、ステップＳ３０３において、定時観測中の自動通報機能をロックした各観測局２４は、自身で定時観測中の自動通報機能のロックを解除する。これにより、各観測局２４は、再び自動通報可能な状態となる。
【０１３１】
ステップＳ３０１における定時観測時刻の１分前になっていないとき、あるいはステップＳ３０３で自動通報機能のロックが解除されたとき、ステップＳ３０４において、各観測局２４は、観測値が自動通報観測値を超えたかどうかを判断する。
【０１３２】
すなわち、各観測局２４は、各観測局２４内において、観測データが予め設定した設定値を超える観測値となったことが検出されたかどうかを監視する。
【０１３３】
そして、予め設定した設定値を超える観測値となったとき、ステップＳ３０５において、その旨を自動通報信号の送信フレーム２００で監視局２８に自動通報する。
【０１３４】
一方、監視局２８は、定時観測時刻の前あるいは定時観測の終了後のステップ３９において、自動通報信号を受信したかどうかを確認する。
【０１３５】
自動通報信号を受信していない場合にはステップＳ４５へ進み、その一方、自動通報信号を受信していた場合には次のステップＳ４０において、全観測局２４に対して自動通報機能のロック信号を送る。
【０１３６】
ステップＳ３０６において、この自動通報機能のロック信号を受信した全観測局２４は、自身の自動通報機能をロックする。
【０１３７】
次に、ステップＳ４１において、監視局２８は、自動通報観測処理を開始する。
【０１３８】
すなわち、ステップＳ２００Ｂにおいて、ステップＳ３９で自動通報信号を受信した観測局２４を含むグループを指定して指定グループ呼出制御信号を送信する。
【０１３９】
そして、ステップＳ２００Ｂにおいて、自動通報信号を送信してきた観測局２４を含む指定グループ内の全ての観測局２４からの観測データを返送信号として受ける。
【０１４０】
次いで、ステップＳ４２において、必要な指定グループの呼出が終了したかどうかが確認され、指定グループ内の全ての観測局２４の呼出が終了するまで、ステップＳ２００Ｂのグループ呼出・データ収集処理が繰り返される。
【０１４１】
ステップＳ４２の判断が成立すると、ステップＳ４３において取得した観測データがデータ蓄積部９６に保存され、ステップＳ４４において、観測データがＬＡＮインタフェース９８を介して外部装置に供給され、外部装置での利用に供される。
【０１４２】
次に、ステップＳ４５において、観測データの内容から自動通報のロックを解除してよいかどうかを判断する。たとえば、観測値が予め設定した設定値以内の値となって一定時間を経過していた場合には、解除すると判断する。
【０１４３】
解除すると判断した場合には、ステップＳ４６において、全ての観測局２４に対してロック解除信号を送信する。
【０１４４】
ステップＳ３０７において、ロック解除信号を受信した全ての観測局２４は、ステップＳ３０８において、自身の自動通報機能のロック機能を解除する。
【０１４５】
なお、ステップＳ４５で自動通報ロックが解除されていないとき｛もともと自動通報信号が受信されないで（ステップＳ３９否定）、自動通報ロックが解除されていないときも含む。｝には、ステップＳ３１に進む。そして、自動通報の信号の受信があった場合には定時観測時刻になるまで、ステップＳ３９以降の自動通報信号受信に係わる処理を続行し、自動通報の信号の受信がもともとなかった場合には、ステップＳ３１以降の処理を行う。
【０１４６】
以上説明したように、上述した実施形態によれば、監視局２８は、複数の観測局２４をデータ収集の周期別にグループ分けし、必要な時期に必要なグループの観測局２４に対して一括して呼び出すグループ呼出制御信号を送信し、複数の観測局２４は、自グループ宛の呼出制御信号を受信したとき、所定の順序で順次観測データを返送信号として送信することで、監視局２８は、所望の時刻に、所望の観測局から必要な観測データを効率よく収集することができる。
【０１４７】
また、観測局２４は、観測局２４内において観測データが予め設定した設定値外の観測値となったことが検出されたとき、監視局２８に対して通報する自動通報機能を有し、監視局２８は、あるグループのある観測局２４からの自動通報信号を受信したとき、他のグループの全ての観測局２４の自動通報機能をロックするロック信号を他の観測局２４に送信するようにしているので、監視局２８は、自動通報信号を受信した観測局２４のグループからの観測データを優先的に受信することができる。
【０１４８】
さらにまた、観測局２４は、監視局２８の定時観測前に、自身で自動通報機能をロックし、定時観測終了後、自身で自動通報機能のロックを解除するため、監視局２８は定時観測前における観測局２４の自動通報機能のロックおよび定時観測終了後の自動通報機能のロック解除制御を行う必要がないので、観測データを効率よく収集することができる。
【０１４９】
なお、この発明は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【０１５０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、テレメータ装置において、狭帯域デジタル通信方式（π／４シフトＱＰＳＫ）の同期確立の短時間化と確実化、並びに効率的なデータ収集方式を実現できる。
【０１５１】
また、この発明は、所望の観測局における観測データをタイムリー（所望の時刻）に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態のテレメータシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】観測局の機能ブロック図である。
【図３】監視局の機能ブロック図である。
【図４】観測局および監視局におけるデジタル無線装置のブロック図である。
【図５】送受信フレームのデータ構造図である。
【図６】受信処理の動作説明に供されるフローチャートである。
【図７】π／４シフトＱＰＳＫ復調部の構成を示す概略ブロック図である。
【図８】ＩＱ信号空間配置と位相遷移を示す説明図である。
【図９】サンプルセット中、大きさの変化状態の遷移を示す説明図である。
【図１０】グループ呼出制御の動作説明に供されるタイムチャートである。
【図１１】観測局の全グループの呼出制御の動作説明に供されるフローチャートである。
【図１２】指定グループの観測局の呼出制御の動作説明に供されるフローチャートである。
【図１３】自動通報機能とそのロックの動作説明に供されるフローチャートである。
【符号の説明】
２０…テレメータシステム ２４…観測局
２８…監視局 ２９…ＬＡＮ
３０、７０…本体部 ３２…各種センサ・計測装置
３４、７２…デジタル無線装置 １０２…送信制御部
１０４…π／４シフトＱＰＳＫ変調部 １０６…Ｄ／Ａ変換器
１０８…送信ユニット １１４…受信ユニット
１１８…π／４シフトＱＰＳＫ復調部 １２０…受信制御部
１４３…歪み補正帰還部 １４４…フィードバックユニット
２００…送受信フレーム（送信フレーム、受信フレーム）
３０１…ＤＤＣ ３０２…ＤＳＰ
３０３…ＣＰＵ

Claims (4)

1. 複数の観測局のそれぞれで観測されたデータが、前記複数の観測局からそれぞれ観測データとして送信され、監視局で受信されるテレメータ装置であって、
   前記監視局と前記複数の観測局には、それぞれ、π／４シフトＱＰＳＫ方式の無線装置が配置され、
   前記監視局は、前記複数の観測局をデータ収集の周期別にグループ分けし、必要な時期に必要なグループの観測局に対して呼出制御信号を送信し、
   前記必要なグループの観測局は、自己宛の呼出制御信号を受信したとき、前記観測データを送信し、
   前記監視局は、前記観測データを受信することで必要な観測データを収集する
   ことを特徴とする狭帯域デジタル通信方式テレメータ装置。
2. 請求項１記載の狭帯域デジタル通信方式テレメータ装置において、
   前記観測局は、前記観測局内において前記観測データが予め設定した設定値外の観測値となったことが検出されたとき、前記監視局が定時観測期間中か否かを判断し、定時観測期間中でなければ前記監視局に対して自動通報信号を送信する自動通報機能を有し、
   前記監視局は、ある観測局からの自動通報信号を受信したとき、他の観測局の自動通報機能をロックするロック信号を前記他の観測局に送信する
   ことを特徴とする狭帯域デジタル通信方式テレメータ装置。
3. 請求項１記載の狭帯域デジタル通信方式テレメータ装置において、
   前記呼出制御信号および前記観測データの送信信号は、ＰＮ符号、プリアンブル、制御符号およびデータの順からなるフレーム構成の伝送信号とし、
   前記伝送信号を受信した観測局あるいは監視局は、前記プリアンブルでシンボル同期を確立し、前記制御符号でフレーム同期を確立する
   ことを特徴とする狭帯域デジタル通信方式テレメータ装置。
4. 請求項３記載の狭帯域デジタル通信方式テレメータ装置において、
   前記シンボル同期を確立する際、受信した前記伝送信号中、前記プリアンブルのサンプル値を平均し、サンプル値の平均が、検出基準値を超えたときのサンプル位置からシンボル同期の確立処理に入る
   ことを特徴とする狭帯域デジタル通信方式テレメータ装置。

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