JP5027517B2 - 無線伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の無線機の間で無線信号を伝送する無線伝送システムに関するものである。

我が国で使用する無線機については、占有周波数帯幅や隣接チャンネル漏洩電力などの使用電波の特性（ＲＦ特性）が電波法の規定を満たしていなくてはならない。また、電波法では使用目的ごとに異なる規格（通信規格）が規定されている。例えば、電波法施行規則第６条に規定される「特定小電力無線局」には、電波を利用して遠隔地点における測定機の測定結果を自動的に表示し、又は記録するためのテレメータ用、電波を利用して遠隔地点における装置の機能を始動、変更又は終止させることを目的とする信号の伝送を行うテレコントロール用、及び主として機械によって処理される情報の伝送又は処理された情報の伝送を行うデータ伝送用無線設備について規定された「特定小電力無線局テレメータ用、テレコントロール用及びデータ伝送用無線設備 標準規格（社団法人電波産業会 標準規格ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ６７）」、あるいは、主として火災、盗難その他異常の通報又はこれに付随する制御を行う小電力セキュリティシステムの無線設備について規定された「小電力セキュリティシステムの無線局の無線設備 標準規格（社団法人電波産業会 標準規格ＲＣＲ ＳＴＤ−３０）」などがある。

一方、上記特定小電力無線局を備えた無線伝送システムとしては、例えば、特許文献１に記載されているような火災報知システムがある。かかる火災報知システムは、多箇所に設置された複数台の火災感知器（無線機）がそれぞれに火災を感知する機能と警報音を鳴動する機能を有しており、何れかの火災感知器が火災を感知すると、当該火災感知器が警報音を鳴動するとともに火災感知を知らせる情報（火災感知情報）を無線信号で他の火災感知器に伝送することにより、火元の火災感知器だけでなく複数台の火災感知器が連動して一斉に警報音を鳴動することにより、火災の発生を迅速且つ確実に知らせることができる。

このような火災感知器（無線機）は、火災感知情報を無線信号で伝送するという特性を活かすために電池を電源として駆動され、しかも、通常は室内の天井のようにメンテナンス（電池交換）のし難い場所に設置されることから、例えば数年といった長期間にわたってメンテナンス無しに使用できることが望ましい。そのため、各火災感知器においては間欠的に受信回路を起動して所望の電波（他の火災感知器が送信した無線信号）が受信できるか否かをチェックし、当該電波が捉えられなければ直ちに受信回路を停止して待機状態に移行することで平均消費電力を大幅に低減することが望まれる。
特開２００６−３４３９８３号公報

ところで、上述の特定小電力無線局の規格においては無線局（無線機）から連続して電波を送信することができる期間（送信期間）および電波を送信してはいけない期間（休止期間）について規定されており、間欠受信のタイミングと送信期間とが一致しなければ無線信号を受信することができない。また送信期間には、同期ビット、フレーム同期パターン、メッセージ、ＣＲＣ符号を少なくとも含むデータフォーマットを１フレームとする無線信号が数フレーム分、連続して送信されるのであるが、例えば、フレーム同期パターンに同期できても、メッセージエラーやＣＲＣエラーになると、休止期間に移行する仕様となっていた。そして、このように受信エラーとなった場合には再度一定時間（間欠受信間隔）が経過しないと電波チェックが行われず、無線信号を受信するタイミングが遅延してしまうことになる。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、無線機の消費電力を低減しつつ情報伝送の遅延時間を短縮することができる無線伝送システムを提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、複数の無線機を備え、これら複数の無線機の間で無線信号を伝送する無線伝送システムであって、各無線機は、少なくともフレーム同期パターンと伝送誤りチェック符号とを含むデータフォーマットを１フレームとする無線信号を送信する送信手段と、他の無線機から送信される前記無線信号を受信する受信手段と、電源供給用の電池と、所定のイベントが発生したときに送信手段を起動し、所定の送信期間に複数フレームの前記無線信号を送信させるとともに所定の休止期間に当該無線信号の送信を休止させる動作を交互に繰り返し且つ前記イベントが発生していないときには送信手段を停止させる送信制御手段と、一定の間欠受信間隔を繰り返しカウントするタイマ手段と、タイマ手段による間欠受信間隔のカウント中は受信手段を停止させ、タイマ手段による間欠受信間隔のカウントが完了する度に受信手段を起動する受信制御手段とを具備し、受信制御手段は、受信手段にて前記無線信号の電波が捉えられたら当該無線信号を受信し、前記無線信号の電波が捉えられなければ受信手段を停止させ、さらに受信した当該１フレームの無線信号に伝送誤りが生じている場合は受信手段を停止させずに前記休止期間内で引き続き受信動作を継続することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、受信制御手段は、伝送誤りが生じたために前記無線信号の受信に失敗した回数が予め決められた規定回数に達したら受信手段を停止するとともにタイマ手段による間欠受信間隔のカウントを再開させることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、受信手段が起動するタイミングが取れても、一時的な外来ノイズによって、受信した当該１フレームの無線信号に伝送誤りが生じている場合は受信手段を停止せずに前記休止期間内で引き続き受信動作を継続するので、無線機の消費電力を低減しつつ無線信号を正常に受信できるまでの時間、すなわち、情報伝送の遅延時間を短縮することができる。

請求項２の発明によれば、伝送誤りが生じたために前記無線信号の受信に失敗した回数が予め決められた規定回数に達したら間欠受信動作に戻るので、無駄な電力消費を抑えることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は本実施形態のシステム構成図であり、複数台（図示は２台のみ）の無線機ＴＲで無線伝送システムが構成されている。なお、以下の説明では、無線機ＴＲを個別に示す場合は無線機ＴＲ１，ＴＲ２，…，ＴＲｎと表記し、総括して示す場合は無線機ＴＲと表記する。

無線機ＴＲは、アンテナ３から電波を媒体とした無線信号を送信するとともに他の無線機ＴＲが送信した無線信号をアンテナ３で受信する無線送受信部２と、マイコンを主構成要素としイベント発生部４からイベントの発生が通知されたときに他の無線機ＴＲに対してイベント発生を通知するため通知メッセージを含む無線信号を無線送受信部２より送信させる制御部１と、イベントが発生したときにイベントの発生を制御部１に通知するイベント発生部４と、イベント発生部４から制御部１に対してイベントの発生が通知されたことを報知する報知部５と、乾電池等の電池を電源として各部に動作電源を供給する電池電源部６とを具備している。なお、各無線機ＴＲ１，ＴＲ２，…には固有の識別符号が割り当てられており、当該識別符号によって無線信号の宛先並びに送信元の無線機ＴＲ１，ＴＲ２，…が特定できる。

無線送受信部２は、電波法施行規則第６条に規定される「特定小電力無線局」に準拠して電波を媒体とする無線信号を送受信するものである。またイベント発生部４は、例えば、火災に伴って発生する煙や熱、炎などを検出することで火災を感知する火災感知手段や、人体から放射される熱線（赤外線）を検出することで不審者の侵入のようなセキュリティに関する異常を検知するセキュリティ異常検知手段、押釦スイッチ等の操作入力を受け付ける操作入力受付手段などを有している。但し、火災感知手段、セキュリティ異常検知手段、操作入力受付手段の各手段については、従来周知であるから詳細な説明は省略する。

制御部１は、メモリに格納されたプログラムをマイコンで実行することによって後述する各種の機能を実現している。例えば、イベント発生部４が火災感知手段を有している場合、イベント発生部４から火災発生を感知したことが通知されると、制御部１は報知部５が備えるブザーを駆動して報知音（警報音）を鳴動させることで火災発生を報知するとともに、他の無線機（火災感知器）ＴＲにおいても火災発生の報知音を鳴動させるために火災発生を通知するための通知メッセージを含む無線信号を無線送受信部２より送信させる。また、他の無線機ＴＲから送信された無線信号（火災発生を通知するための通知メッセージを含む無線信号）を無線送受信部２で受信したときも、制御部１は報知部５が備えるブザーを駆動して報知音（警報音）を鳴動させる。つまり、制御部１ではイベント発生部４から火災感知や人体検知、操作入力受付等のイベント発生が通知されたときに報知部５から報知音を鳴動させて報知するとともにイベント発生を通知するための通知メッセージを含む無線信号を無線送受信部２より送信させる機能を有している。

ここで、従来技術で説明したように「特定小電力無線局テレメータ用、テレコントロール用及びデータ伝送用無線設備 標準規格（社団法人電波産業会 標準規格ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ６７）」や、「小電力セキュリティシステムの無線局の無線設備 標準規格（社団法人電波産業会 標準規格ＲＣＲ ＳＴＤ−３０）」などでは、無線信号を連続して送信してもよい期間（送信期間）と、送信期間と送信期間の間に設けられた、無線信号を送信してはいけない期間（休止期間）とが定められている。例えば、標準規格ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ６７では送信期間が４０秒以下且つ休止期間が２秒以上と規定され、標準規格ＲＣＲ ＳＴＤ−３０では送信期間が３秒以下且つ休止期間が２秒以上と規定されており、制御部１では、これらの規格に適合する送信期間並びに休止期間で無線信号を送信させている。

また電池電源部６の電池寿命をできるだけ長くするため、制御部１ではマイコンに内蔵するタイマ（タイマ手段）で所定の時間間隔（間欠受信間隔）を繰り返しカウントするとともに間欠受信間隔のカウントが完了する毎に無線送受信部２を起動して所望の電波（他の無線機ＴＲが送信した無線信号）が受信できるか否かをチェックし、当該電波が捉えられなければ直ちに無線送受信部２を停止して待機状態に移行させることで平均消費電力を大幅に低減している。なお、電波の受信チェックは、無線送受信部２から出力される、受信信号強度の大小に比例した直流電圧信号である受信信号強度表示信号（Receiving Signal Strength Indication：ＲＳＳＩ信号）に基づいて制御部１が行っており、詳細については従来周知であるから省略する。

さらに特定の無線機ＴＲ１の制御部１では、定期的に無線送受信部２を起動して他の無線機ＴＲ２，ＴＲ３，…が正常に動作しているか否かの確認（生死確認）を行うために確認メッセージを含む無線信号を送信させるとともに、無線送受信部２を受信状態に切り替えて各無線機ＴＲ２，…から送信される応答メッセージを含む無線信号を受信し、確認メッセージを含む無線信号を送信してから所定時間内に応答メッセージを含む無線信号を送信してこない無線機ＴＲがあれば、報知部５が備えるブザーを駆動して報知音を鳴動させるなどして無線機ＴＲに異常（電池切れなど）が発生したことを知らせる機能も有している。すなわち、本実施形態では制御部１が送信制御手段並びに受信制御手段に相当する。

図２（ａ）は無線機ＴＲが送受信する無線信号のデータフォーマットを示しており、同期ビット（プリアンブル：ＰＡ）、フレーム同期パターン（ユニークワード：ＵＷ）、宛先アドレスＤＡ、送信元アドレスＳＡ、メッセージＭ、ＣＲＣ符号で１フレームが構成されている。ここで、宛先アドレスＤＡとして各無線機ＴＲの識別符号を設定すれば当該識別符号の無線機ＴＲのみが無線信号を受信してメッセージを取得することになるが、宛先アドレスＤＡとして何れの無線機ＴＲにも割り当てられていない特殊なビット列（例えば、すべてのビットを１としたビット列）を設定することで無線信号を同報（ブロードキャスト）して全ての無線機ＴＲにメッセージを取得させることができる。例えば、火災発生等のイベント発生を通知するための通知メッセージを含む無線信号が全ての無線機ＴＲに同報される。なお、制御部１は１フレーム分の無線信号を１回の送信期間内で送信可能な数ｍだけ連続して無線送受信部２から送信させる（図２（ｂ）参照）。

次に、図３のフローチャートを参照しながら本実施形態の受信動作について説明する。

制御部１はタイマ（図示せず）によって間欠受信間隔を繰り返しカウントしており、間欠受信間隔が経過する毎に無線送受信部２を起動してＲＳＳＩ信号による電波チェックを実行する。制御部１は電波チェックによって電波が捉えられれば無線送受信部２による受信動作を開始し、所定時間（１フレーム分の時間）内にフレーム同期パターンＵＷを受信してフレーム同期が取れれば引き続いて受信動作を継続し、所定時間内にフレーム同期が取れない場合、若しくは電波チェックによって電波が捉えられない場合には無線送受信部２を停止させて間欠受信間隔のカウントを再開する。

フレーム同期が完了した後、制御部１は受信した無線信号の宛先アドレスＤＡが同報用の特殊なビット列（例えば、全てのビットが１であるもの）又は自己の識別符号に一致するか否かを判断する。ここで、火災発生等のイベント発生を通知するための通知メッセージや生死確認のための確認メッセージについては宛先アドレスＤＡに前記特殊なビット列を設定することで全ての無線機ＴＲに同報されるが、通知メッセージや確認メッセージに対する応答メッセージのように特定の無線機ＴＲにのみ送信する無線信号については当該無線機ＴＲの識別符号が宛先アドレスＤＡに設定される。従って、制御部１では宛先アドレスＤＡにより同報若しくは自分宛と判断した場合は引き続いてメッセージＭを受信するが、宛先アドレスＤＡにより同報及び自分宛でないと判断した場合は無線送受信部２を停止させて間欠受信間隔のカウントを再開する。

さらに、制御部１はＣＲＣ符号による伝送誤りチェックを行い、伝送誤りがなく正常に受信できれば受信したメッセージＭの内容に応じた処理、例えば、報知部５から報知音を鳴動させてイベントの発生（火災発生など）を報知する。一方、伝送誤りが生じて無線信号の受信に失敗した場合、制御部１は受信失敗回数Ｆの値をインクリメントした後に受信失敗回数Ｆが予め設定されている規定回数に達したか否かを判断し、規定回数に達していなければ再度電波チェックを行い、規定回数に達していれば受信失敗回数Ｆを初期化（Ｆ＝０）するとともに無線送受信部２を停止させて間欠受信間隔のカウントを再開する。

このように本実施形態によれば、無線送受信部２が起動するタイミングあるいはノイズの影響等によって無線信号の受信に失敗したときに無線送受信部２を停止せずに引き続き受信動作を継続するので、間欠受信によって無線機ＴＲの消費電力を低減しつつ、再度間欠受信間隔が経過するまで無線送受信部２を停止する場合と比較して無線信号を正常に受信できるまでの時間、すなわち、情報伝送の遅延時間を短縮することができる。また、無線信号の受信に失敗した回数（受信失敗回数Ｆ）が予め決められた規定回数に達したら間欠受信動作に戻るようにしているので、受信動作を過度に継続することによって無駄な電力が消費されるのを抑えることができる。なお、規定回数は回路の消費電力や電池の容量、無線機ＴＲが設置される環境等の条件に応じた適当な値に設定される。

本発明の実施形態を示すシステム構成図である。 （ａ）は同上における無線信号のデータフォーマット、（ｂ）は送信時のタイムチャートである。 同上の動作説明用のフローチャートである。

符号の説明

１ 制御部１（送信制御手段、受信制御手段）
２ 無線送受信部（送信手段、受信手段）
４ イベント発生部
５ 報知部
６ 電池電源部

Claims (2)

1. 複数の無線機を備え、これら複数の無線機の間で無線信号を伝送する無線伝送システムであって、
   各無線機は、少なくともフレーム同期パターンと伝送誤りチェック符号とを含むデータフォーマットを１フレームとする無線信号を送信する送信手段と、他の無線機から送信される前記無線信号を受信する受信手段と、電源供給用の電池と、所定のイベントが発生したときに送信手段を起動し、所定の送信期間に複数フレームの前記無線信号を送信させるとともに所定の休止期間に当該無線信号の送信を休止させる動作を交互に繰り返し且つ前記イベントが発生していないときには送信手段を停止させる送信制御手段と、一定の間欠受信間隔を繰り返しカウントするタイマ手段と、タイマ手段による間欠受信間隔のカウント中は受信手段を停止させ、タイマ手段による間欠受信間隔のカウントが完了する度に受信手段を起動する受信制御手段とを具備し、
   受信制御手段は、受信手段にて前記無線信号の電波が捉えられたら当該無線信号を受信し、前記無線信号の電波が捉えられなければ受信手段を停止させ、さらに受信した当該１フレームの無線信号に伝送誤りが生じている場合は受信手段を停止させずに前記休止期間内で引き続き受信動作を継続することを特徴とする無線伝送システム。
2. 受信制御手段は、伝送誤りが生じたために前記無線信号の受信に失敗した回数が予め決められた規定回数に達したら受信手段を停止するとともにタイマ手段による間欠受信間隔のカウントを再開させることを特徴とする請求項１記載の無線伝送システム。

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