JP5054550B2 - 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

しかしながら、他の無線伝送システムで使用されている電波や機器から発生する電波（ノイズ）のように受信したくない電波（非希望波）を検出してしまうと、受信回路が起動して電池が無駄に消費されてしまう虞があった。

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、非希望波を受信することによって電池を無駄に消費してしまうことを防ぐ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、ビット同期を確立するための同期ビットがフレームの先頭に挿入された無線信号を、これら複数の無線機の間で伝送する無線伝送システムであって、各無線機は、無線信号を送信する送信手段若しくは無線信号を受信する受信手段の少なくとも何れか一方と、電源供給用の電池とを共通に具備し、送信手段を具備する無線機は、無線信号の１フレーム内において０と１を交互に配置した同期ビットパターンを、前記フレーム内における前記同期ビットより後に所定周期で挿入する同期ビットパターン挿入手段を具備し、受信手段を具備する無線機は、受信手段で受信する無線信号の同期ビットパターンを検出する同期ビットパターン検出手段と、同期ビットパターン検出手段で同期ビットパターンを検出するタイミングが前記周期に一致していれば正常な無線信号であると判断し且つ当該タイミングが前記周期に一致しなければ正常な無線信号でないと判断する判断手段と、判断手段にて正常な無線信号でないと判断した場合に受信手段を停止させる制御手段とを具備したことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、受信手段を具備する無線機は、受信手段で受信する電波の強度を検出する検出手段と、検出手段で検出する電波の強度を所定の閾値と比較する比較手段とを具備し、当該無線機の制御手段は、比較手段の比較結果に応じて電波強度が閾値を超えていれば同期ビットパターン検出手段を動作させ、電波強度が閾値を超えていなければ同期ビットパターン検出手段を動作させずに受信手段を停止させることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、判断手段は、無線信号の受信中は常に無線信号が正常か否かを判断することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、送信手段が送信する無線信号は、フレーム同期を確立するためのユニークワードを含むフレーム構成を有し、同期ビットパターン挿入手段は、１フレーム内におけるユニークワードを除く部分に同期ビットパターンを挿入することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、送信手段が送信する無線信号は、フレーム同期を確立するためのユニークワードを含むフレーム構成を有し、同期ビットパターン挿入手段は、１フレーム内におけるユニークワードの部分にのみ、０と１の順番を入れ替えた同期ビットパターンを挿入することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５の何れか１項の発明において、同期ビットパターン挿入手段は、同期ビットパターンを１バイト長としたことを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１〜６の何れか１項の発明において、送信手段は、無線信号で伝送する情報をノン・リターン・ゼロ符号化することを特徴とする。

本発明によれば、同期ビットパターン検出手段で同期ビットパターンを検出するタイミングが前記周期に一致していれば、判断手段が正常な無線信号であると判断し、且つ当該タイミングが前記周期に一致しなければ、判断手段が正常な無線信号でないと判断するとともに、判断手段にて正常な無線信号でないと判断した場合に制御手段が受信手段を停止させるので、同期ビットパターンが含まれるか否かで受信した電波が希望波なのか非希望波なのかを判断することができ、さらに非希望波であれば直ちに受信手段を停止することで電池の無駄な消費を防ぐことができる。

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の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（アドレス）が割り当てられており、当該アドレス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、後述するデータフォーマットで規定周波数の搬送波を変復調することにより電波を媒体とする無線信号を送受信するものであり、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」や「微弱無線局」に準拠している。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。

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では無線送受信部２を所定の時間間隔（間欠受信間隔）毎に間欠的に起動して電波が受信できるか否かをチェックし、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。

図２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。ここで本実施形態では、図２（ａ）に示すようにフレーム同期パターン（ユニークワード）ＵＷ以降において、制御部１が、本来のデータ（フレーム同期パターン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）を８ビット（１バイト）毎に区切り、１バイトのデータビット（Data）の間に０と１を交互に並べた８ビット（１バイト）の同期ビットパターンSync（01010101）を挿入している。また、無線送受信部２で復調されたデータが制御部１に取り込まれ、制御部１において当該データ中に含まれる同期ビットパターンSyncが検出される。すなわち、本実施形態では制御部１が同期ビットパターン挿入手段並びに同期ビットパターン検出手段に相当する。

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送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。また制御部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、反対に電波チェックによって電波が捉えられなければ無線送受信部２を停止させる。無線送受信部２では、０と１を交互に繰り返す複数バイトの同期ビットＰＡによって無線信号で伝送されるデータの同期を取っており、同期ビットＰＡによる同期が取れた時点で正常な受信動作が可能になる。

同期ビットＰＡによる同期が取れた後、制御部１では所定時間（同期ビットパターンSyncの周期：２バイト）内に受信したデータから同期ビットパターンSyncが検出されれば受信した電波が希望波（無線信号）であると判断して受信動作を継続するが、同期ビットパターンSyncが所定時間内に検出できなければ受信した電波が非希望波であると判断し、受信動作を中断して無線送受信部２を停止させる。受信した電波が希望波であれば、制御部１は無線送受信部２で復調されたデータを１バイトずつ取り込む。このとき、フレーム同期パターンＵＷには２バイト周期で同期ビットパターンSyncが挿入されているから、制御部１では２バイト分のデータ中に含まれているはずの同期ビットパターンSyncを検出し、同期ビットパターンSyncを検出するタイミングがその周期（２バイト）に一致していれば受信動作を継続するが、もしも同期ビットパターンSyncが検出されないか若しくは検出タイミングがその周期に一致しなければ受信動作を中断して無線送受信部２を停止させる。

そして、制御部１では一定時間内にフレーム同期パターンＵＷが正常に受信できなければ受信動作を中断して無線送受信部２を停止させ、フレーム同期パターンＵＷが正常に受信できれば宛先アドレスＤＡが自らに割り当てられているアドレス若しくはブロードキャスト用のアドレスに一致するかを判断し、何れにも一致しなければ受信する必要のないデータであるから受信動作を中断して無線送受信部２を停止させる。一方、宛先アドレスＤＡが自らに割り当てられているアドレス若しくはブロードキャスト用のアドレスの何れかに一致すれば、残りのデータ（送信元アドレスＳＡ、メッセージＭ、ＣＲＣ符号）を受信して１フレームの受信が完了するまで１バイトずつデータを取り込む。このとき、宛先アドレスＤＡや送信元アドレスＳＡ、メッセージＭにも２バイト周期で同期ビットパターンSyncが挿入されているから、制御部１では２バイト周期で同期ビットパターンSyncが検出されていれば受信動作を継続するが、２バイト周期で同期ビットパターンSyncが検出され無くなった時点で受信動作を中断して無線送受信部２を停止させる。すなわち、偶然にも非希望波が同期ビットパターンSyncと同一のビット列を有していたため、制御部１が一度希望波であると誤判断しても、１フレームのデータを受信している間に再度、非希望波であると正しく判断することができる。それから、制御部１はＣＲＣ符号による伝送誤りチェックをパスしなければ受信したデータを破棄して無線送受信部２を停止させ、伝送誤りチェックをパスをパスすれば受信したデータ（メッセージＭ）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。

このように本実施形態によれば、同期ビットパターン検出手段たる制御部１で同期ビットパターンSyncを検出するタイミングがその周期に一致していれば、判断手段たる制御部１が正常な無線信号であると判断し、且つ当該タイミングが前記周期に一致しなければ、制御部１が正常な無線信号でないと判断するとともに正常な無線信号でないと判断した場合に制御手段たる制御部１が受信手段たる無線送受信部２を停止させるので、同期ビットパターンSyncが含まれるか否かで受信した電波が希望波なのか非希望波なのかを判断することができ、さらに非希望波であれば直ちに受信手段たる無線送受信部２を停止することで電池の無駄な消費を防ぐことができる。

なお、本実施形態では同期ビットパターンSyncのデータ長を１バイト、その周期を２バイトとしているがこれに限定する趣旨ではない。但し、同期ビットパターンSyncのデータ長を１バイトとすれば同期ビットパターンの挿入・検出の処理が簡便にできるという利点がある。また、同期ビットパターンSyncが間に挿入されるデータビット（Data）をＮＲＺ符号化すれば、無線信号の伝送効率を向上することができる。つまり、ＮＲＺ符号化においては、通常、１又は０が連続しないようにパリティビットを挿入するが、同期ビットパターンSyncがそのパリティビットの役割を担うことでＮＲＺ符号による正常な伝送が可能となる。

ところで、フレーム同期を確立するためのユニークワードＵＷは、プリアンブルＰＡやその他のデータビット例（宛先アドレスＤＡ、送信元アドレスＳＡ、メッセージＭ、ＣＲＣ符号）と明確に区別できるようなビットパターンに設定されているが、同期ビットパターンSyncが挿入されることで唯一性の確保が困難になる虞がある。したがって、図２（ｂ）に示すように１フレーム内におけるユニークワードＵＷの部分には同期ビットパターンSyncを挿入せず、ユニークワードＵＷ（並びにプリアンブルＰＡ）を除く部分にだけ同期ビットパターンSyncを挿入すれば、ユニークワードＵＷの唯一性の確保が容易になる。

あるいは、図２（ｃ）に示すように、１フレーム内におけるユニークワードＵＷの部分にのみ、同期ビットパターンSyncに対して０と１の順番を入れ替えた同期ビットパターンXSyncを挿入してもよい。このようにすれば、ユニークワードＵＷの部分で希望波か否かの判断を行ないつつ、ユニークワードＵＷの唯一性の確保が容易になるという利点がある。

本発明の実施形態を示すシステム構成図である。 （ａ）〜（ｃ）は同上における無線信号のデータフォーマットである。 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（同期ビットパターン挿入手段、同期ビットパターン検出手段、判断手段、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 (7)

1. 複数の無線機を備え、ビット同期を確立するための同期ビットがフレームの先頭に挿入された無線信号を、これら複数の無線機の間で伝送する無線伝送システムであって、
   各無線機は、無線信号を送信する送信手段若しくは無線信号を受信する受信手段の少なくとも何れか一方と、電源供給用の電池とを共通に具備し、
   送信手段を具備する無線機は、無線信号の１フレーム内において０と１を交互に配置した同期ビットパターンを、前記フレーム内における前記同期ビットより後に所定周期で挿入する同期ビットパターン挿入手段を具備し、
   受信手段を具備する無線機は、受信手段で受信する無線信号の同期ビットパターンを検出する同期ビットパターン検出手段と、同期ビットパターン検出手段で同期ビットパターンを検出するタイミングが前記周期に一致していれば正常な無線信号であると判断し且つ当該タイミングが前記周期に一致しなければ正常な無線信号でないと判断する判断手段と、判断手段にて正常な無線信号でないと判断した場合に受信手段を停止させる制御手段とを具備したことを特徴とする無線伝送システム。
2. 受信手段を具備する無線機は、受信手段で受信する電波の強度を検出する検出手段と、検出手段で検出する電波の強度を所定の閾値と比較する比較手段とを具備し、
   当該無線機の制御手段は、比較手段の比較結果に応じて電波強度が閾値を超えていれば同期ビットパターン検出手段を動作させ、電波強度が閾値を超えていなければ同期ビットパターン検出手段を動作させずに受信手段を停止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。
3. 判断手段は、無線信号の受信中は常に無線信号が正常か否かを判断することを特徴とする請求項１又は２記載の無線伝送システム。
4. 送信手段が送信する無線信号は、フレーム同期を確立するためのユニークワードを含むフレーム構成を有し、
   同期ビットパターン挿入手段は、１フレーム内におけるユニークワードを除く部分に同期ビットパターンを挿入することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の無線伝送システム。
5. 送信手段が送信する無線信号は、フレーム同期を確立するためのユニークワードを含むフレーム構成を有し、
   同期ビットパターン挿入手段は、１フレーム内におけるユニークワードの部分にのみ、０と１の順番を入れ替えた同期ビットパターンを挿入することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の無線伝送システム。
6. 同期ビットパターン挿入手段は、同期ビットパターンを１バイト長としたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の無線伝送システム。
7. 送信手段は、無線信号で伝送する情報をノン・リターン・ゼロ符号化することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の無線伝送システム。

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