JP5480708B2 - 無線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の無線チャンネルを用いて無線通信を行う無線通信システムに関するものである。

近年、例えば自動遠隔検針システムのように、特定小電力無線局などの無線局を用いて遠隔地点に設置された測定機の測定結果の授受や、遠隔地点に設置された装置の機能を始動、終了させるための制御信号の授受を行う無線通信システムが普及している。この種の無線通信システムは、照明制御システム、防犯システム、ドアホンシステムなどにも適用されており、特許文献１には、火災報知システムにこの種の無線通信システムを適用した例が記載されている。

特許文献１に記載の火災報知システムは、無線による通信機能が設けられた複数台の火災感知器を多箇所に設置し、各々の火災感知器間で無線信号の授受が行われる。例えば、何れかの火災感知器が火災を感知すると、その火災感知器は自機の警報を鳴動させるとともに、他の火災感知器に向けて火災感知情報を含む無線信号を連続的に送信する。また、火災を感知した火災感知器からの無線信号を受信した他の火災感知器は、その無線信号に含まれる火災感知情報に基づいて警報を鳴動させる。このように、複数台の火災感知器が互いに無線信号を送信・受信することで、複数台の火災感知器が連動して動作し、火災の発生を迅速且つ確実に報知できるようにしている。

ところで、この種の無線通信システムにおいては、複数台の無線局間で無線信号の授受を行うため、無線信号として使用する特定の周波数帯域内に複数の無線チャンネルを設け、無線信号の送受信を行うことが考えられる。この場合において、送信側の無線局が無線信号を送信する際には、複数の無線チャンネルから送信に使用する無線チャンネルを択一的に選択して無線信号を送信する。また受信側の無線局は、全ての無線チャンネルで受信信号強度（Received Signal Strength Indication：RSSI）を所定の時間周期で測定し、測定した受信信号強度が所定の閾値よりも大きければ、その無線チャンネルにおける無線信号の検出を行う。このようにすることで、受信側の無線局は、送信側の無線局が任意に選択した無線チャンネルにおける無線信号を受信でき、複数台の無線局間で無線信号の授受を行うことができる。

特開２００９−１７７３４０号公報

ところで、受信側の無線局が測定する受信信号強度は、送信側の無線局との距離や障害物の有無などによって異なり、送信側の無線局との距離が遠くなるほど受信信号強度が小さくなる。そこで、無線信号の検出を行う基準となる閾値を低く設定すると、遠距離に設置された無線局との間でも通信が可能となるが、周囲の環境などによって発生する定常ノイズに起因して、受信信号強度が閾値を超える場合がある。この場合には、有効な無線信号が送信されていない無線チャンネルを受信対象の無線チャンネルに設定することになり、他の無線チャンネルを用いて送信された有効な無線信号を見逃す可能性がある。また一方で、定常ノイズによる影響を低減するために、この閾値を高く設定すると、やや遠くに設置された無線局が無線信号を送信した無線チャンネルの受信信号強度が閾値を超えず、無線局から送信された無線信号を見逃す可能性があった。

本発明は、上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、定常ノイズに起因した誤受信を低減し、有効な無線信号を見逃す可能性を低減した無線通信システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の無線通信システムは、互いに周波数の異なる複数の無線チャンネルのうち所定の無線チャンネルを用いて無線信号を送信する送信手段を具備する第１の無線機と、第１の無線機から送信された無線信号を受信する受信手段を具備する第２の無線機とを備え、受信手段は、所定のスキャン周期内で、スキャン対象の無線チャンネルを順次切り替えて、無線チャンネルごとの信号強度を測定する信号強度検出部と、スキャン対象の無線チャンネルにおける信号強度が、無線チャンネルごとに設けられた所定の閾値よりも大きければ、当該無線チャンネルを受信対象の無線チャンネルに設定して無線信号の受信を行う信号受信部と、無線チャンネルごとに設けられた所定の閾値を記憶する記憶部と、信号受信部が自機宛に送信された無線信号を受信したことを検知して、受信対象の無線チャンネルにおける信号強度に応じた新たな閾値を算出し、当該新たな閾値を記憶部に記憶させる閾値変更部とを備え、閾値変更部は、受信対象の無線チャンネルにおける信号強度が、記憶部に記憶された現状の閾値から所定値以上大きな値であれば、現在の閾値より大きな新たな閾値を算出して、記憶部に記憶させることを特徴とする。

本願発明によれば、定常ノイズに起因した誤受信を低減し、有効な無線信号を見逃す可能性を低減した無線通信システムを提供する。

本願発明の実施の形態にかかる無線通信システムを示す概略ブロック図である。 同無線通信システムで用いる通信信号のフォーマットを示す概略図である。 同無線通信システムにおいて、無線信号を検知する方法を説明するための概略図であり、（ａ）は閾値を変更する前の状態を示し、（ｂ）は閾値変更後の状態を示している。

以下に、本発明の技術思想を電力検針システムに適用した実施の形態について、図１〜３に基づいて説明する。

本実施の形態にかかる電力検針システムＡは、図１に示すように、電力会社から電力の供給を受ける複数の住戸にそれぞれ設置される検針メータ１と、電柱などに設置され、周囲の住戸に設置された検針メータ１から検針データを受信する中継装置２とを備える。

また電力検針システムＡは、例えば検針員が携行して個々の住戸を巡回することで、それぞれの住戸に設置された検針メータ１から検針データを受信するハンディターミナル３を備える。

この電力検針システムＡは、検針メータ１が各住戸における消費電力量を計測し、計測した消費電力量を検針データとして中継装置２又はハンディターミナル３が受信することで、各住戸で消費された電力量を収集するためのシステムである。

中継装置２は、例えば特定小電力無線局からなる無線通信部２０を備え、周囲に存在する検針メータ１に検針データを要求する要求信号を送信する。また中継装置２は、例えば広域通信網ＷＡＮを介して電力会社の集計サーバ（図示せず）との間で通信可能に設定されており、検針メータ１から送信された検針データを集計サーバに送信する。これにより、検針メータ１が測定した各住戸の消費電力量は、遠隔地に設置された電力会社の集計サーバから自動的に測定・集計を行うことが可能である。なお、このような遠隔検針機能については、既知の技術であるので説明を省略する。

ハンディターミナル３は、例えば特定小電力無線局からなる無線通信部３０と、液晶パネルからなる表示部３１と、スイッチなどからなる操作入力部３２と、検針メータ１から受信した検針データを記憶する記憶部３３とを備える。無線通信部３１は、検針員が表示部３１の表示を確認しながら操作入力部３２を操作すると、近くの検針メータ１に向けて検針データの送信を要求する要求信号を送信する。検針メータ１がこの要求信号に応じて検針データを送信すると、無線通信部３０は送信された検針データを受信し、検針データを記憶部３３に記憶させる。このハンディターミナル３を検針員が集計サーバに接続することで、検針メータ１で計測された住戸の電力消費量を、集計サーバにて集計することが可能となる。

検針メータ１は、住戸で消費された電力量を計測する電力量計測部１２と、電力量計測部１２が計測した電力量を記憶するとともに、中継装置２及びハンディターミナル３との間で無線による通信を行う無線通信部１０とを備える。

電力量計測部１２は、電力会社から住戸に電力を供給する電力供給路（図示せず）を流れる電力量を計測して、この計測結果を無線通信部１０に設けられた記憶部１３に記憶させる。

無線通信部１０は、例えば特定小電力無線局であり、中継装置２の無線通信部２０及びハンディターミナル３の無線通信部３０との間で無線による通信を行う。この無線通信では、所定の周波数帯域を分割して複数の無線チャンネルを設け、この複数の無線チャンネルから送受信に使用する無線チャンネルを選択して、無線信号の授受を行う。ここで、中継装置２及びハンディターミナル３は、それぞれ使用可能な無線チャンネルの範囲が設定されており、互いに異なる無線チャンネルを用いて検針メータ１との間で無線信号の送受信を可能にしている。

またこの無線通信における無線信号は、図２に示すようなフォーマットが採用されており、プリアンブルＰＡ、ユニークワードＵＷ、データＤＡ、及び、誤り検出符号ＣＲで構成されている。プリアンブルＰＡは、例えば０と１を交互に繰り返すビット同期パターンからなるビット列であり、先頭ビットは０、最終ビットは１に設定されている。ユニークワードＵＷは、プリアンブルＰＡとは異なるビット列からなり、予め無線通信システムごとに決定されており、検針メータ１、中継装置２、及び、ハンディターミナル３にそれぞれ同じ値が設定されている。データＤＡは、無線信号の送信元及び送信先の機器を識別するための機器識別情報と、例えば検針データや要求信号などの実データとを含むビット列からなり、必要に応じてビット長を可変とすることができる。誤り検出符号ＣＲは、例えば、CRC（Cyclic Redundancy Check）からなるビット列であり、少なくともデータＤＡを構成するビット列にビット反転などの異常が発生したことを、受信時に検出できるように設定されている。

また無線通信部１０は、その構成要素として、無線信号の送受信を行う送受信部１１と、無線チャンネルごとの閾値が記憶された記憶部１３と、無線チャンネルごとの信号強度を測定する信号強度検出部１４と、閾値を変更する閾値変更部１５とを備える。

記憶部１３には、例えばEEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)などの不揮発性メモリからなり、信号強度検出部１４において信号強度の測定が行われる無線チャンネルごとの閾値が予め記憶されている。また上述した電力量計測部１２により計測された電力量が記憶される。

信号強度検出部１４は、所定のスキャン周期ごとに無線チャンネルを順次切り替え、例えば受信信号強度表示信号（Received Signal Strength Indication:RSSI）に基づいて、無線チャンネルごとの信号強度を測定する。信号強度検出部１４は、測定した信号強度を示す信号強度情報に、測定した無線チャンネルを識別する情報を付与して、送受信部１１に出力する。

送受信部１１は、信号強度検出部１４から入力された信号強度情報に基づいて受信対象の無線チャンネルを設定し、その無線チャンネルに送信された無線信号を検出して受信を行う。

より具体的には、送受信部１１は、信号強度情報に付与された無線チャンネルに対応する閾値を記憶部１３から読み出し、信号強度がこの閾値よりも大きい場合には、その無線チャンネルを受信対象の無線チャンネルとして設定する。次に送受信部１１は、受信対象の無線チャンネルにおいて、プリアンブルＰＡを検出してビット同期を行う。プリアンブルＰＡが検出されビット同期が正常に行われると、送受信部１１は、ユニークワードＵＷ、データＤＡ、誤り検出符号ＣＲの受信を行う。ここで、送受信部１１は、ユニークワードＵＷのビット列が、予め設定されたビット列と同じであるかを検出するとともに、データＤＡに含まれる機器識別情報から、この無線信号が自機宛に送信されたものであるかを判定する。さらに送受信部１１は、データＤＡのビット列からCRC値を求めて誤り検出符号ＣＲと比較し、求めたCRC値が有効であれば、この無線信号を有効な無線信号として受信する。

また送受信部１１は、上述の動作によって、この無線信号が自機宛に送信された有効な無線信号であると判断すると、閾値変更部１５に受信を完了した旨を示す通知信号を出力する。この通知信号には、無線信号を受信した無線チャンネルと、信号強度検出部１４により測定された当該無線チャンネルにおける信号強度を少なくとも含んでいる。

閾値変更部１５は、送受信部１１から通知信号が入力されると、通知信号に含まれる無線チャンネルに対応する閾値を記憶部１３から取得し、この閾値と通知信号に含まれる信号強度に基づいて新たな閾値を算出し、新たな閾値を記憶部１３に記憶させる。

ここで、無線信号を受信して閾値変更部１５が新たな閾値を算出する際の動作について、具体的な例を図３に基づいて説明する。なお、以下の説明においては、無線通信に使用する周波数帯域内に互いに周波数の異なる無線チャンネルCH1〜CH6を設け、記憶部１３には、各無線チャンネルCH1〜CH6の閾値として閾値Th1が記憶されているものとする（図３（ａ）を参照）。

まず、検針メータ１の信号強度検出部１４は、所定のスキャン周期内で、各無線チャンネルCH1〜CH6を順次切り替えて、無線チャンネルごとの信号強度を測定し、送受信部１１に信号強度情報として出力している。また送受信部１１は、入力された信号強度情報に基づいて無線信号の検出を行っている。

ここで、例えば、検針員がハンディターミナル３を携行して検針メータ１に近づき、無線チャンネルCH4を用いて、検針メータ１に向けて検針データを要求する要求信号を含む無線信号を送信すると、無線チャンネルCH4の信号強度は図３（ａ）のようになる。すなわち、信号強度検出部１４で測定される信号強度（図３（ａ）のα）は、無線チャンネルCH4の信号強度のみ閾値Th1より大きな値が測定され、他の無線チャンネルCH1〜CH3、CH5〜CH6は、閾値Th1よりも小さな値が測定されることとなる。これにより、送受信部１１は、無線チャンネルCH4を受信対象の無線チャンネルに設定して、ハンディターミナルから送信された無線信号を受信する。また、送受信部１１は、無線信号の識別情報などを確認して無線信号の受信を行うと、無線信号を受信した無線チャンネルCH4と、その信号強度αを含めた通知信号を、閾値変更部１５に出力する。

次に閾値変更部１５は、受信が行われた無線チャンネルCH4の信号強度αが、無線チャンネルCH4における閾値Th1よりも所定幅δ以上大きな値であれば、閾値Th1よりも増大幅δ２だけ大きな閾値Th2を新たな閾値として、記憶部１４に記憶させる。ここで増大幅δ２は、予め設定された固定値であり、例えば、送受信部１１において受信可能な信号強度を複数の段階に分けた際の１段階分の幅が用いられる。

また所定幅δは、この増大幅δ２と、その無線チャンネルにおける信号強度にマージン係数を掛け合わせて求まるマージン幅δ１とを足し合わせた値を用いている。このマージン係数を、例えば0.3とすることで、新たな閾値が受信した信号強度の７割（図３（ｂ）のα”）を越えることが無くなり、偶発的に信号強度が大きくなった場合であっても、それ以降に送信された無線信号を受信することができる。

ここで、無線チャンネルCH4の信号強度αは、図３（ａ）に示すように、閾値Th1に所定幅δを足し合わせた信号強度α’よりも大きな値であるので、閾値変更部１５は、無線チャンネルCH4の新たな閾値Th2（図３（ｂ）を参照）を記憶部１４に記憶させる。

この新たな閾値Th2は、次に送受信部１１において、無線チャンネルCH4の無線信号を受信するか否かを判断する基準値として用いられるので、無線チャンネルCH4は他の無線チャンネルCH1〜CH3、CH5〜CH6よりも定常ノイズの影響を低減することができる。

また、さらにハンディターミナル３が無線チャンネルCH4を用いて、検針メータ１に無線信号を送信し、その際の信号強度がαであるとすると、閾値変更部１５によって新たな閾値Th3が記憶部１４に記憶される。これが繰り返し行われることで、無線チャンネルCH4の閾値は、信号強度αの約７割にあたる信号強度α”よりも低い範囲で、段階的に大きな値（閾値Th2〜Th4）に設定される（図３（ｂ）を参照）。

このようにして、定常ノイズに起因する信号強度と、送受信部１１が受信する際の基準値として用いる閾値との差を大きくすることができ、定常ノイズに起因した誤受信を低減し、有効な無線信号を見逃す可能性を低減することができる。

なお、所定幅δ、マージン幅δ１、及び、増大幅δ２は、いずれも上述した値に限定されるものではなく、増大幅δ２を可変とすることや、マージン幅δ１を信号強度によらず固定値に設定してもよい。

また、本実施の形態においては、検針メータ１の無線通信部１０についてのみその受信時の動作を説明したが、中継装置２の無線通信部２０及びハンディターミナル３の無線通信部３０においても適応することができる。

また、本実施の形態では、本発明の技術思想を電力検針システムに適用した例について説明を行ったが、ガス検針システムや水道メータ検針システムなどの種々のシステムおいて適応することができる。

１ 検針メータ（第２の無線機）
１０ 無線通信部
１１ 送受信部（信号受信部）
１２ 電力量計測部
１３ 記憶部
１４ 信号強度検出部
１５ 閾値変更部
２ 中継装置（第１の無線機）
２０ 無線通信部
３ ハンディターミナル（第１の無線機）
３０ 無線通信部
３１ 表示部
３２ 操作入力部
３３ 記憶部

Claims (1)

1. 互いに周波数の異なる複数の無線チャンネルのうち所定の無線チャンネルを用いて無線信号を送信する送信手段を具備する第１の無線機と、
   前記第１の無線機から送信された無線信号を受信する受信手段を具備する第２の無線機とを備え、
   前記受信手段は、
   所定のスキャン周期内で、スキャン対象の無線チャンネルを順次切り替えて、無線チャンネルごとの信号強度を測定する信号強度検出部と、
   前記スキャン対象の無線チャンネルにおける信号強度が、無線チャンネルごとに設けられた所定の閾値よりも大きければ、当該無線チャンネルを受信対象の無線チャンネルに設定して無線信号の受信を行う信号受信部と、
   前記無線チャンネルごとに設けられた所定の閾値を記憶する記憶部と、
   前記信号受信部が自機宛に送信された前記無線信号を受信したことを検知して、前記受信対象の無線チャンネルにおける信号強度に応じた新たな閾値を算出して、当該新たな閾値を前記記憶部に記憶させる閾値変更部とを備え、
   前記閾値変更部は、前記受信対象の無線チャンネルにおける前記信号強度が、前記記憶部に記憶された現状の閾値から所定値以上大きな値であれば、現在の閾値より大きな新たな閾値を算出して、前記記憶部に記憶させる
   ことを特徴とする無線通信システム。

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