JP2005176165A - 無線伝送システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 送信信号に対する応答を早くすることにより、低消費電流化および通信時間の短縮を図る。
【解決手段】 送信側端末は、送信信号として、呼出開始信号の間に無信号状態のギャップを挿入したブロック信号を複数回送信する。受信側端末は、所定の間隔で間欠受信を行う。受信側端末は、キャリアを検出して、呼出開始信号を解読する。この呼出開始信号中の送信先IDから自端末の呼び出しであることを認識すると、次のギャップの期間中に応答信号を送信する。
【選択図】 図4
【解決手段】 送信側端末は、送信信号として、呼出開始信号の間に無信号状態のギャップを挿入したブロック信号を複数回送信する。受信側端末は、所定の間隔で間欠受信を行う。受信側端末は、キャリアを検出して、呼出開始信号を解読する。この呼出開始信号中の送信先IDから自端末の呼び出しであることを認識すると、次のギャップの期間中に応答信号を送信する。
【選択図】 図4
Description
本発明は、1つの親機端末と複数の子機端末とが無線通信によってデータの送受信を行う無線伝送システムに関し、特にセンタ側装置とデータ通信を行う端末網制御装置に親機端末が通信可能に接続され、親機端末と無線通信可能な子機端末にメータ等の端末機器が接続されたデータ通信システムに関する。
無線伝送システムでは、端末間で無線によってデータの送受信を行う。一般に、端末は内蔵された電池によって駆動され、その低消費電流化を図るために、間欠受信方式が採用されている。間欠受信方式では、特許文献1に記載されているように、呼出開始信号を継続して発信し、一定間隔で短時間受信することによる間欠受信により、低消費電力化が図られる。
通常、電池寿命を延ばすために、間欠受信の間隔は30秒近くに及ぶ。そのため、呼出開始信号を30秒以上送信する必要があり、呼出開始信号が長くなるほど端末の応答が遅くなる。これでは、通信時間を短縮することができない。
また、特許文献2には、間欠受信方式において、着信情報を自局の着信情報と比較し、自局でない場合は、通信回路への電力供給を停止することが記載されている。
1つのシステムのみであれば、そのシステム内において、容易に自局と判別がつく。しかし、現実には多くの異なったシステムが入り乱れて設置されている。そのような状況の中で、自局であることを確実に判別することは非常に困難となる。また、送信側端末では、着信側端末において電力供給が停止されたことがわからず、送信を続ける。そのため、不要な通信が行われることになり、通信時間が長くなってしまう。
特許文献3には、呼出開始信号に順にフレーム番号をつけ、フレーム番号に基づいて下り電文の始まりまでの間、端末は、受信動作を停止して、待機状態になることが記載されている。
この待機状態中、端末のマイコンが動作を停止する場合、通信以外の動作が制約されるおそれがある。例えば、マイコンが、その他の入出力端子からの信号を受信できなくなり、端末の動作に支障を来たす。
特公平3−52279号公報
特開平2−79526号公報
特開2001−14578号公報
上記のように、無線伝送システムでは、間欠受信方式によって、間欠周期を長くすればするほど低消費電流化を図ることが可能となる。しかし、送信側が長く呼出開始信号を送信する必要があり、受信側の応答が遅くなる。そのため、システム全体の応答が非常に遅くなり、単位時間内に通信できる端末の数が少なくなる。特に、1対多で無線通信を行うデータ通信システムの場合には、無線通信すべき端末が増えれば増えるほど、その弊害が顕著となり、通信効率の悪いシステムとなってしまう。
本発明は、上記に鑑み、低消費電流化と通信時間の短縮を両立できるようにした無線伝送システムの提供を目的とする。
本発明は、親機端末と、無線によりデータ通信を行う複数の子機端末とを備え、前記親機端末および子機端末は、キャリアを間欠的に検出して、キャリアを検出したとき、送信されたブロック信号を受信する無線伝送システムであって、前記ブロック信号は、複数の呼出開始信号と、各呼出開始信号の間の無信号状態のギャップとを含み、前記親機端末および子機端末は、前記呼出開始信号を受信したとき、前記ギャップの期間中に応答信号を送信するとともに、前記応答信号を受信したとき、以後の呼出開始信号の送信を停止する。
このように、本来連続した呼出開始信号を複数に分割し、ギャップを挿入することにより、受信側端末が返信するための期間が生じる。この期間中に応答信号を送信することによって、親機端末と子機端末との間でリンクが確立され、両者は通信できる。受信側端末の応答が早くなり、通信時間の短縮となる。
ブロック信号は、複数の呼出開始信号の後にデータを含み、さらに最後の部分に、データの誤りを検査する時間を設定するためのアイドル信号を含むものとする。アイドル信号によって、使用するマイコンの能力に応じた時間を設定する。低速のマイコンでは、検査の時間を長く設定し、高速のマイコンでは、短い時間に設定して、処理を効率よく行って、低消費電流化を図る。
親機端末および子機端末は、応答信号を受信したとき、前記呼出開始信号を省略して前記データを送信する。すなわち、送信側端末は、応答信号を受信すると、すぐにデータを送信する。したがって、不要な信号が送信されず、通信時間の短縮および低消費電流となる。
親機端末および子機端末は、他の端末を呼び出すとき、複数のブロック信号を送信する。ブロック信号の送信時間を間欠受信の間隔以上にすると、必ずキャリアを検出できる。さらに、このようなブロック信号を複数回送信することによって、ギャップの期間と間欠受信のタイミングが偶然合ってしまった場合や通信エラーが発生した場合でも、次のタイミングでキャリアを受信できる。したがって、必ず通信を成立させることができ、無線通信の信頼性が高まる。
親機端末および子機端末は、複数のブロック信号を送信しても応答信号を受信しないとき、ギャップを含まないブロック信号を送信する。これによっても、必ず通信を成立させることができ、無線通信の信頼性を高められる。
1つのブロック信号中のギャップと次のブロック信号中のギャップとの間隔が、間欠受信の間隔の整数倍とは異なるように設定される。両方の間隔が整数倍になると、ギャップの期間と間欠受信のタイミングが一致する事態が生じる。これを防ぐことによって、無線通信の信頼性を高めることができる。
呼出開始信号は、送信元情報、受信先情報および信号内の位置情報を示す番号情報を含むものとする。送信元情報および受信先情報を含めることにより、受信側端末では、短時間で自己宛の通信であることを判断できる。これによって、データの処理に要する時間を短縮でき、低消費電流化を図れる。
そして、番号情報を含む呼出開始信号を受信した親機端末および子機端末は、データが送信されるまでの間、低消費電流モードで動作する。番号情報から送信される全信号のどの位置から受信したのか認識でき、データが送信される時期がわかる。データが送信されるまでの間は、通信に関して必要な動作は少ないので、低消費電流モードで動作することによって、消費電流を減らせる。
しかも、呼出開始信号は、マンチェスタ符号により符号化され、調歩同期方式によって送信される。同期信号を含むマンチェスタ符号を使用することにより、同期信号を挿入する必要がなくなり、信号を正しく解読することができる。これによって、自己宛の通信であることを早く認識することができる。
マンチェスタ符号では、H状態あるいはL状態が1ビット以上継続することはない。そこで、データ信号が1ビット以上のH状態あるいはL状態を継続させることにより、これらをストップ信号、スタート信号として、データ信号の区切りと認識させるようにする。これによって、信号の解読が容易になるとともに、データ数も少なくでき、データ処理に要する時間を短縮でき、低消費電流化を図れる。
本発明によると、連続する呼出開始信号の間にギャップを設け、ギャップの期間中に応答信号を受信することにより、システム全体の応答時間を短縮でき、しかも不要な信号の送信をキャンセルすることにより、受信時間を短縮でき、低消費電流化を図ることができる。このように通信時間を短縮できることは、1つの端末から複数の端末に連続して通信を行わなければならないデータ通信システムにおいて、非常に有用となる。
本実施形態のデータ通信システムを図1に示す。このシステムは、検針値やセキュリティ情報を電話回線網等の通信回線1を通じてセンタ側装置2に伝送するものであって、ホストコンピュータ、センタ側網制御装置からなるセンタ側装置2と、通信回線1を介してセンタ側装置2に接続された端末網制御装置(T−NCU)3と、端末網制御装置3に有線で接続された親機端末4と、親機端末4と無線通信可能な複数の子機端末5とから構成される。子機端末5には、メータ、センサ等の端末機器6が接続される。端末網制御装置3には、電話機7も接続される。また、親機端末4が複数接続される場合もある。
子機端末5は、図2に示すように、アンテナ10、無線通信を行うための無線通信部11、子機全体の制御を司るマイコンからなる制御部12、端末機器6との間で信号の送受信を行うインターフェース部13を有している。無線子機5は、内蔵された電池14によって駆動される。
制御部12は、親機端末4から送信された検針要求等のデータをインターフェース部13を通じて端末機器6に出力するとともに、端末機器6から出力された検針値、セキュリティ情報等のデータを無線通信部11を通じて親機端末4に送信する。
親機端末4は、アンテナ20、無線通信を行うための無線通信部21、親機全体の制御を司るマイコンからなる制御部22、端末網制御装置3との間で通信を行う回線制御部23を有している。親機端末4は、内蔵された電池または外部から供給される電源によって駆動される。なお、親機端末4は独立した機器ではなく、端末網制御装置3が親機端末4の機能を有するように一体化してもよい。
センタ側装置2から検針値を収集する場合、ノーリンギング通信あるいはナンバーディスプレイサービス等を利用して、従来から知られた方法にて端末網制御装置3を起動する。端末網制御装置3に接続された親機端末4は、親機IDおよび子機IDを含む信号を子機端末5に送信する。子機端末5は、間欠的にキャリアセンスを行っている。キャリアを検出すると、受信した信号を解読し、自己宛か確認する。自端末が呼ばれていることを検知すると、親機端末4に応答する。その結果、親機端末4と子機端末5間で通信が開始される。子機端末5は、端末機器6の検針データを親機端末4に送信し、検針データは、親機端末4から端末網制御装置3を通じてセンタ側装置2へ送信される。
また、端末機器6によってガス漏れなどの異常を検知した場合、子機端末5は、子機ID、親機IDを含む信号を親機端末4に送信する。親機端末4は、間欠的にキャリアセンスを行っており、キャリアを検出したとき、その中の信号を解読する。自端末が呼ばれていることを検知すると、子機端末5に応答する。その結果、子機端末5と親機端末4間で通信が開始される。子機端末5は、端末機器6からの異常信号を親機端末4を通じてセンタ側装置2へ送信する。
このように、親機端末4および子機端末5は、いずれも送信側端末になるとともに受信側端末にもなる。したがって、無線通信に関して、親機端末4および子機端末5の各制御部12、22は、同じ機能を有し、通信制御部11、21を駆動制御して、信号の送受信を行う。以下、親機端末4、子機端末5を区別せず、送信側端末、受信側端末で表す。
ここで、親機端末4と子機端末5間でリンクを確立するためには、図3に示すように、送信側端末から送信信号を送信する。受信側端末では、間欠受信によるキャリアセンスを行い、送信信号を受信したとき、応答信号を送信側端末に送信する。このようにして、親機端末4と子機端末5との間でリンクが確立し、通信を行える。
送信側端末は、送信信号として、複数のブロック信号30を連続して送信する。ここでは、3つのブロック信号30を送信する。受信側端末は、決められた受信間隔で間欠受信を行う。間欠受信の間隔Tiは、1つのブロック信号30の送信時間Tb以下、好ましくは送信時間Tbより短く設定されている。通常、低消費電流化を図るために、間欠受信間隔Tiは30秒以上の非常に長い時間が設定される。これによって、受信側端末は、キャリアセンスによってキャリアを検出することができ、確実にブロック信号30を受信できる。
ブロック信号30は、図4に示すように、呼出開始信号31、データ32、アイドル信号33から構成され、この順に並んでいる。そして、呼出開始信号31は、複数に分割され、各呼出開始信号31の間にギャップ34が挿入される。ギャップ34は、一定時間だけ無信号の状態としたものである。ここでは、3つの呼出開始信号31と2つのギャップ34となる。最後の呼出開始信号31に続いてデータ32が来る。
ブロック信号30は間欠受信の間隔以上の時間で送信されているため、図4に示すように、受信側端末では、必ず間欠受信にてキャリアを検出することができる。受信側端末は、キャリア有りを認識した後、受信状態となって、ブロック信号30を受信する。この間に、呼出開始信号31中の送信先に関する情報に基づいて自己宛の通信であるかを判別する。
受信側端末は、自己宛の呼出開始信号31を受信したとき、最初に来るギャップ34の期間中に正常応答信号35を送信側端末に送信する。例えば、図4に示すように、ブロック信号30中の3番目の呼出開始信号31を受信したとき、次のブロック信号30中の1番目の呼出開始信号31の後に来るギャップ34の期間中に応答信号35が送信される。この場合、3番目の呼出開始信号31の途中で受信したため、残りの呼出開始信号31を受信し、続いて来るデータ32も受信する。なお、受信側端末は、自己宛の呼び出しでないと判断したとき、応答信号35を送信しない。
ところが、1番目や2番目の呼出開始信号31を受信したとき、3番目の呼出開始信号31を受信してからでないと、データ32を受信できない。この場合、不要な通信時間が存在することになる。そこで、図5に示すように、受信側端末が、ギャップ34の期間中に応答信号35を送信すると、この応答信号35を受信した送信側端末は、以後の呼出開始信号31を省略し、続けてデータ32およびアイドル信号33を送信する。これによって、長い呼出開始信号31を複数回送信する必要がなくなる。受信側端末でも不要な信号を受信しなくてすむ。したがって、非常に応答のよい低消費電流のシステムを構築することができる。
また、受信側端末のキャリアセンスの間隔が30秒の場合、呼出開始信号31を11秒、ギャップ34を0.5秒に設定する。その結果、トータルの呼出開始信号31は34秒となり、30秒間隔の間欠受信により確実に呼出開始信号31を受信することができる。また、ギャップ34の存在により受信できないのは、0.5/11.5=約4%の確率であり、通常問題になることはない。
間欠受信のタイミングがギャップ34の期間と一致した場合、送信側端末は、ギャップ34の期間中に正常応答信号35を受信しないため、継続して呼出開始信号31を含むブロック信号30を送信する。受信側端末は、次のタイミングにて呼出開始信号31を検知することができる。
この場合、間欠受信のタイミングが次のギャップ34の期間と一致しないように、ブロック信号30に含まれるギャップ34と次のブロック信号30に含まれるギャップ34間の時間Tgは、間欠受信の間隔Tiの整数倍にならないように設定される。これによって、次の間欠受信のタイミングは、ギャップ34の期間に一致することがなく、間欠受信により必ずキャリアを検出することができる。
図6に示すように、予想できない理由により、連続した2回のブロック信号30によっても信号を受信できない場合がある。例えば、キャリアを検出したが、ノイズ等によって信号を正しく受信できなかったり、応答信号35を送信できないといったことが起こり得る。このような場合のために、第3のブロック信号30は呼出開始信号31の間にギャップ34を含まない信号とする。すなわち、複数のブロック信号30のうち、最後に送信するブロック信号30は、複数の呼出開始信号31が連続したものとする。したがって、受信側端末では、いずれかのブロック信号30において、呼出開始信号31を確実に受信することができる。
以上のようなブロック信号30によって無線通信を行うことにより、受信側端末の間欠周期を長くして低消費電流化を図ると同時に、受信側端末の応答が遅くなることを防いで、システム全体の通信時間の短縮を図れる。また、間欠受信に対するギャップ34の間隔を適正に選択することにより、確実に受信でき、システムの信頼性を確保できる。
次に、呼出開始信号31の構成を図7に示す。呼出開始信号は、ヘッダー40、送信元ID41、受信先ID42、シリアル番号43を含んでいる。そして、1つの呼出開始信号31は、これらを複数回繰り返して構成される。3つの呼出開始信31号は、いずれも同じ構成である。
ヘッダー40は、無線通信部11、21の安定化のため、また信号のビット同期をとるために設けられる。次の送信元ID41は、送信側端末の識別情報であり、受信先ID42は、受信側端末の識別情報である。これによって、送信元、受信先が明確になる。受信側端末は、呼出開始信号31の受信先ID42を解読することにより、自端末が呼ばれていることを知ることができる。特に電波の状況により、複数の受信先の中から最も電波状況の良い端末を選択するようなシステムにおいて、送信元ID41、受信先ID42が必要となる。
そして、送信元ID41、受信先ID42は複数回送信されることになる。受信側端末は、同一の信号を複数回受信して、その一致を確認する。したがって、信号の誤りなく確実に自端末が呼ばれていることを知るといったことが可能となる。呼出開始信号31に受信先ID42のみしか含まれていない場合、どこからの電波かわからず、双方向通信が困難となる。すなわち、呼出開始信号31に受信先ID42の一部である短縮されたIDが含まれていると、間違ってIDが一致したり、または他システムの信号を自端末と解釈してしまい、不要な信号の解読を継続することになるが、呼出開始信号31に送信元ID41、受信先ID42を含めることにより、上記の不具合を防止できる。
また、受信先ID42の後にシリアル番号43が挿入されている。シリアル番号43は、出現するたびに1つずつ減少し、3番目の呼出開始信号31において、データ32の前に来る最後のシリアル番号43はゼロとなる。なお、シリアル番号43は、逆に1つずつ増加するようにしてもよく、最後のシリアル番号43は、予め決められた番号とする。また、シリアル番号43の代わりに、現在の位置情報を示す番号情報であればよく、例えば記号、カナ、アルファベットといった情報を挿入してもよい。
したがって、受信側端末は、呼出開始信号31を受信したときのシリアル番号43を確認することにより、現在の解読している位置を知ることができる。また、データ32を受信するまでの時間を認識できる。この時間に応じて制御部12、22は、待機状態で動作することによって、消費電流を抑えることが可能となる。
本システムでは間欠受信を採用しているため、受信側端末が、キャリアセンスを行い、信号の解読を開始したとき、送信されている全信号中のどこの位置から解読を開始しているのか不明である。そのため、シリアル番号43によって、現在の解読している位置がわかる。現在の位置が明確になると、受信側端末は、次にデータ32が送信されてくる時間を認識できる。データ32が来るまでの間、制御部12、22は、低速モード、すなわち低消費電流モードで動作する。これによって、低消費電流化を図ることが可能となる。当然、低速モードにおいては、インターフェース部13からの信号の受信や時刻カウントアップなどの動作は可能となる。
そして、ブロック信号30の符号化は、図8(a)に示すようなマンチェスタ符号を使用する。FSK方式を採用した同期式では、IDの前に必ずビット同期信号、フレーム同期信号などを挿入する必要がある。その結果、全体のビット数が非常に多くなる。特に電波状態が不安定な送信出力の少ない無線を採用している場合、受信側端末において、ジッターが大きく同期をとり、正確に信号を解読することが非常に困難となる。FSK信号では、H状態またはL状態が長ビット継続した場合、信号のスレッシュレベルが徐々に変動するため、信号を正しく解読できなくなるという問題がある。
呼出開始信号31を受信したとき、自端末であることを可能な限り早く認識することが重要である。そのため、自身に同期信号を含むマンチェスタ符号を使用して、調歩同期式で通信を行う。これによって、別に同期信号を挿入する必要がなくなり、総データ量を少なくすることができる。
また、マンチェスタ符号を使用したデータ信号では、H状態あるいはL状態が1ビット以上継続することはない。すなわち、マンチェスタ符号は、前半と後半でレベルが異なる信号から構成されるので、同じレベルの信号とはならない。このことを利用して、図8(b)に示すように、H状態あるいはL状態を1ビット以上継続させ、信号の区切りとする。このような状態を検出したとき、データ信号の区切りであると認識することができ、データ32の解読が容易になる。
ブロック信号では、呼出開始信号31、ギャップ34を複数回繰り返した後、データ32、アイドル信号33が挿入されている。アイドル信号33は、データ32の誤りを検査するための時間を設定するためのものである。すなわち、無線通信において、データ32の誤りは生じると考える必要がある。そのため、誤りを検知するCRCや誤りを訂正するBCH符号などが用いられる。
ところで、子機端末5では、電池14で動作させるために低消費電流のCPUを使用する。このようなCPUは非常に能力の低いマイコンにおいて使用されるのが通常である。能力の低いマイコンでは、CRCやBCH符号の計算を行うために非常に時間を要する。そこで、この時間をアイドル信号33によって設定する。すなわち、送信側端末および受信側端末は、アイドル信号33をHあるいはLに設定する。Hに設定すれば、データ32の誤りを検査する時間が長く設定され、低速のCPUで対応できるようにする。Lに設定すれば、データの誤りを検査する時間が短く設定され、高速のCPUで対応できるようにする。このように、マイコンの能力に応じた検査時間を設定できるので、低速のマイコンであっても十分にデータ処理を行え、データ32の信頼性を高めることができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。無線伝送システムの親機端末と子機端末の代わりに、1つのセンタ側装置によって多数の端末装置を監視する集中監視システムに適用してもよい。
4 親機端末
5 子機端末
30 ブロック信号
31 呼出開始信号
32 データ
33 アイドル信号
34 ギャップ
35 応答信号
41 送信元ID
42 受信先ID
5 子機端末
30 ブロック信号
31 呼出開始信号
32 データ
33 アイドル信号
34 ギャップ
35 応答信号
41 送信元ID
42 受信先ID
Claims (8)
- 親機端末と、無線によりデータ通信を行う複数の子機端末とを備え、前記親機端末および子機端末は、キャリアを間欠的に検出して、キャリアを検出したとき、送信されたブロック信号を受信する無線伝送システムであって、前記ブロック信号は、複数の呼出開始信号と、各呼出開始信号の間の無信号状態のギャップとを含み、前記親機端末および子機端末は、前記呼出開始信号を受信したとき、前記ギャップの期間中に応答信号を送信するとともに、前記応答信号を受信したとき、以後の呼出開始信号の送信を停止することを特徴とする無線伝送システム。
- ブロック信号は、複数の呼出開始信号の後にデータを含み、親機端末および子機端末は、応答信号を受信したとき、前記呼出開始信号を省略して前記データを送信することを特徴とする請求項1記載の無線伝送システム。
- 親機端末および子機端末は、他の端末を呼び出すとき、複数のブロック信号を送信することを特徴とする請求項1または2記載の無線伝送システム。
- 親機端末および子機端末は、複数のブロック信号を送信しても応答信号を受信しないとき、ギャップを含まないブロック信号を送信することを特徴とする請求項1または2記載の無線伝送システム。
- 1つのブロック信号中のギャップと次のブロック信号中のギャップとの間隔が、間欠受信の間隔の整数倍とは異なるように設定されたことを特徴とする請求項3または4記載の無線伝送システム。
- 呼出開始信号は、信号内の位置情報を示す番号を含み、前記呼出開始信号を受信した親機端末および子機端末は、前記番号に基づいてデータが送信されるまでの時間を認識して、この間低消費電流モードで動作することを特徴とする請求項3または4記載の無線伝送システム。
- 親機端末および子機端末は、呼出開始信号をマンチェスタ符号により符号化して、調歩同期方式によって送信し、前記呼出開始信号を構成するデータ信号が1ビット以上のH状態あるいはL状態を継続した場合、データ信号の区切りと判断することを特徴とする請求項3または4記載の無線伝送システム。
- ブロック信号は、データの誤りを検査する時間を設定するためのアイドル信号を最後の部分に含むことを特徴とする請求項3または4記載の無線伝送システム。
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