JP2005176165A - 無線伝送システム - Google Patents

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

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。

本実施形態のデータ通信システムの概略構成図 親機端末および子機端末の概略構成を示すブロック図 送信信号と間欠受信のタイミングを示す図 ブロック信号の詳細を示す図 送信したブロック信号に対して応答があったときの動作を説明するための図 ブロック信号を検知できない場合に対応した送信信号を示す図 呼出開始信号の構成を示す図 （ａ）はマンチェスタ符号に符号化されたデータを示す図、（ｂ）は符号化されたデータによる信号の区切りを示す図

符号の説明

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

Claims (8)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。

Images