(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
親機と複数の子機の間で、複数の狭帯域チャネルを共用して通信を行う無線通信システムにおいて、
前記親機は、
予め設定された通信に使用する複数チャネルとモニタ用チャネルとを巡回して、該モニタ用チャネルにより空きチャネルの回線状態を監視しながら前記子機から送信されてくる信号を受信する手段を備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項２】
親機と複数の子機の間で、複数の狭帯域チャネルを共用して通信を行う無線通信システムにおいて、
前記親機は、
予め設定された通信に使用する複数チャネルとモニタ用チャネルを巡回して、巡回中のチャネルの回線状態を調べながら前記子機から送信されてくる信号を受信する手段と、
前記回線状態が悪いチャネルが見つかったときに、該悪いチャネルに代えて、前記モニタ用チャネルのモニタ結果に応じて最も回線状態の良好な新たなチャネルを割り当てて、該新たなチャネルと、前記複数チャネルのうち前記悪いチャネル以外のチャネルとについて巡回を継続する手段と
を備えたことを特徴とする無線通信システム。
【請求項３】
請求項２に記載の無線通信システムにおいて、
前記親機および前記複数の子機のパケットは通信に使用するチャネル情報を含んでおり、
前記親機は、
前記チャネル情報が前記親機および前記複数の子機のパケットについてすべて一致したときに、前記新たなチャネルを割り当てることを特徴とする無線通信システム。
【請求項４】
親機と複数の子機の間で、複数の狭帯域チャネルを共用して通信を行う無線通信方法において、
前記親機は、予め設定された通信に使用する複数チャネルとモニタ用チャネルを巡回して、該モニタ用チャネルにより空きチャネルの回線状態を監視しながら前記子機から送信されてくる信号を受信することを特徴とする無線通信方法。
【請求項５】
親機と複数の子機の間で、複数の狭帯域チャネルを共用して通信を行う無線通信方法において、
前記親機が、
予め設定された通信に使用する複数チャネルとモニタ用チャネルを巡回して、巡回中のチャネルの回線状態を調べながら前記子機から送信されてくる信号を受信するステップと、
前記回線状態が悪いチャネルが見つかったときに、該悪いチャネルに代えて、前記モニタ用チャネルのモニタ結果に応じて最も回線状態の良好な新たなチャネルを割り当てて、該新たなチャネルと、前記複数チャネルのうち前記悪いチャネル以外のチャネルとについて巡回を継続するステップと
を備えたことを特徴とする無線通信方法。
【請求項６】
請求項５に記載の無線通信方法において、
前記親機および前記複数の子機のパケットは通信に使用するチャネル情報を含んでおり、
前記親機は、前記チャネル情報が前記親機および前記複数の子機のパケットについてすべて一致したときに、前記新たなチャネルを割り当てることを特徴とする無線通信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線通信システムおよび方法に関し、特に、親機と複数の子機の間で、複数の狭帯域無線チャネルを共用して通信を行う無線通信システムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信システムでは、通信を行なうチャネルとして、制御チャネルと通信チャネルを用いることが行なわれている。制御チャネルは通信要求や通信チャネル設定などを行なうために用いられ、通信チャネルは実際にやりとりしたいデータの送受信に用いられる。
【０００３】
例えば、親機（基地局）は、子機（端末）からの情報を得たいときに、制御チャネルを用いて子機へ送信要求と通信チャネル番号を送信した後、通信チャネルにて子機からの送信データを待つ。子機は、ある一定間隔（数秒間隔）で制御チャネルをモニタして親機からの送信要求の有無を確認し、送信要求があった場合に、指定された通信チャネルにて送信を開始する、といった具合に両チャネルが使用される。制御チャネルを用いたこのような無線通信システムの場合、親機が任意に通信チャネルを設定できる利点がある。
【０００４】
特定小電力規格などを用いた簡易無線システムにおいても、制御チャネルを用いた通信システムが用いられることがある。この規格で定められた周波数帯は様々な無線機器によって共有されるため、妨害波の存在するチャネルや、他のシステムが使用しているチャネルなど、回線状態の悪いチャネルを回避するような通信チャネルの設定が可能なことが非常に効果的なためである。
【０００５】
一方、例えば火災報知機やガスメータ等に取り付けられる簡易無線機は、数本の乾電池で年単位の動作を要求されるため、消費電力を最小限に抑えることが要請される。上述した制御チャネルを用いた方式では、通信チャネルによって本来送受信したいデータの送受信を行なう他に制御チャネルを用いた通信も行なうために多くの電力を消費することから、簡易無線機にこの方式を適用することは困難である。したがって、システム設置時などに予め通信チャネル番号を設定（固定チャネルアサイン）して、親機を常に受信状態としておき、子機が任意のタイミングで送信を行うようなシステム構成を採用することによって、消費電力の低減を図ることが行なわれている。
【０００６】
しかしながら、このシステム構成においては省電力化は図られているが、通信チャネル番号が固定であるため、設定したチャネルに妨害波や他の通信システムの電波があった場合に通信が途絶えてしまうことがある。
【０００７】
妨害波等によるこの問題を解決するための手法として、上記システム構成に複数チャネルを適用したチャネル巡回手法が提案されている（特許文献１参照）。この手法は、通信に使用するチャネルを予め複数設定し、子機が複数のチャネルから任意のチャネルを選択して送信を行ない、親機が複数のチャネルを時間的に巡回しながら子機からの送信信号を待ち受ける手法である。
【０００８】
このチャネル巡回手法を用いることで、子機は、設定された複数のチャネルから回線状態が良好なチャネルを選択できるため、妨害波や他の通信システムの電波が存在するチャネルの使用を避けて通信確度を向上することができる。
【０００９】
また、別の無線通信システムとして、複数の通信チャネルを使用する無定位循環方式を基本とし、親機に広帯域デジタル受信機を用いて全チャネルの使用状況の監視を高い時間分解能で定期的に行い、妨害波が検出された場合は通信チャネルを変更し、常に他システムとの競合や妨害波が少ない通信チャネルのみを使用できるように構成したものがある（特許文献２参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平２−１２１０９３号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開２００２−３００６３０号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述のチャネル巡回手法（上記特許文献１）においては、設定された複数のチャネルは固定であるため、設定されたチャネルのいずれかに妨害波があった場合、そのチャネルは使用できないことから使用可能なチャネル数が減少する。すなわち、システムの妨害波耐性が低い。設定されたチャネルのすべてに妨害波が存在するような極端な場合には、固定チャネルアサインの場合と同様に通信が完全に途絶えてしまうことも生じ得る。そこで、通信が完全に途絶えることのないようにシステムの妨害波耐性を向上させるためには、設定するチャネル数（巡回チャネル数）を増やす必要がある。
【００１３】
しかしながら、巡回チャネル数が増大すると、以下のように消費電力が増加する。子機からの送信信号を親機が確実に受信するためには、子機の送信信号の先頭に、親機の巡回サイクル時間分の信号検出ビット（プリアンブル）を付加する必要がある。親機の巡回サイクル時間は設定するチャネル数に比例するため、一巡回全体でのプリアンプル長も設定するチャネル数に比例する。したがって、巡回チャネル数を増やすほど、子機による送信時間が長くなり、消費電力の増加を招来することになる。一方で、消費電力の増加を防ぐためには設定するチャネル数を少なくしなければならないことから、前述した妨害波耐性が低下する問題点を回避できない。
【００１４】
また、上述の無定位循環方式を基本として妨害波の検出に応じ通信チャネルの変更を行なうシステム（上記特許文献２）では、チャネル巡回手法による上記の問題点は回避できるものの、親機に広帯域デジタル受信機を必要とすることから、装置の小型化・低コスト化が困難であるという問題があった。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、親機に広帯域デジタル受信機を必要とせず装置の小型化・低コスト化が可能であり、制御チャネルを用いることなく通信チャネルを任意に変更可能とすることによって妨害波耐性の向上と消費電力の低減を両立することのできる通信システムおよび方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明の一態様では、親機と複数の子機の間で、複数の狭帯域チャネルを共用して通信を行う無線通信システムにおいて、前記親機は、予め設定された通信に使用する複数チャネルとモニタ用チャネルとを巡回して、該モニタ用チャネルにより空きチャネルの回線状態を監視しながら前記子機から送信されてくる信号を受信する手段を備えたことを特徴とする無線通信システムを実施した。
【００１８】
本発明の別の態様では、親機と複数の子機の間で、複数の狭帯域チャネルを共用して通信を行う無線通信システムにおいて、前記親機は、予め設定された通信に使用する複数チャネルとモニタ用チャネルを巡回して、巡回中のチャネルの回線状態を調べながら前記子機から送信されてくる信号を受信する手段と、前記回線状態が悪いチャネルが見つかったときに、該悪いチャネルに代えて、前記モニタ用チャネルのモニタ結果に応じて最も回線状態の良好な新たなチャネルを割り当てて、該新たなチャネルと、前記複数チャネルのうち前記悪いチャネル以外のチャネルとについて巡回を継続する手段とを備えたことを特徴とする無線通信システムを実施した。
【００１９】
ここで、前記親機および前記複数の子機のパケットは通信に使用するチャネル情報を含んでおり、前記親機は、前記チャネル情報が前記親機および前記複数の子機のパケットについてすべて一致したときに、前記新たなチャネルを割り当てることが好ましい。
【００２１】
本発明の別の態様では、親機と複数の子機の間で、複数の狭帯域チャネルを共用して通信を行う無線通信方法において、前記親機は、予め設定された通信に使用する複数チャネルとモニタ用チャネルを巡回して、該モニタ用チャネルにより空きチャネルの回線状態を監視しながら前記子機から送信されてくる信号を受信することを特徴とする無線通信方法を実施した。
【００２２】
本発明の別の態様では、親機と複数の子機の間で、複数の狭帯域チャネルを共用して通信を行う無線通信方法において、前記親機が、予め設定された通信に使用する複数チャネルとモニタ用チャネルを巡回して、巡回中のチャネルの回線状態を調べながら前記子機から送信されてくる信号を受信するステップと、前記回線状態が悪いチャネルが見つかったときに、該悪いチャネルに代えて、前記モニタ用チャネルのモニタ結果に応じて最も回線状態の良好な新たなチャネルを割り当てて、該新たなチャネルと、前記複数チャネルのうち前記悪いチャネル以外のチャネルとについて巡回を継続するステップとを備えたことを特徴とする無線通信方法を実施した。
【００２３】
ここで、前記親機および前記複数の子機のパケットは通信に使用するチャネル情報を含んでおり、前記親機は、前記チャネル情報が前記親機および前記複数の子機のパケットについてすべて一致したときに、前記新たなチャネルを割り当てることが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
特定小電力規格を用いたシステムに本発明を適用した実施形態について、以下に図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
本実施形態の無線通信システムは、一台の親機と複数台の子機から構成される。親機と子機には同一構成のものを用いることができる。
【００２５】
親機は、後述の通り、設定された通信に使用する複数チャネルを巡回して、巡回中のチャネルの回線状態を調べながら子機から送信されてくる信号を受信する。そして、回線状態が悪いチャネルが見つかったときに、悪いチャネルに代えて新たなチャネルを割り当てて、新たなチャネルと別のチャネル（複数チャネルのうち回線状態が悪いチャネル以外のチャネル）について巡回を継続する。
【００２６】
図１の子機（または親機）において、２は子機（親機）アンテナ、４はアンテナスイッチ、６は無線受信部、８は復調部、１０は受信レベル検出部、１２は子機（親機）の内部もしくは外部に設置されたセンサ部、１４は送受信制御部、１６は変調部、１８は無線送信部、２０は局部発振部である。この子機および親機の動作については後に詳細に説明するが、子機に施錠センサを接続して、鍵の施錠／開錠情報を親機に送信することができる。
【００２７】
通信動作は子機主導型で行なわれ、図２の通信タイミングに示すように、基本的に親機は常時待ち受け状態にあり、子機が任意のタイミングで送信を行うものである。
【００２８】
図２では、図示しない施錠センサからの検知情報を子機から定期的に（例えば１回／３０分）送信する場合と、その施錠センサからの検知情報に変化が生じた場合（例えば施錠／解錠の検知時）になされる非定期送信を例示している。すなわち、本図の▲１▼，▲２▼が定期的送信であり、▲３▼が非定期送信を表している。
【００２９】
子機は、図３に示すフローチャートに従った手順で処理を行なう。
ステップＳ１では、初期割当てチャネルを設定する。ステップＳ２では、所定の送信条件を満足しているか否か（例えば、定期時間が経過したか？）を判定する。
【００３０】
ステップＳ３では、割り当てチャネル数が小さいほうから順次キャリアセンスし、空きチャネルを見つける。
【００３１】
ステップＳ４では、空きチャネルがあるか否かを判定する。空きチャネルがない場合には（ステップＳ４：ＮＯ）、ステップＳ５において、所定の異常処理を行う。他方、空きチャネルがある場合には（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ステップＳ６に制御を進める。
【００３２】
ステップＳ６では、空きチャネルで、親機に検知情報（ＩＤ情報を含む）を送信し、タイマーを起動する。
【００３３】
ステップＳ７では、所定時間内に親機からのａｃｋ（ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ：肯定応答）を受信したか否かを判定する。親機からａｃｋを受信しないと判断した場合には、ステップＳ８において、送信に使用したチャネルを割り当てチャネルから除く。他方、親機からａｃｋを受信したと判断した場合には、ステップＳ９において、割り当てチャネルに変更があるか否かを判定する。割り当てチャネルに変更がある場合には、ステップＳ１０において、割り当てチャネル変更のための処理を行う。
【００３４】
次に、図４のフローチャートを参照して親機の動作について説明する。
親機は、局部発振器２０へのチャネル設定を時間的に変更しながら（ステップＳ４０１で受信周波数Ｆを選択し、ステップＳ４０２で局部発振器を周波数Ｆに設定）、設定された複数のチャネルを巡回して待ち受けを行なう。例えば図５のように、設定された複数のチャネル２，５，および９の３チャネルを巡回して待ち受けを行なう。図５中の「受信」とは、受信レベル検出部１０から出力される信号強度（ＲＳＳＩ）を利用して、そのチャネルの電波の有無を判断する処理である。
【００３５】
このＲＳＳＩが所定の閾値を超えた場合には、そのチャネルに子機からの信号（子機パケット）が存在する可能性があると判断し、図６のように受信を継続する（ステップＳ４０３）。この受信継続では受信データの復号を行ない、まず、子機パケット識別信号（シンクワード）をサーチする（ステップＳ４０４）。シンクワードが検出された場合は子機パケットと判断して全ビットの受信を行ない（ステップＳ４０５）、子機への応答信号（ａｃｋ）を送信するための送信モードへ切り替える。
【００３６】
一方、ＲＳＳＩが所定の閾値を超えたが、一定時間（基本的には子機パケットのプリアンブル長と同一時間）のサーチによってシンクワードが検出されなかった場合には、他の通信システムの電波または妨害波が存在するチャネルであると判断し、そのチャネルの妨害カウント値を＋１インクリメントする（ステップＳ４０３，Ｓ４０４，Ｓ４０６）。
【００３７】
この妨害カウント値が一定カウント値以上になった場合は、そのチャネルは回線状態が良好でないと判断し、そのチャネルに妨害チャネルフラグを立てる（ステップＳ４０７，Ｓ４０８）。
【００３８】
同時に、そのチャネルの受信を中止して、チャネル巡回による待ち受けは、当初より１チャネル少ないチャネル数で継続される。ただし、最低巡回チャネル数での巡回中に妨害チャネルが立った場合には、子機との最低レベルの通信を確保するため、そのチャネルの巡回は継続される（ステップＳ４０９，Ｓ４１０）。
【００３９】
妨害チャネルフラグが立ったチャネルがある場合、このチャネルに代わって他の新規チャネルがアサインされるが、このアサインメントは、親機が子機パケットを受信した時点で行なわれる。
【００４０】
例えば、図７に示した通り、巡回中、まずチャネル５に妨害波が検出された場合、これに代わって空きチャネル１，３，４，６，７，８，１０のうちチャネル７を新たにアサインして巡回を継続し、続いてチャネル９に妨害波が検出された場合、これに代わって空きチャネル１，３，４，６，８，１０のうちチャネル１を新たにアサインして巡回を継続する。どの空きチャネルを新規チャネルとするかはランダムに割り当てる。新規チャネルに妨害波が検出された場合は、これに代わっていずれか別の空きチャネルが新たにアサインされる。
【００４１】
なお、子機パケットは、その子機に設定されているチャネル情報を含んでいる。親機は、すべての子機のチャネル情報をテーブルとして保存しており、図８のフローチャートに示す通り、子機パケットを受信する度に、子機パケットからチャネル情報を取り出し、チャネル情報テーブルを更新する（ステップＳ８０１，Ｓ８０２）。
【００４２】
親機が子機パケットを受信した時点で、妨害チャネルフラグが立っているチャネルが存在する場合には、この子機のチャネル情報テーブルを参照し、すべての子機のチャネル情報が親機の巡回チャネルと一致している場合に新規チャネルをアサインした（ステップＳ８０４，Ｓ８０５）後、親機巡回チャネルを変更する（ステップＳ８０６）。新しく追加されたこのチャネルは子機へのａｃｋ信号パケット内にチャネル情報として提示され、このａｃｋ信号を受信した子機のチャネル情報は、新規チャネル情報に更新される。
【００４３】
親機が子機パケットを受信した時点で、妨害チャネルフラグが立っているチャネルがある場合でも、すべての子機のチャネル情報が親機の巡回チャネルと一致してしない場合には、チャネル変更に追従できない子機が発生する可能性があるため、すべての子機のチャネル情報が一致するのを待つ。すべての子機のチャネル情報と親機の巡回チャネルが一致したことを確認すると、新規チャネルをアサインする。
【００４４】
以上説明した子機と親機間のチャネル情報の共有化手法と新規チャネルアサインタイミングを図９に示す。図９において、子機パケットは使用するチャネル（ここでは３チャネル）のチャネル情報をパケットの先端に持つ。チャネル情報はハッチングで識別される。
【００４５】
図９は、運用チャネル９０の左端の１チャンネルに妨害波が検出されて、妨害チャネルの巡回が中止された場合、運用チャネル９２の中央の１チャンネルに妨害波が検出されて、妨害チャネルの巡回が中止された場合における新規チャネルのアサインタイミングを示している。
【００４６】
このように、親機が１パケット受信する毎に妨害チャネルがあるかを調べ、妨害チャネルがあった場合は、全子機の巡回チャネルが同一の場合に新規チャネルをアサインしている。
【００４７】
本実施形態ではさらに、前述した新規チャネルアサイン時に、より回線状態が良好なチャネルを選択するために、通信に使用する巡回チャネルにモニタチャネルを追加して、巡回チャネルとモニタチャネルとを巡回することで、モニタチャネルにより空きチャネルの回線状態を監視することができる。
【００４８】
例えば図１０に示すように巡回チャネルにモニタチャネルを追加する。図１０は、巡回チャネル２，５，９の３チャネル巡回の受信チャネルにモニタチャネルを１チャネル追加した例を示している。モニタチャネルの周波数は順番に空きチャネルに設定され、すべての空きチャネルの回線状態を順番に調査する。巡回チャネル２，５，９とモニタチャネル１で一巡し、二巡目のモニタチャネルはチャネル３となり、空きチャネルを順次モニタする。
【００４９】
回線状態の調査は、巡回チャネルと同様に、親機の受信レベル検出部１０から出力される受信信号強度（ＲＳＳＩ）を用い、そのチャネルの電波の有無を判断する処理にあたる。ただし、ＲＳＳＩが所定の閾値を超えており、電波が存在すると判断された場合でもシンクワード検出は行なわず、このチャネルは空きチャネルであり、子機が使用するチャネルではないため、受信が継続することはない。その代わり、ＲＳＳＩが所定の閾値を超えており、電波が存在すると判断された場合には、妨害カウント値を＋１インクリメントする。
【００５０】
この妨害カウント値を空きチャネルの回線状態としてテーブルに保存し、巡回チャネルアサイン時に、この妨害カウント値が最小のチャネルを選択することで、回線状態の良好なチャネルをアサインすることが可能になる。
【００５２】
【発明の効果】
以上の通り本発明に係る無線通信システムおよび方法によれば、親機に広帯域デジタル受信機を必要とせずに複数チャネルを巡回してチャネルの回線状態を調べ、回線状態が悪いチャネルに代えて新たなチャネルを割り当てるため装置の小型化・低コスト化が可能である。また、制御チャネルを用いることなく、予め設定された通信に使用する複数チャネルを巡回して、妨害波があった通信チャネルを別のチャネルに任意に変更可能とすることによって妨害波耐性の向上と消費電力の低減を両立することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る無線通信システムに用いられる親機または子機のブロック構成図である。
【図２】本発明に係る無線通信システムにおける親機と子機の通信タイミングを例示した図である。
【図３】子機側の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】親機側の処理手順（妨害チャネルの巡回中止処理）を示すフローチャートである。
【図５】３チャネルを巡回して待ち受けを行なう例を示すタイミング図である。
【図６】３チャネルを巡回して、受信を継続する例を示すタイミング図である。
【図７】３チャネルを巡回して、新規チャネルを割り当てる例を示すタイミング図である。
【図８】親機側の処理手順（新規チャネルアサイン処理）を示すフローチャートである。
【図９】子機と親機間のチャネル情報の共有化手法と新規チャネルアサインタイミングを示す説明図である。
【図１０】モニタチャネルを設けて、３チャネルを巡回して待ち受けを行なう例を示すタイミング図である。
【符号の説明】
２    子機（親機）アンテナ
４    アンテナスイッチ
６    無線受信部
８    復調部
１０    受信レベル検出部
１２    子機（親機）の内部もしくは外部に設置されたセンサ部
１４    送受信制御部
１６    変調部
１８    無線送信部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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