JP5097513B2 - 通信システム - Google Patents

Description

本発明は、信号の送受信により通信を行なう通信システムに関する。

従来から、デジタル信号の送受信により通信を行なう通信システムが用いられている。特に、シリアル伝送方式による通信を行なう通信システムにおいては、送信装置によって送信されたデジタル信号を、受信装置によって正確に受信させ、当該受信したデジタル信号を処理可能とするために、送信装置と受信装置との間における送受信の同期を確立させている。例えば、１つのキャラクタのデータの前後に、当該キャラクタデータの始まりを示すスタートビットと、当該キャラクタデータの終わりを示すストップビットとを付加する調歩同期方式が用いられている。この調歩同期方式では、受信装置は受信した信号からスタートビットを検出した場合に、後続する１キャラクタ分の受信データについての受信処理を行っている。

上述の調歩同期方式では、１キャラクタ分のデータの送受信中にノイズの混入等によりストップビットを検出できなかった場合、連続するキャラクタデータを受信するための同期を確立することができず、受信装置がデータを正常に受信できなくなるという問題があった。この問題に対応するため、受信装置におけるストップビットの受信に対応して、１キャラクタ長分のタイマー値がセットされたタイマーをスタートさせ、次のストップビットが検出できない場合に、タイマーで計測された時間の経過後にタイマー割り込みを起動させ、受信動作をアイドル状態に戻すデータ伝送装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１８１７２１号公報

しかし、上述のような従来の通信システムにおいても、送信装置又は受信装置のいずれか一方、又は双方におけるクロックの精度が、伝送方式や伝送レートに対して十分でない場合、連続するビットデータを受信する際に同期外れが生じる問題があった。例えば、伝送方式がＮＲＺ（Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）方式の場合、元データに同じ値のビットが並んでいる場合には、エンコード後のデータの信号レベルが変化しない状態が長時間続く。この様な場合、受信装置の回路構成上、送信タイミングと受信タイミングとの誤差が蓄積してしまうため、同期外れが発生する可能性があった。

このように同じ値のビットが並んでいる場合でも同期外れを発生させにくくするためには、送信装置及び受信装置におけるクロックの精度を向上させることが考えられる。しかし、クロック精度を向上させるためには、周波数偏差の小さい発振素子、例えば水晶発振子を用いる必要があり、コストの上昇を招いていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、容易に同期外れの発生を防止することができ、周波数偏差の大きい発振素子を用いた低コストな装置構成とすることができる通信システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１に記載の通信システムは、二値以上の値をとりうる複数の符号からなるデジタル情報において、相互に値が異なる前記複数の符号を、それぞれ異なるレベルの信号に変換し、当該異なるレベルの信号を含むデジタル信号を用いて通信を行なう通信システムであって、前記デジタル情報に対して、所定個数の符号毎に、当該所定個数の符号の最後尾に、交互に値が異なる複数の符号からなる同一の区切り情報を挿入する区切り情報挿入手段と、前記区切り情報が挿入された前記デジタル情報を、前記デジタル信号に変換して送信する送信手段と、前記送信手段によって送信された前記デジタル信号を受信して前記デジタル情報に変換する受信手段と、前記受信手段によって変換された前記デジタル情報に含まれている前記区切り情報を認識し、当該認識結果に基づいて所定処理を行う処理手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項２に記載の通信システムは、二値以上の値をとりうる複数の符号からなるデジタル情報において、相互に値が異なる前記複数の符号を、それぞれ異なるレベルの信号に変換し、当該異なるレベルの信号を含むデジタル信号を用いて通信を行なう通信システムであって、前記デジタル情報に対して、所定個数の符号毎に、当該所定個数の符号の最後尾に、交互に値が異なる複数の符号からなる区切り情報を挿入する区切り情報挿入手段と、前記区切り情報が挿入された前記デジタル情報を、前記デジタル信号に変換して送信する送信手段と、前記送信手段によって送信された前記デジタル信号を受信して前記デジタル情報に変換する受信手段と、前記受信手段によって変換された前記デジタル情報に含まれている前記区切り情報を認識し、当該認識結果に基づいて所定処理を行う処理手段とを備え、前記区切り情報挿入手段は、前記所定個数の符号からなる前記デジタル情報の内、所定の値である符号の個数が偶数又は奇数のいずれであるかを示す偶奇情報を含めるように、前記区切り情報の値を決定することを備えることを特徴とする。

また、請求項３に記載の通信システムは、請求項１又は２に記載の通信システムにおいて、前記区切り情報は、２ビットのデジタル情報であること、を特徴とする。

請求項１に記載の本発明によれば、元データであるデジタル情報の所定個数の符号毎に、交互に値が異なる複数の符号からなる区切り情報を挿入しているので、元データのデジタル情報に同じ値の符号が並んでいたとしても、区切り情報が挿入されている部分で必ず値が相違することになる。従って、区切り情報が挿入されているデジタル情報から変換された後のデジタル信号の信号レベルは一定の間隔毎に必ず変化されるので、送信タイミングとの受信タイミングとの誤差の蓄積をリセットすることができ、同期外れの発生を防止することができる。これにより、周波数偏差の大きい発振素子を用いることができ、コスト低減を図ることができる。

また、請求項２に記載の本発明によれば、元データであるデジタル情報の所定個数の符号毎に、交互に値が異なる複数の符号からなる区切り情報を挿入しているので、元データのデジタル情報に同じ値の符号が並んでいたとしても、区切り情報が挿入されている部分で必ず値が相違することになる。従って、区切り情報が挿入されているデジタル情報から変換された後のデジタル信号の信号レベルは一定の間隔毎に必ず変化されるので、送信タイミングと受信タイミングとの誤差の蓄積をリセットすることができ、同期外れの発生を防止することができる。これにより、周波数偏差の大きい発振素子を用いることができ、コスト低減を図ることができる。
また、区切り情報挿入手段は、偶奇情報を含めるように区切り情報の値を決定しているので、区切り情報に基づき、デジタル信号の送受信中に当該デジタル信号に発生した誤りを検出することができる。

また、請求項３に記載の本発明によれば、区切り情報として２ビットのデジタル情報を用いているので、元データのデジタル情報に対する区切り情報の挿入に伴う情報量の増大を最小限に抑制することができる。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る通信システムの各実施の形態を詳細に説明する。まず、〔Ｉ〕各実施の形態に共通の基本的概念を説明した後、〔II〕各実施の形態の具体的内容について順次説明し、最後に、〔III〕各実施の形態に対する変形例について説明する。ただし、各実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

〔Ｉ〕各実施の形態に共通の基本的概念
まず、各実施の形態に共通の基本的概念について説明する。各実施の形態に係る通信システムは、デジタル情報をデジタル信号に変換し、当該デジタル信号を用いて通信を行なうことを目的とするものである。ここで、デジタル情報とは、二値以上の値をとりうる複数の符号からなる情報をいい、デジタル信号とは、相互に値が異なる複数の符号の各々に対応付けられた異なるレベルの信号を含む信号をいうものとする。以下の各実施の形態においては、一例として、デジタル情報は「０」又は「１」の値を有する複数のビットから構成されていることを前提として説明する。また、デジタル信号は、デジタル情報のビットの値が「１」の場合に信号レベルがＨｉｇｈレベル、ビットの値が「０」の場合に信号レベルがＬｏｗレベルとなるように変換を行うＮＲＺ方式に基づいてデジタル情報から変換されていることを前提とする。

各実施の形態に係る通信システムの適用対象は任意であり、例えば、住宅における火災発生やガス漏れ等を検出し警報するための住宅用警報器に適用し、複数の当該住宅用警報器間で相互に通信を行なわせたり、地下街やビル等の大規模建築物の防災システムに適用し、当該建築物に複数設置された火災警報器、監視センサ等と、防災受信機との間で、相互に通信を行なわせたりすることができる。また、通信の態様も任意であり、無線、有線、光通信等の通信手段を用いることができる。

各実施の形態に係る通信システムの特徴の一つは、概略的に、元データであるデジタル情報の所定ビット数毎に、交互に値が異なる複数ビットからなる区切り情報を挿入する点にある。これにより、元データに同じ値のビットが並んでいたとしても、区切り情報が挿入されている部分で必ず値が相違することになる。従って、エンコード後のデータの信号レベルが一定の間隔毎に必ず変化されるので、送信タイミングとの受信タイミングとの誤差の蓄積をリセットすることができ、同期外れの発生を防止することができる。これに伴って、周波数偏差の大きい発振素子を用いることができ、コスト低減を図ることができる。

〔II〕各実施の形態の具体的内容
次に、本発明に係る各実施の形態の具体的内容について説明する。

〔実施の形態１〕
まず実施の形態１について説明する。この形態は、区切り情報を挿入する基本的な形態である。

（通信システムの構成）
まず、通信システムの構成を説明する。図１は通信システムの電気的構成を機能概念的に示したブロック図である。図１に示すように、通信システム１は、送信装置１０、及び、受信装置１１を備えている。

（通信システムの構成−送信装置１０）
送信装置１０は、デジタル信号を受信装置１１に対して送信するためのものであり、ビット挿入部１００、送信部１０１、及び、送信制御部１０２を備えている。

ビット挿入部１００は、送信装置１０から送信させるデジタル信号の元データであるデジタル情報に、所定ビット数毎に、交互に値が異なる複数ビットからなる区切りデータを挿入するためのものであり、特許請求の範囲における区切り情報挿入手段に対応している。区切りデータの具体的な内容は任意であるが、例えば、交互に値が異なる２ビットのデジタル情報として、「１０」又は「０１」を区切りデータとすることができる。

送信部１０１は、ビット挿入部１００によって区切りデータが挿入されたデジタル情報を、送信制御部１０２による制御に基づき、所定の伝送方式に従ってデジタル信号に変換して送信するものであり、特許請求の範囲における送信手段に対応している。

送信制御部１０２は、送信すべきデジタル情報をビット挿入部１００に入力し、区切りデータを挿入させ、当該区切りデータが挿入されたデジタル情報を送信部１０１に入力し、当該送信部１０１を制御することによって、所定の送信タイミングにてデジタル信号を送信させるものである。

なお、送信装置１０の具体的な構成は任意であり、公知の送信機を用いることができる。送信装置１０によって行われるデジタル信号の送信制御の詳細は後述する。

（通信システムの構成−受信装置１１）
受信装置１１は、送信装置１０から送信されたデジタル信号を受信するためのものであり、受信部１１０、ビット削除部１１１、及び、受信制御部１１２を備えている。

受信部１１０は、送信部１０１から送信されたデジタル信号を受信し、所定の伝送方式に従って、受信したデジタル信号をデジタル情報に変換するためのものであり、特許請求の範囲における受信手段に対応している。

ビット削除部１１１は、受信部１１０によって復号化されたデジタル情報に含まれている区切りデータを所定方法にて認識し、当該デジタル情報から区切りデータを削除するものであり、特許請求の範囲における処理手段に対応している。

受信制御部１１２は、受信部１１０を制御することによって、所定の受信タイミングにてデジタル信号を受信させ、当該受信部１１０にて変換されたデジタル情報をビット削除部１１１に入力し、当該ビット削除部１１１にて区切りデータが削除されたデジタル情報に基づき、所定の処理を行うものである。

なお、受信装置１１の具体的な構成は任意であり、公知の受信機を用いることができる。受信装置１１によって行われるデジタル信号の受信制御の詳細は後述する。

（通信システムの動作）
次に、本実施の形態１に係る通信システム１の動作について説明する。図２は通信システム１の動作の流れを概略的に示したフローチャート、図３は、区切りデータ挿入前後のデジタル情報、及び、送信部１０１から送信されたデジタル信号を示した概要図である。

図２に示すように、所定の入力手段によって送信制御部１０２にデジタル情報が入力されると、送信制御部１０２は、入力されたデジタル情報をビット挿入部１００に入力する（ステップＳＡ−１）。ここでは、デジタル情報として「１１１１１１１１１１１１１１１１」が送信制御部１０２に対して入力されたものと仮定する。

ビット挿入部１００は、入力されたデジタル情報に対して、所定ビット数毎に区切りデータを挿入する（ステップＳＡ−２）。ここでは、ビット挿入部１００は、８ビット毎に区切りデータとして「１０」を挿入するものと仮定する。この場合、例えば図３に示したように、区切りデータ挿入後のデジタル情報は「１１１１１１１１１０１１１１１１１１１０」となる（下線部が区切りデータを示す）。

ビット挿入部１００は、区切りデータ挿入後のデジタル情報を送信制御部１０２に入力する。送信制御部１０２は、当該入力された区切りデータ挿入後のデジタル情報を送信部１０１に入力し（ステップＳＡ−３）、当該送信部１０１によってデジタル信号に変換させ、当該変換後のデジタル信号を所定の送信タイミングにて受信装置１１に対して送信させる（ステップＳＡ−４）。

受信制御部１１２は、送信部１０１から送信されたデジタル信号が受信部１１０にて受信されたことを所定手段により検出すると（ステップＳＡ−５、Ｙｅｓ）、受信部１１０によって所定タイミングにて当該デジタル信号を受信させ、当該受信させたデジタル信号を、受信部１１０によってデジタル情報に変換させる（ステップＳＡ−６）。ここで、図３に示したように、送信部１０１によって送信されたデジタル信号においては、区切り信号に対応する位置にて信号レベルが変化している。従って、当該信号レベルの変化に伴って受信部１１０における受信タイミングがリセットされ、当該受信タイミングと送信部１０１における送信タイミングとの誤差の蓄積が解消される。

続いて、受信制御部１１２は、変換されたデジタル情報をビット削除部１１１に入力する（ステップＳＡ−７）。ビット削除部１１１は、入力されたデジタル情報を参照し、区切りデータを認識し、当該認識した区切りデータを削除する（ステップＳＡ−８）。これにより、デジタル情報は、当初に送信制御部１０２に入力されたデジタル情報と同じ「１１１１１１１１１１１１１１１１」となる。受信制御部１１２は、ビット削除部１１１によって区切りデータが削除されたデジタル情報に基づき、所定の処理を実行する（ステップＳＡ−９）。

（実施の形態１の効果）
このように実施の形態１によれば、元データであるデジタル情報の所定ビット数毎に、交互に値が異なる複数ビットからなる区切りデータを挿入しているので、元データのデジタル情報に同じ値のビットが並んでいたとしても、区切りデータが挿入されている部分で必ず値が相違することになる。従って、区切りデータが挿入されたデジタル情報から変換された後のデジタル信号の信号レベルは一定の間隔毎に必ず変化されるので、送信タイミングと受信タイミングとの誤差の蓄積をリセットすることができ、同期外れの発生を防止することができる。これに伴って、周波数偏差の大きい発振素子を用いることができ、コスト低減を図ることができる。

また、区切りデータとして２ビットのデジタル情報を用いているので、元データのデジタル情報に対する区切りデータの挿入に伴う情報量の増大を最小限に抑制することができる。

〔実施の形態２〕
次に、実施の形態２について説明する。この形態は、偶奇情報を含めるように、区切り情報の値を決定する形態である。

なお、実施の形態２の構成は、特記する場合を除いて実施の形態１の構成と略同一であり、実施の形態１の構成と略同一の構成についてはこの実施の形態１で用いたのと同一の符号及び／又は名称を必要に応じて付して、その説明を省略する。

（ビット挿入部１００）
本実施の形態２に係るビット挿入部１００は、パリティビットが含まれるように区切りデータを決定する。ここで、パリティビットとは、所定ビット数のデジタル情報において、値が「１」（又は「０」）であるビットの個数が偶数又は奇数の何れであるかを示すものをいい、特許請求の範囲における偶奇情報に対応している。パリティビットの具体的な内容は任意であるが、例えば、８ビットのデジタル情報において、値が「１」であるビットの個数が偶数である場合に「０」、奇数である場合に「１」とすることができる。あるいは、値が「１」であるビットの個数が偶数である場合に「１」、奇数である場合に「０」としてもよい。なお、前者の場合のパリティビットを偶数パリティ、後者の場合のパリティビットを奇数パリティという。

上述の実施の形態１の場合と同様に、区切り情報を２ビットのデジタル情報とする場合には、例えば、上位のビットを偶数パリティとし、下位のビットを偶数パリティの値と相互に異なる値（例えば、奇数パリティ）とすることで、交互に値が異なる２ビットの区切りデータを決定することができる。例えば、区切りデータの挿入対象となる８ビットのデジタル情報が「１００１００１１」の場合、値が「１」であるビットの個数は４個であり偶数なので、偶数パリティは「０」、区切りデータは「０１」となる。

（通信システムの動作）
次に、本実施の形態２に係る通信システム１の動作について説明する。図４は、通信システム１の動作の流れを概略的に示したフローチャートである。

図４に示すように、所定の入力手段によって送信制御部１０２にデジタル情報が入力されると、送信制御部１０２は、入力されたデジタル情報をビット挿入部１００に入力する（ステップＳＢ−１）。ここでは、デジタル情報として「０１０１０１００００００００００」が送信制御部１０２に対して入力されたものと仮定する。

ビット挿入部１００は、入力されたデジタル情報に対して、所定ビット数毎に区切りデータを挿入する（ステップＳＢ−２）。上記デジタル情報のうち、前半の８ビット「０１０１０１００」では、値が「１」であるビットが３個含まれているので、偶数パリティは「１」となる。従って、ビット挿入部１００は、前半の８ビットに対する区切りデータとして「１０」を挿入する。一方、後半の８ビット「００００００００」では、値が「１」であるビットは０個なので、偶数パリティは「０」となる。従って、ビット挿入部１００は、後半の８ビットに対する区切りデータとしては「０１」を挿入する。この場合、区切りデータ挿入後のデジタル情報は「０１０１０１００１００００００００００１」となる（下線部が区切りデータを示す）。

以降、図４におけるステップＳＢ−３からステップＳＢ−７までは、上述の実施の形態１において図２で示したステップＳＡ−３からステップＳＡ−７までと同様であるので、説明を省略する。

ステップＳＢ−７において、受信制御部１１２によって変換されたデジタル情報を入力されたビット削除部１１１は、入力されたデジタル情報を参照し、区切りデータを認識する。この際、２ビットの区切りデータにおける上位の値となっている偶数パリティを参照する（ステップＳＢ−８）。さらに、ビット削除部１１１は、区切りデータが挿入されていた８ビットのデジタル情報に基づいて、偶数パリティを算出する（ステップＳＢ−９）。そして、ステップＳＢ−８にて参照した偶数パリティと、ステップＳＢ−９にて算出した偶数パリティとを対比する（ステップＳＢ−１０）。対比の結果が一致していた場合には（ステップＳＢ−１０、Ｙｅｓ）、ビット削除部１１１は区切りデータを削除し、受信制御部１１２は、ビット削除部１１１によって区切りデータが削除されたデジタル情報に基づき、所定の処理を実行する（ステップＳＢ−１１）。一方、対比の結果が相違していた場合（ステップＳＢ−１０、Ｎｏ）、ビット削除部１１１は、デジタル信号の通信中に信号の内容が変化したものと判断し、受信制御部１１２に対してエラーを示す情報を出力する（ステップＳＢ−１２）。受信制御部１１２は、当該エラー情報に基づき、所定の処理を実行する（ステップＳＢ−１３）。

（実施の形態２の効果）
このように実施の形態２によれば、ビット挿入部１００は、パリティビットを含めるように区切りデータを決定しているので、上述の実施の形態１における基本的な効果に加えて、区切りデータに基づき、デジタル信号の送受信中に発生した誤りを検出することができる。

〔III〕各実施の形態に対する変形例
以上、本発明に係る各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。

（解決しようとする課題や発明の効果について）
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。

この発明に係る通信システムは、信号の送受信により通信を行なう通信システムに適用でき、容易に同期外れの発生を防止することができ、周波数偏差の大きい発振素子を用いた低コストな装置構成とすることができる通信システムに有用である。

通信システムの電気的構成を機能概念的に示したブロック図である。 通信システム１の動作の流れを概略的に示したフローチャートである。 区切りデータ挿入前後のデジタル情報、及び、送信部１０１から送信されたデジタル信号を示した概要図である。 通信システム１の動作の流れを概略的に示したフローチャートである。

符号の説明

１ 通信システム
１０ 送信装置
１１ 受信装置
１００ ビット挿入部
１０１ 送信部
１０２ 送信制御部
１１０ 受信部
１１１ ビット削除部
１１２ 受信制御部

Claims (3)

1. 二値以上の値をとりうる複数の符号からなるデジタル情報において、相互に値が異なる前記複数の符号を、それぞれ異なるレベルの信号に変換し、当該異なるレベルの信号を含むデジタル信号を用いて通信を行なう通信システムであって、
   前記デジタル情報に対して、所定個数の符号毎に、当該所定個数の符号の最後尾に、交互に値が異なる複数の符号からなる同一の区切り情報を挿入する区切り情報挿入手段と、
   前記区切り情報が挿入された前記デジタル情報を、前記デジタル信号に変換して送信する送信手段と、
   前記送信手段によって送信された前記デジタル信号を受信して前記デジタル情報に変換する受信手段と、
   前記受信手段によって変換された前記デジタル情報に含まれている前記区切り情報を認識し、当該認識結果に基づいて所定処理を行う処理手段と、
   を備えることを特徴とする通信システム。
2. 二値以上の値をとりうる複数の符号からなるデジタル情報において、相互に値が異なる前記複数の符号を、それぞれ異なるレベルの信号に変換し、当該異なるレベルの信号を含むデジタル信号を用いて通信を行なう通信システムであって、
   前記デジタル情報に対して、所定個数の符号毎に、当該所定個数の符号の最後尾に、交互に値が異なる複数の符号からなる区切り情報を挿入する区切り情報挿入手段と、
   前記区切り情報が挿入された前記デジタル情報を、前記デジタル信号に変換して送信する送信手段と、
   前記送信手段によって送信された前記デジタル信号を受信して前記デジタル情報に変換する受信手段と、
   前記受信手段によって変換された前記デジタル情報に含まれている前記区切り情報を認識し、当該認識結果に基づいて所定処理を行う処理手段とを備え、
   前記区切り情報挿入手段は、前記所定個数の符号からなる前記デジタル情報の内、所定の値である符号の個数が偶数又は奇数のいずれであるかを示す偶奇情報を含めるように、前記区切り情報の値を決定すること、
   を備えることを特徴とする通信システム。
3. 前記区切り情報は、２ビットのデジタル情報であること、
   を特徴とする請求項１又は２に記載の通信システム。

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