電波時計レピータ(開発中)

ビル等の建物内で、標準電波が遮断されて受信が難しい場所でも、

電波時計へ 正確な時間を提供する製品です。

商用電源の周波数(AC100V 50/60Hz)を利用して時刻補正を行い、

子機から標準電波を出力して時刻合わせを行います。

子機を複数台使用することで、建物全体の電波時計をカバーすることを可能としています。

そのため、建物全体の電波時計に対して、時間のズレ対策を行うことが出来ます。

また、親機は時刻表示部を用意しており、時計としてもご使用できます。

 

・システム構成図

 

・子機の取付について

 子機は電波時計の裏側に取り付けます。

 ほとんどの掛け時計に対応した形とサイズになっています。

 

標準電波の輻射

(1)子機の標準電波の輻射

電波時計は、長波の特定周波数(40kHz、60kHz)で出力された標準電波(補足1参照)を
受信することで時刻を合わせます。
子機は、標準電波と同じ周波数(40kHz、60kHz)、かつ、同じデータ出力形式で
現在の時刻情報(タイムコード)の電波出力を行います。

(2)独自の標準電波輻射方法

①電波の波長とアンテナの関係
 本来、電波を出力する場合、一般に電波の波長λに合ったアンテナ長が必要です。  
 例えば、一般的に利用されているダイポールアンテナの場合、標準電波40kHzでは、
 3.75kmのアンテナ長となります。
 とても現実的ではないアンテナ長です。

図 40kHz出力時のダイポールアンテナの長さ

②独自アンテナ手法
 下記の内容に着目し、市販の電波時計へ正確な時刻を伝える方法を考案しました。

 ・電界ではなく、磁界で送信

 ・微弱無線局(免許不要)で運用するため、大出力は不要

 

※子機の直近に電波時計があるため、確実に時刻合わせを行うことが可能です。

 

LoRa通信技術(プライベートLoRa)

(1)LoRaとは?

LoRaとは、Long Rangeの略で長距離通信を特徴とした、Semtech社による独自の通信方式です。
Sub-GHz帯(日本は920MHz)の周波数を利用しています。
無線変調方式(LoRa変調)にチャープスペクトラム拡散変調(補足2参照)を使用し、
大きく分けて下記の特長を持っています。

※1 弊社では、IEE802.15.4の規格に準拠したプライベートLoRaを利用しています。
   この為、親機と子機の設置のみで運用を行えます。
※2 LoRaの名称および関連するロゴは、Semtech社 またはその子会社の商標です。
    Semtech、Semtech ロゴ、および LoRaは、Semtech社の登録商標です。

 

①長距離通信と高い障害物への耐性

 微弱な信号でも受信可能なため、長距離通信が行えます。
 これにより、建物等の障害物による出力が減衰した信号でも、受信可能です。
 また、利用している920MHzの周波数帯域は、他の周波数帯域による干渉を
 受けづらく、伝搬特性が高いので安定したデータ通信を行えます。
 
 ※通信距離と通信速度は、トレードオフの関係にあります。
  低い通信速度(200bps~30kbps程度)で1度に送信可能なデータが
  小さい(11byte)代わりに、1つの基地局(機器)で通信可能なエリアが
  広いことが特徴です。
  設置場所及び通信速度の条件によっては、見通し距離100kmの通信も可能な規格です。

 

②低い消費電力

  LoRaは、最小の消費電力で長距離にわたって小さなデータパケットを効率的に
 送信できるように設計されています。
 使用している変調方式により、データ送信時における消費電力の低減を図っています。
 また、通信を間欠運転とし、通信を必要とする時間帯以外は、機器を
 スリープ状態にして、さらに消費電力を下げることでバッテリー駆動を
 行うことが可能となります。
 ※バッテリーの寿命は、通信頻度と機器の駆動時間によって大きく変わります。

 

③ホップ通信

 端末間で自動ルーティング機能を備えることができます。
 これにより、例えば、親機から遠い子機が、別の子機を経由して通信を行えます。

・ホップ通信例

 

・子機1の接続が切れ、端末間を再度ルーティングした場合の例

商用電源の周波数を利用して時刻を補正

(1)AC補正方式とは?

商用電源(AC100V)の周波数(50/60Hz)が長期間の累積誤差が調整されていることを利用して
内蔵RTC(時計)の誤差を補正し、周囲温度やRTCの初期誤差によらず時刻を保持します。

※日本国内の電力会社から供給される電源を使用します。
 離島及び自家発電機や交流インバータ環境では、使用できません。
 

(2)商用電源(AC100V 50/60Hz)の周波数について

商用電源で稼働する交流モータや電熱機器を使用している工場等の環境下においては、
電源周波数の変動はモータトルクやヒータ出力の変動に直結します。
ひいては、工業製品の製造工程の安定性や品質にも影響を与える為、
『高精度』で『安定』した周波数精度が商用電源には求められています。
この為、電力会社は電力需要バランスから、発電機の出力調整等を行って周波数の安定を図っています。
商用電源は、これにより高い周波数精度を誇ります。

(3)ネットワークの無い環境でも利用可能

ネットワークの無い環境でも使用可能なため、インターネット回線の新規契約や、
ネットワークの増設対応といった環境構築も不要です。
セキュリティの問題でネットワークに繋ぐことが出来ない場所でもご利用になれます。

(4)なぜ、商用電源を時計の補正に利用するのか?

商用電源は、高い周波数精度を誇ります。
この周波数を、時刻補正に利用することで、時計の精度を電力会社各社の周波数精度と
同等とすることができます。
どこにでもある商用電源の周波数を時刻源とするため、置き場所の自由度が高いのも特徴です。
そのため、コンセントさえあればどこでも設置可能です。
Internet回線や周囲の環境(建物の構造、建物の立地)によらずに、
正確な時刻情報を入手可能なことから、採用をしました。

 
 

よくある質問

他社の「電波時計用リピータ」と「電波時計レピータ」との違いは?
元の英語は同じ「Repeater for radio clock」であり、日本語標記の違いだけです。
日本では、電気通信における中継器のことを「リピータ(又はリピーター)」と標記しますが、
特に無線通信における中継局は「レピータ(又はレピータ―)」と標記します。
一般的な「電波時計のリピータ(又は電波時計のレピータ)」は、設置場所から半径10m程度の
範囲の電波時計に対し、標準電波を発信して時刻を合せます。
開発中の電波時計レピータは、LPWA通信を利用することで、ビル丸ごとを1台の親機でカバーできます。
(特許出願手続き中)
いつごろから販売しますか?どこで買えますか?
電波時計レピータは、現在開発中で2021年末か2022年の初頭に販売開始予定です。
電波時計レピータの販売方法は未定です。開発が順調に完了し販売方法が決まりましたら、改めて連絡しますので、右上の「お問い合わせ」から「電波時計レピータが販売されたら教えて欲しい」と記載し、連絡先を送信してください。
子機は何台付属しますか?何台まで連動出来ますか?
電波時計レピータの基本セットは、親機1台+子機1台での販売となります。子機は最大で16台まで連動出来ます。
LPWAや長波送信技術を応用して、自社製品の改善や開発の相談に乗って欲しい。
日本電波は、OEM/ODMも得意です。まずは、右上の「お問い合わせ」から連絡をお願いします。
海外で使えますか?
電波時計レピータで利用する標準電波は日本国内向けのものを利用していますので、 日本国内でのみ使用可能な製品です。 中継用のLPWA電波も含み日本の電波法の範囲内で製品化しています。 但し、規制化学物質の「欧州RoHs指令」には適合しています。
製造は日本ですか?
はい。東京の大田区で製造しています。日本電波では高速チップマウンタを保有し、自社で電子基板の製造が可能です。製造委託なども受け付けますので右上の「お問い合わせ」から相談してください。

 

補足

1.標準電波とは?

標準電波は、国立研究開発法人情報通信研究機構(NICT)によって運用されており、
全国に送信所は2か所あります。

※上記の地図は、図示の為に簡略化したものであり、正確な地図ではありません。

 

2.チャープスペクトラム拡散変調とは?

チャープスペクトラム拡散変調とは、微小な放射電力しか必要とせず(電磁界が弱い)、
電磁干渉の強い防止性を持つ方法として利用されています。
この変調方式は、「振幅変調」、「周波数変調」、「位相変調」を組み合わせています。
変調方式を組み合わせて、「送信出力の調整」、「利用可能な周波数バンドへ周波数
を拡散」することで、電磁干渉の耐性を確保しています。