ピンポーンの無線工学

――ファミレスの呼出ボタンをRF技術者が昼休みに考える

昼休みのファミリーレストランで、メニューを見る。

日替わりランチ。ハンバーグ。チキン南蛮。ミックスグリル。選択肢は多いが、時間は少ない。午後一時には会社へ戻らなければならない。サラリーマンの昼食には、いつも胃袋とは別の時計がついている。

私はRF技術者である。

といっても、昼休みのファミレスでは、ただ腹をすかせた会社員にすぎない。だが職業というものは厄介で、いったん身につくと、勤務時間の外でも勝手に目を覚ます。

注文は決まった。そこで、テーブルの隅に置かれた、あの少し怪しいボタンを押す。

ピンポーン。

普通の客なら、ここで「店員さんが来る」と思って終わりだろう。だがRF屋は、そこで終われない。

いまの一押しで、どの周波数が飛んだのか。IDはどう符号化されているのか。単発送信か、再送ありか。受信機側は単なるデコーダなのか、呼出履歴を持っているのか。厨房のステンレス棚や冷蔵庫で、どの程度マルチパスを食らっているのか。

店員が来る。注文を告げる。端末が操作され、復唱があり、メニューが下げられる。店員は厨房の方へ去っていく。テーブルには、水のグラス、紙ナプキン、そしてさっき押されたばかりの呼出ボタンが残る。

料理が来るまでの時間は、奇妙な空白である。スマートフォンを見るには短く、会話を始めるには少し中途半端で、しかし腹は確実に減っている。そこで私は、水を飲みながら、さっき指で押した卓上の小さな装置を眺める。

では、この装置は、技術的には何者なのか。

その正体を技術者らしく言えば、テーブル番号または端末IDを短いデータとして送信する、構内用の小電力無線呼出システムである。客がボタンを押すと、内部の接点が閉じ、乾電池に眠っていた送信回路が一瞬だけ目を覚ます。マイコンが端末ID、あるいは登録されたテーブル番号に相当する符号を組み立てる。そこにチェック符号が付くかもしれない。場合によっては、同じ信号を短時間に複数回送るかもしれない。

送信部は、そのデータを426MHz帯や429MHz帯あたりの搬送波に乗せ、店内へ放つ。

受信表示機はそれを拾う。登録済みIDなら表示する。知らないIDなら捨てる。壊れた符号なら無視する。そして、ただのビット列は「12番テーブル」という社会的意味に変換される。

表示機が鳴る。ランプが点く。腕時計型受信機が震える。

客にとっては「呼んだ」だけである。店員にとっては「12番が呼んでいる」である。RF技術者にとっては、短距離・低出力・低データ量・高信頼性を要求される、よくできた構内ページングである。

この装置の出現によって、飲食店の呼出行為は少し変わった。

かつて注文とは、店員の目をつかまえる技術でもあった。声を張る者、手を上げる者、目配せをする者。そこには、客席ごとの小さな競争があった。

卓上ボタンは、その競争を沈黙させた。「すみません！」という空中戦は、ひとつの押下に置き換えられたのである。

呼出ボタンが減らしたのは、待ち時間そのものというより、「気づかれていないかもしれない」という待ち時間の不透明さだった。料理が早くなるわけではない。店員が急に増えるわけでもない。けれど、客は少なくとも「要求を送信した」状態になる。

メールでいえば送信済み。
稟議でいえば回付済み。
案件でいえば受付済み。
無線でいえば、送信完了。

RF技術者としては、ACKが返ってこない片方向通信であることに、少し落ち着かなさを覚える。けれど、客としては十分である。ピンポーンと鳴り、店員が来た。人間の安心感は、ときにプロトコルより単純である。

ただし、この小さな機械は、最初から現在のように安定していたわけではない。呼出ベルの歴史には、微弱無線から特定小電力無線へという移行が見える。

微弱無線とは、発射する電波が法令上「著しく微弱」とみなされる範囲なら免許不要で使える枠組みである。重要なのは、電池や送信機の小ささではなく、測定距離における電界強度が基準内に収まっているかどうかである。電波環境協議会は、微弱無線設備の許容量について、他の無線通信に有害な混信を与えないよう、雑音電波と物理的に同等またはそれ以下となるよう設定されている、と説明している[1]。TELECも、無線設備から3mの距離での電界強度が所定レベルより低い場合、微弱無線設備として免許不要になると説明している[2]。

しかし、飲食店の現場は、きれいな理論だけでは動かない。厨房には金属があり、客席には人体という水袋があり、壁、冷蔵庫、什器、エレベーターシャフトがある。微弱な電波は、届くときは届くが、頼りないときは頼りない。

そこで業務用の呼出ベルは、より制度化された場所へ移っていく。すなわち、特定小電力無線である。

呼出ベルに近い正式な規格名としては、RCR STD-19「特定小電力無線局無線呼出用無線設備」がある[3]。また、テーブル番号や端末IDのようなデータを送る性格が強い製品では、ARIB STD-T67「特定小電力無線局400MHz帯及び1,200MHz帯テレメータ用、テレコントロール用及びデータ伝送用無線設備」の系譜で理解したほうがよい場合もある[4]。

料理を待つあいだ、頭の中ではだいたい次のような仕様メモが組み上がっていく。

• 装置の性格

  • 構内用の無線呼出システム

  • 店内ローカルの小型ページャー

  • 客席側は送信機

  • 店員側は受信表示機、腕時計型受信機、携帯受信機など

  • 通信内容は、主に端末ID、テーブル番号、呼出種別、誤り検出用の符号など

• 基本動作

  • 客がボタンを押す

  • 送信機の接点が閉じる

  • 端末IDまたはテーブル番号を符号化する

  • 短いデータを小電力電波で送る

  • 受信機がIDを照合する

  • 登録済みのIDならテーブル番号として表示する

  • 店員が対応後に表示を消去する

• 出現によって変わったこと

  • 呼出行為が、声や身振りから番号化された信号へ移った

  • 客の待機状態が、「気づかれていないかもしれない」から「呼出済み」へ変わった

  • 店員側では、客席監視の負担が減り、呼出を順番に処理しやすくなった

  • 飲食店の空間が、わずかにキューイング・システム化された

• 無線方式の系譜

  • 微弱無線：電界強度が基準内なら免許不要

  • 特定小電力無線：業務用呼出ベルで多く見られる制度化された小電力無線

  • 無線呼出寄り：RCR STD-19

  • データ伝送寄り：ARIB STD-T67

  • 315MHz帯の特定小電力データ伝送系も存在するが、飲食店呼出ベルの実用品では426MHz帯、429MHz帯が目立つ

• 周波数の例

  • 業務用呼出ベルでは426MHz帯、429MHz帯がよく見られる

  • パシフィック湘南「ソネット君」の新しい公開仕様では、426/429MHz帯、特定小電力型、送信出力1mWの記載がある[5]

  • 429MHz帯のデータ通信用特定小電力機器では、429.2500MHz〜429.7375MHz、40チャンネル、空中線電力10mWの公開仕様例がある[6]

• 規格上のチャンネル数

  • ARIB STD-T67 / 426MHz帯

    • 426.025〜426.1375MHz

    • 12.5kHz間隔

    • 10波

    • 426.0375〜426.1125MHz

    • 25kHz間隔

    • 4波

  • ARIB STD-T67 / 429MHz帯

    • 429.175〜429.7375MHz

    • 12.5kHz間隔

    • 46波

    • ただし429.175〜429.2375MHzの下側6波には送信時間制限がある[7]

  • 実製品でよく見る429MHz帯の40チャンネル

    • 429.2500〜429.7375MHz

    • 12.5kHz間隔

    • 40チャンネル

    • 規格上46波のうち、送信時間制限のある下側6波を避けた実装と見ると分かりやすい[6]

  • 飲食店呼出ベルで見る「1〜15チャンネル」

    • これは物理周波数チャンネルそのものではなく、製品側の設定チャンネル、グループ番号、識別系の番号であることが多い

    • たとえば426.025MHz〜の特定小電力呼出システムで、製品仕様上「チャンネル1〜15」と記す例がある[8]

    • したがって、規格の「10波」「46波」と、製品設定の「15チャンネル」は区別する必要がある

• 出力の例

  • 飲食店向け呼出ボタンでは1mW級の公開仕様例がある[5]

  • 429MHz帯データ通信ユニットでは10mWの公開仕様例がある[6]

  • 特定小電力といっても、用途、規格、周波数帯、装置種別により値は一律ではない

  • 呼出ベル一般を「必ず何mW」と言い切るより、製品仕様書または技適情報を見るのが安全である

• 電波型式の例

  • 飲食店呼出ベル本体の公開仕様では、電波型式まで明記されないことが多い

  • 429MHz帯のARIB STD-T67準拠データ通信ユニットでは、変調方式MSK、電波型式F2Dの公開例がある[6]

  • 一方で、FSK、ASK、GFSKなどの変調方式を使う小電力無線モジュールもある

  • 飲食店の呼出ベル一般を一律にF2Dと断定するのは危うい

  • 正確には、個別機器の仕様書、認証情報、技適番号から追う必要がある

混信対策もまた、この小機械の見どころである。呼出ボタンは、押された瞬間に長々と通信する必要がない。むしろ短いデータを確実に届けることが目的である。そのため、現実の装置では、端末ID、テーブル番号、チェック符号、再送、チャネル設計、受信表示機側のメモリ保持などが組み合わされる。

呼出ベルの肝は、届くことと、取り違えないことの両立にある。店内には同じ型のボタンが何十個もあり、隣の居酒屋にも同じような装置があるかもしれない。そこで、物理チャンネル、製品側の設定チャンネル、端末ID、受信機側の登録情報を重ね合わせて、自分の店の呼出だけを拾うようにする。

• 混信対策

  • 各送信機に固有IDを持たせる

  • IDとテーブル番号を受信機側に登録する

  • 登録外IDは無視する

  • チェックビットや誤り検出を入れる

  • 短いデータを複数回送る

  • 壊れた信号を捨てる

  • 複数の物理チャンネルを用意する

  • 店舗ごとに設定チャンネルやグループを分ける

  • 必要に応じて中継機を置く

  • 受信表示機を見通しのよい場所に置く

  • 厨房の金属壁、冷蔵庫、大型什器から距離を取る

  • 隣接店舗と番号・チャンネルが衝突しないようにする

距離については、よく「何メートル飛ぶのか」と聞かれる。ここに無線機器の文学がある。仕様書には見通し距離が書かれる。しかしファミレス店内では、壁、人体、厨房機器、金属什器、電池電圧、受信機の高さによって、到達性は簡単に変わる。見通し100mという数字が、そのまま客席での100mを意味するわけではない。

公開仕様では、426.025MHz〜の特定小電力呼出システムで受信距離約100m、ただし使用環境により変わる、とする例がある[8]。429MHz帯のデータ通信ユニットでは、屋内100m見通し、屋外1,000m見通しという公開仕様例もある[6]。ただしこれはアンテナ、出力、受信感度、設置高さ、変調方式、周囲の遮蔽物に左右されるため、そのままファミレスの客席に当てはめることはできない。

• 距離の限界実験の有無

  • 飲食店の卓上呼出ベルについて、学術論文のような標準化された限界実験が広く公開されているとは言いにくい

  • 公開されているのは、メーカー仕様、販売ページの見通し距離、施工時の現地テストが中心である

  • 無線距離は、壁材、金属面、人体密度、設置高さ、アンテナ方向、近隣機器、電池電圧、受信機位置に大きく左右される

  • 「最大到達距離」よりも、「その店舗で業務上許容できる成功率が出る距離」を見るべきである

真面目に距離限界実験をするなら、次のようになる。

• 距離限界実験の設計案

  • 送信機と受信機を固定する

  • 見通し、壁1枚、厨房越し、満席時、閉店後など条件を分ける

  • 各地点で100回程度押す

  • 成功率、遅延、重複表示、取りこぼしを記録する

  • 電池新品時と消耗時を分ける

  • 受信機の高さ、向き、中継機の有無を変える

  • 「最大で何m飛んだか」ではなく「99回以上確実に届く距離」を評価する

この最後が肝である。呼出ベルに求められるのは、冒険的な最長距離よりも、100回押して99回以上すぐ届く安定性である。混雑時に取りこぼさないこと。隣の店の呼び出しを拾わないこと。通信工学の言葉で言う信頼性が、接客の言葉では「お待たせしない」になる。

やがて料理が来る。

湯気の立つ皿が置かれ、ライスが置かれ、伝票が伏せられる。テーブルの上は、ようやく昼食の場になる。

そのころには、呼出ボタンはもう沈黙している。つい数分前に小さな電波を飛ばし、店内の人間関係を一度だけ配線したことなど忘れたように、伝票立ての横で何食わぬ顔をしている。

だが、RF技術者としては知っている。
その一音の裏側には、短距離無線の小さな設計思想がある。

声を出さずに人を呼び、客席を番号に変え、待ち時間の苛立ちを少しだけ整理する、店内ローカルの小さな無線機である。電波としては1mWや10mWの小さな存在にすぎない。だが社会装置としては、外食の礼儀、店員の動線、客の心理を変えた。

ボタンを押す。
その瞬間、テーブルは一時的にアドレスを持つ。
客席は地図になり、店員はその地図上の点へ向かう。

私は箸を割りながら、最後にもう一度だけそのボタンを見る。
アンテナは見えない。プロトコルも見えない。だが、確かにそこには、短距離無線の思想がある。

小さく飛ばす。
必要な相手だけに届かせる。
余計な混信を避ける。
そして、人間の動きを少しだけ滑らかにする。

あのベルを押した瞬間、店内には目に見えない小さな行政区画が立ち上がる。

註

[1] 電波環境協議会「微弱無線設備登録制度 制度概要」
URL: https://emcc-info.net/elp/index.html
参照箇所: 微弱無線設備の電界強度許容量、免許不要条件、基準超過時の扱い。

[2] TELEC「微弱無線設備」
URL: https://www.telec.or.jp/services/examination/weak_radio_equipment.html
参照箇所: 無線設備から3mの距離での電界強度による微弱無線設備の説明。

[3] ARIB「標準規格概要 RCR STD-19」
URL: https://www.arib.or.jp/kikaku/kikaku_tushin/desc/std-19.html
参照箇所: RCR STD-19「特定小電力無線局無線呼出用無線設備」の概要。

[4] ARIB「標準規格概要 ARIB STD-T67」
URL: https://www.arib.or.jp/kikaku/kikaku_tushin/desc/std-t67.html
参照箇所: 400MHz帯および1,200MHz帯のテレメータ、テレコントロール、データ伝送用無線設備。

[5] パシフィック湘南「ソネット君 承認図・仕様」
URL: https://www.sonnettekun.com/pdf/manual/sonnettekun_approved_251023.pdf
参照箇所: 426/429MHz帯、特定小電力型、送信出力1mW。

[6] 三菱電機エンジニアリング「429MHz無線ユニット SWL10-TR08-E 仕様」
URL: https://www.melsc.co.jp/business/wireless/swl10tr08e/spec.html
参照箇所: 429.2500〜429.7375MHz、40チャンネル、10mW、MSK、F2D、通信距離例。生産終了品の仕様ページ。

[7] JEITA「特定小電力無線局に関する解説資料」
URL: https://home.jeita.or.jp/page_file/20160831112324_IEnda8v21P.pdf
参照箇所: ARIB STD-T67系の426MHz帯、429MHz帯の周波数範囲、チャンネル間隔、波数。

[8] FACT in CALL「ファクトインコール製品情報」
URL: https://www.acst-h.co.jp/factincall/
参照箇所: 426.025MHz〜、特定小電力呼出システム、チャンネル1〜15、受信距離約100mの記載。

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