JP2005136643A

JP2005136643A - 通信システム

Info

Publication number: JP2005136643A
Application number: JP2003369529A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Ikeda; 光治池田; Hideo Sakamoto; 英雄阪本; Tomohide Furuya; 智英古屋; Naoki Umeda; 直樹梅田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-10-29
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2005-05-26

Abstract

【課題】ループバック信号の信号レベルを安定して低く抑えることができる通信システムを提供する。
【解決手段】送信部１０と伝送線路Ｃ２０との間のインピーダンス整合用抵抗Ｒ１，Ｒ２の合計のインピーダンスの、伝送線路Ｃ２０の特性インピーダンスに対する大小関係と、送信部１０と終端抵抗ＲＴとの間のインピーダンス整合用抵抗Ｒ３，Ｒ４の合計のインピーダンスの、終端抵抗ＲＴのインピーダンスに対する大小関係とを、ハイブリッド回路１が送受信する信号の周波数範囲において一致させた。伝送線路Ｃ２０との間での反射時の位相変化と、終端抵抗ＲＴとの間での反射時の位相変化とが同じになり、受信部１１で差動成分をとることによって上記の２箇所での反射による成分が互いに打ち消し合うから、ループバック信号の電圧レベルを安定して低く抑えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信端末間で伝送線路を介して信号の送受信を行う通信システムに関するものである。

従来から、複数の通信端末が共通の伝送線路に多重アクセスする通信システムで用いられる方式として、ＣＳＭＡ／ＣＤ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect）方式がある。この方式は、伝送線路上に一定時間（フレーム間ギャップ）以上無信号状態が続くと、任意の通信端末が送信可能となる通信方式であって、通信端末は、無信号を検出するためのキャリア信号検出機能と、信号の衝突を検出する衝突検出機能とを有している。衝突検出機能とは具体的には、通信端末が信号を送信する際に自身の送信した送信信号をループバック受信して、自身が送信した送信信号と伝送線路上の伝送信号とを監視し、送信信号と伝送信号とが一致する場合には信号の衝突は起こっていないと判断し、送信信号と伝送信号とが一致しない場合には信号の衝突が起こっていると判断するというものである。信号の衝突が検出された場合には、通信端末は送信を一時停止し、所定の時間後に再び信号の送信を試みる（例えば、特許文献１参照）。

ここで、送信信号を直接ループバックすると、例えば多数の通信端末が共通の伝送線路に分岐接続されるマルチドロップ方式を採用した減衰が大きい通信システムでは、他の通信端末からの受信信号の電圧レベルに対してループバック信号の電圧レベルが大きくなりすぎ、受信信号がループバック信号に埋没して分離が困難になる事態が発生し得た。このため、他の通信端末からの信号の減衰が比較的に小さい（例えば２０−４０ｄＢ程度）場合にしか、送信信号を直接ループバックすることができなかった。

この問題を解決するため、図４に示す回路構成を有する通信端末Ｘを用いた通信システムが提供されている。この通信端末Ｘは、信号の送信および受信を行う送受信回路２と、２線―４線変換を行うハイブリッド回路１とを備える。ハイブリッド回路１は、送信部１０と受信部１１とを備える。

送信部１０は平衡出力であって、インピーダンス整合用抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して伝送用トランスＴ１に接続され、送受信回路２から出力された送信信号を、伝送用トランスＴ１と入出力端子３とを介して伝送線路Ｃ２０に出力する。また、送信部１０とインピーダンス整合用抵抗Ｒ１，Ｒ２との間には、インピーダンスを伝送線路Ｃ２０の特性インピーダンスに合わせた終端抵抗ＲＴが、インピーダンス整合用抵抗Ｒ３，Ｒ４を介して接続される。

受信部１１は差動増幅器からなり、反転入力端子には、インピーダンス整合用抵抗Ｒ１と伝送用トランスＴ１との間に一端が接続されたインピーダンス整合用抵抗Ｒ６の他端と、インピーダンス整合用抵抗Ｒ３と終端抵抗ＲＴとの間に一端が接続されたインピーダンス整合用抵抗Ｒ５の他端とが並列に接続され、非反転入力端子には、インピーダンス整合用抵抗Ｒ２と伝送用トランスＴ１との間に一端が接続されたインピーダンス整合用抵抗Ｒ７の他端と、インピーダンス整合用抵抗Ｒ４と終端抵抗ＲＴとの間に一端が接続されたインピーダンス整合用抵抗Ｒ８の他端とが並列に接続される。

つまり、受信部１１の反転入力端子には、送信部１０の一方の出力端子からの、インピーダンス整合用抵抗Ｒ１と伝送トランスＴ１との間を経由した出力と、送信部の他方の出力端子からの、インピーダンス整合用抵抗Ｒ３と終端抵抗ＲＴとの間を経由した出力とが合成されて入力されるのであって、受信部１１には、伝送線路Ｃ２０に送信された送信信号と終端抵抗ＲＴに送信された送信信号との差動成分がループバック信号として入力されることになる。受信部１１は、入力されたループバック信号と、他の通信端末からの受信信号とを、それぞれ増幅して送受信回路２に出力する。この構成によれば、伝送線路Ｃ２０に送信された送信信号と終端抵抗ＲＴに送信された送信信号とが互いに打ち消し合うことによりループバック信号の電圧レベルが低くなる一方で、他の通信端末からの受信信号は打ち消し合うことなく受信されるので、ループバック信号と受信信号との電圧レベル差が小さくなるから、他の通信端末からの信号の減衰が比較的に大きい（例えば４０−６０ｄＢ程度）場合にも用いることができる。
特公平７−３２３９９号公報（第４―１２頁、第３図）

ここで、インピーダンス整合用抵抗Ｒ１，Ｒ２には固定抵抗が用いられ、固定抵抗と伝送線路Ｃ２０とでは周波数特性が異なるので、ハイブリッド回路１が送受信する信号の周波数範囲の全体において、インピーダンス整合用抵抗Ｒ１，Ｒ２のインピーダンスを伝送線路Ｃ２０の特性インピーダンスに整合させることは不可能であり、多くの場合、ループバック信号には、伝送線路Ｃ２０や終端抵抗ＲＴ又は疑似線路Ｃ２１との接続部での反射による成分が存在する。通常、各インピーダンス整合用抵抗Ｒ１，Ｒ２のインピーダンスは、上記のような反射を最低限に抑えるように設定されているが、伝送線路Ｃ２０の特性インピーダンスの周波数特性が高い場合や、伝送線路Ｃ２０ごとの特性インピーダンスのばらつきが大きい場合には、各インピーダンス整合用抵抗Ｒ１，Ｒ２のインピーダンスと伝送線路Ｃ２０の特性インピーダンスとの差が大きくなり、上記のような反射の影響が無視できなくなることが考えられる。

そして、インピーダンス整合用抵抗Ｒ１，Ｒ２のインピーダンスの、伝送線路Ｃ２０の特性インピーダンスに対する大小関係が、インピーダンス整合用抵抗Ｒ３，Ｒ４のインピーダンスの、終端抵抗ＲＴのインピーダンス又は疑似線路Ｃ２１の特性インピーダンスに対する大小関係と異なる場合には、伝送線路Ｃ２０との間での反射による成分の位相と、終端抵抗ＲＴ又は疑似線路Ｃ２１との間での反射による成分の位相とが互いに逆位相となる。例えば、インピーダンス整合用抵抗Ｒ１，Ｒ２のインピーダンスが伝送線路Ｃ２０の特性インピーダンスよりも大きく且つインピーダンス整合用抵抗Ｒ３，Ｒ４のインピーダンスが終端抵抗ＲＴのインピーダンス又は疑似線路Ｃ２１の特性インピーダンスよりも小さい場合には、伝送線路Ｃ２０との間での反射は固定端反射となり位相がπずれる一方で、終端抵抗ＲＴ又は疑似線路Ｃ２１との間での反射は自由端反射となり位相が変化しない。このような場合には、伝送線路Ｃ２０との間での反射による成分と終端抵抗ＲＴ又は疑似線路Ｃ２１との間での反射による成分との差動成分は、電圧レベルが元の２倍となってしまい、結果としてループバック信号の電圧レベルが比較的に高くなってしまう。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ループバック信号の電圧レベルを安定して低く抑えることができる通信システムを提供することにある。

請求項１の発明は、伝送線路に接続された複数の通信端末間で信号の送受信を行う通信システムであって、通信端末は、信号を送信する送信部及び他の通信端末から送信されてきた信号を受信するとともに送信部からのループバック信号を受信する受信部からなるハイブリッド回路と、インピーダンスを伝送線路の特性インピーダンスに合わせた終端回路とを備え、受信部は、送信部から伝送線路に出力された信号と、送信部から終端回路に出力された信号との差動成分を送信信号のループバック信号として受信し、送信部は、インピーダンス整合用の第１のインピーダンス整合回路を介して伝送線路に接続されるとともに、インピーダンス整合用の第２のインピーダンス整合回路を介して終端回路に接続され、第１のインピーダンス整合回路のインピーダンスの、伝送線路の特性インピーダンスに対する大小関係と、第２のインピーダンス整合回路のインピーダンスの、終端回路のインピーダンスに対する大小関係とを、ハイブリッド回路が送受信する信号の周波数範囲において一致させたことを特徴とする。

この構成によれば、ハイブリッド回路が送受信する信号の周波数範囲において、第１のインピーダンス整合回路と伝送線路との間での反射時の位相変化と、第２のインピーダンス整合回路と終端回路との間での反射時の位相変化とが常に同じになる。すなわち、ハイブリッド回路が送受信する信号の周波数範囲では、第１のインピーダンス整合回路と伝送線路との間での反射による成分の位相と、第２のインピーダンス整合回路と終端回路との間での反射による成分の位相とが互いに逆位相になることがないので、受信部で差動成分をとることによって上記の２箇所での反射による成分が常に互いに打ち消し合うから、上記の２箇所での反射時の位相変化が互いに異なることがある場合に比べ、ループバック信号の電圧レベルを安定して低く抑えることができる。

請求項２の発明は、伝送線路に接続された複数の通信端末間で信号の送受信を行う通信システムであって、特性インピーダンスを伝送線路の特性インピーダンスに合わせた疑似線路を備え、通信端末は、信号を送信する送信部と、他の通信端末から送信されてきた信号を受信するとともに送信部からのループバック信号を受信する受信部とからなるハイブリッド回路を有し、受信部は、送信部から伝送線路に出力された信号と、送信部から疑似線路に出力された信号との差動成分を送信信号のループバック信号として受信し、送信部は、インピーダンス整合用の第１のインピーダンス整合回路を介して伝送線路に接続されるとともに、インピーダンス整合用の第２のインピーダンス整合回路を介して疑似線路に接続され、第１のインピーダンス整合回路のインピーダンスの、伝送線路の特性インピーダンスに対する大小関係と、第２のインピーダンス整合回路のインピーダンスの、疑似線路のインピーダンスに対する大小関係とを、ハイブリッド回路が送受信する信号の周波数範囲において一致させたことを特徴とする。

この構成によれば、ハイブリッド回路が送受信する信号の周波数範囲において、第１のインピーダンス整合回路と伝送線路との間での反射時の位相変化と、第２のインピーダンス整合回路と疑似線路との間での反射時の位相変化とが常に同じになる。すなわち、ハイブリッド回路が送受信する信号の周波数範囲では、第１のインピーダンス整合回路と伝送線路との間での反射による成分の位相と、第２のインピーダンス整合回路と疑似線路との間での反射による成分の位相とが互いに逆位相になることがないので、受信部で差動成分をとることによって上記の２箇所での反射による成分が常に互いに打ち消し合うから、上記の２箇所での反射時の位相変化が互いに異なることがある場合に比べ、ループバック信号の電圧レベルを安定して低く抑えることができる。また、疑似線路の特性インピーダンスは、固定抵抗のインピーダンスに比べて、伝送線路の特性インピーダンスに周波数特性を合わせやすいから、固定抵抗を用いる場合に比べてより広い周波数範囲でループバック信号の電圧レベルを低く抑えることができる。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、第１のインピーダンス整合回路のインピーダンスを、ハイブリッド回路が送受信する信号の周波数範囲での伝送線路の特性インピーダンスの最大値と最小値とのいずれか一方に等しく設定するとともに、第２のインピーダンス整合回路のインピーダンスを、ハイブリッド回路が送受信する信号の周波数範囲での終端回路のインピーダンス又は疑似線路の特性インピーダンスの最大値と最小値とのいずれか一方に等しく設定したことを特徴とする。

上記構成によれば、ループバック信号の電圧レベルを低く抑えつつ、第１のインピーダンス整合回路と伝送線路との間での反射と、第２のインピーダンス整合回路と終端回路又は疑似線路との間での反射とを抑え、Ｓ／Ｎ比を改善することができる。

本発明は、第１のインピーダンス整合回路のインピーダンスの、伝送線路の特性インピーダンスに対する大小関係と、第２のインピーダンス整合回路のインピーダンスの、終端回路のインピーダンス又は疑似線路の特性インピーダンスに対する大小関係とを、ハイブリッド回路が送受信する信号の周波数範囲において一致させたので、伝送線路との間での反射による成分の位相と、終端回路又は疑似線路との間での反射による成分の位相とが一致するから、差動成分をとることによって反射による成分をとり除くことができ、従ってループバック信号の電圧レベルを安定して低く抑えることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

なお、以下では伝送線路Ｃ２０として平衡線路を想定しているが、必ずしも平衡線路である必要はなく、伝送線路Ｃ２０は例えば同軸ケーブルのような不平衡線路であってもよい。

（実施形態１）
以下、図１を参照しながら本実施形態の通信端末Ｘについて説明する。なお、本実施形態の基本構成は従来例と共通であるので、共通する部分については同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態の通信端末Ｘは、疑似負荷端子４を介してインピーダンス整合用抵抗Ｒ３，Ｒ４に接続された終端抵抗ＲＴからなる終端回路を備える。終端抵抗ＲＴのインピーダンスＺ１は、伝送線路Ｃ２０の特性インピーダンスＺ０に合わせてある。実際には、伝送線路２０の特性インピーダンスＺ０には伝送線路Ｃ２０ごとのばらつきや周波数依存性があるため、終端抵抗ＲＴのインピーダンスＺ１は例えば伝送線路Ｃ２０の特性インピーダンスＺ０がとりうる値の範囲の中央値に設定する。例えば伝送線路Ｃ２０の特性インピーダンスが６０−９０Ωである場合、終端抵抗ＲＴのインピーダンスＺ１は７５Ω程度に設定する。インピーダンス整合用抵抗Ｒ１，Ｒ２が、伝送線路Ｃ２０とのインピーダンス整合用の第１のインピーダンス整合用回路を形成し、インピーダンス整合用抵抗Ｒ３，Ｒ４が、終端抵抗ＲＴとのインピーダンス整合用の第２のインピーダンス整合用回路を形成している。各インピーダンス整合用抵抗Ｒ１〜Ｒ４のインピーダンスは全て同じ値Ｚ／２に設定されており、第１のインピーダンス整合用回路のインピーダンスと第２のインピーダンス整合用回路のインピーダンスとは同じ値Ｚとなっている。また、受信部１１に一端が接続されるインピーダンス整合用抵抗Ｒ５〜Ｒ８のインピーダンスは、送信部１０に一端が接続されるインピーダンス整合用抵抗Ｒ１〜Ｒ４のインピーダンスに比べて高く設定されている。

第１のインピーダンス整合用回路及び第２のインピーダンス整合用回路のインピーダンスＺは、ハイブリッド回路１が送受信する信号の周波数範囲（例えば数百ｋ〜数ＭＨｚ）において、Ｚ≦Ｚ０且つＺ≦Ｚ１、又はＺ≧Ｚ０且つＺ≧Ｚ１のいずれかの条件を満たすように設定されている。ここで、第１のインピーダンス整合用回路及び第２のインピーダンス整合用回路のインピーダンスＺと、伝送線路Ｃ２０の特性インピーダンスＺ０及び終端抵抗ＲＴのインピーダンスＺ１との差が大きくなると、反射が増加することにより信号の減衰が大きくなる。送受信回路２が送受信する信号の周波数範囲でＺｍｉｎ≦Ｚ０≦Ｚｍａｘ且つＺｍｉｎ≦Ｚ１≦Ｚｍａｘである場合、Ｚ＝Ｚｍｉｎ又はＺ＝Ｚｍａｘに設定すれば、ループバック信号の電圧レベルを低く抑えつつ、反射を最低限に抑えてＳ／Ｎ比を改善することができる。

上記構成によれば、Ｚ≦Ｚ０且つＺ≦Ｚ１とした場合には、第１のインピーダンス整合回路と伝送線路Ｃ２０との間での反射時の位相変化と、第２のインピーダンス整合回路と終端抵抗ＲＴとの間での反射時の位相変化とはともに０となり、Ｚ≧Ｚ０且つＺ≧Ｚ１とした場合には、第１のインピーダンス整合回路と伝送線路Ｃ２０との間での反射時の位相変化と、第２のインピーダンス整合回路と終端抵抗ＲＴとの間での反射時の位相変化とはともにπとなる。つまり、ハイブリッド回路１が送受信する信号の周波数範囲において、第１のインピーダンス整合回路と伝送線路Ｃ２０との間での反射時の位相変化と、第２のインピーダンス整合回路と終端抵抗ＲＴとの間での反射時の位相変化とが常に同じになる。すなわち、ハイブリッド回路１が送受信する信号の周波数範囲では、第１のインピーダンス整合回路と伝送線路Ｃ２０との間での反射による成分の位相と、第２のインピーダンス整合回路と終端抵抗ＲＴとの間での反射による成分の位相とが互いに逆位相になることがないので、受信部１１で差動成分をとることによって上記の２箇所での反射による成分が常に互いに打ち消し合うから、上記の２箇所での反射時の位相変化が互いに異なることがある場合に比べ、ループバック信号の電圧レベルを安定して低く抑えることができる。従って、本実施形態は、他の通信端末からの信号の減衰が例えば６０−８０ｄＢになるような場合にも用いることができる。

（実施形態２）
本実施形態の基本構成は実施形態１と共通であるので、共通する部分については同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態は、実施形態１の終端抵抗ＲＴに代えて、図２に示すように、特性インピーダンスを伝送線路Ｃ２０の特性インピーダンスに合わせて一端が終端された疑似線路Ｃ２１の他端を伝送用トランスＴ２を介して疑似負荷端子４に接続したことを特徴とする。疑似線路Ｃ２１には伝送線路Ｃ２０と同じ線種を用いることが望ましい。さらに、疑似線路Ｃ２１として伝送線路Ｃ２０と同一のシース内の空対を用いると、特性インピーダンスを容易に伝送線路Ｃ２０の特性インピーダンスに合わせることができる。

上記構成によれば、伝送線路Ｃ２０の特性インピーダンスと疑似線路Ｃ２１の特性インピーダンスとを、特定の周波数における値のみならず周波数特性まで合わせることができるから、実施形態１に比べ、より広範な周波数に亙ってループバック信号の電圧レベルを安定して低く抑えることができる。

なお、第１のインピーダンス整合回路及び第２のインピーダンス整合回路は、固定抵抗で構成する代わりに、例えばトレーニング信号を用いる周知の技術によってインピーダンスを自動的に整合させる回路としてもよい。また、第１のインピーダンス整合回路及び第２のインピーダンス整合回路に位相補償回路を組み込んでもよい。

上記の実施形態１又は２は、例えば図３に示す集合住宅用監視通話システムに用いられる。この集合住宅用監視通話システムは、通信端末Ｘとして、各住戸に設けられたインターホンＸ１と、エレベータなどに設置された監視カメラＸ２とを備える。インターホンＸ１及び監視カメラＸ２は、分岐線Ｃ２と分岐器Ｙ１を介したいわゆるマルチドロップ方式によって幹線Ｃ１に接続されている。幹線Ｃ１は複数設けられ、各幹線Ｃ１はそれぞれ一端が分配装置Ｙ２を介して互いに接続され、他端が終端器Ｔによって終端されている。分配装置Ｙ２には、共同玄関などに設置され各インターホンＸ１と通話可能なロビーインターホンＸ３と、管理室に設置され監視カメラＸ２の映像を映し出す映像監視装置Ｘ４と、管理室に設置され、ロビーインターホンＸ３とインターホンＸ１との接続や、ロビーインターホンＸ３及び各インターホンＸ１との通話が可能な警報監視装置Ｘ５とが接続されている。分岐線Ｃ１は、例えばＬＡＮ用のカテゴリー５ケーブルや、ＣＰＥＶ線である。カテゴリー５ケーブルの特性インピーダンスは例えば１００Ωであって、ＣＰＥＶ線の特性インピーダンスは例えば６０−９０Ωである。分岐線Ｃ２や幹線Ｃ１での伝送損失に加えて、分岐器Ｙ１での分岐損失が例えば１０−３０ｄＢ程度あり、一本の幹線Ｃ１に多数の分岐器Ｙ１が接続される場合もあるので、全体として減衰が大きくなる。このような集合住宅用監視通話システムでＣＳＭＡ／ＣＤ方式を用いるには、信号の電圧レベルに合わせてループバック信号の電圧レベルを低く抑える必要があるから、実施形態１又は２の通信システムが好適である。

本発明の実施形態１を示す回路図である。本発明の実施形態２を示す回路図である。本発明が用いられる集合住宅映像管理システムを示す説明図である。従来例を示す回路図である。

符号の説明

１ハイブリッド回路
２送受信回路
１０送信部
１１受信部
Ｃ２０伝送線路
Ｃ２１疑似線路
Ｒ１〜Ｒ４インピーダンス整合用抵抗
ＲＴ終端抵抗
Ｘ通信端末

Claims

伝送線路に接続された複数の通信端末間で信号の送受信を行う通信システムであって、通信端末は、信号を送信する送信部及び他の通信端末から送信されてきた信号を受信するとともに送信部からのループバック信号を受信する受信部からなるハイブリッド回路と、インピーダンスを伝送線路の特性インピーダンスに合わせた終端回路とを備え、受信部は、送信部から伝送線路に出力された信号と、送信部から終端回路に出力された信号との差動成分を送信信号のループバック信号として受信し、送信部は、インピーダンス整合用の第１のインピーダンス整合回路を介して伝送線路に接続されるとともに、インピーダンス整合用の第２のインピーダンス整合回路を介して終端回路に接続され、第１のインピーダンス整合回路のインピーダンスの、伝送線路の特性インピーダンスに対する大小関係と、第２のインピーダンス整合回路のインピーダンスの、終端回路のインピーダンスに対する大小関係とを、ハイブリッド回路が送受信する信号の周波数範囲において一致させたことを特徴とする通信システム。
伝送線路に接続された複数の通信端末間で信号の送受信を行う通信システムであって、特性インピーダンスを伝送線路の特性インピーダンスに合わせた疑似線路を備え、通信端末は、信号を送信する送信部と、他の通信端末から送信されてきた信号を受信するとともに送信部からのループバック信号を受信する受信部とからなるハイブリッド回路を有し、受信部は、送信部から伝送線路に出力された信号と、送信部から疑似線路に出力された信号との差動成分を送信信号のループバック信号として受信し、送信部は、インピーダンス整合用の第１のインピーダンス整合回路を介して伝送線路に接続されるとともに、インピーダンス整合用の第２のインピーダンス整合回路を介して疑似線路に接続され、第１のインピーダンス整合回路のインピーダンスの、伝送線路の特性インピーダンスに対する大小関係と、第２のインピーダンス整合回路のインピーダンスの、疑似線路のインピーダンスに対する大小関係とを、ハイブリッド回路が送受信する信号の周波数範囲において一致させたことを特徴とする通信システム。
第１のインピーダンス整合回路のインピーダンスを、ハイブリッド回路が送受信する信号の周波数範囲での伝送線路の特性インピーダンスの最大値と最小値とのいずれか一方に等しく設定するとともに、第２のインピーダンス整合回路のインピーダンスを、ハイブリッド回路が送受信する信号の周波数範囲での終端回路のインピーダンス又は疑似線路の特性インピーダンスの最大値と最小値とのいずれか一方に等しく設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の通信システム。