JP4563232B2 - 線路状態検出装置、通信装置、平衡伝送システム、及び線路状態検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、一対の導体を用いてデータ伝送を行う平衡伝送システムにおける伝送線路の状態を検出する線路状態検出装置、及びこれを備える通信装置並びに平衡伝送システムに関する。

従来より、平衡状態にある一対の伝送線路を用いてデータ伝送を行う平衡伝送システムが広く用いられている。この種の平衡伝送システムでは、例えば電話回線などのように、専用の通信線などによる伝送線路が用いられることが多く、通常、平衡度が保たれている。

従来の平衡伝送装置の送信部及び伝送線路の一例を図２に示す。この平衡伝送装置は、送信部９１から伝送用トランスＴ９２を介して一対の導体Ｗ１、Ｗ２からなる伝送線路に信号を送出する構成となっている。このとき、送信部９１から送出する送信信号の電流は送信部９１及び伝送線路Ｗ１、Ｗ２の特性に依存する。

送信部から受信部（図示せず）に至る伝送線路は、本来完全に平衡であることが要求されるが、実際には、送信部及び受信部における不平衡要素や、伝送線路の配線の状況や途中に接続される機器による不平衡成分等があり、伝送線路の導体Ｗ１、Ｗ２に流れる電流は、完全に平衡しているとはいえないのが実情である。このように伝送線路に流れる電流が不平衡であると、送信電力の一部が伝送線路から外部へ漏洩し、データの伝送特性が劣化し、干渉などの不具合が生じる場合がある。このような高周波の不平衡電力と漏洩電力、輻射量とは相関があることが確認されている。

最近では、商用電源などの電力を搬送する電力線に高周波信号を重畳してデータ伝送を行う平衡伝送システムが提案されている。特にこのような電力線は、本来は通信用の線路ではないため、個々の宅内での配線状況、電源に接続される機器などによって、平衡度が保てない。このため、電力線を伝送線路として用いた場合に、個々の環境によって平衡度が変化し、漏洩電流による輻射や干渉を起こす虞がある。

特許文献１には、送信側又は受信側の導体の電圧又は電流から不平衡成分を検出し、検出した不平衡成分が小さくなるように送信制御を行う平衡伝送装置が記載されている。

しかし、特許文献１には、不平衡成分を検出するための具体的な方法については記載されていない。

特開２００４−１４０５６５号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、平衡伝送システムにおける伝送線路の、必要とする周波数帯域の不平衡の状態を、簡単な構成で迅速に判定することができる線路状態検出装置を提供することを目的とする。

本発明の線路状態検出装置は、一対の導体を用いてデータ伝送を行う平衡伝送システムにおける伝送線路の状態を検出する線路状態検出装置であって、前記一対の導体間の不平衡成分を検出する不平衡成分検出部と、前記不平衡成分検出部で検出した不平衡成分信号に基づいて、前記伝送線路の漏洩電力の状態を判定する漏洩電力判定部と、を備え、前記漏洩電力判定部は、正弦波信号発生器と、前記正弦波信号発生器からの正弦波信号と前記不平衡成分信号とを混合する周波数混合器と、前記周波数混合器の出力信号が入力される帯域通過フィルタを有し、前記帯域通過フィルタの出力に基づいて前記漏洩電力の大きさを判定するものである。

本発明の線路状態検出方法は、一対の導体を用いてデータ伝送を行う平衡伝送システムにおける伝送線路の状態を検出する線路状態検出方法であって、前記一対の導体間の不平衡成分を検出する不平衡成分検出工程と、前記不平衡成分検出工程で検出した不平衡成分信号に基づいて、前記伝送線路の漏洩電力の状態を判定する漏洩電力判定工程と、を備え、前記漏洩電力判定工程は、正弦波信号と前記不平衡成分信号とを混合する周波数混合工程と、前記周波数混合工程の出力信号を帯域通過させた出力に基づいて前記漏洩電力の大きさを判定する工程を含むものである。

本発明によれば、平衡伝送システムにおける伝送線路の、必要とする周波数帯域の漏洩電力の状態を、簡単な構成で迅速に判定することができる。また、既存のシステムにおいても、大きな変更なしで簡易な回路の追加のみで漏洩電力の状態を行うことができる。

本発明の線路状態検出装置は、前記漏洩電力判定部が、無変調のマルチキャリア信号送出時の前記不平衡成分信号に基づいて、前記漏洩電力の大きさを判定するものを含む。本発明によれば無変調マルチキャリア信号は平衡伝送システムに信号シーケンスとして既に使用されており、特設な検出用の信号を送信することなく伝送線路の漏洩電力を検出することができる。

本発明の線路状態検出装置は、さらに前記漏洩電力判定部の制御を行う判定制御部を備え、前記判定制御部が、前記正弦波信号発生器の発生正弦波周波数及び前記帯域通過フィルタの通過周波数帯域の少なくとも１つを制御するものを含む。本発明によれば、伝送線路の任意の周波数帯域の漏洩電力を迅速に判定することができる。

本発明の線路状態検出装置は、前記判定制御部が、前記正弦波信号発生器の発生正弦波周波数を掃引するものを含む。本発明によれば、伝送線路の周波数帯域毎の漏洩電力を迅速に判定することができる。

本発明の線路状態検出装置は、さらに前記漏洩電力を検出すべき周波数帯域を設定する検出周波数設定部を備え、前記判定制御部が、前記設定された周波数帯域に基づいて、前記正弦波信号発生器の発生正弦波周波数及び前記帯域通過フィルタの通過周波数帯域の少なくとも１つを制御するものを含む。

本発明の線路状態検出装置は、前記検出周波数設定部が、前記平衡伝送システムを設置すべき国に応じた優先検出周波数帯域情報を保持しており、外部から指示された国情報に対応する優先検出周波数帯域情報に基づく周波数帯域を前記判定制御部に出力するものを含む。

本発明の線路状態検出装置は、前記検出周波数設定部が、通信相手における受信強度に基づいて伝送線路の長さを推定し、推定した長さの伝送線路の共振周波数に基づいて優先検出周波数帯域を求め、求めた優先検出周波数帯域を検出すべき周波数帯域として前記判定制御部に出力するものを含む。

本発明の線路状態検出装置は、前記検出周波数設定部が、過去に漏洩電力が大きかった周波数帯域を検出すべき周波数帯域として前記判定制御部に出力するものを含む。

本発明の線路状態検出装置は、前記不平衡成分検出部が、前記一対の導体間の不平衡成分を直接検出するものを含む。

本発明の線路状態検出装置は、前記不平衡成分検出部が、前記導体に流れる電流又は前記導体の電圧又はその両方を、各々の導体別に検出し、前記導体別の電流の差分又は前記導体別の電圧の差分又はその両方を求めることによって前記不平衡成分を算出するものを含む。

本発明の線路状態検出装置は、前記一対の導体が、電力線であるものを含む。

本発明の通信装置は、一対の導体を用いてデータ伝送を行う平衡伝送システムに用いる通信装置であって、上記した線路状態検出装置を備えるものである。

本発明の平衡伝送システムは、一対の導体を用いてデータ伝送を行う平衡伝送システムであって、上記した通信装置を備えるものである。

本発明によれば、平衡伝送システムにおける伝送線路の、必要とする周波数帯域の不平衡電力の状態を、簡単な構成で迅速に判定することができる。また、伝送線路の平衡状態を検出結果に基づいて制御でき、平衡度を向上させることが可能な通信装置及び平衡伝送システムを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

図１に、本発明の第１の実施の形態を説明するための通信装置の概略構成を示す。図１の通信装置は、電力線等の一対の導体６１、６２からなる伝送線路を介して通信を行うものである。図１の通信装置は、デジタル信号処理部１、アナログ回路部２、通信トランス３、不平衡成分検出部（破線枠）４、漏洩電力判定部５を含んで構成される。

デジタル信号処理部１は、例えばデジタルＬＳＩで構成され、デジタル送信データを変調してデジタル送信信号を生成し、デジタル受信信号を復調してデジタル受信データを生成するとともに、アナログ回路部２各部の信号経路、ゲイン等の制御を行う。デジタル送信信号１ａは、アナログ回路部２のアナログフロントエンドチップ（ＡＦＥチップ）２１に送られ、デジタル受信信号１ａはＡＦＥチップ２１から入力する。また、各種制御信号及び状態信号１ｂもＡＥＦチップ２１との間で入出力する。デジタル信号処理部１における変復調処理は、複数のサブキャリアを利用するもので、例えば、ウェーブレット変換を利用するＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）である。

デジタル信号処理部１は、漏洩電力判定部５で判定する周波数帯域を設定する検出周波数設定部１１、及び漏洩電力判定部５の判定動作を制御する判定制御部１２を含んでいる。これらの要素については、後述する。

アナログ回路部２は、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）チップ２１、送信フィルタ２２、送信アンプ２３、送信スイッチ２４、受信フィルタ２５、受信ＡＧＣ（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）アンプ２６を含んで構成される。

ＡＦＥチップ２１は、デジタル信号処理部１からのデジタル送信信号１ａをアナログ送信信号に変換する送信用ＤＡ変換器２１ａ、受信ＡＧＣアンプ２６からのアナログ受信信号をデジタル受信信号に変換する受信ＡＤ変換器２１ｂを含む。送信フィルタ２２は、送信用ＤＡ変換器２１ａにおけるＤＡ変換にて発生する高調波ノイズを除去する低域フィルタである。送信アンプ２３は、アナログ送信信号の送信電力を増幅するもので、電力線等の伝送線路のインピーダンスに応じた送信電力を発生させるものである。送信スイッチ２４は、送受信信号の切り換えを行うもので、受信時に送信アンプ２３をミュートするとともに、送信時と受信時とでインピーダンスを切り換える。

受信フィルタ２５は、通信帯域外の周波数のノイズを除去する帯域フィルタであり、受信ＡＧＣアンプ２６は、アナログ受信信号を増幅するもので、アナログ受信信号を受信ＤＡ変換器２１ｂの分解能に適する電圧に調整するものである。

通信トランス３は、通信信号を通信装置側の一次回路と伝送線路側の二次回路に絶縁して信号の送受信を行うためのものである。

不平衡成分検出部４は、伝送線路となる一対の導体６１、６２間の不平衡成分を検出するものである。不平衡成分検出部４は、例えばカレントトランスで、カレントトランスの２次巻線電流が導体６１の電流と導体６２の電流との差分電流流れるように接続する。この場合、２次巻線電流は、伝送線路６１、６２からの漏洩電力に対応する不平衡成分を示すことになる。

不平衡成分検出部４は、このように伝送線路６１、６２の不平衡成分を、各線路の差分電流を検出することにより求めたが、各線路６１、６２の電圧あるいは電流と電圧を検出することにより求めることもできる。また、伝送線路６１、６２の近傍に設けたループアンテナで検出した電磁波から、不平衡成分を直接求めることもできる。その場合、ループアンテナは、通信装置の筐体（図示せず）内部に設けてもよいし、別に設けてもよい。また、ループアンテナに替えて誘導コイルを利用することもできる。

漏洩電力検出判定部５は、不平衡成分検出部４で検出した不平衡成分信号に基づいて、伝送線路６１、６２の漏洩電力の状態を判定するもので、第１ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）フィルタ５１、周波数混合器５２、第２ＲＦフィルタ（帯域通過フィルタ）５３、ピーク検出回路（破線枠）５４、比較器５５、正弦波発生回路（正弦波信号発生器）５６を含んで構成される。

第１ＲＦフィルタ５１は、不平衡成分回路４からの不平衡成分信号の帯域外ノイズを除去する帯域フィルタである。周波数混合器５２は、不平衡成分信号と正弦波発生回路５６からの正弦波信号との乗算を行い、周波数変換を行う。正弦波発生回路５６は、周波数混合する正弦波信号を生成する回路であり、その発生周波数は可変である。

第２ＲＦフィルタ５３は、周波数混合器５２で周波数変換された信号を所定の狭帯域周波数でフィルタリングするもので、目的とする周波数の電圧を出力する。ピーク検出回路５４は、第２ＲＦフィルタ２の出力のピークを検出するもので、その出力は安定化を図るため、一定の時定数で保持される。比較器５５は、ピーク検出回路５４の出力を所定の値とを比較するもので、比較結果はデジタル信号処理部１に送られる。

周波数混合器５２の出力信号の周波数ｆｓは、正弦波発生回路５６の出力正弦波の周波数（以下、正弦波周波数）ｆｓと第１ＲＦフィルタ５１の出力信号（不平衡成分信号）の周波数ｆａとの和（ｆｓ＋ｆａ）及び差（ｆｓ−ｆａ）となるので、出力正弦波の周波数ｆａ及び第２ＲＦフィルタ５４の通過帯域の中心周波数（以下、通過帯域周波数）ｆｒの少なくとも一方を変化させることにより、不平衡成分信号の特定の周波数の信号の強さを知ることができる。例えば、正弦波周波数をｆｓ１、通過帯域周波数をｆｒ１と設定する（ただし、ｆｓ１＞ｆｒ１）と、不平衡成分信号の周波数ｆａ１（＝ｆｓ１−ｆｒ１）の信号の強さを示す信号が、第２ＲＦフィルタ５４から出力される。

したがって、比較器５５の信号によって、特定の周波数の不平衡成分信号の状態をデジタル信号処理部１で検知することができ、例えば、不平衡成分が所定値以上である場合は、その周波数のサブキャリアの出力電力を小さくしたり、利用しないような処理を行うことにより、伝送線路６１、６２からの漏洩電力を減少させたりすることができる。

不平衡成分の強さ（漏洩電力の大きさ）を判定すべき周波数は、検出周波数設定部１１によって設定され、設定された周波数に応じて判定制御部１２は、正弦波周波数ｆｓ及び通過帯域周波数ｆｒの少なくとも一方を変化させる。

なお、ピーク検出回路５４は、省略可能であり、また、比較器５５に換えてＡＤ変換器を設け、第２のＲＦフィルタ５３の出力デジタル値をデジタル信号処理部１に入力してもよい。ここで使用するＡＤ変換器は低速のもので充分である。その場合、デジタル信号処理部１は、入力デジタル値に応じて、デジタル送信信号の生成処理を変化させる。

次に、図１の通信装置の概略動作を説明する。信号送信時、デジタル信号処理部１で生成されたデジタル送信信号は、ＡＦＥチップ２１のＤＡ変換器２１ａによってアナログ信号変換され、送信フィルタ２２、送信アンプ２３、送信スイッチ２４を経由して通信トランスを駆動する。そして、通信トランス３の２次側に接続された伝送線路６１、６２から出力される。

送信時の伝送線路６１、６２の不平衡成分は、不平衡成分検出部４で検出され、漏洩電力判定部５で所定の周波数の不平衡成分の強さ（漏洩電力の大きさ）が判定される。なお、不平衡成分の検出は、無変調（正弦波）のマルチキャリア信号送出時に行う。

信号受信時は、伝送線路６１、６２からの受信信号が通信トランス３を経由して受信フィルタ２５に送られ、受信ＡＧＣアンプ２６のゲイン調整がされた後、ＡＦＥチップ２１の受信ＡＤ変換器２１ｂでデジタル信号に変換され、デジタル信号処理部１でデジタルデータに変換される。このとき、送信スイッチ２４はオフ状態である。

次に、検出周波数設定部１１、及び判定制御部１２の動作について、さらに詳細に説明する。既述のように、正弦波周波数ｆｓ及び通過帯域周波数ｆｒの少なくとも一方を変化させることにより、任意の周波数の不平衡成分の強さ（漏洩電力の大きさ）を判定できるので、検出周波数設定部１１によって、判定すべき周波数の選択、及び判定タイミングを通信システムの運用態様に合わせて適宜設計できる。

（判定すべき周波数の設定）
判定すべき周波数を、平衡伝送システムを設置すべき国に応じて設定しておく。電力線通信に利用する屋内配線の長さはそれぞれの国住宅事情等によって推定できるので、長さに基づく共振周波数から漏洩し易い周波数帯域を求める。そして、その周波数帯域を優先して漏洩電力の判定を行うべき優先検出周波数帯域情報として、それぞれの国に対応付けて記憶しておく。

検出周波数設定部１１は、外部からシステム設置国の指示があると、対応する優先検出周波数帯域情報を判定制御部１２に出力する。このような設定を行うと、設置国毎に効率のよい漏洩電力の判定が可能となる。

また、検出周波数設定部１１は、通信相手における受信強度に基づいて伝送線路の長さを推定し、推定した長さの伝送線路の共振周波数に基づいて優先検出周波数帯域を求め、求めた優先検出周波数帯域を検出すべき周波数帯域としてもよい。この場合、受信相手から受信強度に関する情報を取得する必要がある。

また、検出周波数設定部１１は、過去に漏洩電力が大きかった周波数帯域を検出すべき周波数帯域として判定制御部１２に出力する。この場合、適宜のタイミングで全通信帯域における漏洩電力を予め検出しておく。

（判定タイミング等）
判定すべき周波数が設定された場合、その周波数だけでなく、その近傍の周波数についても漏洩電力を判定することにより、伝送線路６１、６２の状態に適合した判定が可能となる。たとえば、設定された周波数を中心として、それよりやや大きい周波数及びやや小さい周波数の不平衡成分の強さ（漏洩電力の大きさ）の判定を中心周波数よりも若干小さい頻度で判定する。このような判定を行う伝送線路の状態の変化に対応して、漏洩電力を減少させるための処理を迅速に行うことができる。

また、設定された周波数にかかわらず、適宜のタイミングで全周波数について不平衡電力の判定を行うのが好ましい。この場合、正弦波周波数を掃引し、その時の第２ＲＦフィルタ５３の出力を判定することにより、漏洩電力の大きい周波数帯域を判別する。

本発明は、一対の導体を用いてデータ伝送を行う平衡伝送システムにおける伝送線路の、必要とする周波数帯域の不平衡電力の状態を、簡単な構成で迅速に判定することができる線路状態検出装置等として有用である。また、伝送線路の平衡状態を検出結果に基づいて制御でき、平衡度を向上させることが可能な平衡伝送システムの通信装置等として有用である。

本発明の実施の形態を説明するための通信装置の概略構成を示す図 従来の平衡伝送装置の送信部及び伝送線路の一例を示す図

符号の説明

１・・・デジタル信号処理部
２・・・アナログ回路部
３・・・通信トランス
４・・・不平衡成分検出部
５・・・漏洩電力判定部
１１・・・検出周波数設定部
１２・・・判定制御部
２１・・・アナログフロントエンドチップ
２１ａ・・・送信ＤＡ変換器
２１ｂ・・・受信ＡＤ変換器
２２・・・送信フィルタ
２３・・・送信アンプ
２４・・・送信スイッチ
２５・・・受信フィルタ
２６・・・受信ＡＧＣアンプ
５１・・・第１ＲＦフィルタ
５２・・・周波数混合器
５３・・・第２ＲＦフィルタ
５４・・・ピーク検出回路
５５・・・比較器
５６・・・正弦波発生回路
６１、６２・・・導体（伝送線路）

Claims (12)

1. 一対の導体を用いてデータ伝送を行う平衡伝送システムにおける伝送線路の状態を検出する線路状態検出装置であって、
   前記一対の導体間の不平衡成分を検出し、前記不平衡成分に対応する不平衡成分信号を出力する不平衡成分検出部と、
   正弦波信号を発生する正弦波信号発生器と、
   前記正弦波信号と前記不平衡成分信号とを混合する周波数混合器と、
   前記周波数混合器の出力信号が入力される帯域通過フィルタと、
   前記平衡伝送システムが設置される国に応じた優先検出周波数帯域情報を保持する検出周波数帯域情報保持部と、
   前記優先検出周波数帯域情報に基づいて、前記正弦波信号発生器の発生正弦波周波数および前記帯域通過フィルタの通過周波数帯域の少なくとも１つを制御する判定制御部と、
   前記判定制御部によって前記正弦波発生周波数および前記通過周波数帯域の少なくとも一方が制御された後の前記帯域通過フィルタの出力に基づいて前記漏洩電力の大きさを判定する漏洩電力判定部と、を備える線路状態検出装置。
2. 請求項１記載の線路状態検出装置であって、
   前記漏洩電力判定部は、無変調のマルチキャリア信号送出時の前記不平衡成分信号に基づいて、前記漏洩電力の大きさを判定する線路状態検出装置。
3. 請求項１記載の線路状態検出装置であって、
   前記判定制御部は、前記正弦波信号発生器の発生正弦波周波数を掃引する線路状態検出装置。
4. 請求項１記載の線路状態検出装置であって、
   前記漏洩電力を検出すべき周波数帯域を設定する検出周波数設定部を備え、
   前記判定制御部は、前記設定された周波数帯域に基づいて、前記正弦波信号発生器の発生正弦波周波数及び前記帯域通過フィルタの通過周波数帯域の少なくとも１つを制御する線路状態検出装置。
5. 請求項４記載の線路状態検出装置であって、
   前記検出周波数設定部は、通信相手における受信強度に基づいて伝送線路の長さを推定し、推定した長さの伝送線路の共振周波数に基づいて優先検出周波数帯域を求め、求めた優先検出周波数帯域を検出すべき周波数帯域として前記判定制御部に出力する線路状態検出装置。
6. 請求項４記載の線路状態検出装置であって、
   前記検出周波数設定部は、過去に漏洩電力が大きかった周波数帯域を検出すべき周波数帯域として前記判定制御部に出力する線路状態検出装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項記載の線路状態検出装置であって、
   前記不平衡成分検出部は、前記一対の導体間の不平衡成分を直接検出する線路状態検出装置。
8. 請求項１ないし６のいずれか１項記載の線路状態検出装置であって、
   前記不平衡成分検出部は、前記導体に流れる電流又は前記導体の電圧又はその両方を、各々の導体別に検出し、前記導体別の電流の差分又は前記導体別の電圧の差分又はその両方を求めることによって前記不平衡成分を算出する線路状態検出装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項記載の線路状態検出装置であって、
   前記一対の導体は、電力線である線路状態検出装置。
10. 一対の導体を用いてデータ伝送を行う平衡伝送システムに用いる通信装置であって、
    請求項１ないし９のいずれか１項記載の線路状態検出装置を備える通信装置。
11. 一対の導体を用いてデータ伝送を行う平衡伝送システムであって、
    請求項１０に記載の通信装置を備える平衡伝送システム。
12. 一対の導体を用いてデータ伝送を行う平衡伝送システムにおける伝送線路の状態を検出する線路状態検出方法であって、
    前記一対の導体間の不平衡成分を検出し、前記不平衡成分に対応する不平衡成分信号を出力する不平衡成分検出ステップと、
    正弦波信号を生成する正弦波信号発生ステップと、
    前記正弦波信号と前記不平衡成分検出信号とを混合する周波数混合ステップと、
    前記周波数混合ステップから出力された出力信号が入力される帯域通過ステップと、
    前記平衡伝送システムが設置される国に応じた優先検出周波数帯域情報を保持する検出周波数帯域情報保持ステップと、
    前記優先検出周波数帯域情報に基づいて、前記正弦波信号の発生正弦波周波数および前記帯域通過ステップの通過周波数帯域の少なくとも１つを制御する判定制御ステップと、
    前記正弦波発生周波数および前記通過周波数帯域の少なくとも一方が制御された後の前記帯域通過フィルタの出力に基づいて前記漏洩電力の大きさを判定する漏洩電力判定ステップと、を備える線路状態検出方法。

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