JP5693734B2 - 信号伝送装置 - Google Patents

Description

この発明は、通信フレームのデータ長を任意の長さに設定可能な信号伝送装置において、伝送路上にインパルス雑音が印加された場合に、雑音による特性劣化を最小限に抑制することができる信号伝送装置に関するものである。

通信システムの信号伝送装置間でデータ通信を実施する際に、伝送路（伝送ケーブル）上に通信フレームを出力したタイミングでインパルス雑音が印加されると、その通信フレームにフレーム損失が生じ、伝送効率が劣化する。

ここで、例えばイーサネット（登録商標）では、ユーザが通信フレームのデータ長を任意の長さに設定することができる。このような通信システムにおいて、通信フレームのデータ長を長く設定して通信を行うと、インパルス雑音に起因してフレーム損失が生じた場合の伝送効率劣化が顕著となり、不利である。
逆に、データ長を非常に短く設定して通信を行うと、インパルス雑音に伴う伝送効率劣化は軽減されるものの、フレームヘッダ等の制御フィールドのオーバヘッドに伴い、伝送効率が劣化するため、やはり不利である。

すなわち、一般に、インパルス雑音下で信号伝送を行う通信システムでは、伝送効率が最善となる中間的なデータ長が存在する。そして、この最善となるデータ長は、インパルス雑音の発生間隔に依存する。

ここで、通信フレーム４は、図４に示すように、プリアンブル＆ヘッダ４１、データ４２およびＦＣＳ（フレームチェックシーケンス）４３のビットフィールドから構成されている。そして、ユーザは、データ４２の長さを任意に設定することができる。また、インパルス雑音５の発生頻度は、ある平均間隔を中心にランダムに分布するものとし、インパルス雑音５と重なったタイミングで出力された通信フレーム４にはフレーム損失が生じる。なお、符号４４は、通信フレーム４間のフレームギャップである。

図４に示す通信フレーム４を用いた場合に、伝送効率が最善となるデータ長を数値解析により検討した結果の一例を図５に示す。図５の横軸は通信フレーム４のデータ長であり、縦軸は実効伝送効率である。なお、通信レートは１２５Ｍｂｐｓを想定し、インパルス雑音５の発生頻度は、４０μｓ，８０μｓ，１６０μｓとしている。
図５に示す解析結果では、２００〜３００バイトの中間的なデータ長の場合（領域Ａ）に伝送効率が最善となっている。なお、データ長が長い部分（領域Ｂ）では、インパルス雑音５の印加により伝送効率が低下している。また、データ長が非常に短い部分（領域Ｃ）では、ヘッダ等の制御フィールドのオーバヘッドにより伝送効率が低下している。

そして、上記のような関係に基づいて、伝送効率の改善のために、データ長を最適に設定する手法が開示されている（例えば特許文献１，２参照）。これらの従来の手法では、例えば図６に示すように、検出手段１００にて、通信フレーム４に設けられたＦＣＳ４３を用いてフレームエラーを検出し、データ長変更手段１０１にて、この検出結果に基づいてデータ長を最適な長さに変更している。

特開昭６１−７２４３１号公報 特開平６−４６１０１号公報

しかしながら、特許文献１，２に開示された従来の手法では、フレームエラーを検出する際にＦＣＳ４３を用いている。この場合、実際にフレームエラーが生じた要因が伝送路１０２上に印加されたインパルス雑音５であったのかを判断することはできないという課題がある。
また、通信フレーム４に設けられたＦＣＳ４３のビットフィールドを監視しているため、インパルス雑音５の発生間隔に対する時間分解能をフレーム長時間より良くすることができないという課題もある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、伝送路上に印加されたインパルス雑音を正確に検出し、インパルス雑音の発生間隔に対する時間分解能を向上させることで、より正確な最適データ長の設定が可能となる信号伝送装置を提供することを目的としている。

この発明に係る信号伝送装置は、差動の伝送路からの伝送信号をディファレンシャルモード成分とコモンモード成分とに分離するモード分離回路と、アナログ回路で構成され、モード分離回路により分離された伝送信号のコモンモード成分から差動の伝送路上に印加されたインパルス雑音を検出する検波回路と、検波回路により検出されたインパルス雑音を計数することでインパルス雑音の発生間隔を観測する雑音計数手段、雑音計数手段により観測されたインパルス雑音の発生間隔に応じて通信フレームのデータ長を変更するデータ長変更手段を有し、モード分離回路により分離されたディファレンシャルモード成分を受信する伝送制御部とを備えたものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、伝送路上に印加されたインパルス雑音を正確に検出でき、インパルス雑音の発生間隔に対する時間分解能を向上させることができるため、より正確な最適データ長の設定が可能となる。

この発明の実施の形態１に係る通信システムの構成を示す図である。 この発明の実施の形態１における検波回路の内部構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る信号伝送装置による通信動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１における通信フレームとインパルス雑音の時間波形を示す図である。 この発明の実施の形態１における実効伝送効率とデータ長の関係を示す図である。 従来の通信システムの構成を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る通信システムの構成を示す図である。
通信システムは、図１に示すように、互いに通信フレーム４の送受信を行う信号伝送装置１，２と、信号伝送装置１，２間を繋ぐ伝送路（差動の伝送ケーブル）３から構成されている。
以下では、信号伝送装置１の内部構成についてのみ説明を行うが、信号伝送装置２についても同様に構成されている。

信号伝送装置１は、モード分離回路１１、検波回路１２、伝送制御部１３およびバッファ回路１４から構成されている。

モード分離回路１１は、伝送路３からの伝送信号（差動信号）をディファレンシャルモード成分とコモンモード成分とに分離することで、通信フレーム４からインパルス雑音５を分離するものである。
ここで、伝送路３からモード分離回路１１に入力される通信フレーム４は、差動信号のディファレンシャルモード成分であり、バッファ回路１４を介して伝送制御部１３へ伝達される。一方、伝送路３上に印加されたインパルス雑音５は、コモンモード成分としてモード分離回路１１に入力される。そのため、インパルス雑音５は、モード分離回路１１により通信フレーム４と分離されて、検波回路１２へ伝達される。

このモード分離回路１１の具体的な回路構成の一例として、図１には、２つのトランス素子（信号トランス１１１および雑音検出トランス１１２）を用いた場合を示している。
信号トランス１１１の伝送路３側は、差動１対のケーブル信号がそれぞれ接続されている。また、信号トランス１１１の装置１内部側は、それぞれのペア信号がバッファ回路１４へ接続されている。このように構成された信号トランス１１１によって、伝送信号からディファレンシャルモード成分を抽出する。
また、雑音検出トランス１１２の伝送路３側は、信号トランス１１１の中点とケーブルのシールドが接続されている。また、雑音検出トランス１１２の装置１内部側は、検波回路１２へ入力する信号とＳＧ（回路内部ＧＮＤ）が接続されている。このように構成された雑音検出トランス１１２によって、伝送信号からコモンモード成分を抽出する。

検波回路１２は、モード分離回路１１により分離された伝送信号のコモンモード成分を入力してインパルス雑音５を検出するものであり、アナログ回路で構成されている。ここで、図１，４に示すように、インパルス雑音５は、高い瞬時ピークを持つ特徴的な波形である。よって、この瞬時ピーク電圧に対して感度を持つ検波回路１２を用いて雑音検出を行うことで、時間分解能の精度を向上させることができ、正確な雑音検出が可能となる。

この検波回路１２の具体的な回路構成の一例を図２に示す。検波回路１２は、図２に示すように、アノード端子が雑音検出トランス１１２に接続されたダイオード１２１と、ダイオード１２１のカソード端子とＳＧとの間に接続されたキャパシタ１２２によって、インパルス雑音５の瞬時ピーク電圧を検波する構成である。なお、ダイオード１２１のカソード端子とＳＧの間に接続された抵抗１２３は、キャパシタ１２２の放電抵抗である。また、オペアンプ１２４は検波された電圧を増幅するものである。

伝送制御部１３は、信号伝送装置２との間での通信フレーム４の送受信動作を制御するものである。この伝送制御部１３には、雑音計数手段１３１およびデータ長変更手段１３２が設けられている。

雑音計数手段１３１は、検波回路１２により検出されたインパルス雑音５を計数することによって、インパルス雑音５の発生間隔を観測するものである。
データ長変更手段１３２は、伝送効率が最も良い条件で通信を行うために、雑音計数手段１３１により観測されたインパルス雑音５の発生間隔に応じて、通信フレーム４のデータ長を変更するものである。ここで、データ長変更手段１３２は、インパルス雑音５の平均的な発生間隔が短い場合にはデータ長を短くし、逆に、インパルス雑音５の平均的な発生間隔が長い場合にはデータ長を長く設定する。

次に、上記のように構成された信号伝送装置１による通信動作について、図３を参照しながら説明する。
なお、通信フレーム４は、図４に示すように、プリアンブル＆ヘッダ４１、データ４２およびＦＣＳ４３のビットフィールドから構成されている。そして、データ４２のビットフィールドは、データ通信を行っている最中にユーザが任意の長さに変更できる。また、伝送路３上には、強い瞬時ピークを特徴とするインパルス雑音５が、ある平均的な時間間隔もつ確率でランダム的に印加されているものとする。

信号伝送装置１による通信動作では、図３に示すように、まず、モード分離回路１１は、伝送路３からの伝送信号をディファレンシャルモード成分とコモンモード成分とに分離することで、通信フレーム４からインパルス雑音５を分離する（ステップＳＴ３１）。このモード分離回路１１により分離された伝送信号のディファレンシャルモード成分（通信フレーム４）は、バッファ回路１４を介して伝送制御部１３へ伝達されて、通常に処理される。一方、伝送信号のコモンモード成分（インパルス雑音５）は、検波回路１２へ伝達される。

次いで、検波回路１２は、モード分離回路１１により分離された伝送信号のコモンモード成分を入力してインパルス雑音５を検出する（ステップＳＴ３２）。ここで、インパルス雑音５を検出する際に、従来のようなＦＣＳ４３の監視ではなく、アナログ回路から成る検波回路１２を用いているため、インパルス雑音５の発生間隔に対する時間分解能を向上させることができ、より高精度に雑音検出を行うことができる。

次いで、雑音計数手段１３１は、検波回路１２により検出されたインパルス雑音５を計数することで、インパルス雑音５の発生間隔を観測する（ステップＳＴ３３）。
次いで、データ長変更手段１３２は、雑音計数手段１３１により観測されたインパルス雑音５の発生間隔に応じて、データ長を変更する（ステップＳＴ３４）。ここで、データ長変更手段１３２は、インパルス雑音５の平均的な発生間隔が短い場合にはデータ長を短くし、逆に、インパルス雑音５の平均的な発生間隔が長い場合にはデータ長を長く設定する。その後、伝送制御部１３は、データ長変更手段１３２により設定されたデータ長の通信フレーム４を生成して信号伝送装置２に伝達する。

以上のように、この実施の形態１によれば、雑音検出において、通信フレーム４に設けられたＦＣＳ４３を監視するのではなく、アナログ回路から成る検波回路１２を用いるように構成したため、伝送路３上に印加されたインパルス雑音５を正確に検出でき、インパルス雑音５の発生間隔に対する時間分解能を向上させることができるため、より正確な最適データ長の設定が可能となる。また、検波回路１２は、インパルス雑音のピーク電圧に対する感度が良い電圧ピーク検波型の回路としたため、より検出感度を向上させることができる。さらに、モード分離回路１１を設け、伝送路３からの伝送信号のうちコモンモード成分のみを検波回路１２へ入力させるように構成したため、雑音検出の感度をさらに向上させることができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１，２ 信号伝送装置、３ 伝送路、４ 通信フレーム、５ インパルス雑音、１１ モード分離回路、１２ 検波回路、１３ 伝送制御部、１４ バッファ回路、４１ プリアンブル＆ヘッダ、４２ データ、４３ ＦＣＳ、４４ フレームギャップ、１１１ 信号トランス、１１２ 雑音検出トランス、１２１ ダイオード、１２２ キャパシタ、１２３ 抵抗、１２４ オペアンプ、１３１ 雑音計数手段、１３２ データ長変更手段。

Claims (3)

1. 相手装置との間で差動の伝送路を介して通信フレームの送受信を行う信号伝送装置において、
   前記差動の伝送路からの伝送信号をディファレンシャルモード成分とコモンモード成分とに分離するモード分離回路と、
   アナログ回路で構成され、前記モード分離回路により分離された伝送信号の前記コモンモード成分から前記差動の伝送路上に印加されたインパルス雑音を検出する検波回路と、
   前記検波回路により検出された前記インパルス雑音を計数することで前記インパルス雑音の発生間隔を観測する雑音計数手段、前記雑音計数手段により観測された前記インパルス雑音の発生間隔に応じて前記通信フレームのデータ長を変更するデータ長変更手段を有し、前記モード分離回路により分離された前記ディファレンシャルモード成分を受信する伝送制御部と
   を備えたことを特徴とする信号伝送装置。
2. 前記検波回路は、前記インパルス雑音の瞬時ピーク電圧に対して感度を持つピーク検波
   型回路である
   ことを特徴とする請求項１記載の信号伝送装置。
3. 前記モード分離回路は、
   前記伝送信号から前記ディファレンシャルモード成分を抽出する信号トランスと、
   前記伝送信号から前記コモンモード成分を抽出する雑音検出トランスとから成る
   ことを特徴とする請求項１記載の信号伝送装置。

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