JP5933257B2 - ケーブル長測定装置、通信システム及びケーブル長測定方法 - Google Patents

Description

この発明は、ネットワークを構成している差動信号線のケーブル長を測定するケーブル長測定装置及びケーブル長測定方法と、ケーブル長測定装置がネットワークに接続されている通信端末に組み込まれている通信システムとに関するものである。

有線のネットワークでは、信号伝送路の状態や長さを把握する必要がある場合がある。
例えば、以下の特許文献１には、伝送路の状態を判断する手法として、ＴＤＲ（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）法が開示されている。
このＴＤＲ法は、１本の信号線に対するシングルエンドの測定を対象としており、差動信号線を対象にしていない。

また、以下の特許文献２には、ケーブルの出荷時に、ドラム状に巻かれている状態の差動信号線のケーブル長を測定するケーブル長測定方法が開示されている。
ただし、このケーブル長測定方法では、差動信号線がドラム状に巻かれている状態でなければ、差動信号線のケーブル長を測定することができず、実際に現場に敷設されている差動信号線のケーブル長を測定することはできない。

また、以下の特許文献３には、パルス状の信号をネットワークに出力し、そのネットワークに反射された信号をグラフ化し、ユーザがグラフを解析することで、ネットワーク状態を抽出する手法が開示されている。
ただし、グラフの解析は難しく、経験豊富な者でなければ、容易には解析することができない。

特開２００６−７１４６２号公報（段落番号［００２２］、図１） 特開２００３−１０６８０４号公報（段落番号［００１４］から［００１５］、図１） 特表２００９−５４５１９６号公報（段落番号［００１１］から［００１６］）

従来のケーブル長測定方法は以上のように構成されているので、特許文献１の場合、差動信号線のケーブル長を測定することができず、特許文献２の場合、差動信号線がドラム状に巻かれている状態ではケーブル長を測定することができるが、実際に現場に敷設されている状態では、差動信号線のケーブル長を測定することができない課題があった。
なお、特許文献３には、ユーザがグラフを解析することで、ネットワーク状態を抽出する手法が開示されているが、グラフの解析は難しく、経験豊富な者でなければ、容易には解析することができない。

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、実際に現場に敷設されている差動信号線のケーブル長を測定することができるケーブル長測定装置及びケーブル長測定方法を得ることを目的とする。

この発明に係るケーブル長測定装置は、ネットワークを構成している差動信号線に対して、ステップ波を出力するステップ波出力手段と、ステップ波出力手段からステップ波が出力された時点から差動信号線の電圧を繰り返し測定する電圧測定手段と、電圧測定手段により測定された電圧から差動信号線のコモンモードインピーダンスを算出するコモンモードインピーダンス算出手段とを設け、差動信号線ケーブル長算出手段が、ステップ波出力手段からステップ波の出力が開始された時点から、コモンモードインピーダンス算出手段により算出されるコモンモードインピーダンスがステップ状に変化する時点までの経過時間を特定し、その経過時間から差動信号線のケーブル長を算出するようにしたものである。

この発明によれば、ネットワークを構成している差動信号線に対して、ステップ波を出力するステップ波出力手段と、ステップ波出力手段からステップ波が出力された時点から差動信号線の電圧を繰り返し測定する電圧測定手段と、電圧測定手段により測定された電圧から差動信号線のコモンモードインピーダンスを算出するコモンモードインピーダンス算出手段とを設け、差動信号線ケーブル長算出手段が、ステップ波出力手段からステップ波の出力が開始された時点から、コモンモードインピーダンス算出手段により算出されるコモンモードインピーダンスがステップ状に変化する時点までの経過時間を特定し、その経過時間から差動信号線のケーブル長を算出するように構成したので、実際に現場に敷設されている差動信号線のケーブル長を測定することができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるケーブル長測定装置が適用される通信システムを示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるケーブル長測定装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるケーブル長測定装置の処理内容（ケーブル長測定方法）を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２によるケーブル長測定装置が適用される通信システムを示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるケーブル長測定装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるケーブル長測定装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態４によるケーブル長測定装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態５によるケーブル長測定装置が適用される通信システムを示す構成図である。 差動信号線１（２本の信号線１ａ，１ｂ）のケーブル長の総長が１０ｍであるとき、回路シミュレーションでコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍを算出した結果を示す説明図である。 差動信号線１（２本の信号線１ａ，１ｂ）のケーブル長の総長が１７ｍ（装置から見て一方向の差動信号線１のケーブル長が７ｍ、装置から見て反対方向の差動信号線１のケーブル長が１０ｍ）であるとき、回路シミュレーションでコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍを算出した結果を示す説明図である。 左方向の差動信号線１のケーブル長と右方向の差動信号線１のケーブル長が同じ（装置から見て一方向の差動信号線１のケーブル長が５ｍ、装置から見て反対方向の差動信号線１のケーブル長が５ｍ）であるとき、回路シミュレーションでコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍを算出した結果を示す説明図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるケーブル長測定装置が適用される通信システムを示す構成図である。
図１において、差動信号線１はネットワークを構成している伝送路であり、差動信号線１は２本の信号線１ａ，１ｂから構成されている。１ｃはシールド線である。
また、差動信号線１における一方の終端には、信号線１ａと信号線１ｂの間に終端抵抗２が接続されている。
また、他方の終端には、差動信号線１のケーブル長を測定するケーブル長測定装置３が信号線１ａと信号線１ｂの間に接続されている。
通信端末４，５，６はネットワークに接続されており、他の通信端末とデータ等を送受信する端末である。

図２はこの発明の実施の形態１によるケーブル長測定装置を示す構成図である。
図２において、２チャンネル対応ＴＤＲ測定部１０はステップ波出力部１１，１２、オシロスコープ１３及びＺｃｏｍｍ計算部１４から構成されており、差動信号線１のコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍを測定する装置である。
ステップ波出力部１１は差動信号線１の信号線１ａに対して、ステップ波（ステップ状の電圧）を出力する信号源である。
ステップ波出力部１２は差動信号線１の信号線１ｂに対して、ステップ波（ステップ状の電圧）を出力する信号源である。
ステップ波出力部１１，１２から出力されるステップ波は、同相のステップ波である。
なお、ステップ波出力部１１，１２はステップ波出力手段を構成している。

オシロスコープ１３はステップ波出力部１１，１２からステップ波が出力された時点から差動信号線１の電圧を繰り返し測定する測定装置である。
即ち、オシロスコープ１３はステップ波出力部１１からステップ波が出力されたＴ_１時点の信号線１ａの電圧Ｖ_１ａを測定するとともに、Ｔ_１時点以降の時点であるＴ_２時点の信号線１ａの電圧Ｖ_２ａを繰り返し測定する。また、ステップ波出力部１２からステップ波が出力されたＴ_１時点の信号線１ｂの電圧Ｖ_１ｂを測定するとともに、Ｔ_１時点以降の時点であるＴ_２時点の信号線１ｂの電圧Ｖ_２ｂを繰り返し測定する。
なお、オシロスコープ１３は電圧測定手段を構成している。

Ｚｃｏｍｍ計算部１４はオシロスコープ１３により測定された電圧Ｖ_１，Ｖ_２から差動信号線１のコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍを算出する計算機である。
即ち、Ｚｃｏｍｍ計算部１４はオシロスコープ１３により測定されたＴ_１時点の信号線１ａの電圧Ｖ_１ａ及びＴ_２時点の信号線１ａの電圧Ｖ_２ａと、Ｔ_１時点の信号線１ｂの電圧Ｖ_１ｂ及びＴ_２時点の信号線１ｂの電圧Ｖ_２ｂとを用いて、差動信号線１のコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍを算出する計算機である。
なお、Ｚｃｏｍｍ計算部１４はコモンモードインピーダンス算出手段を構成している。

伝播遅延設定部１５はケーブル１ｍ当りの往復の信号伝播遅延時間ｄＴを設定し、その信号伝播遅延時間ｄＴをケーブル長算出部１６に出力する処理を実施する。
差動信号線１が、例えば、一般的なシールド付のポリエチレン素材などを絶縁体とするケーブルである場合、コモンモードにおける１ｍ当りの往復の伝播遅延時間は約８ナノ秒であり、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍの値は数十オームであるものが多い。

ケーブル長算出部１６はステップ波出力部１１，１２からステップ波の出力が開始された時点から、Ｚｃｏｍｍ計算部１４により算出されるコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍがステップ状に変化する時点までの経過時間ＰＴを特定し、その経過時間ＰＴと伝播遅延設定部１５により設定されたケーブル１ｍ当りの往復の信号伝播遅延時間ｄＴから差動信号線１のケーブル長Ｌを算出する計算機である。
なお、伝播遅延設定部１５及びケーブル長算出部１６から差動信号線ケーブル長算出手段が構成されている。

図１の例では、ケーブル長測定装置３の構成要素であるステップ波出力部１１，１２、オシロスコープ１３、Ｚｃｏｍｍ計算部１４、伝播遅延設定部１５及びケーブル長算出部１６のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、ケーブル長測定装置３がコンピュータで構成されていてもよい。
ケーブル長測定装置３がコンピュータで構成されている場合、ステップ波出力部１１，１２、オシロスコープ１３、Ｚｃｏｍｍ計算部１４、伝播遅延設定部１５及びケーブル長算出部１６の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図３はこの発明の実施の形態１によるケーブル長測定装置３の処理内容（ケーブル長測定方法）を示すフローチャートである。

次に動作について説明する。
最初に、ケーブル長測定装置３の測定原理について簡単に説明する。
ケーブル長測定装置３は、ＴＤＲ測定を行う場合、図１に示すように、通常、ネットワークの端に設置される。
ケーブル長測定装置３が、２本の信号線１ａ，１ｂに対するコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍの長さ方向のインピーダンス分布を測定し、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍの値が＋無限大に急変する時点を特定することで、差動信号線１のケーブル長Ｌを知ることができる。

ここで、コモンモードとは、２本の信号線１ａ，１ｂに対して同相の信号を励信させることであり、コモンモードインピーダンスとは、２本の信号線１ａ，１ｂに対して同相のステップ波の電圧を加えて、その電圧と測定対象物から反射してくる電圧より計算して求めるインピーダンスのことである。
図１の測定系の場合、コモンモードでは、差動信号線１の反対側の端をオープン状態と見なせるため、この端点において、コモンモードインピーダンスが無限大になる。

図９は差動信号線１（２本の信号線１ａ，１ｂ）のケーブル長の総長が１０ｍであるとき、回路シミュレーションでコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍを算出した結果を示す説明図である。
図９の例では、１０ｍの位置でコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍがステップ状に＋無限大に近づいている（振り切れている）。

以下、図２のケーブル長測定装置３の処理内容を具体的に説明する。
ステップ波出力部１１は、差動信号線１の信号線１ａに対して、ステップ波（ステップ状の電圧）を出力する（図３のステップＳＴ１）。
また、ステップ波出力部１２は、差動信号線１の信号線１ｂに対して、ステップ波出力部１１から出力されるステップ波と同相のステップ波を出力する（ステップＳＴ２）。

オシロスコープ１３は、ステップ波出力部１１が差動信号線１の信号線１ａに対して、ステップ波の出力を開始すると、ステップ波の出力が開始されたＴ_１時点の信号線１ａの電圧Ｖ_１ａを測定するとともに、Ｔ_１時点以降の時点であるＴ_２時点の信号線１ａの電圧Ｖ_２ａを繰り返し測定する（ステップＳＴ３）。
また、オシロスコープ１３は、ステップ波出力部１２が差動信号線１の信号線１ｂに対して、ステップ波の出力を開始すると、ステップ波の出力が開始されたＴ_１時点の信号線１ｂの電圧Ｖ_１ｂを測定するとともに、Ｔ_１時点以降の時点であるＴ_２時点の信号線１ｂの電圧Ｖ_２ｂを繰り返し測定する（ステップＳＴ４）。

ここで、ステップ波出力部１１，１２から出力されるステップ波は、ステップ状の電圧であるため、ステップ波出力部１１，１２からステップ波の出力が開始されたＴ_１時点で、信号線１ａ，１ｂの電圧が上昇する。その後、ネットワークに反射されてステップ波が戻ってくると、再度、信号線１ａ，１ｂの電圧が上昇する。
ただし、この実施の形態１では、Ｔ_２時点が、ネットワークに反射されてステップ波が戻ってきた時点と一致する場合、Ｔ_１時点の信号線１ａの電圧Ｖ_１ａとＴ_２時点の信号線１ａの電圧Ｖ_２ａとの関係、及びＴ_１時点の信号線１ｂの電圧Ｖ_２ｂとＴ_２時点の信号線１ｂの電圧Ｖ_２ｂとの関係が、下記のように設定されているものとする。
Ｖ_２ａ＝２×Ｖ_１ａ
Ｖ_２ｂ＝２×Ｖ_１ｂ

Ｚｃｏｍｍ計算部１４は、オシロスコープ１３がＴ_１時点の電圧Ｖ_１を測定したのち、オシロスコープ１３がＴ_２時点の電圧Ｖ_２を測定する毎に、その電圧Ｖ_１，Ｖ_２から差動信号線１のコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍを算出する。
即ち、Ｚｃｏｍｍ計算部１４は、下記の式（１）に示すように、オシロスコープ１３により測定されたＴ_１時点の信号線１ａの電圧Ｖ_１ａ及びＴ_２時点の信号線１ａの電圧Ｖ_２ａと、Ｔ_１時点の信号線１ｂの電圧Ｖ_１ｂ及びＴ_２時点の信号線１ｂの電圧Ｖ_２ｂから反射係数ρを求めて、その反射係数ρを用いて、差動信号線１のコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍを算出する（ステップＳＴ５）。なお、Ｚｒｅｆは測定系の標準コモンモードインピーダンスである。
ΔＶ_ａ＝Ｖ_２ａ−Ｖ_１ａ
ΔＶ_ｂ＝Ｖ_２ｂ−Ｖ_１ｂ
ρ＝（ΔＶ_a+ΔＶ_b）／（Ｖ_１ａ+Ｖ_１b）
Ｚｃｏｍｍ=（１＋ρ)／（１−ρ)×Ｚｒｅｆ[Ω] （１）

ここで、例えば、Ｖ_２ａ＝Ｖ_２ｂ＝２ＶかつＶ_１ａ＝Ｖ_１ｂ＝１Ｖと観測された場合、
ρ＝（ΔＶ_a+ΔＶ_b）／（Ｖ_１ａ+Ｖ_１b）＝（１Ｖ＋１Ｖ）／（１Ｖ＋１Ｖ）＝１より、
Ｚｃｏｍｍ＝（１＋ρ）／（１−ρ）×Ｚｒｅｆ［Ω］を計算でき、
Ｚｃｏｍｍ計算部１４により算出される差動信号線１のコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍの分母が０になるため、無限大の値になる。

ケーブル長算出部１６は、ステップ波出力部１１，１２からステップ波の出力が開始された時点から、Ｚｃｏｍｍ計算部１４により算出されるコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍがステップ状に変化する時点（コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが＋無限大に近づく時点）までの経過時間ＰＴを特定し、その経過時間ＰＴと伝播遅延設定部１５により設定されたケーブル１ｍ当りの往復の信号伝播遅延時間ｄＴから差動信号線１のケーブル長Ｌを算出する。

即ち、ケーブル長算出部１６は、ステップ波出力部１１からステップ波の出力が開始された時点から、Ｚｃｏｍｍ計算部１４により算出される差動信号線１のコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍがステップ状に変化する時点までの経過時間ＰＴを特定する（ステップＳＴ６）。
差動信号線１のコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍがステップ状に変化する時点は、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが無限大の値に変化するので、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍの変化率を算出し、その変化率が所定の閾値より大きければ、ステップ状に変化していると判断することができる。
あるいは、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが通常のコモンモードインピーダンスよりも大きい場合（例えば、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが３００Ωを超えるような場合）、ステップ状に変化していると判断することができる。

ケーブル長算出部１６は、差動信号線１のコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍがステップ状に変化する時点までの経過時間ＰＴを特定すると、その経過時間ＰＴと伝播遅延設定部１５により設定されたケーブル１ｍ当りの往復の信号伝播遅延時間ｄＴから差動信号線１のケーブル長Ｌを算出する（ステップＳＴ７）。
Ｌ＝ＰＴ／ｄＴ （２）

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、ネットワークを構成している差動信号線１に対して、ステップ波を出力するステップ波出力部１１，１２と、ステップ波出力部１１からステップ波が出力された時点から差動信号線１の電圧を繰り返し測定するオシロスコープ１３と、オシロスコープ１３により測定された電圧から差動信号線１のコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍを算出するＺｃｏｍｍ計算部１４とを設け、ケーブル長算出部１６が、ステップ波出力部１１，１２からステップ波の出力が開始された時点から、Ｚｃｏｍｍ計算部１４により算出されるコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍがステップ状に変化する時点までの経過時間ＰＴを特定し、その経過時間ＰＴと伝播遅延設定部１５により設定されたケーブル１ｍ当りの往復の信号伝播遅延時間ｄＴから差動信号線１のケーブル長Ｌを算出するように構成したので、実際に現場に敷設されている差動信号線１のケーブル長Ｌを測定することができる効果を奏する。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、ケーブル長測定装置３が差動信号線１の終端において、信号線１ａと信号線１ｂの間に接続されているものを示したが、ケーブル長測定装置３が差動信号線１の途中に接続され、その接続位置から見て異なる２方向の差動信号線１のケーブル長が異なっていてもよい。
図４はこの発明の実施の形態２によるケーブル長測定装置が適用される通信システムを示す構成図である。

図５はこの発明の実施の形態２によるケーブル長測定装置を示す構成図であり、図において、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
短信号線ケーブル長算出部１７はステップ波出力部１１，１２からステップ波の出力が開始された時点から、Ｚｃｏｍｍ計算部１４により算出されるコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが最初の有限値へとステップ状に変化する時点までの経過時間ＰＴを特定し、その経過時間ＰＴと伝播遅延設定部１５により設定されたケーブル１ｍ当りの往復の信号伝播遅延時間ｄＴからケーブル長が短い方の差動信号線１のケーブル長Ｌ_Ｓを算出する計算機である。

ケーブル総長算出部１８はステップ波出力部１１，１２からステップ波の出力が開始された時点から、
Ｚｃｏｍｍ計算部１４により算出されるコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが無限大に近づく時点までの経過時間ＰＴを特定し、その経過時間ＰＴと伝播遅延設定部１５により設定されたケーブル１ｍ当りの往復の信号伝播遅延時間ｄＴから２方向の差動信号線１のケーブル長の総和Ｌ_Σを算出する計算機である。
長信号線ケーブル長算出部１９はケーブル総長算出部１８により算出されたケーブル長の総和Ｌ_Σから短信号線ケーブル長算出部１７により算出されたケーブル長Ｌ_Ｓを減算して、ケーブル長が長い方の差動信号線１のケーブル長Ｌ_Ｌを算出する計算機である。
なお、短信号線ケーブル長算出部１７、ケーブル総長算出部１８及び長信号線ケーブル長算出部１９から差動信号線ケーブル長算出手段が構成されている。

図５の例では、ケーブル長測定装置３の構成要素であるステップ波出力部１１，１２、オシロスコープ１３、Ｚｃｏｍｍ計算部１４、伝播遅延設定部１５、短信号線ケーブル長算出部１７、ケーブル総長算出部１８及び長信号線ケーブル長算出部１９のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、ケーブル長測定装置３がコンピュータで構成されていてもよい。
ケーブル長測定装置３がコンピュータで構成されている場合、ステップ波出力部１１，１２、オシロスコープ１３、Ｚｃｏｍｍ計算部１４、伝播遅延設定部１５、短信号線ケーブル長算出部１７、ケーブル総長算出部１８及び長信号線ケーブル長算出部１９の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

次に動作について説明する。
最初に、ケーブル長測定装置３の測定原理について簡単に説明する。
この実施の形態２では、ケーブル長測定装置３が、図４に示すように、差動信号線１の途中に接続され、その接続位置から見て異なる２方向の差動信号線１のケーブル長が異なっているものとする。
図４の例では、ケーブル長測定装置３より左方向の差動信号線１のケーブル長が、右方向の差動信号線１のケーブル長より短くなっている。

図１０は差動信号線１（２本の信号線１ａ，１ｂ）のケーブル長の総長が１７ｍ（装置から見て一方向（図中、左方向）の差動信号線１のケーブル長が７ｍ、装置から見て反対方向（図中、右方向）の差動信号線１のケーブル長が１０ｍ）であるとき、回路シミュレーションでコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍを算出した結果を示す説明図である。
図１０の例では、短い方の差動信号線１のケーブル長である７ｍの位置で、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが最初にある有限値へとステップ状に変化する。
また、差動信号線１のケーブル長の総長である１７ｍ位置で、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍがステップ状に＋無限大に近づいている。
なお、図１０の例では、長い方の差動信号線１のケーブル長である１０ｍの位置でも、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍがある有限値へとステップ状に変化しているが、１０ｍの位置では、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが＋無限大へとステップ状に変化しない。このように、左右のケーブルの長さによっては、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍは総ケーブル長までの間にて、ステップ状に上がったり下がったりする。本発明のポイントは、Ｔ_１を除いた最初のコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが変化する地点と、＋無限大に変化する地点に着目しているところである。

したがって、ケーブル長測定装置３は、差動信号線１に対するコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍの長さ方向のインピーダンス分布を測定し、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍの値が最初にステップ状に変化する時点を特定することで、短い方の差動信号線１のケーブル長Ｌ_Ｓを知ることができる。
また、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍの値が＋無限大に急変する時点を特定することで、差動信号線１のケーブル長の総長Ｌ_Σを知ることができる。
さらに、差動信号線１のケーブル長の総長Ｌ_Σから短い方の差動信号線１のケーブル長Ｌ_Ｓを減算することで、長い方の差動信号線１のケーブル長Ｌ_Ｌを知ることができる。

以下、図５のケーブル長測定装置３の処理内容を具体的に説明する。
ステップ波出力部１１は、差動信号線１の信号線１ａに対して、ステップ波（ステップ状の電圧）を出力する。
また、ステップ波出力部１２は、差動信号線１の信号線１ｂに対して、ステップ波出力部１１から出力されるステップ波と同相のステップ波を出力する。
ただし、この実施の形態２では、ケーブル長測定装置３が差動信号線１の途中に接続されているので、ステップ波出力部１１，１２は、その接続位置から見て異なる２方向の信号線１ａ，１ｂに対して、ステップ波を出力する。

オシロスコープ１３は、ステップ波出力部１１が差動信号線１の信号線１ａに対して、ステップ波の出力を開始すると、上記実施の形態１と同様に、ステップ波の出力が開始されたＴ_１時点の信号線１ａの電圧Ｖ_１ａを測定するとともに、Ｔ_１時点以降の時点であるＴ_２時点の信号線１ａの電圧Ｖ_２ａを繰り返し測定する。
また、オシロスコープ１３は、ステップ波出力部１２が差動信号線１の信号線１ｂに対して、ステップ波の出力を開始すると、上記実施の形態１と同様に、ステップ波の出力が開始されたＴ_１時点の信号線１ｂの電圧Ｖ_１ｂを測定するとともに、Ｔ_１時点以降の時点であるＴ_２時点の信号線１ｂの電圧Ｖ_２ｂを繰り返し測定する。

ここで、ステップ波出力部１１，１２から出力されるステップ波は、上述したように、ステップ状の電圧であるため、ステップ波出力部１１，１２からステップ波の出力が開始されたＴ_１時点で、信号線１ａ，１ｂの電圧が上昇して、一定時間（ステップ波のパルス幅に相当する時間）後に低下する。その後、ネットワークに反射されてステップ波が戻ってくると、再度、信号線１ａ，１ｂの電圧が上昇する。
この実施の形態２では、オシロスコープ１３により測定されるＴ_１時点の信号線１ａの電圧Ｖ_１ａとＴ_２時点の信号線１ａの電圧Ｖ_２ａとの関係、及びＴ_１時点の信号線１ｂの電圧Ｖ_２ｂとＴ_２時点の信号線１ｂの電圧Ｖ_２ｂとの関係が、下記のように設定されているものとする。
Ｖ_１ａ＜Ｖ_２ａ＜２×Ｖ_１ａ
Ｖ_１ｂ＜Ｖ_２ｂ＜２×Ｖ_１ｂ

ただし、Ｔ_２時点が、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍがステップ状に＋無限大に近づく時点（例えば、左方向の差動信号線１に対して出力されたステップ波が左側の終端に反射されたのち、右側の終端に到達し、更に、右側の終端に反射されてケーブル長測定装置３に戻ってきた時点）と一致する場合には、Ｔ_１時点の信号線１ａの電圧Ｖ_１ａとＴ_２時点の信号線１ａの電圧Ｖ_２ａとの関係、及びＴ_１時点の信号線１ｂの電圧Ｖ_２ｂとＴ_２時点の信号線１ｂの電圧Ｖ_２ｂとの関係が、下記のように設定されているものとする。
Ｖ_２ａ＝２×Ｖ_１ａ
Ｖ_２ｂ＝２×Ｖ_１ｂ

Ｚｃｏｍｍ計算部１４は、オシロスコープ１３がＴ_１時点の電圧Ｖ_１を測定したのち、オシロスコープ１３がＴ_２時点の電圧Ｖ_２を測定する毎に、その電圧Ｖ_１，Ｖ_２から差動信号線１のコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍを算出する。
即ち、Ｚｃｏｍｍ計算部１４は、上記の式（１）に示すように、オシロスコープ１３により測定されたＴ_１時点の信号線１ａの電圧Ｖ_１ａ及びＴ_２時点の信号線１ａの電圧Ｖ_２ａと、Ｔ_１時点の信号線１ｂの電圧Ｖ_１ｂ及びＴ_２時点の信号線１ｂの電圧Ｖ_２ｂとを用いて、差動信号線１のコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍを算出する。

ここで、Ｚｃｏｍｍ計算部１４により算出される差動信号線１のコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍは、Ｔ_２時点が、ネットワークに反射されてステップ波が最初に戻ってきた時点と一致する場合、式（１）の分母が小さくなるため、ステップ状に大きくなる（図１０の７ｍ位置のインピーダンスを参照）。
また、Ｚｃｏｍｍ計算部１４により算出される差動信号線１のコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍは、Ｔ_２時点が、例えば、左方向の差動信号線１に対して出力されたステップ波が左側の終端に反射されたのち、右側の終端に到達し、更に、右側の終端に反射されてケーブル長測定装置３に戻ってきた時点と一致する場合、式（１）の分母が０になるため、無限大の値になる。

短信号線ケーブル長算出部１７は、ステップ波出力部１１，１２からステップ波の出力が開始された時点から、Ｚｃｏｍｍ計算部１４により算出されるコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが最初にステップ状に変化する時点までの経過時間ＰＴ_Ｓを特定し、その経過時間ＰＴ_Ｓと伝播遅延設定部１５により設定されたケーブル１ｍ当りの往復の信号伝播遅延時間ｄＴからケーブル長が短い方の差動信号線１のケーブル長Ｌ_Ｓを算出する。

即ち、短信号線ケーブル長算出部１７は、ステップ波出力部１１からステップ波の出力が開始された時点から、Ｚｃｏｍｍ計算部１４により算出される差動信号線１のコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが最初にステップ状に変化する時点までの経過時間ＰＴ_Ｓを特定する。
短信号線ケーブル長算出部１７は、差動信号線１のコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが最初にステップ状に変化する時点までの経過時間ＰＴ_Ｓを特定すると、その経過時間ＰＴ_Ｓと伝播遅延設定部１５により設定されたケーブル１ｍ当りの往復の信号伝播遅延時間ｄＴから、ケーブル長が短い方の差動信号線１のケーブル長Ｌ_Ｓを算出する。
Ｌ_Ｓ＝ＰＴ_Ｓ／ｄＴ （３）

ケーブル総長算出部１８は、ステップ波出力部１１，１２からステップ波の出力が開始された時点から、Ｚｃｏｍｍ計算部１４により算出されるコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが無限大に近づく時点までの経過時間ＰＴ_Σを特定し、その経過時間ＰＴ_Σと伝播遅延設定部１５により設定されたケーブル１ｍ当りの往復の信号伝播遅延時間ｄＴから２方向の差動信号線１のケーブル長の総和Ｌ_Σを算出する。

即ち、ケーブル総長算出部１８は、ステップ波出力部１１からステップ波の出力が開始された時点から、Ｚｃｏｍｍ計算部１４により算出される差動信号線１のコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが無限大に近づく時点までの経過時間ＰＴ_Σを特定する。
ケーブル総長算出部１８は、差動信号線１のコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが無限大に近づく時点までの経過時間ＰＴ_Σを特定すると、その経過時間ＰＴ_Σと伝播遅延設定部１５により設定されたケーブル１ｍ当りの往復の信号伝播遅延時間ｄＴから、２方向の差動信号線１のケーブル長Ｌ_Σを算出する。
Ｌ_Σ＝ＰＴ_Σ／ｄＴ （４）

長信号線ケーブル長算出部１９は、ケーブル総長算出部１８が２方向の差動信号線１のケーブル長の総和Ｌ_Σを算出すると、そのケーブル長の総和Ｌ_Σから短信号線ケーブル長算出部１７により算出された短い方の差動信号線１のケーブル長Ｌ_Ｓを減算して、ケーブル長が長い方の差動信号線１のケーブル長Ｌ_Ｌを算出する。
Ｌ_Ｌ＝Ｌ_Σ−Ｌ_Ｓ （５）

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、ステップ波出力部１１，１２からステップ波の出力が開始された時点から、Ｚｃｏｍｍ計算部１４により算出されるコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが最初にステップ状に変化する時点までの経過時間ＰＴ_Ｓを特定し、その経過時間ＰＴ_Ｓと伝播遅延設定部１５により設定されたケーブル１ｍ当りの往復の信号伝播遅延時間ｄＴからケーブル長が短い方の差動信号線１のケーブル長Ｌ_Ｓを算出する短信号線ケーブル長算出部１７と、ステップ波出力部１１，１２からステップ波の出力が開始された時点から、Ｚｃｏｍｍ計算部１４により算出されるコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが無限大に近づく時点までの経過時間ＰＴ_Σを特定し、その経過時間ＰＴ_Σと伝播遅延設定部１５により設定されたケーブル１ｍ当りの往復の信号伝播遅延時間ｄＴから２方向の差動信号線１のケーブル長の総和Ｌ_Σを算出するケーブル総長算出部１８と、ケーブル総長算出部１８により算出されたケーブル長の総和Ｌ_Σから短信号線ケーブル長算出部１７により算出されたケーブル長Ｌ_Ｓを減算して、ケーブル長が長い方の差動信号線１のケーブル長Ｌ_Ｌを算出する長信号線ケーブル長算出部１９とを設けるように構成したので、ケーブル長測定装置３が差動信号線１の途中に接続され、その接続位置から見て異なる２方向の差動信号線１のケーブル長が異なっている場合、短い方の差動信号線１のケーブル長と、長い方の差動信号線１のケーブル長とを測定することができる効果を奏する。

この実施の形態２では、異なる２方向の差動信号線１のケーブル長が異なっているものを示したが、異なる２方向の差動信号線１のケーブル長が同じであるものにも適用することができる。
図１１は左方向の差動信号線１のケーブル長と右方向の差動信号線１のケーブル長が同じ（装置から見て一方向（図中、左方向）の差動信号線１のケーブル長が５ｍ、装置から見て反対方向（図中、右方向）の差動信号線１のケーブル長が５ｍ）であるとき、回路シミュレーションでコモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍを算出した結果を示す説明図である。
この場合、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが最初にステップ状に変化した後に下がらずに、差動信号線１のケーブル長の総長になる地点で無限大の値に変化する。
したがって、コモンモードインピーダンスＺｃｏｍｍが最初にステップ状に変化する地点を見れば、左方向又は右方向の差動信号線１のケーブル長が分かり、差動信号線１のケーブル長の総長から、前述のケーブル長を引けば、反対側のケーブル長が分かることになる。

実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３によるケーブル長測定装置を示す構成図であり、図において、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
許容ケーブル長設定部２０は差動信号線１の許容ケーブル長として、敷設可能な差動信号線１の最大長を設定する。
判定部２１はケーブル長算出部１６により算出された差動信号線１のケーブル長Ｌが許容ケーブル長設定部２０により設定されている許容ケーブル長の範囲内に収まっているか否かを判定する計算機である。
なお、許容ケーブル長設定部２０及び判定部２１から判定手段が構成されている。
図６のケーブル長測定装置は、許容ケーブル長設定部２０及び判定部２１が図２のケーブル長測定装置に適用されている例を示しているが、許容ケーブル長設定部２０及び判定部２１が図５のケーブル長測定装置に適用されていてもよい。

図６の例では、ケーブル長測定装置３の構成要素であるステップ波出力部１１，１２、オシロスコープ１３、Ｚｃｏｍｍ計算部１４、伝播遅延設定部１５、ケーブル長算出部１６、許容ケーブル長設定部２０及び判定部２１のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、ケーブル長測定装置３がコンピュータで構成されていてもよい。
ケーブル長測定装置３がコンピュータで構成されている場合、ステップ波出力部１１，１２、オシロスコープ１３、Ｚｃｏｍｍ計算部１４、伝播遅延設定部１５、ケーブル長算出部１６、許容ケーブル長設定部２０及び判定部２１の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

次に動作について説明する。
許容ケーブル長設定部２０及び判定部２１を設けている点以外は、上記実施の形態１，２と同様であるため、ここでは、許容ケーブル長設定部２０及び判定部２１の処理内容だけを説明する。

許容ケーブル長設定部２０は、例えば、キーボードやマウスなどのマンマシンインタフェースを備えており、ユーザがマンマシンインタフェースを操作することで、差動信号線１の許容ケーブル長Ｌｐとして、敷設可能な差動信号線１の最大長を設定することができる。
ここでは、ユーザがマンマシンインタフェースを操作して、差動信号線１の許容ケーブル長を設定する例を示したが、許容ケーブル長設定部２０が外部から差動信号線１の許容ケーブル長Ｌｐを示す情報を入力するようにしてもよい。

判定部２１は、ケーブル長算出部１６が差動信号線１のケーブル長Ｌを算出すると、その差動信号線１のケーブル長Ｌと許容ケーブル長設定部２０により設定されている許容ケーブル長Ｌｐとを比較して、その差動信号線１のケーブル長Ｌが許容ケーブル長Ｌｐの範囲内に収まっているか否かを判定する。
Ｌ≦Ｌｐ
判定部２１は、差動信号線１のケーブル長Ｌが許容ケーブル長Ｌｐの範囲内に収まっていない場合（Ｌ＞Ｌｐ）、エラー信号を出力する。

以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、ケーブル長算出部１６により算出された差動信号線１のケーブル長Ｌが許容ケーブル長設定部２０により設定されている許容ケーブル長Ｌｐの範囲内に収まっているか否かを判定する判定部２１を設けるように構成したので、敷設されている差動信号線１のケーブル長Ｌが許容ケーブル長Ｌｐの範囲内に収まっているか否かを確認することができる効果を奏する。

実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４によるケーブル長測定装置を示す構成図であり、図において、図６と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
異常検出部２２は判定部２１からエラー信号を受けると、例えば、アラームの鳴動やランプの点灯などを行うことで、異常の発生を知らせる処理器である。なお、異常検出部２２は異常検出手段を構成している。

この実施の形態４のように、判定部２１からエラー信号を受けると、異常の発生を知らせる異常検出部２２を設けることで、敷設されている差動信号線１のケーブル長Ｌが許容ケーブル長Ｌｐを超えていることを、ユーザの視覚や聴覚に訴えることができるため、その旨を迅速かつ確実にユーザに知らせることができる効果を奏する。

実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では、ケーブル長測定装置３がネットワークを構成している差動信号線１に接続されているものを示したが、図８に示すように、ケーブル長測定装置３が、差動信号線１に接続されている通信端末４に組み込まれているようにしてもよい。
図８の例では、ケーブル長測定装置３が通信端末４に組み込まれているが、通信端末５や通信端末６に組み込まれていてもよい。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 差動信号線、１ａ，１ｂ 信号線、１ｃ シールド線、２ 終端抵抗 ３ ケーブル長測定装置、４，５，６ 通信端末、１０ ２チャンネル対応ＴＤＲ測定部、１１，１２ ステップ波出力部（ステップ波出力手段）、１３ オシロスコープ（電圧測定手段）、１４ Ｚｃｏｍｍ計算部（コモンモードインピーダンス算出手段）、１５ 伝播遅延設定部（差動信号線ケーブル長算出手段）、１６ ケーブル長算出部（差動信号線ケーブル長算出手段）、１７ 短信号線ケーブル長算出部（差動信号線ケーブル長算出手段）、１８ ケーブル総長算出部（差動信号線ケーブル長算出手段）、１９ 長信号線ケーブル長算出部（差動信号線ケーブル長算出手段）、２０ 許容ケーブル長設定部（判定手段）、２１ 判定部（判定手段）、２２ 異常検出部（異常検出手段）。

Claims (6)

1. ネットワークを構成している差動信号線に対して、ステップ波を出力するステップ波出力手段と、上記ステップ波出力手段からステップ波が出力された時点から上記差動信号線の電圧を繰り返し測定する電圧測定手段と、上記電圧測定手段により測定された電圧から上記差動信号線のコモンモードインピーダンスを算出するコモンモードインピーダンス算出手段と、上記ステップ波出力手段からステップ波の出力が開始された時点から、上記コモンモードインピーダンス算出手段により算出されるコモンモードインピーダンスがステップ状に変化する時点までの経過時間を特定し、上記経過時間から上記差動信号線のケーブル長を算出する差動信号線ケーブル長算出手段とを備えたケーブル長測定装置。
2. 上記差動信号線の途中に接続され、接続位置から見て異なる２方向の差動信号線のケーブル長が異なる場合、
   上記差動信号線ケーブル長算出手段は、
   上記ステップ波出力手段からステップ波の出力が開始された時点から、上記コモンモードインピーダンス算出手段により算出されるコモンモードインピーダンスが最初にステップ状に変化する時点までの経過時間を特定し、上記経過時間からケーブル長が短い方の差動信号線のケーブル長を算出する短信号線ケーブル長算出部と、
   上記ステップ波出力手段からステップ波の出力が開始された時点から、上記コモンモードインピーダンス算出手段により算出されるコモンモードインピーダンスが無限大に近づく時点までの経過時間を特定し、上記経過時間から上記２方向の差動信号線のケーブル長の総和を算出するケーブル総長算出部と、
   上記ケーブル総長算出部により算出されたケーブル長の総和から上記短信号線ケーブル長算出部により算出されたケーブル長を減算して、ケーブル長が長い方の差動信号線のケーブル長を算出する長信号線ケーブル長算出部と
   から構成されていることを特徴とする請求項１記載のケーブル長測定装置。
3. 上記差動信号線ケーブル長算出手段により算出された差動信号線のケーブル長が予め設定されている許容ケーブル長の範囲内に収まっているか否かを判定する判定手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のケーブル長測定装置。
4. 上記判定手段により差動信号線のケーブル長が許容ケーブル長の範囲内に収まっていないと判定された場合、異常の発生を知らせる異常検出手段を設けたことを特徴とする請求項３記載のケーブル長測定装置。
5. 請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のケーブル長測定装置が、上記ネットワークに接続されている通信端末に組み込まれていることを特徴とする通信システム。
6. ステップ波出力手段が、ネットワークを構成している差動信号線に対して、ステップ波を出力するステップ波出力処理ステップと、電圧測定手段が、上記ステップ波出力処理ステップでステップ波が出力された時点から上記差動信号線の電圧を繰り返し測定する電圧測定処理ステップと、コモンモードインピーダンス算出手段が、上記電圧測定処理ステップで測定された電圧から上記差動信号線のコモンモードインピーダンスを算出するコモンモードインピーダンス算出処理ステップと、差動信号線ケーブル長算出手段が、上記ステップ波出力処理ステップでステップ波の出力が開始された時点から、上記コモンモードインピーダンス算出処理ステップで算出されるコモンモードインピーダンスがステップ状に変化する時点までの経過時間を特定し、上記経過時間から上記差動信号線のケーブル長を算出する差動信号線ケーブル長算出処理ステップとを備えたケーブル長測定方法。

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