JP2006115401A

JP2006115401A - 通信線用適応型コモンモードノイズフィルタ

Info

Publication number: JP2006115401A
Application number: JP2004303078A
Authority: JP
Inventors: Masao Masugi; 正男馬杉; Yoshiharu Akiyama; 佳春秋山; Mitsuo Hattori; 光男服部
Original assignee: NTT Advanced Technology Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Advanced Technology Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2006-04-27

Abstract

【課題】通信線上の広い周波数範囲のコモンモードノイズを除去するための通信線用適応型コモンモードノイズフィルタを提供する。
【解決手段】通信線用適応型コモンモードノイズフィルタ１は、通信線２の誘導電圧によりコモンモードノイズを検出する誘導電圧検出部１１と、コモンモードノイズを除去するためのノイズ除去信号を生成するノイズ除去信号生成部１２と、生成されたノイズ除去信号を通信線２へ印加するノイズ除去信号印加部１３と、検出されたコモンモードノイズを参照信号とし、このコモンモードノイズの振幅値が小さくなるように、ノイズ除去信号の振幅値と位相情報を決定する最適化処理部１４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信線上の広い周波数範囲のコモンモードノイズを除去するための通信線用適応型コモンモードノイズフィルタに関するものである。

近年、無線機器やインバータ機器から発生する不要電波（電磁ノイズ）が引き起こす電磁障害が問題化している。不要電波が通信線に誘導した場合、通信機器に電磁障害が発生したり通信品質の低下を招く可能性があることから、国際的にも各種妨害波の規制の動きがある（例えば、IEC/CISPR Pub.22）。また、電子装置の高速化・低電力化等に伴う電子機器の耐力低下に加えて、例えば、電力線を通信線として利用する電力線搬送通信（非特許文献１）といった新しい通信形態が普及しつつあることから、通信線への電磁誘導問題はますます複雑化する状況にある。

通信線における電磁誘導を改善する手段として、これまでに、通信線用適応型コモンモードノイズフィルタを用いる方法（特許文献１、他）、雷サージの侵入に際して通信機器の電源回路と通信回路との間に電位差が生じる事態を抑制する方法（特許文献２、他）、通信回路の出力信号を検知してＳ／Ｎ比を改善する方法（特許文献３、他）等が提案されている。これらは、電磁誘導の要因となる不要電波・電磁妨害波源が明確である場合、さらには特定の周波数帯における誘導信号を削除する場合に有効である。
実開平６−２９２２６号公報特開平１１−２２５４３３号公報特許第３２３１６４号公報秋山、他、"電力線搬送通信（ＰＬＣ）における機器試験用疑似通信回路網の検討"、信学技法EMCJ2003-12, pp.71-75, 2003-4

上記従来の通信線への電磁誘導を改善する手段では、電磁誘導の要因となる不要電波・電磁妨害波源が明確である場合、あるいは特定の周波数帯における誘導信号を削除する場合に有効である。

しかしながら、（１）ノイズ種別に応じてフィルタの最適化を図る必要がある（例えば、従来のＬＣ型ノイズフィルタは、（ａ）回路素子特有の共振周波数を有するため、所望の減衰量を広い周波数帯域で得ることができない、（ｂ）特に低い周波数帯域をカットするノイズフィルタの場合、インダクタンス素子が大型化する、等の制約がある）、（２）ノイズの周波数変動が生じた場合への対応が容易でない、（３）電磁誘導の要因となる不要電波・電磁妨害波の周波数帯域が事前に特定できない事象への対応が容易でない、等の点で課題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、通信線上の広い周波数範囲のコモンモードノイズを除去するための通信線用適応型コモンモードノイズフィルタを提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１の本発明は、平衡線または平衡線である電力線を通信線として使用する通信機器または通信線終端部と当該通信線の間に設置され、
前記通信線の誘導電圧、誘導電流の少なくとも一方の形式により当該通信線のコモンモードノイズを検出するコモンモードノイズ検出部と、前記コモンモードノイズを除去するためのノイズ除去信号を生成するノイズ除去信号生成部と、前記生成されたノイズ除去信号をコモンモード電圧、コモンモード電流の少なくとも一方の形式で前記通信線へ印加するノイズ除去信号印加部と、前記検出されるコモンモードノイズの振幅値が小さくなるように、前記ノイズ除去信号の振幅値と位相情報を決定する最適化処理部とを備えることを特徴とする通信線用適応型コモンモードノイズフィルタをもって解決手段とする。

請求項２の本発明は、前記最適化処理部は、事前に指定した回数の最適化処理を反復して前記ノイズ除去信号を規定するためのフィルタ係数を決定することと、任意に指定した最適化関数の収束レベルに達するまで最適化処理を繰り返して当該フィルタ係数を決定することの少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１記載の通信線用適応型コモンモードノイズフィルタをもって解決手段とする。

請求項３の本発明は、前記検出されるコモンモードノイズの振幅値を最小化させることを特徴とする請求項１または２記載の通信線用適応型コモンモードノイズフィルタをもって解決手段とする。

請求項４の本発明は、前記ノイズ除去信号印加部は、前記通信線に挿入されたトランスの巻き線と前記ノイズ除去信号生成部とを接続するトランスを備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の通信線用適応型コモンモードノイズフィルタをもって解決手段とする。

請求項５の本発明は、前記ノイズ除去信号印加部は、前記通信線の各線に挿入されたインダクタンスと、前記ノイズ除去信号生成部に接続されたインダクタンスとからなるトランスを備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の通信線用適応型コモンモードノイズフィルタをもって解決手段とする。

本発明の通信線用適応型コモンモードノイズフィルタによれば、最適化処理部が、検出されるコモンモードノイズの振幅値が小さくなるように、ノイズ除去信号の振幅値と位相情報を決定するので、通信線上の広い周波数範囲のコモンモードノイズを低下させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態に係る通信線用適応型コモンモードノイズフィルタの構成図である。

図１において、１は通信線用適応型コモンモードノイズフィルタ、２は平衡線である通信線（または平衡線である電力線を通信線とした場合の電力線）、３は通信線終端部（または通信機器）、４はノイズ源である。

通信線用適応型コモンモードノイズフィルタ１は、通信線２の誘導電圧の形式で通信線２のコモンモードノイズを検出する誘導電圧検出部１１（コモンモードノイズ検出部）と、コモンモードノイズを除去するためのノイズ除去信号を生成するノイズ除去信号生成部１２と、生成されたノイズ除去信号を通信線２へ印加するノイズ除去信号印加部１３と、検出されたコモンモードノイズを参照信号とし、このコモンモードノイズの振幅値が小さくなるように、ノイズ除去信号の振幅値と位相情報を決定する最適化処理部１４とを備える。

図１は、電子フィルタ等であるノイズ源４から発生するノイズが、空間あるいは電源線等の伝送線路を経由して通信線２へコモンモードノイズとして誘導された場合、通信線２と通信線終端部３の間に設置された通信線用適応型コモンモードノイズフィルタ１を用いて、通信線２のノイズ信号を除去するイメージに対応している。

ここで、通信線２のコモンモードノイズは、誘導電圧検出部１１により、コモンモードの誘導電圧として検出される。つまり、誘導電圧検出部１１は、２^ｎ本の通信線２を同じ位相で伝播するノイズ信号を検出する。ここで、誘導電圧検出部１１を実現するための手段としては、容量性電圧プローブ、疑似通信回路網（特開平３−２２２５２９号公報、特開平３−２８９２２１号公報、特開平４−２０１２６号公報、CISPR Pub.16-1-1933等に基づくかあるいは準ずる回路）、この疑似通信回路網と任意の周波数帯域成分を選択するためのフィルタを組み合わせる方法、などが考えられる。

最適化処理部１４は、誘導電圧検出部１１で検出された誘導電圧を参照信号とし、当該誘導電圧を最小化するように（つまり、誘導電圧とノイズ除去信号の合計値を最小化するように）、ノイズ除去信号の特性を決定づけるフィルタ係数を設定する。なお、通信線用適応型コモンモードノイズフィルタ１のフィルタ係数を決定するためのアルゴリズムとしては、最小平均二乗アルゴリズム、適応格子アルゴリズム、逐次最小二乗アルゴリズム、最小二乗格子型アルゴリズム、高速トランスバーサルフィルタ（ＦＴＦアルゴリズム等）、その他が利用可能である。なお、飯国洋二、”適応信号処理アルゴリズム”、培風館、２０００に詳しい内容が掲載されている。

また、最適化処理部１４は、事前に指定した回数の最適化処理を反復することで、フィルタ係数を決定することができる。また、任意に指定した最適化関数の収束レベルに達するまで最適化処理を繰り返すことによりフィルタ係数を決定することができる。また、これら両方の方法を行ってフィルタ係数を決定してもよい。

なお、また、最適化処理部１４において、誘導電圧検出部１１で測定した通信線２への誘導電圧を参照信号とする際、誘導電圧検出部１１で測定した誘導電圧の時間変動をそのまま利用する方法と、誘導電圧検出部１１で測定した誘導電圧の時間変動より任意の周波数帯域内の周波数分布を求め、任意の周波数帯域内の変動成分を選択して利用する方法のいずれも考えられる。

次に、最適化処理部１４により決定されたフィルタ係数によって特性（具体的には、振幅値と位相情報など）が定まったノイズ除去信号は、ノイズ除去信号印加部１３により、コモンモード電圧、コモンモード電流の少なくとも一方の信号形式で通信線２へ印加される。なお、ノイズ除去信号印加部１３の実現手段としては、コモンモード電圧の場合、容量性電圧プローブ、疑似通信回路網、妨害波印加フィルタ（特開平６−２０９３００号公報、特開平１０−１０１１７７号公報等に記載）等、コモンモード電流の場合、電流プローブ、トランス等が利用可能である。

すなわち、以上の一連の処理によって、誘導電圧検出部１１で検出された誘導電圧を最小化することで、通信線２の誘導電圧（コモンモードノイズ）の抑制、あるいは通信線２を介した外部へのノイズの出力抑制を実現できるという効果を奏する。なお、図１の例では、通信線２は、２線から構成されるが、４線等の場合にも本発明を適用することができる。また、図１の例では、誘導電圧検出部１１は通信線用適応型コモンモードノイズフィルタ１内に設けられているが、対象とする系に応じて、通信線用適応型コモンモードノイズフィルタ１外に設けることも可能であり、ノイズ源４に近い位置に設置されることが、最適化処理部１４によるフィルタ係数決定の精度を向上させる上で望ましい。

図２は、本実施の形態に係る通信線用適応型コモンモードノイズフィルタの他の構成図である。図２において、１１Ａは、通信線２の誘導電流の形式で通信線２のコモンモードノイズを検出する誘導電流検出部（コモンモードノイズ検出部）である。

図２は、図１における誘導電圧検出部１１に代えて、誘導電流検出部１１Ａを利用した例に対応している。誘導電流検出部１１Ａは、２^ｎ本の通信線２を同じ位相で伝播するノイズ信号を電流性のコモンモード信号として検出する。最適化処理部１４は、誘導電流検出部１１Ａで検出された誘導電流を参照信号とし、当該誘導電流を最小化するように（つまり、誘導電流とノイズ除去信号の合計値を最小化するように）通信線用適応型コモンモードノイズフィルタのフィルタ係数を設定する。

また、最適化処理部１４において、誘導電流検出部１１Ａで検出した通信線２の誘導電流を参照する際、この誘導電流をそのまま利用する方法と、この誘導電流の時間変動より周波数分布を求め、任意の周波数帯域内の変動成分を選択して利用する方法のいずれをも採用できる。なお、誘導電流検出部１１Ａの実現手段としては、伝導線測定用の電流プローブを用いる方法、磁気センサを電流センサとして用いる方法、伝導線測定用の電流プローブと任意の周波数帯域成分を選択するためのフィルタを組み合わせる方法、磁気センサを電流センサとして利用し、当該フィルタを組み合わせる方法、等が考えられる。

また、図２の例では、誘導電流検出部１１Ａは通信線用適応型コモンモードノイズフィルタ１内に設けられているが、対象とする系に応じて、通信線用適応型コモンモードノイズフィルタ１外に設けることも可能であり、ノイズ源４に近い位置に設置されることが、最適化処理部１４によるフィルタ係数決定の精度を向上させる上で望ましい。

図３は、通信線２が２線の場合において、ノイズ除去信号印加部１３として、トランスを用いた回路構成例を示す図である。図３において、ａ，ａ’，ｂ，ｂ’は入出力端子、Ｌはインダクタンスを示している。

図３（ａ）では、通信線２の間に挿入されたトランスＴ１（主な回路素子＝インダクタンスＬ１）の巻き線の中点に対して、ノイズ除去信号生成部１２に接続されたトランスＴ２（主な回路素子＝インダクタンスＬ２）が設置されている。このとき、トランスＴ２内において、２つのインダクタンスＬ２間の磁界が打ち消しあうように、ノイズ除去信号生成部１２で生成されたノイズ除去信号を加える方法により、トランスＴ１において通信線２上のコモンモードのノイズ信号を抑制することができる。

また、図３（ｂ）では、通信線２の各線にインダクタンスを挿入し、対抗側には、ノイズ除去信号生成部１２に接続されたインダクタンスが設置されている（各線にトランスを設置）。このとき、各トランス内において、２つのインダクタンス間（Ｌ１間、あるいはＬ２間）の磁界が打ち消しあうように、ノイズ除去信号生成部１２で生成されたノイズ除去信号を加える方法により、通信線２上のコモンモードのノイズ信号を抑制することができる。

なお、図３では、２線の通信線の場合を示したが、４線や８線等の他の場合においても同様に実施することができる。

図４は、図２に示した構成で、コモンモードの誘導電流ノイズの抑制効果をシミュレーションによって確認した結果例を示す図である。図４では、横軸が時間、縦軸が誘導電流検出部１１Ａで検出された誘導電流に対応しており、（ａ）が、通信線２へ誘導ノイズを単に印加した場合の例、（ｂ）が図２の通信線用適応型コモンモードノイズフィルタ１を利用した場合の例である。また、ここでは、１０Ｈｚから１０ＭＨｚの周波数帯域をカバーする電流プローブを誘導電流検出部１１Ａとして使用した例を想定している。

図４に示すように、時間軸上で異なる周期を有する誘導電流ノイズの振幅レベルが２０分の１以下に低下していることがわかる。すなわち、広い周波数成分を有するコモンモードのノイズが通信線２に誘導した場合に、通信線用適応型コモンモードノイズフィルタ１が効果的であることが図４の結果から確認できる。

なお、本実施の形態では、通信線のコモンモードノイズを誘導電流と誘導電圧の両方の形式により検出することも可能であり、ノイズ除去信号をコモンモード電圧とコモンモード電流の両方の形式で通信線に印加することも可能である。

以上の説明で明らかなように、本発明によれば、通信線へのノイズ信号の誘導抑制、通信線を介した外部へのノイズ信号の出力抑制を効率的に実現できる。また、本発明の通信線用適応型コモンモードノイズフィルタを１組以上の通信線上、通信線と通信線終端部（または通信機器）との間、電力線上、電力線と電力線終端部との間、等に設置することにより、通信利用時において発生する電磁障害、通信線を介した電磁障害の低減及び対策に多大な効果が期待できる。

本実施の形態に係る通信線用適応型コモンモードノイズフィルタの構成図である。本実施の形態に係る通信線用適応型コモンモードノイズフィルタの他の構成図である。図３は、通信線２が２線の場合において、ノイズ除去信号印加部１３として、トランスを用いた回路構成例を示す図である。図２に示した構成で、コモンモードの誘導電流ノイズの抑制効果をシミュレーションによって確認した結果例を示す図である。

符号の説明

１通信線用適応型コモンモードノイズフィルタ
２通信線
３通信線終端部（または通信機器）
４ノイズ源
１１誘導電圧検出部
１１Ａ誘導電流検出部
１２ノイズ除去信号生成部
１３ノイズ除去信号印加部
１４最適化処理部

Claims

平衡線または平衡線である電力線を通信線として使用する通信機器または通信線終端部と当該通信線の間に設置され、
前記通信線の誘導電圧、誘導電流の少なくとも一方の形式により当該通信線のコモンモードノイズを検出するコモンモードノイズ検出部と、
前記コモンモードノイズを除去するためのノイズ除去信号を生成するノイズ除去信号生成部と、
前記生成されたノイズ除去信号をコモンモード電圧、コモンモード電流の少なくとも一方の形式で前記通信線へ印加するノイズ除去信号印加部と、
前記検出されるコモンモードノイズの振幅値が小さくなるように、前記ノイズ除去信号の振幅値と位相情報を決定する最適化処理部と
を備えることを特徴とする通信線用適応型コモンモードノイズフィルタ。
前記最適化処理部は、事前に指定した回数の最適化処理を反復して前記ノイズ除去信号を規定するためのフィルタ係数を決定することと、任意に指定した最適化関数の収束レベルに達するまで最適化処理を繰り返して当該フィルタ係数を決定することの少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１記載の通信線用適応型コモンモードノイズフィルタ。
前記検出されるコモンモードノイズの振幅値を最小化させることを特徴とする請求項１または２記載の通信線用適応型コモンモードノイズフィルタ。
前記ノイズ除去信号印加部は、前記通信線に挿入されたトランスの巻き線と前記ノイズ除去信号生成部とを接続するトランスを備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の通信線用適応型コモンモードノイズフィルタ。
前記ノイズ除去信号印加部は、前記通信線の各線に挿入されたインダクタンスと、前記ノイズ除去信号生成部に接続されたインダクタンスとからなるトランスを備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の通信線用適応型コモンモードノイズフィルタ。