JP2010088134A - データ伝送方法並びにデータ伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】他のデータ伝送方法と信号線を共用しつつデータ伝送の伝送効率の向上を図る。
【解決手段】伝送信号Ｖｓの立ち上がり及び立ち下がりに同期した期間にダミービットＤｍｂを送信することにより、パルス波形の立ち上がり及び立ち下がりの区間を跨いでフレームを送信することができる。故に、従来例のように高調波ノイズの含まれない区間のみにフレームを重畳する場合と比較して伝送可能なフレーム長を長くすることができる。その結果、他のデータ伝送方法と伝送路を共用しつつデータ伝送の伝送効率の向上を図ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、データ伝送方法に関し、特に時間軸上で略矩形を成すパルス波形の列で表される伝送信号が伝送される伝送路を利用してデータを伝送するデータ伝送方法に関するものである。

従来、時間軸上で略矩形を成すパルス波形の列で表される伝送信号によって遠隔から負荷の監視並びに制御を行う遠隔監視制御システムが提供されている。

かかる遠隔監視制御システムとして、例えば、図９に示すように伝送ユニット２１に２線式の信号線Ｌｓを介して入力端末器２２と制御端末器２３とを接続し、入力端末器２２に付設したスイッチやセンサなどからの監視入力に応じて制御端末器２３に付設した負荷Ｌを制御するようにしたものがある（特許文献１参照）。入力端末器２２および制御端末器２３にはそれぞれアドレスが設定され、入力端末器２２に監視入力が入力されると伝送ユニット２１に対して監視入力に対応した監視データが伝送され、伝送ユニット２１では監視データを受け取ると、アドレスによって入力端末器２２との対応関係が設定された制御端末器２３に対して監視データに対応した制御データを伝送し、制御端末器２３を介して負荷Ｌを制御するのである。入力端末器２２に監視入力を与える手段としては、スイッチだけではなく、スイッチと等価に扱うことができるセンサであってもよいが、以下ではスイッチの操作によって入力端末器２２に監視入力が与えられるものとして説明する。すなわち、監視入力がスイッチの操作に呼応して発生するから、監視入力を操作入力と呼ぶことにする。

伝送ユニット２１は、信号線Ｌｓに対して、図１０（ａ）（ｂ）のような形式の伝送信号Ｖｓを送出する。すなわち、伝送信号Ｖｓは、信号送出開始を示すスタートパルスＳＹ、伝送信号Ｖｓのモードを示すモードデータＭＤ、入力端末器２２や制御端末器２３を各別に呼び出すためのアドレスデータＡＤ、負荷を制御するための制御データＣＤ、伝送エラーを検出するためのチェックサムデータＣＳ、入力端末器２２や制御端末器２３からの返送信号を受信するタイムスロットである信号返送期間ＷＴ等よりなる複極（±２４Ｖ）の時分割多重信号であり、時間軸上で略矩形を成すパルス波形の列をパルス幅変調することによってデータが伝送されるようになっている。

各入力端末器２２および各制御端末器２３では、信号線Ｌｓを介して受信した伝送信号Ｖｓのアドレスデータがそれぞれに設定されているアドレスデータに一致すると、伝送信号Ｖｓから制御データを取り込むとともに、伝送信号Ｖｓの信号返送期間ＷＴに同期して監視データを電流モードの信号（信号線Ｌｓを適当な低インピーダンスを介して短絡することにより送出される信号）として返送する。

伝送ユニット２１は、常時は伝送信号Ｖｓに含まれるアドレスデータをサイクリックに変化させて入力端末器２２および制御端末器２３を順次アクセスする常時ポーリングを行う。常時ポーリングの際には、伝送信号Ｖｓに含まれるアドレスデータが一致した入力端末器２２または制御端末器２３では伝送信号Ｖｓに制御データが含まれていれば制御データを取り込んで動作し、入力端末器２２または制御端末器２３の動作状態を監視データとして伝送ユニット２１に返送する。

一方、伝送ユニット２１は、いずれかの入力端末器２２において、スイッチからの操作入力に対応して発生した図１０（ｃ）のような割込信号Ｖｉを受信したときに割込信号を発生した入力端末器２２を検出した後、その入力端末器２２にアクセスして操作入力に呼応した監視データを返送させる割込ポーリングも行う。

すなわち、伝送ユニット２１では、常時は、アドレスデータをサイクリックに変更した伝送信号Ｖｓを信号線Ｌｓに送出する常時ポーリングを行い、入力端末器２２から発生した割込信号Ｖｉを伝送信号ＶｓのスタートパルスＳＹに同期して検出すると、モードデータＭＤを割込ポーリングモードとした伝送信号Ｖｓを送出する。割込信号Ｖｉを発生した入力端末器２２は、割込ポーリングモードの伝送信号Ｖｓのアドレスデータの上位ビットが一致していると、その伝送信号Ｖｓの信号返送期間ＷＴに同期して入力端末器２２に設定されているアドレスデータの下位ビットを返信データとして返送する。このようにして伝送ユニット２１では割込信号Ｖｉを発生した入力端末器２２のアドレスを獲得する。

このようにして、割込信号Ｖｉを発生した入力端末器２２のアドレスを伝送ユニット２１が獲得すると、伝送ユニット２１では入力端末器２２に対して監視データの返送を要求する伝送信号Ｖｓを送出し、入力端末器２２は操作入力に対応した監視データを伝送ユニット２１に返送する。伝送ユニット２１は監視データを受け取ると、該当する入力端末器２２の操作入力をクリアするように指示を与え、入力端末器２２では操作入力のクリアを返送する。つまり、伝送ユニット２１では、割込信号Ｖｉを検出する伝送信号Ｖｓを含めて４個の伝送信号Ｖｓにより操作入力を受け取ることになる。

監視データを受け取った伝送ユニット２１は、アドレスの対応関係によって入力端末器２２に予め対応付けられている制御端末器２３に対する制御データを生成し、この制御データを含む伝送信号Ｖｓを信号線Ｌｓに送出して制御端末器２３に付設した負荷Ｌを制御する。

ところで、上述のような遠隔監視制御システムでは、ポーリング・セレクティング方式により伝送ユニット２１を介して入力端末器２２と制御端末器２３が通信を行っている。そのために通信速度が比較的に低速であり、例えば、電力量の計測値や通話用の音声のように監視データや制御データに比べて遙かに通信量が多くなるデータの伝送には不向きである。

そこで、伝送信号Ｖｓに音声信号を変調して重畳することにより、遠隔監視制御システムと信号線Ｌｓを共用しながら高速通信を行うデータ伝送方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。なお、特許文献２に記載されている従来例では、伝送信号Ｖｓの立ち上がり及び立ち下がり時に発生するノイズ（高調波ノイズ）の影響を避けるために伝送信号Ｖｓのパルス波形がハイレベル並びにローレベルに安定している期間にのみ音声信号を重畳するようにしている。

特開２００５−７３０７５号公報 特開平８−２７４７４２号公報

しかしながら、上記従来例では伝送可能なフレームの長さ（フレーム長）が伝送信号Ｖｓのパルス幅の最小値で規定されてしまうためにフレーム長をあまり大きくすることができず、伝送効率がよくないという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、他のデータ伝送方法と信号線を共用しつつデータ伝送の伝送効率の向上が図れるデータ伝送方法を提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、時間軸上で略矩形を成すパルス波形の列で表される伝送信号が伝送される伝送路を利用してデータを伝送するデータ伝送方法であって、前記パルス波形の立ち上がり及び立ち下がりの最短時間間隔と同一の時間間隔で前記フレームに無効なデータを挿入して伝送することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、前記パルス波形の立ち上がり及び立ち下がりの最短時間間隔と同一の時間間隔で前記フレームに無効なデータを挿入して伝送するので、パルス波形の立ち上がり及び立ち下がりの区間を跨いでフレームを送信することができ、従来例のように高調波ノイズの含まれない区間のみにフレームを重畳する場合と比較して伝送可能なフレーム長を長くすることができる。その結果、他のデータ伝送方法と伝送路を共用しつつデータ伝送の伝送効率の向上を図ることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記フレームの同期シンボルをプリアンブルとフレーム開始部で構成したことを特徴とする。

請求項２の発明によれば、フレームの同期シンボルをプリアンブルとフレーム開始部で構成しているから、パルス波形の立ち上がり又は立ち下がり時に発生する高調波ノイズによってプリアンブルの一部に伝送エラーが生じても同期を確立することができる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、複数の前記同期シンボルを連続して伝送することを特徴とする。

請求項３の発明によれば、複数の前記同期シンボルを連続して伝送するから、パルス波形の立ち上がり又は立ち下がり時に発生する高調波ノイズによって同期が取れなくなる確率がさらに低くなる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、連続して伝送する各同期シンボルにおいてはそれぞれのフレーム開始部に残りの同期シンボルのビット数の情報を含めることを特徴とする。

請求項４の発明によれば、連続して伝送する各同期シンボルにおいてはそれぞれのフレーム開始部に残りの同期シンボルのビット数の情報を含めるので、同期が確立した後の同期シンボルについては無視すればよいから受信したデータの処理が簡素化できる。

請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記フレームの同期シンボルをプリアンブルと複数のフレーム開始部で構成したことを特徴とする。

請求項５の発明によれば、前記フレームの同期シンボルをプリアンブルと複数のフレーム開始部で構成したので、パルス波形の立ち上がり又は立ち下がり時に発生する高調波ノイズによってプリアンブルの一部に伝送エラーが生じても同期を確立することができるとともに伝送効率が向上できる。

請求項６の発明は、請求項３〜５の何れか１項の発明において、連続して伝送する複数の同期シンボルを構成しているプリアンブル並びにフレーム開始部は、各同期シンボル毎に互いに符号間距離の長い異なる符号からなることを特徴とする。

請求項６の発明によれば、連続して伝送する複数の同期シンボルを構成しているプリアンブル並びにフレーム開始部は、各同期シンボル毎に互いに符号間距離の長い異なる符号からなるので、同期シンボルを読み間違う確率が下がる。

本発明によれば、他のデータ伝送方法と伝送路を共用しつつデータ伝送の伝送効率の向上を図ることができる。

（ａ）は本発明に係るデータ伝送方法を実施するためのデータ伝送システムのシステム構成図、（ｂ）は同上におけるデータ伝送装置のブロック図である。 （ａ），（ｂ）は本発明の実施形態１におけるフレームと同期シンボルのデータ構造図である。 （ａ）はデータ伝送装置の受信部の要部回路構成図、（ｂ）は受信部が具備するダイオードブリッジを通過した信号の波形図である。 本発明の実施形態２におけるフレームと同期シンボルの一部省略したデータ構造図である。 本発明の実施形態３におけるフレームと同期シンボルの一部省略したデータ構造図である。 本発明の実施形態４におけるフレームと同期シンボルの一部省略したデータ構造図である。 本発明の実施形態５におけるフレームと同期シンボルの一部省略したデータ構造図である。 本発明の実施形態６におけるフレームと同期シンボルの説明図である。 従来の遠隔監視制御システムのシステム構成図である。 同上における伝送信号の信号フォーマットである。

以下、従来例で説明した遠隔監視制御システムのデータ伝送方法と信号線Ｌｓを共用するデータ伝送方法に本発明の技術思想を適用した実施形態について説明する。但し、本発明に係るデータ伝送方法が信号線を共用可能である他のデータ伝送方法は実施形態のもの（パルス幅変調による時分割多重伝送）に限定されるものではない。

まず、本発明に係るデータ伝送方法を実施するデータ伝送システムについて、図１を参照して説明する。

本実施形態のデータ伝送システムは、従来技術で説明した遠隔監視制御システムと信号線Ｌｓを共用するものである。遠隔監視制御システムでは、伝送ユニット２１に対して入力端末器２２並びに制御端末器２３が２線式の信号線Ｌｓによって並列接続されてなり、従来技術で説明したようにパルス列をパルス幅変調してなる伝送信号Ｖｓを伝送ユニット２１と入力端末器２２並びに制御端末器２３の間で時分割多重伝送している。

本実施形態のデータ伝送システムは、図１（ａ）に示すように互いに信号線Ｌｓに並列接続された複数（図示例では２つ）のデータ伝送装置１，１で構成される。データ伝送装置１は、図１（ｂ）に示すように信号線Ｌｓを介して伝送ユニット２１と各端末器２２，２３の間で伝送される伝送信号Ｖｓを監視する伝送信号監視部１０と、他のデータ伝送装置１に伝送すべきデータを含んだフレームを変調するとともに伝送信号Ｖｓに重畳して信号線Ｌｓに送出する送信部１１と、信号線Ｌｓを介して伝送されるフレームを伝送信号Ｖｓから分離して受信するとともに復調する受信部１２と、内部で発生したデータ若しくは外部から入力されるデータをフレームに格納して送信部１１から送信させる送信処理、並びに受信部１２で受信し且つ復調されたフレームを取り込んで当該フレームに格納されたデータを取り出す受信処理を実行する伝送制御部１３とを備えている。

受信部１２は、図３（ａ）に示すようにダイオードブリッジＤＢによって平衡／不平衡変換を行うことで相対的に低周波数である伝送信号Ｖｓからフレームを分離している。ここで、図３（ｂ）に示すように、ダイオードブリッジＤＢを通過した信号電圧には伝送信号Ｖｓの立ち上がり並びに立ち下がり時に発生する高調波ノイズＮが重畳しているために立ち上がり及び立ち下がり時に過大な瞬時電圧がダイオードブリッジＤＢの出力端間に印加されて後段のアンプＡ等が破壊されてしまう虞がある。そこで本実施形態では、ダイオードブリッジＤＢの高電位側の出力とアンプＡの入力端との接続点に、直列接続された一対のダイオードＤ１，Ｄ２からなるクランプ回路を設け、上記過大な瞬時電圧がアンプＡに印加されるのを防いでいる。但し、クランプ回路によって信号線Ｌｓの線間電圧が制限されないようにダイオードブリッジＤＢとクランプ回路の間には直流カット用のコンデンサＣｃが挿入してある。さらに本実施形態では、ダイオードブリッジＤＢの出力電圧を定電圧回路ＲＥＧで定電圧化することでデータ伝送装置１の動作用電源を作成している。

データ伝送装置１では、伝送信号監視部１０において信号線Ｌｓを介して伝送信号Ｖｓのパルス波形を監視し、パルス波形の立ち上がり及び立ち下がりに同期した監視信号を伝送制御部１３に出力している。そして、伝送制御部１３では伝送信号受信部１０から出力される監視信号に基づき、パルス波形の立ち上がり又は立ち下がり後に送信部１１からフレームを送出して伝送信号Ｖｓに重畳させるタイミングを調整している。

（実施形態１）
本実施形態のデータ伝送方法におけるフレームと同期シンボルのデータ構造を図２に示す。一般的なデータ伝送ではフレームに先行して同期確立のために同期シンボルを送信しており、本実施形態ではプリアンブルを同期シンボルとしている。同期シンボルに続いて送信されるフレームは、通常、制御ビット、宛先アドレス、送信元アドレス、データ、フレーム検査シーケンス（ＦＣＳ）で構成される（図２（ａ）参照）。

本実施形態は、図２（ｂ）に示すように伝送信号Ｖｓの立ち上がり及び立ち下がりの最短時間間隔と同一の時間間隔でフレームに無効なデータ（ダミービット）Ｄｍｂを挿入している点に特徴がある。

上述のように受信部１２のダイオードブリッジＤＢを通過した信号電圧には伝送信号Ｖｓの立ち上がり並びに立ち下がり時に発生する高調波ノイズＮが重畳しているため、この部分でフレームが部分的に潰されて伝送誤りが生じてしまう可能性が高い。そこで本実施形態では、伝送信号Ｖｓの立ち上がり及び立ち下がりに同期した期間にダミービットＤｍｂを送信することにより、一つのフレームで一括して送信できるデータ（有効なデータ）の量を増やすことができる。しかも、データを分割して多数のフレームで送信する場合と比較して、データ伝送に要するフレームの数を減らして伝送効率を向上することができる。つまり、フレームに含まれるデータ以外の部分（制御ビット、宛先アドレス、送信元アドレス、ＦＣＳ）によって伝送効率が低下するから、フレーム数を減らすことで前記データ以外の分だけ伝送効率が向上するのである。

（実施形態２）
本実施形態のデータ伝送方法におけるフレームと同期シンボルのデータ構造を図４に示す。本実施形態では、フレームに先行して送信される同期シンボルをプリアンブルとフレーム開始部（フレーム開始デリミタ）ＳＦＤとで構成した点に特徴がある。但し、フレームの構造については実施形態１と共通であるから説明を省略する。

而して、プリアンブルとフレーム開始部ＳＦＤとで構成された同期シンボルをフレームに先行して送信すれば、高調波ノイズによってプリアンブルの一部に伝送エラーが生じても同期を確立することができ、同期確立の確度をさらに高めることができる。

（実施形態３）
本実施形態のデータ伝送方法におけるフレームと同期シンボルのデータ構造を図５に示す。本実施形態では、プリアンブルとフレーム開始部ＳＦＤとで構成された複数（図示例では３つ）の同期シンボルをフレームに先行して送信する点に特徴がある。但し、各同期シンボル並びにフレームの構造については実施形態２と共通であるから説明を省略する。

上述のようにプリアンブルとフレーム開始部ＳＦＤとで構成された複数の同期シンボルをフレームに先行して送信すれば、高調波ノイズによって何れかの同期シンボルで同期が確立できなくても他の何れかの同期シンボルによって同期を確立することができて同期が取れなくなる確率が低くなる。

（実施形態４）
本実施形態のデータ伝送方法におけるフレームと同期シンボルのデータ構造を図６に示す。本実施形態では、実施形態３と同様にプリアンブルとフレーム開始部ＳＦＤとで構成された複数（図示例では３つ）の同期シンボルをフレームに先行して送信するとともに、後続の同期シンボルのビット数を合計した値（総ビット数）をフレーム開始部ＳＦＤに含める点に特徴がある。但し、各同期シンボル並びにフレームの構造については実施形態２と共通であるから説明を省略する。

実施形態３では、例えば先頭の同期シンボルで同期が確立できたとしても当該同期シンボルが何番目の同期シンボルであるか、言い換えると、どこからフレームが始まるのかが判らないために受信したデータの処理が煩雑になってしまう。

これに対して本実施形態では、先頭の同期シンボルのフレーム開始部ＳＦＤに２番目と３番目の同期シンボルのビット数を足し合わせた総ビット数を含め、また、２番目の同期シンボルのフレーム開始部ＳＦＤに３番目の同期シンボルのビット数を含めているので、受信側のデータ伝送装置１における伝送制御部１３では、何れかの同期シンボルで同期が確立した後は当該同期シンボルのフレーム開始部ＳＦＤに含まれる総ビット数分の受信データについては無視すればよいから受信したデータの処理が簡素化できる。

（実施形態５）
本実施形態のデータ伝送方法におけるフレームと同期シンボルのデータ構造を図７に示す。本実施形態では、フレームに先行して送信される同期シンボルをプリアンブルと複数（図示例では３つ）のフレーム開始部ＳＦＤとで構成した点に特徴がある。但し、フレームの構造については実施形態１と共通であるから説明を省略する。

上述のようにプリアンブルと複数のフレーム開始部ＳＦＤとで構成された同期シンボルをフレームに先行して送信すれば、高調波ノイズによってプリアンブルと何れかのフレーム開始部ＳＦＤで同期が確立できなくても他の何れかのフレーム開始部ＳＦＤによって同期を確立することができて同期が取れなくなる確率が低くなる。

ここで、例えば上述のように３つのフレーム開始部ＳＦＤを連続して送信する場合に、フレーム開始部ＳＦＤを「0000_1010_0111」のビットパターンとしたとき、かかるビットパターンと８ビット連続で一致したらフレーム開始部ＳＦＤを検出したものとするようにしてもよい。つまり、高調波ノイズによるバースト誤りによって何れかのフレーム開始部ＳＦＤの連続した４ビットに伝送誤りが発生してもその前若しくは後のフレーム開始部ＳＦＤとの間で検出することが可能である。

（実施形態６）
本実施形態は、実施形態３〜５のように連続して送信する複数のプリアンブル並びにフレーム開始部ＳＦＤを、各同期シンボル毎あるいはフレーム開始部ＳＦＤ毎に互いに符号間距離の長い異なる符号で構成している点に特徴がある。

例えば、図８に示すように３ビットであれば（００１）、（０１０）、（１００）で各プリアンブルやフレーム開始部ＳＦＤを構成すれば、伝送制御部１３において同期シンボルを読み間違う確率を下げることができる。

１ データ伝送装置
１０ 伝送信号監視部
１１ 送信部
１２ 受信部
１３ 伝送制御部

Claims (6)

1. 時間軸上で略矩形を成すパルス波形の列で表される伝送信号が伝送される伝送路を利用してデータを伝送するデータ伝送方法であって、
   前記パルス波形の立ち上がり及び立ち下がりの最短時間間隔と同一の時間間隔で前記フレームに無効なデータを挿入して伝送することを特徴とするデータ伝送方法。
2. 前記フレームの同期シンボルをプリアンブルとフレーム開始部で構成したことを特徴とする請求項１記載のデータ伝送方法。
3. 複数の前記同期シンボルを連続して伝送することを特徴とする請求項２記載のデータ伝送方法。
4. 連続して伝送する各同期シンボルにおいてはそれぞれのフレーム開始部に残りの同期シンボルのビット数の情報を含めることを特徴とする請求項３記載のデータ伝送方法。
5. 前記フレームの同期シンボルをプリアンブルと複数のフレーム開始部で構成したことを特徴とする請求項１記載のデータ伝送方法。
6. 連続して伝送する複数の同期シンボルを構成しているプリアンブル並びにフレーム開始部は、各同期シンボル毎に互いに符号間距離の長い異なる符号からなることを特徴とする請求項３〜５の何れか１項に記載のデータ伝送方法。

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