JP2013236381A - 通信システムおよび通信端末 - Google Patents

Abstract

【課題】通信線のインピーダンスが低下しても通信可能とすることで、通信システムの導入を容易にする。
【解決手段】送信回路１４は、通信線４に接続され、伝送ユニット２から通信線４を介して流れ込む電流を変化させることで電流信号からなる一次信号５１を通信線４上に送出するように構成される。また、受信回路１５は、送信回路１４から送出された一次信号５１が、伝送ユニット２と通信線４との間に設けた電流電圧変換部３にて電圧信号に変換されてなる二次信号５２を受信するように構成される。つまり、通信端末１０から送出される電流信号からなる一次信号５１は、電流電圧変換部３にて電圧信号からなる二次信号５２に変換されることになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、２線式の通信線に接続される複数台の通信端末と、通信線の２線間に電圧を印加する電源装置とを備えた通信システムおよび通信端末に関する。

従来から、通信線（伝送路）に対して親機および複数台の通信端末（子機）が接続され、各通信端末と親機との間で通信を行う通信システムが知られている。この種の通信システムの一例として、親機が定期的に通信端末の状態を監視し、通信端末の状態に変化があった場合、その状態変化に対応する処理を行うように親機から他の通信端末に信号を送るシステムがある（たとえば特許文献１〜３参照）。この種の通信システムでは、通信端末の状態変化としてたとえば通信端末に付設されたスイッチのオンオフ状態が変化すると、親機は、その状態変化に対応する処理として他の通信端末に接続された照明、空調設備等のオンオフを行う。この通信システムでは、図２５に示すように通信端末１同士は直接通信を行うことはなく、常に親機２を介して通信を行うことになる。

ただし、上述したような構成では、通信端末１同士は常に親機２を介して通信を行うから、親機２が通信端末１に対してポーリングを行うため通信速度が遅く、たとえばアナログ量（電力量の計量値等）のように比較的データ量の多い情報の伝送には不向きである。また、上記構成の通信システムは、親機２の故障時などにシステム全体が停止してしまうため、信頼性が低いという問題もある。

これに対して、通信線に接続された通信端末同士がピア・ツー・ピア（以下、Ｐ２Ｐという）で直接通信を行うように構成され、通信速度を向上させることで比較的データ量の多い情報も伝送可能とした通信システムが提案されている。なお、この通信システムは、複数台の通信端末に対する電源供給を通信線に接続された１台の給電装置で行っている。

ここにおいて、通信速度や信頼性の観点からは後者のように通信端末同士が直接通信を行う通信システムが望ましいが、一般的には前者のように親機２を介して通信端末１同士が通信を行う通信システムが広く普及している。そこで、既設の通信システムを有効に利用するために、図２６に示すように前者の通信システムと高速通信が可能な後者の通信システムとを混在させた通信システムが考えられる（たとえば特許文献４参照）。

図２６の通信システムにおいて、親機２を介して通信する第１通信端末１は第１プロトコルの信号（電圧信号）を用いて通信を行う。これに対し、互いに直接通信する第２通信端末１０は第１プロトコルの信号に同期する形で第１プロトコルの信号に重畳される第２プロトコルの信号（電圧信号）を用いて通信を行う。ここで、第２プロトコルの信号は第１プロトコルの信号よりも周波数が高く、第１プロトコルの信号と第２プロトコルの信号との間には信号レベル等に差異がある。そのため、第１通信端末１と第２通信端末１０とは同一の通信線４に接続されているものの互いに通信を行うことはできない。

特許第１１８０６９０号公報 特許第１１９５３６２号公報 特許第１１４４４７７号公報 特開平８−２７４７４２号公報

ところで、上述の通信システムでは、２線式の通信線４に複数台の端末（親機２、第１通信端末１、第２通信端末１０）が接続されるから、各端末の入力インピーダンスが通信線４を介して並列接続されることとなる。したがって、第２通信端末１０間で電圧信号（第２プロトコルの信号）を用いた通信を行うためには、通信線４に接続される端末のインピーダンスを高くする必要がある。しかし、既設の端末の中には、インピーダンスが低い端末も存在する。特に、親機２は電源としても機能するために平滑コンデンサなどを出力段に具備し、比較的低いインピーダンスを示す。このような端末に関しては、通信線４との間に第２プロトコルの信号に対して高インピーダンスとなる高インピーダンスモジュール（図示せず）を接続し、信号成分に対する入力インピーダンスを高くする必要がある。

しかし、既設の通信システムを利用する場合、第２通信端末１０間で電圧信号を用いた通信を行うためには、施工業者は、上述のように既設の端末のうちインピーダンスが低い端末と通信線４との間に高インピーダンスモジュールを接続する必要がある。そのため、第２通信端末１０の導入に当たっては、施工業者は、既設の端末の位置を確認して高インピーダンスモジュールを接続する作業が必要となる。仮に、施工業者が高インピーダンスモジュールを接続し忘れていると、通信線４のインピーダンスが低下し第２通信端末１０同士の通信が成立しなくなる可能性がある。

以上のことから、上記通信システムの導入に当たっては、現場の状況の調査などに手間がかかり、施工業者の負担が大きくなるため、上記通信システムを容易に導入できないという問題がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されており、通信線のインピーダンスが低下しても通信できるようにすることで、容易に導入可能とした通信システムおよび通信端末を提供することを目的とする。

本発明の通信システムは、２線式の通信線に接続される複数の通信端末と、通信線の２線間に電圧を印加する電源装置とを備えた通信システムであって、通信線上の電流変化を抵抗成分での電圧降下により通信線上の電圧変化に変換する電流電圧変換部を備え、通信端末が、通信線に接続され通信線から流れ込む電流を変化させることで電流信号からなる一次信号を通信線上に生じさせる送信回路と、一次信号を電流電圧変換部にて電圧信号に変換してなる二次信号を受信する受信回路とを有し、受信回路が、二次信号を増幅することにより第１基準電圧からの電圧変化に変換する増幅回路と、増幅回路の出力を第２基準電圧と比較することで二次信号を２値化する比較回路とを有し、第１基準電圧が第２基準電圧からずらして設定されていることを特徴とする。

この通信システムにおいて、電流電圧変換部が、通信線の特性インピーダンスを前記抵抗成分として利用することが望ましい。

この通信システムにおいて、電流電圧変換部が、電源装置と通信線との間に接続された抵抗素子を前記抵抗成分として利用することがより望ましい。

この通信システムにおいて、電流電圧変換部は、電源装置と通信線との間に接続されたインダクタンス素子を抵抗成分として利用することがより望ましい。

この通信システムにおいて、受信回路は、送信回路が通信線から流れ込む電流を変化させたときに通信線上に電圧降下によって生じる電圧変化を二次信号として受信することがより望ましい。

この通信システムにおいて、電源装置が、通信線に印加する電圧の大きさを変化させることにより電圧信号からなる第１プロトコルの信号を通信線上に送出する信号送出部を有し、受信回路が、第１プロトコルの信号に比べて周波数が高く第１プロトコルの信号に重畳される第２プロトコルの信号を二次信号として受信することがより望ましい。

この通信システムにおいて、受信回路が、二次信号の大きさを所定の閾値と比較することで二次信号を２値化して二次信号の信号成分を取り出す比較回路を有し、通信端末が、送信回路から一次信号を送出する際に、二次信号の信号成分以外の成分が前記閾値を超えない程度に二次信号の振幅が抑制されるように、通信線から見た入力インピーダンスを低下させることがより望ましい。

この通信システムにおいて、受信回路が、二次信号の大きさを所定の閾値と比較することで二次信号を２値化する比較回路と、二次信号の立ち上がりまたは立ち下がりをトリガとして検出し、二次信号を前記トリガの検出時点から所定のパルス幅を持つ方形波に補正する補正回路とを有することがより望ましい。

この通信システムにおいて、送信回路が、二次信号において前記トリガを生じない値が連続することがないように伝送データを符号化する符号化部を有し、受信回路が、二次信号から得られる符号化されたデータを復号化して伝送データを取得する復号化部を有することがより望ましい。

本発明の通信端末は、通信線の２線間に電圧を印加する電源装置と、通信線上の電流変化を抵抗成分での電圧降下により通信線上の電圧変化に変換する電流電圧変換部とを備えた通信システムに用いられ、通信線に接続され通信線から流れ込む電流を変化させることで電流信号からなる一次信号を通信線上に送出する送信回路と、一次信号を電流電圧変換部にて電圧信号に変換してなる二次信号を受信する受信回路とを有し、受信回路が、二次信号を増幅することにより第１基準電圧からの電圧変化に変換する増幅回路と、増幅回路の出力を第２基準電圧と比較することで二次信号を２値化する比較回路とを有し、第１基準電圧が第２基準電圧からずらして設定されていることを特徴とする。

この発明によれば、通信端末の送信回路からの信号の送出は電流信号で行われ、通信端末の受信回路での信号の受信は、電流信号を電流電圧変換部にて変換した電圧信号で行われるようにしたことで、通信システムの導入が容易になるという利点がある。また、増幅回路の出力は、比較回路で用いる第１基準電圧とは異なる第２基準電圧を基準に、二次信号の電圧変化に応じて変化することとなる。そのため、比較回路では過渡応答に起因した不要成分を取り除くことができ、通信エラーを低減できる。

実施形態１の構成を示す概略システム構成図である。 同上で用いる伝送信号の形式の説明図である。 同上の要部の構成を示す概略回路図である。 同上の送信回路の動作を示す波形図である。 同上の受信回路の構成を示す概略回路図である。 同上の受信回路の動作を示す波形図である。 同上の通信端末の位置関係を示す概略システム構成図である。 同上の受信信号の振幅を示すグラフである。 同上の受信信号の振幅を示すグラフである。 同上の比較例の動作を示す波形図である。 同上の動作を示す波形図である。 同上の比較例の動作を示す波形図である。 同上の他の比較例の動作を示す波形図である。 同上の動作を示す波形図である。 実施形態２の動作の説明図である。 同上の動作の説明図である。 同上の動作の説明図である。 同上の動作の説明図である。 同上の比較例の動作の説明図である。 電流電圧変換部の他の例を示す概略構成図である。 実施形態１，２における受信回路の動作例を示す波形図である。 実施形態１，２における受信回路の動作例を示す波形図である。 実施形態１，２における受信回路の動作例を示す波形図である。 実施形態１，２における受信回路の動作例を示す波形図である。 従来例を示す概略システム構成図である。 他の従来例を示す概略システム構成図である。

まず、以下の各実施形態に係る通信システムの基本構成について説明する。下記実施形態の通信システムは、２線式の通信線４に接続される伝送ユニット（親機）２を備えた通信システムである（図２６参照）。この種の通信システムとしてはたとえばＮＭＡＳＴ（登録商標）のようなシステムがある。この通信システムは、通信線４に接続され伝送ユニット２と通信する複数台（図示例では２台）の第１通信端末１，１と、通信線４に接続され互いに直接通信する複数台（図示例では２台）の第２通信端末１０，１０とを備えている。この通信システムでは、通信線４を伝送される第１プロトコルの信号と、第１のプロトコルの信号に重畳される第２プロトコルの信号とを用いて通信が行われる。第２プロトコルの信号は、第１プロトコルの信号より周波数が高い。

複数台の第１通信端末１，１は、伝送ユニット２に対して通信線４によって並列接続されている。伝送ユニット２および第１通信端末１は、伝送ユニット２から通信端末１へのデータ伝送と第１通信端末１から伝送ユニット２へのデータ伝送とが時分割で行われる時分割多重伝送システム（以下「基本システム」という）を構築する。

基本システムにおいて、第１通信端末１は、スイッチやセンサなど（図示せず）を付設した監視端末器と、負荷（図示せず）を付設した制御端末器との２種類に分類される。これにより、監視端末器に付設したスイッチやセンサなどからの第１監視情報に応じて、制御端末器に付設した負荷を制御することが可能となる。ここで、第１通信端末１にはそれぞれアドレス（識別子）が設定されている。監視端末器は、第１監視情報を受けると伝送ユニット２に対して第１監視情報に対応した制御情報を伝送する。伝送ユニット２は、制御情報を受け取るとアドレスによって上記監視端末器と対応付けられている制御端末器に対して制御情報を伝送する。制御端末器は、制御情報を受け取ると上記制御情報に従って負荷を制御する。負荷を制御するための制御情報は第１監視情報を反映しているから、監視端末器と制御端末器との間に伝送ユニット２が介在しているものの、制御情報が通信線４を通して伝送されることにより、第１監視情報が負荷の制御に反映されることになる。

続いて、基本システムの動作について説明する。

伝送ユニット２は、通信線４に対して図２に示すような形式の電圧波形からなる伝送信号（第１プロトコルの信号）を送信する。すなわち、伝送信号は、割込パルス期間４１と、予備期間４２と、信号送信期間４３と、信号返送期間４４と、割込パルス期間４５と、短絡検出期間４６と、予備領域期間４７とからなる複極（±２４Ｖ）の時分割多重信号である。割込パルス期間４１は後述の割込信号を検出するための期間であり、予備期間４２は割込パルス期間４５および短絡検出期間４６に合わせて設定された期間であり、信号送信期間４３は第１通信端末１にデータを伝送するための期間である。信号返送期間４４は第１通信端末１からの返送信号を受信するタイムスロットであり、割込パルス期間４５は割込信号を検出するための期間であり、短絡検出期間４６は短絡を検出するための期間である。予備領域期間４７は処理が間に合わないときのための期間である。伝送信号は、パルス列からなるキャリアをパルス幅変調することによってデータを伝送する信号である。

各第１通信端末１では、通信線４を介して受信した伝送信号の信号送信期間４３に含まれるアドレスデータが各々に設定されているアドレスに一致すると、伝送信号から負荷を制御するための制御情報を取り込む。このとき、第１通信端末１はさらに伝送信号の信号返送期間４４に同期して制御情報を電流モードの信号（適当な低インピーダンスを介して通信線４を短絡することにより送出される信号）として返送する。また、第１通信端末１の内部回路の電源は、通信線４を介して伝送される伝送信号を整流し安定化することによって供給される。

伝送ユニット２は、常時は伝送信号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第１通信端末１，１に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、伝送信号に含まれるアドレスデータが自己のアドレスに一致した第１通信端末１は、伝送信号に制御情報が含まれていれば制御情報を取り込んで動作し、自己の動作状態を伝送ユニット２に返送する。

一方、伝送ユニット２は、いずれかの監視端末器（第１通信端末１）において第１監視情報に対応して発生する割込信号が受信したときに、割込ポーリングも行う。割込ポーリングにおいて、伝送ユニット２は、割込信号を発生した第１通信端末１を検索した後、その第１通信端末１にアクセスして第１監視情報に呼応した制御情報を返送させる。

すなわち、伝送ユニット２は、常時はアドレスデータをサイクリックに変化させた伝送信号を通信線４に送出する常時ポーリングを行う。また、伝送ユニット２は監視端末器（第１通信端末１）で発生した割込信号を伝送信号の割込パルス期間４１あるいは割込パルス期間４５に同期して検出すると、モードデータを割込ポーリングモードとした伝送信号を送出する。割込信号を発生した第１通信端末１は、割込ポーリングモードの伝送信号のアドレスデータの上位ビットが自己のアドレスの上位ビットに一致していれば、その伝送信号の信号返送期間４４に同期して自己のアドレスの下位ビットを返送データとして返送する。これにより伝送ユニット２では割込信号を発生した第１通信端末１のアドレスを取得できる。

割込信号を発生した第１通信端末１のアドレスが伝送ユニット２で取得されると、伝送ユニット２は当該第１通信端末１に対して制御情報の返送を要求する伝送信号を送出し、第１通信端末１は第１監視情報に対応した制御情報を伝送ユニット２に返送する。伝送ユニット２は制御情報を受け取ると、該当する第１通信端末１の第１監視情報をクリアするように指示を与え、当該第１通信端末１では第１監視情報のクリアを返送する。

制御情報を受け取った伝送ユニット２は、当該制御情報の発信元の第１通信端末（監視端末器）１とアドレスの対応関係によって対応付けられている第１通信端末（制御端末器）１へ送信する制御情報を生成する。伝送ユニット２は、この制御情報を含む伝送信号を通信線４に送出して前記第１通信端末（制御端末器）１に付設した負荷を制御する。

上述した基本システムでは、ポーリング・セレクティング方式のプロトコル（以下、第１プロトコルという）に従い、伝送ユニット２を介して第１通信端末（監視端末器、制御端末器）１同士が通信を行うこととなる。

ところで、上記通信システムでは、複数台の第２通信端末１０，１０が、上記基本システムと通信線４を共用するように前記通信線４を介して互いに並列接続されている。一方の第２通信端末１０には、第２通信端末１０間で伝送される第２監視情報を出力する被監視機器（図示せず）が接続され、他方の第２通信端末１０には、前記第２監視情報を第２通信端末１０から取得する監視装置（図示せず）が接続されている。

すなわち、通信線４を介した通信（データ伝送）を行うのは第２通信端末１０であるが、伝送するデータ（第２監視情報）を生成するのは被監視機器であって、受信したデータを処理するのは監視装置である。ここに、第２通信端末１０は、各々に接続された被監視機器あるいは監視装置からのデータを変換し通信線４上に送出することで通信を行うアダプタとして機能する。被監視機器や監視装置は、定期的に通信を行うことによって第２通信端末１０とデータの授受を行う。なお、被監視機器の一例としては基本システムで制御される照明器具の消費電力を計量する電力計測器が考えられ、監視装置の一例としては電力計測器で計量された消費電力を表示する検針装置がある。

ここで、第２通信端末１０は、上述した第１プロトコルとは異なるプロトコル（以下、第２プロトコルという）に従って、伝送ユニット２を介することなくデータ（第２監視情報）を他の第２通信端末１０に伝送する機能を有している。第１プロトコルの信号と第２プロトコルの信号との間には周波数や信号レベル等に差異があるため、第１通信端末１と第２通信端末１０とは同一の通信線４に接続され通信線４を共用することができるものの、互いに通信を行うことはできない。

具体的には、第２通信端末１０は、他の第２通信端末１０に伝送すべきデータを含んだパケットを第２プロトコルに従って伝送信号に重畳させて通信線４に送出し、且つ他の第２通信端末１０が送信した第２プロトコルのパケットを受信する。つまり、第１プロトコルによる第１通信端末１同士の通信は上述したように伝送ユニット２を介して行われるのに対し、第２プロトコルによる第２通信端末１０同士の通信は第２通信端末１０間で直接行われ、伝送ユニット２には依存しない。そのため、第２プロトコルによる通信は、第１プロトコルによる通信に比べて通信速度を高速化でき、たとえばアナログ量（電力量の計量値等）のように比較的データ量の多い情報の伝送に用いられる。

また、第２通信端末１０は、基本システムの伝送ユニット２と第１通信端末１との間で伝送される第１プロトコルの伝送信号を監視し、この伝送信号から第１プロトコルのデータ伝送状況（以下、ステートという）を解析する。さらに、第２通信端末１０は、ステートが第２プロトコルのパケットの伝送に適した状況にあるか否かを判定し、伝送に適していると判断したタイミングでパケットを送信する機能を具備している。

すなわち、基本システムで使用される第１プロトコルにおいては、パルス列からなるキャリアをパルス幅変調した伝送信号が用いられている。この伝送信号に第２プロトコルのパケットを重畳するに当たっては、伝送信号がハイレベルあるいはローレベルに安定している期間に重畳することが望ましい。

しかしながら、伝送信号は図２に示すような信号フォーマットを採用している。そのため、予備期間４２や短絡検出期間４６や予備領域期間４７は、パケットを伝送するのに適した期間（以下、通信適合期間という）と考えられるものの、その他の期間はパケットを伝送するのに適さない期間（以下、通信不適合期間という）と考えられる。つまり、予備期間４２や短絡検出期間４６や予備領域期間４７は、伝送信号がハイレベルあるいはローレベルに安定している時間が相対的に長いからパケットの伝送に適している。他の期間は、伝送信号がハイレベルあるいはローレベルに安定している時間が相対的に短いことや、第１プロトコルによる伝送ユニット２と第１通信端末１との間の信号（割込信号や返送データ）の伝送の影響を受けやすいことなどからパケットの伝送に適さない。また、伝送信号の立ち上がりおよび立ち下がりの期間も、高調波ノイズの影響や信号の電圧反転に伴う過渡応答の影響などにより通信不適合期間とみなすことができる。

そこで、第２通信端末１０は伝送信号のステートを解析し、その解析結果（伝送信号のステート）に基づいて通信適合期間か通信不適合期間かの判定を行い、通信適合期間と判断したときに限って第２プロトコルのパケットを送出するように構成されている。このように第１プロトコルの伝送信号に同期させる形で伝送信号に第２プロトコルのパケットが重畳されることにより、共通の通信線４を使用する第１プロトコルの通信と第２プロトコルの通信との干渉を避けることができる。ここで、第２通信端末１０は、送信データのデータ量が多く一度の通信適合期間内で送信しきれなかった場合には、当該通信適合期間の終了に合わせて通信を中断し、次回の通信適合期間に残りのデータを送信する。

なお、第２通信端末１０の各部への電源供給は、基本システムの第１通信端末１と同様に伝送ユニット２から通信線４を介して伝送される伝送信号を整流し安定化することによって供給される方式（集中給電方式）によって為される。ただし、この構成に限らず、第２通信端末１０の各部への電源供給は、商用電源を整流し安定化することによって供給される方式（ローカル給電方式）で為されてもよい。

（実施形態１）
本実施形態の通信システムは、上述した通信システムにおける第２通信端末１０，１０間の通信に特徴を有している。第１通信端末１の構成および機能は上述した基本構成の通りであるから、以下では第１通信端末１についての説明を省略し、第２通信端末１０を単に「通信端末１０」と表記して説明する。

本実施形態の通信システムは、図１に示すように、伝送ユニット２と通信線４との間に、通信線４上の電流変化を通信線４上の電圧変化に変換するための電流電圧変換部３を備えている。ここに、伝送ユニット２は、通信線４の２線間に電圧（ここでは伝送信号）を印加する電源装置として機能する。

通信端末１０は、伝送ユニット２から通信線４を介して伝送される伝送信号を整流するダイオードブリッジからなる整流器１１と、整流器１１の出力にインピーダンス回路１２を介して接続された電源回路１３とを備え、電源回路１３によって内部電源を生成する。さらに、通信端末１０は、第２プロトコルの信号を送出するための送信回路１４と、第２プロトコルの信号を受信するための受信回路１５と、被監視機器や監視装置との通信を行う機器通信部１６と、各部の動作を制御する制御部１７とを備えている。なお、整流器１１は、電源供給のために用いられるとともに、信号の無極性化も行っている。

制御部１７は、マイコンを主構成とし、送信回路１４に対しては方形波状の送信信号を出力し、受信回路１５からは方形波状の受信信号を入力する。この制御部１７は、被監視機器から機器通信部１６にて取得したデータ（第２監視情報）を送信回路１４から他の通信端末１０に送信し、他の通信端末１０から受信回路１５にて取得したデータを機器通信部１６から監視装置に出力する機能を持つ。

ここにおいて、送信回路１４は、通信線４に接続され通信線４から流れ込む電流を変化させることで電流信号からなる一次信号５１を通信線４上に送出するように構成される。また、受信回路１５は、送信回路１４から送出された一次信号５１が、電流電圧変換部３にて電圧信号に変換されてなる二次信号５２を受信するように構成される。つまり、通信端末１０から送出される電流信号からなる一次信号５１は、電流電圧変換部３にて電圧信号からなる二次信号５２に変換されることになる。

次に、電流電圧変換部３および送信回路１４の具体的構成について図３を参照して説明する。

電流電圧変換部３は、伝送ユニット２の出力端と通信線４との間に挿入された抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２からなる。ここで、抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２は２線式の通信線４のうち少なくとも一方に挿入されていればよいが、本実施形態では２線共に挿入され、且つ両抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２の抵抗値は同一とする。この構成により、電流電圧変換部３は、通信線４上の電流変化を抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２での電圧降下によって通信線４上の電圧変化に変換する。したがって、伝送ユニット２と通信線４との間に接続される抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２の抵抗値によって二次信号５２の振幅が変化するので、抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２の抵抗値の設定を変えることで伝送品質を向上させるための調整を行うことができる。

ただし、実際には、通信線４自体の特性インピーダンスも、通信線４上の電流変化を通信線４上の電圧変化に変換する電流電圧変換部の抵抗成分として大きく寄与することになる。つまり、通信端末１０が電流信号からなる一次信号５１を通信線４上に送出すると、この通信端末１０と電源装置たる伝送ユニット２との間に存在する通信線４自体も含めた抵抗成分が、電流電圧変換部として機能して一次信号５１を二次信号５２に変換する。さらに、通信線４の特性インピーダンスだけでなく、伝送ユニット２の出力インピーダンスなど、送信側の通信端末１０と電源装置との間に存在する抵抗成分は全て、電流電圧変換部として用いることができる。

そのため、抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２を新たに設けることなく、通信線４の特性インピーダンスや伝送ユニット２の出力インピーダンス等の抵抗成分を電流電圧変換部として用いた場合にも、本実施形態と動作が共通の通信システムを実現することは可能である。要するに、電流電圧変換部が通信線４の特性インピーダンスや伝送ユニット２の出力インピーダンス等を抵抗成分として利用すれば、通信線４上に電流電圧変換部が改めて付加される必要はなく、通信システムの構成要素を少なく抑えることができる。

このように通信線４の特性インピーダンス等を考慮することで、抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２を設ける場合でも、これら抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２の抵抗値を十分に小さくすることができる（たとえば、４．７Ω）。この場合、抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２は、接続線４から見た伝送ユニット２のインピーダンスを規定するインピーダンス規定部として機能する。ただ、上述のように通信線４の特性インピーダンス等を電流電圧変換部とした場合、分布定数回路を考慮する必要があり説明が煩雑になる。そこで、以下では説明を簡単にするため、抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２を電流電圧変換部３とする集中定数回路とみなして説明する。

送信回路１４は、図３に示すように、入力端１０１に接続され入力端１０１から入力される方形波状の送信信号（電圧信号）を正弦波状の電圧信号に変換するフィルタ回路１８と、フィルタ回路１８の出力に接続された電流制御回路１９とを有している。入力端１０１は制御部１７に接続される。

図３の例では、フィルタ回路１８は、非反転入力端子に基準電圧が印加されているオペアンプＯＰ１を用いたアクティブフィルタである。このフィルタ回路１８は、入力端１０１とオペアンプＯＰ１の反転入力端子との間に入力端１０１側から順に直列に接続される抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３と、一端が抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点に接続され他端が接地されているコンデンサＣ１とを有している。さらに、フィルタ回路１８は、一端が抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の接続点に接続され他端が接地されているコンデンサＣ２と、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の接続点とオペアンプＯＰ１の反転入力端子との間に接続される抵抗Ｒ４およびコンデンサＣ３の直列回路とを有している。さらに、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子には、定電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ５，Ｒ６の直列回路で分圧することにより得られた基準電圧が入力されている。

この構成により、フィルタ回路１８は、ローパスフィルタ並びに反転増幅回路としての機能を有し、方形波状の電圧信号が入力されると、この電圧信号を極性が反転した正弦波状の電圧信号に変換して出力する。

電流制御回路１９は、コレクタが整流器１１を介して通信線４に接続されるＮＰＮ型のトランジスタＴｒ１を具備している。トランジスタＴｒ１は、エミッタが抵抗Ｒ７を介して接地され、ベースがフィルタ回路１８の出力端（オペアンプＯＰ１の出力端子）に接続されている。ここで、トランジスタＴｒ１のエミッタは抵抗Ｒ４とコンデンサＣ３の接続点に接続され、オペアンプＯＰ１の帰還経路を形成する。このように、オペアンプＯＰ１のフィードバックをオペアンプＯＰ１の出力端子から直接とるのではなく、トランジスタＴｒ１のエミッタからとることにより、トランジスタＴｒ１の温度特性や電圧降下などを考慮した形でフィードバックをかけることができる。これにより、電流信号（一次信号５１）の追従性が改善されるという利点がある。

この構成により、フィルタ回路１８の入力端１０１に方形波状の電圧信号からなる送信信号が入力されると、フィルタ回路１８の出力端（オペアンプＯＰ１の出力端子）には正弦波状の電圧信号が現れる。このとき、電流制御回路１９は、フィルタ回路１８の出力する電圧レベルに応じてトランジスタＴｒ１を流れる電流の大きさを変化させるので、通信線４から通信端末１０に引き込まれる電流の大きさが変化する。その結果、フィルタ回路１８の出力する電圧信号に対応した電流信号（一次信号５１）が通信線４上に生じることになる。つまり、送信回路１４が通信線４から流れ込む電流を変化させることで電流信号からなる一次信号５１を通信線４上に生じさせることと、送信回路１４が通信線４から流れ込む電流を変化させることで一次信号５１を通信線４上に送出することとは同義である。

このようにして送信回路１４が通信線４上に送出する（生じさせる）一次信号５１は、電流電圧変換部３にて電圧降下によって電圧信号に変換される。言い換えれば、送信回路１４は、通信線４から流れ込む電流を変化させたときに通信線４上に電圧降下による電圧変化（電圧信号）を生じさせ、この電圧変化が二次信号５２として受信回路１５に受信されることになる。

すなわち、ある方形波状の送信信号が制御部１７からフィルタ回路１８に入力されると、フィルタ回路１８の出力端には図４Ｂに示すような電圧信号が発生し、電流制御回路１９に流れる電流が変化する。このとき通信線４上に生じた電流信号からなる一次信号５１は、電流電圧変換部３において図４Ａに示すような極性が反転した電圧信号からなる二次信号５２に変換されることになる。なお、図４Ｃは、受信回路１５が受信するデータを示している。

ここで、図３に示すように、整流器１１における送信回路１４の接続端間には、抵抗Ｒ８とコンデンサＣ４との直列回路が接続される。

続いて、受信回路１５の具体的構成について図５を参照して説明する。

受信回路１５は、整流器１１の出力にコンデンサＣ２０を介して接続された増幅回路２１と、増幅回路２１の出力に接続された比較回路２２と、比較回路２２の出力に接続された補正回路２３とを有している。補正回路２３の出力端１０２は制御部１７に接続される。

図５の例では、増幅回路２１は、非反転入力端子に基準電圧が印加されているオペアンプＯＰ２を用いたアクティブフィルタである。この増幅回路２１は、入力端とオペアンプＯＰ２の反転入力端子との間に入力端側から順に直列に接続される抵抗Ｒ２１、抵抗Ｒ２２と、一端が抵抗Ｒ２１と抵抗Ｒ２２の接続点に接続され他端が接地されているコンデンサＣ２１とを有している。さらに、増幅回路２１は、抵抗Ｒ２１と抵抗Ｒ２２の接続点とオペアンプＯＰ２の出力端子との間に接続される抵抗Ｒ２３と、オペアンプＯＰ２の反転入力端子と出力端子との間に接続されるコンデンサＣ２２とを有している。さらに、オペアンプＯＰ２の非反転入力端子には、定電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ２４，Ｒ２５の直列回路で分圧することにより得られた基準電圧が入力されている。

この構成により、増幅回路２１は、反転増幅回路としての機能を有し、電圧信号が入力されると、この電圧信号を極性が反転した電圧信号に変換して出力する。

比較回路２２は、反転入力端子に基準電圧が印加されているオペアンプＯＰ３を備えている。比較回路２２は、さらに増幅回路２１の出力（オペアンプＯＰ２の出力端子）とオペアンプＯＰ３の非反転入力端子との間に接続される抵抗Ｒ２６と、オペアンプＯＰ３の反転入力端子と出力端子との間に接続される抵抗Ｒ２７とを具備している。さらに、オペアンプＯＰ３の反転入力端子には、定電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ２８，Ｒ２９の直列回路で分圧することで得られた基準電圧が入力され、定電圧ＶｃｃとオペアンプＯＰ３の出力端子との間には抵抗Ｒ３０が接続される。

補正回路２３は、詳しくは後述するが、比較回路２２から出力される信号波形を補正することにより、方形波状の電圧信号からなる受信信号を制御部１７に対して出力する回路である。

この構成により、通信線４上に電圧信号からなる二次信号５２が生じると、増幅回路２１の出力端（オペアンプＯＰ２の出力端子）には、二次信号５２の電圧変化を表す信号であって基準電圧を基準とした電圧信号が現れる。このとき、比較回路２２は、増幅回路２１の出力する電圧信号とオペアンプＯＰ３の基準電圧とを比較することにより、二次信号５２を２値化する。このようにして２値化された二次信号５２は、補正回路２３にて波形が補正され、受信信号として出力端１０２から制御部１７に出力される。

すなわち、図６Ａに示す二次信号５２が通信線４から入力されると、増幅回路２１の出力電圧は図６Ｂに示すように二次信号５２の電圧変化に応じて変化する。このとき、増幅回路２１の出力電圧が比較回路２２で２値化されて比較回路２２の出力に図６Ｃに示すような信号が生じ、さらに補正回路２３で補正されることにより、図６Ｄに示すような方形波状の受信信号が制御部１７に出力される。

ここに、通信端末１０同士の通信には、「１」、「０」の２値に対応したパルス信号を変調しないで直流の２値符号として伝送するベースバンド伝送方式を採用している。さらに、ここでは信号方式として単流ＲＺ（return to zero）方式を採用し、送信信号や受信信号における「Ｌレベル」、「Ｈレベル」の組み合わせを「１」とし、「Ｈレベル」、「Ｈレベル」の組み合わせを「０」とする。

以上説明した本実施形態の通信システムによれば、信号を送信する側の通信端末１０は、電流信号からなる一次信号５１により信号を通信線４上に送出し、当該一次信号５１が電流電圧変換部３にて電圧信号に変換される。これにより、信号を受信する側の通信端末１０は、電圧信号からなる二次信号５２を受信する。つまり、通信は通信端末１０間で行われているものの、二次信号５２に着目すると、その発生源である電流電圧変換部（上述したように、実際には通信線４の特性インピーダンス等も含む）３と受信側の通信端末１０との間で通信が行われていることになる。

したがって、通信端末１０，１０間に電流電圧変換部３が設けられていることで、高い伝送品質を確保しながら通信端末１０，１０間の通信距離を延ばすことができる。このように、上記通信システムでは、通信端末１０，１０間の見かけ上の通信距離が長くなっても、電流電圧変換部３と受信側の通信端末１０との間の距離を抑えることで、比較的離れた通信端末１０，１０間で通信することができる。

具体例を挙げて説明すると、上記通信システムを用いることで以下のような結果が得られることが確認されている。ここでは、図７に示すように全長１０００〔ｍ〕の通信線４に、その一端から５００〔ｍ〕の位置（中間位置）に電流電圧変換部３を介して伝送ユニット２を接続し、通信線４上における受信側の通信端末１０の設置位置を徐々に変化させることを想定する。なお、図７の例では、通信線４はその中間位置から二股に分かれている。

図８は、図７の構成において、通信線４の前記一端から送信側の通信端末１０までの距離を０、１００、２００、３００、４００、５００〔ｍ〕の順に変化させた場合における、受信側の通信端末１０での二次信号５２の振幅（peak to peak）を表す。図８中、「Ｄ１」は通信線４の前記一端から送信側の通信端末１０までの距離が０〔ｍ〕、「Ｄ２」は同１００〔ｍ〕、「Ｄ３」は同２００〔ｍ〕、「Ｄ４」は同３００〔ｍ〕、「Ｄ５」は同４００〔ｍ〕、「Ｄ６」は同５００〔ｍ〕のときの振幅を表している。図８では横軸を通信線４上の前記一端から受信側の通信端末１０までの距離とし、縦軸を二次信号５２の振幅とする。

図８から明らかなように、本実施形態の通信システムを用いれば、通信線４上の通信端末１０の設置位置に関係なく、受信側の通信端末１０では十分な振幅を有する二次信号５２を受信可能となる。たとえば、送信側の通信端末１０を通信線４上の前記一端に設置し、受信側の通信端末１０を通信線４上の他端に設置して通信距離を１０００〔ｍ〕とした場合でも、二次信号５２は１〔Ｖｐｐ〕を超える十分な振幅を有することになる。

さらに、図８と同条件で、送信側の通信端末１０の位置を前記一端から０〜５００〔ｍ〕の範囲で変化させ、受信側の通信端末１０の位置を前記一端から０〜１０００〔ｍ〕の範囲で変化させた場合に、いずれの位置でも通信エラーが生じないことが確認された。具体的には、通信端末１０の位置に関わらず、送信側の通信端末１０から１０００パケットのデータを送信することで、受信側の通信端末１０で１０００パケット全てのデータを受信できることが確認された。このように、上記通信システムを用いることで、高い伝送品質を確保しながら通信端末１０間の通信距離を延ばすことが可能となる。

また、図９は、図７の構成において、送信側の通信端末１０が通信線４の前記一端に設置され、受信側の通信端末１０の位置が変化した場合に、受信側の通信端末１０で受信される二次信号５２の振幅を表している。ここでは、電流電圧変換部３を構成する抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２の抵抗値を４．７Ωとしたときの結果を示している。なお、図９では、横軸を通信線４上の前記一端から受信側の通信端末１０までの距離とし、縦軸を二次信号５２の振幅とし、且つ、実測値と黒丸で表し、解析値を実線で表してある。

図９からも明らかなように、上記通信システムでは、伝送ユニット２の入力インピーダンスを低くした場合でも、通信端末１０間の通信が可能である。このように伝送ユニット２の入力インピーダンスを低くすることで、ノイズが発生しにくい構成とすることができる。すなわち、通信端末１０から送出される一次信号５１に電流信号を用いたことにより、通信線４の線間インピーダンスが低インピーダンスであっても一次信号５１の送出が可能になる。

したがって、通信端末１０の導入に当たり、施工業者は、既設の端末（伝送ユニット２、第１通信端末１）の位置を確認して高インピーダンスモジュールを接続する作業が不要となり、通信端末１０を通信線４に接続するだけでよい。そのため、通信端末１０の設置作業の負担を大幅に軽減することができる。

以上のことから、上記通信システムによれば、現場の状況の調査や通信距離の確認などの手間が軽減され、施工業者の負担が小さくなって、通信システムの導入が容易になるという利点がある。

ところで、上述したような構成の通信システムにおいては、通信線４が長くなると、通信線４上に生じる電圧信号（二次信号５２）の振幅が大きくなり、これに伴って通信線４上のＲＣ成分などにより生じる過渡応答も大きくなる。そのため、当該過渡応答による電圧変化に起因して通信エラーを生じる可能性がある。

たとえば、図１０Ｃに示す方形波状の送信信号が制御部１７から送信回路１４に入力されると、送信回路（電流制御回路１９）１４に流れる電流は図１０Ｂに示すように変化する。このとき、通信線４上に生じた電流信号（一次信号５１）が電流電圧変換部３で電圧信号に変換され、通信線４上には図１０Ａに示すような電圧変化が生じるため、受信側の通信端末１０は、図１０Ａに示す電圧信号からなる二次信号５２を受ける。ただし、二次信号５２の振幅が大きいため、受信回路１５では、送信信号に対応する信号成分以外の不要成分（過渡応答成分）までもが比較回路２２の基準電圧（閾値）を超え、図１０Ｄに示すように不要成分を含んだ受信信号が得られることになる。結局、受信信号は、過渡応答による電圧変化に起因した不要成分を含むこととなり、送信信号と一致せず通信エラーを生じる。なお、図１０Ｂでは、トランジスタＴｒ１を流れる電流を反映したオペアンプＯＰ１の出力電圧を示している。

そこで、本実施形態では、通信端末１０は、送信回路１４から通信線４に一次信号５１を送出する際に、通信線４から見た入力インピーダンスを低下させる構成を採用することで、通信線４上に生じる二次信号５２の振幅が必要以上に大きくなることを防止している。具体的には、整流器１１における送信回路１４の接続端間に接続された抵抗Ｒ８とコンデンサＣ４との直列回路を切り離し可能とし、送信回路１４からの一次信号５１の送出時にのみ、前記直列回路を接続することでその他の期間に比べてインピーダンスを低下させる。受信回路１４での受信時には、通信線４上に生じた二次信号５２を受信可能とするため、前記直列回路を切り離すことで二次信号５２に対して所定のインピーダンスを持つようにする。インピーダンスの切り替えは、制御部１７によって制御可能な半導体スイッチ等を用いて実現される。

上述のように一次信号５１送出時に通信端末１０の入力インピーダンスを低下させることで、図１１Ａに示すように二次信号５２の振幅が必要以上に大きくならず、過渡応答による電圧変化を小さく抑えることができる。その結果、受信側の通信端末１０においては、図１１Ｄに示すように、過渡応答に起因した不要成分を含まない受信信号を受信回路１５から制御部１７に出力可能となり、通信エラーを低減できる。なお、ここでは、送信信号を図１１Ｃに示し、送信回路１４に流れる電流を反映したオペアンプＯＰ１の出力電圧を図１１Ｂに示している。

また、受信回路１５においては、増幅回路２１の基準電圧（第１基準電圧）が比較回路２２の基準電圧（第２基準電圧）からずらして設定されることで、過渡応答による電圧変化に起因した不要成分が受信信号に含まれないようにしている。

すなわち、増幅回路２１の出力は、基準電圧を基準とし二次信号５２の電圧変化に応じて変化する電圧信号であるから、仮に、増幅回路２１の基準電圧と比較回路２２の基準電圧とを同値にすると、過渡応答に起因した不要成分まで受信信号に含まれる可能性がある。たとえば、図１２Ｄに示す方形波状の送信信号が制御部１７から送信回路１４に入力されると、通信線４上に生じた電流信号（一次信号５１）が電流電圧変換部３で電圧信号に変換され、通信線４上には図１２Ａに示すような電圧変化が生じることになる。このとき、受信側の通信端末１０では、図１２Ａに示す電圧信号からなる二次信号５２を受け、増幅回路２１の出力が図１２Ｂに示すように比較回路２２の基準電圧Ｖｓ０を基準に、二次信号５２の電圧変化に応じて変化する。そのため、受信回路１５から制御部１７に出力される受信信号は、図１２Ｃに示すように過渡応答による電圧変化に起因した不要成分を含むこととなり、送信信号と一致せず通信エラーとなる。

これに対して、本実施形態では、受信回路１５の抵抗Ｒ２４と抵抗Ｒ２８との抵抗値を異ならせることにより、増幅回路２１の基準電圧が比較回路２２の基準電圧よりも低く設定されている。これにより、図１３Ｂに示すように増幅回路２１の出力は、比較回路の基準電圧Ｖｓ２より低い基準電圧Ｖｓ１を基準に、二次信号５２の電圧変化に応じて変化することとなる。そのため、比較回路２２では過渡応答に起因した不要成分を取り除くことができ、図１３Ｃに示すように受信回路１５から制御部１７に出力される受信信号に過渡応答に起因した不要成分が含まれることを回避でき、通信エラーを低減できる。なお、ここでは、送信信号を図１３Ｄに示し、二次信号５２を図１３Ａに示している。

次に、受信回路１５に設けた補正回路２３の機能について説明する。

すなわち、受信回路１５においては、波形のひずみや位相遅れなどによって二次信号５２が正規の波形からずれて受信されることがあり、このことが伝送品質の低下につながる。そこで、本実施形態では、補正回路２３にて、比較回路２２から出力される信号の時間幅（パルス幅）を固定値に補正することで、通信エラーを低減する。

補正回路２３は、二次信号５２の立ち上がりまたは立ち下がりをトリガとして検出し、当該トリガの検出時点から所定のパルス幅を持つ方形波に二次信号５２を補正するように構成される。補正後の信号のパルス幅は、たとえば制御部１７のマイコンのタイマ機能（ワンショットタイマ）などを用いて決定する。

ただし、送信回路１４への電流の流れ始めには過渡応答が比較的大きく生じるため、増幅回路２１の出力において、先頭のパルスのパルス幅が後続のパルスに比べて大きくなることがある。つまり、図１３Ｂのように増幅回路２１の出力のパルス幅は一定でないことから、二次信号５２の立ち下がり（増幅回路２１の出力の立ち上がり）をトリガにすると、図１３Ｃのように補正後の信号においてパルス幅にばらつきを生じることがある。図１３Ｃの例では、「１」の値を示す先頭の１ビット分の時間幅ｗ２が後続の１ビット分の時間幅ｗ１に比べて大きくなっている。

そこで、補正回路２３では、二次信号５２の立ち上がり（増幅回路２１の出力の立ち下がり）をトリガとして検出する構成を採用することが望ましい。これにより、図１４Ｂのように増幅回路２１の出力のパルス幅がばらついている場合でも、図１４Ｃに示すように補正後の信号において１ビット分の時間幅ｗ１を略一定とすることができる。なお、ここでは、送信信号を図１４Ｄに示し、二次信号５２を図１４Ａに示している。

このように二次信号５２を所定のパルス幅の方形波に補正することにより、過渡応答の影響などで二次信号５２に時間軸方向に歪みが生じても、当該歪みを補正して通信エラーを抑制することができる。

なお、上記実施形態では、送信回路１４において、反転増幅回路としての機能を有したフィルタ回路１８を用いることにより、制御部１７から出力される送信信号の極性を反転した電流信号（一次信号５１）を通信線４から通信端末１０に引き込むようにしている。ただし、この構成に限らず、たとえばフィルタ回路１８を非反転増幅回路とすることにより、制御部１７から出力される送信信号と同極性の電流信号（一次信号５１）を通信線４から通信端末１０に引き込むようにしてもよい。この場合、電流電圧変換部３で一次信号５１の電流変化によって生じる電圧変化の向きも逆になるため、一次信号５１の送出時に、通信線４間に生じる電圧が増大することになる。この構成では、上記実施形態に比べて、待機時に消費電流が増大するものの、信号送出時の消費電流を低減することができる。また、送信回路１４の構成は変えずに、制御部１７から出力される送信信号の極性そのものを反転しても同様の動作となる。

また、図３および図５に示したフィルタ回路１８、増幅回路２１、比較回路２２等の具体回路は一例に過ぎず、他の回路構成で同等の機能を実現することも可能である。

（実施形態２）
本実施形態の通信システムは、通信端末１０間で授受される伝送データを符号化する符号化部（図示せず）を送信回路１４に設け、データを復号化して伝送データを取得する復号化部（図示せず）を受信回路１５に設けた点が実施形態１の通信システムと相違する。

すなわち、受信回路１５は、補正回路２３にて二次信号５２の立ち上がりをトリガとして検出しパルス幅の補正を行っている。そのため、受信回路１５では、二次信号５２において立ち上がりを生じない値（ここでは「０」）が連続すると、補正回路２３でトリガが検出されず伝送品質の低下につながる可能性がある。そこで、本実施形態では、符号化部で伝送データの符号化を行うことにより、二次信号５２において「０」の値が連続することがないようにする。なお、「１」の値は立ち上がりを生じるため、「１」の値が連続することがあっても伝送品質に影響はない。

具体的に説明すると、符号化部は、伝送データを５ビットごとのデータ列に分割し、各データ列を「０」の値が連続しない８ビットのデータ列に変換する。通信端末１０には、表１のようなデータ列を変換する際に用いるテーブルが予め登録されており、符号化部はこのテーブルを用いてデータ列の変換を行う。テーブルには、３２通りある５ビットの各データ列にそれぞれ割り当てられた８ビットのデータ列（表１の「１」〜「３２」）が記憶される。テーブルには、さらにデータ送信の開始を表すスタートコード（表１の「Ｓｔａｒｔ ｃｏｄｅ」）ＳＴＸとデータ送信の終了を表すストップコード（表１の「Ｅｎｄ ｃｏｄｅ」）ＥＴＸとが記憶される。

つまり、「０ｘＦＤ」および「０ｘＦＦ」の両値は、データではなく特殊コードのスタートコードＳＴＸ、ストップコードＥＴＸとして使用され、パケットの区切りが明確になるようにする。また、８ビットの各データ列の前後には、スタートビットＳとしての「０」と、ストップビットＥとしての「１」とがそれぞれ付される。したがって、図１５Ａに示すような５ビットのデータ列は、最終的には図１５Ｂのようにそれぞれ１０ビットのデータ列に変換される。なお、表１では変換後のデータ列を、１６進表記でも表している。

復号化部は、上記符号化部で変換された８ビットのデータ列を、表１のテーブルに従って、５ビットのデータ列に逆変換することで復号化を行う。これにより、受信回路１５では、符号化されたデータから符号化前の伝送データを取得することができる。

具体例を挙げると、図１６Ａに示すように５バイト（４０ビット）の伝送データを送信する場合、符号化部は、まず伝送データを図１６Ｂに示すように５ビット単位の８個のデータ列に分割する。続いて、符号化部は、各データ列を表１のテーブルに従って８ビットのデータ列に変換する。さらに、符号化部は、伝送データの前後にスタートコードＳＴＸ、ストップコードＥＴＸをそれぞれ付加することにより、図１６Ｃのように合計１０個の８ビット（スタートビット、ストップビットを含めると１０ビット）のデータ列に変換する。そのため、５バイトの伝送データを１ｍｓの間に送信する場合、合計１００ビット（＝１０ビット×１０個）のデータが送信されることになる。

ここで、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）のデータ転送速度を１５６．２５ｋｂｐｓとすれば、１ビットの送信に６．４μｓ必要であるから、１００ビットのデータを送信するには６４０μｓ必要である。なお、伝送ユニット２と第１通信端末１との間の通信で用いられる伝送信号には、１周期（１５ｍｓ）当たり１ｍｓの通信適合期間が３箇所存在する。そのため、５バイトの伝送データを変換せずに送信する場合、８０００ｂｐｓ（＝３／１５〔ｍｓ〕×４０〔ビット〕）のデータ転送速度があれば足りる。

以上説明した本実施形態の構成によれば、伝送データを符号化して送信するようにしたことで、二次信号５２においてトリガを生じない値が連続することがない。したがって、補正回路２３による二次信号５２の補正を確実に行うことができ、通信の信頼性が向上するという利点がある。

本実施形態の具体的な動作について説明する。たとえば「１１０１０１１」というデータが送信された場合、受信回路１５は、通常、図１７Ａに示す二次信号５２を受け、図１７Ｂに示すような信号を比較回路２２の出力に生じる。これにより、補正回路２３による補正後の信号は図１７Ｃに示すように送信データ「１１０１０１１」に対応する信号となる。

また、図１８Ａに示すように二次信号５２に歪みが生じた場合、受信回路１５は、図１８Ｂに示すようにパルス幅が一定でない信号を比較回路２２の出力に生じることがある。この場合でも、補正回路２３による補正後の信号は、図１８Ｃに示すように送信データ「１１０１０１１」に対応する信号となる。

一方、仮に「１１０００１１」というデータが送信され、図１９Ａに示すように立ち上がりを生じない値（ここでは「０」）が連続する二次信号５２を受けると、受信回路１５は、図１９Ｂに示すような信号を比較回路２２の出力に生じる。この場合、比較回路２２の出力において「０」が連続する部分では、補正回路２３は最後の「０」のみトリガが掛かるため、補正後の信号は図１９Ｃに示すように「１１１１０１１」となり、送信データ「１１０００１１」とは相違してエラーとなる。

本実施形態の構成では、伝送データを符号化して送信するようにしたことで、二次信号５２においてトリガを生じない値が連続することがないため、図１９Ｃのようなエラーが生じることを回避できる。

その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

ところで、上記各実施形態では、伝送ユニット２が電圧信号からなる伝送信号を送出することにより通信線４に対して電圧が印加される例を示したが、この構成に限らず、一定の直流電圧を通信線４に印加する電源装置を伝送ユニット２に代えて設けてもよい。この場合、通信端末１０は、他の通信端末１０に伝送すべきデータを含んだパケットを第２プロトコルに従って直流電圧に重畳させて通信線４に送出することで、他の通信端末１０と通信を行うことになる。なお、この場合に、ＵＡＲＴのデータ転送速度は上述した１５６．２５ｋｂｐｓの半分の７８．１２５ｋｂｐｓとなる。

また、電流電圧変換部３は、伝送ユニット２の出力端と通信線４との間に挿入された抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２（図３参照）からなる構成に限らず、たとえば図２０に示すようにトランスを用いたインピーダンスアッパから構成されていてもよい。

図２０の例では、電流電圧変換部３は、抵抗素子Ｒ１０１，Ｒ１０２のほか、１次巻線および２次巻線からなる二巻線インダクタ（トランス）Ｍ１，Ｍ２と、ダイオードＤ１〜Ｄ８とを備えている。二巻線インダクタＭ１，Ｍ２の１次巻線および２次巻線がそれぞれインダクタンス素子として、電流電圧変換部３の抵抗成分として利用される。

具体的には、２線の通信線４のうち一方に挿入された抵抗素子Ｒ１０１と並列に、ダイオードＤ１，Ｄ５の直列回路と、ダイオードＤ２，Ｄ６の直列回路とが互いに逆並列に接続されている。二次巻インダクタＭ１は、１次巻線がダイオードＤ２の両端間に接続され、２次巻線がダイオードＤ１の両端間に接続されている。

同様に、２線の通信線４のうち他方に挿入された抵抗素子Ｒ１０２と並列には、ダイオードＤ３，Ｄ７の直列回路と、ダイオードＤ４，Ｄ８の直列回路とが互いに逆並列に接続されている。二次巻インダクタＭ２は、１次巻線がダイオードＤ３の両端間に接続され、２次巻線がダイオードＤ４の両端間に接続されている。

この構成によれば、二巻線インダクタＭ１，Ｍ２のインダクタンスを用いることにより、電流電圧変換部３は、通信に用いられる信号成分に対しては十分な抵抗性インピーダンスを示しながらも、直流成分に対しては低抵抗となる。つまり、抵抗素子Ｒ１０１，Ｒ１０２の抵抗値をたとえば４．７Ωとした場合、電流電圧変換部３の入力インピーダンスは、通信に用いられる信号成分の周波数帯域（たとえば７８ｋＨｚ）では約１０Ωとなる。一方、電流電圧変換部３の直流抵抗は、二巻線インダクタＭ１，Ｍ２の巻線抵抗（たとえば約２Ω）で決まるため低抵抗になる。

結果的に、図２０に示す構成の電流電圧変換部３は、抵抗素子Ｒ１１，Ｒ１２（図３参照）からなる電流電圧変換部３に比べると、信号成分に対するインピーダンスは同等としながらも、直流抵抗を小さくすることが可能である。そのため、伝送ユニット２からの供給電流が大きくなって、その分だけ電流電圧変換部３での電圧降下が大きくなっても、末端の端末にまで十分な電圧を与えることが可能になるという利点がある。たとえば、通信線４の線路抵抗が１６Ωで、５００ｍＡの電流が流れる場合、電流電圧変換部３の抵抗が１０Ωであれば最後端で約１３Ｖの電圧降下があるが、電流電圧変換部３の抵抗が２Ωであれば最後端でも約９Ｖの電圧降下に抑えられる。

しかも、図２０に示す構成の電流電圧変換部３では、正負の極性が変化する信号が通っても、二巻線インダクタＭ１，Ｍ２の１次巻線、２次巻線のうち信号の極性ごとに異なる巻線を電流が流れるので、信号の極性反転時の逆起電力は小さくなる。したがって、インダクタンス素子によって入力インピーダンスを高めながらも、通信線４上において信号の極性反転時に生じる波形歪みを抑制し、通信品質の劣化を抑えることができるという利点もある。

また、図２１〜２４では、上記各実施形態の構成において、送信側と受信側との通信端末１０間の距離や、通信線４に接続される通信端末１０の数が変更された場合に、受信側の通信端末１０の各部で得られた波形を挙げる。図２１〜２４においては、「Ａ」が通信端末１０が受信した二次信号５２を示し、「Ｂ」が増幅回路２１の出力を示し、「Ｃ」が比較回路２２の出力を示し、「Ｄ」が補正回路２３の出力（受信データ）を示している。

これら図２１〜２４からも明らかなように、上記構成の通信システムでは、通信端末１０間の距離や通信端末１０の数が変更された場合で、二次信号５２に波形ひずみや信号減衰が生じても、受信側の通信端末１０は正常に受信データを受信することができる。

２ 伝送ユニット（電源装置）
３ 電流電圧変換部
４ 通信線
１０ 通信端末（第２通信端末）
１４ 送信回路
１５ 受信回路
２１ 増幅回路
２２ 比較回路
２３ 補正回路
５１ 一次信号
５２ 二次信号
Ｖｓ１ 第１基準電圧
Ｖｓ２ 第２基準電圧

Claims (10)

1. ２線式の通信線に接続される複数の通信端末と、前記通信線の２線間に電圧を印加する電源装置とを備えた通信システムであって、
   前記通信線上の電流変化を抵抗成分での電圧降下により前記通信線上の電圧変化に変換する電流電圧変換部を備え、
   前記通信端末は、前記通信線に接続され前記通信線から流れ込む電流を変化させることで電流信号からなる一次信号を前記通信線上に生じさせる送信回路と、前記一次信号を前記電流電圧変換部にて電圧信号に変換してなる二次信号を受信する受信回路とを有し、
   前記受信回路は、前記二次信号を増幅することにより第１基準電圧からの電圧変化に変換する増幅回路と、前記増幅回路の出力を第２基準電圧と比較することで前記二次信号を２値化する比較回路とを有し、前記第１基準電圧は前記第２基準電圧からずらして設定されている
   ことを特徴とする通信システム。
2. 前記電流電圧変換部は、前記通信線の特性インピーダンスを前記抵抗成分として利用することを特徴とする請求項１記載の通信システム。
3. 前記電流電圧変換部は、前記電源装置と前記通信線との間に接続された抵抗素子を前記抵抗成分として利用することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の通信システム。
4. 前記電流電圧変換部は、前記電源装置と前記通信線との間に接続されたインダクタンス素子を前記抵抗成分として利用することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の通信システム。
5. 前記受信回路は、前記送信回路が前記通信線から流れ込む電流を変化させたときに通信線上に電圧降下によって生じる電圧変化を前記二次信号として受信することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の通信システム。
6. 前記電源装置は、前記通信線に印加する電圧の大きさを変化させることにより電圧信号からなる第１プロトコルの信号を前記通信線上に送出する信号送出部を有し、前記受信回路は、前記第１プロトコルの信号に比べて周波数が高く前記第１プロトコルの信号に重畳される第２プロトコルの信号を前記二次信号として受信することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の通信システム。
7. 前記受信回路は、前記二次信号の大きさを所定の閾値と比較することで前記二次信号を２値化して前記二次信号の信号成分を取り出す比較回路を有し、前記通信端末は、前記送信回路から前記一次信号を送出する際に、前記二次信号の信号成分以外の成分が前記閾値を超えない程度に前記二次信号の振幅が抑制されるように、前記通信線から見た入力インピーダンスを低下させることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の通信システム。
8. 前記受信回路は、前記二次信号の大きさを所定の閾値と比較することで前記二次信号を２値化する比較回路と、前記二次信号の立ち上がりまたは立ち下がりをトリガとして検出し、前記二次信号を前記トリガの検出時点から所定のパルス幅を持つ方形波に補正する補正回路とを有することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の通信システム。
9. 前記送信回路は、前記二次信号において前記トリガを生じない値が連続することがないように伝送データを符号化する符号化部を有し、前記受信回路は、前記二次信号から得られる符号化されたデータを復号化して前記伝送データを取得する復号化部を有することを特徴とする請求項８記載の通信システム。
10. 通信線の２線間に電圧を印加する電源装置と、前記通信線上の電流変化を抵抗成分での電圧降下により前記通信線上の電圧変化に変換する電流電圧変換部とを備えた通信システムに用いられ、
    前記通信線に接続され前記通信線から流れ込む電流を変化させることで電流信号からなる一次信号を前記通信線上に送出する送信回路と、前記一次信号を前記電流電圧変換部にて電圧信号に変換してなる二次信号を受信する受信回路とを有し、
    前記受信回路は、前記二次信号を増幅することにより第１基準電圧からの電圧変化に変換する増幅回路と、前記増幅回路の出力を第２基準電圧と比較することで前記二次信号を２値化する比較回路とを有し、前記第１基準電圧は前記第２基準電圧からずらして設定されている
    ことを特徴とする通信端末。

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