JP2670166B2 - データ伝送システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、データ伝送システムに係り、特に、シール
ド等のノイズ対策の施されていない通常の引き通し線を
利用してデータ伝送を行うデータ伝送システムに関す
る。

［従来の技術］ 近年、車上におけるデータ伝送、例えば、列車の各種
機器のモニタリング、各種情報サービスの要求の高まり
に対応するための、車上多重伝送システムの需要は、特
定の新造車両ばかりでなく既存の列車においても増加し
つつある。

しかし、既に稼働中の車両に新たにケーブルを追加施
設することは、工事のコスト及び列車運用の時間的な制
約のため非常に困難である。

ここでもし、列車製造時に施設された通常の電線から
なる引き通し線を伝送路として利用できるならば、前述
の様な困難を解消することができる。実際、予備の引き
通し線（通常数本の引き通し線を予備として製造時に引
き通しておく）を利用して伝送を行うことが一部で行わ
れている。

一方、新造車の場合にも、伝送路ケーブルとして光フ
アイバ、ツイストペア線等を用いるよりも、従来からの
引き通し線を利用できるならば、車体間のジャンパカプ
ラの構造を、従来通りのままとすることができ、やはり
コストの上昇を抑えることができ、列車の連結作業時の
取扱い方法も変更する必要がないという利点を得ること
ができる。

ところが、列車上には大きな電磁的雑音を発生する機
器が多数搭載されており、これらもまた同一の束に含ま
れる他の引き通し線を利用して、データの伝送を行つて
いるため、伝送用引き通し線は、並行するこれら他の機
器の引き通し線から大きな誘導ノイズを受けることにな
る。

このため、従来技術によるこの種データ伝送方式は、
データの伝送速度を通常の有線伝送路より低速に抑え、
伝送信号電圧を高くするといった対策が行われている。

しかし、列車上のデータ伝送で取り扱うべき情報量が
今後増加の一途を辿ることは確実である。

これに対応するには、データの伝送速度を高めなけれ
ばならないが、引き通し線を利用する限り従来のノイズ
対策方法では伝送速度の向上を図ることが困難である。

ところで、伝送トランス回路の同相ノイズ対策に関す
る従来技術として、列車上データ伝送装置ではないが、
『新ノイズ対策』Henly・Ｗ・OTT著、日本技術経済セン
タ（1977年２月発行）に記載され、広く用いられている
技術が知られている。

以下、従来技術によるデータ伝送方式を図面により説
明する。

第11図は従来技術を示す図である。第11図において、
51はマイク、52は音声信号装置、53、54は伝送トラン
ス、57は伝送路である。

第11図に示す従来技術において、スタジオにあるマイ
ク51を通して取り込まれた音声信号は、伝送トランス53
を介して伝送路57に送出される。伝送路57は、スタジオ
と調整室とを結ぶもので、50m〜100mの長さを有する。
そして、この伝送路上に送出された前記音声信号は、伝
送トランス54を介して、音声信号装置52に入力される。
このとき、伝送路57の２本のケーブルには、ノイズ源58
から同相のノイズが加わる。

よく知られているように、第11図に示す差動方式の伝
送の場合、同相性のノイズは、伝送トランス53の巻線の
中点55から接地点56へ排流されることにより、巻線中で
キヤンセルされ、装置内部には、ノイズによる電圧が誘
起されない。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、前記従来技術は、本発明が対象とするデジタ
ル信号の多重伝送で、特に、高速の伝送を行おうとする
場合には、事情が異なり使用することができないもので
ある。

すなわち、前記従来技術は、同相ノイズ対策の対象と
なる信号が、音声信号であるため、高速伝送用の伝送デ
ータの周波数より格段に低く、また、地面の伝送路57と
の間に電圧を誘起させる誘導ノイズが、音声信号がマイ
ク51から音声信号装置52に伝わるより早く、接地点56に
吸収されてしまうので、音声信号に対するノイズの低減
を行うことができるものである。

ところで、より高速の伝送においてはデータ信号の時
間幅が狭くなってくるため、ノイズ電圧の伝送路上での
残留時間は、なるべく短くする方が信号の信頼性上好ま
しい。しかし、前記従来技術は、伝送トランス54の直近
において同相ノイズが伝送路57に加わつた場合、遠地点
への排流に時間がかかり、ノイズの残留時間が長くなる
恐れがある。前記従来技術は、これにより、伝送路57上
のデータを破壊してしまうという問題点を有している。

本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決し、耐
ノイズ性のある高速なデータ伝送を行うことが可能なデ
ータ伝送システムを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、前記従来技術の問題点を
解決し、通常の引き通し線を利用して高速なデータ伝送
を行うことが可能なデータ伝送システムを提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば前記目的は、複数の直列多重伝送装置
の間を電線からなる伝送路で接続して構成されたデータ
伝送システムにおいて、前記伝送装置と前記伝送路との
接続を伝送トランスを介して行い、各伝送トランスの伝
送路側巻線の中点を第１のコンデンサと第１の抵抗器と
の直列回路を介して接地することにより達成される。

［作 用］ 各伝送トランスの伝送路側巻線の中点がコンデンサと
抵抗器との直列回路を介してを接地されているので、ノ
イズ源から送受信両方向に伝送されたノイズ電圧波は、
それぞれの伝送トランスの中点から接地点に排流され
る。本発明は、これにより、ノイズ信号を短い時間で消
失させることができ、ノイズ信号が伝送路上のデータ信
号に悪影響を及ぼすことを防止することができる。ま
た、コンデンサを介して接地しているので、接地点から
流入する不用電流を阻止することができる。

［実施例］ 以下、本発明によるデータ伝送方式の実施例を図面に
より詳細に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す図であ。
第１図において、１、２は伝送装置、３、４は伝送トラ
ンス、５、９は中点、６、10は接地点、７は伝送路、８
はノイズ源である。

第１図に示す本発明の第１の実施例は、通常の引き通
し線を用いて、デジタル信号の高速伝送を行う伝送シス
テムである。

本発明の第１の実施例において、伝送装置１及び伝送
装置２相互間で、デジタル高速伝送を行う場合、例え
ば、伝送装置１から出力されたデジタル信号は、伝送ト
ランス３を介し、伝送路７を通って伝送トランス４に入
力され、伝送装置２により受信される。

このような伝送システムが、れ列車に適用される場
合、伝送路７の伝送路長は、350m〜400mに及ぶ。この伝
送路により、データの伝送中に、ノイズ源８により伝送
路７に加わった同相のノイズ電圧波は、最寄りの、また
は、双方の伝送トランス３、４の伝送路側巻線の中点5,
9を介して接地点6,10に排流される。従って、図示本発
明の第１の実施例は、より短い時間でノイズの影響をな
くすことができる。

ところで、差動方式の伝送システムでは、ノイズの同
相性が高いことが前提となるが、例えば、列車の引き通
し線は、多数の電線を束ねたものであるため、引き通し
線の任意の２本の組の間の特性インピーダンスはどの組
をとつても極端なバラツキはない。

従って、前述のように信号伝送時間を問題にするよう
な短い時間内においては、ノイズを受ける側、すなわ
ち、列車の引き通し線から見ると、ノイズ源８は、あた
かも一定の内部インピーダンスを有する信号源のように
振舞う。このため、伝送路７を構成する２本のケーブル
に誘起されるノイズ電圧波は、同相性が十分にあり差動
方式が有効に作用することができる。

次に、列車特有の問題である車体接地間の電位差対策
について説明する。

電気鉄道においては、自車あるいは他車から変電所に
戻る電流により列車の前後方向に電位差（第１図の11）
が発生する。この電位差は、力行時には、50〜60Vにも
なる。このため、２カ所以上で接地をとって構成されて
いる前述の差動伝送回路には、この電位差に基づくに電
流が流入することになる。この電流は、伝送トランスの
差動作用により磁気的にキヤンセルされてノイズにはな
らないが、電流容量の小さい伝送トランスの巻線を発熱
させてしまう。

次に、この問題点を解決することのできる本発明の実
施例を説明する。

第２図は本発明の第２の実施例の構成を示す図であ
る。第２図において、12はコンデンサであり、他の符号
は第１図の場合と同一である。

図示本発明の第２の実施例は、電気鉄道の電源が直
流、または、商用周波数（低周波）の交流である点に着
目し、接地からの流入電流をコンデンサ12によりカット
するようにしたものである。

この実施例は、伝送路７上を伝送するデータ信号を、
充分高い伝送信号周波数に選択することにより、挿入し
たコンデンサのリアクタンスをデータ信号に対し小さ
く、一方、架線の周波数に対しては大きな値となるよう
にしたものである。

このような構成の本発明の第２の実施例によれば、前
述した差電位による影響を受けることなく、前述した本
発明の第１の実施例と同様な効果、すなわち、高速なデ
ータ信号の安定な伝送と伝送トランスの保護とを両立さ
せるという効果を得ることができる。

第３図は本発明を実際に列車に適用した本発明の第３
の実施例の構成を示す図である。第３図において、21〜
23は伝送装置、25〜27は伝送トランス、28は連結部、29
は車体であり、他の符号は第２図の場合と同一である。

第３図に示す本発明の第３の実施例は、マルチドロッ
プ型の伝送システムであり、伝送装置21〜23のいずれか
を親局とし、各伝送装置21〜23が伝送トランス25〜27を
介してデータ信号の送受信を行うものである。そして、
各伝送装置21〜23の伝送トランス25〜27の伝送路側の中
点は、コンデンサ12を介して接地されている。

この本発明の第３の実施例は、各伝送装置毎に接地を
行っており、また、一般的に、電車の長さは20メートル
であるから、ほぼ25メートルおきに接地点が得られるこ
とになる。通常、電線を束ねた場合、その電線の信号伝
搬速度は、約20万km毎秒であるから、前記本発明の第３
の実施例は、0.1マイクロ秒強でノイズが排流され、例
えば、１マイクロ秒幅の高速なデータ信号でもエラーの
確率を小さなものとすることができる。

第４図は本発明の第４の実施例の構成を示す図であ
る。第４図において、31〜34は伝送装置、36〜43は伝送
トランスであり、他の符号は第３図の場合と同一であ
る。

この発明の第４の実施例は、ループ形伝送システムに
本発明を適用したものである。このように伝送装置31〜
34をループの両側で交互に配置した本発明の実施例の場
合、50メートルおきにノイズの排流点を得ることができ
る。

通常の有線データ伝送において、比較的高速の、9600
ビツト毎秒の伝送速度を例にとると、１ビツトの時間幅
は約104マイクロ秒である。

一方、この本発明の実施例によるノイズの影響の滞留
時間は、前述したように極めて短いため、１ビツトに対
する伝送装置受信部のサンプリングのタイミングにノイ
ズが合致する確率が充分小さなり、この実施例によれ
ば、高い伝送信頼性を得ることができる。

また、前記本発明の第４の実施例は、複数の伝送装置
の各位置で、伝送トランスの中点が接地されているの
で、万一１カ所で接地が切れる故障が発生しても、他の
接地点でバックアップされるためシステム的耐久性の向
上を図ることができる。

次に、システム的耐久性をさらに高める手段につい
て、各種実施例について説明する。

第５図は本発明の第５の実施例の構成を示す図であ
る。第５図において、45は抵抗器であり、他の符号は第
２図の場合と同一である。

この本発明の第５の実施例は、中点接地方法を改良し
た例であり、伝送トランスの中点を、コンデンサ12と抵
抗器45の直列回路により接地するようにしたものであ
る。

この本発明の第５の実施例によれば、抵抗器45の値を
適当に選ぶことにより、至近距離のノイズ源からの強力
なサージ電流を抑制してコンデンサ12を保護しつつ、本
発明の第４の実施例と同様な効果を発揮することがで
き、部品信頼度の面でも好ましい。また、万一コンデン
サ12が短絡しても、車体間電位差による流入電流を抑制
することができ、伝送トランスの焼損事故を防止するこ
とができる。

第６図は本発明の第６の実施例の構成を示す図であ
り、図の符号は第５図の場合と同一である。

この第６図に示す実施例は、引き通し線の混触事故か
ら伝送装置を保護する手段を備えた実施例である。

電車内には、通常DC100Vが各種制御装置の電源として
用いられている。従って、万一、配線の混触事故が起き
た場合、伝送トランスの巻線間に直流電圧が印加され、
最悪の場合、やはり焼損事故につながりかねない。

そこで、本発明の第６の実施例は、引き通し線と伝送
トランスとの接続にコンデンサ回路を設けて構成されて
いる。直列に挿入された抵抗器45は、第５図に示した第
５の実施例と同一の目的を達成させるものであるが、抵
抗器の作用を必要としない場合にはコンデンサのみでよ
い。抵抗器45は、全て同じものを使用しているが、製造
上の都合だけであり、その値を変えても良い。

また、前述のコンデンサ12は、前述の接地点６からの
不要電流の流入阻止にも効果があり、接地側に設けたコ
ンデンサ12の機能を補助し、多重安全というシステム的
効果を得ることができる。

第５図、第６図に示す、伝送装置の伝送路への接続方
式は、第３図に示したマルチドロップ構成、第４図のル
ープ構成のどちらの場合にも適用することができる。こ
のように、全ての伝送装置の伝送路へのインターフェー
スを統一することは、製造工程を単純化する上でも効果
的である。

以上説明した実施例は、いずれも専用の電線を用いる
ものである。しかし、すでに実用に供されている列車の
場合、それまでの改造により予備の電線が少ないか、全
くなくなっている場合が少なからずある。

以下、その様な場合に本発明を適用した伝送方式の実
施例を説明する。

第７図（ａ）は本発明の第７の実施例の構成を示す図
である。第７図（ａ）において、60は車載機器、61は電
源線、62はインタフェースユニットであり、他の符号は
第５図の場合と同一である。

第７図（ａ）において、伝送線のうち１本は専用線
７、他の１本は他の車載機器60の電源線61である。ま
た、この図では、伝送トランスとコンデンサ及び直列抵
抗器の回路は、インターフェースユニツト62としてまと
めて示している。

この本発明の第７の実施例は、適当な機器、例えば、
ブレーキ用引き通し線を先駆して用いれば、対接地イン
ピーダンスの高い電源線61を使用して、損失の少ないデ
ータ伝送が可能である。

第７図（ｂ）は、本発明の第８の実施例の構成を示す
図である。第７図において、63はインピーダンス整合器
であり、他の符号は第７図（ａ）の場合と同一である。

この実施例は、前述の本発明の第７の実施例におい
て、専用線７側と電源線61側とのインピーダンスマッチ
ングがとれない場合に、これらの間のインピーダンスマ
ッチングを図ることのできる実施例である。

すなわち、この実施例は、第７図（ａ）に示すよう
に、インピーダンス整合器63をいずれかの伝送線との間
に挿入してバランスをとるようにしたものである。整合
器63は、抵抗器であることが適している。何故なら、イ
ンダクタンス分を入れると、デジタル信号がなまってし
まい、デジタル信号の伝送に悪影響を与えるからであ
る。

第８図は本発明の第９の実施例の構成を示す図であ
る。第８図において、64は伝送装置自体の電源線であ
り、他の符号は第７図（ａ）の場合と同一である。

この本発明の第９の実施例は、伝送装置自体の電源線
64を伝送線として利用した実施例であり、この場合、伝
送装置の製造段階で電源ラインにインダクタンスを入れ
て高周波インピーダンスを意図的に高めておくことがで
き、伝送専用の電源線64が確保される場合に有効な方法
である。

第９図、第10図は本発明の第10、第11の実施例の構成
を示す図である。第９図、第10図において、65、67は車
載制御装置の制御信号線、66、68は車載制御装置であ
り、他の符号は第７図（ａ）の場合と同一である。

この本発明の第10、第11の実施例は、伝送専用の電線
が全くない場合の実施例であり、車載制御装置66の制御
信号線65、他の車載制御装置68の制御信号線67を信号電
源線として用い、伝送信号電圧を既に他の目的に用いて
いる電線に重畳するものである。このような実施例を用
いれば、どの様な種類の列車にも多重伝送システムの搭
載が可能になる。

第10図はいずれの電線も対接地インピーダンスが高く
とれない場合のシステム構成の実施例である。

この実施例は、電源線61や64等が、その電位が安定で
あるところからこれを接地と見なして伝送トランスの中
点を接続して構成されている。さらに、高周波的に電源
線の対接地インピーダンスを下げる必要がある場合、図
のようにコンデンサ69を接地点との間に付加すればよ
い。

これら電源線61,64,67は、その電源の周波数が低いこ
とが望ましい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、列車上の極めて
ノイズの大きな環境で、特にシールドを施されていな
い、通常の電線からなる引き通し線を用いて、充分に高
い信頼度のデータ伝送を高速に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図、第４図、第５図、第６図、第
７図（ａ）、第７図（ｂ）、第８図、第９図、第10図
は、それそれ、本発明の第１〜第11の実施例を示す図、
第11図は従来技術を示す図である。 1,2,21,22,23,31,32,33,34……伝送装置、３、４、25〜
27、36〜43、53、54……伝送トランス、5,9……伝送ト
ランスの伝送路側巻線の中点、６、10……接地点、７…
…伝送路、８……ノイズ源、12……コンデンサ、45……
抵抗器、62……インターフエイスユニツト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田代 維史 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 田所 富男 東京都千代田区神田駿河台４丁目３番地 日立テクノエンジニアリング株式会社 内 (72)発明者 潤賀 健一 東京都国分寺市光町２丁目８番地38 財 団法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 長田 実 東京都国分寺市光町２丁目８番地38 財 団法人鉄道総合技術研究所内 (56)参考文献 特開 平１−297918（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−21658（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−28109（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の直列多重伝送装置の間を電線からな
   る伝送路で接続して構成されたデータ伝送システムにお
   いて、前記伝送装置と前記伝送路との接続を伝送トラン
   スを介して行い、各伝送トランスの伝送路側巻線の中点
   を第１のコンデンサと第１の抵抗器との直列回路を介し
   てを接地したことを特徴とするデータ伝送システム。
2. 【請求項２】前記伝送トランスの少なくとも１つの伝送
   トランスと前記伝送路用電線との接続を、それぞれ第２
   のコンデンサを介して行うことを特徴とする請求項１記
   載のデータ伝送システム。
3. 【請求項３】前記第２のコンデンサと直列に第２の抵抗
   器を挿入することを特徴とする請求項２記載のデータ伝
   送システム。
4. 【請求項４】前記伝送路用電線は、シールド、もしくは
   ツイスト処理されていない電線であることを特徴とする
   請求項１、２または３記載のデータ伝送システム。
5. 【請求項５】前記伝送路用無線と伝送トランスとの接続
   が、インピーダンス整合回路を介して行われることを特
   徴とする請求項１ないし４のうち１記載の列車用データ
   伝送システム。