JP3423520B2 - スペクトラム拡散による配電線搬送方法 - Google Patents

スペクトラム拡散による配電線搬送方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、配電線路を信号の
伝送路として使用し、商用周波に位相変調された搬送信
号を重畳させて、配電系統に関わる各種の監視、制御な
どを行う配電線搬送方法の改良に関するものである。 【0002】 【従来の技術】配電線路の信号伝送路としての特性は、
10kHz以下の低周波領域で伝達率の低下が少なく、機
器の設計が容易であるが、この周波数帯域は商用周波の
歪みに起因する商用周波に同期した高調波、および、負
荷から発生するランダムな雑音の影響を受け、場合によ
ってはデータ信号伝送の信頼性が著しく低下する場合も
ある。 【0003】データ信号に対する雑音となる商用周波の
高調波を除去するためには、公知の方法として、商用周
波数に同期させて搬送信号から商用周波の1サイクル前
の搬送信号を減算する差分フィルタを使用することが効
果的であり、また、信号対雑音比を改善するための手段
としては、搬送信号のレベルを増大させることが一般的
であるが、概して配電系統における商用周波数以外の周
波数成分の電力を極力抑制する必要もあり、配電系統に
注入する搬送信号の振幅を無闇に大きくするわけにもい
かない。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】近年における配電系統
の自動制御化の進展に伴う伝送すべきデータ量の増加に
より、配電線搬送における伝送信頼性を高める要求が高
まっている。 【0005】公知のように、送信側で、商用周波1サイ
クル毎に特定位相に同期させて直接拡散したスペクトラ
ム拡散信号を重畳させ、受信側で、商用周波1サイクル
長前の信号を遅延乗算することにより、逆拡散および検
波が実施できる。 【0006】 いま、C(t)を拡散系列、Dk を送信
データ、cosωC tを搬送波とすると、ある商用周波
1サイクル上の搬送信号Sk (t)は、 Sk (t)=C(t)・Dk ・cosωC t (1) 商用周波1サイクル前の搬送信号をSk-1 (t−2π/
ω0 )とすると、ω0 を商用角周波数として、Sk-1
(t−2π/ω0 )=C(t−2π/ω0 )・Dk-1 ・cosω c (t−2π/ω0 ) (2) となる。 【0007】ここで、拡散系列C(t)と搬送波cos
ωC tは商用周波に同期させて伝送するので、商用周波
1サイクル前でも同相であり、 C(t)=C(t−2π/ω0 ), cosωC t=cosωC (t−2π/ω0 ) であって、遅延乗算の結果は、C2 (t)=1であるか
ら、 Sk (t)・Sk-1 (t−2π/ω0 ) =C2 (t)・Dk ・Dk-1 ・cos2 ωC t =Dk ・Dk-1 ・cos2 ωC t (3) となって、ローパスフィルタを通過させることによりデ
ータ信号Dk ・Dk-1 を得ることができる。 【0008】 ここで、搬送信号に雑音Nk (t)が重
畳するものとすると、乗算結果は、 〔Sk (t)+Nk (t)〕 ・〔Sk-1 (t−2π/ω0 )+ k-1 (t−2π/ω0 )〕 =Dk ・Dk-1 ・cos2 ωC t +C(t)・Dk ・cosωC t・Nk-1 (t−2π/ω0 ) +C(t)・Dk-1 ・cosωC t・Nk (t) +Nk (t)・Nk-1 (t−2π/ω0 ) (4) となり、隣接した商用周波1サイクルの雑音Nk (t)
およびNk-1 (t−2π/ω0 )に相関性がなければ、
所定の利得が得られる。しかし、配電線路の雑音は、特
に低周波帯域では商用周波の高調波、サイリスタのスイ
ッチング雑音などに代表されるように、商用周波の位相
に同期しているものが多く、したがって、雑音Nk と1
サイクル前の雑音Nk-1 とは強い相関性を有している。 【0009】商用周波に同期した雑音については、Nk
=Nk-1 となり、(4)式の第4項はNk (t)・N
k-1 (t−2π/ω0 )=Nk 2(t)となるから、結果
として、雑音成分が検波結果のデータ信号領域に混入
し、伝送信頼性が著しく低下することになる。 【0010】本発明の目的は、上述の課題を解決し、商
用周波の高調波雑音および該高調波間のランダムな雑音
のいずれをも低減し、信号伝送レベルを増加させること
なく、伝送信頼性を確保できる配電線搬送方法を提供す
ることである。 【0011】 【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するた
めに、本発明は、商用周波の配電線路を伝送路として使
用し、データ信号により位相変調された搬送信号を商用
周波に重畳して伝送する配電線搬送方法において、商用
周波の2サイクル長を単位変調区間とし、送信側では、
単位変調区間の前1/2の範囲にて、商用周波に同期し
た搬送波を1単位変調区間前の信号位相を基準位相とし
て差動位相変調し、商用周波に同期したスペクトラム拡
散用のデータ列にて直接拡散することにより搬送信号を
形成し、単位変調区間の後1/2の範囲にて、搬送信号
の形成を休止し、復調側では、前記単位変調区間の前1
/2の範囲の受信信号から商用周波の1サイクル前の受
信信号を減算することにより商用周波に同期した雑音成
分を除去した信号を得た後、該信号と1単位変調区間前
の前1/2の範囲の前記減算された信号を遅延乗算し、
そして、前記単位変調区間の後1/2の休止範囲の0レ
ベルの受信信号から商用周波の1サイクル前の受信信号
を減算することにより商用周波に同期した雑音成分を除
去した極性反転の信号を得た後、該信号と1単位変調区
間前の後1/2の休止範囲の前記減算された極性反転の
信号を遅延乗算することにより逆拡散および検波を行
うようにしたことを特徴とするものである。 【0012】 【発明の実施の形態】本発明の実施の形態では、差動位
相変調され、スペクトラム拡散された受信信号の遅延乗
算による検波を行う前に、受信信号から商用周波1サイ
クル長前の受信信号を減算する減算タイプの差分フィル
タを通過させ、商用周波に同期した雑音成分を除去する
ことができるように、送信側での単位変調区間および単
位変調区間内の信号送出領域を設定している。 【0013】すなわち、単位変調区間を商用周波2サイ
クル長とし、搬送信号の送出区間を単位変調区間中の前
半1/2(商用周波1サイクル分)として、後半1/2
(商用周波の次の1サイクル分)で搬送信号の送出を休
止すれば、減算タイプの差分フィルタの動作が互いに干
渉することなく、前半1/2と後半1/2(休止区間)
とで差をとることにより高調波雑音が相殺されることに
なる。 【0014】図1は、本発明の実施の一形態を示す図で
あり、図1(a)は変調側のブロック図、図1(b)は
復調側のブロック図である。 【0015】図1(a)において、変調(送信)側で
は、商用周波数クロック発生回路1において商用周波に
同期したクロック信号が発生され、これは搬送波発生回
路2に入力され、商用周波に同期した搬送波が発生され
る。搬送波制御回路3は、商用周波数クロック発生回路
1からのクロック信号に同期して、単位変調区間の前1
/2(商用周波1サイクル分)では乗算器4により搬送
波に1を乗算、すなわち搬送波を通し、単位変調区間の
後1/2(商用周波の次の1サイクル分)では乗算器4
により搬送波に0を乗算、すなわち搬送波を遮断(休
止)する。同時に搬送波制御回路3はその出力(1,
0)をタイミングクロックとしてクロック出力端子CK
から出力する。このクロック出力端子CKから出力され
るクロックに合わせてデータ入力端子TDからデータ信
号が入力され、これが排他的オア回路5および4π/ω
0 移相回路6(ω0 :商用角周波数)において単位変調
区間である商用周波2サイクル前の信号との排他的論理
和がとられ、この出力がレベル変換回路12において0
は+1に、1は−1に変換されて(ただし、単位振幅で
表現)、乗算器7に入力されることにより、1単位変調
区間前の信号の位相を基準位相とする差動位相変調が行
われる。なお、データ入力端子TDと排他的オア回路5
との間にインバータを挿入した場合には、レベル変換回
路12は0を−1に、1を+1に、それぞれ変換する。 【0016】図2の左4列は、排他的オア回路5および
4π/ω0 移相回路6により構成される回路による入力
および出力の真理値の関係を示す図であり、上述の動作
の一例を具体的に示している。 【0017】乗算器8において、差動位相変調された信
号を拡散系列発生回路9において発生された商用周波に
同期したスペクトラム拡散用データ列で直接拡散させ、
このようにして生成されたスペクトラム拡散による搬送
信号が増幅器10により電力増幅されて、結合回路11
を介して配電線路Lに注入される。 【0018】一方、図1(b)の復調(受信)側では、
配電線路Lに到来する搬送信号が、バンドパスフィルタ
21において搬送周波数以外の周波数成分が除去される
ことにより受信され、商用周波数クロック発生回路22
および搬送波発生回路23により作られた搬送波の位相
により、減算タイプの差分フィルタ24において商用周
波に同期した雑音成分が除去される。 【0019】図3は、復調側での各単位変調区間におけ
る受信信号、差分フィルタ24の出力および遅延乗算検
波結果を示す図であるが、図3に示されるように、ある
単位変調区間kの前1/2の受信信号をSk とすれば、
その単位変調区間kの後1/2では搬送信号の送出が休
止するので、受信信号は0である。受信信号Sk の時の
差分フィルタ24の出力は、それから商用周波1サイク
ル前の受信信号は0であるので、Sk となる。単位変調
区間kの後1/2での差分フィルタ24の出力は、(0
−Sk )=−Sk となる。以下、単位変調区間(k+
1),(k+2),・・・での受信信号および差分フィ
ルタ24の出力は同様となる。なお、差分フィルタ24
は、たとえば、商用周波1サイクル分の遅延回路24
a、インバータ24bおよび加算器24cから構成され
る。 【0020】しかる後、乗算器25において、この信号
に4π/ω0 移相回路26により作成された1単位変調
区間すなわち商用周波2サイクル前の差分フィルタ24
の出力信号が遅延乗算される。すなわち、図3におい
て、たとえば単位変調区間(k+1)の前1/2にては
差分フィルタ24の出力Sk+1 に1単位変調区間前の差
分フィルタの出力Sk が乗算されて遅延乗算検波結果
(乗算器25の出力)はSk ・Sk+1 となる。次の単位
変調区間(k+1)の後1/2にては差分フィルタ24
の出力(−Sk+1 )に1単位変調区間前の差分フィルタ
の出力(−Sk )が乗算されて遅延乗算検波結果はSk
・Sk+1 となる。以下同様に各単位変調区間での遅延乗
算検波結果は図3に示される通りとなる。このようなス
ペクトラム拡散および逆拡散により高調波間のランダム
な雑音成分は除去される。 【0021】遅延乗算検波結果はローパスフィルタ27
を通ることにより有害な高周波成分が除去され、判定回
路28により+1が0に、−1が1に、それぞれ判定さ
れて、データ出力端子TRから出力される。同時に、ク
ロック出力端子CKから商用周波に同期したタイミング
クロックが出力されるので、このタイミングクロックを
見ながらデータ出力端子TRから出力されるデータ信号
を見ることにより、単位変調区間ごとのデータ信号を知
ることができる。なお、図2の右2列は復調側の遅延乗
算検波結果および判定回路28の出力の具体的な一例を
示している。 【0022】 【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、商用周波の2サイクル長を単位変調区間とし、送信
側では、単位変調区間の前1/2の範囲にて、商用周波
に同期した搬送波を1単位変調区間前の信号位相を基準
位相として差動位相変調し、商用周波に同期したスペク
トラム拡散用のデータ列にて直接拡散することにより搬
送信号を形成し、単位変調区間の後1/2の範囲にて、
搬送信号の形成を休止し、復調側では、前記単位変調区
間の前1/2の範囲の受信信号から商用周波の1サイク
ル前の受信信号を減算することにより商用周波に同期し
た雑音成分を除去した信号を得た後、該信号と1単位変
調区間前の前1/2の範囲の前記減算された信号を遅延
乗算し、そして、前記単位変調区間の後1/2の休止範
囲の0レベルの受信信号から商用周波の1サイクル前の
受信信号を減算することにより商用周波に同期した雑音
成分を除去した極性反転の信号を得た後、該信号と1単
位変調区間前の後1/2の休止範囲の前記減算された極
性反転の信号を遅延乗算することにより逆拡散および
検波を行うようにしたから、商用周波の高調波雑音およ
び該高調波間のランダムな雑音のいずれをも低減し、信
号伝送レベルを増加させることなく、伝送信頼性を確保
することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施の一形態を示す図である。 【図2】図1における各部の入力または出力の具体的な
値の関係を示す図である。 【図3】図1(b)における各単位変調区間における受
信信号、差分フィルタ出力および遅延検波結果の対応を
示す図である。 【符号の説明】 1 商用周波数クロック発生回路 2 搬送波発生回路 3 搬送波制御回路 4 乗算器 5 排他的オア回路 6 4π/ω0 移相回路 7 乗算器 8 乗算器 9 拡散系列発生回路 10 増幅器 11 結合回路 21 バンドパスフィルタ 22 商用周波数クロック発生回路 23 搬送波発生回路 24 減算タイプの差分フィルタ 25 乗算器 26 4π/ω0 移相回路 27 ローパスフィルタ 28 判定回路 L 配電線路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 3/50 - 3/60

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 商用周波の配電線路を伝送路として使用
    し、データ信号により位相変調された搬送信号を商用周
    波に重畳して伝送する配電線搬送方法において、商用周
    波の2サイクル長を単位変調区間とし、送信側では、単
    位変調区間の前1/2の範囲にて、商用周波に同期した
    搬送波を1単位変調区間前の信号位相を基準位相として
    差動位相変調し、商用周波に同期したスペクトラム拡散
    用のデータ列にて直接拡散することにより搬送信号を形
    成し、単位変調区間の後1/2の範囲にて、搬送信号の
    形成を休止し、復調側では、前記単位変調区間の前1/
    2の範囲の受信信号から商用周波の1サイクル前の受信
    信号を減算することにより商用周波に同期した雑音成分
    を除去した信号を得た後、該信号と1単位変調区間前の
    前1/2の範囲の前記減算された信号を遅延乗算し、そ
    して、前記単位変調区間の後1/2の休止範囲の0レベ
    ルの受信信号から商用周波の1サイクル前の受信信号を
    減算することにより商用周波に同期した雑音成分を除去
    した極性反転の信号を得た後、該信号と1単位変調区間
    前の後1/2の休止範囲の前記減算された極性反転の信
    を遅延乗算することにより逆拡散および検波を行う
    ようにしたことを特徴とするスペクトラム拡散による配
    電線搬送方法。
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