JP4692346B2

JP4692346B2 - 受信装置

Info

Publication number: JP4692346B2
Application number: JP2006081542A
Authority: JP
Inventors: 光治池田; 守雄中村; 武正庄司; 英雄阪本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: JP2007259132A

Description

本発明は、ディジタル変復調方式でパケット通信を行う通信システムに用いられる受信装置に関するものである。

従来より、ディジタル変復調方式でパケット通信を行う通信システムに用いられ、アナログの受信信号を増幅する可変増幅器と、可変増幅器で増幅された受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器の出力するディジタル信号から元のデータを復調する復調回路とを備えた受信装置が提供されている。かかる受信装置においては、可変増幅器やＡ／Ｄ変換器の電気的特性に起因して直流成分（直流オフセット成分）が発生することがあった。このような直流成分は、Ａ／Ｄ変換器の出力するディジタル信号に悪影響を及ぼすことになる。

そこで、既知の信号パターンであるトレーニング信号を実際のデータ伝送に先立って伝送し、かかるトレーニング信号の受信時に発生する直流成分（直流オフセット成分）を検出し、実際のデータ伝送時に、検出した直流成分を受信信号から減算（キャンセル）するようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。
特開平８−１１６３４０号公報

しかしながら、上記従来例では、実際のデータ伝送前に直流成分検出用のトレーニング信号を伝送しなければならず、トレーニング信号の伝送に伴ってデータ伝送の効率が低下する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、トレーニング信号の伝送を行わずに直流成分を検出して除去することができる受信装置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、ディジタル変復調方式でパケット通信を行う通信システムに用いられ、アナログの受信信号を増幅する可変増幅器と、可変増幅器で増幅された受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器の出力するディジタル信号から元のデータを復調する復調回路とを備えた受信装置において、伝送路上に搬送波が存在しない無信号期間におけるＡ／Ｄ変換器の出力信号に含まれた直流成分を検出する直流オフセット検出手段と、Ａ／Ｄ変換器の出力信号から直流オフセット検出手段で検出した直流成分を減算する減算手段と、減算手段で直流成分が減算されたディジタル信号の信号レベルを検出し当該検出値と所定の基準値との差分を補償するように可変増幅器の増幅度を調整する増幅度調整手段とを備え、減算手段の出力するディジタル信号を復調回路に入力してなることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、無信号期間は、パケット間に設けられた通信不可期間であることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、直流オフセット検出手段は、パケットの受信が完了した後の無信号期間に直流成分を検出することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れかの発明において、直流オフセット検出手段は、複数回のサンプリング値を平均して直流成分を検出することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、直流オフセット検出手段は、無信号期間よりも十分に短いサンプリング時間で直流成分をサンプリングすることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項４又は５の発明において、直流オフセット検出手段は、可変増幅器の増幅度が調整されてから安定するまでの期間を除いて直流成分をサンプリングすることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項２の発明において、直流オフセット検出手段は、パケットを受信する毎に直流成分を検出することを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１〜６の何れかの発明において、直流オフセット検出手段が検出した直流成分を記憶する記憶手段を備え、減算手段は記憶手段に記憶した直流成分をＡ／Ｄ変換器の出力信号から減算することを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項８の発明において、パケットを受信する毎に直流オフセット検出手段が直流成分を検出するとともに検出された直流成分を減算手段がＡ／Ｄ変換器の出力信号から減算する第１の動作モードと、予め記憶手段に記憶した直流成分を減算手段がＡ／Ｄ変換器の出力信号から減算する第２の動作モードとの何れかを択一的に選択して設定する設定手段を備えたことを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項９の発明において、減算手段がＡ／Ｄ変換器の出力信号から減算する減算値の入力を受け付ける入力受付手段を備え、設定手段は、第１及び第２の動作モードと、直流オフセット検出手段が検出した直流成分の代わりに入力受付手段で受け付けた減算値を減算手段がＡ／Ｄ変換器の出力信号から減算する第３の動作モードとの何れかを択一的に選択して設定する設定手段を備えたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、直流オフセット検出手段が、伝送路上に搬送波が存在しない無信号期間におけるＡ／Ｄ変換器の出力信号に含まれた直流成分を検出し、Ａ／Ｄ変換器の出力信号から直流オフセット検出手段で検出した直流成分を減算手段が減算するので、従来例のようにトレーニング信号の伝送を行わずに直流成分を検出して除去することができる。また、減算手段で直流成分が減算されたディジタル信号の信号レベルを増幅度調整手段で検出し当該検出値と所定の基準値との差分を補償するように可変増幅器の増幅度を調整するので、直流成分によって可変増幅器の増幅度が過大になるというような誤動作を防ぐことができる。

請求項２の発明によれば、直流成分を検出するためだけに無信号期間を設ける必要がないから、データ伝送の効率が向上する。

請求項３の発明によれば、直流オフセット検出手段が、パケットの受信が完了した後の無信号期間に直流成分を検出するので、無信号期間にばらつきが生じても安定的且つ確実に直流成分を検出できる。

請求項４の発明によれば、ランダムに発生するノイズや突発的なノイズの影響を低減して直流成分の検出精度が向上する。

請求項５の発明によれば、無信号期間が無用に長くなることがないからデータ伝送の効率が向上する。

請求項６の発明によれば、直流オフセット検出手段が、可変増幅器の増幅度が調整されてから安定するまでの期間を除いて直流成分をサンプリングするので、直流成分の検出精度が向上する。

請求項７の発明によれば、直流オフセット検出手段が、パケットを受信する毎に直流成分を検出するので、Ａ／Ｄ変換器等の電気的特性が変化して直流成分が変動する場合でも、直流成分を確実に除去することができる。

請求項８の発明によれば、直流成分の変動が少ない場合等においては、直流オフセット検出手段により直流成分を検出する頻度が減らせるからデータ伝送の効率が向上する。

請求項９の発明によれば、用途や使用環境に応じて第１の動作モードと第２の動作モードを切り換えることで利便性が向上する。

請求項１０の発明によれば、入力受付手段で受け付けた減算値を減算手段がＡ／Ｄ変換器の出力信号から減算する第３の動作モードを選択することができるので、利便性がさらに向上する。

（実施形態１）
本実施形態における通信システムは、図２に示すようにディジタル変調されたデータ信号（パケット）を送信する複数の送信装置Ｔと、信号線Ｌｓを介して送信装置Ｔと接続され各送信装置Ｔから時分割多重伝送されるデータ信号を受信する主装置Ｍと、送信装置Ｔから時分割多重伝送されるデータ信号を主装置Ｍ経由で信号線Ｌｓを介して受信する複数の受信装置Ｒとで構成されている。なお、信号線Ｌｓにはペア線などの平衡線路を用いているが、同軸線のような不平衡線路であっても構わない。また、エンハンストカテゴリー５あるいはカテゴリー６のＬＡＮケーブルの１ペアやＣＰＥＶケーブルの１ペアを信号線Ｌｓに利用しても構わない。

また、主装置Ｍから信号線Ｌｓに送出する同期信号によって複数のタイムスロットが規定され、各送信装置Ｔでは、データ信号の送信開始前に主装置Ｍに対してタイムスロットの割当を要求し、主装置Ｍによって割り当てられたタイムスロットＴＳにデータ信号（パケット）を格納して送信するのである（図３参照）。そして、主装置Ｍ並びに受信装置Ｒでは、タイムスロットに格納されたパケット（データ信号）を受信し、元のデータを再構成することができる。しかも、時分割多重伝送方式によれば、各々別の送信装置Ｔから異なるタイムスロットで送信されたデータ信号を受信し、複数の受信装置Ｒにおいて互いに別の送信装置Ｔから送信されたデータを別個独立して取得することが可能である。但し、何れの送信装置Ｔがどのタイムスロットを使用するかということは、主装置Ｍにより同期信号に含めて送信される制御信号によって各送信装置Ｔに適宜割り当てられる。なお、同期信号を用いて複数のタイムスロットを整然と並べる時分割多重伝送に限らず、例えば、ＣＳＭＡ（Carrier Sensing Multiple Access）方式のように、同期信号を用いずに各送信装置Ｔによる任意のタイミングでパケットを送出するようにしても構わない。

本実施形態の受信装置Ｒは、図１に示すように信号線Ｌｓを介して伝送されるデータ信号を受信して元のデータを復調する受信回路部１と、受信回路部１から出力するパケット毎のデータを再構成する信号処理回路２とで構成される。

受信回路部１は、アナログの受信信号（データ信号）を増幅する可変増幅器１０と、可変増幅器１０で増幅された受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１１と、Ａ／Ｄ変換器１１の出力するディジタル信号から元のデータを復調する復調回路１２と、伝送路上に搬送波が存在しない無信号期間におけるＡ／Ｄ変換器１１の出力信号に含まれた直流成分を検出する直流オフセット検出部１３と、直流オフセット検出部１３で検出した検出値を保持（記憶）する検出値保持部１６と、Ａ／Ｄ変換器１１の出力信号から直流オフセット検出部１３で検出した直流成分を減算する減算器１４と、減算器１４で直流成分が減算されたディジタル信号の信号レベルを検出し当該検出値と所定の基準値との差分を補償するように可変増幅器１０の増幅度を調整する増幅度調整（ＡＧＣ）回路１５とを備え、減算器１４の出力するディジタル信号を復調回路１２に入力するように構成されている。ここで、本実施形態における無信号期間は、図３に示すようにパケット間（タイムスロットＴＳ間）に設けられた通信不可期間（Inter Frame Gap）ＩＦＧであり、送信装置Ｔと受信装置Ｒとの間の伝送遅延やクロック誤差、送受信処理が完了するのに必要な時間や前後のパケットを識別するのに要する時間などから、通信システム全体における正常な通信条件に応じて規定される。また、信号線Ｌｓを介して伝送されるパケットは、図４に示すようにプリアンブルＰＡ，ヘッダ部Ｈ，データ部Ｄによって構成される。

また、１回の検出ではランダムに発生するノイズや突発的に発生するノイズの影響で直流成分を誤検出してしまう可能性があるので、本実施形態における直流オフセット検出部１３では、パケットの受信が完了した後の無信号期間ＩＦＧにおいて、Ａ／Ｄ変換器１１の出力を複数回サンプリングし、それら複数回のサンプリング値の平均を演算して直流成分（直流オフセット成分）を検出することで検出の精度を向上している。なお、複数回のサンプリング値を平均する処理は、単純な算術平均でもよいし、異常値が含まれないようにサンプリング値の最大値と最小値を除く残りのサンプリング値の算術平均、あるいは、中央値であっても構わない。また、サンプリング時間を無信号期間ＩＦＧよりも十分に短い時間とすることで無信号期間ＩＦＧが無用に長くなることがないから、データ伝送の効率が向上する。

次に、図４のタイムチャートを参照して本実施形態の動作を説明する。なお、図４（ａ）はＡ／Ｄ変換器１１に入力する受信信号（データ信号）の波形図、同図（ｂ）はＡＧＣ回路１５が可変増幅器１０の増幅度を設定するための制御信号（Ｈレベルで増幅度が任意の値に設定され、Ｌレベルで増幅度が初期値に戻される。）、同図（ｃ）は受信回路部１でキャリア（搬送波）を検出したときにＨレベルとなるキャリアセンス信号をそれぞれ示している。また、図中のＤoffは受信信号に含まれる直流オフセット成分である。

時刻ｔ＝ｔ０に受信信号（パケット）が受信回路部１に入力したとすると、ＡＧＣ回路１５がプリアンブルＰＡの信号レベルを検出し、当該検出値と所定の基準値との差分を補償するように可変増幅器１０の増幅度を設定するための制御信号を出力する（時刻ｔ＝ｔ１）。この制御信号に基づいて可変増幅器１０が増幅度を調整することで受信信号の信号レベルが所望のレベルとなる（時刻ｔ＝ｔ２）。また、ＡＧＣ回路１５から制御信号が出力されるのと同時にキャリアセンス信号もＨレベルとなる。なお、時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２は可変増幅器１０の増幅度が調整されてから安定するまでの応答期間（過渡期間）である。

時刻ｔ＝ｔ３に受信信号が終了したとすると、信号レベルがほぼゼロとなることで受信信号（パケット）の受信完了が検出されてキャリアセンス信号がＬレベルとなる（時刻ｔ＝ｔ４）。また、受信完了の検出に応じてＡＧＣ回路１５が制御信号の出力を停止して可変増幅器１０の増幅度が初期値に戻される。そして、可変増幅器１０の増幅度が初期値に戻って安定した時点（時刻ｔ＝ｔ５）から後、直流オフセット検出部１３がＡ／Ｄ変換器１１の出力を複数回サンプリングし、それら複数回のサンプリング値の平均を演算して直流成分（直流オフセット成分）を検出する。この検出値が検出値保持部１６に保持されるとともに、減算器１４において、Ａ／Ｄ変換器１１の出力信号から検出値分の信号レベルが減算される（時刻ｔ＝ｔ６）。したがって、次の受信信号（パケット）が入力した時点では（時刻ｔ＝ｔ７）、直流成分が除去（キャンセル）されていることになる。

上述のように本実施形態によれば、直流オフセット検出部１３が、伝送路（信号線Ｌｓ）上に搬送波（キャリア）が存在しない無信号期間ＩＦＧにおけるＡ／Ｄ変換器１１の出力信号に含まれた直流成分を検出し、Ａ／Ｄ変換器の出力信号から直流オフセット検出部１３で検出した直流成分を減算器１４が減算するので、従来例のようにトレーニング信号の伝送を行わずに直流成分を検出して除去することができる。また、減算器１４で直流成分が減算されたディジタル信号の信号レベルを検出し当該検出値と所定の基準値との差分を補償するように可変増幅器１０の増幅度をＡＧＣ回路１５で調整するので、直流成分によって可変増幅器１０の増幅度が過大になるというような誤動作を防ぐことができる。ここで、本実施形態ではパケット間（タイムスロットＴＳ間）に設けられた通信不可期間たる無信号期間ＩＦＧに直流オフセット検出部１３が直流成分の検出を行っているので、直流成分を検出するためだけに無信号期間を設ける必要がないからデータ伝送の効率が向上し、しかも、送信装置Ｔと受信装置Ｒとの間の伝送遅延やクロック誤差等に起因して無信号期間ＩＦＧにばらつきが生じても、安定的且つ確実に直流成分を検出できるという利点がある。また、直流オフセット検出部１３では、可変増幅器１０の増幅度が調整されてから安定するまでの期間（図４における時刻ｔ４〜ｔ５の間）を除いてサンプリングするので、直流成分の検出精度が向上する。

ところで、本実施形態における通信システムではデータ信号を時分割多重伝送しているので、可変増幅器１０やＡ／Ｄ変換器１１の温度特性が変化してしまうと直流成分の信号レベルが変化してしまうことが予想されるが、本実施形態の受信装置Ｒではパケットを受信するたびに直流成分を検出するので、上述のように温度特性が変化してしまっても、各パケット毎に直流成分を確実に除去できる。これは、温度特性が変化してしまう場合に限らず、直流成分に比べて無視できないレベルのノイズが発生する場合にも同様な効果を奏する。

（実施形態２）
本実施形態の受信装置Ｒは、図５に示すようにＣＰＵを主構成要素とする制御部３と、不揮発性の半導体メモリからなる記憶部４と、キースイッチ等を有し減算器１４がＡ／Ｄ変換器１１の出力信号から減算する減算値の入力を受け付ける入力受付部５とを備えている。また、受信回路部１においては、Ａ／Ｄ変換器１１の出力を直流オフセット検出部１３に入力する状態と、Ａ／Ｄ変換器１１の出力を直流オフセット検出部１３に入力しない状態とを択一的に切り換える切換スイッチ１７が設けられ、制御部３によって切換スイッチ１７がオン・オフされるようになっている。但し、本実施形態の基本構成は実施形態１と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、上述のようにパケットを受信する毎に直流オフセット検出部１３が直流成分を検出するとともに検出された直流成分を減算器１４がＡ／Ｄ変換器１１の出力信号から減算する第１の動作モードと、例えば入力受付部５で受け付けられたタイミングで直流オフセット検出部１３が直流成分を検出するとともに検出値保持部１６に保持し以降は検出値保持部１６に保持した検出値を減算器１４がＡ／Ｄ変換器１１の出力信号から減算する第２の動作モードと、入力受付部５で受け付けた減算値を記憶部４に記憶するとともに制御部３が記憶部４から読み出した減算値を減算器１４がＡ／Ｄ変換器の出力信号から減算する第３の動作モードとの何れかを、制御部３において択一的に選択して設定するように構成されている。但し、制御部３における動作モードの選択は、例えば、入力受付部５で受け付ける選択入力に応じて行われるか、あるいは、アプリケーションプログラムによって行われるようにしても構わない。

而して、直流成分の変動が少ない場合等においては、第２の動作モードが設定されることで直流オフセット検出部１３により直流成分を検出する頻度が減らせるからデータ伝送の効率が向上するという利点がある。また、入力受付部５で受け付けた直流成分（減算値）を減算器１４で減算することにより、外来ノイズが多いために正しい直流オフセット成分が検出できない環境などにおいても直流成分の除去が可能となり、しかも、用途や使用環境に応じて動作モードを切り換えることで利便性が向上するという利点もある。なお、入力受付部５で受け付ける減算値は、電気的な計測手段や製造時あるいはメンテナンス時の検査、若しくは直流オフセット検出部１３の検出値を長期間に渡って統計処理して得られる値とすればよい。

ここで、図６に示すようにゲート装置１０３の接続口に対して機能モジュール１０８のコネクタを接続するだけで機能モジュール１０８の電力路と、情報路とを同時に確保でき、しかも機能モジュール１０８をどのゲート装置１０３にも接続できるレイアウトフリーで施工性に優れた配線システムがある。かかる配線システムは、建物内の適所において埋め込み配設している１乃至複数のスイッチボックス１０２を設け、各スイッチボックス１０２間に壁面内に先行配線した電力線１１０と、情報線１１１とを送り配線するとともに、始端のスイッチボックス１０２に対しては、配線盤１０１内に引き込まれた主幹ブレーカＭＢと分岐ブレーカＢＢとを介して屋内に引き込まれた力線１１０と、外部のインターネット網ＮＴにゲートウェイ１２０（ルータ、ハブ内蔵）を介して接続されている情報線１１１とが、接続されている。そして、このような配線システムに本発明に係る映像伝送システムを組み込むことも可能である。

実施形態１の受信装置を示すブロック図である。同上を用いる通信システムのシステム構成図である。同上におけるタイムスロットの説明図である。同上の動作説明用のタイムチャートである。実施形態２の受信装置を示すブロック図である。同上を組み込む配線システムのシステム構成図である。

符号の説明

Ｒ受信装置
１受信回路部
２信号処理回路
１０可変増幅器
１１Ａ／Ｄ変換器
１２復調回路
１３直流オフセット検出部
１４減算器
１５ＡＧＣ回路（増幅度調整手段）

Claims

ディジタル変復調方式でパケット通信を行う通信システムに用いられ、アナログの受信信号を増幅する可変増幅器と、可変増幅器で増幅された受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器の出力するディジタル信号から元のデータを復調する復調回路とを備えた受信装置において、
伝送路上に搬送波が存在しない無信号期間におけるＡ／Ｄ変換器の出力信号に含まれた直流成分を検出する直流オフセット検出手段と、Ａ／Ｄ変換器の出力信号から直流オフセット検出手段で検出した直流成分を減算する減算手段と、減算手段で直流成分が減算されたディジタル信号の信号レベルを検出し当該検出値と所定の基準値との差分を補償するように可変増幅器の増幅度を調整する増幅度調整手段とを備え、減算手段の出力するディジタル信号を復調回路に入力してなることを特徴とする受信装置。
無信号期間は、パケット間に設けられた通信不可期間であることを特徴とする請求項１記載の受信装置。
直流オフセット検出手段は、パケットの受信が完了した後の無信号期間に直流成分を検出することを特徴とする請求項２記載の受信装置。
直流オフセット検出手段は、複数回のサンプリング値を平均して直流成分を検出することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の受信装置。
直流オフセット検出手段は、無信号期間よりも十分に短いサンプリング時間で直流成分をサンプリングすることを特徴とする請求項４記載の受信装置。
直流オフセット検出手段は、可変増幅器の増幅度が調整されてから安定するまでの期間を除いて直流成分をサンプリングすることを特徴とする請求項４又は５記載の受信装置。
直流オフセット検出手段は、パケットを受信する毎に直流成分を検出することを特徴とする請求項２記載の受信装置。
直流オフセット検出手段が検出した直流成分を記憶する記憶手段を備え、減算手段は記憶手段に記憶した直流成分をＡ／Ｄ変換器の出力信号から減算することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の受信装置。
パケットを受信する毎に直流オフセット検出手段が直流成分を検出するとともに検出された直流成分を減算手段がＡ／Ｄ変換器の出力信号から減算する第１の動作モードと、予め記憶手段に記憶した直流成分を減算手段がＡ／Ｄ変換器の出力信号から減算する第２の動作モードとの何れかを択一的に選択して設定する設定手段を備えたことを特徴とする請求項８記載の受信装置。
減算手段がＡ／Ｄ変換器の出力信号から減算する減算値の入力を受け付ける入力受付手段を備え、
設定手段は、第１及び第２の動作モードと、直流オフセット検出手段が検出した直流成分の代わりに入力受付手段で受け付けた減算値を減算手段がＡ／Ｄ変換器の出力信号から減算する第３の動作モードとの何れかを択一的に選択して設定する設定手段を備えたことを特徴とする請求項９記載の受信装置。