JP6884014B2

JP6884014B2 - 通信システム

Info

Publication number: JP6884014B2
Application number: JP2017055489A
Authority: JP
Inventors: 佐和子小島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2021-06-09
Anticipated expiration: 2037-03-22
Also published as: JP2018160721A

Description

この発明は、互いに通信媒体を介して接続され相互に通信を行うマスタモデムおよびスレーブモデムを備え、前記通信の通信フレームに生成された同期用のプリアンブルパタンを使用して前記マスタモデムと前記スレーブモデムとが相互に同期通信する通信回線が複数回線併設され少なくとも２つの前記通信回線で同じ時間に通信が行われる通信システムに関するものである。

従来の通信システムにおける同期用プリアンブルパタン（プリアンブルに設定された同期用符号であるビット列のパタン）は、初期設置時に固定的に設定され、通信回線が複数回線併設される通信システムにおいては、各回線の通信フレームにおける同期用プリアンブルパタンは、初期設定時に、異なるパタンに設定されている。（特許文献１を参照）

特開２０１４−４５４０１号公報

特許文献１は、複数の中継機を用いて通信システムを構成するもので、この時に使う同期信号パタン（プリアンブルパタン）は、設置前の初期設定の時点で、固定的に設定するものである。
従って、通信フレームに生成された同期用のプリアンブルパタンを使用してマスタモデムとスレーブモデムとが通信媒体を介して相互に同期通信する通信回線が複数回線併設される通信システムに、特許文献１の通信システムを適用した場合、通信媒体、マスタモデム、スレーブモデムの設置後の設置環境に依存する制約によっては、各回線間で信号干渉が生じて誤同期が行われ通信異常が生じないように対策を講じておく方が好ましい。
例えば、通信媒体としてメタリックペア線で構成された集合ケーブルを使用した複数回線の通信システムの場合、各回線の通信媒体が道路の路側鉄道の線路脇など限られた狭い領域に敷設され、また、他の通信システムの通信回線と隣接して敷設される場合がある。このような環境下では、近隣の複数の回線で同時に通信が行われた場合、各通信回線のケーブル間で信号の漏れが発生し信号間干渉の可能性がある。つまり、相対距離が短く併走した（併設された）ケーブル間では、通信信号の電力の大きさにも依存するけれども静電結合、電磁誘導、等により信号間干渉を発生し、「マスタモデムが、想定しないスレーブモデムに接続される」という誤同期（誤接続）が発生する可能性がある。

この発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、互いに通信媒体を介して接続され相互に通信を行うマスタモデムおよびスレーブモデムを備え、前記通信の通信フレームに生成された同期用のプリアンブルパタンを使用して前記マスタモデムと前記スレーブモデムとが相互に同期通信する通信回線が複数回線併設され少なくとも２つの前記通信回線で同じ時間に通信が行われる通信システムにおいて、各通信回線間で信号間干渉が発生する場合でも、マスタモデムと、当該マスタモデムに対応するスレーブモデムとの間の誤同期（誤接続）が発生するのを未然に、自動的に防止するようにすることを目的とするものである。

この発明に係る通信システムは、互いに通信媒体を介して接続され相互に通信を行うマスタモデムおよびスレーブモデムを備え、前記通信の通信フレームに生成された同期用のプリアンブルパタンを使用して前記マスタモデムと前記スレーブモデムとが相互に同期通信する通信回線が複数回線併設され少なくとも２つの前記通信回線で同じ時間に通信が行われる通信システムであって、誤同期測定の結果と干渉レベル測定の結果とに基づいて、前記通信フレームの現在の同期用プリアンブルパタンを異なる同期用プリアンブルパタンに設定するものである。

この発明による通信システムでは、互いに通信媒体を介して接続され相互に通信を行うマスタモデムおよびスレーブモデムを備え、前記通信の通信フレームに生成された同期用のプリアンブルパタンを使用して前記マスタモデムと前記スレーブモデムとが相互に同期通信する通信回線が複数回線併設され少なくとも２つの前記通信回線で同じ時間に通信が行われる通信システムであって、誤同期測定の結果と干渉レベル測定の結果とに基づいて、前記通信フレームの現在の同期用プリアンブルパタンを異なる同期用プリアンブルパタンに設定するので、互いに通信媒体を介して接続され相互に通信を行うマスタモデムおよびスレーブモデムを備え、前記通信の通信フレームに生成された同期用のプリアンブルパタンを使用して前記マスタモデムと前記スレーブモデムとが相互に同期通信する通信回線が複数回線併設され少なくとも２つの前記通信回線で同じ時間に通信が行われる通信システムにおいて、各通信回線間で信号間干渉が発生する場合でも、マスタモデムと、当該マスタモデムに対応するスレーブモデムとの間の誤同期（誤接続）が発生するのを未然に、自動的に防止するようにすることが可能となる。

この発明の実施の形態１を示す図で、集合ケーブルとモデムとの接続構成の例を示す図である。この発明の実施の形態１を示す図で、モデムの同期システムの回路構成の例を示す図である。この発明の実施の形態１を示す図で、通信フレームにおけるプリアンブルパタンの位置の例を示す図である。この発明の実施の形態１を示す図で、プリアンブルパタンの例を示す図である。この発明の実施の形態１を示す図で、プリアンブルパタンM系列生成回路の例を示す図である。この発明の実施の形態１を示す図で、相関値計算の例を示す図である。この発明の実施の形態１を示す図で、複数のプリアンブルパタン間の相関値の例を示す図である。この発明の実施の形態１を示す図で、複数のモデム通信間での誤同期測定と干渉レベル測定の測定組み合わせの例を示す図である。この発明の実施の形態１を示す図で、複数のモデム通信間での誤同期測定例を示す図である。この発明の実施の形態１を示す図で、複数のモデム通信間での干渉レベル測定例をグラフで示す図である。この発明の実施の形態１を示す図で、複数のモデム通信間での干渉レベル測定例を通信の有無と関連付けて示す図である。この発明の実施の形態２を示す図で、プリアンブルパタン強化の例を示す図である。この発明の実施の形態２を示す図で、集合ケーブルとモデムとの接続構成の他の例を示す図である。この発明の実施の形態３を示す図で、集合ケーブルとモデムとの接続構成の更に他の例を示す図である。この発明の実施の形態４を示す図で、集合ケーブルとモデムとの接続構成の更に他の例を示す図である。この発明の実施の形態５を示す図で、集合ケーブルとモデムとの接続構成の更に他の例を示す図である。

以下に、本発明に係る制御装置一体型回転電機の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合があり、また、本発明の特徴に関係しない構成の図示は省略する。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１〜図１２に基づいて説明する。
図１は、集合ケーブルとモデム接続構成例を示す。

図１において、集合ケーブルＣＣは、それぞれメタリックツイストペア線等のペア線ほかからなる複数のケーブル１，２，３，４，５から構成される集合ケーブルで、例えば、道路の路側帯や鉄道の線路脇に敷設して通信制御に使われる。本実施の形態１では、この１本のケーブル（通信媒体）に、２つのモデムが接続されて、１：１通信を行う場合を例示してある。１：N通信の構成の場合もある。モデムの片方は親モデムであるマスタモデム、もう一方は、子モデムであるスレーブモデムである。

さらに具体的には、本実施の形態１では、通信媒であるケーブル１を介してマスタモデム１（Ｍ１）とスレーブモデム１（Ｓ１）との間で通信を行う通信回線ＣＬ１と、通信媒であるケーブル２を介してマスタモデム２（Ｍ２）とスレーブモデム２（Ｓ２）との間で通信を行う通信回線ＣＬ２と、通信媒であるケーブル３を介してマスタモデム３（Ｍ３）とスレーブモデム３（Ｓ３）との間で通信を行う通信回線ＣＬ３と、通信媒であるケーブル４を介してマスタモデム４（Ｍ４）とスレーブモデム４（Ｓ４）との間で通信を行う通信回線ＣＬ４と、通信媒体であるケーブル５を介してマスタモデム５（Ｍ５）とスレーブモデム５（Ｓ５）との間で通信を行う通信回線ＣＬ５と、を有する５回線の通信システムが例示されている。つまり、互いに通信媒体を介して接続され相互に通信を行うマスタモデムおよびスレーブモデムを備え、前記通信の通信用フレームに生成された同期用のプリアンブルパタンを使用して前記マスタモデムとスレーブモデムとが相互に同期通信する通信回線が複数回線併設される通信システムが例示されている。

複数の通信回線の各モデム間で併設ケーブルを用いて同時に（同じ時間に）通信を行う場合、各ケーブル間で信号の漏れが発生し干渉の可能性がある。一般的に距離が近く併走したケーブルは、静電結合や誘導等により干渉を発生し、マスタモデムが想定しないスレーブモデムに接続されるという誤同期（誤接続）が発生する可能性がある。
図１は、１：１接続構成のモデムが５対接続されている５回線の通信システム構成の例を示す。隣接の距離の近いモデム通信間は干渉量が大きく、離れるに従い干渉量は小さくなる。ケーブル間で相互干渉量は異なり、干渉量の大きいモデム間では、異なるケーブルのスレーブに誤同期・誤接続する可能性が生じる。

図１に例示してあるように、相対距離が短い通信回線間の信号干渉は、静電容量や電磁誘導等の影響で、相対距離が長い通信回線間の信号干渉より、干渉の程度が大きくなる。信号干渉の程度が大きいほど、誤同期（誤接続）の可能性が大きくなる。つまり、例えば、本来は同一回線ＣＬ１内のマスタモデム１（Ｍ１）に同期して接続されるはずのスレーブモデム１（Ｓ１）が、相対距離が最も近い隣接回線ＣＬ２のマスタモデム２（Ｍ２）に誤同期（誤接続）される可能性が大きくなる。

図２は、本発明における実施形態１のモデムの同期回路（モデムの同期システムの回路構成）を示す。図２の（ａ）は、図１における通信回線ＣＬ１を例示し、（ｂ）は、マスタモデム１（Ｍ１）の送信部における本願発明の要部要部のみをブロック図で例示し、さらにスレーブモデム１（Ｓ１）の受信部における本願発明の要部要部のみをブロック図で例示してある。

図２において、マスタモデム１（Ｍ１）の送信部は、データを符号化する符号部１１およびプリアンブルパタンを生成・設定するプリアンブルパタン生成・設定部１２を有しており、最初（初期設定時など、通信開始前の時点）は、通信フレームのプリアンブルに任意のプリアンブルパタンを付与して、スレーブモデム１（Ｓ１）へのデータを送信する。
スレーブモデム１（Ｓ１）の受信部は、同期引き込み部２１、復調するためのS/N（信
号/ノイズ）を計算するS/N推定部２２、復調部２３、プリアンブルパタン設定部２４、S/N値から干渉量を判定する干渉レベル判定部２５、およびプリアンブルパタン相関値計算部２６を有している。

プリアンブルパタンは、図３に示すようにフレームの開始位置を検出するように構成される。図４にプリアンブルパタンの一例を示す。ビット列を使って同期用のプリアンブルパタンを通信フレームのプリアンブルに構成すること自体は周知であるので、その説明は割愛する。

プリアンブルパタンの生成は、図５に示すようなM系列生成回路で生成される。このM系列生成回路は、マスタモデム１（Ｍ１）のプリアンブルパタン生成・設定部１２内、およびスレーブモデム１（Ｓ１）のプリアンブルパタン設定部２４内に設けられている。

受信側の同期引き込み部２１は、通信中に多数の通信フレームで通信情報が送信されてきた場合に周期的に繰り返されるプリアンブルパタンをフレーム同期獲得に使用する通信システムにおいて、初期同期によりフレームの開始位置を検出するように構成されている。

このため、送信側では、図４に示すようなビットパターンのプリアンブルを構成して、同期用のプリアンブルパタンおよびミドルアンブルの通信情報を有する通信フレームを送信し、受信側では、プリアンブルパタンを相関させフレーム同期を獲得し自己宛の通信フレームであることを確認した上で通信フレーム上の通信情報を受信する。

受信側では、スレーブモデム内のプリアンブルパタン相関値計算部２６が、複数の通信回線ＣＬ１，ＣＬ２，・・の各受信信号に対するフレーム同期信号との相互相関を図６に例示の相関値計算式で計算する。プリアンブルパタン相関値は、例えば図７に示すようにパタンによって相関が異なる。
なお、図７の例では、ケーブル１の通信フレームのプリアンブルパタンをプリアンブルパタンA、ケーブル２の通信フレームのプリアンブルパタンをプリアンブルパタンB、ケーブル３の通信フレームのプリアンブルパタンをプリアンブルパタンC、ケーブル４の通信
フレームのプリアンブルパタンをプリアンブルパタンD、ケーブル５の通信フレームのプ
リアンブルパタンをプリアンブルパタンE、として示してある。また、図７において、AB
は前記プリアンブルパタンAと前記プリアンブルパタンBとの相関値、BCは前記プリアンブルパタンBと前記プリアンブルパタンCとの相関値、CDは前記プリアンブルパタンCと前記
プリアンブルパタンDとの相関値、DEは前記プリアンブルパタンDと前記プリアンブルパタンEとの相関値、EAは前記プリアンブルパタンEと前記プリアンブルパタンAとの相関値、
をそれぞれ例示してある。
相関量（相関値の大きさ）（図７の相関値（相対値））が小さければ誤同期確立は低減する。
プリアンブルパタン相関値は、図６に相関値計算の例を示してあるように、搬送波（キャリア）数によっても、プリアンブルパタン長によっても変化し、モデムが受信する伝送路の周波数特性により変動するキャリア数に従って最適なプリアンブルパタンを選定することが、誤同期を防止する有効な手段である。

本実施の形態では、図８に示すように、複数の１：１（または１：N）のモデム間の通
信で、最適なプリアンブルパタンを選定するために、モデム間（ケーブル間）で誤同期測定と干渉レベル測定を行う。誤同期測定と干渉レベルが高い順に、相関値の低いプリアンブルパタンを、受信側のスレーブモデム内のプリアンブルパタン設定部２４で設定する。図８に示すように集合ケーブル内の複数のペアのモデム間で組合せ的に誤同期測定と干渉レベル測定とを行うことにより、現状のプリアンブルパタンと現状の干渉レベルでの誤同期の状態がわかり、現在のプリアンブルパタンを、現在のプリアンブルパタンとは異なる最適なプリアンブルパタンに、受信側のスレーブモデム内で、切り替え等により選定あるいは設定することで、誤同期を回避できる。なお、現在のプリアンブルパタンを、現在のプリアンブルパタンとは異なる最適なプリアンブルパタンへの変更は、送信側のマスタモデム内で行う構成とすることも可能である。

誤同期測定の方法であるが、全通信回線ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３，ＣＬ４，ＣＬ５の現場への設置後に、まずは初期設置時、通信回線ＣＬ１を主体として、通信回線ＣＬ１のモデムぺア（マスタモデムおよびスレーブモデム）のみを通信させ、同期確立を確認する。たとえば、通信回線ＣＬ１のケーブル１については、マスタモデム１とスレーブモデム１との間の同期・接続を確認する。次に、通信回線ＣＬ２のケーブル２の通信動作を行い、マスタモデム１とスレーブモデム１とが正しく同期するかどうかを確認する。もし、マスタモデム１とスレーブモデム２とが同期・接続すれば、誤同期となる。以後同様に、通信回線ＣＬ３，ＣＬ４，ＣＬ５の通信動作を順次行い、同期・接続を確認する。この結果の例を図９に示す。
これらの手順での同期確立の確認を、他の通信回線ＣＬ２，ＣＬ３，ＣＬ４，ＣＬ５の各々を主体として、順に実施し、全通信回線ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３，ＣＬ４，ＣＬ５の各々について個別に同期・接続を確認する。

次に、干渉レベルの測定であるが、モデムの受信側では、復調するためのS/N（信号/ノイズ）を計算するS/N推定部２２を有し、このS/N推定部２２によるS/N計算の結果のN（ノイズ）レベルから干渉量のレベルを測定することができる。図１０に干渉レベルの測定結果の例を示す。
誤同期かどうか確認のみでは、確実な同期性能を推定できないため、干渉レベルの測定が必要になる。この結果の例を図１１に示す。

これらの、図９の誤同期測定結果と図１０の干渉レベル測定結果とから、同期性能の状態が測定あるいは判定され、プリアンブルパタン相関値計算部２６から得られた相関値の低い（アイソレーション性能の高い）プリアンブルパタンを、プリアンブルパタン設定部２４から同期引き込み部２１に、割り当てることで最適なプリアンブルパタンを得ることができる。
プリアンブルパタンの同期性能を上げるためには、図１２に例示のようにプリアンブルパタンの領域を長くする（ビット列のビット数を増加する）ことも１つである。また図４や図５のパタン自体の生成回路の変更によっても実現できる。

実施の形態２．
本実施の形態２は、実施の形態１に、プリアンブルパタンを用いた同期方式で、最適なプリアンブルパタンを選定し切り替える回路方式において、複数のモデムのペア間の同期時間を任意にずらし、同時に同期確立するタイミングを回避する機能を追加した事例であり、実施の形態１と同じ構成、機能については説明を割愛し、実施の形態１と異なる点だけについて説明する。

本実施の形態２は、図１３に示すように、図２に対して同期引き込み時間ランダム設定部２７を設けることにより、複数の通信回線の各々のマスタモデム−スレーブモデム間の同期時間を任意にずらすことによって、同時に同期確立するタイミングを回避できるようにしたものである。

実施形態３．
本実施の形態３は、実施の形態１に、プリアンブルパタンを用いた同期方式で、最適なプリアンブルパタンを選定し切り替える回路方式において、干渉レベルの値の判定による通信情報の搬送波（キャリア）の送信電力制御を行うことにより干渉レベルを低減し、誤同期を回避する機能を追加した事例であり、実施の形態１と同じ構成、機能については説明を割愛し、実施の形態１と異なる点だけについて説明する。

本実施の形態３では、図１４に示すように、図２に対して干渉レベルの値の判定による送信電力制御を行う送信電力制御部１４と干渉レベルの値の判定による送信電力調整を行う送信電力調整部１３をプリアンブルパタン設定部１２１の後段に設けることにより、干渉レベルを測定した分を送信電力を下げることにより、干渉レベルを低減することで、干渉によるノイズレベルを低減し誤同期を回避できるようにしたものである。

干渉レベルの値の判定による送信電力の低減は、受信側でS/Nが充足していれば、低減
する。もし、受信側でS/Nが充足していなければ接続不可となるため、その場合は送信電
力の低減は行わない。

実施形態４．
本実施の形態４は、実施の形態３に、プリアンブルパタンを用いた同期方式で、最適なプリアンブルパタンを選定し切り替える回路方式において、干渉レベルの値の判定による送信電力制御を行うことにより干渉レベルを低減し、誤同期を回避する方式に加え、更に、周波数領域での周波数チャネル（どの周波数キャリアを使うか）を選定する機能を追加して干渉を回避することで誤同期を回避できるようにしたものであり、実施の形態１および３と同じ構成、機能については説明を割愛し、実施の形態１および３と異なる点だけについて説明する。

本実施の形態４では、図１５に示すように、図１４に対して、周波数チャネル選定部１５を設ける。これにより、測定したS/N推定結果から、干渉レベルが強い周波数を判定し、周波数チャネルを選定し、他のモデムに対して、干渉レベルを低減することで、干渉によるノイズレベルを低減し誤同期を回避できるようにしたものである。

実施形態５．
本実施の形態４は、実施の形態１に、プリアンブルパタンを用いた同期方式で、最適なプリアンブルパタンを選定し切り替える回路方式において、符号化方式制御部１６を設け、干渉レベルが高い場合、符号化率を下げる（例えば、２５６QAMから１６QAM等）ことにより誤同期を回避する機能を追加した事例であり、実施の形態１と同じ構成、機能については説明を割愛し、実施の形態１と異なる点だけについて説明する。

本実施の形態５では、図１６に示すように、図２に対して符号化方式制御部１６と復調化方式２８を設けた事例である。これにより、測定したS/N推定結果から、干渉レベルが
高い場合、符号化率を下げる（例えば、２５６QAMから１６QAM等）ことでより誤同期を回避できるようにしたものである。

なお、実施の形態１から５の何れにおいても、マスタモデムおよびスレーブモデムの内部構成は、通信回線ＣＬ１についてのみ図示してあるが、通信回線ＣＬ２，ＣＬ３，ＣＬ，ＣＬ５のマスタモデムおよびスレーブモデムの内部構成は、通信回線ＣＬ１のマスタモデムおよびスレーブモデムの内部構成と同じ内部構成としてある。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、組み合わせ、変形、省略することができる。
なお、各図中、同一符合は同一または相当部分を示す。

ＣＣ集合ケーブル、
ＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３，ＣＬ４，ＣＬ５通信回線、
ＣＭ１，ＣＭ２，ＣＭ３，ＣＭ４，ＣＭ５通信媒体（ケーブル）、
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５マスタモデム、
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５スレーブモデム、
１１符号部、１２プリアンブルパタン生成・設定部、
１２１プリアンブルパタン設定部、１３送信電力調整部、
１４送信電力制御部、１５周波数チャンネル選定部、
１６符号化方式制御部、１７変調部、
２１同期引き込み部、２２ S/N推定部、
２３復調部、２４プリアンブルパタン設定部、
２５干渉レベル判定部、
２６プリアンブルパタン相関値計算部、
２７同期引き込み時間ランダム設定部、２８復調化方式制御部

Claims

互いに通信媒体を介して接続され相互に通信を行うマスタモデムおよびスレーブモデムを備え、前記通信の通信フレームに生成された同期用のプリアンブルパタンを使用して前記マスタモデムと前記スレーブモデムとが相互に同期通信する通信回線が複数回線併設され少なくとも２つの前記通信回線で同じ時間に通信が行われる通信システムであって、誤同期測定の結果と干渉レベル測定の結果とに基づいて、前記通信フレームの現在の同期用プリアンブルパタンを異なる同期用プリアンブルパタンに設定することを特徴とする通信システム。
請求項１に記載の通信システムにおいて、複数の前記通信媒体の信号干渉レベルの測定結果に基づいて前記通信の搬送波の送信電力を制御することを特徴とする通信システム。
請求項２に記載の通信システムにおいて、前記信号干渉レベルの測定結果に基づいて前記搬送波の周波数チャネルを選定することを特徴とする通信システム。
請求項２または請求項３に記載の通信システムにおいて、前記信号干渉レベルの測定結果に基づいて前記マスタモデムの変調部での符号化率を制御することを特徴とする通信システム。