JP7341069B2 - 有線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、クロックを別途伝送すること無く有線によりデータ通信する有線通信システムに関する。

クロックを別途伝送しない例えば有線１系統での通信幹線を使ったベースバンド伝送や差動伝送では、通常はマンチェスタ符号などを用いてデータにクロックを含めている（例えば、特許文献１参照）。これによって、受信側で容易にクロック同期が可能になり、データを正しく受信する事を可能としている。
図６は、従来方式であるマンチェスタ符号を用いた通信の説明図であり、データをマンチェスタ符号化することによって同期クロックをデータに含めて送信し、受信側ではマンチェスタ符号から同期クロックを抽出することで、データの正常な受信が可能となっている。

特開平９－１８３４４号公報

しかしながら、マンチェスタ符号化する場合、データの送信周波数はデータ周波数の２倍と高くなるため、ベースバンド伝送や差動伝送では伝送距離が短くなってしまうという欠点があった。
そのため、正しく伝送する為には伝送速度を下げるか、伝送距離を短くする必要があった。

そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、有線によりデータ通信する形態であっても、マンチェスタ符号を採用した場合よりも伝送距離を伸ばすことが出来る有線通信システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決する為に、請求項１の発明は、送信側と受信側が有線で接続され、データをフレーム単位で伝送する有線通信システムであって、送信側がフレームの先頭に１と０を１ビット毎に交互に出力するプリアンブル部を配置して送信する一方、受信側は、複数フレームに渡ってプリアンブル部の位相を算出する位相演算部と、算出した位相情報から位相ずれ方向を判定する位相変化方向判定部と、算出した位相及び判定した位相のずれの方向の情報を基に、複数生成したクロックの中から同期クロックに使用するクロックを選択するクロック選択部とを有することを特徴とする。
この構成によれば、受信側では、受信したフレームから算出した位相と、判定した位相ずれ方向との２つの情報を基に、生成した複数の同期クロックから好ましいクロックを選択するため、最も同期外れが発生し難いタイミングのクロックを選択することが可能となる。よって、データの伝送周波数をデータ周波数の２倍等に上げること無く、良好なデータ受信を実施でき、従来より伝送距離を伸ばすことができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の構成において、クロック選択部は、受信データの切り替わりから、次の受信データの切り替わりまでの間に位置するデータを前後に２分割して、当該２分割したデータのうち位相が変化する方向に対して逆側となる分割部を選択するクロック同期タイミング判定部と、分割部に同期するクロックを複数のクロックの中から選択して同期クロックとする同期クロックタイミング選択部とを有することを特徴とする。
この構成によれば、前後２分割したフレームのうち、位相ずれにより同期外れが発生し難い一方に対して同期するクロックが選択されるため、フレーム内で同期位置がズレていても同期外れが発生し難く、受信データを取り損なうようなことが発生し難い。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の構成において、受信側で生成されるクロックの周波数は、受信データ周波数の２倍の周波数であり、クロック選択部が選択するクロックは２通りのクロックから選択されることを特徴とする。
この構成によれば、受信側は、同期クロックを２通りのクロックから選択する場合は、受信データ周波数の２倍の周波数を生成すれば良く、使用するＡＳＩＣ等は低スペックで済む。

本発明によれば、受信側では、受信したフレームから算出した位相と、判定した位相ずれ方向との２つの情報を基に、生成した複数の同期クロックから好ましいクロックを選択するため、最も同期外れが発生し難いタイミングのクロックを選択することが可能となる。よって、データの伝送周波数をデータ周波数の２倍等に上げること無く、良好なデータ受信を実施でき、従来より伝送距離を伸ばすことができる。

本発明に係る有線通信システムの一例を示す構成図であり、送信側及び受信側の双方をブロック図で示している。 送信するデータフレームの説明図である。 位相が右方向にずれる場合の同期クロックの説明図であり、（ａ）は受信データ、（ｂ）は同期クロックである。 位相が左方向にずれる場合の同期クロックの説明図であり、（ａ）は受信データ、（ｂ）は同期クロックである。 受信データの切り替わりと同期クロックの立ち上がりが一致した場合を示し、（ａ）は受信データ、（ｂ）は同期クロック、（ｃ）は反転同期クロックである。 マンチェスタ符号化のタイミングチャートである。

以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係る有線通信システム１の一例を示す構成図であり、送信側及び受信側をそれぞれブロック図で示している。１０は送信側機器、２０が受信側機器であり、両者は１系統の信号線から成る伝送線Ｌ１で接続されている。

送信側機器１０は、送信するデータとして制御信号、音声信号、映像信号、そしてプリアンブルを統合して出力するデータ統合部１１、生成されたデータをフレーム化するフレーマ１２、フレームをパラレルからシリアルに変換するＰ／Ｓ部１３を備えている。
そして、これらのブロックに対するクロック信号を生成する回路は、クロックを生成するクロック生成部１４、生成したクロックを４分周する分周部１５、分周した周波数によりデータクロックを生成するデータクロック部１６等により構成されている。
このデータクロック部１６が出力するクロック信号により、各ブロックはコントロールされて信号が伝送線Ｌ１を介して受信側機器２０に出力される。

受信側機器２０は、受信データをデジタル変換するＡ／Ｄコンバータ２１、Ａ／Ｄ変換されたデータを０／１変換する０／１変換部２２、受信データをクロック同期させるデータ受信部２３、シリアルデータをパラレルデータに変換するＳ／Ｐ部２４、フレーム化されたデータを分解するデフレーマ２５、分解したデータから制御信号、音声信号、映像信号を取り出すデータ分離部２６等を備えている。

また受信側機器２０は、これらのブロックに対するクロック信号を生成して同期させる回路として、クロックを生成するクロック生成部２７と、このクロック信号を基に好ましいタイミングの受信クロックを生成するクロック同期部２８とを備えている。
クロック生成部２７は、送信側機器１０のクロック生成部１４に対して２分の１の周波数のクロックを生成する。即ちデータ周波数の２倍の周波数でクロックを生成する。

クロック同期部２８は、ＦＦＴ変換部２８ａ、同期クロックイネーブル生成部２８ｂ、同期クロックタイミング選択部２８ｃ、位相演算部２８ｄ、位相変化方向判定部２８ｅ、クロック同期タイミング判定部２８ｆにより構成されている。

同期クロックイネーブル生成部２８ｂは、クロック生成部２７が出力する信号を基に、同期判定用クロックとなる２つのタイミング（２通りのクロック）を作り、同期クロックタイミング選択部２８ｃに出力する。

クロック同期タイミング判定部２８ｆは、位相演算部２８ｄが算出した位相情報と、位相変化方向判定部２８ｅが判定した位相の変化方向情報とから、同期タイミングの基準タイミングを判定する。例えば、同期タイミングをフレームの前半に持ってくるか、後半に持ってくるか判断する。

同期クロックタイミング選択部２８ｃは、クロック同期タイミング判定部２８ｆが判定した基準タイミングを基に、同期クロックイネーブル生成部２８ｂが作った２つのタイミングの中から、受信データを取り込むタイミングがデータの好ましい位置にある方を選択する。

上記の如く構成された有線通信システムの、同期制御は以下のように行われる。
図２は送信側機器１０から伝送されるデータのフレーム構成を示している。図２に示すように、フレームの先頭にプリアンブル部が配置され、このプリアンブル部によりクロック同期の為のパターンが伝送される。このプリアンブルは、クロック同期をし易くする為に１と０を１ビット毎に交互に出力するよう構成されている。
またフレーム長は、クロック偏差から割り出して、１フレーム経過してもデータクロックの１／４以上のずれが発生しない長さに設定されている。
そして受信側機器２０では、フレーム毎にフレームの先頭のプリアンブル部でクロック同期を取ることで、送受信側のクロック偏差によるクロック同期外れが発生する前に再同期が実施される。

具体的に、プリアンブル部の情報に基づくクロック同期を説明する。このように設定されて送信側機器１０から伝送線Ｌ１を介して送信されたデータは、まずＡ／Ｄコンバータ２１によりデジタル変換される。
デジタル変換されたデータは、２方向に出力され、一方は０／１変換部２２を介してデータ受信部２３に出力され、他方はクロック同期部２８に出力される。

クロック同期部２８では、Ａ／Ｄコンバータ２１からＡ／Ｄ変換されたデータを受けて、同期信号（プリアンブル）部分をＦＦＴ変換部２８ａでＦＦＴ変換する。この変換で複素数を算出し、その複素数から位相演算部２８ｄが位相を演算する。
同期信号波形の位相は次の式で算出され、同期信号（プリアンブル）部分は、０／１の繰り返しデータであるので、位相が測定できる。

位相 = arctan（Ｑ／Ｉ）×１８０／π
但し、Ｉ：ＦＦＴ出力の実数、Ｑ：ＦＦＴ出力の虚数

位相変化方向判定部２８ｅでは、位相演算部２８ｄの位相演算により複数フレームの位相情報を入手して位相変化の方向を判定する。
尚、位相変化を判定する理由は、送信側の動作クロックと受信側の動作クロックは同じスペックであったとしても誤差がある為、徐々にずれが発生する。そのため、受信時にはこれを考慮してクロック同期を行う必要がある。

クロック同期タイミング判定部２８ｆは、こうして求めた位相情報と判定した位相変化方向の情報とから、フレームに同期させる好ましいタイミング（クロック同期タイミング）を判定する。
そして、同期クロックタイミング選択部２８ｃは、この判定結果を受けて同期タイミングに合致する或いは近いクロックを同期クロックイネーブル生成部２８ｂが作った２つのタイミングの中から選択し、データ受信部２３においてデータ受信の同期クロックとして使用する。

図３～５は、同期クロック選択の流れを示す説明図であり、図３は位相が右方向にずれる場合の同期クロックの説明図、図４は位相が左方向にずれる場合の同期クロックの説明図であり、何れも（ａ）は受信データ、（ｂ）は同期クロックである。
図３，４において、Ｅが同期クロックの範囲（タイミング）を示し、位相変化の方向が分かれば同期クロックは受信信号の中心である必要は無く、位相変化の方向とは逆方向にあれば良いことを示している。

クロック同期タイミング判定部２８ｆは、図３に示すように図示する右側に位相がずれていると判定した場合は、フレームの左側２分の１の部分でクロック同期を取るよう同期クロックタイミング選択部２８ｃに指示を出す。
一方、図４に示すように図示する左側に位相がずれていると判定した場合は、フレームの右側２分の１の部分でクロック同期を取るよう同期クロックタイミング選択部２８ｃに指示を出す。

尚、図５は受信データの切り替わりと同期クロックの立ち上がりが一致した場合を示し、（ａ）は受信データ、（ｂ）は同期クロック、（ｃ）は反転同期クロックである。受信データの切り替わりと同期クロックの立ち上がりが一致している場合は、図５に示すように極性を反転した同期クロック（ｃ）を使用すれば良い。

このように、受信側では、受信したフレームから算出した位相と、判定した位相ずれ方向との２つの情報を基に、生成した複数の同期クロックから好ましいクロックを選択するため、最も同期外れが発生し難いタイミングのクロックを選択することが可能となる。よって、データの伝送周波数をデータ周波数の２倍等に上げること無く、良好なデータ受信を実施でき、従来より伝送距離を伸ばすことができる。
また、前後２分割したフレームのうち、位相ずれにより同期外れが発生し難い一方に対して同期するクロックが選択されるため、フレーム内で同期位置がズレていても同期外れが発生し難く、受信データを取り損なうようなことが発生し難い。
更に、受信側は、同期クロックを２通りのクロックから選択する場合は、受信データ周波数の２倍の周波数を生成すれば良く、使用するＡＳＩＣ等は低スペックで済む。

尚、上記実施形態では、受信側で生成するクロック周波数をデータ周波数の２倍の周波数としているが、４倍等更に高い周波数としても良い。高い周波数とすれば選択対象のクロック数も増やすことができ、更に最適なタイミングのクロックを選択できる。

１・・有線通信システム、１０・・送信側機器、１４・・クロック生成部、２０・・受信側機器、２３・・データ受信部、２７・・クロック生成部、２８・・クロック同期部、２８ｂ・・同期クロックイネーブル生成部、２８ｃ・・同期クロックタイミング選択部（クロック選択部）、２８ｄ・・位相演算部、２８ｅ・・位相変化方向判定部、２８ｆ・・クロック同期タイミング判定部（クロック選択部）。

Claims (3)

1. 送信側と受信側が有線で接続され、データをフレーム単位で伝送する有線通信システムであって、
   送信側がフレームの先頭に１と０を１ビット毎に交互に出力するプリアンブル部を配置して送信する一方、
   受信側は、受信した複数フレームに渡ってプリアンブル部の位相を算出する位相演算部と、
   算出した位相情報から位相ずれ方向を判定する位相変化方向判定部と、
   算出した位相及び判定した位相のずれの方向の情報を基に、複数生成したクロックの中から同期クロックに使用するクロックを選択するクロック選択部とを有することを特徴とする有線通信システム。
2. 前記クロック選択部は、受信データの切り替わりから、次の受信データの切り替わりまでの間に位置するデータを前後に２分割して、当該２分割したデータのうち位相が変化する方向に対して逆側となる分割部を選択するクロック同期タイミング判定部と、
   前記分割部に同期するクロックを複数のクロックの中から選択して同期クロックとする同期クロックタイミング選択部とを有することを特徴とする請求項１記載の有線通信システム。
3. 受信側で生成されるクロックの周波数は、受信データ周波数の２倍の周波数であり、前記クロック選択部が選択するクロックは２通りのクロックから選択されることを特徴とする請求項１又は２記載の有線通信システム。

Images