JPH11355366A - デジタルデータ伝送システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御信号とデータ信号を時分割に伝送する場
合において、伝送周波数帯域幅が小さく、制御信号の信
頼性が高く、データ信号の伝送遅延が小さいデジタルデ
ータ伝送システムを提供すること。 【解決手段】 送信装置は、入力信号に含まれる正パル
スの発生に対応して値が変化する第１のバイナリ信号と
負パルスの発生に対応して値が変化する第２のバイナリ
信号とを生成する信号変換手段と、直交変調手段と、送
信手段とを具備する。受信装置は、受信手段と、直交復
調手段と、復調信号の変化点を検出する変化点検出手段
と、その周期に基づいて現在受信している信号が制御信
号か否かを判定する比較判定手段と、現在受信している
信号が制御信号と判定された場合に制御信号を復元する
制御信号復元手段と、データ信号の開始と終了を検出す
るデータ信号検出手段と、それに従ってデータ信号を復
元するデータ信号復元手段とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルデータ伝
送システムに関し、特に、データ信号ストリームの伝送
に先立ち、または伝送中に、データ信号に比較して伝送
レートの低い制御信号を伝送するデジタルデータ伝送シ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、データ信号ストリームと制御信
号とを交互に伝送するシステムが存在する。例えば、特
開平０９−０９７２６９には、データの発生場所近くに
配置された複数のデータ収集端末装置を伝送路で中央記
録装置に接続し、各データ収集端末装置が収集したデー
タを中央記録装置が収集する分散型データ収集システム
が開示されている。このシステムにおいては、データ収
集に先立って、各装置の電源制御、伝送路上のアドレス
情報等の初期化および設定、接続確認等の操作を行い、
各データ収集端末装置との結合関係を確立する手順（シ
ステム起動シーケンス）が頻繁に実施され、そのために
用いられる制御信号を伝送する必要がある。

【０００３】上記システムにおいて、データ収集端末装
置と中央記録装置との間では、データ収集端末装置に入
力されたデータを、例えば、正、負、零の３値を有する
デジタル情報に変換して、送受信を行っている。送受信
装置としては、伝送路が大気空間の場合には、無線機が
使用される。デジタルデータ伝送用の無線機において
は、“１" 、“０" の２値を有するデータを用いてデジ
タル変調により伝送する。従って、データ収集端末装置
と中央記録装置との間で送受信される３値デジタル情報
を無線機で伝送するには、１つのデジタル情報に対して
２ビットの割り当てが必要となる。デジタルデータ伝送
用の無線機の伝送容量は、単位時間当たりの伝送ビット
で表される。即ち、データ信号のパルス幅をＴ（秒）と
すると、必要な伝送容量は、２×１／Ｔ（ビット／秒）
となる。この伝送容量を確保するためには、伝送路の周
波数帯域は、ナイキストの定理により、２×１／Ｔ（Ｈ
ｚ）以上必要となる。しかしながら、上記システムの無
線伝送路においては、伝送周波数帯域幅が小さく、か
つ、伝送遅延が小さいことが要求される。

【０００４】一方、制御信号については、システム起動
シーケンスにおいて用いるものであるため、ある程度の
伝送遅延は許容されるが、高い信頼性が要求される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、伝送すべきデ
ジタル信号の冗長性に着目して、データを圧縮して送信
し、受信後に復元する方式が採用されているが、この方
式によれば、圧縮・復元のためのデータ信号処理時間が
大きくなってしまう。一般のデータ伝送においては伝送
遅延はあまり問題とならないのでデータ圧縮が多用され
ているが、上記システムにおいては、伝送遅延をデータ
信号の数パルス分程度に収めなければならいため、デー
タ圧縮の採用は困難である。

【０００６】一方、デジタルデータ伝送用の無線機にお
いては、限られた周波数帯域の中で伝送容量を大きくす
るために、ＱＡＭやＱＰＳＫ等の４値直交変調方式が採
用されることが多い。直交変調によれば、同一の伝送路
において２系統の信号を同時に伝送できるので、伝送路
における伝送容量が２倍となる。言い換えれば、所要の
周波数帯域幅を半分にできる。上記システムにおいて直
交変調を採用した場合には、必要な周波数帯域は、１／
Ｔ（Ｈｚ）で良いこととなる。しかしながら、必要な周
波数帯域をさらに低減させることが望まれる。

【０００７】そこで、本発明の第１の目的は、上記の点
に鑑み、伝送周波数帯域幅が小さく高能率データ伝送を
可能としたデジタルデータ伝送システムを提供すること
である。

【０００８】また、制御信号とデータ信号を時分割に伝
送する場合において、伝送された信号が制御信号である
かデータ信号であるかの判定を短い時間で行えば、制御
信号の信頼性が低下する。逆に、かかる判定に時間をか
けたのでは、データ信号の伝送遅延が大きくなる。

【０００９】そこで、本発明の第２の目的は、制御信号
とデータ信号を時分割に伝送する場合において、制御信
号の信頼性を高く維持しつつ、データ信号の伝送遅延を
小さくしたデジタルデータ伝送システムを提供すること
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明に係るデジタルデータ伝送システムは、送信
装置と受信装置とを含み、前記送信装置は、比較的長い
パルス幅を有する制御信号と比較的短いパルス幅を有す
るデータ信号とを時分割に入力して前記制御信号と前記
データ信号の各々に含まれる正パルスの発生に対応して
値が変化する第１のバイナリ信号及び前記制御信号と前
記データ信号の各々に含まれる負パルスの発生に対応し
て値が変化する第２のバイナリ信号を生成する信号変換
手段と、前記第１及び第２のバイナリ信号に基づいて直
交変調を行う直交変調手段と、前記直交変調手段の出力
信号に基づいて伝送信号を送出する送信手段とを具備
し、前記受信装置は、前記送信手段から送出された伝送
信号を受信する受信手段と、前記伝送信号を直交復調し
て前記第１及び第２のバイナリ信号を復元する直交復調
手段と、前記直交復調手段から出力された前記第１及び
第２のバイナリ信号の値の変化点を検出する変化点検出
手段と、前記変化点検出手段の出力信号の周期に基づい
て、現在受信している信号が前記制御信号に相当するか
否かを判定する比較判定手段と、現在受信している信号
が前記制御信号に相当すると判定された場合に前記比較
判定手段の出力信号に基づいて前記制御信号を第１の所
定時間の遅延を伴って復元する制御信号復元手段と、前
記変化点検出手段の出力信号に基づいて、現在受信して
いる信号における前記データ信号に相当する部分の開始
と終了を検出するデータ信号検出手段と前記データ信号
に相当する部分の開始が検出されてから終了が検出され
るまで、前記変化点検出手段の出力信号に基づいて、前
記データ信号を第２の所定時間の遅延を伴って復元する
データ信号復元手段とを具備する。

【００１１】本発明に係るデジタルデータ伝送システム
によれば、ＱＡＭやＱＰＳＫ等の４値直交変調方式を使
用した従来技術と比較しても、伝送周波数帯域幅をさら
に半分以下にすることができる。

【００１２】さらに、制御信号の信頼性を高く維持しつ
つ、データ信号の伝送遅延を小さくすることができる。

【００１３】尚、制御信号とデータ信号は、ダイコード
符号であってもＮＲＺ符号であってもかまわない。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基いて本発明の実施
の形態について説明する。

【００１５】図１は、本発明に係るデジタルデータ伝送
システムの全体構成を示すブロック図である。図１にお
いて、送信装置１と受信装置３は、上記の中央記録装置
やデータ収集端末装置に含まれるものであり、例えば、
データ収集端末装置に含まれる送信装置１は、制御信号
及びデータ収集端末装置が収集したデータ信号を入力信
号として入力し、伝送路２を介して、中央記録装置に含
まれる受信装置３に伝送する。

【００１６】送信装置１に入力された入力信号は、最適
の形式に信号変換されて、伝送路２に送出される。ここ
での信号変換は、信号処理遅延が最小で、かつ、伝送路
での所要周波数帯域幅が最小になるように行われる。伝
送路２を経た信号は受信装置３で受信され、もとの入力
信号と同一の形式に復元されて、出力信号として出力さ
れる。

【００１７】図２は、入力信号のタイムチャートであ
る。入力信号は、最初は無信号状態であり、次に冗長度
の高い長いパルス幅と周期を有する制御信号が続く。制
御信号の後には、所定期間（例えば６０μｓ以上）の無
信号状態が続き、次にデータ信号が続く。

【００１８】図３は、入力信号の波形を示している。本
実施の形態においては、入力信号として、正と負のパル
スを有するダイコードパルスを使用している。ダイコー
ドパルスのパルス幅Ｔは、少なくともパルスの周期Ｔ’
以下に設定される。尚、パルス幅Ｔがパルスの周期Ｔ’
と等しい場合には、ＮＲＺ信号と等価になる。

【００１９】制御信号の波形は、図３の（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）の３種類の組合せがある。ここでは、パ
ルス幅を２μｓ、周期を３２μｓとしている。このよう
に冗長度の高い長いパルス幅と周期を有する波形を採用
しているのは、伝送路における雑音や歪みによる影響を
避けるためである。この制御信号は、本データ伝送シス
テムを使用する上位システムの電源の接続や切断、条件
設定等の制御に用いられる。

【００２０】データ信号の波形は、図３の（Ｄ）に示さ
れる。ここでは、パルス幅を１４６ｎｓ、周期を２４４
ｎｓのＮ倍（Ｎ＝１〜１０の整数）としている。データ
信号は、本データ伝送システムを使用する上位システム
における定常データ伝送の中心となるもので、最小の遅
延で高品位の伝送を行う必要がある。

【００２１】図４及び図５は、送信装置の構成例を示す
ブロック図である。

【００２２】図４において、入力信号は、レベル比較回
路等で実現される正負パルス分離手段４により、正パル
スと負パルスとに分離される。分離された正パルスは正
パルス信号変換手段５に入力され、分離された負パルス
は負パルス信号変換手段６に入力されて、各々のパルス
の入力ごとに“１" 、“０" の状態が反転するバイナリ
信号に変換され、それぞれ信号Ｘ及びＹとして出力され
る。この変換は、フリップフロップ回路により実現でき
るが、プロセッサを用いたデジタル演算でも実現でき
る。制御信号とデータ信号との区別なく、この信号変換
が同様に行われる。

【００２３】図５において、信号Ｘ及びＹは、直交変調
手段７に入力され、ＱＡＭやＱＰＳＫ等の直交変調が行
われる。直交変調によれば、１系統のデジタル信号の伝
送に必要な周波数帯域を用いて、独立した２系統のデジ
タル信号を同時に伝送することが可能となる。

【００２４】即ち、本実施の形態においては、入力信号
として図３に示すような正と負のパルスを有するダイコ
ードパルスを使用する場合に、正と負のパルスのそれぞ
れを直交変調の２系統の入力に割り当てている。一般
に、パルス幅がＴ（秒）のダイコードパルスを伝送する
には、直交変調を用いても１／Ｔ（Ｈｚ）の周波数帯域
幅が必要である。しかし、本実施の形態によれば、ダイ
コードパルスを正と負に分離し、これらのパルスの位置
をそれぞれ信号Ｘ及びＹの“１" 、“０" の変化点に対
応させているので、信号Ｘ、Ｙのパルス幅は元のダイコ
ードパルスのパルス周期Ｔ’の少なくとも２倍に伸張さ
れており、伝送周波数帯域幅は少なくとも１／Ｔの半分
で済む。また、図１に示す送信装置１における入力信号
の処理時間は、ほぼ零である。

【００２５】図６及び図７は、受信装置の構成例を示す
ブロック図である。

【００２６】図６において、伝送路からの受信信号は受
信手段９で増幅され、直交復調手段１０により復調され
て、図５に示す直交変調手段７に入力された信号Ｘ、Ｙ
と同一の信号に復元される。

【００２７】図７において、信号Ｘ及びＹは、それぞれ
変化点検出手段３１、３２に入力され、信号Ｘ及びＹの
“１" 、“０" の変化点に対応した正と負のパルスにそ
れぞれ変換される。変化点検出手段３１から出力された
正のパルスは、周期比較判定手段１１、データ信号パル
ス生成手段１３、信号の始まり・終了検出手段２１の各
々に入力される。また、変化点検出手段３２から出力さ
れた負のパルスは、周期比較判定手段１７、データ信号
パルス生成手段１９、信号の始まり・終了検出手段２１
の各々に入力される。

【００２８】周期比較判定手段１１、１７は、入力され
た信号が制御信号であるかデータ信号であるかを判定す
る機能を有し、この判定はパルスの周期を比較して行わ
れる。制御信号は、データ信号に比較して冗長度の高い
長い周期のパルスなので、周期の判定で十分区別でき
る。この判定の結果、制御信号に含まれる正及び負のパ
ルスのみが抽出される。周期の判定には、少なくとも周
期時間と同一の遅延時間を生ずるが、制御信号にとって
は、この程度の遅延は問題とならない。周期比較判定手
段１１、１７で制御信号と判定されたパルスは制御信号
パルス生成手段１２、１８に送られ、制御信号パルス生
成手段１２、１８は、これをトリガとして、制御信号と
して規定されている極性及びパルス幅を有する正及び負
のパルスをそれぞれ生成する。これらの正及び負のパル
スは、加算手段２２で加算され、受信装置から出力され
る。その波形は、送信装置の入力信号の波形と同一とな
り、伝送路を介したデータ伝送の後で元の波形が復元さ
れる。

【００２９】データ信号パルス生成手段１３、１９は、
変化点検出手段３１、３２から入力した正及び負のパル
スをそれぞれトリガとして、データ信号として規定され
ている極性及びパルス幅を有する正及び負のパルスをそ
れぞれ生成する。これらの正及び負のパルスは、遅延手
段１４、２０に入力され、所定の時間遅延されて、接続
手段１５に入力される。ここでの遅延時間は、受信して
いる信号がデータ信号であるか否かを判定するために必
要な最小の時間でよい。

【００３０】本実施の形態においては、データ信号はフ
レーム構造で構成され、フレームの先頭は所定のビット
列、例えば“１１０" で始まる構造となっている。フレ
ーム構造の例としては、１フレームが１０ビットで構成
され、この１０ビット中に“１" 及び“０" の各々が必
ず１個以上含まれるようにして制御信号との混同を避け
ている。また、データ信号の始まる以前は、制御信号の
パルス周期より十分長い無信号状態が続くように構成さ
れている。そこで、変化点検出手段３１、３２の出力を
信号の始まり・終了検出手段２１に入力し、フレームの
先頭ビット列“１１０" が検出されたらデータ信号であ
ると判定し、接続手段１５を制御することにより、遅延
手段１４、２０の出力を加算手段２２に入力するように
する。ここで、データ信号の先頭検出時間は、フレーム
の先頭ビット列“１１０" の検出に必要な約２ビット分
の時間（約４８８ｎｓ）で足りるので、データ処理にお
ける遅延時間を極めて小さくできる。一方、データ信号
の終了検出は、信号の変化周期が所定の長さよりも大き
くなったことを判定して容易に実現できる。

【００３１】以上の手段により、データ信号が検出され
た時間内だけ、遅延手段１４、２０の出力を加算手段２
２に入力し、合成されたパルスを受信装置から出力する
ことができる。その波形は、送信装置の入力信号の波形
と同一となり、伝送路を介したデータ伝送の後で元の波
形が復元される。

【００３２】次に、図８及び図９を参照して、受信装置
における信号処理を詳しく説明する。

【００３３】図８は、制御信号の処理を説明するための
タイムチャートである。図８において、（１）は送信装
置の入力における制御信号の波形を示し、（２）及び
（３）は、図５に示す送信装置の直交変調手段７の入力
信号Ｘ及びＹの波形を示すとともに、図６に示す受信装
置の直交復調手段１０の出力信号Ｘ及びＹの波形を示し
ている。（４）及び（５）は、図７に示す受信装置の周
期比較判定手段１１における、信号Ｘについての周期比
較判定動作の一例を示すもので、信号Ｘの立ち上がり及
び立ち下がりにおいて鋭いパルスを生成し、パルス入力
で積分を開始する積分回路を用いて周期を判定してい
る。一方、パルスとパルスとの時間間隔をデジタル計測
して周期を判定することもできる。この判定の信頼性を
高めるためには、制御信号のパルス周期と同程度の長い
期間に渡って判定することが有利であり、例えばパルス
の周期と同じ３２μｓで行うようにしても良い。その結
果として、（６）及び（７）に示すように、信号Ｘの立
ち上がり及び立ち下がりに対応するパルスは、周期の判
定に必要な時間（３２μｓ）だけ遅延を受ける。

【００３４】（８）〜（１１）は、図７に示す受信装置
の周期比較判定手段１７における、信号Ｙについての周
期比較判定動作の一例を同様に示すものである。

【００３５】これらのパルスは、図７に示す受信装置の
加算手段２２において合成されて、（１２）に示すよう
な復元された制御信号が受信装置から出力される。

【００３６】図９は、データ信号の処理を説明するため
のタイムチャートである。図９において、（１）は送信
装置の入力におけるデータ信号の波形を示し、（２）及
び（３）は、図５に示す送信装置の直交変調手段７の入
力信号Ｘ及びＹの波形を示すとともに、図６に示す受信
装置の直交復調手段１０の出力信号Ｘ及びＹの波形を示
している。

【００３７】（４）〜（９）は、図７に示す受信装置の
信号の始まり・終了検出手段におけるデータ信号の始ま
り検出の一例を示すものであり、信号Ｘ及びＹのそれぞ
れの立ち上がり及び立ち下がりにおいて鋭いパルスを生
成し、２周期分をわずかに越える期間（例えば約４８８
ｎｓ）におけるパルスの有無を検出することにより元の
データが“１１０" であるか否かを判定している。図９
においては、（５）に示す連続する２つの“１" と、そ
れに続く（８）に示す“０" とにより、データ信号の始
まりが検出される。その結果として、（６）及び（９）
に示すように、信号Ｘ及びＹのそれぞれの立ち上がり及
び立ち下がりに対応するパルスは、この検出に必要な時
間（約４８８ｎｓ）だけ遅延を受ける。

【００３８】これらのパルスは図７に示す受信装置の加
算手段２２において加算されて、（１０）に示すような
復元されたデータ信号が受信装置から出力される。

【００３９】一方、制御信号又はデータ信号の終了は、
無信号部分（例えば６０ｎｓ以上）で判定する。

【００４０】尚、本実施の形態においては、入力信号と
して、正及び負のパルスを有するダイコードパルスを用
いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、
入力信号としてＮＲＺ信号を用いてもかまわない。

【００４１】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、冗長
度の高い長いパルス幅及び周期を有する制御信号と、該
制御信号より冗長度の低い短いパルス幅及び周期を有す
るデータ信号とを伝送するに際し、従来の方法で必要と
された伝送帯域を少なくとも半分にすることができ、か
つ、データ信号については短い遅延時間で、制御信号に
ついては高い信頼性をもって、これら２つの信号を判別
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るデジタルデータ伝送システムの全
体構成を示すブロック図である。

【図２】本発明に係るデジタルデータ伝送システムで伝
送する信号のタイムチャートである。

【図３】本発明に係るデジタルデータ伝送システムで伝
送する制御信号とデータ信号の波形を示すタイムチャー
トである。

【図４】本発明に係るデジタルデータ伝送システムの一
実施例で使用する送信装置の前段部分を示すブロック図
である。

【図５】本発明に係るデジタルデータ伝送システムの一
実施例で使用する送信装置の後段部分を示すブロック図
である。

【図６】本発明に係るデジタルデータ伝送システムの一
実施例で使用する受信装置の前段部分を示すブロック図
である。

【図７】本発明に係るデジタルデータ伝送システムの一
実施例で使用する受信装置の後段部分を示すブロック図
である。

【図８】本発明に係るデジタルデータ伝送システムの一
実施例における制御信号の処理を説明するためのタイム
チャートである。

【図９】本発明に係るデジタルデータ伝送システムの一
実施例におけるデータ信号の処理を説明するためのタイ
ムチャートである。

【符号の説明】

１ 送信装置 ２ 伝送路 ３ 受信装置 ４ 正負パルス分離手段 ５ 正パルス信号変換手段 ６ 負パルス信号変換手段 ７ 直交変調手段 ８ 送信手段 ９ 受信手段 １０ 直交復調手段 １１、１７ 周期比較判定手段 １２、１８ 制御信号パルス生成手段 １３、１９ データ信号パルス生成手段 １４、２０ 遅延手段 １５ 接続手段 ２１ 信号の始まり・終了検出手段 ２２ 加算手段 ３１、３２ 変化点検出手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信装置と受信装置とを含むデジタルデ
   ータ伝送システムであって、 前記送信装置は、 比較的長いパルス幅を有する制御信号と、比較的短いパ
   ルス幅を有するデータ信号とを時分割に入力し、前記制
   御信号と前記データ信号の各々に含まれる正パルスの発
   生に対応して値が変化する第１のバイナリ信号と、前記
   制御信号と前記データ信号の各々に含まれる負パルスの
   発生に対応して値が変化する第２のバイナリ信号とを生
   成する信号変換手段と、 前記第１及び第２のバイナリ信号に基づいて直交変調を
   行う直交変調手段と、 前記直交変調手段の出力信号に基づいて伝送信号を送出
   する送信手段と、を具備し、 前記受信装置は、 前記送信手段から送出された伝送信号を受信する受信手
   段と、 前記伝送信号を直交復調して前記第１及び第２のバイナ
   リ信号を復元する直交復調手段と、 前記直交復調手段から出力された前記第１及び第２のバ
   イナリ信号の値の変化点を検出する変化点検出手段と、 前記変化点検出手段の出力信号の周期に基づいて、現在
   受信している信号が前記制御信号に相当するか否かを判
   定する比較判定手段と、 現在受信している信号が前記制御信号に相当すると判定
   された場合に、前記比較判定手段の出力信号に基づい
   て、前記制御信号を第１の所定時間の遅延を伴って復元
   する制御信号復元手段と、 前記変化点検出手段の出力信号に基づいて、現在受信し
   ている信号における前記データ信号に相当する部分の開
   始と終了を検出するデータ信号検出手段と、 前記データ信号に相当する部分の開始が検出されてから
   終了が検出されるまで、前記変化点検出手段の出力信号
   に基づいて、前記データ信号を第２の所定時間の遅延を
   伴って復元するデータ信号復元手段と、 を具備する、前記デジタルデータ伝送システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のデジタルデータ伝送シ
   ステムであって、 前記送信装置の前記信号変換手段は、前記制御信号と前
   記データ信号とをダイコード符号として入力する、前記
   デジタルデータ伝送システム。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のデジタルデータ伝送シ
   ステムであって、 前記送信装置の前記信号変換手段は、前記制御信号と前
   記データ信号とをＮＲＺ符号として入力する、前記デジ
   タルデータ伝送システム。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のデジタルデータ伝送シ
   ステムであって、 前記送信装置の前記信号変換手段は、前記制御信号と前
   記データ信号との内の一方をダイコード符号として入力
   し、他方をＮＲＺ符号として入力する、前記デジタルデ
   ータ伝送システム。