JPWO2011074094A1 - 伝送システム - Google Patents

Abstract

伝送路に印加されるノイズに対するＳＮ比を改善するとともに、ダイナミックレンジを拡大可能な伝送システムを得る。伝送路２を介して互いに接続された送信機１と受信機３との間で信号を伝送する伝送システムであって、送信機１は、入力された信号の振幅を昇圧させる送信アンプ１１を有し、受信機３は、送信アンプ１１から出力されて伝送路２を介して入力された信号の振幅を減衰させ、減衰させた振幅と参照電圧とを比較する振幅比較回路３１と、減衰させた振幅の方が参照電圧よりも大きい場合に、受信機３に入力された信号の振幅を減衰させて出力し、減衰させた振幅の方が参照電圧よりも小さい場合に、受信機３に入力された信号の振幅を減衰させずに出力する可変減衰回路３２と、可変減衰回路３２から出力された信号の振幅を閾値電圧でクリップする振幅制限回路３３とを有するものである。

Description

この発明は、伝送路を介して互いに接続された送信機と受信機との間で信号を伝送する伝送システムに関する。

従来、例えば鉄道車両のような過酷なノイズ環境下においても、安価で高速に信号を伝送することができる伝送システムが求められている。
このような伝送システムとして、複数の鉄道車両にわたって汎用ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を構築し、鉄道車両間で映像データおよび制御データを伝送する鉄道用伝送システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、図７を参照しながら、特許文献１に記載された鉄道用伝送システムについて説明する。図７は、従来の鉄道用伝送システムを示す構成図である。
図７において、連結された複数の鉄道車両５０の各々には、ＬＡＮハブ５１が設けられている。また、両先頭車両５０には、車両情報中央装置５２および運転席画面装置５３が設けられている。

ＬＡＮハブ５１、車両情報中央装置５２および運転席画面装置５３は、ＬＡＮ幹線５４を介して接続されている。また、ＬＡＮ幹線５４は、鉄道車両５０間で渡り線５５によって接続されている。汎用ＬＡＮを鉄道用伝送システムに適用することにより、安価で高速に信号を伝送することができる。
しかしながら、鉄道車両５０間で信号を伝送する場合、信号が渡り線５５を介して伝送されるので、伝送路の伝送損失、渡り線５５の特性および渡り線５５に印加されるノイズ等により、伝送特性が劣化するという問題があった。

以下、図８を参照しながら、伝送システムにおいて伝送特性の劣化を抑制するための一般的な方法について説明する。図８は、伝送特性の劣化を抑制可能な一般的な伝送システムを示す構成図である。
図８において、この伝送システムは、送信機６１と、伝送路６２を介して送信機６１と接続された受信機６３とを備えている。
送信機６１は、入力された信号の信号振幅を利得Ｇ倍に昇圧させる送信アンプ６４を有している。受信機６３は、入力された信号の信号振幅を１／Ｇ倍に減衰させる減衰回路６５を有している。

すなわち、送信信号の信号振幅Ｖ_oは、送信アンプ６４でＧＶ_oに昇圧され、信号振幅ＧＶ_oの出力信号として伝送路６２に出力される。また、伝送路６２を伝送された出力信号は、信号振幅Ｖ_inの入力信号として受信機６３に入力される。入力信号の信号振幅Ｖ_inは、減衰回路６５で１／Ｇ倍に減衰されて信号振幅Ｖ_rcvの受信信号となる。
この伝送システムによれば、送信信号の信号振幅Ｖ_oがＧ倍に昇圧されるので、伝送路６２に印加されるノイズに対するＳＮ比が最大でＧ倍改善される。そのため、伝送特性の劣化を抑制することができる。

特開２００１−２７５２１１号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
図８に示した一般的な伝送システムでは、減衰回路６５が、受信機６３に入力された入力信号の信号振幅Ｖ_inを一律に１／Ｇ倍に減衰させる。そのため、伝送路６２の伝送損失が大きい場合には、減衰回路６５で減衰された受信信号の信号振幅Ｖ_rcvが、通信可能な最小電圧レベルを下回り、受信ができなくなるという問題がある。すなわち、通信可能なダイナミックレンジが狭くなるという問題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、伝送路に印加されるノイズに対するＳＮ比を改善するとともに、ダイナミックレンジを拡大することができる伝送システムを得ることを目的とする。

この発明に係る伝送システムは、伝送路を介して互いに接続された送信機と受信機との間で信号を伝送する伝送システムであって、送信機は、入力された信号の振幅を昇圧させる増幅回路を有し、受信機は、増幅回路から出力されて伝送路を介して入力された信号の振幅を減衰させ、減衰させた振幅と参照電圧とを比較する振幅比較回路と、減衰させた振幅の方が参照電圧よりも大きい場合に、受信機に入力された信号の振幅を減衰させて出力し、減衰させた振幅の方が参照電圧よりも小さい場合に、受信機に入力された信号の振幅を減衰させずに出力する可変減衰回路と、可変減衰回路から出力された信号の振幅を閾値電圧でクリップする振幅制限回路とを有するものである。

この発明に係る伝送システムによれば、可変減衰回路は、振幅比較回路で減衰させた振幅の方が参照電圧よりも大きい場合に、受信機に入力された信号の振幅を減衰させて出力し、減衰させた振幅の方が参照電圧よりも小さい場合に、受信機に入力された信号の振幅を減衰させずに出力する。また、振幅制限回路は、可変減衰回路から出力された信号の振幅を閾値電圧でクリップする。
すなわち、伝送路の伝送損失が小さい場合には、可変減衰回路を有効にして伝送路に印加されるノイズに対するＳＮ比を改善し、伝送路の伝送損失が大きい場合には、可変減衰回路を無効にして通信可能なダイナミックレンジを拡大する。
そのため、伝送路に印加されるノイズに対するＳＮ比を改善するとともに、ダイナミックレンジを拡大することができる伝送システムを得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る伝送システムを示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る振幅比較回路の具体的な構成を例示する回路図である。 この発明の実施の形態１に係る振幅比較回路の各部における電圧波形を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１に係る伝送システムにおける受信信号の信号振幅を示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係る伝送システムの受信機を示す構成図である。 この発明の実施の形態１、２に係る別の振幅制限回路を示す回路図である。 従来の鉄道用伝送システムを示す構成図である。 伝送特性を改善可能な一般的な伝送システムを示す構成図である。

以下、この発明のレーダ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る伝送システムを示す構成図である。
図１において、この伝送システムは、送信機１と、伝送路２を介して送信機１と接続された受信機３とを備えている。

送信機１は、入力された信号の信号振幅を利得Ｇ倍に昇圧させる送信アンプ（増幅回路）１１と、送信アンプ１１の出力に対して直列に接続された出力抵抗１２とを有している。この実施の形態１では、例としてＧ＝４、出力抵抗１２の抵抗値Ｒｓ＝５０Ωとする。
すなわち、送信機１で生成された送信信号の信号振幅Ｖ_oは、送信アンプ１１でＧＶ_oに昇圧され、信号振幅ＧＶ_oの出力信号として伝送路２に出力される。また、伝送路２を伝送された出力信号は、信号振幅Ｖ_inの入力信号として受信機３に入力される。

受信機３は、振幅比較回路３１と、可変減衰回路３２と、振幅制限回路３３とを有している。
振幅比較回路３１は、送信アンプ１１から出力されて伝送路２を介して入力された入力信号の信号振幅Ｖ_inを１／Ｇ倍に減衰させ、減衰させた信号振幅Ｖ_in／Ｇと所定の参照電圧Ｖ_refとを比較する。

図２は、この発明の実施の形態１に係る振幅比較回路３１の具体的な構成を例示する回路図である。
図２において、振幅比較回路３１は、減衰回路３１１と、整流回路３１２と、比較回路３１３とを含んでいる。

減衰回路３１１は、入力された入力信号の信号振幅Ｖ_inを１／Ｇ倍に減衰させる。減衰回路３１１は、入力に対してそれぞれ直列および並列に接続された２つの抵抗を有し、この実施の形態１では、入力インピーダンスが５０Ωの場合を考えて、それぞれ抵抗値Ｒ１＝３７．５Ωおよび抵抗値Ｒ２＝１２．５Ωとする。すなわち、入力信号の信号振幅Ｖ_inは、１／４倍に減衰される。

整流回路３１２は、減衰回路３１１から出力された減衰後の入力信号を整流して出力する。比較回路３１３は、整流回路３１２から出力された減衰および整流後の入力信号の信号振幅Ｖ_in／Ｇと参照電圧Ｖ_refとを比較する。比較回路３１３は、信号振幅Ｖ_in／Ｇが参照電圧Ｖ_refよりも大きい場合にＨｉを出力し、信号振幅Ｖ_in／Ｇが参照電圧Ｖ_refよりも小さい場合にＬｏｗを出力する。

図３は、この発明の実施の形態１に係る振幅比較回路３１の各部における電圧波形を示すタイミングチャートである。図３の縦軸は、減衰回路３１１への入力、整流回路３１２への入力、比較回路３１３への入力および比較回路３１３からの出力を示している。また、図３は、減衰後の入力信号の信号振幅Ｖ_in／Ｇが参照電圧Ｖ_refよりも大きい場合の波形を示している。
図３において、信号振幅Ｖ_in／Ｇが参照電圧Ｖ_refよりも大きい場合には、比較回路３１３はＨｉを出力し、可変減衰回路３２のＦＥＴ（後述する）をｏｎ状態とする。

可変減衰回路３２は、振幅比較回路３１において、信号振幅Ｖ_in／Ｇが参照電圧Ｖ_refよりも大きいと判断された場合に、入力信号の信号振幅Ｖ_inを１／Ｇ倍に減衰させて出力し、信号振幅Ｖ_in／Ｇが参照電圧Ｖ_refよりも小さいと判断された場合に、入力信号の信号振幅Ｖ_inを減衰させずに出力する。

可変減衰回路３２は、入力に対してそれぞれ直列および並列に接続された２つの抵抗と、入力に対して並列に接続されたＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とを有している。この実施の形態１では、入力インピーダンスが５０Ωの場合を考えて、それぞれ抵抗値Ｒ１＝３７．５Ωおよび抵抗値Ｒ２＝１２．５Ωとする。また、ＦＥＴのｏｎ／ｏｆｆは、振幅比較回路３１によって制御される。

すなわち、振幅比較回路３１がＨｉを出力すると、ＦＥＴがｏｎ状態となり、入力インピーダンスは５０Ωで入力信号の信号振幅Ｖ_inが１／４倍に減衰されて出力される。また、振幅比較回路３１がＬｏｗを出力すると、ＦＥＴがｏｆｆ状態となり、入力信号の信号振幅Ｖ_inは減衰されずに出力される。

振幅制限回路３３は、可変減衰回路３２の出力に対して並列に接続され、可変減衰回路３２から出力された信号の信号振幅（Ｖ_in／ＧまたはＶ_in）を、所定の閾値電圧Ｖ₁でクリップする。
振幅制限回路３３は、Ｂａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋで接続された２つのツェナーダイオードを有している。ここで、ツェナーダイオードのツェナー電圧をＶ_Zとし、順降下電圧をＶ_Fとすると、クリップされる閾値電圧Ｖ₁は、Ｖ₁＝Ｖ_z＋Ｖ_Fとなる。

振幅制限回路３３を設けることにより、受信信号の信号振幅Ｖ_rcvが閾値電圧Ｖ₁以下となることが保証され、受信端における信号の過入力を防止することができる。
なお、閾値電圧Ｖ₁は、受信部において通信可能な最小電圧レベルＶ_THよりもやや高い値に設定される。また、閾値電圧Ｖ₁は、振幅比較回路３１における参照電圧Ｖ_refと、誤差の範囲内で同一の値に設定されている。

図４は、この発明の実施の形態１に係る伝送システムにおける受信信号の信号振幅Ｖ_rcvを示す説明図である。図４の縦軸は信号振幅（電圧）を示し、横軸は伝送損失（ケーブル長）を示している。

図４において、破線は送信信号の信号振幅Ｖ_oを示し、一点鎖線は入力信号の信号振幅Ｖ_inを示し、実線は受信信号の信号振幅Ｖ_rcvを示している。また、Ｖ_THは受信部における通信可能な最小電圧レベルを示しており、この電圧以下になると受信ができなくなる。また、振幅比較回路３１における参照電圧Ｖ_refおよび振幅制限回路３３における閾値電圧Ｖ₁は、Ｖ_THよりもやや高い値に設定されている。

上述した伝送特性の劣化を抑制可能な一般的な伝送システム（図８参照）では、入力信号の信号振幅Ｖ_inが一律に１／Ｇ倍に減衰され、図４に破線で示した信号振幅となるので、伝送損失がＬ₁の状態において、信号振幅Ｖ_rcvがＶ_TH以下となり、受信ができなくなる。そのため、ダイナミックレンジは、Ｌ₁以下の範囲に限定される。

これに対して、この発明の実施の形態１に係る伝送システムでは、振幅比較回路３１において、信号振幅Ｖ_in／Ｇが参照電圧Ｖ_refよりも小さいと判断されると（伝送損失がＬ₀の状態）、可変減衰回路３２のＦＥＴがｏｆｆ状態となり、振幅制限回路３３によって受信信号の信号振幅Ｖ_rcvの最大値が閾値電圧Ｖ₁（＝Ｖ_ref）でクリップされる。そのため、この発明の実施の形態１に係る伝送システムでは、受信信号の信号振幅Ｖ_rcvが最終的にＶ_TH以下となる伝送損失がＬ₂の状態までダイナミックレンジが拡大される。

また、この発明の実施の形態１に係る伝送システムでは、振幅比較回路３１における参照電圧Ｖ_refと、振幅制限回路３３における閾値電圧Ｖ₁とが、誤差の範囲内で同一の値に設定されている。そのため、伝送損失がＬ₀の位置の近傍において、可変減衰回路３２のＦＥＴにｏｎ／ｏｆｆのチャタリングが発生した場合であっても、振幅制限回路３３が作動し、受信信号の信号振幅Ｖ_rcvが閾値電圧Ｖ₁以下となるので、受信信号に波形変動が生じることはない。

以上のように、実施の形態１によれば、可変減衰回路は、振幅比較回路で減衰させた振幅の方が参照電圧よりも大きい場合に、受信機に入力された信号の振幅を減衰させて出力し、減衰させた振幅の方が参照電圧よりも小さい場合に、受信機に入力された信号の振幅を減衰させずに出力する。また、振幅制限回路は、可変減衰回路から出力された信号の振幅を閾値電圧でクリップする。
すなわち、伝送路の伝送損失が小さい場合には、可変減衰回路を有効にして伝送路に印加されるノイズに対するＳＮ比を改善し、伝送路の伝送損失が大きい場合には、可変減衰回路を無効にして通信可能なダイナミックレンジを拡大する。
そのため、伝送路に印加されるノイズに対するＳＮ比を改善するとともに、ダイナミックレンジを拡大することができる伝送システムを得ることができる。

また、振幅制限回路、可変減衰回路および振幅制限回路は、全てアナログ回路で構成されるので、汎用ＬＡＮ等の既存の伝送システムへの適用も、基板上の簡単な回路の追加により、容易に実現することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、参照電圧Ｖ_refを所定の値として説明したが、通信可能な最小電圧レベルＶ_THに応じて参照電圧Ｖ_refを可変設定してもよい。この実施の形態２では、参照電圧Ｖ_refを任意の値に制御できる伝送システムについて説明する。

図５は、この発明の実施の形態２に係る伝送システムの受信機３Ａを示す構成図である。
図５において、受信機３Ａは、図１に示した受信機３に加えて、制御回路３４と、減算回路３５とを備えている。

制御回路３４は、任意の参照電圧Ｖ_refをアナログ信号で振幅比較回路３１および減算回路３５に出力する。振幅比較回路３１は、入力信号の信号振幅Ｖ_inを１／Ｇ倍に減衰させ、減衰させた信号振幅Ｖ_in／Ｇと、制御回路３４からアナログ信号で出力された参照電圧Ｖ_refとを比較する。

制御回路３４は、図示しないＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）とＤＡ変換器３４１とを含んでおり、受信信号の信号振幅Ｖ_rcvを取り込んで、通信可能な最小電圧レベルＶ_THに応じて参照電圧Ｖ_refを可変設定し、アナログ信号で出力する。なお、参照電圧Ｖ_refは、手動で設定されてもよい。

減算回路３５は、制御回路３４からアナログ信号で出力された参照電圧Ｖ_refから、振幅制限回路３３における閾値電圧（所定の降下電圧）Ｖ₁を減算し、減算した値（Ｖ_ref−Ｖ₁）を振幅制限回路３３の出力側（可変減衰回路３２と反対側）に出力する。これにより、受信信号の信号振幅Ｖ_rcvの最大値は、参照電圧Ｖ_refでクリップされることとなる。
なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。

振幅比較回路３１における参照電圧Ｖ_refおよび振幅制限回路３３における閾値電圧Ｖ₁は、通信可能な最小電圧レベルＶ_THよりもやや高い値に設定される必要がある。
この発明の実施の形態２に係る伝送システムでは、制御回路３４から出力される参照電圧Ｖ_refを変化させることにより、振幅制限回路３３でクリップされる受信信号の信号振幅Ｖ_rcvの最大値を、任意に制御することができる。そのため、通信可能な最小電圧レベルＶ_THが異なるインタフェース回路に対しても、振幅比較回路３１における参照電圧Ｖ_refを適切に設定することができる。

以上のように、実施の形態２によれば、制御回路は、任意の参照電圧をアナログ信号で出力し、減算回路は、制御回路が出力した参照電圧から振幅制限回路での降下電圧を減算し、減算した値を振幅制限回路の出力側に出力する。
これにより、通信可能な最小電圧レベルに応じて参照電圧を可変設定することができる。

なお、上記実施の形態１、２では、振幅制限回路３３が、Ｂａｃｋ−ｔｏ−Ｂａｃｋで接続された２つのツェナーダイオードで構成されていると説明した。しかしながら、これに限定されず、振幅制限回路３３は、図６に示すように、順降下電圧がＶ_Fのダイオードをｎ個直列に接続して構成されてもよい。
この場合も、上記実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。

１ 送信機、２ 伝送路、３ 受信機、１１ 送信アンプ（増幅回路）、３１ 振幅比較回路、３２ 可変減衰回路、３３ 振幅制限回路、３４ 制限回路、３５ 減算回路。

Claims (3)

1. 伝送路を介して互いに接続された送信機と受信機との間で信号を伝送する伝送システムであって、
   前記送信機は、入力された信号の振幅を昇圧させる増幅回路を有し、
   前記受信機は、
   前記増幅回路から出力されて前記伝送路を介して入力された信号の振幅を減衰させ、減衰させた振幅と参照電圧とを比較する振幅比較回路と、
   前記減衰させた振幅の方が前記参照電圧よりも大きい場合に、前記受信機に入力された信号の振幅を減衰させて出力し、前記減衰させた振幅の方が前記参照電圧よりも小さい場合に、前記受信機に入力された信号の振幅を減衰させずに出力する可変減衰回路と、
   前記可変減衰回路から出力された信号の振幅を閾値電圧でクリップする振幅制限回路と、を有する
   ことを特徴とする伝送システム。
2. 前記参照電圧と前記閾値電圧とは、同一の値に設定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の伝送システム。
3. 前記振幅制限回路は、所定の降下電圧のダイオード素子で構成され、
   前記受信機は、
   任意の前記参照電圧をアナログ信号で出力する制御回路と、
   前記制御回路が出力した前記参照電圧から前記降下電圧を減算し、減算した値を前記振幅制限回路の出力側に出力する減算回路と、をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の伝送システム。

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