JP2012165253A - 伝送距離延伸装置および通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の伝送距離を延伸することが可能な伝送距離延伸装置を得ること。
【解決手段】入力した１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号のＳＯＩ（Start Of Idle）位置を検出するＳＯＩ位置検出部１２と、ＳＯＩ位置において、１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の振幅レベルを検出するレベル検出部１３と、レベル検出部１３によって検出された振幅レベルに基づいて、１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号に対して、伝送路ケーブルの減衰量に対応したケーブル等価処理を施す可変等価部１１と、ＳＯＩ位置において、可変等価部１１によってケーブル等価処理が施された信号の振幅レベルを検出するレベル検出部１４と、ケーブル等価処理が施された信号を増幅する増幅部１６と、レベル検出部１４によって検出された振幅レベルに基づいて、増幅部１６の増幅率を制御するゲイン制御部１５と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の通信に用いる伝送距離延伸装置に関する。

従来、下記非特許文献１で開示されているように、１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号は、その最大伝送距離が規定化されている。そのため、規格以上の距離を伝送する必要はなく、市販のイーサネット（登録商標）用トランシーバ等を適用することにより、その伝送距離規格を実現していた。この伝送距離の規格は、主に伝送トポロジーが半二重の場合であって、ノードから出力される信号の衝突検出を確実に実現するために施された規格である。

ＩＥＥＥ８０２．３ ２００５年

しかしながら、上記従来の技術によれば、対向するノードが１対１で接続し、伝送トポロジーが半二重ではなく全二重の場合は、衝突検出機能は不要となるため伝送距離規格の制限は無くなる。そのため、全二重の伝送トポロジーでは、例えば、１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号を計装ネットワーク等の長距離伝送に適用することができるが、既存のノードでは長距離伝送ができない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、伝送トポロジーが全二重の場合に、１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の伝送距離を延伸することが可能な伝送距離延伸装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、入力した１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号のＳＯＩ（Start Of Idle）位置を検出するＳＯＩ位置検出手段と、前記ＳＯＩ位置において、前記１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の振幅レベルを検出する第１のレベル検出手段と、前記第１のレベル検出手段によって検出された振幅レベルに基づいて、前記１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号に対して、伝送路ケーブルの減衰量に対応したケーブル等価処理を施す可変等価手段と、前記ＳＯＩ位置において、前記可変等価手段よってケーブル等価処理が施された信号の振幅レベルを検出する第２のレベル検出手段と、前記ケーブル等価処理が施された信号を増幅する増幅手段と、前記第２のレベル検出手段によって検出された振幅レベルに基づいて、前記増幅手段の増幅率を制御するゲイン制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、伝送トポロジーが全二重の場合に、１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の伝送距離を延伸することができる、という効果を奏する。

図１は、従来からの１０ＢＡＳＥ−Ｔシステムの構成例を示す図である。 図２は、実施の形態１の１０ＢＡＳＥ−Ｔシステムの構成例を示す図である。 図３は、実施の形態１の伝送距離延伸装置の構成例を示す図である。 図４は、１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号のフレームフォーマットを示す図である。 図５は、ＳＯＩ位置検出部の構成例を示す図である。 図６は、ＳＯＩ位置検出部の各部における信号の波形を示す図である。 図７は、実施の形態２の伝送距離延伸装置の構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかる伝送距離延伸装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
まず、伝送距離の延伸を行わない従来からのノードについて簡単に説明する。図１は、従来からの１０ＢＡＳＥ−Ｔシステムの構成例を示す図である。１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号による通信を行う通信装置であるノード１０１，１０２は、それぞれ、送信部２および受信部３を含むイーサネット（登録商標）用トランシーバ１と、トランス４と、を備える。また、ノード１０１，１０２は、伝送路１０３，１０４を介して接続されている。

ノード１０１のイーサネット（登録商標）用トランシーバ１の送信部２が信号を出力すると、その信号はトランス４を介して伝送路１０３に出力される。そして、ノード１０２では、伝送路１０３からの信号を、トランス４を介して入力し、イーサネット（登録商標）用トランシーバ１の受信部３がその信号を受信する。

同様に、ノード１０２のイーサネット（登録商標）用トランシーバ１の送信部２が信号を出力すると、その信号はトランス４を介して伝送路１０４に出力される。そして、ノード１０１では、伝送路１０４からの信号を、トランス４を介して入力し、イーサネット（登録商標）用トランシーバ１の受信部３がその信号を受信する。

一般に、ノード１０１，１０２が備えるイーサネット（登録商標）用トランシーバ１は、ＩＥＥＥ８０２．３規格に準拠しているため、信号の伝送距離については規格である１００ｍを伝送可能な性能を有している。ここで、図１に示す構成のように対向するノード１０１，１０２が１対１で接続する場合、伝送トポロジーが半二重ではなく全二重となるので、各ノードにおいて半二重のときには必要であった衝突検出機能は不要となる。そのため、伝送距離規格の制限は無くなる、すなわち、伝送距離を延伸することが可能である。そこで、本実施の形態では、図１に示す各ノードに伝送距離延伸装置を追加して、伝送距離の延伸を実現する。

図２は、本実施の形態の１０ＢＡＳＥ−Ｔシステムの構成例を示す図である。１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号による通信を行う通信装置であるノード１０５，１０６でシステムを構成しており、各ノード１０５，１０６が伝送距離延伸装置５を備える点が、図１に示すノード１０１，１０２と異なる。伝送距離延伸装置５は、各ノード１０５，１０６において、イーサネット（登録商標）用トランシーバ１の受信部３とトランス４との間に配置されており、伝送路１０３または１０４、およびトランス４を経由して受信した入力信号の波形劣化を改善し、１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の伝送距離の延伸を実現する。

図３は、本実施の形態の伝送距離延伸装置５の構成例を示す図である。伝送距離延伸装置５は、可変等価部１１と、ＳＯＩ（State Of Idle）位置検出部１２と、レベル検出部１３と、レベル検出部１４と、ゲイン制御部１５と、増幅部１６と、を備える。

可変等価部１１は、入力した１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号に、伝送路１０３または１０４で減衰した減数量に応じたケーブル等価処理を施す。ＳＯＩ位置検出部１２は、入力した１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号のＳＯＩの位置を検出する。レベル検出部１３は、入力した１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の振幅レベルを検出する。レベル検出部１４は、可変等価部１１によって等価処理された信号の振幅レベルを検出する。ゲイン制御部１５は、増幅部１６の増幅率を制御する。増幅部１６は、可変等価部１１によって等価処理された信号を増幅する。

伝送距離延伸装置５には、伝送路１０３または１０４のケーブル減衰特性により波形劣化した信号がトランス４を介して入力される。そこで、伝送距離延伸装置５は、トランス４通過後の入力した信号５１の波形劣化を改善し、伝送距離延伸を実現する機能を有する。すなわち、伝送距離延伸装置５は、ケーブル等価機能を有したＡＧＣ（Auto Gain Control）の機能を実現する。

つづいて、伝送距離延伸装置５の動作について説明する。伝送距離延伸装置５では、信号５１（１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号）が、可変等価部１１、ＳＯＩ位置検出部１２およびレベル検出部１３に入力される。

ＳＯＩ位置検出部１２は、信号５１のＳＯＩ位置を検出し、検出結果である信号５２を出力する。信号５２は、レベル検出部１３、レベル検出部１４およびゲイン制御部１５に入力される。

レベル検出部１３は、信号５１および信号５２を入力して、信号５２に基づいて、信号５１（１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号）のＳＯＩ位置における振幅レベル、すなわち、伝送路１０３または１０４によるケーブル減衰量を検出し、検出した結果を信号５３として出力する。信号５３は、可変等価部１１に入力される。

可変等価部１１は、信号５１および信号５３を入力して、信号５３に基づいて、信号５１（１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号）に伝送路１０３または１０４で減衰した減数量に応じたケーブル等価処理を施し、ケーブル等価処理後の信号５４を出力する。ケーブル等価処理の方法としては、可変等価部１１は、検出結果（信号５３）を適用して、予め設定しておいたケーブル減衰量に対応したケーブル等価回路を選択し、入力した信号５１の波形等価を実施する。なお、信号５４は、レベル検出部１４および増幅部１６に入力される。

レベル検出部１４は、信号５２および信号５４を入力して、信号５２に基づいて、可変等価部１１によってケーブル等価処理が施された信号５４のＳＯＩ位置における振幅レベルを検出し、検出した結果を信号５５として出力する。信号５５は、ゲイン制御部１５に入力される。

ゲイン制御部１５は、信号５２および信号５５を入力し、これらの信号に基づいて、増幅部１６における信号５４に対する増幅率を決定し、決定した増幅率で増幅部１６が増幅するためのゲイン制御信号である信号５６を出力する。具体的には、レベル検出部１４で検出されたＳＯＩ位置における振幅レベルが任意の振幅になるように増幅率を決定する。なお、信号５６は、増幅部１６に入力される。

増幅部１６は、信号５４および信号５６を入力し、信号５６に基づいて、可変等価部１１によってケーブル等価処理された信号５４を、ゲイン制御部１５が決定した増幅率で増幅する。そして、増幅後の信号をイーサネット（登録商標）用トランシーバ１の受信部３へ出力する。

ここで、信号５１の波形等価特性を向上させ、伝送距離延伸性能を確保するためには、信号５１の振幅検出の性能を向上させることが不可欠である。振幅検出性能を確保するためには、振幅検出する対象となる信号がケーブル減衰特性の影響を受けにくく、ケーブル伝送後のＳＮＲ（Signal Noise Ratio）が大きいことが要求される。つまり、占有周波数帯域の低い信号を対象にすれば上記の要求を満足できる。

図４は、伝送距離延伸装置５へ入力される信号５１である１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号のフレームフォーマットの概要を示す図である。１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号は、大別するとプリアンブル、データ（マンチェスタ符号）、およびＳＯＩから構成される。各部の占有周波数帯域は、プリアンブルが５ＭＨｚ、データが２０ＭＨｚ、およびＳＯＩが５０ｋＨｚである。そのため、伝送距離延伸装置５では、占有周波数帯域の低いＳＯＩを振幅検出の対象信号とする。

さらに、ＳＯＩは、１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号のフレームフォーマットより、その位置検出手段を容易に実現できる。図５は、ＳＯＩ位置検出部１２の構成例を示す図である。ＳＯＩ位置検出部１２は、積分回路２１と、コンパレータ２２と、基準電源２３と、から構成される。これらの構成は、プリアンブル等を検出するときにも用いられる一般的なものである。

図４に示すように、信号５１である１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号のブリアンブルおよびデータ（マンチェスタ符号）区間ではマーク率が５０％であるため、積分回路２１からの出力は“マーク”、“スペース”の中間レベルとなる。一方、ＳＯＩでは“マーク”状態が続くため、前記“マーク”、“スペース”の中間レベル出力レベルが大きくなる。そのため、図５に示すＳＯＩ位置検出部１２では、プリアンブル等を検出するときに必要となるピークホールドを検出する構成を削除することができる。

図６は、ＳＯＩ位置検出部１２の各部における信号の波形を示す図である。積分回路２１から出力される信号６０は、ＳＯＩ区間で出力レベルが大きくなっている。コンパレータ２２は、この信号６０を一端に入力し、また、基準電源２３から基準電圧となる電圧Ｖ１を他端に入力して、ＳＯＩ位置を示す信号５２を出力することができる。

以上説明したように、本実施の形態では、ノードに搭載された伝送距離延伸装置５は、伝送路１０３，１０４のケーブル減衰量が少なく、伝送路１０３，１０４通過後の波形に関してＳＮＲが大きい状態で振幅検出ができる占有周波数帯域の低いＳＯＩを対象信号にして、ケーブル通過後の信号に対してケーブル等価処理および増幅処理を行うこととした。これにより、振幅検出精度が高い伝送距離延伸装置が実現でき、伝送距離延伸装置を搭載したノードにおいて、安定した信号の伝送距離の延伸を実現することができる。

実施の形態２．
本実施の形態では、入力した信号の状態に基づいて、出力する信号を切り替える。実施の形態１と異なる部分について説明する。

図７は、本実施の形態の伝送距離延伸装置５´の構成例を示す図である。伝送距離延伸装置５´は、レベル検出部１３に換えてレベル検出部１３´を備え、さらに、切替部１７を備える点が、実施の形態１（図３参照）と異なる。レベル検出部１３´は、レベル検出部１３の動作に加えて、さらに、検出した入力した１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の振幅レベルに基づいて、１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の送信元との距離が従来から規定されている伝送距離規格である１００ｍ以内かどうかを判定し、判定結果に基づいて切替部１７の出力の切替先を制御するための信号５７を出力する。切替部１７は、レベル検出部１３´の判定に基づいて、信号５１または増幅部１６による増幅後の信号のいずれかを出力する。その他の各部の動作については実施の形態１と同様である。

本実施の形態では、伝送距離延伸装置５´の出力は、イーサネット（登録商標）用トランシーバ１の受信部３に接続されるため、１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の送信元からの距離（伝送路１０３または１０４のケーブル長）が伝送距離規格である１００ｍまでは入力した信号５１（１０ＢＡＳＥ−Ｔ）をそのまま入力しても信号伝送が可能であることに着目する。すなわち、伝送距離延伸装置５´では、レベル検出部１３´の検出結果によりケーブル長１００ｍ以下に相当すると判定した場合には、切替部１７が、信号５１をそのまま出力し、ケーブル長が１００ｍを超えると判定した場合には、切替部１７が、可変等価部１１および増幅部１６を通過した信号を選択するように制御する。

これにより、増幅部１６は、１００ｍ以上のケーブル減衰に相当する増幅率にのみ対応すればよいため、増幅率のダイナミックレンジを狭くできる。そのため、ダイナミックレンジの比較的狭い部品の適用が可能となる。

なお、レベル検出部１３´が、１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の送信元との距離が従来から規定されている伝送距離規格である１００ｍ以内かどうかを判定する場合について説明したが、これに限定するものではなく、切替部１７が判定を行うようにしてもよい。この場合、伝送距離延伸装置５´では、実施の形態１と同様、レベル検出部１３を備えることとして、レベル検出部１３は、検出した振幅レベルの結果である信号５３を、可変等価部１１および切替部１７に出力する。そして、切替部１７は、入力した信号５３（１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号のＳＯＩ位置における振幅レベル）に基づいて、１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の送信元との距離が１００ｍ以内かどうかを判定する。切替部１７は、１００ｍ以下に相当すると判定した場合は、信号５１をそのまま出力し、１００ｍを超えると判定した場合は、可変等価部１１および増幅部１６を通過した信号を出力する。

以上説明したように、本実施の形態では、伝送距離延伸装置５´は、信号５１の減衰量に基づいて、信号５１をそのまま出力するか、または可変等価部１１および増幅部１６を通過した信号を出力するかを切り替えできることとした。これにより、増幅部１６のダイナミックレンジを狭くできるため、安価な部品の適用が可能となりコストダウンを実現することができる。

１ イーサネット（登録商標）用トランシーバ
２ 送信部
３ 受信部
４ トランス
５，５´ 伝送距離延伸装置
１１ 可変等価部
１２ ＳＯＩ位置検出部
１３，１３´ レベル検出部
１４ レベル検出部
１５ ゲイン制御部
１６ 増幅部
１７ 切替部
２１ 積分回路
２２ コンパレータ
２３ 基準電源
１０１，１０２，１０５，１０６ ノード
１０３，１０４ 伝送路

Claims (7)

1. 入力した１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号のＳＯＩ（Start Of Idle）位置を検出するＳＯＩ位置検出手段と、
   前記ＳＯＩ位置において、前記１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の振幅レベルを検出する第１のレベル検出手段と、
   前記第１のレベル検出手段によって検出された振幅レベルに基づいて、前記１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号に対して、伝送路ケーブルの減衰量に対応したケーブル等価処理を施す可変等価手段と、
   前記ＳＯＩ位置において、前記可変等価手段よってケーブル等価処理が施された信号の振幅レベルを検出する第２のレベル検出手段と、
   前記ケーブル等価処理が施された信号を増幅する増幅手段と、
   前記第２のレベル検出手段によって検出された振幅レベルに基づいて、前記増幅手段の増幅率を制御するゲイン制御手段と、
   を備えたことを特徴とする伝送距離延伸装置。
2. さらに、
   前記１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号および前記増幅手段による増幅後の信号を入力し、前記第１のレベル検出手段によって検出された振幅レベルに基づいて、出力する信号を切り替える切替手段、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の伝送距離延伸装置。
3. 前記切替手段は、前記第１のレベル検出手段によって検出された振幅レベルに基づいて、前記１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の送信元との距離が規定された伝送距離の範囲内と判定した場合は、前記１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号を出力し、一方、前記１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の送信元との距離が規定された伝送距離の範囲外と判定した場合は、前記増幅手段による増幅後の信号を出力する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の伝送距離延伸装置。
4. 入力した１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号のＳＯＩ（Start Of Idle）位置を検出するＳＯＩ位置検出手段と、
   前記ＳＯＩ位置において、前記１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の振幅レベルを検出し、また、検出した振幅レベルに基づいて、前記１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の送信元との距離が規定された伝送距離の範囲内かどうかを判定する第１のレベル検出手段と、
   前記第１のレベル検出手段によって検出された振幅レベルに基づいて、前記１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号に対して、伝送路ケーブルの減衰量に対応したケーブル等価処理を施す可変等価手段と、
   前記ＳＯＩ位置において、前記可変等価手段よってケーブル等価処理が施された信号の振幅レベルを検出する第２のレベル検出手段と、
   前記ケーブル等価処理が施された信号を増幅する増幅手段と、
   前記第２のレベル検出手段によって検出された振幅レベルに基づいて、前記増幅手段の増幅率を制御するゲイン制御手段と、
   前記１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号および前記増幅手段による増幅後の信号を入力し、前記第１のレベル検出手段による前記１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の送信元との距離の判定結果に基づいて、出力する信号を切り替える切替手段と、
   を備えたことを特徴とする伝送距離延伸装置。
5. 前記切替手段は、前記１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の送信元との距離が規定された伝送距離の範囲内と判定された場合は、前記１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号を出力し、一方、前記１０ＢＡＳＥ−Ｔ信号の送信元との距離が規定された伝送距離の範囲外と判定された場合は、前記増幅手段による増幅後の信号を出力する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の伝送距離延伸装置。
6. 前記ＳＯＩ位置検出手段は、
   積分回路、コンパレータ、および基準電源で構成される、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の伝送距離延伸装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の伝送距離延伸装置を搭載した通信装置。

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