JP5846183B2

JP5846183B2 - 通信装置

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Publication number: JP5846183B2
Application number: JP2013233275A
Authority: JP
Inventors: 隆久吉本; 浩伸秋田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-11-11
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-11-11
Also published as: US9306774B2; JP2015095718A; US20150131765A1

Description

本発明は、通信装置に関する。

従来、ＰＡＭ（パルス振幅変調）方式により通信信号を生成して、外部装置と通信する通信装置が知られている。ＰＡＭ方式の一つとしては、情報信号を五段階の異なる値を示すＰＡＭ信号に符号化するＰＡＭ５方式が知られている。復調は、シンボル期間毎に、受信信号の電圧レベルを検出することにより行われる。

ＰＡＭ５方式は、例えば、１００メガビットイーサネット（登録商標）規格である１００ＢＡＳＥ−Ｔ２やギガビットイーサネット規格である１０００ＢＡＳＥ−Ｔに採用されている。１００ＢＡＳＥ−Ｔ２によれば、４ビットデータを、五段階の異なる値を示すＰＡＭ信号の二つに符号化し、これら二つのＰＡＭ信号を、二本の伝送線路を通じて外部装置に送信する。

また、１０００ＢＡＳＥ−Ｔには、４Ｄ−ＰＡＭ５方式が採用されている。１０００ＢＡＳＥ−Ｔでは、８ビットデータを、五段階の異なる値を示すＰＡＭ信号の四つに符号化し、これら四つのＰＡＭ信号を、四本の伝送線路を通じて外部装置に送信する。

この他のＰＡＭ方式としては、情報信号を３／４／１６段階の異なる値を示すＰＡＭ信号に符号化するＰＡＭ３／４／１６方式が知られている。ＰＡＭ１６方式は、１０ギガビットイーサネット規格である１０ＧＢＡＳＥ−Ｔに採用されている。

また、ＰＡＭ方式を用いた信号伝送においては、符号間干渉（ＩＳＩ）や電磁妨害（ＥＭＩ）を低減するために、ＰＡＭ信号を、パルス整形フィルタを介して伝送線路に送出することが行われている。１０００ＢＡＳＥ−Ｔによれば、例えば伝達関数がＨ（ｚ）＝０．７５＋０．２５ｚ^-1であるパルス整形フィルタによって、物理コーディング副層からのＰＡＭ信号がパルス整形され、そのパルス整形後のＰＡＭ信号が、ディジタル／アナログ変換器によって、アナログ信号に変換される。このアナログ信号は、ハイブリッド回路を介して伝送線路に送出される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１６８０４７号公報

ところで、パルス整形フィルタの後段に配置されるディジタル／アナログ変換器のビット数（階調数）は、回路規模に影響を与える。
タップ数が２であるパルス整形フィルタによれば、今回の入力値と前回の入力値との組み合わせによって出力値が定まる。このため、ＰＡＭ５方式に従うＰＡＭ信号がパルス整形フィルタに入力される場合、パルス整形フィルタからの出力値は、最大で５ｘ５＝２５通りになる。但し、入力値の組み合わせによっては出力値が同一になるために、伝達関数がＨ（ｚ）＝０．７５＋０．２５ｚ^-1であるパルス整形フィルタの出力値は、１７通りの値を示す。

しかしながら、パルス整形フィルタの出力値が１７通りである場合、パルス整形フィルタの後段に必要なディジタルアナログ変換器のビット数（階調数）は、パルス整形フィルタの出力値が２５通りである場合と同様に、５ビット以上である。また、上記伝達関数Ｈ（ｚ）を用いたパルス整形フィルタには、パルス整形によるＥＭＩの低減効果の点で改善の余地がある。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、送信信号としてＰＡＭ信号を生成する通信装置において、従来よりも好適にＰＡＭ信号のパルス整形が可能な技術を提供することを目的とする。

本発明の通信装置は、生成ユニットと、パルス整形フィルタと、変換器とを備える。生成ユニットは、ＰＡＭ（パルス振幅変調）方式によって、送信対象のデータに対応した多段階の異なる値を示すＰＡＭ信号を生成する。この生成ユニットにより生成されたＰＡＭ信号は、パルス整形フィルタに入力される。変換器は、パルス整形フィルタから出力されるパルス整形後のＰＡＭ信号をアナログ信号に変換して外部装置への伝送路に出力する。

この通信装置において、パルス整形フィルタの入出力は、伝達関数Ｇ（ｚ）＝（２／３）＋（１／３）ｚ^-1に従う。あるいは、この伝達関数Ｇ（ｚ）と等価な関係を示す。即ち、パルス整形フィルタは、伝達関数Ｇ（ｚ）＝（２／３）＋（１／３）ｚ^-1、又は、この伝達関数Ｇ（ｚ）と等価な入出力関係に従って、生成ユニットから入力されるＰＡＭ信号に対応するパルス整形後のＰＡＭ信号を出力する。尚、ｚ^-1は、遅延演算子である。

パルス整形フィルタの伝達関数がＧ（ｚ）＝（２／３）＋（１／３）ｚ^-1である場合、又は、これと等価な入出力関係をパルス整形フィルタが示す場合には、次のような利点がある。即ち、従来の伝達関数Ｈ（ｚ）＝０．７５＋０．２５ｚ^-1と比較して、パルス整形フィルタからの出力値の数を抑えることができる。

従って、本発明によれば、例えば、ディジタル／アナログ変換器のビット数を抑えることができ、通信装置の回路規模を抑えることができる。あるいは、本発明によれば、孤立パルスのピークレベルを抑えることができ、従来と比較してＥＭＩを低減することができる。従って、本発明によれば、従来よりも好適にＰＡＭ信号のパルス整形が可能な通信装置を構成することができる。

付言すると、パルス整形フィルタの入出力は、伝達関数０．５＋０．５ｚ^-1に従うものであってもよいし、この伝達関数０．５＋０．５ｚ^-1と等価な入出力を示すものであってもよい。このような入出力によっても、好適にＰＡＭ信号のパルス整形が可能な通信装置を構成することができる。

通信装置の構成を表すブロック図である。送信ユニットの構成を表すブロック図である。パルス整形フィルタからの出力値を示すテーブルである。ＰＡＭ信号の波形を示す図である。ＰＡＭ信号の周波数スペクトラムの概略を示す図である。第一変形例に従うパルス整形フィルタからの出力値を示すテーブルである。第二変形例に従うパルス整形フィルタからの出力値を示すテーブルである。第三変形例に従うパルス整形フィルタからの出力値を示すテーブルである。

以下に本発明の実施例について、図面と共に説明する。
本実施例の通信装置１は、ギガビットイーサネット（登録商標）規格に準ずる物理層を有する通信装置である。この通信装置１は、データリンク層にて生成された送信対象データを、８ビット毎に、４次元５値のシンボル群に符号化し、このシンボル群に対応する四つのＰＡＭ（パルス振幅変調）信号を、四本の伝送線路４０を通じて外部装置に伝送する構成にされる。伝送線路４０は、ツイストペアケーブルによって構成される。送信対象データは、所謂ＭＡＣ（ＭｅｄｉａＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ）フレームである。

詳述すると、本実施例の通信装置１は、図１に示すように、物理コーディング副層（ＰＣＳ）として機能する符号化回路１０と、四つの送受信回路２０と、四つのハイブリッド回路３０とを備える。各送受信回路２０は、送信ユニット２１と、受信ユニット２５とを備えた構成にされる。

符号化回路１０は、データリンク層（ＭＡＣ層）と物理層を繋ぐインタフェース（所謂ＧＭＩＩ）を介してデータリンク層に接続される。この符号化回路１０は、データリンク層で生成された送信対象データを、８ビット単位で４次元５値のシンボル群に符号化する。

具体的に、符号化回路１０は、ＰＡＭ（パルス振幅変調）方式の一つであるＰＡＭ５方式により、送信対象データを上記４次元５値のシンボル群に対応する四つのＰＡＭ信号に変換する。ここで生成されるＰＡＭ信号は、五段階の異なる値（振幅）を示す多値ＰＡＭ信号である。以下では、５値を−２，−１，０，１，２の数値群で表す。符号化回路１０は、このようにして生成した四つのＰＡＭ信号を、夫々対応する送受信回路２０の送信ユニット２１に入力する。

一方、符号化回路１０は、送受信回路２０の受信ユニット２５から入力される受信信号としてのＰＡＭ信号を、受信データ（ＭＡＣフレーム）に復調して、この受信データを、上記インタフェースを介してデータリンク層に入力する。

この他、送受信回路２０が有する送信ユニット２１及び受信ユニット２５は、ハイブリッド回路３０に接続される。ハイブリッド回路３０は、外部装置に繋がる伝送線路４０に接続されており、外部装置との間での全二重双方向通信を実現する。受信ユニット２５は、図示しないアナログ／ディジタル変換器を含み、ハイブリッド回路３０から入力される外部装置からの受信信号（ＰＡＭ信号）を、ディジタル信号に変換して、符号化回路１０に入力する。

この他、送信ユニット２１は、図２に示すように、パルス整形フィルタ５１と、ディジタル／アナログ変換器５５とを含んだ構成にされる。
パルス整形フィルタ５１は、符号間干渉（ＩＳＩ）や電磁妨害（ＥＭＩ）の低減を図ることを目的として、符号化回路１０からのＰＡＭ信号に対しパルス整形を行う。これによってＰＡＭ信号の周波数特性に変更を加える。本実施例において、パルス整形フィルタ５１の伝達関数Ｇ（ｚ）は、Ｇ（ｚ）＝Ｇ１（ｚ）＝０．６６７＋０．３３３ｚ^-1に設定される。ｚ^-1は、遅延演算子である。

この伝達関数Ｇ１（ｚ）の一般形は、Ｇ０（ｚ）＝（２／３）＋（１／３）ｚ^-1である。本実施例では、パルス整形フィルタ５１の伝達関数Ｇ（ｚ）を、この伝達関数Ｇ０（ｚ）に近似する上記伝達関数Ｇ１（ｚ）に設定する。

但し、パルス整形フィルタ５１からの出力信号は、ディジタル／アナログ変換器５５に入力されてアナログ信号に変換された後、伝送線路４０に出力される。従って、伝送線路４０への出力信号が実質的に同じになるのであれば、パルス整形フィルタ５１には、伝達関数Ｇ０（ｚ），Ｇ１（ｚ）以外の他の伝達関数を設定することも可能である。即ち、パルス整形フィルタ５１の入出力関係は、伝達関数Ｇ０（ｚ），Ｇ１（ｚ）で表されるものに限定されず、伝達関数Ｇ０（ｚ）と等価なものを採用し得る。

例えば、伝達関数（２＋ｚ^-1）のような伝達関数Ｇ０（ｚ）を所定倍した伝達関数であっても、後段でＰＡＭ信号の出力レベルを調整すれば、伝達関数Ｇ０（ｚ），Ｇ１（ｚ）と同様のＰＡＭ信号を伝送線路４０に出力することが可能である。

ディジタル／アナログ変換器５５は、このパルス整形フィルタ５１からの出力信号であるパルス整形後のＰＡＭ信号を、ディジタル信号からアナログ信号に変換してハイブリッド回路３０に入力する。ハイブリッド回路３０は、この送信ユニット２１からの上記アナログ信号を、伝送線路４０に送出する。

ここで、パルス整形フィルタ５１の伝達関数Ｇ（ｚ）を上記伝達関数Ｇ１（ｚ）に設定した場合のパルス整形フィルタ５１の出力値について説明する。図３上段に示すテーブルは、符号化回路１０からの値−２，−１，０，１，２を示すＰＡＭ信号を、伝達関数がＧ１（ｚ）であるパルス整形フィルタ５１に入力したときのパルス整形フィルタ５１の出力値を表す。

パルス整形フィルタ５１の出力値は、前回の入力値と今回の入力値との組み合わせによって定まる。テーブルの最も左側の第一列は、今回の入力値を示し、テーブルの第一行は、前回の入力値を示す。即ち、第二行は、今回の入力値が「−２」であるときのパルス整形フィルタ５１の出力値であって、前回の入力値が−２，−１，０，１，２であるときの出力値を、左から順に記載したものである。

このテーブルからも理解できるように、パルス整形フィルタ５１の伝達関数Ｇ（ｚ）として上記伝達関数Ｇ１（ｚ）を採用したときの当該パルス整形フィルタ５１の出力値は、−２，−１．６６７，−１．３３３，−１，−０．６６７，−０．３３３，０，０．３３３，０．６６７，１，１．３３３，１．６６７，２の１３通りの値を示す。

一方、パルス整形フィルタ５１の伝達関数Ｇ（ｚ）として、従来の伝達関数Ｈ（ｚ）＝０．７５＋０．２５ｚ^-1を採用したときのパルス整形フィルタ５１の出力値は、１７通りの値を示す。図３下段に示すテーブルは、符号化回路１０からの値−２，−１，０，１，２を示すＰＡＭ信号を、伝達関数がＨ（ｚ）であるパルス整形フィルタ５１に入力したときのパルス整形フィルタ５１の出力値を表す。

図３下段に示すように、この場合のパルス整形フィルタ５１の出力値は、−２，−１．７５，−１．５，−１．２５，−１，−０．７５，−０．５，−０．２５，０，０．２５，０．５，０．７５，１，１．２５，１．５，１．７５，２の１７通りの値を示す。

パルス整形フィルタ５１の出力値が１７通りの値を示す場合には、後段のディジタル／アナログ変換器５５として、５ビット（３２階調）の変換器を設ける必要がある。一方、本実施例のように、パルス整形フィルタ５１の伝達関数Ｇ（ｚ）として、上記伝達関数Ｇ１（ｚ）を採用した場合には、後段のディジタル／アナログ変換器５５として、４ビット（１６階調）の変換器を設けることができる。

従って、本実施例によれば、従来装置よりも、ディジタル／アナログ変換器５５のサイズを抑えることができ、通信装置１が備える物理層チップの回路規模を抑えることができる。

更に言えば、上記伝達関数Ｇ１（ｚ）を用いた場合には、図４に示すように、パルス整形を行わない場合や従来の伝達関数Ｈ（ｚ）を用いてパルス整形を行った場合と比較して、パルス整形後のＰＡＭ信号における孤立パルスのピークレベルを抑えることができる。図４における実線は、上記伝達関数Ｇ１（ｚ）を用いた場合のパルス整形後のＰＡＭ信号を示し、点線は、上記伝達関数Ｈ（ｚ）を用いた場合のパルス整形後のＰＡＭ信号を示す。この他、図４における破線は、パルス整形を施していないＰＡＭ信号を示す。このピークレベルの低減は、高周波成分のピークレベルの低減に繋がるため、ＥＭＩの低減に役立つ。

図５には、シンボルレートが１２５ＭＳ／ｓであるケースにおけるディジタル／アナログ変換器５５の出力信号の周波数スペクトラムを概略的に示す。図５における実線は、パルス整形フィルタ５１の伝達関数Ｇ（ｚ）として、上記伝達関数Ｇ１（ｚ）を採用した場合のスペクトラムを示し、点線は、パルス整形フィルタ５１の伝達関数Ｇ（ｚ）として上記伝達関数Ｈ（ｚ）を採用した場合のスペクトラムを示し、破線は、パルス整形を行わない場合のスペクトラムを示す。図５からも理解できるように、伝達関数Ｇ（ｚ）として伝達関数Ｇ１（ｚ）を採用した場合には、従来の伝達関数Ｈ（ｚ）を採用した場合と比較して、周波数分布が緩やかな山形状を示す。従って、本実施例によれば、パルス整形フィルタ５１によるＥＭＩの低減効果を従来と比較して高めることができる。

［変形例１］
上記実施例では、パルス整形フィルタ５１の伝達関数Ｇ（ｚ）として、Ｇ１（ｚ）＝０．６６７＋０．３３３ｚ^-1採用したが、パルス整形フィルタ５１の伝達関数Ｇ（ｚ）は、Ｇ２（ｚ）＝０．５＋０．５ｚ^-1に設定されてもよい。この伝達関数Ｇ２（ｚ）をパルス整形フィルタ５１に設定した場合には、パルス整形フィルタ５１の出力値を、図６に示すように、−２，−１．５，−１，−０．５，０，０．５，１，１．５，２の９通りまで抑えることができる。

但し、伝達関数Ｇ２（ｚ）を用いた場合には、前回入力値と今回入力値とが正負の異なる値であって絶対値が同一の値を示すときに、パルス整形フィルタ５１の出力値がゼロになる。この他、入力値が例えば２，１，２，１，…のように二つの値の間を行き来する場合、パルス整形フィルタ５１の出力値が、その平均値１．５を継続的に示すことになる。このため、パルス整形後のＰＡＭ信号においてパルスが消滅する事象が発生しやすい。このような事象の多発は、受信処理に影響を与える可能性がある。従って、パルス整形フィルタ５１の伝達関数Ｇ（ｚ）としては、この伝達関数Ｇ２（ｚ）よりも、上述した伝達関数Ｇ１（ｚ）を用いたほうが良い場合があり得る。

［変形例２］
上記実施例では、ＰＡＭ５方式により、送信対象データをＰＡＭ信号に変換する通信装置１を例に挙げたが、上記伝達関数Ｇ０（ｚ），Ｇ１（ｚ）又はこれと等価な伝達関数は、ＰＡＭ３方式により、送信対象データを三段階の異なる値を示すＰＡＭ信号に変換する通信装置にも適用可能である。

ＰＡＭ３方式を用いた場合、パルス整形フィルタ５１には、例えば値−１，０，１の三段階の値を示すＰＡＭ信号が入力される。図７上段には、ＰＡＭ３方式により生成されたＰＡＭ信号を、上記伝達関数Ｇ１（ｚ）＝０．６６７＋０．３３３ｚ^-1のパルス整形フィルタ５１でパルス整形したときの、パルス整形フィルタ５１の出力値を図３と同形式のテーブルによって示す。また、図７下段には、伝達関数Ｇ１（ｚ）に代えて、従来の伝達関数Ｈ（ｚ）＝０．７５＋０．２５ｚ^-1を用いた場合の、パルス整形フィルタ５１の出力値をテーブルによって示す。

図７から理解できるように、従来の伝達関数Ｈ（ｚ）を用いた場合には、パルス整形フィルタ５１の出力値は９通りの値を示す。一方、上記伝達関数Ｇ１（ｚ）を用いた場合には、パルス整形フィルタ５１の出力値は７通りの値を示す。従って、この伝達関数Ｇ１（ｚ）を用いた場合には、従来の伝達関数Ｈ（ｚ）を用いた場合と比較して、ディジタル／アナログ変換器５５のビット数を４ビットから３ビットに落とすことができ、通信装置の回路規模を抑えることができる。

［変形例３］
上記実施例では、ＰＡＭ５方式により、送信対象データをＰＡＭ信号に変換する通信装置１を例に挙げたが、上記伝達関数Ｇ０（ｚ），Ｇ１（ｚ）又はこれと等価な伝達関数は、ＰＡＭ４方式により、送信対象データを四段階の異なる値を示すＰＡＭ信号に変換する通信装置にも適用することができる。

ＰＡＭ４方式を用いた場合、パルス整形フィルタ５１には、例えば値−３，−１，１，３の四段階の値を示すＰＡＭ信号が入力される。図８に示すように、ＰＡＭ４方式により生成されたＰＡＭ信号を、上記伝達関数Ｇ１（ｚ）＝０．６６７＋０．３３３ｚ^-1のパルス整形フィルタ５１でパルス整形したときの、パルス整形フィルタ５１の出力値は、１０通りの値を示す。

一方、従来の伝達関数Ｈ（ｚ）を用いた場合には、パルス整形フィルタ５１の出力値が１３通りの値を示す。このケースにおいては、ディジタル／アナログ変換器５５のビット数を、従来の伝達関数Ｈ（ｚ）を用いた場合の４ビットから３ビットに落とすことができないものの、ＥＭＩ低減の効果が得られる。

［他の実施形態］
以上に、変形例を含む本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採り得る。例えば、上記伝達関数Ｇ１（ｚ）は、ＰＡＭ方式にて送信信号を生成する通信装置であれば、イーサネット（登録商標）規格に準ずる通信装置１に限らず、種々の通信装置に適用することができる。また、ＰＡＭ４方式やＰＡＭ３方式が適用された通信装置のパルス整形フィルタ５１に、上記伝達関数Ｇ２（ｚ）＝０．５＋０．５ｚ^-1を採用することも可能である。

１…通信装置、１０…符号化回路、２０…送受信回路、２１…送信ユニット、２５…受信ユニット、３０…ハイブリッド回路、４０…伝送線路、５１…パルス整形フィルタ、５５…ディジタル／アナログ変換器。

Claims

ＰＡＭ（パルス振幅変調）方式によって、送信対象のデータに対応した多段階の異なる値を示すＰＡＭ信号を生成する生成ユニット（１０）と、
前記生成ユニットにより生成された前記ＰＡＭ信号が入力されるパルス整形フィルタ（５１）と、
前記パルス整形フィルタから出力されるパルス整形後の前記ＰＡＭ信号をアナログ信号に変換して外部装置への伝送路に出力する変換器（５５）と、
を備え、
前記パルス整形フィルタは、伝達関数Ｇ（ｚ）＝（２／３）＋（１／３）ｚ^-1（但しｚ^-1は遅延演算子である）、又は、前記伝達関数Ｇ（ｚ）と等価な入出力の関係に従って、前記生成ユニットから入力される前記ＰＡＭ信号に対応する前記パルス整形後のＰＡＭ信号を出力すること
を特徴とする通信装置。
前記パルス整形フィルタは、前記伝達関数Ｇ（ｚ）と等価な入出力の関係を示す伝達関数として、伝達関数（２＋ｚ^-1）、又は、当該伝達関数（２＋ｚ^-1）以外の前記伝達関数Ｇ（ｚ）を所定倍した伝達関数に従って、前記生成ユニットから入力される前記ＰＡＭ信号に対応する前記パルス整形後のＰＡＭ信号を出力すること
を特徴とする請求項１記載の通信装置。
ＰＡＭ（パルス振幅変調）方式によって、送信対象のデータに対応した多段階の異なる値を示すＰＡＭ信号を生成する生成ユニット（１０）と、
前記生成ユニットにより生成された前記ＰＡＭ信号が入力されるパルス整形フィルタ（５１）と、
前記パルス整形フィルタから出力されるパルス整形後の前記ＰＡＭ信号をアナログ信号に変換して外部装置への伝送路に出力する変換器（５５）と、
を備え、
前記パルス整形フィルタは、伝達関数Ｇ（ｚ）＝０．５＋０．５ｚ^-1（但しｚ^-1は遅延演算子である）、又は、前記伝達関数Ｇ（ｚ）と等価な入出力の関係に従って、前記生成ユニットから入力される前記ＰＡＭ信号に対応する前記パルス整形後のＰＡＭ信号を出力すること
を特徴とする通信装置。
前記生成ユニットは、前記送信対象のデータに対応した前記ＰＡＭ信号として、ＰＡＭ５方式に従う五段階の異なる値を示すＰＡＭ信号を生成すること
を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項記載の通信装置。
前記生成ユニットは、前記送信対象のデータに対応した前記ＰＡＭ信号として、ＰＡＭ４方式に従う四段階の異なる値を示すＰＡＭ信号を生成すること
を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項記載の通信装置。
前記生成ユニットは、前記送信対象のデータに対応した前記ＰＡＭ信号として、ＰＡＭ３方式に従う三段階の異なる値を示すＰＡＭ信号を生成すること
を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項記載の通信装置。