JPH077925B2 - 差動位相変調を用いた配電線搬送信号伝送方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、配電線（電力線）を信号伝送媒体として使用
し、負荷制御、開閉器制御などの監視制御システムにお
ける制御信号伝送、並びに自動検針システムなどにおけ
るデータ伝送などに利用可能な差動位相変調を用いた信
号伝送方式に関する。

（従来の技術） 従来、配電線を利用した情報伝送において、配電線から
信号を取り出す際に商用周波数の高調波が多いので、信
号対雑音比を大きくする必要上、狭帯域ろ波器を用いて
信号を抽出して受信する方法が用いられていた。しか
し、狭帯域ろ波器を通すと信号の立上り時間が長くな
り、しかも波形に歪を生じるので、信号伝送速度は数ビ
ット／秒程度のはなはだ遅いものとなっていた。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、信号伝送速
度を飛躍的に高くする配電線搬送信号伝送方式を提供す
ることを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の配電線搬送信号伝送方式は、送信側に、配電線
で伝送する電力の商用周波数ｆのｎ分の１（ｎは正整
数）を送信信号の伝送速度として設定し、その伝送速度
のm/2倍（ｍは正の整数）の周波数を搬送波周波数とし
て設定した搬送波を用い、伝送すべきシリアルデータが
第１の２進ビットのときに前ビットの変調位相とは逆の
変調位相に反転し、伝送すべきシリアルデータが第２の
２進ビットのときに変調位相の反転をしない位相変調手
段と、その位相変調手段により変調した変調搬送波を配
電線に注入する注入手段とを有する送信装置を設ける。

受信側には、変調搬送波を配電線路に流れる電流から抽
出する抽出手段と、変調搬送波を１ビット期間遅延させ
るとともに、遅延させた変調搬送波と遅延させない変調
搬送波との差分を演算して、差動復調した搬送波信号を
出力する差動復調手段と、作動復調した搬送波信号から
データをフーリエ復調するフーリエ復調手段とを有する
受信装置を設ける。

具体的には、ｍを偶数に設定する場合においては、前記
第１の２進ビットを「マーク」に対応させ、前記第２の
２進ビットを「スペース」に対応させることができる。
そして、その場合、受信側における遅延させた変調搬送
波と遅延させない変調搬送波との差分の演算を減算回路
によって構成する。

また、ｍを奇数に設定する場合においては、前記第１の
２進ビットを「スペース」に対応させ、前記第２の２進
ビットを「マーク」に対応させることができる。そし
て、その場合も、受信側における遅延させた変調搬送波
と遅延させない変調搬送波との差分の演算を減算回路に
よって構成する。

更に、ｍを奇数に設定する場合において、前記第１の２
進ビットを「マーク」に対応させ、前記第２の２進ビッ
トを「スペース」に対応させることもできる。そして、
その場合は、受信側における遅延させた変調搬送波と遅
延させない変調搬送波との差分の演算を加算回路によっ
て構成する。

（作用） 本発明は、以上のように、送信側では差動位相変調で送
信し、受信側では差動復調を行うよう構成されているこ
とにより、伝送路の高調波雑音が除去され、信号搬送波
は２倍の振幅の振幅変調信号に変換された形となり、ま
た、この振幅変調信号にフーリエ復調を適用することに
より信号の再生を行うので、高速で確実な伝送を実現で
きる。

（実施例） 第１図は本発明の配電線搬送信号伝送装置における送信
装置の実施例を示し、第２図はその各部の波形を示すも
のである。この実施例は商用周波数ｆを60Hz、ｎ＝１、
ｍ＝17（即ち、奇数）に設定して差動位相変調を行なう
例を示すものである。

柱上変圧器１の低圧220Vをさらに低圧6Vに降下させる変
圧器２と、その出力する商用周波数の波数（第２図ａ点
電圧）に基づき整形して商用周波数に同期した60Hzの矩
形波の同期パルス（第２図ｂ点電圧）を発生する商用周
波同期パルス発生器３と、その出力と情報コード入力ｃ
により情報コードがスペースのときに立上がるパルスを
生ずる60bpsのシリアルデータ（第２図ｄ点電圧）を発
生するシリアルデータ発生器４と、搬送波（第２図ｅ）
をシリアルデータ発生器４の出力に基づいて伝送すべき
シリアルデータが第１の２進ビット（本実施例では「ス
ペース」）のときに前ビットの変調位相とは逆の変調位
相に反転し、伝送すべきシリアルデータが第２の２進ビ
ット（本実施例では「マーク」）のときに変調位相を反
転せずそのままとするよう位相変調した位相変調波（第
２図ｆ）を発生する位相変調波発生器５と、同期パルス
ｂの零クロスを利用して各１ビット期間の後半の位相を
逆転した波形（第２図ｇ）とするよう補正する商用周波
零クロス位相補正器６と、その出力により導通および非
導通が制御されるスイッチングトランジスタ７と、その
電圧を負荷抵抗８を経てスイッチングトランジスタ７で
開閉して負荷電流（第２図ｈ）を流す整流器９とからな
る。

次にこのように構成された本実施例の差動位相変調によ
る送信装置の動作について説明する。

柱上変圧器１の低圧側（220v）は変圧器２によりさらに
6Vに降圧され（第２図ａ）、商用周波同期パルス発生器
３により、変圧器の出力の零クロスをとることによっ
て、商用周波数に同期した60Hzの同期パルスを発生す
る。シリアルデータ発生器４では、入力された情報コー
ド（60bps、第２図ｃ）に従って、情報コードがスペー
スのときに上記同期パルスに同期したデータパルスd1,d
2（第２図ｄ）を発生する。

位相変調波発生器５は、第３図に示すように搬送波をそ
のままの位相で通す電圧フォロア51と、搬送波の位相を
反転するインバータ52と、これらの電圧フォロア51の出
力とインバータ52の出力の一つを選択して出力するスイ
ッチ回路53と、スイッチ回路53の制御端子に接続された
Ｄフリップフロップ54からなっている。Ｄフリップフロ
ップ54のクロック端子Ｋにデータパルスｄが入力され、
データパルスｄが与えられ、データパルスd1,d2が発生
するごとにｄフリップフロップ54は反転する（第２図F
F）。そのＱ出力によってスイッチ回路53は、電圧フォ
ロア51の出力とインバータ52の出力を交互に切り替え選
択し、変調信号ｆを出力する。

商用周波零クロス位相補正器６は、商用周波同期パルス
発生器３の出力ｂに基づいて位相変調波発生器５の出力
ｆの各１ビット期間の後半の位相を逆転した波形の信号
ｇを生成する。その出力信号ｇによりスイッチングトラ
ンジスタ７の導通および非導通が制御され、その制御に
応じて整流器９を介して負荷抵抗８に負荷電流ｈが流
れ、この電流は柱上変圧器１を介して配電線に注入され
る。なお、本実施例においては、信号注入のために負荷
電流をスイッチングトランジスタ７で制御するもので非
常に簡単な構成であり有用であるが、スイッチングの際
に信号電流を直接に開閉するので電磁波を出して高調波
雑音を生じる恐れがあり、また注入信号が商用周波数で
変調を受ける。このような問題点を避けるためには、結
合変圧器と共振コンデンサにより共振回路を構成した注
入装置を用いるのがよい。

第４図は本実施例における変電所（受信側）に配設され
る受信装置のブロック構成図を示すものである。

ある高圧配電線を伝送路として到着した信号電流は高圧
母線に流入するが、その途中に主電流変成器11を挿入
し、その二次回路にはさらに補助電流変成器12を挿入
し、その補助電流変成器12の二次巻線回路の負荷抵抗13
の発生電圧を受信ろ波器14に入力する。受信ろ波器14で
は、商用周波数およびその高調波雑音成分を除去し、信
号搬送波を抽出して1V程度の振幅に増幅する。受信ろ波
器14の出力は差動復調器15に入力される。差動復調器15
は、第５図に示すように１ビット期間の信号遅延を行う
ボーレイト時間遅延の遅延素子151と、入力信号ｕ
（ｔ）から遅延素子151のボーレイト時間遅延信号を減
算する減算回路152からなっている。第６図に示すよう
に差動復調器15に入力された差動位相変調信号ｕ（ｔ）
からボーレイト時間遅延信号ｖ（ｔ）を減算すると、デ
ータがマークのときは両信号の振幅が加算されて大きな
振幅の信号となるが、データがスペースのときは両信号
の振幅が減算されて振幅は０となる。このような差動復
調によりS/N比が大きくなる。第６図に示す差動復調出
力信号ｙ（ｔ）は振幅変調信号に変換された形になって
おり、この振幅変調波Asinωｔは第４図のフーリエ復調
器16において基準正弦波信号Bsin（ωｔ＋φ）と基準余
弦波信号Bcos（ωｔ＋φ）の両者に対し相互相関がとら
れフーリエ復調される。

第７図はフーリエ復調器の構成を示すものである。差動
復調器15の出力信号Asinω tは二つの乗算器26、27に入
力される。乗算器26では基準余弦波発生器28より発生さ
れる入力信号周波とおなじ周波数の基準余弦波Bcos（ω
ｔ＋φ）と乗算され、信号振幅のsinφ成分を出力す
る。

一方、乗算器27では基準正弦波発生器29より発生される
基準正弦波Bsin（ωｔ＋φ）と乗算され、信号振幅のco
sφ成分を出力する。

乗算器26の出力は２倍周波の交流と直流成分の合成波
で、信号１ビットごとに交互に開閉するアナログスイッ
チ32,33を経て積分器36,37で１ビット時間交互に積分さ
れて直流成分のみを出力する。２つの積分器36,37の出
力は加算され、一連のパルスコード信号波振幅のsinφ
成分を出力する。

同様に乗算器27の出力は１ビットごとに交互に開閉する
アナログスイッチ34,35を経て積分器38,39で１ビット時
間交互に信号振幅のcosφ成分を出力し、加算器41で加
算され、信号波振幅のcosφ成分を出力する。

加算器40から出力されるsinφ成分および加算器41から
出力されるcosφ成分は二乗器42,43でそれぞれ二乗され
加算器44で加算されて信号振幅絶対値の二乗値を出力す
る。即ち、情報パルスコードのマークのときは信号周波
振幅の二乗値が出力され、スペースのときは信号周波が
ないため、0Vが出力される。

符号再生器17では、フーリエ復調器16で復調された信号
を整形し、符号コードを再生する。

第８図は、受信装置に対し実際に伝送試験を行った結果
の波形の一例を示すもので、第４図における受信ろ波器
出力、差動復調器出力およびフーリエ復調器出力を示す
波形図である。差動復調およびフーリエ復調の組み合せ
によりエラーのない良好な復調結果が得られていること
がわかる。

第９図は、第４図におけるスイッチングトランジスタ
７、負荷抵抗８および整流器９からなる信号注入装置の
代りに用いることのできるLC共振回路を用いた信号注入
装置の一例を示すものである。疎結合変圧器Ｔと共振コ
ンデンサC1,C2からなるLC共振回路と、共振コンデンサC
1に充電するための整流器および整流用コンデンサから
なる電源と、差動位相変調信号の制御のもとに上記電源
から共振コンデンサC1へ充電するための電子式スイッチ
SW1および共振コンデンサC1から充電電荷を放電する電
子的スイッチSW2を有するスイッチ回路とからなってい
る。LC共振回路は差動位相変調信号の搬送波周波数を中
心とする共振周波数をもつように調整されている。スイ
ッチ回路の２つの電子的スイッチは、差動位相変調信号
（第２図の信号ｆ）によって開閉が制御されるが、両電
子的スイッチの制御端子へは互いに逆位相の制御信号が
供給されるので、信号ｆに従って交互に動作し、コンデ
ンサC1は充放電を交互に繰り返えすことにより、差動位
相変調信号の成分は高圧配電線へ注入される。この例で
は、疎結合変圧器を用いた共振回路を有しているので、
効率のよい信号注入を実現できる。

（発明の効果） 従来、この種の配電線搬送信号伝送方式では、伝送路雑
音の大半を占める商用周波数の高調波雑音の影響を避け
るため、受信装置では狭帯域ろ波器により信号を抽出し
ていた。しかし狭帯域ろ波器を使用するとろ波器の立上
り時間が長くなり、波形にもひずみを生じるので、信号
速度が制限されて、数ビット毎秒の低速度を余儀なくさ
れていた。

本発明によれば、これらの従来の問題点をすべて解決す
ることができる。即ち、本発明では、差動位相変調で送
信し、受信側では差動復調を行うことにより、伝送路の
高調波雑音が除去され狭帯域ろ波器を必要とせず、信号
搬送波は２倍の振幅の振幅変調信号に変換された形のS/
N比の優れたものとなり、この振幅変調信号をフーリエ
復調を行うことにより信号の再生を行うので、高速で確
実な伝送を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の配電線搬送信号伝送装置における送信
装置の実施例を示し、第２図はその各部の波形を示すも
ので、同図（ａ）は情報コードがスペース，マーク，ス
ペース，マークの例を示し、同図（ｂ）は情報コードが
スペース，スペース，マーク，マークの例を示すもので
ある。 第３図は、位相変調波発生器の構成の一例を示す図であ
る。 第４図は本実施例における変電所（受信側）に配設され
る受信装置のブロック構成を示す図である。 第５図は、差動復調器の一例を示す図であり、第６図は
その各部の波形を示す図である。 第７図はフーリエ復調器の構成を示す図である。 第８図は、第４図の受信装置の各部の波形を示す図であ
る。 第９図は、LC共振回路を用いる信号注入装置の一例を示
す図である。 １……柱上変圧器、２……変圧器、３……商用周波同期
パルス発生器、４……シリアルデータ発生器、５……位
相変調波発生器、６……商用周波零クロス位相補正器、
７……スイッチングトランジスタ、８……負荷抵抗、９
……整流器、11……主電流変成器、12……補助電流変成
器、13……負荷抵抗、14……受信ろ波器、15……差動復
調器、16……フーリエ復調器、17……符号再生器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送信側に、 配電線で伝送する電力の商用周波数ｆのｎ分の１（ｎは
   正整数）を送信信号の伝送速度として設定し、その伝送
   速度のm/2倍（ｍは正の整数）の周波数を搬送波周波数
   として設定した搬送波を用い、伝送すべきシリアルデー
   タが第１の２進ビットのときに前ビットの変調位相とは
   逆の変調位相に反転し、伝送すべきシリアルデータが第
   ２の２進ビットのとき変調位相の反転をしない位相変調
   手段と、その位相変調手段により変調した変調搬送波を
   配電線に注入する注入手段とを有する送信装置を設け、 受信側に、 変調搬送波を配電線路に流れる電流から抽出する抽出手
   段と、変調搬送波を１ビット期間遅延させるとともに、
   遅延させた変調搬送波と遅延させない変調搬送波との差
   分を演算して、差動復調した搬送波信号を出力する差動
   復調手段と、 差動復調した搬送波信号からデータをフーリエ復調する
   復調手段とを有する受信装置を設けた ことを特徴とする差動位相変調を用いた配電線搬送信号
   伝送方式。
2. 【請求項２】前記注入装置が、柱上変圧器の低圧側に接
   続した整流器と、整流器に接続した負荷抵抗と、負荷抵
   抗に流れる電流を差動位相変調信号によって開閉するス
   イッチ手段とからなることを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）項記載の差動位相変調を用いた配電線搬送信号
   伝送方式。
3. 【請求項３】前記注入装置が、疎結合変圧器および共振
   コンデンサからなるLC共振回路と、LC共振回路に直流電
   圧を印加するための電源回路と、電源回路からLC共振回
   路への直流電圧の印加を差動位相変調信号によって制御
   するスイッチ回路とを備えたことを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項記載の差動位相変調を用いた配電線搬
   送信号伝送方式。