(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信部と受信部を、それぞれパルストランスを介して伝送路に接続し、
前記送信部は、ベースバンド符号に対して同一データがＮ回連続した場合に反転符号を挿入する符号化をしたデータを送信する第1伝送機能の送信処理部と、前記ベースバンド符号をＳＳ符号化したデータを送信する第２伝送機能の送信処理部と、を備え、それら第１伝送機能の送信処理部と第２伝送機能の送信処理部のいずれかを択一的に選択するものであり、
前記受信部は、前記送信部の前記第1伝送機能の送信処理部からの符号化データを受信した場合に受信処理する第１伝送機能の受信処理部と、前記送信部の前記第２伝送機能の送信処理部からの符号化データを受信した場合に受信処理する第２伝送機能の受信処理部と、を備え、それら第１伝送機能の受信処理部と第２伝送機能の受信処理部のいずれかを択一的に選択するものであり、
前記送信部および受信部において前記第１、第２伝送機能のいずれかを選択し、前記送信部および前記受信部間でその選択された同一の伝送機能を用いてデータ通信を行うものであり、
さらに、前記第１、第２伝送機能のそれぞれの伝送周波数帯域をほぼ等しく、前記パルストランスで対応できる範囲内に設定したことを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、通信システムに関するもので、より具体的には、送信側と受信側で絶縁した有線方式の通信システムにおけるマルチボーレート通信を実現するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばＦＡにおける通信の場合、有線のマルチボーレート通信がよく用いられる。すなわち、マルチボーレートの場合には、伝送速度が変更できるので、伝送距離，接続ノード数，応答性能等をアプリケーションに応じて選択することにより、効率のよいシステムとするためである。
【０００３】
通信回線と内部回路は、地電位差によるループ電流や回線上のサージ電圧による破壊防止のため、ＤＣ的に絶縁する必要がある。このため、通常はトランシーバと通信制御ロジックとの間で、フォトカプラ，絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ（もしくは通信専用電源）を使用して、絶縁している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の絶縁方式では、コストが高くなるという問題がある。すなわち、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ自体が、高価なものであるとともに、トランシーバと通信制御ロジックとの間には複数の制御線が配線されているが、それら全ての制御線に対し１本ずつフォトカプラを装着しなければならないからである。さらに、係る個々の制御線に対してフォトカプラを装着することは、その装着部分が大型化してしまうという問題もある。
【０００５】
この発明は、有線でのマルチボーレート通信を、簡易かつ安価な構成で実現することのできる通信システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明による通信システムでは、送信部と受信部を、それぞれパルストランスを介して伝送路に接続し、前記送信部は、ベースバンド符号に対して同一データがＮ回連続した場合に反転符号を挿入する符号化をしたデータを送信する第1伝送機能の送信処理部と、前記ベースバンド符号をＳＳ符号化したデータを送信する第２伝送機能の送信処理部と、を備え、それら第１伝送機能の送信処理部と第２伝送機能の送信処理部のいずれかを択一的に選択するものであり、前記受信部は、前記送信部の前記第1伝送機能の送信処理部からの符号化データを受信した場合に受信処理する第１伝送機能の受信処理部と、前記送信部の前記第２伝送機能の送信処理部からの符号化データを受信した場合に受信処理する第２伝送機能の受信処理部と、を備え、それら第１伝送機能の受信処理部と第２伝送機能の受信処理部のいずれかを択一的に選択するものであり、前記送信部および受信部において前記第１、第２伝送機能のいずれかを選択し、前記送信部および前記受信部間でその選択された同一の伝送機能を用いてデータ通信を行うものであり、さらに、前記第１、第２伝送機能のそれぞれの伝送周波数帯域をほぼ等しく、前記パルストランスで対応できる範囲内に設定した。
【０００７】
ベースバンド符号は、情報を表現するアナログ量や符号を原信号のまま電気信号に変換した変調を行っていない符号である。例えばＮＲＺＩ，ｍＢＩＣ，マンチェスタなどがある。第１伝送機能を実現するための符号化は、実施の形態では４Ｂ１Ｃ符号化があり、これは、４ビット連続したデータが続いた場合には１ビットの反転ビットを挿入するものである。もちろん、これ以外の符号化を用いてもよい。
【０００８】
パルストランスを用いることにより、送信部と受信部を絶縁した状態でデータの送受が行える。このパルストランスは、安価であるというメリットも有する。ところで、パルストランスによる絶縁方式の場合、そのトランスの周波数帯域を広くすることが難しいので、マルチボーレート通信を実現するために単純に伝送周波数を大きく変えることはできない。
【０００９】
そこで、ベースバンド符号を、ＳＳ符号化することにより、実際の伝送周波数を大きく変えることなく、マルチボーレート通信と同じ効果をすることができる。つまり、ＳＳ符号化は、ベースバンド符号のデータ「１」を、ｎ桁のチップ列からなる符号で表現し、そのチップ列を反転したのがデータ「０」を表現する。このように、ｎ桁となることから、１つのデータを送るのに要する時間がかかるものの、外乱ノイズに強く、ベースバンド符号を送信するものに比べ、伝送距離，接続ノード数，分岐などの通信スペックが拡張される。実施の形態では、ＳＳ１１チップ符号化を用いたが、これに限る必要はなく、他のＳＳ符号化を用いてももちろん良い。
【００１０】
そして、ＳＳ符号の上記チップ列は、１〜数個（Ｍ個）程度同一チップが連続することがあるので、実際の伝送周波数帯域は、１〜Ｍ倍の範囲に収まる。ここで、Ｍはｎ未満であり、通常は３〜４程度となる。一方、第１伝送機能における伝送周波数帯域は、１〜Ｎ倍の範囲となる。従って、Ｎ＝Ｍにすれば、第１，第２伝送機能の伝送周波数帯域は等しくなる。もちろん、本発明では完全に一致する必要はないので、ＮとＭを近似した値をとればよい。さらに、伝送周波数帯域が１〜４倍程度であれば、パルストランスでも十分対応できる範囲内である。
【００１１】
つまり、伝送周波数帯域は、ほぼ等しくしながら、第１伝送機能により通信することにより高速伝送が行え、第２伝送機能によって通信することにより長距離伝送等をすることができる。
【００１２】
この発明による通信システムを構成する各機能を専用のハードウエア回路によって実現することができるし、プログラムされたコンピュータによって実現することもできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る通信システムの好適な一実施の形態を示している。同図では、説明を簡単にするため送信部１０と受信部２０が１個ずつで１：１に接続された例を示しているが、送信部１０，受信部２０の片側或いは両側が複数存在するようなシステムでももちろん良い。
【００１４】
本形態では、ベースバンド符号としてのＮＲＺデータに対し、同一データがＮ回連続した場合に反転符号を挿入する符号化をしたデータを送受信する第１伝送機能を実現するための符号化処理として、４Ｂ１Ｃ符号化を用い、ＳＳ符号化としてＳＳ１１チップの符号化をするようにした。
【００１５】
つまり、送信部１０に、４Ｂ１Ｃエンコーダ１１とＳＳ１１チップエンコーダ１２を組み込み、スイッチＳ１を介して一方を選択するようにしている。また、受信部２０には、送信部１０に対応して４Ｂ１Ｃデコーダ２１とＳＳ１１チップデコーダ２２を内蔵し、スイッチＳ２を切り替えて一方を選択するようにしている。
【００１６】
そして、送信部１０から出力された符号化データは、通信トランシーバ３１を介してパルストランス３２の一次側に与えられ、そのパルストランス３２の二次側に接続された伝送路３５を介して送出される。
【００１７】
一方、伝送路３５の他端には、受信側のパルストランス３３が接続され、伝送路（有線）３５を介して送信部１０から送信されてきた符号化データを受け取り、通信トランシーバ３４を介して受信部２０内に取り込むようになっている。
【００１８】
これにより、スイッチＳ１，Ｓ２をともにａ接点に接続することにより、あるデータを送信するに際し、４Ｂ１Ｃエンコーダ回路１１を用いて符号化したデータを送信し、パルストランス３２，３３並びに伝送路３５を経由して受信部２０で受信したデータは４Ｂ１Ｃデコーダ回路２１で復号化するようになる。スイッチＳ１，Ｓ２をｂ接点にすると、ＳＳ１１チップ符号化したデータを伝送するようになる。よって、パルストランス３２，３３によって通信回線（伝送路３５等）と、内部回路（トランシーバ３１，３４，通信部１０，受信部２０等）は、直流的に絶縁され、しかも、有線（伝送路３５）による通信が行える。
【００１９】
なお、スイッチＳ１，Ｓ２の切り替えは、通常は各機器を設置する際に、設置状況，通信環境・仕様に応じていずれの符号化した伝送をするかを決定し、一方の接点にセットするようにしている。つまり、設置後は、スイッチＳ１，Ｓ２の切り替えはないが、切り替え制御信号などを送受することにより、任意のタイミングでスイッチＳ１，Ｓ２を切り替えるようにしても良い。
【００２０】
そして、通信部１０の具体的な内部構造は、図２のようになっており、受信部２０の内部構造は図３のようになっている。まず、図２に示すように、送信すべきＮＲＺデータ（ＳＮＤＤＡＴＡ）を一旦受け取り、所定のタイミングで出力する送信タイミング生成回路１４を有する。
【００２１】
この送信タイミング生成回路１４は、ＳＮＤＥＮをＯＮの状態においてＣＬＫ生成回路１３で生成される送信クロック（ＳＮＤＣＬＫ）に同期して、上記の一旦受け取った送信すべきＮＲＺデータ（ＳＤＬＴＤ）を４Ｂ１Ｃエンコーダ回路１１またはＳＳ１１チップエンコーダ回路１２に与えるようになっている。さらに、各エンコーダ回路１１，１２に対し、エンコード処理を実行許可するＥＮＣＥＮ信号を送るようになっている。
【００２２】
各エンコーダ回路１１，１２には、送信タイミング生成回路１４から、送信すべき原信号データ（ＳＤＬＴＤ）と、ＥＮＣＥＮ信号を受け取るとともに、ＣＬＫ生成回路１３で生成される送信クロック（ＳＮＤＣＬＫ）も与えられる。これにより、ＥＮＣＥＮがＯＮのときに、受信した原信号データを送信クロックに同期してエンコードし、得られた符号化データ（ＳＮＤ）を送信するようになっている。
【００２３】
なお、いずれのエンコーダ回路１１，１２を使用するかの選択は、例えば送信タイミング生成回路１４と、両エンコーダ回路１１，１２の間にアナログスイッチなどを設け、送信すべき原信号データ自体を一方のエンコーダ回路のみに送るようにしてもよいし、原信号データは両エンコーダ回路１１，１２に送り、ＥＮＣＥＮを一方のエンコーダ回路のみに送ることによって、実際にエンコード動作するエンコーダ回路を択一的に選択するようにしても良く、その他種々の方式が採れる。
【００２４】
上記した各処理部１１，１３，１４が、４Ｂ１Ｃ符号化されたデータを送受信するための第１伝送機能（送信側）を構成し、各処理部１２，１３，１４が、ＳＳ１１チップ符号化されたデータを送受信するための第２伝送機能（送信側）を構成する。なお、各処理部１１〜１４の個々の機能は、個別には公知であるので具体的な説明を省略する。
【００２５】
次に、各符号化方式の説明をする。まず、クロック抽出方式の中で本形態が使用する４Ｂ１Ｃ符号は、４ビット連続したデータが続いた場合は、１ビットの反転ビットを挿入することにより最低４ビットに１回はクロック同期用のエッジが発生するようにしたものである。従って、４Ｂ１Ｃエンコード回路１１は、与えられた原信号データ（ＮＲＺ）を監視し、通常は受信したデータをそのまま出力し、４回連続して同一データ（０または１）を受信した時には、反転データ（１または０）を挿入する処理を行う。
【００２６】
一例を示すと、図４（ａ）のようになる。同図に示すように、ＮＲＺの符号（データ）が「１」が５回連続しているので、４Ｂ１Ｃ符号では、４回連続して「１」を出力した後、反転する符号を１ビット挿入する。また、その後の「０」が４回続く場合にも、反転データを挿入する。
【００２７】
同図から明らかなように、最小パルス幅は１チップ（１ビット）分で、最大パルス幅は４チップ（４ビット）分となる。よって、伝送周波数帯域は、１〜４倍の範囲となる。
【００２８】
一方、ＳＳ１１チップ（Ｂａｒｋｅｒ系列１１チップ）の符号は、図４（ｂ）に示すように、ＮＲＺのデータ“１”を“１１１０００１００１０”という符号で、データ“０”をその反転“０００１１１０１１０１”で表している。同図から明らかなように、最小パルス幅は１チップで、最大パルス幅は４チップ分となる。
【００２９】
よって、このＳＳ符号化を行うと、やはり、伝送周波数帯域が、１〜４倍の範囲になることがわかり、これは、上記した４Ｂ１Ｃのものと同一の範囲となる。このように、伝送周波数帯域が同じでありながら、例えば、４Ｂ１Ｃ符号時の伝送レートが１１Ｍｂｐｓであった場合、ＳＳ符号化時の伝送レートはその１／１１となり、１Ｍｂｐｓとなる。
【００３０】
よって、高速伝送時は、４Ｂ１Ｃ符号とし、長距離化，多ノード化したいときには、ＳＳ符号方式を使用することによって、伝送周波数帯を同一範囲にすることができ、ローコストなパルストランス絶縁を使用して、マルチボーレートと同等の効果が得られる。
【００３１】
一方、受信部２０は、図３に示すように、パルストランス３３，通信トランシーバ３４を介して受信された符号化データＲＣＶが、受信部２０内に取り込まれ、ＲＣＶが４Ｂ１Ｃ符号化されたデータの場合には、エッジ検知回路２３並びに４Ｂ１Ｃデコーダ回路２１に与えられる。
【００３２】
エッジ検知回路２３は、符号化データのエッジ（パルスの立ち上がり／立ち下がり）を検出するもので、エッジ検出にともないビット単位の同期位置信号（ＳＹＮＦ）を出力する。また、同期確定信号（ＬＯＣＫ）と同期フラグカウント値（ＳＹＮＣＮＴ）が出力される。これら３つの信号は、４Ｂ１Ｃデコーダ回路２１に与えられ、同期位置信号（ＳＹＮＦ信号）はＤＰＬＬ回路２４にも与えられる。
【００３３】
ＤＰＬＬ回路２４は、同期位置信号から、同期をとったチップサンプリングクロック（ＤＰＬＬＣＬＫ）を出力し、４Ｂ１Ｃデコーダ回路２１に与える。この４Ｂ１Ｃデコーダ回路２１は、与えられた信号に基づいて、図４（ａ）に示す挿入ビット部分を検知し、それを除去（デコード）することにより、原信号データを生成し、ＮＲＺ受信データとして出力（ＲＣＶＤＡＴＡ）する。上記した各処理部２１，２３，２４が、４Ｂ１Ｃ符号化されたデータを送受信するための第１伝送機能（受信側）を構成する。
【００３４】
一方、受信された符号化データＲＣＶが、ＳＳ１１チップ符号化されたデータの場合には、その受信データＲＣＶは、マッチドフィルタ回路２５に与えられ、そこにおいて相関計算を行い、演算結果を相関値（ＭＡＴＣＨＶＡＬ）として出力する。この相関値は、ビット同期判定回路２６とＳＳ１１チップデコーダ回路２２に与えられる。
【００３５】
ビット同期判定回路２６は、与えられた相関値から、ビット単位の同期位置信号（ＳＹＮＦ）を出力する。また、同期確定信号（ＬＯＣＫ）と同期フラグカウント値が出力され、これら３つの信号がＳＳ１１チップデコーダ回路２２に与えられる。
【００３６】
また、チップ同期クロック用６段ＤＰＬＬ回路２７は、ビット同期判定回路２６から受け取った同期位置信号（ＳＹＮＦ）に基づいて、同期をとったチップサンプリングクロック（ＤＰＬＬＣＬＫ）を出力し、ＳＳ１１チップデコーダ回路２２に与える。
【００３７】
そして、ＳＳ１１チップデコーダ回路２２は、相関値からデータを判定（「１」ｏｒ「０」）して、ＮＲＺ受信データとして出力（ＲＣＶＤＡＴＡ）する。上記した各処理部２２，２５〜２７が、ＳＳ１１チップ符号化されたデータを送受信するための第２伝送機能（受信側）を構成する。なお、各処理部２１〜２７の個々の機能は、個別には公知であるので具体的な説明を省略する。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、この発明では、送信部と受信部を、パルストランスを介して伝送路（回線）に接続したため、直流的な絶縁を、簡易な構成で安価に実現できる。そして、ＳＳ符号化したデータを伝送路上に流すことにより、ベースバンド符号が、同一データがＮ回連続した場合に反転符号を挿入する符号化方式（第１伝送機能）のデータと比べ、伝送周波数帯域をほぼ同じにするとともに、周波数帯域の狭いパルストランスでも対応可能となる。よって、高速通信には第１伝送機能を用いて行い、長距離伝送等（通信速度：伝送レートは遅い）するためにはＳＳ符号に基づく第２伝送機能を用いることにより、有線でのマルチボーレート通信が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る通信システムの好適な一実施の形態を示す概略図である。
【図２】送信部の内部構造の一例を示す図である。
【図３】受信部の内部構造の一例を示す図である。
【図４】本形態で用いる符号化の説明をする図である。
【符号の説明】
１０  送信部
１１  ４Ｂ１Ｃエンコーダ回路
１２  ＳＳ１１チップエンコーダ回路
２０  受信部
２１  ４Ｂ１Ｃデコーダ回路
２２  ＳＳ１１デコーダ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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