(57)【要約】ディジタルデータ伝送装置を、データ列を変換する２値４値変換部（１１０）と、変換されたデータをマッピングして符号化する符号化部（１２０）と、ディジタルフィルタ（１３０）と、Ｄ／Ａ変換部（１４０）と、折り返しひずみによるノイズを減衰させるローパスフィルタ（１５０）と、差動ドライバ（１６０）と、差動出力した信号からノイズを除去するローパスフィルタ（１７０ａ）、（１７０ｂ）と、同相ノイズを除去しツイストペア線（３００）に出力するコモンモードチョークコイル（１８０）と、を有する送信側（１００）と、ツイストペア線のノイズを除去するローパスフィルタ（２１０）と、レシーバ（２２０）と、Ａ／Ｄ変換部（２３０）と、ディジタルフィルタ（２４０）と、受信した信号の信号レベルを判定する判定処理部（２５０）と、信号レベルを受信データに復号化する復号部（２６０）と、クロックを生成する同期処理部（２７０）と、を有する受信側（２００）と、を備えるものとした。
2002030076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタルデータを、一定の単位周期であるシンボル周期毎に上記ディジタルデータに割り当てたシンボルに相当する信号レベルに変換するデータ符号化手段と、
上記データ符号化手段で符号化された信号レベル列の単位周期より短い第１のサンプリング周期を持ち、所定の周波数のみを通過させる第１のディジタルフィルタと、
上記ディジタルフィルタを通過したディジタルデータ列をアナログ信号に変換するディジタルアナログ変換手段と、
上記ディジタルアナログ変換手段により変換されたアナログ信号から、上記第１のサンプリング周期で決定される上記第１のディジタルフィルタの折り返しひずみを除去する第１の低域通過型フィルタと、
上記第１の低域通過型フィルタの出力を、所定の基準電位を中心に互いに極性の反転した２本の信号に変換して差動出力する差動ドライバと、
上記差動ドライバにより出力された信号のそれぞれから、所定の周波数帯域を除去してツイストペア線に出力する第２の低域通過型フィルタと、
上記ツイストペア線により伝送される伝送信号を受信して、その２本の線間の電位差を信号に変換する差動レシーバと、
上記差動レシーバの出力を第２のサンプリング周期毎にディジタル信号値に変換するアナログディジタル変換処理手段と、
上記アナログディジタル変換手段によりサンプリングされたディジタルデータ列の、所定の周波数帯域のみを通過させる第２のディジタルフィルタと、
上記第２のディジタルフィルタの出力より、信号中にシンボルを含むシンボルタイミングの信号レベルよりシンボル値を判定し、さらにシンボル値に相当するディジタルデータに変換するレベル判定手段と、を備え、
上記第１のディジタルフィルタおよび上記第２のディジタルフィルタは、ともに低域通過型の特性をもち、上記第１のディジタルフィルタは、上記ツイストペア線に流れる各信号より放射される電磁波がお互いに打ち消しあって上記ツイストペア線の外部への電磁波の放射を無くすことができる周波数帯よりも高い周波数データを少なくとも遮断する周波数特性をもち、
上記第１の低域通過型フィルタと、上記第２の低域通過型フィルタと、の組み合わせにより、上記第１のサンプリング周期で決定される上記第１のディジタルフィルタの折り返しひずみを除去する低域遮断特性をもつ、
ことを特徴とするディジタルデータ伝送装置。
【請求項２】
請求の範囲題１項に記載のディジタルデータ伝送装置において、
上記第２の低域通過型フィルタにより所定の周波数帯域を除去した信号から同相ノイズを除去して、ツイストペア線に出力するコモンモードチョークコイルを備えた、
ことを特徴とするディジタルデータ伝送装置。
【請求項３】
請求の範囲第１項に記載のディジタルデータ伝送装置において、
上記第１のディジタルフィルタおよび上記第２のディジタルフィルタは、その２つのディジタルフィルタを通過した際の伝送特性がロールオフ特性となる、
ことを特徴とするディジタルデータ伝送装置。
【請求項４】
請求の範囲第３項に記載のディジタルデータ伝送装置において、
上記データ符号化手段は、１シンボル周期あたり２ビット以上のデータを、伝送するシンボルに変換する、
ことを特徴とするディジタルデータ伝送装置。
【請求項５】
請求の範囲第４項に記載のディジタルデータ伝送装置において、
上記データ符号化手段は、１シンボル周期あたりに伝送するシンボルの種類の数よりも多い数の信号レベルを設け、あるシンボル伝送タイミングにおけるシンボルを、いずれかの信号レベルに割り当てて符号化する、
ことを特徴とするディジタルデータ伝送装置。
【請求項６】
請求の範囲第４項または請求の範囲第５項に記載のディジタルデータ伝送装置において、
上記データ符号化手段は、５つの信号レベルをもち、あるシンボル伝送タイミングにおけるシンボルを、直前のシンボル伝送タイミングに伝送した前信号レベル以外の信号レベルに、下位の信号レベルより０１，１１，００，１０の順に割り当てて符号化する、
ことを特徴とするディジタルデータ伝送装置。
【請求項７】
請求の範囲第４項または請求の範囲第５項に記載のディジタルデータ伝送装置において、
伝送するディジタルデータがバイフェーズマーク方式により符号化されたデータであって、
上記データ符号化手段は、あるシンボル伝送タイミングにおけるシンボルを、直前のシンボル伝送タイミングに伝送した前信号レベル以外の信号レベルに、下位の信号レベルより０１，１１，００，１０の順に割り当てて、伝送する信号レベルを決定する、
ことを特徴とするディジタルデータ伝送装置。
【請求項８】
請求の範囲第４項ないし請求の範囲第７項のいずれかに記載のディジタルデータ伝送装置において、
上記データ符号化手段は、
直前のシンボル伝送タイミングに伝送した前信号レベルを記憶する前信号レベル記憶手段と、
上記前信号レベルと伝送シンボルとに基づき、伝送するシンボルに対する信号レベルを決定する符号化手段と、
を備えたことを特徴とするディジタルデータ伝送装置。
【請求項９】
請求の範囲第８項に記載のディジタルデータ伝送装置において、
上記符号化手段は、あるシンボル伝送タイミングにおけるシンボルを、上記前信号レベル記憶手段が記憶する上記前信号レベルに対して所定の差を持つ信号レベルに割り当てる、
ことを特徴とするディジタルデータ伝送装置。
【請求項１０】
請求の範囲第４項ないし請求の範囲第９項のいずれかに記載のディジタルデータ伝送装置において、
上記データ符号化手段には、伝送信号がバイフェーズマーク方式で符号化されているか否かを示す伝送方式指示信号が加えられる、
ことを特徴とするディジタルデータ伝送装置。
【請求項１１】
請求の範囲第１項に記載のディジタルデータ伝送装置において、
上記レベル判定手段は、シンボル周期毎に信号レベルを検出する信号レベル検出手段と、
直前のシンボル受信タイミングで受信した前信号レベルを記憶する前信号レベル記憶手段と、を備え、
信号レベル検出手段により検出した信号レベルを、上記前信号レベル記憶手段の記憶する前信号レベルに基づいて、対応するシンボルに復号化する、
ことを特徴とするディジタルデータ伝送装置。
【請求項１２】
請求の範囲第１項または請求の範囲第１１項に記載のディジタルデータ伝送装置において、
上記レベル判定手段は、
所定の期間に受信した各信号レベルの変動値に基づき、判定閾値レベルを補正する閾値制御手段と、
直前のシンボル受信タイミングで受信した前信号レベルを記憶する前信号レベル記憶手段と、
閾値を保持し、シンボル受信タイミングで検出した信号レベルと、上記前信号レベルとの信号レベルの差分を閾値判定してシンボル値を復号化する閾値判定手段と、
を備えたことを特徴とするディジタルデータ伝送装置。
【請求項１３】
請求の範囲第１１項または請求の範囲第１２項に記載のディジタルデータ伝送装置において、
上記レベル判定手段は、受信信号のシンボル周期と同期化する同期処理手段を備え、
上記同期処理手段は、受信信号からシンボル周期の２分の１周期をもつ周波数成分を抽出し、抽出信号の位相に基づきシンボルを検出するシンボルタイミングを制御する、
ことを特徴とするディジタルデータ伝送装置。
【請求項１４】
請求の範囲第１１項ないし請求の範囲第１３項のいずれかに記載のディジタルデータ伝送装置において、
上記レベル判定手段には、受信信号がバイフェーズマーク方式で符号化されているか否かを示す伝送方式指示信号が加えられる、
ことを特徴とするディジタルデータ伝送装置。
【請求項１５】
ディジタルデータを、一定の単位周期であるシンボル周期毎に上記ディジタルデータに割り当てたシンボルに相当する信号レベルに変換するデータ符号化手段と、
上記データ符号化手段で符号化された信号レベル列の単位周期より短い第１のサンプリング周期を持ち、所定の周波数のみを通過させる第１のディジタルフィルタと、
上記ディジタルフィルタを通過したディジタルデータ列をアナログ信号に変換するディジタルアナログ変換手段と、
上記ディジタルアナログ変換手段により変換されたアナログ信号から、上記第１のサンプリング周期で決定される上記第１のディジタルフィルタの折り返しひずみを除去する第１の低域通過型フィルタと、
上記低域通過型フィルタの出力を、所定の基準電位を中心に互いに極性の反転した２本の信号に変換して、ツイストペア線に入力する差動ドライバと、
上記差動ドライバより出力された信号のそれぞれから、所定の周波数帯域を除去する第２の低域通過型フィルタと、
同相ノイズを除去するコモンモードチョークコイルと、を備え、
上記第１のディジタルフィルタは、上記ツイストペア線に流れる各信号より放射される電磁波がお互いに打ち消しあって上記ツイストペア線の外部への電磁波の放射を無くすことができる周波数帯よりも高い周波数データを少なくとも遮断する周波数特性をもち、
上記第１の低域通過型フィルタと、上記第２の低域通過型フィルタと、の組み合わせにより、上記第１のサンプリング周期で決定される上記第１のディジタルフィルタの折り返しひずみを除去する低域遮断特性をもつ、
ことを特徴とするデータ送信装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ディジタルデータ伝送装置に関し、特に、ディジタルフィルタにより放射ノイズを低減させたディジタルデータ伝送装置に関する。
背景技術
従来のデータ伝送装置としては、たとえば、伝送するディジタルデータを電気信号や光信号の信号レベルに変換して伝送するものがある。また、その伝送速度は年々高速化しており、近年では、映像信号等の大量のデータを伝送するために、数十メガビット／秒の伝送速度で伝送するものもある。これらの信号は高周波数となるため、銅線等で伝送する場合は、その放射ノイズが大きな問題となる。
例えば、自動車などに搭載する場合は、放射ノイズが自動車に搭載された他の電子機器の誤動作の原因になることが考えられるため、車載条件においては、放射ノイズをほとんど出さないようにすることが求められている。また、逆に、他の機器からの放射ノイズの影響を受けることなく正しく伝送できる必要もある。同様に、ファクトリーオートメイション用の機械や医療機器などの精密機器においても、放射ノイズの低減と耐ノイズ性が要求されている。
従来のデータ伝送装置においては、銅線の代わりに光ファイバーケーブルを用いることで電磁波を一切出さないようにする方法があった。また、銅線を用いる場合には、伝送信号の電圧を低く押さえることにより、放射ノイズを小さくしていた。さらに、放射ノイズが外部に漏れないように、信号を送る伝送線を別のシールド線で覆う方法も用いられていた。また、低速の信号伝送の際には、ツイストペア線のように２本の伝送線をよりあわせた伝送線を用い、それぞれの伝送線に極性を反転させた信号を流すことにより、お互いの信号が打ち消し合って外部に対するノイズ放射がほとんど無いようにしている。ツイストペア線は、構造も簡単で比較的容易に作れるためコストが低減できる利点があるが、高速伝送時には、ノイズ放射を十分に削減できなかった。
また、ディジタル伝送においては、より信頼性の高い通信をおこなうことが求められている。ディジタル伝送の信頼性を低下させる一つの要因として、送信信号が常に同じ信号レベルをとると受信側でシンボルタイミングの同期がとれなくなることがあげられる。
従来、受信の信頼性を向上させるために、送信信号が同じレベルを取り続けないように処理していた。その一つの方法として、スクランブル処理がある。スクランブル処理は、送信するディジタルデータに乱数を加算することによって、送信するディジタルデータが同じ値を連続して持つ場合でも、送信信号は連続して同じ信号レベルを取らないようにする方法である。また、２値ずつデータを伝送する２値伝送の場合、バイフェーズマーク方式で符号化することで連続して同じ信号レベルが続くことを防ぐ方法もあった。
バイフェーズマーク方式の符号化は、オーディオデータのディジタルデータを伝送する際に、標準的な伝送方式として用いられているものである。第１３図は、バイフェーズマーク方式の符号化方法を説明した図である。バイフェーズマーク方式の符号化においては、直前のシンボルが１か０かで次の伝送データの符号化を異ならせ、伝送する１ビットのデータを２ビットシンボルに符号化する。したがって、第１３図のように符号化された信号列は、連続して３回以上同じ信号レベルを取らないことが保証される。これにより、受信側では、伝送データのシンボルタイミングを検出でき、正しくデータを再生できる。
ところが、光ファイバーを用いたデータ伝送装置は、放射ノイズを出さないが、光電気信号変換や光損失の少ないファイバー結合などの高価な部品が必要であった。また、光ファイバーでは、ケーブルの曲げ角などの制約などケーブルの強度的な問題もあり、利用できる範囲に制約があった。
また、銅線の信号線をシールド線で覆う方法では、シールド効果により一定の放射ノイズは低減されるが、効果のあるシールドを行うために、送受信間でシールド線を十分に接地しなければならず、このためのコネクターやケーブル等が高価になるという問題もあった。
さらに、ツイストペア線に極性を反転した信号を流す方法では、伝送する信号に周波数の高い成分が含まれていると、２本の伝送線間に含まれるわずかな非対称性により２本の伝送線に流れる信号が必ずしも打ち消し合わなくなり、放射ノイズが発生してしまうため、高速のデータ伝送においては、十分な放射ノイズの低減ができなかった。
そこで、従来は、伝送するディジタル信号を、対応する信号レベルの矩形波信号に変換したのち、抵抗やコイル、コンデンサーなどによる低域通過型のフィルタを用いて、高い周波数成分を除去することで、放射ノイズを除去していた。しかし、アナログ素子で構成されたフィルタでは、伝送する信号に含まれるディジタル情報を損なわずに、急峻な高域遮断型の特性を持たせるのが困難であるため、信号自体のシンボルレートが十分に低い場合でなければ、放射ノイズを十分に取り除くことができない問題があった。
また、データ伝送装置においてスクランブル処理を用いた場合には、スクランブル処理に用いた乱数列に伝送するデータのパターンが一致すると、同じ信号レベルが続くことになり、常に同じ信号レベルが連続しないことが保証できない問題があった。また、バイフェーズマーク方式は、２値の伝送時においては、連続した信号レベルを取らないことが保証されているが、一度に数ビットのデータを伝送するような場合に多値伝送すると、信号が連続しないようにすることができない問題があった。近年、より高速なディジタル伝送や、限られた帯域での効率のよいデータ伝送を行うため、多値伝送の必要性が高まっており、多値伝送においてより正確なデータ伝送のための方式が必要になっている。さらに、新しい伝送装置を導入するにあたっては、従来の伝送方式からの置き換え等を考慮する必要がある。つまり、従来の伝送形式のデータでも問題なくデータ伝送できる必要があり、たとえば、オーディオデータの場合には、バイフェーズマーク方式のデータも正しく伝送できることが望ましい。
さらに、自動車などに搭載された場合のように、接続機器間のグランドレベルが大きく異なったり、電圧のゆれが大きい環境においては、送信側の電圧レベルを正しく伝えることが困難であった。このため、従来、位相変調などを用いることで、送受間で絶対的な電圧を正しく検出できない場合でも再生できるようにしていた。しかし、特定のキャリア周波数を用いた変調方式では、変調を用いないベースバンド方式に比べて倍程度の周波数帯域が必要となってしまう問題があった。
そのうえ、車載条件でのデータ通信においては、送信信号の放射する電磁波が他の機器の誤動作の原因にならないように、その放射量が制限されている。車載条件での、機器や通信線からの電磁波ノイズに関する国際標準規格の一つに、ＣＩＳＰＲ２５がある。このＣＩＳＰＲ２５では、各周波数毎の放射ノイズの規制値を定めてあり、特に３０ＭＨｚ以上の周波数の信号に関しては、厳しい規制がある。したがって、電磁波に対する対策が、放射ノイズを低減するためにシールドを施すなど、比較的簡易になせるような３０ＭＨｚ以下の周波数帯域において、データを伝送することが望ましい。このような周波数帯域においてより効率的にデータを伝送するために、変調を用いることなく多値伝送する場合でも電圧変動に強いデータ伝送方法が必要であった。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、２０Ｍｂｐｓを越えるような高速なデータ伝送時において、ツイストペア線のような安価なケーブルを用いて、放射ノイズが少なく、かつ耐ノイズ性にすぐれたディジタルデータ伝送装置、および多値伝送においても連続した信号レベルを取らない伝送路符号化方法および復号方法を提供することを目的とする。
発明の開示
上記の課題を解決するために、本発明の請求の範囲第１項に係るディジタルデータ伝送装置は、ディジタルデータを、一定の単位周期であるシンボル周期毎に上記ディジタルデータに割り当てたシンボルに相当する信号レベルに変換するデータ符号化手段と、上記データ符号化手段で符号化された信号レベル列の単位周期より短い第１のサンプリング周期を持ち、所定の周波数のみを通過させる第１のディジタルフィルタと、上記ディジタルフィルタを通過したディジタルデータ列をアナログ信号に変換するディジタルアナログ変換手段と、上記ディジタルアナログ変換手段により変換されたアナログ信号から、上記第１のサンプリング周期で決定される上記第１のディジタルフィルタの折り返しひずみを除去する第１の低域通過型フィルタと、上記第１の低域通過型フィルタの出力を、所定の基準電位を中心に互いに極性の反転した２本の信号に変換して差動出力する差動ドライバと、上記差動ドライバにより出力された信号のそれぞれから、所定の周波数帯域を除去してツイストペア線に出力する第２の低域通過型フィルタと、上記ツイストペア線により伝送される伝送信号を受信して、その２本の線間の電位差を信号に変換する差動レシーバと、上記差動レシーバの出力を第２のサンプリング周期毎にディジタル信号値に変換するアナログディジタル変換処理手段と、上記アナログディジタル変換手段によりサンプリングされたディジタルデータ列の、所定の周波数帯域のみを通過させる第２のディジタルフィルタと、上記第２のディジタルフィルタの出力より、信号中にシンボルを含むシンボルタイミングの信号レベルよりシンボル値を判定し、さらにシンボル値に相当するディジタルデータに変換するレベル判定手段と、を備え、上記第１のディジタルフィルタおよび上記第２のディジタルフィルタは、ともに低域通過型の特性をもち、上記第１のディジタルフィルタは、上記ツイストペア線に流れる各信号より放射される電磁波がお互いに打ち消しあって上記ツイストペア線の外部への電磁波の放射を無くすことができる周波数帯よりも高い周波数データを少なくとも遮断する周波数特性をもち、上記第１の低域通過型フィルタと、上記第２の低域通過型フィルタと、の組み合わせにより、上記第１のサンプリング周期で決定される上記第１のディジタルフィルタの折り返しひずみを除去する低域遮断特性をもつ、ことを特徴とする。
また、本発明の請求の範囲第２項に係るディジタルデータ伝送装置は、請求の範囲題１項に記載のディジタルデータ伝送装置において、上記第２の低域通過型フィルタにより所定の周波数帯域を除去した信号から同相ノイズを除去して、ツイストペア線に出力するコモンモードチョークコイルを備えた、ことを特徴とする。
また、本発明の請求の範囲第３項に係るディジタルデータ伝送装置は、請求の範囲第１項に記載のディジタルデータ伝送装置において、上記第１のディジタルフィルタおよび上記第２のディジタルフィルタは、その２つのディジタルフィルタを通過した際の伝送特性がロールオフ特性となる、ことを特徴とする。
また、本発明の請求の範囲第４項に係るディジタルデータ伝送装置は、請求の範囲第３項に記載のディジタルデータ伝送装置において、上記データ符号化手段は、１シンボル周期あたり２ビット以上のデータを、伝送するシンボルに変換する、ことを特徴とする。
また、本発明の請求の範囲第５項に係るディジタルデータ伝送装置は、請求の範囲第４項に記載のディジタルデータ伝送装置において、上記データ符号化手段は、１シンボル周期あたりに伝送するシンボルの種類の数よりも多い数の信号レベルを設け、あるシンボル伝送タイミングにおけるシンボルを、いずれかの信号レベルに割り当てて符号化する、ことを特徴とする。
また、本発明の請求の範囲第６項に係るディジタルデータ伝送装置は、請求の範囲第４項または請求の範囲第５項に記載のディジタルデータ伝送装置において、上記データ符号化手段は、５つの信号レベルをもち、あるシンボル伝送タイミングにおけるシンボルを、直前のシンボル伝送タイミングに伝送した前信号レベル以外の信号レベルに、下位の信号レベルより０１，１１，００，１０の順に割り当てて符号化する、ことを特徴とする。
また、本発明の請求の範囲第７項に係るディジタルデータ伝送装置は、請求の範囲第４項または請求の範囲第５項に記載のディジタルデータ伝送装置において、伝送するディジタルデータがバイフェーズマーク方式により符号化されたデータであって、上記データ符号化手段は、あるシンボル伝送タイミングにおけるシンボルを、直前のシンボル伝送タイミングに伝送した前信号レベル以外の信号レベルに、下位の信号レベルより０１，１１，００，１０の順に割り当てて、伝送する信号レベルを決定する、ことを特徴とする。
また、本発明の請求の範囲第８項に係るディジタルデータ伝送装置は、請求の範囲第４項ないし請求の範囲第７項のいずれかに記載のディジタルデータ伝送装置において、上記データ符号化手段は、直前のシンボル伝送タイミングに伝送した前信号レベルを記憶する前信号レベル記憶手段と、上記前信号レベルと伝送シンボルとに基づき、伝送するシンボルに対する信号レベルを決定する符号化手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の請求の範囲第９項に係るディジタルデータ伝送装置は、請求の範囲第８項に記載のディジタルデータ伝送装置において、上記符号化手段は、あるシンボル伝送タイミングにおけるシンボルを、上記前信号レベル記憶手段が記憶する上記前信号レベルに対して所定の差を持つ信号レベルに割り当てる、ことを特徴とする。
また、本発明の請求の範囲第１０項に係るディジタルデータ伝送装置は、請求の範囲第４項ないし請求の範囲第９項のいずれかに記載のディジタルデータ伝送装置において、上記データ符号化手段には、伝送信号がバイフェーズマーク方式で符号化されているか否かを示す伝送方式指示信号が加えられる、ことを特徴とする。
また、本発明の請求の範囲第１１項に係るディジタルデータ伝送装置は、請求の範囲第１項に記載のディジタルデータ伝送装置において、上記レベル判定手段は、シンボル周期毎に信号レベルを検出する信号レベル検出手段と、直前のシンボル受信タイミングで受信した前信号レベルを記憶する前信号レベル記憶手段と、を備え、信号レベル検出手段により検出した信号レベルを、上記前信号レベル記憶手段の記憶する前信号レベルに基づいて、対応するシンボルに復号化する、ことを特徴とする。
また、本発明の請求の範囲第１２項に係るディジタルデータ伝送装置は、請求の範囲第１項または請求の範囲第１１項に記載のディジタルデータ伝送装置において、上記レベル判定手段は、所定の期間に受信した各信号レベルの変動値に基づき、判定閾値レベルを補正する閾値制御手段と、直前のシンボル受信タイミングで受信した前信号レベルを記憶する前信号レベル記憶手段と、閾値を保持し、シンボル受信タイミングで検出した信号レベルと、上記前信号レベルとの信号レベルの差分を閾値判定してシンボル値を復号化する閾値判定手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の請求の範囲第１３項に係るディジタルデータ伝送装置は、請求の範囲第１１項または請求の範囲第１２項に記載のディジタルデータ伝送装置において、上記レベル判定手段は、受信信号のシンボル周期と同期化する同期処理手段を備え、上記同期処理手段は、受信信号からシンボル周期の２分の１周期をもつ周波数成分を抽出し、抽出信号の位相に基づきシンボルを検出するシンボルタイミングを制御する、ことを特徴とする。
また、本発明の請求の範囲第１４項に係るディジタルデータ伝送装置は、請求の範囲第１１項ないし請求の範囲第１３項のいずれかに記載のディジタルデータ伝送装置において、上記レベル判定手段には、受信信号がバイフェーズマーク方式で符号化されているか否かを示す伝送方式指示信号が加えられる、ことを特徴とする。
また、本発明の請求の範囲第１５項に係るデータ送信装置は、ディジタルデータを、一定の単位周期であるシンボル周期毎に上記ディジタルデータに割り当てたシンボルに相当する信号レベルに変換するデータ符号化手段と、上記データ符号化手段で符号化された信号レベル列の単位周期より短い第１のサンプリング周期を持ち、所定の周波数のみを通過させる第１のディジタルフィルタと、上記ディジタルフィルタを通過したディジタルデータ列をアナログ信号に変換するディジタルアナログ変換手段と、上記ディジタルアナログ変換手段により変換されたアナログ信号から、上記第１のサンプリング周期で決定される上記第１のディジタルフィルタの折り返しひずみを除去する第１の低域通過型フィルタと、上記第１の低域通過型フィルタの出力を、所定の基準電位を中心に互いに極性の反転した２本の信号に変換して差動出力する差動ドライバと、上記差動ドライバより出力された信号のそれぞれから、所定の周波数帯域を除去する第２の低域通過型フィルタと、同相ノイズを除去してツイストペア線に出力するコモンモードチョークコイルと、を備え、上記第１のディジタルフィルタは、上記ツイストペア線に流れる各信号より放射される電磁波がお互いに打ち消しあって上記ツイストペア線の外部への電磁波の放射を無くすことができる周波数帯よりも高い周波数データを少なくとも遮断する周波数特性をもち、上記第１の低域通過型フィルタと、上記第２の低域通過型フィルタと、の組み合わせにより、上記第１のサンプリング周期で決定される上記第１のディジタルフィルタの折り返しひずみを除去する低域遮断特性をもつ、ことを特徴とする。
以上のように本発明の請求の範囲第１項に係るディジタルデータ伝送装置によれば、ディジタルデータを、一定の単位周期であるシンボル周期毎に上記ディジタルデータに割り当てたシンボルに相当する信号レベルに変換するデータ符号化手段と、上記データ符号化手段で符号化された信号レベル列の単位周期より短い第１のサンプリング周期を持ち、所定の周波数のみを通過させる第１のディジタルフィルタと、上記ディジタルフィルタを通過したディジタルデータ列をアナログ信号に変換するディジタルアナログ変換手段と、上記ディジタルアナログ変換手段により変換されたアナログ信号から、上記第１のサンプリング周期で決定される上記第１のディジタルフィルタの折り返しひずみを除去する第１の低域通過型フィルタと、上記第１の低域通過型フィルタの出力を、所定の基準電位を中心に互いに極性の反転した２本の信号に変換して差動出力する差動ドライバと、上記差動ドライバにより出力された信号のそれぞれから、所定の周波数帯域を除去してツイストペア線に出力する第２の低域通過型フィルタと、上記ツイストペア線により伝送される伝送信号を受信して、その２本の線間の電位差を信号に変換する差動レシーバと、上記差動レシーバの出力を第２のサンプリング周期毎にディジタル信号値に変換するアナログディジタル変換処理手段と、上記アナログディジタル変換手段によりサンプリングされたディジタルデータ列の、所定の周波数帯域のみを通過させる第２のディジタルフィルタと、上記第２のディジタルフィルタの出力より、信号中にシンボルを含むシンボルタイミングの信号レベルよりシンボル値を判定し、さらにシンボル値に相当するディジタルデータに変換するレベル判定手段と、を備え、上記第１のディジタルフィルタおよび上記第２のディジタルフィルタは、ともに低域通過型の特性をもち、上記第１のディジタルフィルタは、上記ツイストペア線に流れる各信号より放射される電磁波がお互いに打ち消しあって上記ツイストペア線の外部への電磁波の放射を無くすことができる周波数帯よりも高い周波数データを少なくとも遮断する周波数特性をもち、上記第１の低域通過型フィルタと、上記第２の低域通過型フィルタと、の組み合わせにより、上記第１のサンプリング周期で決定される上記第１のディジタルフィルタの折り返しひずみを除去する低域遮断特性をもつもの、としたので、高速な伝送速度を実現することができる。また、伝送信号の周波数帯域を、ツイストペア線において極性を反転させた信号を流した場合の放射ノイズ削減効果のある周波数帯域とすることができ、高速データ伝送においても放射電磁波ノイズをほとんどなくすことができる。さらに、低域通過型フィルタに必要となるノイズ除去特性を、第１の低域通過型フィルタと、第２の低域通過型フィルタと、の２つの低域通過型フィルタに分割して持たせているので、各低域通過型フィルタに急峻な減衰特性を持たせる必要がなくなるため、その構造が複雑ではなくなり、製造コストを低下させることができる。また、第２の低域通過型フィルタにおいて、差動ドライバのひずみにより生じるノイズも除去することができる。
また、本発明の請求の範囲第２項に係るディジタルデータ伝送装置によれば、請求の範囲題１項に記載のディジタルデータ伝送装置において、上記第２の低域通過型フィルタにより所定の周波数帯域を除去した信号から同相ノイズを除去して、ツイストペア線に出力するコモンモードチョークコイルを備えたもの、としたので、ツイストペア線の双方の線に生じる同相のノイズを除去することができる。
また、本発明の請求の範囲第３項に係るディジタルデータ伝送装置によれば、請求の範囲第１項に記載のディジタルデータ伝送装置において、上記第１のディジタルフィルタおよび上記第２のディジタルフィルタは、その２つのディジタルフィルタを通過した際の伝送特性がロールオフ特性となるもの、としたので、上記第１のディジタルフィルタおよび上記第２のディジタルフィルタを通過した信号を、シンボルレートの２分の１よりわずかに大きい帯域内の信号に変換することができる。また、シンボルタイミングにおいて隣接符号間の干渉のない信号に変換するので、含まれているシンボルをシンボルタイミングで読み取ることができる信号に変換することができる。
また、本発明の請求の範囲第４項に係るディジタルデータ伝送装置によれば、請求の範囲第３項に記載のディジタルデータ伝送装置において、上記データ符号化手段は、１シンボル周期あたり２ビット以上のデータを、伝送するシンボルに変換するもの、としたので、シンボルレートを下げることができ、高速な伝送速度を実現できる。また、１シンボルを符号化する毎に、そのシンボルを表す信号レベルを送信することができ、遅延の少ないデータ送信を行うことができる。
また、本発明の請求の範囲第５項に係るディジタルデータ伝送装置によれば、請求の範囲第４項に記載のディジタルデータ伝送装置において、上記データ符号化手段は、１シンボル周期あたりに伝送するシンボルの種類の数よりも多い数の信号レベルを設け、あるシンボル伝送タイミングにおけるシンボルを、いずれかの信号レベルに割り当てて符号化するもの、としたので、シンボルを所定の信号レベルに割り当てて符号化することができる。また、前値の信号レベルとは異なる信号レベルに変換することができるので、送信側から出力される信号は、常にシンボルタイミング毎に変化し、受信側において容易に同期を取ることができる信号となる。
また、本発明の請求の範囲第６項に係るディジタルデータ伝送装置によれば、請求の範囲第４項または請求の範囲第５項に記載のディジタルデータ伝送装置において、上記データ符号化手段は、５つの信号レベルをもち、あるシンボル伝送タイミングにおけるシンボルを、直前のシンボル伝送タイミングに伝送した前信号レベル以外の信号レベルに、下位の信号レベルより０１，１１，００，１０の順に割り当てて符号化するもの、としたので、シンボルを所定の信号レベルに割り当てて符号化することができる。
また、本発明の請求の範囲第７項に係るディジタルデータ伝送装置によれば、請求の範囲第４項または請求の範囲第５項に記載のディジタルデータ伝送装置において、伝送するディジタルデータがバイフェーズマーク方式により符号化されたデータであって、上記データ符号化手段は、あるシンボル伝送タイミングにおけるシンボルを、直前のシンボル伝送タイミングに伝送した前信号レベル以外の信号レベルに、下位の信号レベルより０１，１１，００，１０の順に割り当てて、伝送する信号レベルを決定するもの、としたので、バイフェーズマーク方式で符号化されたデータは、２値伝送と同様に１つの閾値に対する上下判定のみで信号を判定してシンボルを復号化することができ、ほぼ２値判定の信頼性に近い信号検出を行うことができる。また、各シンボルタイミングにおいて取り得る値は２値であり、シンボル間は、信号レベル２を境いに２シンボル以上距離が離れるため、ノイズによる誤判定も２値伝送の場合と同様の低い確率におさえることができる。
また、本発明の請求の範囲第８項に係るディジタルデータ伝送装置によれば、請求の範囲第４項ないし請求の範囲第７項のいずれかに記載のディジタルデータ伝送装置において、上記データ符号化手段は、直前のシンボル伝送タイミングに伝送した前信号レベルを記憶する前信号レベル記憶手段と、上記前信号レベルと伝送シンボルとに基づき、伝送するシンボルに対する信号レベルを決定する符号化手段と、を備えたもの、としたので、シンボルを所定の信号レベルに割り当てて符号化することができる。また、前信号レベルとは異なる信号レベルに変換することができる。
また、本発明の請求の範囲第９項に係るディジタルデータ伝送装置によれば、請求の範囲第８項に記載のディジタルデータ伝送装置において、上記符号化手段は、あるシンボル伝送タイミングにおけるシンボルを、上記前信号レベル記憶手段が記憶する上記前信号レベルに対して所定の差を持つ信号レベルに割り当てるもの、としたので、受信側は、上記前信号レベルとの信号レベルの差のみで、受信した信号のシンボルを判定できる。また、ベースバンドの多値伝送時に送信側と受信側との間の電圧レベルが異なるような場合や、電圧の揺れが大きい環境においても正確にデータ伝送を行うことができる。
また、本発明の請求の範囲第１０項に係るディジタルデータ伝送装置によれば、請求の範囲第４項ないし請求の範囲第９項のいずれかに記載のディジタルデータ伝送装置において、上記データ符号化手段には、伝送信号がバイフェーズマーク方式で符号化されているか否かを示す伝送方式指示信号が加えられるもの、としたので、伝送方式に従って伝送信号を符号化することができ、従来の伝送方式であるバイフェーズマーク方式のデータも送信することができる。
また、本発明の請求の範囲第１１項に係るディジタルデータ伝送装置によれば、請求の範囲第１項に記載のディジタルデータ伝送装置において、上記レベル判定手段は、シンボル周期毎に信号レベルを検出する信号レベル検出手段と、直前のシンボル受信タイミングで受信した前信号レベルを記憶する前信号レベル記憶手段と、を備え、信号レベル検出手段により検出した信号レベルを、上記前信号レベル記憶手段の記憶する前信号レベルに基づいて、対応するシンボルに復号化するもの、としたので、上記前信号レベルと受信した信号レベルとにより、受信した信号のシンボルを判定することができる。また、１信号レベルを受信する毎に、その信号レベルが表すシンボルを取得することができ、遅延の少ないデータ受信を行うことができる。
また、本発明の請求の範囲第１２項に係るディジタルデータ伝送装置によれば、請求の範囲第１項または請求の範囲第１１項に記載のディジタルデータ伝送装置において、上記レベル判定手段は、所定の期間に受信した各信号レベルの変動値に基づき、判定閾値レベルを補正する閾値制御手段と、直前のシンボル受信タイミングで受信した前信号レベルを記憶する前信号レベル記憶手段と、閾値を保持し、シンボル受信タイミングで検出した信号レベルと、上記前信号レベルとの信号レベルの差分を閾値判定してシンボル値を復号化する閾値判定手段と、を備えた、としたので、前信号レベルとの信号レベルの差分のみで、受信した信号のシンボルを判定することができ、たとえば、送信側と受信側とで電位が異なる場合や電位が変動する場合に、送信側の絶対的な電圧レベルを検出することができなくても、データを正しく復号化することができる。さらに、一定期間に受信した信号の判定結果に基づき、閾値を修正するので、電源電圧の変動によって送信されてくる電圧が変動した場合などに、閾値を修正して正しいデータとすることができる。
また、本発明の請求の範囲第１３項に係るディジタルデータ伝送装置によれば、請求の範囲第１１項または請求の範囲第１２項に記載のディジタルデータ伝送装置において、上記レベル判定手段は、受信信号のシンボル周期と同期化する同期処理手段を備え、上記同期処理手段は、受信信号からシンボル周期の２分の１周期をもつ周波数成分を抽出し、抽出信号の位相に基づきシンボルを検出するシンボルタイミングを制御するもの、としたので、受信信号の信号レベルの変化を利用して、より信頼性の高い同期をとることができる。
また、本発明の請求の範囲第１４項に係るディジタルデータ伝送装置によれば、請求の範囲第１１項ないし請求の範囲第１３項のいずれかに記載のディジタルデータ伝送装置において、上記レベル判定手段には、受信信号がバイフェーズマーク方式で符号化されているか否かを示す伝送方式指示信号が加えられるもの、としたので、伝送方式に従って伝送データを復号化することができ、従来の伝送方式であるバイフェーズマーク方式のデータも受信することができる。
また、本発明の請求の範囲第１５項に係るデータ送信装置によれば、ディジタルデータを、一定の単位周期であるシンボル周期毎に上記ディジタルデータに割り当てたシンボルに相当する信号レベルに変換するデータ符号化手段と、上記データ符号化手段で符号化された信号レベル列の単位周期より短い第１のサンプリング周期を持ち、所定の周波数のみを通過させる第１のディジタルフィルタと、上記ディジタルフィルタを通過したディジタルデータ列をアナログ信号に変換するディジタルアナログ変換手段と、上記ディジタルアナログ変換手段により変換されたアナログ信号から、上記第１のサンプリング周期で決定される上記第１のディジタルフィルタの折り返しひずみを除去する第１の低域通過型フィルタと、上記第１の低域通過型フィルタの出力を、所定の基準電位を中心に互いに極性の反転した２本の信号に変換して差動出力する差動ドライバと、上記差動ドライパより出力された信号のそれぞれから、所定の周波数帯域を除去する第２の低域通過型フィルタと、同相ノイズを除去してツイストペア線に出力するコモンモードチョークコイルと、を備え、上記第１のディジタルフィルタは、上記ツイストペア線に流れる各信号より放射される電磁波がお互いに打ち消しあって上記ツイストペア線の外部への電磁波の放射を無くすことができる周波数帯よりも高い周波数データを少なくとも遮断する周波数特性をもち、上記第１の低域通過型フィルタと、上記第２の低域通過型フィルタと、の組み合わせにより、上記第１のサンプリング周期で決定される上記第１のディジタルフィルタの折り返しひずみを除去する低域遮断特性をもつもの、としたので、高速な伝送速度を実現することができる。さらに、伝送信号の周波数帯域を、ツイストペア線において極性を反転させた信号を流した場合の放射ノイズ削減効果のある周波数帯域とすることができ、高速データ伝送においても放射電磁波ノイズをほとんどなくすことができる。また、第１の低域通過型フィルタおよび第２の低域通過型フィルタに急峻な減衰特性を持たせる必要がなくなるため、フィルタの構造が複雑ではなくなり、製造コストを低下させることができる。また、差動ドライバのひずみにより生じるノイズも除去することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、ここで示す実施の形態はあくまでも一例であって、必ずしもこの実施の形態に限定されるものではない。
（実施の形態１）
まず、本発明の請求の範囲第１項ないし請求の範囲第１４項に記載のディジタルデータ伝送装置、および請求の範囲第１５項に記載のデータ送信装置を実施の形態１として、図面を参照しながら説明する。
第１図は本実施の形態１に係るディジタルデータ伝送装置の構成を示すブロック図である。
第１図に示すように本実施の形態１によるディジタルデータ伝送装置は、データを送信する送信側１００と、送信側１００より送信されたデータを受信する受信側２００とが、ツイストペア線３００により接続されている。
送信側１００は、１ビットずつのデータ列を４値の２ビットデータ列に変換する２値４値変換部１１０と、２値４値変換部により変換された２ビットデータを所定の信号レベルにマッピングして符号化する符号化部１２０と、シンボルレートの２分の１の周波数成分を帯域通過させるディジタルフィルタ１３０と、ディジタルフィルタ１３０を通過した２ビットデータをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部１４０と、ディジタルフィルタの折り返しひずみによるノイズを減衰させるローパスフィルタ１５０と、ローパスフィルタ１５０を通過したアナログ信号を基準電位を中心に極性の反転した２つの信号に変換してツイストペア線３００に差動出力する差動ドライバ１６０と、差動ドライバ１６０より出力したそれぞれの信号からノイズを除去するローパスフィルタ１７０ａ、１７０ｂと、それぞれの信号線に発生する同相ノイズを除去するコモンモードチョークコイル１８０と、を有する。
また、受信側２００は、ツイストペア線３００の双方の線について伝送信号の信号帯域外のノイズを除去するローパスフィルタ２１０と、ローパスフィルタ２１０を通過した信号を受信するレシーバ２２０と、受信した信号をディジタル化するＡ／Ｄ変換部２３０と、所定の周波数帯域のみを通過させるディジタルフィルタ２４０と、受信した信号がどの信号レベルであるかを判定する判定処理部２５０と、判定処理部２５０により判定された信号レベルを２ビットの受信データに復号化する復号部２６０と、Ａ／Ｄ変換する際のクロックを生成する同期処理部２７０と、を有する。
次に、このように構成されるディジタルデータ伝送装置の動作について説明する。
送信側１００より伝送するディジタル信号は、まず、２値４値変換部１１０に入力される。２値４値変換部１１０では、１ビットずつのデータ列を「０１」，「１１」，「００」，「１０」の４値の２ビットデータ列に変換し、符号化部１２０へ送る。
符号化部１２０は、２値４値変換部１１０から入力される信号を、その値を表現する信号レベルにマッピングして符号化処理する。この符号化部１２０は、第２図に示すように、直前に符号化したデータである前値を記憶する前値記憶部１２１と、前値記憶部１２１に記憶されている前値および２値４値変換部１１０からの信号に基づき符号化処理を行う信号変換部１２２と、を有する。この信号変換部１２２は、第３図に示す変換テーブルに基づいて、直前に符号化した信号レベル以外の信号レベルにマッピングして符号化する。第３図の変換テーブルは、前値の信号レベル０〜４に基づいて、伝送するシンボル「０１」，「１１」，「００」，「１０」をマッピングする信号レベルを定めたものであり、前値の信号レベルとは異なる信号レベルにマッピングするようになされている。たとえば、前値記憶部１２１に記憶されている前値が信号レベル０である場合、２値４値変換部１１０より新たにシンボル「０１」が入力されると、信号変換部１２２はこのシンボルを信号レベル１に符号化する。同様に、それぞれの前値の信号レベルについて、その信号レベル以外の４値の信号レベルに入力信号をマッピングして符号化する。このようにして、符号化部１２０は、いかなる場合でも前値の信号レベルとは異なる信号レベルに符号化する。
符号化した信号は、ディジタルフィルタ１３０により、シンボルレートの２分の１以上の周波数成分が除去される。このディジタルフィルタ１３０は、シンボルレートの２分の１の周波数成分を帯域通過させるローパスフィルタであり、実際には、受信側２００のディジタルフィルタ２４０との２つで適当なロールオフ特性を持つように構成されている。パルス信号を伝送するには無限の帯域幅が必要であるが、ロールオフ特性をもつフィルタを通すとシンボルレートの２分の１よりわずかに大きい帯域内の信号になり、かつ、読み取りタイミングにおいて隣接符号間の干渉のない信号に変換される。これにより、伝送するデータが有限の帯域での信号となる。
ディジタルフィルタ１３０を通過した信号は、Ｄ／Ａ変換部１４０によりアナログ信号に変換される。つまり、各シンボル周期のシンボルタイミングに、符号化したシンボルが含まれる信号となる。このアナログ信号は、ローパスフィルタ１５０により、ディジタルフィルタ１３０を通過した周波数の２倍以上の周波数帯域に現れる折り返しの周波数成分を減衰して、差動ドライバ１６０に送られる。差動ドライバ１６０は、この信号を、基準電位を中心として入力信号に比例した振幅の極性の反転した２つの信号に変換し、ローパスフィルタ１７０ａと、ローパスフィルタ１７０ｂとに送る。
ローパスフィルタ１７０ａとローパスフィルタ１７０ｂとは同一の減衰特性を有するものである。また、ローパスフィルタ１５０と、ローパスフィルタ１７０ａまたはローパスフィルタ１７０ｂと、を組み合わせたフィルタは、ディジタルフィルタ１３０の折り返しひずみによって出現するノイズを除去する低域遮断特性を持たせたものであり、伝送信号帯域において通過振幅特性および遅延特性が一定の特性を保ち、かつ、ディジタルフィルタ１３０の一次折り返しひずみ成分が現れる帯域で十分な遮断特性を実現するものである。たとえば、ディジタルフィルタ１３０のサンプル周期がシンボルレートの４倍であれば、一次折り返しひずみ成分が現れるシンボルレートの６倍の帯域においては１００ｄＢ程度の減衰特性が必要である。この場合、ローパスフィルタ１５０と、ローパスフィルタ１７０ａまたはローパスフィルタ１７０ｂと、によって、１００ｄＢの減衰特性を実現するように分割配置する。
このローパスフィルタ１７０ａおよびローパスフィルタ１７０ｂは、入力された信号からディジタルフィルタの１３０の折り返しひずみと、差動ドライバ１６０より生じたノイズを除去する。そして、コモンモードチョークコイル１８０において、この信号の同相ノイズを除去し、ツイストペア線３００に出力する。
ここで、ツイストペア線３００により伝送される信号は、常に前値の信号レベルとは異なる信号レベルをとるように符号化されている信号であり、シンボルタイミングで常に値が変化する信号となっている。
次に、受信側２００では、ツイストペア線３００の双方の線より伝送されている伝送信号を、ローパスフィルタ２１０を通過させて所定の信号帯域外のノイズを除去する。たとえば、車載時では、数キロヘルツから１ギガヘルツまでの大きなノイズが混入する可能性があり、このような高周波数のノイズが混入した場合には、次段の差動レシーバ２２０の周波数特性で所望の特性が補償できない。このため、ローパスフィルタ２１０は、レシーバ２２０の周波数特性で所望の特性が補償できない領域の成分を遮断するとともに、後段で接続されるディジタルフィルタ２４０で処理可能な帯域の信号に変換する。
そして、ローパスフィルタ２１０によりノイズを除去した信号を、差動レシーバ２２０により受信する。差動レシーバ２２０は、ツイストペア線３００双方の差信号に比例した信号を出力し、この信号をＡ／Ｄ変換部２３０によりディジタル化する。ここで、同期処理部２７０は、シンボルタイミングでＡ／Ｄ変換部２３０がサンプリングするように、同期させたサンプリングクロックを生成し、Ａ／Ｄ変換部２３０へ送る。
同期処理部２７０は、第７図に構成の一例を示すように、バンドパスフィルタ２７１と、Ｄ／Ａ変換部２７２と、比較器２７３と、ＰＬＬ２７４と、分周器２７５と、を有する。ここで、分周器２７５の分周率は、サンプリング周期がシンボル周期の何倍であるかにより決定される。たとえば、シンボルレートの２倍のサンプルレートであれば、４分周する。この同期処理部２７０は、シンボル周期毎に常に変化する受信信号の信号レベルを利用してクロックの同期をとるものであり、バンドパスフィルタ２７１により受信信号からシンボルレートの２分の１の周波数成分を抽出し、Ｄ／Ａ変換部２７２でアナログ信号に変換した後、比較器２７３で方形波信号に変換する。この方形波信号をＰＬＬ２７４の参照クロック（ＲＥＦ）に入力し、ＰＬＬ２７４から出力するクロックを分周器２７５により分周したクロック（ＶＡＬ）との位相比較により、クロックの同期を取る。その結果、Ａ／Ｄ変換部２３０では、シンボルタイミングでサンプリングし、Ａ／Ｄ変換するようになる。なお、同期処理部２７０は、第７図に示した構成に限定するものではなく、他の手段においても常に各シンボル周期毎に値が変化することを利用して、受信側での再生同期を容易に実現することができる。
変換されたディジタル信号はディジタルフィルタ２４０を通される。このディジタルフィルタ２４０は、送信側１００のディジタルフィルタ１３０との組み合わせでロールオフ特性を持つものであり、通過したディジタル信号を、隣接符号間の干渉がなく、適切なタイミングで読み取ることのできる信号に変換する。
次に、判定処理部２５０により、シンボルタイミングでサンプリングした信号の信号レベルが５値レベル中のいずれであるかを判定する。この判定処理は第４図に示すようになされ、判定処理部２５０は、サンプリングした信号を、閾値１、閾値２、閾値３、閾値４に基づいて信号レベル０，１，２，３，４のいずれにあたるか判定する。
そして、復号化部２６０は、判定処理部２５０により判定された信号レベルを２ビットの受信データに変換して復号化する。この復号化部２６０は、第５図に示すように、直前のシンボルタイミングで判定処理部２５０により判定された前値の信号レベルを記憶する前値記憶部２６１と、前値記憶部２６１に記憶されている信号レベルおよび判定処理部２５０からの信号レベルに基づき復号化処理を行う信号変換部２６２と、を有する。信号変換部２６２は、第６図に示す変換テーブルに基づいて信号レベルをシンボルに復号化する。ここで、第６図の変換テーブルはディジタルデータ伝送装置の符号化部１２０による符号化に用いたものと同一のものであり、ディジタルデータ伝送装置で変換に用いたものと同じ変換テーブルにより受信データを得る。たとえば、前値記憶部２６１に記憶されている前値が信号レベル０である場合、判定処理部２５０より新たに信号レベル４（設定値）が入力されると、信号変換部２６２はこの信号レベルをシンボル「１０」に復号化する。
次に本実施の形態１によるディジタルデータ伝送装置の伝送線であるツイストペア線３００が放射する電磁波が非常に小さくなることを説明する。
車載条件での、機器や通信線からの電磁波ノイズに関する国際標準規格の一つに、ＣＩＳＰＲ２５がある。このＣＩＳＰＲ２５では、各周波数毎の放射ノイズの規制値を定めている。
たとえば、シールドなしツイストペア線の平衡伝送においては、ノイズ放射量の抑制が比較的困難となる３０ＭＨｚ以上の周波数帯域において規制値が設けられている。このため、３０ＭＨｚ以上の周波数帯域の信号を伝送すると、車載条件を満たすことが困難になる。また、３０ＭＨｚ以下の帯域においても放射ノイズの規制値が設定されているが、平衡度を保つことによりノイズ量を低減することが可能である。したがって、伝送信号の周波数帯域を３０ＭＨｚ以下におさえることにより、車載条件に適合した放射ノイズ量にすることができる。
ツイストペア線３００は、そのより合わせピッチやドライバへの配線長の誤差などにより、伝送する信号にわずかな位相のずれを含んでいる。この位相のずれによる影響は伝送信号が高周波数になるにつれて大きくなり、お互いの放出ノイズを打ち消し合わなくなる。そこで、伝送信号の信号帯域が、放出ノイズを十分に打ち消し合う周波数内となるように、ディジタルフィルタによって帯域制限している。
第８図は、ツイストペア線での伝送におけるノイズ除去効果の周波数レベルでの関係を説明した図である。ツイストペア線のノイズ除去効果は、その製作精度により異なるが、３０ＭＨｚ程度を越えるとノイズ削減効果の低下が顕著になる。このため、信号帯域が、その帯域以下になるようにディジタルフィルタで帯域制限する。
ディジタルフィルタ１３０は、シンボルレートより高い周波数でサンプリング処理する。そして、ディジタルフィルタ１３０とディジタルフィルタ２４０を合わせた特性がシンボルレートの２分の１を中心にしたロールオフ特性を持つように周波数特性を設定し、ディジタルフィルタ１３０、２４０に均等に配分した特性を持たせる。このような特性を持つディジタルフィルタは、数十個の、係数をもつＦＩＲ（ＦＩＮＩＴＥ　ＩＭＰＵＬＳＥ　ＲＥＳＰＯＮＳＥ）ディジタルフィルタで構成可能である。
また、ディジタルフィルタ１３０、２４０は、シンボルレートの２分の１の周波数よりわずかに大きい周波数までを通過させる低域通過型フィルタである。
したがって、ツイストペア線３００には、シンボルレートの２分の１よりわずかに大きい周波数帯域の、互いに極性が反転した信号が伝送される（ロールオフ特性を何パーセントにするかによって正確に計算できる）。すると、ツイストペア線３００の２本の伝送線には極性が反転した信号が流れ、互いに放射する電磁波を打ち消し合い、結果的に放射ノイズがほとんどなくなる。
また、４８Ｍｂｐｓの伝送を行いたい場合には、１シンボルあたりの伝送ビット数を２ビットにすれば、シンボルレートは２４ＭＨｚになる。
さらに、ディジタルフィルタ１３０，２４０により構成するロールオフフィルタの特性を、１２ＭＨｚを中心とした１５％程度ロールオフ特性を持たせたものとすると、信号帯域は、１５ＭＨｚ程度に帯域制限できる。これは、周波数特性や位相特性を柔軟に設計することができ、急峻な周波数特性を理想的な位相特性で実現できるディジタルフィルタの特性を利用して、ツイストペア線のノイズ除去効果がある周波数帯域にデータの帯域制限を行うことにより実現できるものである。さらに、多値化伝送を行うことにより、シンボルレートを下げることができ、高速な伝送速度を実現できる。
以上のように、本実施の形態１によるディジタルデータ伝送装置、および伝送路符号化方法、および復号方法においては、伝送するシンボル数よりも多い信号レベルを設け、各シンボル伝送タイミングにおける各シンボルを表す信号レベルを、前シンボルタイミングで伝送された信号レベル以外の信号レベルにマッピングして符号化するので、いかなる場合でも前値の信号レベルとは異なる信号レベルに変換することができ、送信側１００から出力される信号は常にシンボル周期毎に値が変化し、受信側２００での同期を取り易くすることができる。また、１シンボルを符号化する毎に、そのシンボルを表す信号レベルを送信することができ、遅延の少ないデータ送信を行うことができる。
また、ディジタルフィルタ１３０とディジタルフィルタ２４０とで適当なロールオフ特性を持たせたフィルタとなるように構成したことで、フィルタを通過した信号を、シンボルレートの２分の１よりわずかに大きい帯域内の信号に変換することができる。また、所定のタイミングにおいて隣接符号間の干渉のない信号に変換するので、含まれている符号を所定のタイミングで読み取ることができる信号に変換することができる。
また、符号化部１２０により、シンボルタイミングあたり２ビット以上のデータを伝送するシンボルに変換するので、限られた周波数帯域において効率の良いデータ伝送を行うことができる。
また、符号化部１２０を、前値の信号レベルを前値記憶部１２１に記憶し、信号変換部１２２により前値の信号レベルに基づいて伝送するシンボルを符号化するもの、としたので、前シンボルタイミングで伝送された信号レベル以外の信号レベルにマッピングして符号化することができ、いかなる場合でも前値の信号レベルとは異なる信号レベルに変換することができる。
また、復号化部２６０を、前値の信号レベルを前値記憶部２６１に記憶し、信号変換部２６２により前値の信号レベルに基づいて受信した信号レベルを復号化するもの、としたので、受信した信号レベルにより送信されたシンボルを得ることができる。また、１信号レベルを受信する毎に、その信号レベルが表すシンボルを取得することができ、遅延の少ないデータ受信を行うことができる。
また、１シンボルあたり２ビットデータを伝送し、伝送するシンボルの数を４としたので、限られた帯域において効率の良いデータ伝送を行うことができる。
また、伝送するシンボル数より多い信号レベルを設けたことにより、前値の信号レベルを禁止して、伝送するシンボルを前値以外の信号レベルにマッピングすることができ、同じ信号レベルが継続して出力されるのを防止することができる。
また、伝送するシンボルを、信号レベルの下位レベルより「０１」，「１１」，「００」，「１０」の順にシンボルをマッピングして符号化するので、シンボルを所定の信号レベルにマッピングして符号化することができる。
また、直前の検出信号の信号レベルに基づき、直前の信号レベル以外の各信号レベルにシンボルを対応させて、検出した信号レベルをシンボルに復号処理するので、受信した信号レベルにより送信されたシンボルを得ることができる。また、１信号レベルを受信する毎に、その信号レベルが表すシンボルを取得することができ、遅延の少ないデータ受信を行うことができる。
また、受信信号からシンボル周期信号の２分の１周期をもつ周波数成分を抽出し、抽出した信号の位相に基づきシンボル取り出しタイミングを制御する同期処理部２７０を有するので、受信信号の信号レベルの変化を利用して、より信頼性の高い同期をとることができる。
また、ローパスフィルタに必要となるノイズ除去特性を、ローパスフィルタ１５０と、ローパスフィルタ１７０ａまたはローパスフィルタ１７０ｂと、の２つのローパスフィルタに分割して持たせているので、各ローパスフィルタに急峻な減衰特性を持たせる必要がなくなるため、フィルタの構造が複雑ではなくなり、製造コストを低下させることができる。また、差動ドライバ１６０のひずみにより生じるノイズも除去することができる。
なお、オーディオデータのディジタル伝送等では、バイフェーズマーク方式により符号化されたデータが、プラスチックオプティカルファイバーなどを用いて伝送されている。このバイフェーズマーク方式により符号化された信号を、本発明のディジタルデータ伝送装置でも送受信することが考えられる。第９図は、バイフェーズマーク方式で符号化した場合に取り得る値を示した図である。同図において、丸あるいは四角で囲ったシンボル以外は、符号化されることはないシンボルになる。各シンボルタイミングにおいて取り得る値は、２値であり、またシンボル間は、信号レベル２を境いに２シンボル以上距離が離れる。
本発明のディジタルデータ伝送装置により、ビット列であるデータとバイフェーズマーク方式で符号化されたデータとを送受信する場合は、符号化部１２０と判定処理部２５０とに、単にビット列として伝送する場合と、バイフェーズマーク方式で符号化されたデータを伝送する場合とを切り換える伝送方式指示信号が入力される。
伝送方式指示信号がバイフェーズマーク方式を示す場合、符号化部１２０は、入力されたシンボルを第９図に示した変換テーブルを参照して符号化する。
一方、判定処理部２５０は、伝送方式指示信号がバイフェーズマーク方式を示す場合は、受信信号が第４図に示す閾値５の上下どちらであるかを判定する。そして、前値信号レベルが０であり、閾値５以上の場合は、信号レベル３、閾値５以下の場合は、信号レベル１とする。同様に、前値信号レベルが１であり、閾値５以上の場合は、信号レベル３、閾値５以下の場合は、信号レベル０とする。前値が信号レベル３であり、閾値５以上の場合は、信号レベル４、閾値５以下の場合は、信号レベル１とする。前値信号レベルが４であり、閾値５以上の場合は、信号レベル３、閾値５以下の場合は、信号レベル１と判定する。
このように、バイフェーズマーク方式で符号化されたデータの送受信では、ほぼ２値伝送に近い耐ノイズ性を実現できる。受信側２００においては、前値の信号レベルとの閾値を閾値５として、２値伝送と同様に１つの閾値に対する上下判定のみで信号を判定してシンボルを復号化することができ、ほぼ２値判定の信頼性に近い信号検出を行うことができる。また、各シンボルタイミングにおいて取り得る値は２値であり、シンボル間は、信号レベル２を境いとして２シンボル以上距離が離れるため、ノイズによる誤判定も２値伝送の場合と同様の低い確率におさえることができる。
なお、本実施の形態においては、４値のシンボルを５値の信号レベルに変換したが、４以上の８値や１６値など更に多値の信号レベルに変換した場合も、同様の手法を用いて先行する信号レベルに符号をマッピングしないようにすることで同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態においては、符号化部１２０による符号化は、第３図に示す変換テーブルに基づいてなされるとしたが、これに限定するものではなく、第１０図に示す変換テーブルに基づいて符号化することもできる。
第１０図の変換テーブルは、直前に伝送した前値の信号レベルとの信号レベルの差分に基づいて、伝送するシンボルを信号レベルにマッピングするように定めたものである。具体的には、シンボル「１０」を伝送する場合は、前値の信号レベルに対して、１段階大きい信号レベルまたは、４段階小さい信号レベルにマッピングする。同様にシンボル「００」には、２段階大きい信号レベルまたは３段階小さい信号レベル、シンボル「１１」に対しては、３段階大きい信号レベルまたは、２段階小さい信号レベル、シンボル「０１」に対しては、４段階大きい信号レベルまたは１段階小さい信号レベルをマッピングして符号化する。
このように信号レベルの差分に基づいて符号化された信号レベルを受信して復号化するときは、判定処理部２５０により直前に受信した前値の信号レベルとの差分を検出して、シンボルを復号化する。つまり、前値の信号レベルを記憶しておき、その信号レベルとの差を求め、その差分を、第１１図に示すように閾値１から閾値７に基づいて判定し、−４から＋４のいずれかの信号判定値にあてはめる。そして、その信号判定値を復号部２６０へ送る。復号部２６０では、信号判定値「−４」、「−３」、「−２」、「−１」、「＋１」、「＋２」、「＋３」、「＋４」に対してそれぞれ、シンボル「０１」、「１１」、「００」、「１０」、「０１」、「１１」、「００」、「１０」として復号化する。
このように、前値信号レベルとの信号レベルの差分のみで、伝送されてくる信号のシンボルを判定できるので、たとえば、送信側１００と受信側２００とで電位が異なる場合や電位が変動する場合に、送信側２００の絶対的な電圧レベルを検出することができなくても、直前に受信した信号レベルとの差分を検出することで、データを正しく復号化することができる。また、送信側１００は常に前値信号レベル以外にシンボルをマッピングして伝送するため、各シンボル毎に常に電圧が変動する。したがって、受信側１００では、電圧変動レベルである交流成分を検出すればよく、送信側１００と受信側２００との電位差が非常に大きい場合は、直流成分を遮断する回路を受信側に具備させることが可能になる。これは、自動車に搭載する場合のように、送信側と受信側との間でグランドレベルが異なったり、耐電圧特性を要求される環境などで用いる場合に有効である。
なお、信号レベルの差分に基づく符号化においては、バイフェーズマーク方式で符号化されたデータを、第１０図の変換テーブルに基づいてマッピングすることもできる。バイフェーズマーク方式で符号化したデータを、前値の信号レベルとの差分に基づいて符号化した場合は、シンボル間の距離が常に２以上離れるため、それぞれ現れうるシンボル間の中間の信号レベルに閾値を設けて判定を行うことで、より精度の高いデータ受信を行うことができる。
また、第１０図の変換テーブルに示したシンボルの符号化以外でも、次に取りうる信号レベルの差分に各シンボルをマッピングするなら、別の変換テーブルを用いてもよい。
また、信号レベルの差分に基づいて符号化された信号レベルを受信して復号化するときは、判定処理部２５０を、第１２図に示すような構成としてもよい。第１２図は、判定処理部２５０の構成の他の一例を示したブロック図である。この判定処理部２５０は、閾値を保持し、ディジタルフィルタ２４０を通過した信号を閾値判定する閾値判定処理部２５１と、閾値を制御する閾値制御部２５２と、直前の信号レベルを記憶する前値記憶部２５３と、を有する。
閾値判定処理部２５１は、ディジタルフィルタ２４０を通過した信号の信号レベルと前値記憶部２５３が記憶する前値の信号レベルとの差分を計算し、その差分を、第１１図に示すように閾値１から閾値７に基づいて判定し、−４から＋４のいずれかの信号判定値にあてはめる。そして、この信号レベルの変動分（信号判定値）を復号化部２６０へ送るとともに、前値記憶部２５３に現在の信号レベルを記憶させ、閾値制御部２５２に判定結果である信号判定値と前値の信号レベルとの差分値を送る。すると、閾値制御部２５２は、差分値と信号判定値とにより閾値の１変化分の差分値を計算する。つまり、閾値の１変化分に相当する信号レベルの差分値の、過去数シンボルタイミング分の平均値を求め、閾値制御信号として閾値判定処理部２５１へ送る。第１１図の場合では、閾値３および閾値４、閾値４および閾値５の間隔は他の閾値の間隔よりも１．５倍となっていることも考慮して求める。すると、閾値判定処理部２５１は閾値判定処理信号に基づいて閾値を変更する。
このように、一定期間に受信した信号の判定結果に基づき、閾値を修正するので、電源電圧の変動により送信されてくる電圧が変動した場合などに閾値を修正して正しいデータとすることができる。
なお、本実施の形態では、判定処理部２５０は、閾値を修正する場合、閾値の１変化分の差分値に換算して平均を求める、としたが、送信側１００より送信された信号波形の振幅レベルの変動を修正することが可能な値であれば、たとえば最大振幅に相当するものに換算した値でもよいし、他のものでもよく、これらの値を一定期間平均化することで閾値を適切に修正できる。
また、本実施の形態では、閾値の補正はディジタルフィルタの処理後に行う、としたが、閾値は固定とし、受信した信号を増幅処理することで、適切な振幅レベルに変更することも可能である。
また、本実施の形態では、シンボル数より１つ多い数の信号レベルを設け、前シンボルタイミングに送信した信号レベルを禁止レベルとして、それ以外の信号レベルにシンボルをマッピングする、としたが、信号レベルをさらに多く設け、禁止レベルを増やしてもよい。例えば、前値信号レベルとさらにその前の信号レベルとの増減を記憶しておき、信号レベルが下がっている場合は、次のシンボルタイミングでは前値信号レベル以下の信号レベルを禁止し、一方、信号レベルが上がっている場合は、前値信号レベル以上の信号レベルを禁止することもできる。この場合の信号波形は、常にシンボルタイミング毎に上下を繰り返すことになり、受信側では位相の安定した同期クロックを生成することができる。
また、本実施の形態では、多値のベースバンド伝送による信号伝送について示したが、ＡＳＫ（振幅変調）や６４ＱＡＭ（直交振幅変調）など変調を用いる場合でも、本発明と同様の手法で放射ノイズを低減できる。変調を用いた場合は、変調周波数の両側に信号帯域が現れるため、ベースバンド伝送ではシンボルレートあたりに必要な周波数が半分となり、ツイストペア線の特性による限られた帯域を有効に利用でき、高速伝送が可能になる。さらに、６４ＱＡＭなどのように、位相と振幅との両方に変調をかける場合には、より効率的な伝送が可能になり、同じツイストペア線を用いた場合でも、より高い伝送レートが実現できる。
産業上の利用可能性
本発明は、デジタルデータを多値化し、連続して同じ信号レベルを取らないように符号化して伝送することで、高速なデータ伝送を可能とし、さらに、３０ＭＨｚ以下の帯域での放射ノイズを、デジタルフィルタにより車載条件に適合したノイズ量にまで低減したディジタルデータ伝送装置、および伝送路符号化方法、および復号方法を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施の形態１に係るディジタルデータ伝送装置の構成を示すブロック図である。
第２図は、本発明の実施の形態１に係る符号化部の構成を示すブロック図である。
第３図は、本発明の実施の形態１に係る信号変換部による符号化処理を説明する図である。
第４図は、本発明の実施の形態１に係る判定処理部による判定処理を説明する図である。
第５図は、本発明の実施の形態１に係る復号化部の構成を示すブロック図である。
第６図は、本発明の実施の形態１に係る信号変換部による復号化処理を説明する図である。
第７図は、本発明の実施の形態１に係る同期処理部の構成の一例を示すブロック図である。
第８図は、本発明の実施の形態１に係るノイズ除去効果を説明する図である。
第９図は、本発明の実施の形態１に係るバイフェーズマーク方式により符号化した場合に取り得る値を説明する図である。
第１０図は、本発明の実施の形態１に係る信号変換部による符号化処理の他の一例である前値レベルとの差に基づくシンボル配置を説明する図である。
第１１図は、本発明の実施の形態１に係る判定処理部の判定処理の他の一例を説明する図である。
第１２図は、本発明の実施の形態１に係る判定処理部の構成の他の一例を示すブロック図である。
第１３図は、従来の伝送方法であるバイフェーズマーク方式による符号化方法を説明する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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