JP3925213B2 - 漏洩電磁界抑圧方法並びに漏洩電磁界抑圧送信方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力線を用いて高速データ通信を行うための電力線搬送通信用モデム等に適用され、信号送信に伴って電力線から放射される漏洩電磁界（電磁波）を抑制し、他の受信機への妨害電波を減少させる漏洩電磁界抑圧方法並びに漏洩電磁界抑圧送信方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９に電力線搬送通信システムの構成例を示す。電力線は同図に示すように、配電変電所９−１と柱上変圧器９−３との間に配される６．６ｋＶの高圧配電線９−２と、柱上変圧器９−３と家屋９−６との間に配される１００Ｖ／２００Ｖ低圧配電線９−４及び引込み線９−５とから成る。
【０００３】
電力線搬送通信システムは、配電変電所９−１のアクセスノード９−１１と柱上変圧器９−３内のモデムとの間に、高圧配電線９−２と並行して光ファイバを設置してその間を光信号により伝送し、柱上変圧器９−３と家屋９−６内のコンセントに差し込まれたモデムとの間は、１００Ｖ／２００Ｖ低圧配電線９−４と引込線９−５と屋内配線９−７とを経由して通信信号を伝送する。
【０００４】
低圧配電線９−４、引込線９−５及び屋内配線９−７には、多くの家電機器が接続され、該家電機器のスイッチング電源やインバータ回路などからランダムな雑音が放出され、それらの大きな雑音に埋もれて通信品質が劣化するため、電力線搬送通信には雑音に強いと言われるＦＭ変調方式、ＦＳＫ変調方式、ＰＳＫ変調方式又はスペクトラム拡散方式等を用いたり、或いはマルチキャリア変調方式やＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式を導入し、雑音の多いキャリア帯域を避けて通信を行うという技術等の適用が試みられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の電力線搬送通信システムは、信号送信に伴って電力線から放射される漏洩電磁界が大きく、他の通信又は放送メディアに大きな悪影響を与える可能性が高い。特に短波放送の受信機に対して放送内容が聴こえなくなる程のノイズを与える可能性があると言われている。
【０００６】
そのような漏洩電磁界波を低下させるには電力線搬送通信システムの送信レベルを低下させなければならないが、送信レベルを低下させると家電機器のスイッチング電源やインバータ回路などから放出される雑音に埋もれて通信品質が著しく劣化してしまう。
【０００７】
また、電力線には至る所に分岐点が有り、そのためにマルチパスが生じ、或る周波数の送信信号は分岐点で反射して逆相となって送信側に戻って来る。図１０はマルチパスによる反射波の生じる電力線の等価回路を示す。同図において、１０−１は柱上変圧器のモデムの送信部、１０−２は家屋内のモデムの受信部を示し、柱上変圧器モデム送信部１０−１と家屋内モデム受信部１０−２との間は多数の分岐点を有する電力線１０−３により接続されている。
【０００８】
多数の分岐点で反射したｎ個の反射波は、それぞれΔｔ１〜Δｔｎの遅延時間の後に柱上変圧器モデム送信部１０−１側の電力線に戻り合成される。そして、或る周波数の送信信号ではそれらの反射波と送信波とが重なり合って、大きな信号電流が流れる点が生じ、その点で大きな漏洩電磁界（電磁波）を生じることになる。
【０００９】
また、電力線搬送通信システムは、柱上変圧器のモデムから見ると低圧配電線はインダクタに見え、また、低圧配電線に接続された引込み線及び屋内配線はコンデンサに見える。更に、屋内配線に接続された各種家電機器は、雑音防止用のコンデンサをＡＣ１００Ｖ線間に接続しているために、大きな容量性負荷を呈する。
【００１０】
従って、柱上変圧器のモデムから電力線を見ると、その出力インピーダンスを含めてＲ，Ｌ，Ｃの直列共振回路となる。図１１の（ａ）は柱上変圧器のモデムから電力線を見た等価回路を示し、図１１の（ｂ）は電力線に流れる信号電流の周波数特性を示す。
【００１１】
図１１（ａ）において、Ｒは柱上変圧器のモデムの出力インピーダンス、Ｌは低圧配電線のインダクタ、Ｃは引込み線及び屋内配線等によるコンデンサを表し、それらは直列共振回路を構成する。そのため、共振周波数ｆ０＝１／｛２π√（ＬＣ）｝でインピーダンスが最小となり、図１１の（ｂ）に示すようにこの周波数の信号により大きな電流が流れ、大きな漏洩電磁界波を生じる。
【００１２】
また、電力線は分布定数回路となり、分岐回線により共振周波数の異なる複数の直列共振回路が生じる。図１２は送信信号の周波数帯域で複数の共振点が発生する様子を示し、同図の（ａ），（ｂ）にそれぞれインピーダンス及び流れる電流の周波数に応じた変化の様子を示している。同図に示すように幾つかの共振点でインピーダンスが極小となり、その点で電流は極大となり大きな漏洩電磁界波を生じる。
【００１３】
また、電力線の各分岐回線はアンテナとして働き、例えば、共振周波数が３０ＭＨｚの場合、電波の伝播速度は３×１０⁸ ［ｍ／ｓ］であるので、波長は１０ｍとなり、半波長の５ｍの回線長毎に図１３に示すように最大電流／最大電圧となる節が発生する。
【００１４】
共振周波数の整数倍の周波数によっても同様に共振し、それらの共振周波数の半波長の点でそれぞれ大きな漏洩電磁界が生じる。家電機器には容量性の負荷があるため、約１００ｋＨｚ以上の共振周波数の半波長の各点で大きな漏洩電磁界が生じる。
【００１５】
本発明は、電力線や電話線又は同軸伝送路等の反射波を生ずる通信回線を用いて信号を伝送する際に、反射波や符号間干渉により大きな電流が流れて大きな漏洩電磁界が発生するのを防ぐ漏洩電磁界抑圧方法並びに漏洩電磁界抑圧送信方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の漏洩電磁界抑圧方法は、（１）反射波のある通信線又は電力線において、インパルスを送信し、該送信端に戻ってくる該インパルスによる反射波が十分に消滅する時間長を待って、次のインパルスを伝送し、漏洩電磁界を最小化することを特徴とする。
【００１７】
また、（２）反射波のある通信線又は電力線において、第１のインパルスを送信し、第１のインパルスを送出後、直ちに第１のインパルスと極性が反対の第２のインパルスを送信し、信号を伝送することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の漏洩電磁界抑圧送信方法は、（３）電力線を用いて信号を伝送する電力線搬送通信において、該電力線の反射波が送信装置出力端の電力線上で合成されないように、該電力線のインパルス応答波形の時間間隔を空けて、次の送信データに対応したインパルス信号を伝送することを特徴とする。
【００１９】
また、（４）電力線を用いて信号を伝送する電力線搬送通信において、該電力線の反射波が送信装置出力端の電力線上で合成される電力線に対して、該電力線の伝達関数の逆関数となる伝達関数のフィルタを介して信号を伝送することを特徴とする。
【００２０】
また、（５）電力線を用いて信号を伝送する電力線搬送通信において、該電力線の反射波が送信装置出力端の電力線上で合成される電力線に対して、該電力線のインパルス応答波形の時間間隔を空けて次の送信データに対応したインパルス信号を伝送し、かつ、該電力線の伝達関数の逆関数となる伝達関数のフィルタを介して信号を伝送することを特徴とする。
【００２１】
また、（６）前記送信データに対応したインパルス信号をナイキスト間隔位置で発生し、かつ次のインパルス信号との間にナイキスト間隔位置にゼロ点信号を挿入して送信することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の漏洩電磁界抑圧送信装置は、（７）電力線を用いて信号を送信する電力線搬送通信の送信装置において、該電力線の反射波が送信装置出力端の電力線上で合成される電力線に対して、該電力線のインパルス応答波形の時間間隔を空けて、次の送信データに対応したインパルス信号を伝送することを特徴とする。
【００２３】
また、（８）電力線を用いて信号を送信する電力線搬送通信の送信装置において、該電力線の反射波が送信装置出力端の電力線上で合成される電力線に対して、該電力線の伝達関数の逆関数となる伝達関数のフィルタを備え、該フィルタを介して信号を送信することを特徴とする。
【００２４】
また、（９）電力線を用いて信号を送信する電力線搬送通信の送信装置において、該電力線の反射波が送信装置出力側の電力線上で合成される電力線に対して、該電力線のインパルス応答波形の時間間隔を空けて次の送信データに対応したインパルス信号を発生する信号発生部を備え、かつ、該電力線の伝達関数の逆関数となる伝達関数のフィルタを備え、該フィルタを介して信号を送信することを特徴とする。
【００２５】
また、（１０）前記信号発生部は、送信データに対応したインパルス信号をナイキスト間隔位置で発生し、かつ次のインパルス信号との間にナイキスト間隔位置にゼロ点信号を挿入して送出することを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明による漏洩電解抑圧送信装置の第１の実施形態について図１を参照して説明する。電力線は分岐回線により同図の（ａ）に示すような等価回路となり、連続して送信した信号とその送信した信号が分岐点で反射した逆相の反射波として戻ってきた信号とが合成され、電流が極大となる点が幾つか生じる。そのような電力線のインパルス応答波形の幅は最大で約２μｓとなる。
【００２７】
ここで、図１の（ｂ）に示すように１．７ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの伝送帯域で、送信データに対応したインパルスを２μｓの間隔で同図（ｃ）に示すように送出する。そうすることにより、同図（ｄ）に示すように逆相の反射波の干渉が生じない。従って干渉波と重なって電圧がゼロとなる、即ち大電流が流れるということがなく、漏洩電磁界を抑圧することが可能となる。
【００２８】
更に図２に示すように、電力線に許容されている高帯域（例えば３０Ｍボー）でインパルスをナイキスト伝送し、インパルス間にはナイキスト間隔位置にゼロ点を（例えば約３３ｎｓの間隔で）挿入し、そしてインパルス応答が重ならないようにインパルスの間隔を電力線のインパルス応答波形幅（約２μｓ）分空けて送信する。こうすることにより、反射波及び符号間の干渉を抑圧し、干渉による大電流が流れることを防ぎ漏洩電磁界を低減することができる。
【００２９】
また、第１のインパルスを送信し、第１のインパルスを送出後、直ちに第１のインパルスと極性が反対の第２のインパルスを送信して信号を伝送することにより、反射波を低減し漏洩電磁界を抑圧することができる。この漏洩電磁界抑圧の様子を図３に示す。
【００３０】
図３において、同図（ａ）に示すように第１のインパルスを送信すると、同図（ｂ）に示すように該第１のインパルスによる反射波が戻る。そこで、同図（ｃ）に示すように第１のインパルスと極性が反対の第２のインパルスを第１のインパルスの直後に送信すると、該第２のインパルスによる反射波が、同図（ｄ）に示すように、第１のインパルスによる反射波を反転した波形で戻る。
【００３１】
電力線上では同図（ｅ）に示すように、第１のインパルスの反射波と第２のインパルスの反射波とが互いに反転した波形であるので打ち消し合い、反射波による漏洩電磁界を低減することができる。同図（ｆ）は直前のインパルスと極性が反対のインパルスを連続送信したときの波形を示している。この場合でも、連続送信したインパルスの反射波が交互に極性が反転するため、互いに打ち消し合い、漏洩電磁界を低減することができる。
【００３２】
図４に本発明によるインパルス応答間隔を空けて送信する柱上変圧器のモデムの構成例を示す。同図において、スクランブラー（ＳＣＲ・Ｓ／Ｐ）は、送信信号（ＳＤ）のスクランブル処理を行うと共にシリアル信号をパラレル信号に変換し、ベクトル和分回路（Ｇ／Ｎ・和分）に送出する。
【００３３】
ベクトル和分回路（Ｇ／Ｎ・和分）は、入力されたパラレル信号に対して、グレイバイナリコード（Ｇ）であった信号をナチュラルバイナリコード（Ｎ）に変換し、更に、受信側で位相検出するために用いるベクトル差分回路（差分・Ｎ／Ｇ）に対応したベクトル和分演算を行った後、信号点発生部４−１に送出する。
【００３４】
信号点発生部４−１は、送信データを変調単位で所定のビット数ずつ区切り、そのビット数に対応した信号点の１つ発生する。例えば２ビットずつに区切った場合、図５の（ａ）に示すように２² ＝４通りの信号点の１つを発生する。
【００３５】
これらの信号点は図５（ｂ）に示すように、実部（Real）及び虚部（Imaginal）のインパルスとして発生され、それらは反射波が十分消滅する時間長（例えば２μｓ）の間隔を空けて発生される。そして、次の送信信号との間にはゼロ点挿入部４−２によりゼロ点信号を挿入した後、ロールオフフィルタ（ＲＯＦ１）により帯域を電力線搬送通信に許容された帯域に制限して波形整形し、図５（ｃ）に示すように送信信号が出力される。
【００３６】
このような送信信号を変調回路（ＭＯＤ）によって変調し、更にＤ／Ａ変換回路（Ｄ／Ａ）によりデジタル信号からアナログ信号に変換した後、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）により電力線搬送波の周波数帯域を含む低周波帯域の信号を抽出し、送信線路ＴＸ−ｌｉｎｅに送出する。
【００３７】
送信線路ＴＸ−ｌｉｎｅから送出された送信信号は、対向するモデムによって受信線路ＲＸ−ｌｉｎｅから受信され、そのバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）により所定の周波数帯域成分のみが抽出され、Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）によりデジタル信号に戻される。
【００３８】
このデジタル表記されたアナログ信号は、復調回路（ＤＥＭ）によりベースバンドの信号に復調され、ロールオフフィルタ（ＲＯＦ２）により波形整形され、その出力信号はＶＣＸＯ（Voltage Controlled Crystal Oscillator ：電圧制御水晶発振）型位相ロックループ回路（ＰＬＬ・ＶＣＸＯ）に送出される。
【００３９】
ＶＣＸＯ型位相ロックループ回路（ＰＬＬ・ＶＣＸＯ）は、ゼロ点の位相を抽出し、該ゼロ点の位相をＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）ヘのサンプリングタイミング信号として与え、また、受信部のクロック（ＲＸ−ＣＬＫ）分配部４−３ヘ与える。
【００４０】
受信部のロールオフフィルタ（ＲＯＦ２）からの出力信号は、また、ゼロ点削除部４−４によりゼロ点を削除した後、自動利得制御器（ＡＧＣ）により所定のレベルに利得制御した後、自動キャリア位相制御器（ＣＡＰＣ）により位相合わせを行い、更に判定回路（ＤＥＣ）により受信信号の信号判定を行い、その判定結果をベクトル差分回路（差分・Ｎ／Ｇ）に出力する。
【００４１】
ベクトル差分回路（差分・Ｎ／Ｇ）は、ナチュラルバイナリコード（Ｎ）で送信した送信部のベクトル和分回路（Ｇ／Ｎ・和分）と反対のベクトル差分演算を行った後、グレイバイナリコード（Ｇ）に戻してデスクランブラ（Ｐ／Ｓ・ＤＳＣＲ）に送出する。デスクランブラ（Ｐ／Ｓ・ＤＳＣＲ）は、このパラレルグレイコードをシリアル信号に変換してデスクランブル処理し、受信信号（ＲＤ）として出力する。
【００４２】
また、送信部において、送信クロック分配回路（ＴＸ−ＣＬＫ）は、送信クロックをゼロ点挿入部４−２、Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）及びその他の各送信回路部へ分配する。また、受信部において、受信クロック（ＲＸ−ＣＬＫ）分配部４−３は、ＶＣＸＯ型位相ロックループ回路（ＰＬＬ・ＶＣＸＯ）から受信クロックを抽出し、該受信クロックをゼロ点削除部４−４及びその他の各受信回路部へ分配する。
【００４３】
なお、受信クロック（ＲＸ−ＣＬＫ）分配部４−３は、ＶＣＸＯ型位相ロックループ回路（ＰＬＬ・ＶＣＸＯ）から抽出されたゼロ点の位相を示すサンプリングタイミング信号を通過させているだけであり、この信号は単なるシンボルタイミング信号である。
【００４４】
次に、図６にマルチパス等化により反射波を打ち消す本発明の実施形態を示す。この実施形態は、柱上変圧器内のモデムにおいて、マルチパス等化部６−１を介して送信信号を電力線の通信回線６−２に送出する。通信回線６−２は、図１０で説明したように、多数の分岐点で反射しそれぞれの遅延時間で戻って来るｎ個の反射波が合成されるために、その伝達関数は、
１／（１＋ｋ₁ ×Ｚ^-1＋ｋ₂ ×Ｚ^-2＋…＋ｋ_n ×Ｚ^-n）
となる。
【００４５】
そこで、柱上変圧器内のモデムに該反射波を打ち消すために、上記伝達関数の逆関数となる伝達関数のフィルタで構成したマルチパス等化部６−１を設ける。即ち、該マルチパス等化部６−１のフィルタには、その伝達関数が
１＋Ｃ₁ ×Ｚ^-1＋Ｃ₂ ×Ｚ^-2＋…＋Ｃ_n ×Ｚ^-n
となるＦＩＲ（Finite Impulse Response ）フィルタを用いる。
【００４６】
該マルチパス等化部６−１は、想定される反射波の最大遅延時間に対応するｎ個の遅延素子６−１１と、該ｎ個の遅延素子６−１１の各出力に係数を乗じる乗算器６−１２と、各係数を最小二乗法（ＬＭＳ）により算出して補正する係数補正部６−１３と、入力された送信信号と出力される送信信号とを比較しその誤差信号を係数補正部６−１３に出力する誤差算出部６−１４と、各遅延素子６−１１からの出力に係数を乗じた信号を合成して加算する合成加算部６−１５とを備える。
【００４７】
係数補正部６−１３は、誤差算出部６−１４から出力される誤差信号が最小となるように各係数Ｃ₁ ，Ｃ₂ ，…，Ｃ_n を算出して補正する。こうすることにより、Ｋ₁ ＝Ｃ₁ ，Ｋ₂ ＝Ｃ₂ ，…，Ｋ_n ＝Ｃ_n となり、マルチパス等化部６−１と電力線の通信回線６−２とを合わせた全体の伝送システムの伝達関数が１となり、それによってインピーダンスがゼロとなる共振点が無くなり、強い漏洩電磁界波が発生するのを防ぐことができる。
【００４８】
図７にインパルス応答間隔を空けかつ反射波を打ち消す柱上変圧器のモデムの構成例を示す。同図の構成例は図４に示した構成例にマルチパス等化部６−１を送信部に付加し、更に送信部に直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）を行うための逆高速フーリエ変換部７−１及びガードタイム付加部７−２を設け、受信部に直交周波数分割多重の多重分離を行うための高速フーリエ変換部７−３を設けている。
【００４９】
マルチパス等化部６−１は図６に示したとおり受信ラインからの信号と送信信号とを比較し、その誤差信号を基にマルチパス電力線の伝達関数と逆関数の伝達関数となるようにＦＩＲフィルタの係数を算出し、マルチパスの影響を除去する。
【００５０】
直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）は、図８に示すように多数の直交した最小の周波数間隔の搬送波周波数を持つディジタル変調波を同期多重した送信信号を連続的に送信する。直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）では、マルチキャリア変調信号となるため、シンボル期間が単一搬送波で伝送する場合に比べて長くすることができ、また、ガードタイム付加部７−２により時間軸でガードインターバルを付加することにより、マルチパスが加わっても符号間干渉が小さくなるため、伝送特性の劣化が小さく、ゴーストの影響を抑制することができる。
【００５１】
ガードインターバルの付加は、サブチャネルの周波数間隔を変えずに、シンボル長を、想定されるマルチパス波の遅延時間に応じて定められるガードインターバル分だけ長くすることである。受信部では、マルチパスによるシンボル間干渉が想定されるガードインターバル部のシンボルデータを無視し、残りのシンボルデータで直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）データを復調する。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電力線等の通信回線のインパルス応答の波形幅の間隔を空けて送信信号の信号点を発生させ、更に送信信号のインパルスをナイキスト伝送し、インパルス間にゼロ点を挿入することにより、反射波及び符号間の干渉が生じないようにインパルス間隔を空けて信号を送信することで、それらの干渉による大きな漏洩電磁界が発生するのを防ぐことができる。
【００５３】
また、第１のインパルスを送出後、直ちに第１のインパルスと極性が反対の第２のインパルスを送信して信号を伝送することにより、第１及び第２のインパルスによる反射波が互いに逆極性となって打ち消し合い、漏洩電磁界を抑圧することができる。
【００５４】
また、電力線等の通信回線の伝達特性と逆特性のマルチパス等化部を送信装置の出力側に設け、該マルチパス等化部を介して送信信号を送出することにより、反射波が打ち消されて反射波との干渉による大きな漏洩電磁界が発生するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インパルス応答間隔を空けて送信する本発明の実施形態の説明図である。
【図２】信号間にゼロ点を挿入する本発明の実施形態の説明図である。
【図３】極性が反対のインパルスを送信する本発明の実施形態の説明図である。
【図４】インパルス応答間隔を空けて送信するモデムの構成例を示す図である。
【図５】インパルス応答間隔を空けて送信する信号発生の様子を示す図である。
【図６】反射波を打ち消す本発明の実施形態の説明図である。
【図７】インパルス応答間隔を空けて送信しかつ反射波を打ち消すモデムの構成例を示す図である。
【図８】直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）の説明図である。
【図９】電力線搬送通信システムの構成例を示す図である。
【図１０】マルチパスによる反射波の生じる電力線の等価回路を示す図である。
【図１１】柱上変圧器のモデムから電力線を見た等価回路を示す図である。
【図１２】送信信号の周波数帯域で複数の共振点が発生する様子を示す図である。
【図１３】電力線上で最大電流／最大電圧となる節が発生する様子を示す図である。
【符号の説明】
４−１ 信号点発生部
４−２ ゼロ点挿入部
４−３ 受信クロック分配部
４−４ ゼロ点削除部
６−１ マルチパス等化部
６−１１ 遅延素子
６−１２ 乗算器
６−１３ 係数補正部
６−１４ 誤差算出部
６−２ 電力線（通信回線）
７−１ 逆高速フーリエ変換部
７−２ ガードタイム付加部
７−３ 高速フーリエ変換部

Claims (2)

1. 低電圧配線と引込み線を含む電力線を使用して信号を伝送する電力線搬送通信において、
   前記電力線のインパルス応答波形の時間間隔を空けて、次の信号点のインパルスを伝送するとともに、
   前記信号点のインパルスをナイキスト伝送し、かつ次の信号点のインパルスとの間のナイキスト間隔位置にゼロ点信号を挿入して送信することを特徴とする電力線搬送通信における漏洩電磁界抑圧送信方法。
2. 低電圧配線と引込み線を含む電力線を使用して信号を伝送する電力線搬送通信の送信装置において、
   該電力線の分岐点で反射される反射波が送信装置出力端の電力線上で合成される電力線に対して、該電力線のインパルス応答波形の時間間隔を空けて、次の信号点のインパルスを伝送するとともに、
   前記信号点のインパルスをナイキスト伝送し、かつ次の信号点のインパルスとの間のナイキスト間隔位置にゼロ点信号を挿入して送出することを特徴とする電力線搬送通信における漏洩電磁界抑圧送信装置。

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