CN1922799A - 通信设备和通信方法 - Google Patents

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Abstract

一种通信系统包括：同步信号产生器，基于电力线上的交流波形的定时产生同步信号；数据通信电路，执行数据通信；以及通信控制部，使用同步信号的定时来控制获得传送权，并根据通信设备是否获得传送权来控制通信电路。

Description

通信设备和通信方法
技术领域
本发明一般涉及用于通过配电系统进行数据通信的电力线通信(PLC)系统和方法，更体地涉及用于帮助通过电力线进行通信的设备及其使用方法。
背景技术
通常，当终端(诸如电脑终端)在家、办公室或工厂的环境中执行有线数据通信时，在包括终端在内的通信系统能够开始操作之前，必须进行大量的预备工程工作。这是因为通信系统需要安装连接器和诸如传输线的电缆到合适的位上。
但是，关于电力线通信，在这样环境下的预备工程工作与其他通信技术相比有所减少，因为几乎所有这样的环境都已经布有许多商用电源线，位于几乎每个隐蔽的角落处，当使用商用电源时，例如在日本是100V(50Hz/60Hz)交流电或在美国是120V交流电。体而言，在PLC的情况下，仅连接通信设备的插头到商用电源的插孔上就可以建立数据通信线。
JP2000-165304A说明了使用电力线作为数据通信线的PLC技术的实例。
在日本，从2MHz到30MHz的频带计划对PLC开放。现在，许多公司在对于PLC技术进行研究开发。但是，现在在日本仍然没有PLC标准，各公司涉及协议、调制方法以及频带的PTC通信技术规格都不相同。
鉴于上述情形，很有可能在实际使用过程中在同一环境中出现不同PLC通信方法的混和。例如，假定居住于同一公寓或集体住宅中的人在其中使用PLC设备，他们可能使用由不同制造商制造的不同的通信设备。这种情况下，这些不同的通信设备可能同时连接到同一电力线上。
在这种情况下，各通信设备不能解调来自使用不同类型PLC通信方法的其他设备的信号，并且可能这些信号识别为噪声。由于各设备不能识别同一电力线上其他设备的存在，因此从不同通信设备输出的信号可能彼此发生冲突。这种情况下，可能几乎无法通信。即对于这些不同的PLC设备来说，共存于同一电力线上几乎是不可能的。为了帮助这种共存，这些不同的设备需要对于其电路和控制部进行明显的变动。
另一方面，因为基于时分复用而执行信号复用，所以多个相同类型的PLC设备可以使用同一电力线彼此通信。
发明内容
这里描述的一些实施例解决了上述问题。
根据一个实施例，本发明的通信设备包括：同步信号产生器，根据电力线上的交流波形的定时产生同步信号；数据通信电路，执行数据通信；以及通信控制部，使用同步信号的定时来控制获得传送权，并根据通信设备是否获得传送权来控制通信电路。
附图说明
图1为说明通信设备的框图。
图2为说明多个通信设备的操作的示例的时序图。
图3为使用电力线的传输线的频率特征的示例的说明图。
图4为墙上插座的噪声频率特征的示例的说明图。
图5为说明通信控制部的示例的框图。
图6为说明从通信控制部输出的信号格式的示例的波形图。
图7为说明从通信控制部输出的控制信号的信号频谱的示例的图。
图8为说明多个通信设备的操作的示例的时序图。
图9为说明多个通信设备的操作的示例的时序图。
图10为说明在公寓住宅中连接多个通信设备到同一传输线的系统的示例的框图。
图11为说明解决隐藏设备问题的操作的示例的流程图。
图12为说明多个通信设备的操作的示例的时序图。
图13为说明多个通信设备的操作的示例的时序图。
图14为说明多个通信设备的操作的示例的时序图。
图15为说明多个通信设备的操作的示例的时序图。
图16为说明多个通信设备连接到同一传输线的系统的示例的框图。
图17为说明图1所示的通信设备的电路框图。
体实施方式
以下参照图1至图17说明几个实施例。
如图1所示，通信设备100与传输线200电气连接。本实施例中，通信设备用作调制解调器，并与诸如计算机的通信终端(未图示)通信。特别地，通信设备100可以是个人电脑、家用信息电器、因特网设备或数字网络设备以及其他类似装。
在家、办公室或工厂里安装的电力线，例如橡胶绝缘电缆用作传输线200。电力线给各电器设备提供商用电源的电能，例如日本的100V(50Hz/60Hz)的交流电。电力线可以使用未使用的频带进行数据通信。
而且，并不要求商用电源为100V(50Hz/60Hz)的交流电，各个国家的原有标准都可以，诸如美国的120V(60Hz)交流电和中国的110/220V(50Hz)交流电。
而且，如图16所示，当通信设备100安装在公寓或集体住宅时，很多通信设备100与传输线200相连。例如，参照图16，多个通信设备100A1、100A2、100B1、100B2、100C1和100C2与电力线200相连。一对通信设备100A1和100A2、一对通信设备100B1和100B2以及一对通信设备100C1和100C2分别使用通信方法“A”、通信方法“B”和通信方法“C”。因此，各通信设备100A1和100A2为同类型的通信设备100A。各通信设备100B1和100B2为同类型的通信设备100B。各通信设备100C1和100C2为同类型的通信设备100C。
但是，通信设备100A、100B和100C中的通信类型A，B和C彼此不同。这三种类型的通信设备100A、100B和100C的不同之处在于通信协议、数据信号的调制方法、数据信号的码元率等中的至少一个。
参考图1和图17来说明技术，该技术允许多个类型的通信设备共存于同一传输线200中。下文中，假定在传输线200上有三种通信设备100A、100B和100C。各通信设备100A、100B和100C可以共同地包括数据通信电路110、通信控制部120、AC周期检测部130以及开关电路140。
为了达到说明的目的，下文对通信设备100A的结构进行详细描述。
通信设备100A进一步包括电路模块150和开关电源160。开关电源160向电路模块150提供几种电源电压，例如+1.2V、+3.3V和+12V。电路模块150除包括数据通信电路110、通信控制部120、AC周期检测部130和开关电路140外，还包括耦合器170、带通滤波器171、ADC IC 176、存储部177和以太网PHY(物理层)IC 174。
数据通信电路110是电气/电子电路，其作为一般的调制解调器为数据通信执行包括一般控制和调制/解调的信号处理。数据通信电路110调制从诸如个人电脑(未图示)的终端输出的一个或多个数据信号(下文称为数据信号)以提供调制信号，并且调制信号作为传送数据信号进行输出。而且，数据通信电路110解调通过传输线200输入的数据信号，以提供解调信号，解调信号作为接收数据信号输出到诸如个人电脑的通信终端。另外，数据通信电路110在数据通信前输出预定通信请求信号，以便确认传输线200的状态，包括确认传输线200是否对于数据通信就绪。
数据通信电路110包括主IC，其包括CPU(中央处理器)111、PLC/MAC块(电力线通信/介质访问控制层块)112和PLC/PHY块(电力线通信/物理层块)113。CPU 111包括32位RISC(精简指集计算机)处理器。PLC/MAC块112管理接收和传送信号的MAC层。PLC/PHY块113管理接收和传送信号的PHY层。
开关电路140位于数据通信电路110和传输线200之间，并有多个开关，其控制传送数据信号和接收数据信号的通过。换句话说，这些多个开关起到控制数据通信功能开关的作用。开关电路140包括模拟前端(AFE)IC141、低通滤波器142、带通滤波器143和驱动IC 144。AFE IC 141包括很多器件，诸如模拟/数字(A/D)转换器141a、D/A转换器141b、滤波器和VGA(可变增益放大器)141c，并且其是数据通信电路110和传输线200之间的接口。开关电路140通过开关AFE IC 141中的这些元件来控制传送数据信号和/或接收数据信号的通过。
而且，开关电路140也可以包括可通过外部控制信号来控制的开关，诸如模拟开关。这种情况下，前述AFE可以包括在数据通信电路110中。本领域技术人员应当认识到，许多种可选择的开关也可用作开关电路140，只要这些开关可以对数据通信功能进行开关即可。
AC周期检测部130产生同步信号其用于使多个类型的通信设备100A、100B和100C以共同的定时控制。AC周期检测部130包括二极管电桥131、寄存器132和133、DC(流)电源134以及比较器135。二极管电桥131与寄存器132相连。寄存器132与寄存器133串联。寄存器132和133并联到比较器135的端子。DC电源134与比较器135的另一端子相连。事实上，如图1所示，AC周期检测部130检测X轴与供给传输线200的商用电源的50Hz或60Hz的AC电压正弦波(AC)的交叉点(过零点)，并参考过零点产生同步信号(SS)并输出SS。每一SS可以例如是矩形波，其包括多个与过零点同步的脉冲。因此，SS可以从过零点开始或与过零点有一定的偏移。
通信控制部120执行必要的控制以与其他通信设备100B和100C共存，与从AC周期检测部130输出的SS的定时同步。也就是说，通信控制部120根据从数据通信电路110输出的通信请求信号，控制获得通信设备100使用传输线200的权利。而且，通信控制部120向传输线200输出控制信号作为传送控制信号，以与其他通信设备100B和100C协商使用传输线200的权利(下文称为传送权)，并通过传输线200接收控制信号作为接收控制信号。另外，控制部根据通信设备100A是否获得传送权，也就是说，根据是否是通信设备100A可使用传输线200的频带的时间段来控制开关电路140。
在通信设备100不能使用传输线200上的频带的时间段内，通信控制部120控制开关电路140的开关。因此，这段时间内，数据通信电路110不与传输线200连接。该构造可以防止在传输线200上从多个不同类型的通信设备输出的多个不同类型的信号彼此之间发生冲突，因为在这段时间内，只有通信设备100A可以排他地使用传输线200的频带。因此，各制造商可以根据其设计理念选择合适的通信协议、合适的调制方法、合适的码元率等，而不需要考虑与连接到传输线的其他通信设备的冲突。而且，现存的通信电路可以用作数据通信电路110而不需进行显著改变。而且，数据通信电路110、通信控制部120、AC周期检测部130、以及开关电路的这些功能中的至少两个可以集成到集成电路中。
耦合器170包括线圈变压器171、以及耦合电容器172和173。电源连接器180与AC周期检测部130、耦合器170和开关电源160相连。耦合器170与通信控制部120和开关电路140相连。开关电路140与数据通信电路110相连，并通过以太网PHY IC 174与RJ45插入式电话插孔190相连。
如图2所示，在本实施例中，传输线200上的频带分为多个频带，诸如商用电源频带11、控制信号频带12、以及数据信号频带13。例如，分配给商用电源频带的频带为50Hz到2MHz，分配给控制信号频带的频带为2MHz到3MHz，并且分配给数据信号频带的频带为3MHz到30MHz。
控制信号频带12排他地用于获得传送权的协商。换句话说，通过控制信号频带12来传送和接收用于协商的控制信号。图1所示的传送控制信号和接收控制信号被分配给控制信号频带12。
数据信号频带13排他地用于实际数据通信信号。通过数据信号频带13传送和接收各种数据信号。图1所示的传送信号(数据)和接收信号(数据)被分配给数据信号频带13。
如图3和4所示，在从2MHz到3MHz的频带中传输的信号往往比在其他频带中传输的信号衰减得更大，并往往比在其他频带中传输的信号有更多的噪声。虽然希望使用尽量宽的频带以便进行快速传输，但是该频带(2-3MHz)对于快速传输没有太多帮助，因为该频带的信噪比(S/N)相对较低。因此，分配该频带给控制信号频带12可以防止通过传输线200的传输速度降低。
如图5所示，通信控制部120包括控制部121、信号产生器122、D/A转换器123、低通滤波器(LPE)124、带通滤波器(BPF)125、AGC电路126、A/D转换器127、以及快速傅立叶变换(FFT)电路128。
控制部121为数字电路，其根据通信请求信号控制整个通信设备100A，与从AC周期检测部130输入的同步信号的定时同步。
根据控制部121的指示，信号产生器122产生执行与连接到传输线200的其他通信设备100B和/或100C的协商所必需的控制信号的波形模式。该控制信号为多载波信号，诸如正交频分复用(OFDM)和扩频频谱。事实上，如图6所示，产生有如图7所示的信号频谱的、使用OFDM的控制信号。
D/A转换器123从信号产生器122输出的数字OFDM信号转换为模拟信号。
LPF 124允许有控制信号频带12的频率的模拟信号通过，并阻止有其他频率的模拟信号通过。再次说明的是，控制信号频带12的频带为2-3MHz。另外，LPF 124可以用带通滤波器替换。
BPF 125允许从传输线200输入的、有控制信号频带12的频率的模拟信号通过，并输出通过的模拟信号到AGC电路126。
AGC电路126自动控制通过的模拟信号的增益，并且如果通过的模拟信号衰减，就放大模拟信号使得从BPF125通过的模拟信号可以保持在特定的电平。
A/D转换器127从AGC电路126输入的模拟信号转换为数字信号。
FFT电路128对于从A/D转换器127输入的数字信号执行预定的FFT，在时域中出现的多载波信号转换为频域的信号。此处，FFT电路以128点执行FFT。点的数目并不限于128个。
控制部121检查从FFT电路128输出的信号，确认与由通信设备100B或100C作为OFDM控制信号(共存信号)发送的信号相关的载波是否在从FFT电路128输出的信号中存在。
接着，描述由通信控制部120执行的几个控制，其对于多个类型的通信设备100A、100B和100C共存于同一传输线200上是所必需的。
当传输线200上的商用电源的AC波形被用作多个通信设备100A、100B和100C中的共同信号时，各通信设备100A、100B和100C的开关电路140被控制为与AC波形同步，换句话说，与从AC周期检测部130输出的同步信号同步。特别地，如图2所示，AC波形的一个周期(60Hz：16.67毫秒/50Hz：20毫秒)设为控制周期，并且以每个控制周期重复控制通信设备100A、100B和100C。
特别地，分别在控制信号频带12的控制周期T1、T2和T3中执行控制周期T2、T3和T4中用于获得数据信号频带13的传送权的控制。
如图8所示，各控制周期T1、T2和T3分为两个阶段(period)，体而言，AC电压波形中控制周期的前半阶段(t1到t2的阶段)以及AC电压波形中控制周期的后半阶段(t2到t3的阶段)。前半阶段用作检测载波。此处，前半阶段被设为执行载波侦听多点接入/避免冲突(CSMA/CA)的阶段，换句话说，载波检测阶段。后半阶段被设为使用通知阶段，换句话说，通知阶段。也就是，通过与SS的同步，设CSMA/CA阶段和通知阶段。
在CSMA/CA阶段，各通信设备100A、100B和100C基于预定的退避规则(back-off-rule)执行CSMA/CA。换句话说，在通信设备100A、100B和100C之一确认传输线200是否未被任何其他通信设备100A、100B和100C使用长达预定连续时间或更长时间后，通信设备100A、100B和100C之一发送向控制信号频带12传送的共存信号。预定连续时间为“等待时间”和“最小时间”的组合。例如，最小时间为至少大于一个码元长度。如果一个码元长度为100μsec，最小时间可以大于100μsec，例如为200μsec。这种情况下，随机等待时间为大约几十到几百μsec。基本上，在CSMA/CA阶段成功传输共存信号的通信设备100A、100B和100C之一获得传送权，以排他地使用传输线200的数据信号频带13。
而且，几种可选择类型的信号中的任何一种均可以用作共存信号，只要这些信号可以辨别控制信号频带12中的载波存在即可。此处，OFDM信号用作共存信号。其中有100μs码元长度和56个波的多频音信号可以用作实际的OFDM信号。
另一方面，控制阶段中的通知阶段分为多个等间隔部分，例如8个部分或16个部分。每一等间隔部分组成一个通知时间片(slot)。因此，每一通知阶段有8或16个通知时间片。图9中，从t2到t3的通知阶段分为8个通知时间片。假定此处有8种不同类型的通信方法A、B、C、D、E、F、G和H，各自有不同的协议、不同的调制方法和/或不同的码元率。通知时间片t21到t22分配到通信方法A，通知时间片t22到t23分配到通信方法B，通知时间片t23到t24分配到通信方法C，通知时间片t24到t25分配到通信方法D，通知时间片t25到t26分配到通信方法E，通知时间片t26到t27分配到通信方法F，通知时间片t27到t28分配到通信方法G，并且通知时间片t28到t29分配到通信方法H。事实上，这些不同的通信方法可能由于通信设备100或数据通信电路110的制造厂商不同而不同。
在控制阶段之一的CSMA/CA阶段获得传送权的通信设备100中的通信控制部120传送共存信号到传输线200，该传送是以相同控制阶段的通知阶段内分配给其通信方法的时间片的定时进行的。另外，各通信设备100的各通信控制部120监视通知阶段的所有时间片的状态，并确认各其他通信设备100是否传送共存信号。
在图9所示的示例中，由于使用通信方法B的通信设备100B获得传送权，通信设备100B以通知时间片t22到t23的定时传送共存信号。其他通信设备，例如分别属于通信方法A、C、D、E、F、G和H的100A、100C、100D、100E、100F、100G和100H，通过监视通知时间片t22到t23来识别使用通信方法B的通信设备100B获得传送权。
通常而言，如果仅仅执行CSMA/CA来控制多个通信设备100，多个信号之间可能会彼此发生冲突。这种情况下，各自有不同通信方法的多个通信设备100可能在相同CSMA/CA阶段获得传送权。获得传送权的通信设备100多个共存信号从其传送到相同通知阶段内的多个通知时间片。这表明多个信号在下一控制阶段彼此之间会发生冲突。因此应该避免冲突。此处，获得传送权的所有通信设备100监视所有的通知时间片。当获得传送权的通信设备100在同一通知阶段检测到一个或多个其他共存信号时，也就是说，当获得传送权的各通信设备100在一个或多个其他通知时间片中发现一个或多个共存信号时，如在下面示例中详细说明的那样，获得传送权的通信设备100放弃下一阶段的传送权以避免冲突。在这种情况下，在下一控制阶段的下一数据信号频带中，没有通信设备100传送数据信号。
当获得传送权的其他通信设备100在前述相同的情况下放弃传送权时，在前一控制阶段获得前一传送权的通信设备100连续地获得传送权。事实上，在前一控制阶段获得传送权的通信设备100在下一控制阶段有数据信号的情况下，在前一控制阶段获得传送权的通信设备100监视下一控制阶段的通知阶段。当通信设备100检测到至少两个其他通信设备100发送共存信号时，在前一控制阶段获得传送权的通信设备100把自己视为在下一控制阶段获得传送权的通信设备100，并在下一控制阶段占据数据信号频带13。
下面参考附图2对上述操作进行说明。
在图2中，作为在控制阶段T1的CSMA/CA控制的结果，使用通信方法A的通信设备100A获得位于控制阶段T1之后的控制阶段T2的传送权。而且，作为在控制阶段T2的CSMA/CA控制的结果，使用通信方法B的通信设备100B获得位于控制阶段T2之后的控制阶段T3的传送权。
另外，作为在控制阶段T3的CSMA/CA控制的结果，通信设备100B和使用通信方法C的通信设备100C均可获得位于控制阶段T3之后的控制阶段T4的传送权。但是，通信设备100B和通信设备100C都通过监视在相同通知阶段的其他时间片而识别出，如果各通信设备100B和100C均继续进入通信，则来自通信设备100B和100C的信号会发生冲突。因此，通信设备100B和100C均放弃控制阶段T4的传送权。通信设备100B和100C均放弃传送权后，获得前一传送权的通信设备B连续地获得在控制阶段T4的数据信号频带13的传送权。
而且，作为在控制阶段的CSMA/CA控制和监视通知阶段的结果，当获得前一传送权的通信设备100识别出没有通信设备100获得下一传送权时，获得前一传送权的通信设备100连续地获得下一传送权。换句话说，获得前一传送权的通信设备100的通信控制部120监视是否在分配给各通信方法的各时间片中产生了控制信号。当获得前一传送权的通信设备100的通信控制部120在监视期间发现在监视各时间片中都未产生信号时，通信控制部120获得下一传送权。由于总有通信设备100之一会获得传送权，该结构使得频带得以高效利用。
作为上述实施例的替代，还可以进行如下控制，即没有通信设备100在下一控制阶段的下一数据信号频带中传送数据信号。
下面说明存在至少一个相对于其他终端而隐藏的隐藏终端的情况下的操作。通常，在传输线200上共存有多个通信设备100的情况下，可能有一个或几个通信设备100相对于其他通信设备100隐藏。也就是说，在使用诸如电力线的传输线200的情况下，每一个与传输线200相连的通信设备100的通信状态响应于线路连接状态和/或各种电器设备的操作状态而动态变动。通信状态的变动会导致信号衰减或噪声电平增高。因此，有时与同一传输线200相连的至少一个通信设备不能被其他通信设备100看到。
在图10所示的示例中，假定X先生家和Y先生家都在同一集体住宅中，并且X家的通信系统和Y家的通信系统彼此不同，但共用传输线200(未在图10中示出)。图10中，左边的椭圆形表示X家，而右边的椭圆形表示Y家。X家中有三个相同类型的通信设备A1、A2和A3，并且Y家中有三个相同类型的通信设备B1、B2和B3。因此，所有的通信设备A1、A2、A3、B1、B2和B3均与传输线200相连。
而且，在图10所示的示例中，通信设备A1、A2和A3可以彼此通信，并且通信设备B1、B2和B3可以彼此通信。但是，由于诸如两家之间的通信距离和与传输线200连接许多通信设备导致的频率特性劣化等的许多原因，通信设备A1可以被通信设备B1、B2和B3都看到，并且通信设备B1可以被通信设备A1、A2和A3都看到，但是，在通信设备A1、A2、A3、B1、B2和B3中的其他组合就不能彼此看到了。
因此，在图10所示的环境中，当通信设备A1或B1获得传送权时，则通信没有问题，因为所有的通信设备都可以看到通信设备A1和B1。但是，例如当通信设备B2获得传送权时，通信设备A2和A3识别不出通信设备B2连接在传输线200上，因为在通知阶段从通信设备B2传送的共存信号不能被通信设备A2和A3看到，并且虽然事实上通信设备B2获得传送权，通信设备A2或A3也在下一控制阶段获得传送权。因此，来自通信设备B2的信号与来自通信设备A2或A3的信号彼此冲突。下面描述避免由于隐藏终端引起的冲突的控制。
在图11所示的、用来避免由于隐藏终端引起的冲突的控制中，各通信控制部120独立地监视多个信号的冲突频率。当频率为高时，各通信控制部120认为在传输线200上存在至少一个隐藏的终端，并执行特定控制以处理隐藏终端的存在。下面作为示例体说明图11中的设备A1的各步骤。
在步骤“S11”中，通信设备A1的通信控制部120识别通信设备A1是否获得下一控制阶段的数据信号频带的传送权。当通信设备A1在S11中识别出获得传送权时，则通信控制部120进入下一步骤“S12”并增加“1”到传送权计数器的值(获得传送权的数值)。
在下一步骤“S13”中，通信控制部120识别在相同通知阶段的多个时间片中，多个通信设备A1、A2、A3和B1(B2和B3相对于A1隐藏)是否传送共存信号，即在相同通知阶段中是否有多个共存信号在重叠状态下被输出。当通信控制部120识别出在多个时间片中有共存信号时，通信控制部120该状态视为正在发生冲突，进入下一步骤“S14”，并加“1”到冲突计数器的值(发生冲突的数值)。
在下一步骤“S15”中，通信控制部120计算冲突频率(冲突计数器的值/传送权计数器的值)，并冲突频率和预定的阈值(例如，9)作比较。当在传输线200上不存在隐藏的通信设备时，冲突频率趋于相对低。另一方面，当在传输线200上存在至少一个隐藏的通信设备时，冲突频率趋于相对高。
作为比较的结果，当冲突频率低于阈值时，通信控制部120该状态视为表示没有隐藏的通信装在传输线200上，进入步骤“S17”，并进入正常传输。同时，作为比较的结果，当冲突频率高于阈值时，通信控制部120该状态视为表示在通信线200上存在至少一个隐藏的通信设备，进入步骤“S16”，并在一定时间段内停止传送信号(所谓的退避时间段)。体地，通信控制部120在预定的时间段(例如1-10秒)内停止在CSMA/CA阶段中传送共存信号。当在传输线200上存在至少一个隐藏的通信设备时，该控制可以抑制冲突的发生。
而且，在步骤S17中，通信设备A1停止传送信号的退避时间段不必是恒定的，而可以是可变的。例如，冲突频率高于阈值的通信设备的退避时间段可以被设成长于其他通信设备的退避时间段。即，如果冲突频率超过阈值的通信设备的缺省退避时间与其他通信设备的缺省退避时间相同，冲突频率超过阈值的通信设备的退避时间可以变为更长的退避时间。例如，如果缺省退避时间设为1秒，则作为一个示例，冲突频率超过阈值的通信设备的退避时间可以变为2秒。而且，当满足预定条件时，例如，在预定时间流逝后并且在冲突频率变得低于阈值或其他值时，通信控制部120可以退避时间段返回到原始时间段。例如，可以退避时间从2秒变为1秒。
图12所示的另一控制也可以提供处理隐藏终端问题的措施。另外，可以同时执行图11所示的控制和图12所示的另一控制，并且也可以执行图11所示的控制或者图12所示的另一控制。
通信设备A1、A2和A3属于相同的通信系统A。当通信设备A1在通知阶段的时间片中识别出通信设备A2和A3之一，换句话说，属于相同通信系统A的通信设备Ax获得传送权时，通信设备A1使用与通信设备Ax相同的时间片传送共存信号到传输线200。
在图12所示的示例中，假定通信设备B3在图10所示的相同环境中获得传送权。因此，通信设备B3在通知阶段使用B时间片，即使用分配给通信系统B的、从t22到t23的时间段来传送共存信号到传输线200。如前面参考图10所说明的那样，由于通信设备B3相对于通信设备B1、B2和A1是可见的，所以从通信设备B3传送的共存信号可以被通信设备B1、B2和A1检测到。
在这种情况下，当通信设备B1和B2都检测到从通信设备B3传送的共存信号时，通信设备B1和B2都传送共存信号到传输线200。体而言，响应于在B时间片的前半段中检测到来自通信设备B3的共存信号，通信设备B1和B2在B时间片的后半段中也都传送共存信号到传输线200。因此，从B1传送的、在B时间片的后半段中的共存信号被通信设备A2和A3检测到。因此，即使在通信设备B3相对于通信设备A2和A3隐藏的情况下，通信设备A2和A3也可以识别属于另一通信系统B的一个通信设备获得了传送权。该控制可以防止属于两个通信系统中的任一系统的通信设备发生冲突。
接着，说明另一控制。例如，当诸如个人电脑的终端接入诸如因特网的网络时，通常使用诸如金属线或光纤线的传输线终端连接到提供者。而且，还可以使用提供商用电源的电力线在用户和提供者之间连接。此处，在用户家中使用电力线的通信方法称为“家用系统通信方法”(下文称为“家用系统”)。各其他通信方法称为“访问系统通信方法”(下文称为“访问系统”)。体地，访问系统包括使用连接于电线杆和各家之间的电力线或使用办公室或工厂里的电力线的通信系统。
在使用电力线在用户和提供者之间连接的情况下，至少一个家用系统的通信设备和至少一个访问系统的通信设备都与同一电力线相连。因此，在这种情况下，来自访问系统的信号和来自家用系统的信号之间的冲突也应该予以避免。另外，关于访问系统，如果由不同制造者制造的几类通信系统不连接到电力线上，那么在电力线上通常只有一类访问系统通信方法。但是，也可能例如通信公司提供的通信系统和由电力公司提供的另一个通信系统共用一个电力线，即在同一电力线上有多个访问系统。
在上述情况下，基本上可能通过在家用系统中使用前述的通信系统100防止多类信号之间的冲突。在图13所示的示例中，通信系统A和B分别代表不同类型家用系统通信设备100A和100B。通信系统C代表访问系统通信设备100C。
在本例中，各自彼此独立的、前述的通知阶段的时间片被分配给通信系统A、B和C。因此，各通信系统A、B和C可以通过在相同条件下执行CSMA/CA控制来确保频带(数字信号频带13)。
在本例中，通过在控制阶段T1的CSMA/CA阶段执行CSMA/CA控制，作为家用系统的通信系统A在位于控制阶段T1之后的控制阶段T2获得数据信号频带13的传送权。通过在控制阶段T2执行CSMA/CA控制，通信系统B在控制阶段T3获得数据信号频带13的传送权。通过在控制阶段T3执行CSMA/CA控制，作为访问系统的通信系统C在控制阶段T4获得数据信号频带B的传送权。
包括访问系统和家用系统在内的所有通信系统分别分配有不同的标识数据。基于标识数据执行获得传送权的控制。因此，这可以避免来自家用系统的信号和来自访问系统的信号之间的冲突。另外，可以给整个访问系统通信系统只分配一个标识数据，或者也可以给各访问系统通信系统分配不同的标识数据。给各访问系统通信系统分配不同的标识数据使得多个访问系统通信系统可以在相同传输线上共存。另外，共存信号包括本例中的标识数据。
参考附图14说明改进的示例。用于实际通信的传输线的长度越长，在访问系统中高频信号分量的衰减就越严重。因此，即使在访问系统中使用的频带加宽，访问系统中的传输速度也不能提高。这种情况下，例如，如图14所示，优选地数据信号频带13分为低频部分(例如，3MHz到10MHz)和高频部分(例如，10MHz到30MHz)，并低频部分配给访问系统。从而，可以提高频率的使用效率。
在图14所示的示例中，通过在控制阶段T3的CSMA/CA阶段执行CSMA/CA控制，通信系统C在位于控制阶段T3之后的控制阶段T4获得数据信号频带13中的低频部分的传送权。在前一控制阶段T3获得传送权的通信系统B在控制阶段T4再次获得通信系统C没有使用的、数据信号频带13中的高频部分的传送权。
这种情况下，通信系统B的通信设备100B监视在通知阶段分配给通信系统C的通知时间片，换句话说，通信设备100B检测通信系统C的标识数据。这样，通信设备100C识别通信系统C是否获得传送权。如果通信设备100B识别出通信设备100C获得控制阶段T4的传送权，通信设备100B可在控制阶段T4只保留高频部分的传送权。
参考附图15说明另一改进的实施例。在图15所示的实施例中，通信系统C不执行CSMA/CA控制。相反，如果需要，通信系统C获得排他地使用数据信号频带13的低频部分的传送权。通信系统C在通知阶段的通知时间片中通知作为访问系统的通信系统C获得传送权。
在图15所示的该示例中，假定在访问系统和家用系统中不发生冲突。因此尽管各家用系统A和访问系统C在相同通知阶段发送代表传送权的获得的共存信号，但是这并不是冲突，而且事实上通信系统A和通信系统C在下一控制阶段T4都获得传送权。
这种情况下，如果通信设备A在通知阶段检测到通信系统C获得传送权，则通信系统A的通信设备100A在下一控制阶段T4仅使用数据信号频带13中的高频部分。
另外，无论是否检测到从其他通信设备100A和100B发送的至少一个控制信号，通信系统C的通信设备100C都可以获得传送权，并提前在分配给通信设备100C的通知阶段发送与获得传送权相关的控制信号。
假定公寓中的通信使用电力线进行，公寓中的第一位用户可能由相同制造者制造的同类型的通信设备连接到电力线上。但是，使用电力线通信的用户的数量增加越多，连接到电力线的不同类型的通信设备就越多。如果只有一种类型的通信设备连接到相同电力线上，那么前述的控制方法就可能没有必要，因为在传输线200上没有发生多个信号之间的冲突。
因此，说明在通信设备100中执行的另一控制。例如，各通信设备100A计算各通信设备100A或各通信设备100A所属的各通信系统A获得传送权的次数(下文称为“获得数”)。然后，通信设备100A比较预定时间段的获得数和预定的阈值(例如，100次)。或者，通信设备100A比较获得频率(获得数/传送载波信号的数量)和预定的阈值(例如，99)。如果获得数或获得频率等于或大于阈值，即获得传送权的频率为高，那么通信设备100A判定传输线200上没有不同类型的通信设备100B或100C，或者通信系统B或C。这种情况下，通信设备100A固定开关电路140的状态为“导通”长达一定的时间段(例如10分钟或更多)，并在所有控制阶段获得传送权。而且，通信控制部120也可以执行停止发送控制信号。这样，不仅可以使用前述的数据信号频带13而且可以使用控制信号频带12进行数据传输。从而，可以提高频率的使用效率。
另外，作为前述控制模式的替代，可以执行下述的另一控制模式。通信设备100A计算其他通信设备100B或100C或其他通信系统B或C获得传送权的次数(下文称为“其他系统获得数”)。然后，通信设备100A比较预定时间段的其他系统获得数和预定阈值。如果其他系统获得数或其他系统获得频率等于或少于阈值(例如，10次或1％)，即其他系统获得传送权的频率为低，那么通信设备100A判定传输线200上没有不同类型的通信设备100B或100C或者通信系统B或C。
随着时间的推移，不同类型的通信设备100B或100C可能会连接到传输线200上。即使通信设备100A处于这样的状态之下，即通信设备100A判定了在传输线200上没有不同类型的通信设备100B或100C或者通信系统B或C，并且停止了发送控制信号，但是当通信设备100A计算的获得数不大于阈值时，通信设备100A还是判定传输线上连接有不同类型的通信设备100B或100C。然后，通信设备100A改变其控制模式到例如图2所示的控制模式。
根据此处说明的这些实施例，通信设备基于以商用电源的AC电压正弦波形的特定定时产生的同步信号控制通信定时。因此，这些实施例使得可以适当地控制诸如信号传输、监视定时时间片等的各种定时。这些示例可以通过执行诸如没有获得传送权的通信设备关掉其传送功能的控制，防止噪声信号传送到传输线上。因此，可以防止不同类型的信号在电力线上彼此冲突，并且不同类型的通信设备可以共存于同一电力线上。
另外，虽然几个实施例被描述成全都控制传送权，基于同步信号SS的确切定时执行在通知阶段传送控制信号和数据传送，但是在通知阶段传送控制信号和数据传送也可以是在输出SS后的预定时间开始执行。预定时间优选地小于AC周期的一半，例如，如果AC的频率为50Hz，那么预定时间小于8.3毫秒，例如3毫秒。另外，预定时间在所有的通信设备中不必为恒定值。例如，使用不同类型规格的各种不同类型的通信设备可以设不同的预定时间。
一些情况下，如果通信设备以某种方式使用同步信号SS，通信设备也可不必与同步信号SS同步。例如，如果同步信号SS包括一个脉冲与AC正弦波形的一个过零点同步的矩形波，通信设备可以在基于一个脉冲的特定时间后控制传送权。
而且，如果通信设备通过电力线执行传送权控制，那么在通知阶段传送控制信号和数据传送可以不必通过电力线进行。用于数据传送的传输线可以为有线的或无线的。各种电缆，诸如LAN电缆，同轴电缆，电话线和扬声器线都可以用作有线传输线。
另外，虽然上述实施例示出了通过分割频带为控制信号频带和数据信号频带，数据信号和控制信号在频率上彼此之间独立，但是只要数据信号和控制信号之间彼此独立就足够。例如，控制信号频带和数据信号频带彼此重叠，并且数据信号和控制信号以分时模式传送。
虽然为说明的目的而描述和公开了优选实施例，但是本领域技术人员在不偏离本发明的范围和精神的情况下，可以对这些示例进行各种修改、增加和替代。
本描述基于在2005年1月4日申请的日本专利申请第2005-000163号，在此其全文引作参考。
工业实用性
本发明一般涉及用于通过配电系统进行数据通信的电力线通信(PLC)系统和方法，更体而言，涉及用于帮助通过电力线进行通信的设备及其使用方法。该通信设备包括：同步信号产生器，根据电力线上的交流波形的定时产生同步信号；数据通信电路，执行数据通信；以及通信控制部，使用同步信号的定时来控制获得传送权，并根据通信设备是否获得传送权来控制通信电路。

Claims (20)

1.一种执行数据通信的通信设备，其与传输交流电流的电力线相连，所述通信设备包括：
同步信号产生器，基于电力线上的交流波形的定时产生同步信号；
数据通信电路，执行数据通信；
通信控制部，使用所述同步信号的定时来控制传送权的获得，并根据所述通信设备是否获得所述传送权来控制所述通信电路。
2.根据权利要求1所述的通信设备，其中所述数据通信电路传送第一信号到所述传输线，所述通信控制部传送第二信号到所述传输线，并且所述第一信号在频率和时间之中的至少一项上是独立于所述第二信号的。
3.根据权利要求2所述的通信设备，其中第一频带分配给所述第一信号，第二频带分配给所述第二信号，并且所述第一和第二频带均在用于通信的频带中。
4.根据权利要求1所述的通信设备，其中如果所述通信设备获得所述传送权，所述通信控制部以所述同步信号的特定定时，传送与所述传送权的获得相关的控制信号。
5.根据权利要求4所述的通信设备，其中所述通信控制部基于所述同步信号的定时，在分配给所述通信设备的通信方法的通知阶段，传送与所述传送权的获得相关的所述控制信号，其中所述通知阶段基于所述通信方法预先确定。
6.根据权利要求5所述的通信设备，其中所述通信控制部基于所述同步信号的定时在载波检测阶段中获取所述传送权。
7.根据权利要求6所述的通信设备，其中所述通信控制部在分配给所述通信方法的所述通知阶段中监视控制信号，识别在下一控制阶段中是否有多个通信设备获得所述传送权，其中在所述通信设备获得所述传送权的情况下，如果所述通信设备检测到使用另一通信方法的另一通信设备在相同的载波检测阶段中也获得所述传送权，所述通信设备因此放弃所获得的传送权。
8.根据权利要求7所述的通信设备，其中所述通信控制部获得下一传送权。
9.根据权利要求6所述的通信设备，其中所述通信控制部计算获得所述传送权的次数作为获得数，并计算使用互不相同的通信方法的多个通信设备同时获得所述传送权的次数作为冲突数，其中如果由所述获得数和所述冲突数确定的冲突频率不小于特定值，所述通信设备在预定时间内停止在所述载波检测阶段中发送载波。
10.根据权利要求4所述的通信设备，其中如果所述通信设备检测到使用相同通信方法的另一通信设备获得所述传送权，所述通信控制部传送与获得所述传送权相关的控制信号到所述传输线。
11.根据权利要求1所述的通信设备，其中在作为使用用户家中的所述电力线的通信方法的家用系统和作为其它通信方法的访问系统共用于所述传输线的情况下，所述通信控制部基于分配给所述家用系统或所述访问系统的所述通信方法的标识数据来控制所述传送权。
12.根据权利要求11所述的通信设备，其中在电力线上用于通信的频带至少分为互不相同的第一频带、第二频带和第三频带，并且所述家用系统的所述数据通信电路传送到所述电力线的第一信号被分配到所述第一频带和所述第二频带，所述家用系统的所述通信控制部传送到所述电力线的第二信号被分配到所述第二频带，并且所述数据通信电路传送到所述电力线的第三信号被分配到所述第三频带的情况下，如果属于所述访问系统的另一通信设备获得所述第三频带的传送权，则若所述通信设备属于所述家用系统，所述通信设备就可以获得所述第一频带的所述传送权。
13.根据权利要求6所述的通信设备，其中所述通信控制部在分配给各通信方法的所述通知阶段中监视所述控制信号，并判定属于彼此不同的通信方法的多个通信设备是否连接到所述电力线上。
14.根据权利要求5所述的通信设备，其中所述通信控制部在分配给各通信方法的所述通知阶段中监视所述控制信号的出现，并计算所述控制信号的数目，并且如果所述数目不小于预定数则在至少预定时间段内获得所述传送权。
15.根据权利要求5所述的通信设备，其中所述通信控制部在分配给各通信方法的所述通知阶段中监视所述控制信号的出现，并计算属于另一通信方法的所述控制信号的数目，并且如果所述数目不大于预定值则在至少预定时间段内获得所述传送权。
16.根据权利要求5所述的通信设备，其中所述通信控制部在分配给各通信方法的所述通知阶段中监视所述控制信号的出现，计算属于另一通信方法的所述控制信号的数目，并且如果所述数目不小于预定值，则只要所述通信设备或者属于与所述通信设备相同的通信方法的其他通信设备不能获得所述传送权，就在至少预定时间段内停止传送数据。
17.根据权利要求1所述的通信设备，还包括：
开关电路，其位于所述数据通信电路和所述电力线之间的传输线上，可以根据来自所述通信控制部的指示断开所述传输线。
18.根据权利要求1所述的通信设备，其中所述数据通信电路可使用不同于所述电力线的传输线来执行另一数据通信。
19.根据权利要求1所述的通信设备，其中如果所述通信设备不能获得所述传送权，则所述通信控制部控制在特定时间段内关断所述通信电路。
20.一种使用带有交流电的电力线的通信方法，所述通信方法包括：
基于交流电流波形的定时，产生同步信号；
基于所述同步信号的定时，控制获得传送权；并且
基于通信设备是否获得传送权，控制开关所述通信设备。
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