JP2000004184A - スペクトル拡散通信のフレーム同期確立方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】フレーム同期確立を確実にし、キャラクタの復
調を確実にするスペクトル拡散通信のフレーム同期確立
方法の開示 【解決手段】送信側において、ＰＮ系列により送信デー
タを送信する際、送信データ内のフレームに所定のＭ系
列データを送信し、受信側においては、受信信号につき
データ１用及びデータ０用のＰＮ系列の相関をとり、Ｐ
Ｎ系列の相関値の大小によりビット１、０の復調を行
う。この復調時に、受信側において、ビット同期確立
後、復調したＭ系列データと所定のＭ系列との相関を求
め、Ｍ系列との判定が成立した後に、フレームと判定し
て受信データの開始点を確定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電灯線を情報の伝
送路とする通信に好適なスペクトル拡散通信のフレーム
同期確立方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、スペクトル拡散通信方法として
は、特開平4-252531号公報が公開されている。

【０００３】このスペクトル拡散通信方法は、送信対象
となる受信側固有の同一ＰＮ系列を論理シフトし、デー
タ１，データ０にＰＮ系列を割り当てて変調した後に送
信し、受信側では受信側固有のＰＮ系列コードを有する
データ１用相関器、データ０用相関器により、受信側の
ＰＮ系列コードと伝送路上のＰＮ系列との相関をとり、
相関値の大小によりＰＮ系列をビットデータに復調して
送信データを受信するものである。

【０００４】また、電力線搬送通信調査委員会最終報告
書（昭和６１年７月電力線搬送通信調査委員会発行）に
は、スペクトル拡散通信の同期方式として調歩同期方式
が示されいる。調歩同期方式以外のキャラクタ同期の取
り方には、ＢＳＣ手順やＨＤＬＣ手順が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電灯線
通信では、大きな雑音の発生やインピーダンスの不安定
などのため伝送路の特性が劣悪であり、通信の信頼性は
あまり高いと言えず、復調データに誤りをしばしば生ず
る。このような電灯線通信に調歩同調方式を用いた場
合、フレームのスタート・ストップビットに誤りが発生
すると、キャラクタ同期がとれなくなり、そのキャラク
タ及びそれ以降のキャラクタの認識ができなくなること
がある。

【０００６】また、フレーム同期用にＨＤＬＣのような
プロトコルで使われているフラグシーケンスを採用した
場合でも、フレーム同期をとってキャラクタを認識する
ために、受信側ではフラグシーケンスの全ビット一致が
原則のため誤りは許容されない。このようにフレーム同
期の確立に失敗すると、送信されたフレーム全てを失う
こととなり、通信の信頼性が非常に低くなる。

【０００７】特開平4-252531号の方法でも、フレーム同
期をとり、キャラクタの設定を行う方法についても調歩
同期方式を用いたり、ＢＳＣ手順やＨＤＬＣ手順を用い
ると、フレーム同期が確実にとれるとは限らなかった。

【０００８】本発明は、このような問題に着目したもの
であり、フレームの判定及びキャラクタの設定を確実に
行うことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１にかかるスペクトル拡散通信のフ
レーム同期確立方法は、送信データのフレームに、受信
側のビット同期確立用のビット同期データと、送信内容
データとが含まれ、前記送信データをＰＮ系列化して送
信するスペクトル拡散通信のフレーム同期確立方法であ
って、送信時に前記ビット同期データの後ろにフレーム
同期のために所定のＭ系列からなるＭ系列データを含ま
せ、受信時に前記ビット同期データによるビット同期確
立後、復調したＭ系列データと前記所定のＭ系列との相
関を求め、前記Ｍ系列データと前記所定のＭ系列との相
関値が所定条件を満たす時に、前記フレームと判定して
受信データの開始点を確定することを特徴とする。

【００１０】本発明の請求項２のスペクトル拡散通信の
フレーム同期確立方法は、送信側において、ＰＮ系列を
シフトしてビット１を表すＰＮ１系列とビット０を表す
ＰＮ０系列とを作成し、このＰＮ１系列とＰＮ０系列に
より送信データをＰＮ系列化して送信し、受信側におい
て、受信信号に関してＰＮ１系列及びＰＮ０系列のそれ
ぞれの相関をとり、その相関値の大小関係に基づいてビ
ット１、０の復調を行うスペクトル拡散通信のフレーム
同期確立方法であって、送信側において、送信データ内
のビット同期データの後ろにフレーム同期のための所定
のＭ系列からなるＭ系列データを含ませ、受信側におい
て、ビット同期確立後、復調したＭ系列データと前記所
定のＭ系列との相関を求め、Ｍ系列との判定が成立した
後に、前記フレームと判定して受信データの開始点を確
定することを特徴とする。

【００１１】本発明の請求項３のスペクトル拡散通信の
フレーム同期確立方法は、請求項１，請求項２のいずれ
かのスペクトル拡散通信のフレーム同期確立方法におい
て、所定の時間内に前記Ｍ系列データが受信されないと
きに、フレーム同期不確立として、再度初期状態のビッ
ト同期確立を行うことを特徴とする。

【００１２】本発明の請求項４のスペクトル拡散通信装
置の送信部は、送信データをスペクトル拡散変調して電
灯線に送り出すスペクトル拡散通信装置の送信部におい
て、ビット１を表すデータ１用ＰＮ系列を発生するデー
タ１用ＰＮ系列発生器と、前記データ１用ＰＮ系列を所
定位相シフトしてビット０を表すデータ０用ＰＮ系列を
発生するデータ０用ＰＮ系列発生器と、所定のＭ系列デ
ータを発生するＭ系列発生器と、送信データのフレーム
を構成し、前記送信データと合わせて前記所定のＭ系列
データをＰＮ系列化して送信する制御部とを有すること
を特徴とする。

【００１３】本発明の請求項５のスペクトル拡散通信装
置の受信部は、電灯線から受信したスペクトル拡散通信
信号をビット１，ビット０からなるデータに復調するス
ペクトル拡散通信装置の受信部において、受信信号とビ
ットデータ１を表すデータ１用ＰＮ系列との相関をとる
データ１用相関器と、前記受信信号とビットデータ０を
表すデータ０用ＰＮ系列との相関をとるデータ０用相関
器と、前記データ１用相関器及び前記データ０用相関器
からの出力を入力し、それぞれの相関値が所定条件を満
たすときに、ビットデータ１、０を復調する復調部と、
この復調部からの復調データを入力し、この復調データ
と所定のＭ系列との相関を求め、所定のＭ系列との相関
値が所定条件を満たすときにフレーム同期確立として、
フレーム同期確立信号を出力する制御部とを有すること
を特徴とする。

【００１４】本発明の請求項６のスペクトル拡散通信装
置の受信部は、請求項５のスペクトル拡散通信装置の受
信部において、前記制御部は、前記復調データに所定の
Ｍ系列が所定時間内に受信されない場合に、スペクトル
拡散通信信号受信前の初期状態に遷移する機能を有する
ことを特徴とする。

【００１５】本発明の請求項７のスペクトル拡散通信装
置は、請求項４の送信部と、請求項５、６のいずれかの
受信部とからなることを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に，本発明の好ましい実施形態
にかかるスペクトル拡散通信装置の送信部及び受信部並
びに通信方法を図面に基づいて説明する。

【００１７】このスペクトル拡散通信のフレーム同期確
立方法は、送信側において、同一疑似雑音信号からなる
ＰＮ系列を所定位相シフトして、ビット１を表すＰＮ１
系列とビット０を表すＰＮ０系列とを作成し、このＰＮ
１系列とＰＮ０系列により送信データをＰＮ系列化して
送信する。この送信の際、送信側においては、送信デー
タ内のフレームデータの前部にフレーム同期のための所
定のＭ系列のビットデータからなるＭ系列データを送信
する。

【００１８】又、受信側においては、受信信号につきＰ
Ｎ１系列及びＰＮ０系列のそれぞれの相関をとり、ＰＮ
１系列及びＰＮ０系列のそれぞれの相関値を大小関係に
基づいてビット１、０の復調を行う。この復調の時に、
受信側において、ビット同期確立後、復調したＭ系列デ
ータと所定のＭ系列との相関を求め、Ｍ系列との判定が
成立した後に、フレームと判定して復調を行う。

【００１９】このように、送信データのフレームを構成
するように、送信データにＭ系列を含ませて送信し、受
信側では復調した受信データにＭ系列が含まれているか
どうかを判断し、Ｍ系列の存在が確認されることをもっ
てフレーム同期確立を判断する。この際に、Ｍ系列は自
己相関が高いので、復調時に誤りが発生しても、受信デ
ータの開始を認識してフレーム同期を正しくとることが
でき、キャラクタの設定ができる。この送信データに含
ませるＭ系列にはあまり長いものを使う必要がないの
で、高速にフレーム同期確立が行うことができる。

【００２０】図１は本発明の実施形態にかかるスペクト
ル拡散通信装置の送信部を示す。

【００２１】制御部１には送信データが入力される。こ
の送信データは、この実施形態の伝送制御方式では図７
に示すように、ヘッダ２とデータ３とで構成され、ヘッ
ダ２はビット同期確立部４とフレーム同期用Ｍ系列５と
からなる。

【００２２】ビット同期確立部４は送信先固有のデータ
１用のＰＮ１系列の連続で構成され、フレーム同期用Ｍ
系列５は、所定の１，０のビット列で構成される。

【００２３】制御部１には、送信データ中にＭ系列発生
器６が接続されており、送信データのビット同期確立部
４の時系列的後部であってデータ３との間にＭ系列５を
挿入する。フレーム同期用のＭ系列は、シフトレジスタ
とその帰還回路で作成でき、例えば７ビットＭ系列であ
れば１１１０１００、１５ビットＭ系列であれば１１１
１０１０１１００１０００、３１ビットＭ系列であれば
１１１１１００１１０１００１０００００１０１０１１
１０１１０００等である。同じビット数のＭ系列はこれ
以外のものも知られている。シフトレジスタの段数をｋ
とするとＭ系列の周期は２^k-１である。

【００２４】送信部の制御部１は送信データに併せてＭ
系列を送信する。この送信方法は、図１のように、Ｍ系
列発生器６を用いても良いが、メモリにあらかじめ記憶
させていても良い。送信データを送信するときは、送信
データと組み合わせてフレームを構成し、各ビットをＰ
Ｎ１、ＰＮ０で変調して電灯線に送る。図７はビット同
期用にＰＮ１を用いた場合についてのフレームの構成を
示す。フレーム同期用のヘッダはＭ系列を用いるが、Ｍ
系列の配置位置は必ずしもデータの前である必要はな
い。受信部側に十分なメモリがあり、このＭ系列が認識
できる構成であれば、データの途中や終わりにあっても
良い。ただし、ビット同期用ヘッダ４はスペクトル拡散
通信信号を認識するものであるから、フレームの最初に
配置される必要がある。

【００２５】制御部１の出力は、ＰＮ系列発生器７とシ
フトレジスタ８とを選択するセレクタ９に入力され、セ
レクタ９は制御部１からのビット列１，０に対応してデ
ータ１を表すＰＮ１系列発生器７とシフトレジスタ８の
出力を選択する。シフトレジスタ８からはＰＮ１系列発
生器７からのＰＮ１系列を所定位相だけ論理シフトして
ＰＮ０系列を出力する。セレクタ９では、制御部１から
の出力データビットが１の場合ＰＮ１系列発生器７を選
択し、制御部１からの出力データビットが０の場合、シ
フトレジスタ８を選択する。セレクタ９の出力は電灯線
搬送用のインターフェース（図示省略）に出力され電灯
線伝送路に送られる。

【００２６】ＰＮ１系列発生器７は、図２に示すよう
に、５段シフトレジスタ１０、ＥＸＯＲゲート１１，１
２、アンドゲート１３からなり、シフトレジスタ１０の
第１段レジスタ１０Ａにはクロックイネーブル信号とク
ロック信号及びＥＸＯＲゲート１２の出力が入力され
る。また、シフトレジスタ１０の格段のレジスタ１０Ａ
〜１０Ｅにはセット端子１４Ａ〜１４ＥからＭ系列の初
期値である所定のビット列が入力される。レジスタ１０
Ａ〜１０Ｅはクロックイネーブル信号によりクロック信
号を入力可能となり、クロック信号により第１段レジス
タ１０Ａから第２段レジスタ１０Ｂ〜第５段レジスタ１
０Ｅへと移動する。第５段レジスタ１０Ｅの出力と第２
段レジスタ１０Ｂの出力はＥＸＯＲゲート１２に入力さ
れ、ＥＸＯＲゲート１２の出力は第１段レジスタ１０Ａ
に入力される。又、ＥＸＯＲゲート１１には第５段レジ
スタ１０Ｅの出力とクロック信号が入力され、ＥＸＯＲ
ゲート１１からマンチェスタ符号化されたＭ系列が出力
される。

【００２７】図３は、本発明の実施形態にかかるスペク
トル拡散通信装置の受信部を示す。

【００２８】スペクトル拡散通信装置の受信部には、電
灯線からの受信信号が入力され、受信信号は復調部２０
において復調される。復調部２０の構成を図５に示す。
図５において、ＰＮ１系列用相関器２１，ＰＮ０系列用
相関器２２では、送信部で用いたものと同じＰＮ１系列
及びＰＮ０系列との相関がとられる。図６は、例えばＰ
Ｎ１系列相関器２１の一例を示す。ＰＮ０系列相関器２
２の構成もＰＮ１系列相関器２１と同様である。ＰＮ１
系列相関器２１は、ＰＮ１系列の１周期に相当する個数
のレジスタからなるシフトレジスタ２３とシフトレジス
タ２３に相対するＰＮコードパターン２４とを備え、シ
フトレジスタ２３とＰＮコードパターン２４とが比較さ
れて一致した個数が加算器２５にて加算される。ここで
相関値の定義通り一致した個数でも良いし、不一致の個
数でも良い。加算器２５の加算結果は、相関出力として
図５のデータ判定部２６及び同期制御部２７に出力され
る。データ判定部２６は、同期制御部２７からの周期信
号によりＰＮ系列の所定のクロック領域において、相関
器２１，２２からの加算結果を大小関係に基づいて比較
し、大きい方に対応するビット１，０を受信データとし
て出力する。

【００２９】データ判定部２６にて復調された復調デー
タは、図３の受信部側の制御部２８に入力される。制御
部２８はＭ系列判定部２９を備えている。図４にＭ系列
判定部２９の一構成例を示す。Ｍ系列判定部２９はシフ
トレジスタ３０とＭ系列パターン３１と加算器３２とコ
ンパレータ３３からなる。シフトレジスタ３０は、Ｍ系
列データのビット個数相当のレジスタからなり、復調デ
ータのビット列がクロック毎に順次入力される。Ｍ系列
パターン３１は、Ｍ系列データを有するレジスタからな
る。シフトレジスタ３０とＭ系列パターン３１との一致
個数は加算器３２において相関値の個数として加算され
る。この加算結果はコンパレータ３３の所定値との大小
関係により、Ｍ系列を受信したかどうかを判断され、コ
ンパレータ３３の所定値以上になるとＭ系列判定信号が
制御部２８に出力される。制御部２８はＭ系列判定信号
を元にしてフレーム同期確立信号を出力する。

【００３０】このＭ系列の自己相関関数は図８に示すよ
うになる。所定値は全ビット一致でも良いが、伝送路の
状況に応じて数ビットの誤りを許容しても良い。

【００３１】Ｍ系列の一例としては、１５ビットＭ系列
111101011001000を用い、誤りの許容を２ビットまでと
する。すなわち所定値を１３と設定している。なお、誤
りの許容数は、電灯線の状況に応じて決められるので、
必ずしも２ビットに限られるものではなく、１ビットや
３ビット以上の時もあり得る。ビット同期後、11110101
0001100が復調されると、加算器の出力は１３となり
（ビットが一致したとき１、不一致の時０が加算器に入
力されるとする。）、Ｍ系列判定信号が出力される。11
0101011101001のときは加算器の出力は１２となり、Ｍ
系列判定信号は出力されない。

【００３２】制御部２８はビット同期確立後、Ｍ系列判
定信号が出力されると、適切なタイミングでフレーム同
期確立信号をアクティブにし、図示しないＣＰＵ等に知
らせる。ＣＰＵはこのフレーム同期確立信号を元にして
データの開始点を決めキャラクタを設定・認識し、機器
のオン・オフ制御など定められた処理を行う。

【００３３】ＣＰＵがパラレルでデータを扱う場合（４
ビット、８ビット、１６ビット等）、Ｍ系列を長くする
と、通信時間が長くなり、フレーム同期確立までの時間
も長くなるので、Ｍ系列は短いほうが良い。また、Ｍ系
列を長くしても、復調したＭ系列中に発生するビット誤
りも増えるので、図４のしきい値もそれに合わせて下が
るだけで、フレーム同期をとるという効果そのものの向
上は期待できないが、Ｍ系列を短くすると、フレーム同
期において誤同期する確率が増える。これらのことによ
り、好ましいＭ系列の範囲としては７〜３１ビットのＭ
系列であり、より好ましくは、１５ビットのＭ系列であ
る。

【００３４】制御部２８は、あらかじめ決められた時間
又は復調データビット数に達するまでに、Ｍ系列判定信
号が得られなかったら、ビット同期の誤同期又はフレー
ム同期の失敗として現在のスペクトル拡散通信信号受信
を中止し、再度ビット同期確立の処理である受信初期状
態に遷移する。

【００３５】

【発明の効果】本発明の請求項１、２のスペクトル拡散
通信のフレーム同期確立方法及び請求項７のスペクトル
拡散通信装置によれば、送信データのフレームを構成す
るように、送信データにＭ系列を含ませて送信し、受信
側では復調した受信データにＭ系列が含まれているかど
うかを判断し、Ｍ系列の存在が確認されることをもって
フレーム同期確立を判断すると、Ｍ系列は自己相関が高
いので、復調時に誤りが発生しても、受信データの開始
を認識してフレーム同期を正しくとることができ、キャ
ラクタの設定ができる。この送信データに含ませるＭ系
列にはあまり長いものを使う必要がないので、高速にフ
レーム同期確立を行うことができる。

【００３６】本発明の請求項３のスペクトル拡散通信の
フレーム同期確立方法及び請求項６のスペクトル拡散通
信装置によれば、所定時間内にＭ系列データが見つから
ない場合には、再度初期状態に戻って送信データのフレ
ーム同期確立を行うことができる。

【００３７】本発明の請求項４のスペクトル拡散通信装
置の送信部によれば、送信データのフレームに所定のＭ
系列データを含ませることができ、受信側においてフレ
ーム同期確立を確実に行うことができる。

【００３８】本発明の請求項５、６のスペクトル拡散通
信装置の受信部によれば、送信データに含まれる所定の
Ｍ系列データを見付けることにより、フレーム同期確立
を確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態のスペクトル拡散通信装置
の送信部のブロック回路図

【図２】図１のＰＮ系列発生器のブロック回路図

【図３】本発明の１実施形態のスペクトル拡散通信装置
の受信部のブロック回路図

【図４】図３の受信部のＭ系列判定部のブロック回路図

【図５】図３の復調部のブロック回路図

【図６】図５のＰＮ系列相関器のブロック回路図

【図７】図１の送信部から送信される送信データのフレ
ーム構造を示す説明図

【図８】Ｍ系列の自己相関波形を示す図

【符号の説明】

１ 制御部 ２ ヘッダ ３ データ ４ ビット同期部 ５ Ｍ系列データ部 ６ Ｍ系列発生器 ２０ 復調部 ２８ 制御部 ２９ Ｍ系列判定部 ３０ シフトレジスタ ３１ Ｍ系列パターン ３２ 加算器 ３３ コンパレータ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送信データのフレームに、受信側のビット
   同期確立用のビット同期データと、送信内容データとが
   含まれ、前記送信データをＰＮ系列化して送信するスペ
   クトル拡散通信のフレーム同期確立方法であって、 送信時に前記ビット同期データの後ろにフレーム同期の
   ために所定のＭ系列からなるＭ系列データを含ませ、 受信時に前記ビット同期データによるビット同期確立
   後、復調したＭ系列データと前記所定のＭ系列との相関
   を求め、前記Ｍ系列データと前記所定のＭ系列との相関
   値が所定条件を満たす時に、前記フレームと判定して受
   信データの開始点を確定することを特徴とするスペクト
   ル拡散通信のフレーム同期確立方法。
2. 【請求項２】送信側において、ＰＮ系列をシフトしてビ
   ット１を表すＰＮ１系列とビット０を表すＰＮ０系列と
   を作成し、このＰＮ１系列とＰＮ０系列により送信デー
   タをＰＮ系列化して送信し、 受信側において、受信信号に関してＰＮ１系列及びＰＮ
   ０系列のそれぞれの相関をとり、その相関値の大小関係
   に基づいてビット１、０の復調を行うスペクトル拡散通
   信のフレーム同期確立方法であって、 送信側において、送信データ内のビット同期データの後
   ろにフレーム同期のための所定のＭ系列からなるＭ系列
   データを含ませ、 受信側において、ビット同期確立後、復調したＭ系列デ
   ータと前記所定のＭ系列との相関を求め、Ｍ系列との判
   定が成立した後に、前記フレームと判定して受信データ
   の開始点を確定することを特徴とするスペクトル拡散通
   信のフレーム同期確立方法。
3. 【請求項３】請求項１，請求項２のいずれかのスペクト
   ル拡散通信のフレーム同期確立方法において、 所定の時間内に前記Ｍ系列データが受信されないとき
   に、フレーム同期不確立として、再度初期状態のビット
   同期確立を行うことを特徴とするスペクトル拡散通信の
   フレーム同期確立方法。
4. 【請求項４】送信データをスペクトル拡散変調して電灯
   線に送り出すスペクトル拡散通信装置の送信部におい
   て、 ビット１を表すデータ１用ＰＮ系列を発生するデータ１
   用ＰＮ系列発生器と、 前記データ１用ＰＮ系列を所定位相シフトしてビット０
   を表すデータ０用ＰＮ系列を発生するデータ０用ＰＮ系
   列発生器と、 所定のＭ系列データを発生するＭ系列発生器と、 送信データのフレームを構成し、前記送信データと合わ
   せて前記所定のＭ系列データをＰＮ系列化して送信する
   制御部とを有することを特徴とするスペクトル拡散通信
   装置の送信部。
5. 【請求項５】電灯線から受信したスペクトル拡散通信信
   号をビット１，ビット０からなるデータに復調するスペ
   クトル拡散通信装置の受信部において、 受信信号とビットデータ１を表すデータ１用ＰＮ系列と
   の相関をとるデータ１用相関器と、 前記受信信号とビットデータ０を表すデータ０用ＰＮ系
   列との相関をとるデータ０用相関器と、 前記データ１用相関器及び前記データ０用相関器からの
   出力を入力し、それぞれの相関値が所定条件を満たすと
   きに、ビットデータ１、０を復調する復調部と、 この復調部からの復調データを入力し、この復調データ
   と所定のＭ系列との相関を求め、所定のＭ系列との相関
   値が所定条件を満たすときにフレーム同期確立として、
   フレーム同期確立信号を出力する制御部とを有すること
   を特徴とするスペクトル拡散通信装置の受信部。
6. 【請求項６】請求項５のスペクトル拡散通信装置の受信
   部において、 前記制御部は、前記復調データに所定のＭ系列が所定時
   間内に受信されない場合に、スペクトル拡散通信信号受
   信前の初期状態に遷移する機能を有することを特徴とす
   るスペクトル拡散通信装置の受信部。
7. 【請求項７】請求項４の送信部と、請求項５、６のいず
   れかの受信部とからなることを特徴とするスペクトル拡
   散通信装置。