JP2002077099A

JP2002077099A - 通信装置および通信方法

Info

Publication number: JP2002077099A
Application number: JP2000265890A
Authority: JP
Inventors: Wataru Matsumoto; 渉松本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2002-03-15

Abstract

(57)【要約】【課題】同一ネットワーク上で、低コストで実現でき
る低速モードと、利便性の高い高速モードと、を共存さ
せることが可能な通信装置を得ること。【解決手段】低速モードで動作する通信装置が、「２
ｍ（ｎ＋１／２）」を満たす所定のパイロットトーンを
サンプリング／抽出する構成と、新しいサンプルデータ
が得られる度に、最新の１シンボル長のサンプルデータ
を１／１７シンボル長単位に反転させて同期加算を行
い、その後、当該同期加算結果におけるサンプリング位
置の絶対値を加算し、当該加算結果を、シンボル境界判
定値として出力するシンボル境界判定値算出器２１と、
前記シンボル境界判定値が１シンボル期間で最大となる
タイミングを検出し、当該タイミングを、高速モードで
動作する通信装置とのシンボルタイミングとするシンボ
ル境界判定器２２と、を備える構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マルチキャリア変
復調方式を採用する通信装置に関するものであり、特
に、ＤＭＴ（Discrete Multi Tone）変復調方式やＯＦ
ＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）変
復調方式等により、既存の通信回線を用いたデータ通信
を実現可能とする通信装置および通信方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】以下、従来の通信装置について説明す
る。近年、コスト削減や既存の設備を有効利用のため、
新たな通信線を増設することなく、既存の電力線（電灯
線）を利用して通信を行う「電力線モデム」が注目され
ている。この電力線モデムは、電力線により接続されて
いる家庭内外、ビル、工場、および店舗等の電気製品を
ネットワーク化することにより、その製品の制御やデー
タ通信等のさまざまな処理を行う。

【０００３】現在、このような電力線モデムとしては、
ＳＳ（Spread Spectrum）方式を用いたものが考えられ
ている。たとえば、電力線モデムとして、ＳＳ方式を用
いた場合、送信側では、所定の情報を変調後、さらに
「拡散符号」を用いて拡散変調を行うことにより、信号
の帯域を数十〜数千倍に広げて送信する。一方、受信側
では、送信側と同一の拡散符号を用いて拡散復調（逆拡
散）を行い、その後、逆拡散後の信号を上記所定の情報
に復調する。

【０００４】この場合、ＳＳ方式に望ましい拡散符号と
しては、一般的に、自己相関特性に鋭いピークを持ち、
かつ相互相関特性が小さいＭ系列（Maximum-length lin
earshift-register sequence）が用いられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記、
ＳＳ方式を用いた従来の電力線モデムにおいては、たと
えば、与えられた帯域を埋め尽くすスペクトラムを送出
してしまうため、すなわち、法規制上使用可能な周波数
帯域：１０ＫＨｚ〜４５０ＫＨｚを埋め尽くすスペクト
ラムを送出してしまうため、他の通信方式との共存が難
しく、さらに、使用帯域に対する転送レートが低い（拡
張性も低い）、という問題があった。

【０００６】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
って、同一ネットワーク上で、低コストで実現できる低
速モードと、利便性の高い高速モードと、を共存させる
ことが可能な通信装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明にかかる通信装置にあっ
ては、高速モードで動作する通信装置とのシンボル同期
を確立するための、「２ｍ（ｎ＋１／２）」（ｎ、ｍは
自然数）を満たす所定のパイロットトーンをサンプリン
グ／抽出可能な構成を備え、さらに、新しいサンプルデ
ータが得られる度に、最新の１シンボル長のサンプルデ
ータを１／（２ｍ＋１）シンボル長単位に反転させて同
期加算を行い、その後、当該同期加算結果におけるサン
プリング位置の絶対値を加算し、当該加算結果を、シン
ボル境界判定値として出力するシンボル境界判定値出力
手段（後述する実施の形態のシンボル境界判定値算出器
２１に相当）と、前記シンボル境界判定値が１シンボル
期間で最大となるタイミングを検出し、当該タイミング
を、高速モードで動作する通信装置とのシンボルタイミ
ングとするシンボルタイミング決定手段（シンボル境界
判定器２２に相当）と、を備えることを特徴とする。

【０００８】つぎの発明にかかる通信装置において、前
記シンボルタイミング決定手段は、前記１シンボル長に
わたって計算したシンボル境界判定値をさらに複数シン
ボル間にわたって同期加算（平均化）し、当該同期加算
結果が１シンボル期間で最大となるタイミングを検出
し、当該タイミングを、高速モードで動作する通信装置
とのシンボルタイミングとすることを特徴とする。

【０００９】つぎの発明にかかる通信装置にあっては、
「２ｍ（ｎ＋１／２）」（ｎ、ｍは自然数）を満たす複
数のトーンのなかから少なくともいずれか一本のトーン
をパイロットトーンとして使用し、当該パイロットトー
ンに、シンボル周期単位に同相の正弦波信号をのせて出
力する送信手段、を備えることを特徴とする。

【００１０】つぎの発明にかかる通信方法にあっては、
高速モードで動作する通信装置とのシンボル同期を確立
するための、「２ｍ（ｎ＋１／２）」（ｎ、ｍは自然
数）を満たす所定のパイロットトーンをサンプリングす
るサンプリングステップ（図８（ａ）に相当）と、新し
いサンプルデータが得られる度に、最新の１シンボル長
のサンプルデータを１／（２ｍ＋１）シンボル長単位に
反転させて同期加算を行い、その後、当該同期加算結果
におけるサンプリング位置の絶対値を加算し、当該加算
結果を、シンボル境界判定値とするシンボル境界判定値
生成ステップ（図８（ｂ），（ｃ），（ｄ）に相当）
と、前記シンボル境界判定値が１シンボル期間で最大と
なるタイミングを検出し、当該タイミングを、高速モー
ドで動作する通信装置とのシンボルタイミングとするシ
ンボルタイミング決定ステップ（図８（ｄ）に相当）
と、を含むことを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかる通信装置
の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、
この実施の形態によりこの発明が限定されるものではな
い。すなわち、マルチキャリア変復調方式によりデータ
通信を行う通信装置であれば、電力線モデム以外にも適
用可能である。

【００１２】実施の形態１．本実施の形態では、既存の
電力線を利用した通信装置として、たとえば、マルチキ
ャリア変復調方式を採用する電力線モデムについて説明
する。電力線モデムにおいては、たとえば、１２８トー
ンのＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multip
lexing）信号を送受信する場合、２５６個の複素ＩＦＦ
Ｔを用いて、１２８個のＤＱＰＳＫデータまたはＤＢＰ
ＳＫデータを時間軸データに変換する。したがって、キ
ャリア間隔をΔｆ＝４．３１２５ＫＨｚとした場合に
は、０〜５５２ＫＨｚまでの帯域が使用されることにな
る。

【００１３】また、本実施の形態においては、１２８ト
ーンのＯＦＤＭ信号を送受信する場合、後述する低速モ
ードで動作する電力線モデムが、１６トーン毎に配置さ
れた５本の狭帯域搬送波周波数のキャリア、たとえば、
トーン３２，４８，６４，８０，９６を用いてデータの
通信を行い、高速モードで動作する電力線モデムが、残
りのトーンを用いてデータの通信を行う。

【００１４】図１は、本発明にかかる通信装置の構成を
示す図である。具体的にいうと、低速モードで動作可能
な通信装置の構成を示す図である。図１において、１は
フレーミング回路であり、２は一次変調器であり、３は
トーン選択器であり、４は逆高速フーリエ変換回路（Ｉ
ＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform）であり、５
はパラレル／シリアル変換回路（Ｐ／Ｓ）であり、６は
ディジタル／アナログ変換回路（Ｄ／Ａ）であり、７は
伝送路（電力線）であり、８は結合回路であり、１０は
制御回路であり、１１はデフレーミング回路であり、１
２は一次復調器であり、１３はトーン選択器であり、１
４は高速フーリエ変換回路（ＦＦＴ：Fast Fourier Tra
nsform）であり、１５はシリアル／パラレル変換回路
（Ｓ／Ｐ）であり、１６はアナログ／ディジタル変換回
路（Ａ／Ｄ）であり、１７はキャリア検出器であり、２
１はシンボル境界判定値算出器であり、２２はシンボル
境界判定器であり、２３は同期トーン選択器である。

【００１５】そして、フレーミング回路１、一次変調器
２、トーン選択器３、ＩＦＦＴ４、Ｐ／Ｓ５、Ｄ／Ａ６
で送信系を構成し、Ａ／Ｄ１６、Ｓ／Ｐ１５、ＦＦＴ１
４、トーン選択器１３、一次復調器１２、デフレーミン
グ回路１１、シンボル境界判定値算出器２１、シンボル
境界判定器２２、同期トーン選択器２３で受信系を構成
する。

【００１６】以下、送信系および受信系の基本的な動作
を図面にしたがって説明する。まず、送信系の動作につ
いて説明する。たとえば、上記通信装置（電力線モデ
ム）に接続されたデータ処理装置（図示せず）から送信
データが入力されると、フレーミング回路１では、後述
の図２に示すフレーミング処理を行い、そのフレームを
一次変調器２に出力する。そして、一次変調器２では、
受け取ったフレームを、制御回路１０からの一次変調／
復調方式選択情報により指示された方式で変調し、低速
モードで使用する上記各トーンに同一フレームを符号化
してトーン選択器３へ出力する。

【００１７】その後、トーン選択器３では、制御回路１
０からの情報に基づいて、たとえば、トーン４８，６
４，８０の３個のトーンを選択して、ＩＦＦＴ４へ出力
する。そして、ＩＦＦＴ４では、受け取った３個のトー
ン４８，６４，８０を逆フーリエ変換することで周波数
軸データを時間軸データに変換してＰ／Ｓ５へ出力す
る。

【００１８】Ｐ／Ｓ５では、ＩＦＦＴ４から出力された
パラレルデータをシリアルデータに変換し、さらに、そ
のシリアルデータをＤ／Ａ６へ出力し、最後に、Ｄ／Ａ
６では、そのシリアルデータに対してディジタル／アナ
ログ変換を行い、そのアナログ信号を、結合回路８およ
び伝送路７を介して、伝送路７に接続された他の通信装
置（図示せず）へ送信する。

【００１９】その結果、伝送路７上には、周波数軸上で
周波数間隔が１６トーンである３個のトーンに載せられ
た、同一のマルチキャリアデータが出力されることにな
る。これにより、このデータを受信する側の通信装置で
は、ノイズがある周波数帯域に集中した場合において
も、周波数間隔が１６トーンである３個の同一マルチキ
ャリアデータが送信されているため、周波数間隔が空い
ている分だけ、シングルキャリアの電力線通信よりも電
力線ノイズに強いデータ通信が可能となる。

【００２０】つぎに、受信系の動作について説明する。
なお、ここでは、説明の便宜上、伝送路７に通信装置が
１台しか接続されていないので、図１の受信系の構成を
用いて説明を行う。まず、上述のように送信系からマル
チキャリアデータが送信されると、他の通信装置の受信
系では、送信系の動作とは逆の動作を行い、データを復
調する。具体的にいうと、送信側の通信装置から送られ
てきた３個のマルチキャリアデータを、結合回路８を介
して取り込み、Ａ／Ｄ１６が、アナログ／ディジタル変
換を行う。続いて、キャリア検出器１７が、キャリアセ
ンスおよびトーン検定によりキャリア検出用フィールド
を検出し、さらに、同期トーン選択器２３が、制御回路
１０からの情報により、同期処理を行うために必要とな
るトーンを選択する。

【００２１】そして、シンボル境界判定値算出器２１で
は、選択されたトーンの信号に基づいて、シンボル境界
判定値を算出し、さらに、シンボル境界判定器２２で
は、算出されたシンボル境界判定値に基づいて、シンボ
ル境界を判定してシンボル同期を確立する。その後、Ｓ
／Ｐ１５では、同期が確立されたシンボルタイミングに
基づいて、ディジタルデータに変換されたシリアルデー
タをパラレルデータに変換し、そのデータをＦＦＴ１４
へ出力する。

【００２２】ＦＦＴ１４では、前記パラレルデータに対
してフーリエ変換を行うことにより、時間軸のマルチキ
ャリア信号を周波数軸上のデータに変換し、その周波数
軸データをトーン選択器１３へ出力する。その後、トー
ン選択器１３では、制御回路１０によって指定された複
数のトーンを選択し、それを一次復調器１２に出力し、
一次復調器１２では、受け取った複数のトーン上のデー
タを、制御回路１０からの一次変調／復調方式選択情報
で指定された一次変調方式で復調する。

【００２３】最後に、デフレーミング回路１１では、一
次復調後のデータから、送信フレーム内のデータ（図２
参照）のみを切り出すデフレーミング処理を行うこと
で、受信データを生成し、この通信装置に接続された機
器（図示せず）にその受信データを出力する。なお、デ
フレーミング処理とは、フレーミング回路１によるフレ
ーミング処理とは逆の処理であり、一次復調されたデー
タのフレームから、後述のプリアンブル（１）、
（２）、および制御コードを分離して、データフィール
ドのみを合成する処理、すなわち、受信データをもとの
送信データの形に再構成する処理のことをいう。

【００２４】図２は、上記フレーミング回路１によるフ
レーミング処理で生成されるフレームの構成と、そのフ
レームにおけるＰＯＣ（Power Line Communication Ove
rhead Control Field）フィールドの構成を示す図であ
る。図２に示すフレームは、キャリア検出用の信号の領
域であるプリアンブル（１）フィールドと、シンボル同
期用の信号の領域であるプリアンブル（２）フィールド
と、予め定められた固定コードの領域である同期コード
フィールドと、データフィールドの長さを示す信号の領
域であるＦｒａｍｅＴｙｐｅ（ＦＴ）フィールドと、住
宅識別用コードの領域であるＨｏｕｓｅＣｏｄｅ（Ｈ
Ｃ）フィールドと、物理層で使用する制御コマンドの領
域であるＰＯＣフィールドと、ＦＴ，ＨＣ，ＰＯＣに対
する誤り訂正符号の領域であるＲ−Ｓ符号フィールド
と、データフィールドから構成され、このフレームがフ
レーミング回路１にて生成され、前述の処理で変調後、
伝送路７に出力される。なお、本実施の形態において
は、たとえば、上記プリアンブル（１）を同一データの
繰り返しパターンとし、上記プリアンブル（２）を反転
データの繰り返しパターン（シンボル周期単位にデータ
を反転させるパターン）とする。

【００２５】また、伝送路上のフレームは、伝送路に接
続されたすべての通信装置で受け取られ、制御回路１０
では、ＨＣの識別を行った上で自家のＨＣと一致した場
合、伝送路上に送信されているデータが自分宛てである
と判断し、後続のデータフィールドの内容を理解する。
また、自家のＨＣと一致しない場合は、動作を行わな
い。

【００２６】一方、ＰＯＣは、たとえば、通信の速度
（たとえば、低速モード、高速モード等）を設定する通
信モードフィールドと、選択可能な変調方式（たとえ
ば、ＤＱＰＳＫ，ＤＢＰＳＫ，ＤＢＰＳＫ＋時間ダイバ
ーシチ等）を示す変調方式フィールドと、制御コマンド
（通常動作、変更動作）を示すコマンドフィールドと、
制御コマンドの機能を示すサブコマンドと、各機能の設
定情報を示すコマンド引数と、拡張ビットから構成され
る。

【００２７】図３は、低速モードで動作する通信装置が
データ通信に用いるトーンを示す図である。たとえば、
上記通信装置においては、４．３１２５ｋＨｚ間隔の１
２本（＃０〜＃１２７）のトーンを想定し、１６本間隔
で選び出した図示の５本のトーンを使用してデータ通信
を行う。

【００２８】また、図４は、図２に示すプリアンブル
（１）の伝送路上の状態と、ＦＦＴに入力されるシンボ
ルの単位を示す図であり、図５は、図２に示すプリアン
ブル（２）以降の伝送路上の状態と、ＦＦＴに入力され
るシンボルの単位を示す図である。

【００２９】たとえば、本実施の形態において、プリア
ンブル（１）以外は、図５に示すとおり、１６サンプル
のサイクリックプレフィックス（ＣＰ）と、２５６サン
プルのデータ部分で構成され、１シンボルが２７２サン
プルとなる。したがって、受信側では、既知のタイミン
グで挿入されたＣＰを削除した状態（図５の“復調ＦＦ
Ｔへ”に相当）でデータの復調を行う。なお、上記デー
タ部分とは、通信の最小単位であり、特定の周波数のト
ーン（たとえば、トーン３２）と、そのトーンの定数倍
の周波数を持つ２本のトーン（たとえば、トーン４８、
６４）の合成波を、２５６点サンプルで表現したもので
ある。また、ＣＰとは、シンボル間干渉を防ぐためにシ
ンボル間に挿入されるものであり、データ部分の終端１
６サンプルを複製して貼り付けたものであり、これによ
り、ＣＰとデータ部分が連続的な波形となる。

【００３０】一方、プリアンプル（１）は、ＣＰを含ま
ない２５６サンプルのデータ部分だけで構成される連続
的な波形である。受信側では、上記プリアンプル（２）
以降の信号と同様の構成でデータの復調を行うため、た
とえば、一定のオフセット（ＣＰ分：１６サンプル）で
データの復調を行う（図４の“復調ＦＦＴへ”に相
当）。

【００３１】以下、低速モードで動作する通信装置間で
データ通信を行う場合の受信系の動作を詳細に説明す
る。なお、ここでは、シンボル周波数ＦをＦ＝４ｋＨｚ
とし、Ｄ／Ａ６およびＡ／Ｄ１６のサンプリング周波数
ＳをＳ＝１．０２４ＭＨｚとする。この場合、１シンボ
ル時間の信号は、Ｓ／Ｆ（２５６サンプル）＋ＣＰ（１
６サンプル）＝２７２サンプルで構成されることにな
る。ここでいうシンボルとは、通信の最小単位であり、
たとえば、通信に使用する複数トーンの合成波を、２７
２個のサンプルデータで表現したものである。

【００３２】また、ＩＦＦＴ４およびＦＦＴ１４が２５
６サンプルに対応する場合、生成可能なトーン周波数
は、Ｆ×ｘ（ｘ＝１〜１２８）となり、１２８本のトー
ンが利用可能となる。本実施の形態では、利用可能な１
２８本のトーンの中から任意に選択される１本、または
複数本のトーンを用いて通信を行う。さらに、伝送路上
において、図２のフレーム構成で示したプリアンブル
（２）フィールドは、シンボル周期単位に位相をπだけ
変化させた信号、すなわち、シンボル周期単位に反転さ
せた各トーン上の信号を合成した状態になっている。

【００３３】このような状態で、まず、通信装置の受信
系では、伝送路上の信号を、Ａ／Ｄ１６にて２７２点サ
ンプリングを行うことにより取り込む。その後、Ａ／Ｄ
変換後のデータは、キャリア検出器１７、Ｓ／Ｐ１５、
およびシンボル境界判定値算出器２１に入力される。

【００３４】つぎに、キャリア検出器１７では、受け取
ったディジタル信号に基づいて、キャリア検出用の信号
であるプリアンブル（１）の有無を判定する。ここで、
キャリア検出器１７の判定により、キャリア検出用の信
号があると判断された場合は、制御回路１０の指示で処
理が切り替えられ、以降、シンボル同期処理を行う。

【００３５】つぎに、シンボル境界判定値算出器２１で
は、後続のシンボル同期用の信号であるプリアンブル
（２）を用いて、シンボル境界の判定に必要な判定値を
算出する。なお、同期トーン選択器２３では、制御回路
１０の指示で、複数のトーンの中から１本のトーンを選
択する（以降、同期トーンと呼ぶ）。選択されたトーン
の周波数が、たとえば、シンボル周波数のＮ倍のトーン
であった場合、シンボル境界判定値算出器２１では、過
去Ｓ／Ｆ＋ＣＰ＝２７２個のサンプルデータをバッファ
リングし、後述するシンボル境界判定値を算出する。た
だし、ここでは、バッファの先頭の内容をＤ₀とし、さ
らに、最後の内容をＤ_(S/F+CP)-1とする。シンボル境界
判定値は、新しいサンプルデータが得られる度に、最新
のＳ／Ｆ＋ＣＰ＝２７２個のサンプルデータを用いて算
出する。

【００３６】つぎに、シンボル境界判定器２２では、送
信側のシンボルタイミングとは無関係にシンボルタイミ
ング（ただし、シンボル周期は送信側と同一）を生成
し、たとえば、過去Ｓ／Ｆ＋ＣＰ＝２７２回分のシンボ
ル境界判定値の最大値が、どのタイミングで発生したか
を検索し、検索されたタイミングを用いてシンボル同期
を確立する。

【００３７】図６は、上記シンボル同期の確立方法の具
体例を示す図である。ここでは、通信に使用するトーン
として、たとえば、シンボル周波数Ｆの４８倍、６４
倍、８０倍の周波数をもつ３本のトーンを使用し、さら
に、同期トーンとして、１６倍トーン（トーン１６）が
選択された場合（Ｎ＝１６）について説明する。なお、
シンボル同期用の信号は、前述したように、シンボル周
期単位に反転させた信号である。

【００３８】図６（ａ）は、複数トーンの合成波から、
同期トーンだけを表現したものである。図６（ａ）にお
いて、同期トーン上の信号は、１シンボル期間内に１７
周期分の正弦波信号を含むため、１シンボルをＳ／Ｆ＋
ＣＰ＝２７２点でサンプリングしている場合、１６サン
プルで１周期となり、１６サンプル毎に同一の値を持
つ。

【００３９】まず、シンボル境界判定値算出器２１で
は、新しいサンプルデータが得られる度に、最新のＳ／
Ｆ＋ＣＰ＝２７２個のサンプルデータを用いて同期加算
を行う。すなわち、図示のとおり、１６サンプル単位
に、かつ１シンボル長の範囲で同期加算を行う。

【００４０】図６（ｂ）は、シンボル境界判定値の算出
範囲を示す図であり、図６（ｃ）は、同期加算結果の一
例を示す図であり、図６（ｄ）は、同期加算結果におけ
るサンプルデータの絶対値の加算結果、すなわち、シン
ボル境界判定値を示す図である。図示のように、シンボ
ル境界判定値の算出範囲がＡの場合（図６（ｂ）参照）
は、同期トーンの信号が強調され、振幅が１７倍となる
１周期分の同期加算結果を得ることができる（図６
（ｃ）Ａ´参照）。また、この場合、シンボル境界判定
値が最大となる（図６（ｄ）参照）。そして、シンボル
境界判定値の算出範囲がＡからずれる程に、シンボル同
期用の信号の反転成分により、シンボル境界判定値が段
階的に減少する。なお、選択された同期トーン（Ｎ＝１
６）以外のトーンの信号成分については、同期加算によ
り打ち消され、その値が０となる。

【００４１】一方、シンボル境界判定値の算出範囲がＢ
の場合（図６（ｂ）参照）は、２７２点の信号の前半
（Ｄ₀〜Ｄ₁₃₅）と後半（Ｄ₁₃₆〜Ｄ₂₇₂）とが反転信号と
なるため、同期加算により同期トーンの信号が相殺さ
れ、振幅が０となる１周期分の同期加算結果を得ること
ができる（図６（ｃ）Ｂ´参照）。また、この場合、シ
ンボル境界判定値が最小となる（図６（ｄ）参照）。

【００４２】そして、シンボル境界判定値算出器２１か
らの出力を受け取ったシンボル境界判定器２２では、１
シンボル期間にわたるシンボル境界判定値が最大となる
タイミングを検出し、これを、以降の受信系の正式なシ
ンボルタイミングとして使用する。すなわち、シンボル
同期を確立する。

【００４３】シンボル同期の確立後、通信装置の受信系
では、Ａ／Ｄ１６を介して、さらに後続のデータを取り
込み、前記シンボルタイミングを使用して、既知の方法
で伝送路上の信号を元の情報データに復調する。具体的
にいうと、まず、Ｓ／Ｐ１５が、サンプルデータを、前
記シンボルタイミング単位にパラレルデータに変換し、
ＦＦＴ１４が、受け取ったパラレルデータに対してフー
リエ変換を行うことにより、時間軸のマルチキャリアデ
ータを周波数軸上のデータに変換する。そして、トーン
選択器１３が、制御回路１０によって指定された複数の
トーン（通信に使用されているトーン）を選択し、一次
復調器１２が、制御回路１０から指定された一次変調方
式を用いて、選択されたトーン上の信号を復調する。最
後に、デフレーミング回路１１が、一次復調されたデー
タをデフレーミング処理することにより、元の情報デー
タを生成する。

【００４４】このように、低速モードで動作する通信装
置間のデータ通信においては、シンボル周期毎に反転す
るシンボル同期用信号（プリアンブル（２））を用いて
シンボル同期処理を行う。具体的にいうと、プリアンブ
ル（２）を構成する同期トーンに対して、１／１７シン
ボル長（１６サンプル）単位に、かつ１シンボル長範囲
で、サンプリングデータの同期加算を行い、さらに、そ
の同期加算結果におけるサンプリングポイントの絶対値
の総和、すなわち、シンボル境界判定値、が最大となる
タイミングを、正式なシンボルタイミング（境界）と定
義する。これにより、複雑な回路構成を必要とするフィ
ルタを用いない簡易（安価）な構成で、容易にシンボル
同期の確立を実現することができる。

【００４５】しかしながら、低速モードで動作する通信
装置と高速モードで動作する通信装置が同一伝送路上に
共存し、かつそれぞれの通信装置によるデータ通信がオ
ーバーラップするような環境では、低速モードと高速モ
ードとで使用トーンを分割しているが、シンボル同期が
取れていないため、ＯＦＤＭ信号の直交性が維持できな
くなり（相互にノイズとなる）、復調特性が劣化する、
という問題があった。

【００４６】そこで、本実施の形態においては、上記低
速モードで動作する通信装置が、クロックマスターとな
る通信装置が常時出力するシンボル同期用のパイロット
フレーム（高速モードで動作する通信装置間のシンボル
同期を確立するためのパイロットトーン）を利用して、
高速モードで動作する通信装置とのシンボル同期を確立
する。

【００４７】以降、復調特性を劣化させることなく、高
速モードで動作する通信装置と同一伝送路上に共存可能
な低速モードで動作する通信装置について説明する。な
お、ここでは、上記低速で動作する通信装置に対して追
加した機能についてのみ説明する。また、ここでは、シ
ンボル周波数ＦをＦ＝４ｋＨｚとし、Ｄ／Ａ６およびＡ
／Ｄ１６のサンプリング周波数ＳをＳ＝１．０２４ＭＨ
ｚとする。この場合、１シンボル時間の信号は、Ｓ／Ｆ
（２５６サンプル）＋ＣＰ（１６サンプル）＝２７２サ
ンプルで構成されることになる。

【００４８】また、図７は、上記クロックマスターとな
る通信装置が常時出力するパイロットトーンを示す図で
ある。本実施の形態では、図示のとおり、「クロックマ
スターとなる通信装置が、１６ｎ（ｎは自然数）＋８を
満たす複数のトーンのなかから少なくともいずれか一本
のトーンを使用して、シンボル周期単位に同相の正弦波
信号を含むパイロットトーンを出力する」ことを前提と
する。

【００４９】このような状態で、まず、低速で動作する
通信装置の受信系では、他の通信装置とデータ通信を行
っていないときに、伝送路上の信号、すなわち、クロッ
クマスターが常時送信しているパイロットトーンを、Ａ
／Ｄ１６にて２７２点サンプリングを行うことにより取
り込む。そして、シンボル境界判定値算出器２１が、Ａ
／Ｄ変換後のパイロットトーンのサンプリングデータを
用いて、高速モードで動作する通信装置とのシンボル同
期を確立するための演算を行う。

【００５０】具体的にいうと、シンボル境界判定値算出
器２１では、上記パイロットトーンのサンプリングデー
タを用いて、シンボル境界の判定に必要な判定値を算出
する。なお、同期トーン選択器２３では、制御回路１０
の指示で、複数のトーンの中から１本のパイロットトー
ンを選択する。選択されたパイロットトーンの周波数
が、たとえば、シンボル周波数のＭ倍のトーン（Ｍ＝２
４，４０，５６，７２，８８）であった場合、シンボル
境界判定値算出器２１では、過去Ｓ／Ｆ＋ＣＰ＝２７２
個のサンプルデータをバッファリングし、後述するシン
ボル境界判定値を算出する。ただし、ここでは、バッフ
ァの先頭の内容をＤ₀とし、さらに、最後の内容をＤ
_(S/F+CP)-1とする。シンボル境界判定値は、新しいサン
プルデータが得られる度に、最新のＳ／Ｆ＋ＣＰ＝２７
２個のサンプルデータを用いて算出する。

【００５１】つぎに、シンボル境界判定器２２では、た
とえば、過去Ｓ／Ｆ＋ＣＰ＝２７２回分のシンボル境界
判定値の最大値が、どのタイミングで発生したかを検索
し、検索されたタイミングを用いてシンボル同期を確立
する。

【００５２】図８は、高速で動作する通信装置とのシン
ボル同期の確立方法の具体例を示す図である。ここで
は、パイロットトーンとして、たとえば、２４倍トーン
（トーン２４）が選択された場合（Ｍ＝２４）について
説明する。なお、パイロットトーンは、前述したよう
に、シンボル周期単位に同相の信号である。

【００５３】図８（ａ）は、複数トーンの合成波から、
パイロットトーンだけを表現したものである。図８
（ａ）において、パイロットトーン上の信号は、１シン
ボル期間内に２５周期分（ＣＰ含む）の正弦波信号を含
むため、１シンボルをＳ／Ｆ＋ＣＰ＝２７２点でサンプ
リングしている場合、１６サンプルで１．５周期とな
り、１６サンプル毎に符号が反転した値を持つ。

【００５４】まず、シンボル境界判定値算出器２１で
は、新しいサンプルデータが得られる度に、最新のＳ／
Ｆ＋ＣＰ＝２７２個のサンプルデータを用い、かつ１６
サンプル単位に値を反転させて、同期加算を行う。すな
わち、図示のとおり、１６サンプル単位にサンプル値を
反転させ、かつ１シンボル長の範囲で同期加算を行う。

【００５５】図８（ｂ）は、シンボル境界判定値の算出
範囲を示す図であり、図８（ｃ）は、同期加算結果の一
例を示す図であり、図８（ｄ）は、同期加算結果におけ
るサンプルデータの絶対値の加算結果、すなわち、本発
明のシンボル境界判定値を示す図である。図示のよう
に、シンボル境界判定値の算出範囲がＡの場合（図８
（ｂ）参照）は、パイロットトーンの信号が強調され、
振幅が１７倍となる１．５周期分の同期加算結果を得る
ことができる（図８（ｃ）Ａ´参照）。また、この場
合、シンボル境界判定値が最大となる（図８（ｄ）参
照）。そして、シンボル境界判定値の算出範囲がＡから
ずれる程に、シンボル境界判定値が段階的に減少する。
なお、選択されたパイロットトーン（Ｍ＝２４）以外の
トーンの信号成分については、上記同期加算により打ち
消され、その値が０となる。

【００５６】一方、シンボル境界判定値の算出範囲がＢ
の場合（図８（ｂ）参照）は、２７２点の信号の前半
（Ｄ₀〜Ｄ₁₃₅）と後半（Ｄ₁₃₆〜Ｄ₂₇₂）とが同相信号と
なるため、上記同期加算（１６サンプル単位に反転）に
よりパイロットトーンの信号が相殺され、振幅が０とな
る１．５周期分の同期加算結果を得ることができる（図
８（ｃ）Ｂ´参照）。また、この場合、シンボル境界判
定値が最小となる（図８（ｄ）参照）。

【００５７】そして、シンボル境界判定値算出器２１か
らの出力を受け取ったシンボル境界判定器２２では、１
シンボル期間にわたるシンボル境界判定値が最大となる
タイミングを検出し、これを、高速モードで動作する通
信装置のシンボルタイミングとして使用する。すなわ
ち、Ａ／Ｄ変換後のサンプリングデータとのシンボル同
期を確立する。

【００５８】このように、低速モードで動作する通信装
置が高速モードで動作する通信装置とシンボル同期を確
立する場合は、１６ｎ（ｎは自然数）＋８を満たすパイ
ロットトーン（トーン２４，４０，５６，７２，８８）
を用いてシンボル同期処理を行う。具体的にいうと、上
記パイロットトーンに対して、１／１７シンボル長（１
６サンプル）単位に値を反転させ、かつ１シンボル長範
囲で、サンプリングデータの同期加算を行い、さらに、
その同期加算結果におけるサンプリングポイントの絶対
値の総和、すなわち、シンボル境界判定値、が最大とな
るタイミングを、高速モードで動作する通信装置とのシ
ンボルタイミングと定義する。

【００５９】これにより、複雑な回路構成を必要とする
フィルタを用いない簡易（安価）な構成で、かつ前述の
低速モードで動作する通信装置間でシンボル同期を確立
した回路に、１６サンプル単位にサンプリングデータを
反転させる回路を追加するだけの構成で、容易に高速モ
ードで動作する通信装置とのシンボル同期の確立を実現
することができる。

【００６０】以上、本発明によれば、復調精度を劣化さ
せることなく、同一ネットワーク内で、低コストで実現
できる低速モードで動作可能な通信装置と、利便性の高
い高速モードで動作可能な通信装置と、の共存が可能と
なる。

【００６１】なお、本実施の形態においては、シンボル
単位に計算されたシンボル境界判定値を用いて、シンボ
ル同期を確立していたが、たとえば、当該１シンボル長
のシンボル境界判定値をさらに複数シンボル間にわたっ
て同期加算（平均化）し、同期加算結果が最大となるタ
イミングを、高速モードで動作する通信装置のシンボル
タイミングとしてもよい。これにより、さらに精度良
く、高速で動作する通信装置とのシンボル同期を確立す
ることができる。また、本実施の形態においては、「ク
ロックマスターとなる通信装置が、１６ｎ（ｎは自然
数）＋８を満たす複数のトーンのなかから少なくともい
ずれか一本のトーンを使用して、シンボル周期単位に同
相の正弦波信号を含むパイロットトーンを出力する」こ
とを前提したが、パイロットトーンについては、これ以
外のトーンを用いることとしてもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上、説明したとおり、本発明によれ
ば、１６ｎ（ｎは自然数）＋８を満たすパイロットトー
ン（トーン２４，４０，５６，７２，８８）を用いて、
１／１７シンボル長（１６サンプル）単位に値を反転さ
せ、かつ１シンボル長範囲で、サンプリングデータの同
期加算を行い、さらに、その同期加算結果におけるサン
プリングポイントの絶対値の総和、すなわち、シンボル
境界判定値、が最大となるタイミングを、高速モードで
動作する通信装置とのシンボルタイミングとする。これ
により、複雑な回路構成を必要とするフィルタを用いな
い簡易（安価）な構成で、かつ前述の低速モードで動作
する通信装置間でシンボル同期を確立した回路に、１６
サンプル単位にサンプリングデータを反転させる回路を
追加するだけの構成で、容易に高速モードで動作する通
信装置とのシンボル同期を確立することが可能な、低速
モードで動作する通信装置を得ることができる、という
効果を奏する。また、本発明によれば、復調精度を劣化
させることなく、同一ネットワーク内で、低コストで実
現できる低速モードで動作可能な通信装置と、利便性の
高い高速モードで動作可能な通信装置と、を共存させる
ことができる、という効果を奏する。

【００６３】つぎの発明によれば、１シンボル長にわた
るシンボル境界判定値をさらに複数シンボル間にわたっ
て同期加算（平均化）し、同期加算結果が最大となるタ
イミングを、高速モードで動作する通信装置とのシンボ
ルタイミングとする構成としたため、さらに精度良く、
高速で動作する通信装置とのシンボル同期を確立するこ
とが可能な通信装置を得ることができる、という効果を
奏する。

【００６４】つぎの発明によれば、低速モードで動作す
る通信装置に対して、高速モードで動作する通信装置と
のシンボル同期を確立させるためのパイロットトーンを
提供可能な通信装置を得ることができる、という効果を
奏する。

【００６５】つぎの発明によれば、１６ｎ（ｎは自然
数）＋８を満たすパイロットトーンを用いて、１／１７
シンボル長単位に値を反転させ、かつ１シンボル長範囲
で、サンプリングデータの同期加算を行い、さらに、そ
の同期加算結果におけるサンプリングポイントの絶対値
の総和、すなわち、シンボル境界判定値、が最大となる
タイミングを、高速モードで動作する通信装置とのシン
ボルタイミングとする。これにより、複雑な回路構成を
必要とするフィルタを用いない簡易（安価）な構成で、
かつ前述の低速モードで動作する通信装置間でシンボル
同期を確立した回路に、１６サンプル単位にサンプリン
グデータを反転させる回路を追加するだけの構成で、容
易に高速モードで動作する通信装置とのシンボル同期を
確立することが可能な通信方法を得ることができる、と
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる通信装置の構成を示す図であ
る。

【図２】フレーミング回路によるフレーミング処理で
生成されるフレームの構成を示す図である。

【図３】低速モードで動作する通信装置がデータ通信
に用いるトーンを示す図である。

【図４】プリアンブル（１）の伝送路上の状態とＦＦ
Ｔに入力されるシンボルの単位とを示す図であり、

【図５】プリアンブル（２）以降の伝送路上の状態と
ＦＦＴに入力されるシンボルの単位とを示す図である。

【図６】シンボル同期の確立方法の具体例を示す図で
ある。

【図７】クロックマスターとなる通信装置が常時出力
するパイロットトーンを示す図である。

【図８】高速で動作する通信装置とのシンボル同期の
確立方法の具体例を示す図である。

【符号の説明】

１フレーミング回路、２一次変調器、３トーン選
択器、４逆高速フーリエ変換回路、５パラレル／シ
リアル変換回路（Ｐ／Ｓ）、６ディジタル／アナログ
変換回路（Ｄ／Ａ）、７伝送路（電力線）、８結合
回路、１０制御回路、１１デフレーミング回路、１
２一次復調器、１３トーン選択器、１４高速フー
リエ変換回路（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）、１
５シリアル／パラレル変換回路（Ｓ／Ｐ）、１６ア
ナログ／ディジタル変換回路（Ａ／Ｄ）、１７キャリ
ア検出器、２１シンボル境界判定値算出器、２２シ
ンボル境界判定器、２３同期トーン選択器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高速モードで動作する通信装置とのシン
ボル同期を確立するための、「２ｍ（ｎ＋１／２）」
（ｎ、ｍは自然数）を満たす所定のパイロットトーンを
サンプリング／抽出可能な通信装置において、新しいサンプルデータが得られる度に、最新の１シンボ
ル長のサンプルデータを１／（２ｍ＋１）シンボル長単
位に反転させて同期加算を行い、その後、当該同期加算
結果におけるサンプリング位置の絶対値を加算し、当該
加算結果を、シンボル境界判定値として出力するシンボ
ル境界判定値出力手段と、前記シンボル境界判定値が１シンボル期間で最大となる
タイミングを検出し、当該タイミングを、高速モードで
動作する通信装置とのシンボルタイミングとするシンボ
ルタイミング決定手段と、を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項２】前記シンボルタイミング決定手段は、前記１シンボル長にわたって計算したシンボル境界判定
値をさらに複数シンボル間にわたって同期加算（平均
化）し、当該同期加算結果が１シンボル期間で最大とな
るタイミングを検出し、当該タイミングを、高速モード
で動作する通信装置とのシンボルタイミングとすること
を特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】「２ｍ（ｎ＋１／２）」（ｎ、ｍは自然
数）を満たす複数のトーンのなかから少なくともいずれ
か一本のトーンをパイロットトーンとして使用し、当該
パイロットトーンに、シンボル周期単位に同相の正弦波
信号をのせて出力する送信手段、を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項４】高速モードで動作する通信装置とのシン
ボル同期を確立するための、「２ｍ（ｎ＋１／２）」
（ｎ、ｍは自然数）を満たす所定のパイロットトーンを
サンプリングするサンプリングステップと、新しいサンプルデータが得られる度に、最新の１シンボ
ル長のサンプルデータを１／（２ｍ＋１）シンボル長単
位に反転させて同期加算を行い、その後、当該同期加算
結果におけるサンプリング位置の絶対値を加算し、当該
加算結果を、シンボル境界判定値とするシンボル境界判
定値生成ステップと、前記シンボル境界判定値が１シンボル期間で最大となる
タイミングを検出し、当該タイミングを、高速モードで
動作する通信装置とのシンボルタイミングとするシンボ
ルタイミング決定ステップと、を含むことを特徴とする通信方法。