JP2005142778A - 電力線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＰＳＫやＦＳＫに比べて安価に、通信対象外のコンピュータ等の故障や通信バスの競合による通信障害を回避し得る電力線通信装置を提供する。
【解決手段】 本実施形態に係るマスターノードの受信部２０では、入力された電源ラインＬの消費電流の電流値を比較部２３によりＡＳＫ復調し、それをスペクトラム拡散復調部２５により逆拡散してスペクトラム拡散復調し逆拡散復調信号を出力する一方で、差分値検出部２６により電源ラインＬの当該電流値の平均値に対する電源ラインＬの当該電流値の差分値を求めて、重み付け演算部２７により逆拡散復調信号に対して差分値に基づいた重み付けを行い、さらにこの重み付け後逆拡散復調信号を送信データ、１シンボル分単位で積算部２８により積算してこの積算値をデータ判定部２９により２値判定して受信データを出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両に搭載される複数のコンピュータ間または当該コンピュータとセンサ（以下、これらを単に「ノード」という）との間を接続する電力供給線を伝送線路として情報通信を行う電力線通信装置に関するものである。

複数のノード、例えばマスターノードとスレーブノードを接続する電力供給線を伝送線路として情報通信を行うものとして、例えば、下記特許文献１〜３に開示されるものがある。これらは、いずれもマスターノードからスレーブノードに供給される電源電圧を変動させることによりマスターノードからスレーブノードへの情報伝送を行い、スレーブノードはその消費電流量を可変させることによりスレーブノードからマスターノードへの情報伝送を行う。これにより両ノード間の情報通信を可能にしている。

特に、車両に搭載されるノード（例えばＥＣＵ（Electronic Control Uint））間においては、それらを電気的に接続するハーネスの布線距離の増加によるコスト高や重量増大の問題を解決する観点から配線本数を極力削減する要請がある。そのため、２本の配線、例えばバッテリからの電源ライン（電力供給線）に複数のノードを並列接続して通信を行う方式（以下「２線通信方式」という）を採用することがある。
特開平６−６９９１１号公報（第１頁〜第５頁、図１〜図１０） 特許第２９２８９７０号公報（第１頁〜第３頁、図１） 特許第３１３６０２０号公報（第１頁、第２頁、図１〜図３） 特開平７−２８８４９４号公報（第１頁〜第１５頁、図１〜図２９）

しかしながら、前述したような２線通信方式によると、スレーブノードからマスターノードへの通信の場合には、複数のスレーブノードが同時に通信を行うと、どの通信信号が特定のスレーブノードのものであるか等をマスターノードでは判別することができなくなるため、いわゆる通信バスの調停を行うことによって通信可能なスレーブノードを切り替えて両ノード間の通信を行っている。

このように時分割によりスレーブノードとの通信を切り替えるＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access ）通信方式の場合、その通信バスに接続されている１つのノードが常時通信状態を継続するような故障を生じたときには、他の正常なノードに通信障害を与えるおそれがある。そのため、ノード間の伝送線路を冗長構成にする必要から、通信バスの配線を二重化構成にした場合にはコスト高になるという課題がある。

このような課題は、例えば、上記特許文献４に開示されるように、スペクトラム拡散変調した送信データを大地（ＧＮＤ）を含む２線の電力線で信号注入し、受信側ではそれを抽出し、復調したものと同じ拡散符号で逆拡散することによりデータを復号するといったスペクトラム拡散技術による多元接続方式（ＣＤＭＡ；Code Division Multiple Access ）によってスレーブノードの情報信号を多重化することで解決し得るように考えられる。

即ち、ＣＤＭＡによる通信方式では、複数のノードが同時に通信しても復号する際に、情報信号を拡散符号ごとに分離できるため、例えば、スレーブノードが故障して異常な通信信号を継続して出力したとしても、他の正常なノードにとってはノイズが増えたに過ぎず、正常なノードの通信はＳ／Ｎ比に余裕があれば所定の誤り率の範囲内で保証される。

ところが、前述したような特許文献１〜３による２線通信方式の技術に、特許文献４によるスペクトラム拡散技術を取り入れた通信方式では、エラーレイト向上のため、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）を採用していることが多く、位相変調をかけるための発振回路等が必要となる。そのため、回路規模の大型化やコスト高を招いたり、また交流信号を電力供給線に注入することによるノイズの増加といった新たな技術的な課題が生じ得る。またこのような課題は、変調方式をＰＳＫからＦＳＫ（Frequency Shift Keying）に変更しても同様に生じ得る。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ＰＳＫやＦＳＫに比べて安価に、通信対象外のコンピュータ等の故障や通信バスの競合による通信障害を回避し得る電力線通信装置を提供することにある。また、本発明の別の目的は、符号誤り率を改善し得る電力線通信装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１記載の手段を採用する。この手段によると、電流検出部により電力供給線を流れる電流値を検出し、平均電流値出力部により電力供給線を流れる電流値の平均値を出力し、比較部により平均値に対する電流値の大小比較の結果を出力する。そして、拡散信号発生部により所定の拡散符号に基づいた拡散信号を発生させ出力し、拡散復調部によってこの拡散信号により比較部による比較結果出力を逆拡散し、積算部よって拡散復調部により逆拡散復調された復調信号を所定周期単位で積算して出力し、判定部により積算部による積算出力を所定の閾値に基づいて２値判定して受信した情報信号を復号し出力する。

つまり、電力供給線を流れる電流値の平均値に対する電力供給線を流れる電流値の大小比較の結果を、拡散信号により逆拡散してスペクトラム拡散復調し、この復調された復調信号を所定周期単位で積算し、この積算出力を２値判定して受信した情報信号を復号し出力する。これにより、電流値によりＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調されたスペクトラム拡散信号を、ＡＳＫ復調しさらにコード復号して出力することができるので、ＰＳＫやＦＳＫで必要であった発振回路等を設けることなくスペクトラム拡散技術によるＣＤＭＡを２線通信方式に適用することが可能となる。

また、上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項２記載の手段を採用する。この手段によると、電流検出部により電力供給線を流れる電流値を検出し、平均電流値出力部により電力供給線を流れる電流値の平均値を出力し、比較部により平均値に対する電流値の大小比較の結果を出力する。また差分値出力部により平均値に対する電流値の差分値を出力し、重み付け処理部によって拡散復調部により逆拡散復調された復調信号に対して差分値に基づいた重み付けを行う。そして、拡散信号発生部により所定の拡散符号に基づいた拡散信号を発生させ出力し、拡散復調部によってこの拡散信号により比較部による比較結果出力を逆拡散し、積算部によって重み付け処理部により重み付けられた重み付け後復調信号を所定周期単位で積算して出力し、判定部により積算部による積算出力を所定の閾値に基づいて２値判定して受信した情報信号を復号し出力する。

つまり、電力供給線を流れる電流値の平均値に対する電力供給線を流れる電流値の大小比較の結果を拡散信号により逆拡散してスペクトラム拡散復調する一方で、電力供給線を流れる電流値の平均値に対する電力供給線を流れる電流値の差分値を求め、この復調された復調信号に対してこの差分値に基づいた重み付けを行い、この重み付け後復調信号を所定周期単位で積算し、この積算出力を２値判定して受信した情報信号を復号し出力する。これにより、電流値によりＡＳＫ変調されたスペクトラム拡散信号を、ＡＳＫ復調しさらにＡＳＫ復調前の電流信号レベルに基づいてコード復号して出力することができるので、ＰＳＫやＦＳＫで必要であった発振回路等を設けることなくスペクトラム拡散技術によるＣＤＭＡを２線通信方式に適用することが可能となる。

さらに、上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項３記載の手段を採用する。この手段によると、拡散信号発生部により所定の拡散符号に基づいた拡散信号を発生させ出力し、この拡散信号によって送信すべき情報信号を拡散変調部によりスペクトラム拡散し、この拡散変調された変調信号に基づいて電力供給線を流れる電流値を電流制御部により制御する。これにより、電流値によりＡＳＫ変調されたスペクトラム拡散信号を電力供給線に送出することができる。つまり、特許請求の範囲に記載の請求項１または２に記載の電力線通信装置によって受信可能なＡＳＫ変調されたスペクトラム拡散信号を送信することができる。

請求項１の発明では、電流値によりＡＳＫ変調されたスペクトラム拡散信号を、ＡＳＫ復調しさらにコード復号することができるので、ＰＳＫやＦＳＫで必要であった発振回路等を設けることなくスペクトラム拡散技術によるＣＤＭＡを２線通信方式に適用することが可能となる。したがって、ＰＳＫやＦＳＫに比べて安価に、通信対象外のコンピュータ等の故障や通信バスの競合による通信障害を回避することができ、信頼性の高い情報通信を可能にすることができる。

請求項２の発明では、電流値によりＡＳＫ変調されたスペクトラム拡散信号を、ＡＳＫ復調しさらにＡＳＫ復調前の電流信号レベルに基づいてコード復号して出力するので、当該電流信号レベルによって確からしい信号のときには大きな振幅情報を得ることができる。そのため、逆拡散後の逆拡散復調信号による単なる「１」と「０」の出現比率によって受信データを復号する場合に比べて、ノイズや符号多重に対する強度を向上することができる。したがって、符号誤り率を改善することができ、信頼性の高い情報通信を可能にすることができる。またＰＳＫやＦＳＫで必要であった発振回路等を設けることなくスペクトラム拡散技術によるＣＤＭＡを２線通信方式に適用することが可能となる。したがって、ＰＳＫやＦＳＫに比べて安価に、通信対象外のコンピュータ等の故障や通信バスの競合による通信障害を回避でき、これによっても信頼性の高い情報通信を可能にすることができる。

請求項３の発明では、電流値によりＡＳＫ変調されたスペクトラム拡散信号を電力供給線に送出することができる。つまり、特許請求の範囲に記載の請求項１または２に記載の電力線通信装置によって受信可能なＡＳＫ変調されたスペクトラム拡散信号を送信することができる。したがって、このような電力線通信装置により送信されたスペクトラム拡散信号を請求項１に記載の電力線通信装置が受信することによって、ＰＳＫやＦＳＫに比べて安価に、通信対象外のコンピュータ等の故障や通信バスの競合による通信障害を回避可能な情報通信網を構築することができる。また請求項２に記載の電力線通信装置が受信することによって、符号誤り率を改善可能な情報通信網を構築することができる。

以下、本発明の電力線通信装置の実施形態について図を参照して説明する。まず本発明の電力線通信装置を適用した電力線通信システムの構成概要を図２に基づいて説明する。

図２に示すように、本実施形態に係る電力線通信システムは、図略の車両に搭載される１台のマスターノード（以下、本実施形態において「マスター」という。）Ｍと３台のスレーブノード（以下、本実施形態において「スレーブ」という。）Ａ、Ｂ、Ｃとの間を接続する電源ラインＬを伝送線路としてこれらのノード間における情報通信を２線通信方式により実現するものである。例えば、マスターＭとしてＥＣＵ、またスレーブＡ、Ｂ、Ｃとしてセンサユニットや他のＥＣＵ等が挙げられる。なお、当該センサユニットには、例えば、車両の速度情報を取得して出力する車速センサ、スロットルバルブの開度情報を取得して出力するスロットルセンサや、ステアリングホイールによる操舵角情報を取得して出力する操舵角センサの各ユニット等がある。

マスターＭは、スレーブＡ、Ｂ、Ｃから送信されてくる送信データを受信データとして受信する機能やスレーブＡ、Ｂ、Ｃに対して駆動電力を供給する機能等を有するもので、電源部１０と受信部２０とを備えている。この電源部１０は、例えば、定格直流電圧１２Ｖを発生可能なバッテリで、プラス端子(＋)とマイナス端子(−)とを備えており、このプラス端子(＋)は受信部２０を介して電源ラインＬのＶcc側に、またマイナス端子(−)は電源ラインＬのＧＮＤ側にそれぞれ接続されている。

また、この電源部１０は、電源ラインＬによる２線通信方式を可能にするため、同期信号発生回路を備えており、Ｖcc側の電線とＧＮＤ側の電線とからなる電源ラインＬに所定の同期信号を出力している。具体的には、マスターノードＭが供給する電圧値を同期信号に合わせて変化させ、スレーブノードＡ、Ｂ、Ｃがその変動を検出することで同期をとる。これにより、マスターノードＭで各スレーブノードＡ、Ｂ、Ｃとの同期をとる回路を大幅に簡素化することができる。また、後述するように、各スレーブノードＡ、Ｂ、Ｃがそれぞれ完全に直交する拡散符号ａ、ｂ、ｃを用いて通信をするように設定していれば、互いの拡散符号の影響を最小限に抑えることが可能となる。

マスターＭの受信部２０は、その詳細構成が図１に示されているので、ここでは図１を参照しながら受信部２０の構成を説明する。図１に示すように、受信部２０は、主に、電流検出部２１、平均値検出部２２、比較部２３、ＰＮ符号発生部２４、スペクトラム拡散復調部２５、差分値検出部２６、重み付け演算部２７、積算部２８、データ判定部２９から構成されている。

電流検出部２１は、電源ラインＬを流れる電流の値、つまり電源ラインＬの電流値を検出して出力する機能を有するもので、例えば、シャント抵抗の両端に発生する電位差をそのまま出力したり、あるいはこのような電位差を電流値に換算して出力する電流値換算処理等を行うロジック回路により求められる。この電流検出部２１により検出された電流値信号（電流値）は、平均値検出部２２および比較部２３に出力される。

平均値検出部２２は、電源ラインＬを流れる電流値の平均値を求めて出力する機能を有するもので、例えば電流検出部２１によって出力される電流値信号を所定期間にサンプリングしてその平均を演算処理するロジック回路により構成されている。この平均値検出部２２により演算された平均値情報（電流の平均値）は比較部２３および差分値検出部２６に出力される。

比較部２３は、平均値検出部２２により出力された平均値情報に対する電流検出部２１により検出された電流値信号による電流値の大小を比較し、その結果をＡＳＫ復調信号として出力する機能、つまりＡＳＫ復調機能を有する。例えば、コンパレータによって構成され、平均値検出部２２による平均値情報を基準値として当該基準値以上の電流値信号が入力されると「１」を出力し、当該基準値未満の電流値信号が入力されると「０」を出力する。この比較部２３により復調されたＡＳＫ復調信号（比較結果出力）はスペクトラム拡散復調部２５に出力される。

ＰＮ符号発生部２４は、所定の拡散符号に基づいた拡散信号を発生させ出力する機能を有するもので、スレーブの拡散符号と同じ拡散符号を発生させてスペクトラム拡散復調部２５に出力するロジック回路により構成されている。これにより、当該スペクトラム拡散復調部２５による逆拡散を可能にする。本実施形態では、各スレーブＡ、Ｂ、Ｃの拡散符号ａ、ｂ、ｃをそれぞれ発生可能にＰＮ符号発生部２４を構成している。例えば、送信データ（受信データ）、１シンボル分の１６チップの「1010110010010011」からなる拡散符号ａや「1010010110100110」からなる拡散符号ｂを出力する。なお、これらの拡散符号は、それぞれのスレーブノード間において完全に直交するものであることが望ましく、これにより互いの拡散符号について相関を低くできるため、スレーブ間の影響を最小限に抑えることが可能となる。

スペクトラム拡散復調部２５は、比較部２３によるＡＳＫ復調信号をＰＮ符号発生部２４の拡散信号により逆拡散する機能を有するもので、ＰＮ符号発生部２４により入力される拡散符号（各スレーブＡ、Ｂ、Ｃの拡散符号に対応するもの）に基づいて比較部２３から入力されるＡＳＫ復調信号を逆拡散処理するロジック回路により構成されている。このスペクトラム拡散復調部２５により逆拡散された逆拡散復調信号（復調信号）は重み付け演算部２７に出力される。

差分値検出部２６は、平均値検出部２２により出力された平均値情報に対する電流検出部２１により出力された電流値信号の差分値を求めて出力する機能を有するもので、例えば、平均値検出部２２による平均値情報を基準値として当該基準値に対する電流値信号の絶対偏差を演算処理するロジック回路により構成されている。この差分値検出部２６により演算された差分値情報（電流値の差分値）は重み付け演算部２７に出力される。

重み付け演算部２７は、スペクトラム拡散復調部２５により逆拡散復調された逆拡散復調信号に対して差分値検出部２６により出力された差分値情報に基づいた重み付けを行う機能を有するもので、例えば、このような重み付けを演算処理するロジック回路により構成されている。この重み付け演算部２７により重み付け演算された重み付け後逆拡散復調信号（重み付け後復調信号）は積算部２８に出力される。

積算部２８は、重み付け演算部２７により重み付けられた重み付け後逆拡散復調信号を所定周期単位で積算して出力する機能を有するもので、例えば、所定周期単位として、スレーブからの送信データ、１シンボル分単位で重み付け後逆拡散復調信号を積算（積分）する演算処理を行うロジック回路により構成されている。この積算部２８により積算処理された積算値情報（積算出力）は、データ判定部２９に出力される。

データ判定部２９は、積算部２８による積算値情報を所定の閾値に基づいて２値判定して受信データ（受信した情報信号）を出力する機能を有するもので、例えば、所定の閾値以上の積算値情報が入力されると「１」を出力し、当該所定の閾値未満の積算値情報が入力されると「０」を出力するような判定演算処理を行うロジック回路により構成されている。このデータ判定部２９により判定された結果は、スレーブＡ、Ｂ、Ｃから送信されてきた送信データを受信したもの、つまり受信データとして復号されて受信部２０の出力データ（受信した情報信号）となる。

ここで図２に戻ると、上述したようなマスターノードＭの電源ラインＬには、スレーブＡ、Ｂ、Ｃがそれぞれ並列に接続されている。これらスレーブノードＡ、Ｂ、Ｃは、マスターノードＭの電源部１０から駆動電力の供給を受けるとともに、当該電源ラインＬを伝送線路としてマスターノードＭに対して送信データを送信する機能を有するもので、例えば、前述したようなセンサユニットやＥＣＵ等がこれらに相当する。そして、このような送信機能は、スレーブノードＡ等を構成する送信部５０により実現されている。

ここで、スレーブノードＡ等の送信部５０を図３および図４を参照して説明する。なおここではスレーブノードＡの送信部５０について説明するが、スレーブノードＢ、Ｃの送信部５０の構成もスレーブノードＡと同様であるので、これらの説明は省略する。図３に示すように、送信部５０は、主に、ＰＮ符号発生部５１、スペクトラム拡散変調部５２、送信制御部５３、スイッチング素子５５、電流源５７から構成されている。

ＰＮ符号発生部５１は、所定の拡散符号に基づいた拡散信号を発生させ出力する機能を有するもので、所定の拡散符号を発生させてスペクトラム拡散変調部５２に出力するロジック回路により構成されている。これにより、当該スペクトラム拡散変調部５２によるスペクトラム拡散を可能にする。所定の拡散符号とは、例えば、所定の疑似乱数符号（ＰＮ符号）であり、本実施形態では、送信データ１シンボル分の１６チップの「1010110010010011」からなる拡散符号ａや「1010010110100110」からなる拡散符号ｂを出力する（図４参照）。なお、スレーブノードＡの送信部５０では拡散符号ａを発生させ、スレーブノードＢの送信部５０では拡散符号ｂを発生させ、スレーブノードＣの送信部５０では拡散符号ｃを発生させる。

スペクトラム拡散変調部５２は、送信部５０に入力される送信データ（送信すべき情報信号）をＰＮ符号発生部５１により発生させた拡散信号によりスペクトラム拡散する機能を有するもので、送信部５０に入力される、「０」、「１」の２値によるバイナリ表現による送信データを、ＰＮ符号発生部５１により入力される拡散符号（スレーブノードＡの場合は拡散符号ａ、スレーブノードＢの場合は拡散符号ｂ、スレーブノードＣの場合は拡散符号ｃ）に基づいてスペクトラム拡散処理するロジック回路により構成されている。このスペクトラム拡散変調部５２により拡散された拡散変調信号（変調信号）は、送信制御部５３に出力される。

送信制御部５３は、スペクトラム拡散変調部５２により拡散変調された拡散変調信号に基づいてスイッチング素子５５をオンオフ制御する機能を有するもので、これにより電源ラインＬを流れる電流値を消費電流源５７として可変制御すること、つまり電流値の大小により符号変調を行うＡＳＫ変調を可能にしている。消費電流源５７は、スレーブノードＡ、Ｂ、Ｃごとに電流値が異なるように設定されている。例えば、本実施形態では、スレーブノードＡの通信時に使用する消費電流を１０mA、スレーブノードＢの通信時に使用する消費電流を２０mA、にそれぞれ設定している（図４参照）。なお、スレーブノードＡ、Ｂのいずれも非通信時には８０mAを消費する。

また、スイッチング素子５５をオンオフ制御は、図略の同期信号検出回路によって検出されるマスターノードＭによる前述の所定の同期信号に同期して行われている。これにより、電源ラインＬの長さが長くなり、消費電流の伝搬遅延や波形なまりが発生しても、マスターノードＭの定期的な電圧変動によって生成される同期信号を全てのスレーブノードＡ、Ｂ、Ｃに通知することによって、スレーブノード間の通信の同期が外れないようにすることが可能となる。

このように送信部５０を構成することにより、マスターノードＭが接続されている電源ラインＬに、スレーブノードＡ、Ｂが接続されると、図４の最下段に示すように、電源ラインＬを流れる電流（消費電流）の波形は、最小値１６０mA、最大値１９０mAとなる。即ち、スレーブノードＡ、Ｂがともに非通信である場合には、８０mA＋８０mA＝１６０mA（最小値）となり、スレーブノードＡ、Ｂがともに通信中である場合には、９０mA＋１００mA＝１９０mA（最大値）となる。またスレーブノードＡが通信中でスレーブノードＢが非通信である場合には、９０mA＋８０mA＝１７０mAになり、スレーブノードＡが非通信でスレーブノードＢが通信中である場合には、８０mA＋１００mA＝１８０mAになる。

このようなスレーブノードＡ、ＢによりＡＳＫ変調された消費電流が電源ラインＬ上を流れることによって、ＣＤＭＡによる当該電源ラインＬを伝送線路とした２線通信方式に適用することが可能となる。ここで図４に示したような電源ラインＬの電流波形（図４の最下段に示す波形）をマスターノードＭの受信部２０が受信した場合における受信部２０の動作を図５に基づいて詳述する。

図５に示すように、マスターノードＭに、図４に示す電流波形が入力されると、まず受信部２０では、電流検出部２１による電流値検出が行われる。即ち、電流検出部２１では、電源ラインＬから入力された消費電流の電流値を検出し、平均値検出部２２および比較部２３に出力する。例えば、スレーブノードＡ、Ｂにより図４に示す電流波形が出力された場合には、図５の最上段に示すように、図４の電流波形と同様のものが電流検出部２１によって検出されて出力信号として、平均値検出部２２、比較部２３に出力される。

平均値検出部２２では、電流検出部２１により検出された電流値信号に基づいてその平均値を求め、その平均値情報を比較部２３および差分値検出部２６に出力する。図５に示す例では、電流検出部２１により検出された電流値信号は１６０mA〜１９０mAであるので、その平均値として１７５mAが算出されてその内容の平均値情報が比較部２３、差分値検出部２６に出力される。

比較部２３では、電流検出部２１により検出された電流値信号を、平均値検出部２２により算出された平均値情報に基づいてＡＳＫ復調し、ＡＳＫ復調信号をスペクトラム拡散復調部２５に出力する。図５に示す例では、最上段の電流値信号をその平均値１７５mA（図５に示す点線）で大小比較、即ち、基準値である１７５mA以上の電流値信号が入力されたときには「１」を出力し、１７５mA未満の電流値信号が入力されたときには「０」を出力することでＡＳＫ復調したＡＳＫ復調信号が、同図の上から２段目に示されている。

一方、差分値検出部２６では、平均値検出部２２により算出された平均値情報に基づいて、電流検出部２１による電流値信号の差分値の絶対値を求め、その差分値情報を重み付け演算部２７に出力する。この差分値検出部２６による差分値の演算では、電流検出部２１の分解能に応じた量子化が行われる。本実施形態では、例えば、電流検出部２１による電流値信号（１６０mA〜１９０mA）を「１６０mA〜１６５mA」、「１６５mA〜１７０mA」、「１７０mA〜１７５mA」、「１７５mA〜１８０mA」、「１８０mA〜１８５mA」、「１８５mA〜１９０mA」の６つの領域に分割して、「１７０mA〜１７５mA」および「１７５mA〜１８０mA」に対して０．５を、「１６５mA〜１７０mA」および「１７５mA〜１８０mA」に対して１．０を、「１６０mA〜１６５mA」および「１８５mA〜１９０mA」に対して１．５を、それぞれ付与してこれら３値による量子化を行っている。これにより、図５の上から３段目に示すような差分値情報を数値により出力している。

スペクトラム拡散復調部２５では、比較部２３によりＡＳＫ復調されたＡＳＫ復調信号を、ＰＮ符号発生部２４により発生させた拡散信号により逆拡散する。図５に示す例では同図の上から２段目に示すＡＳＫ復調信号が図４に示すスレーブＡの拡散符号ａによって逆拡散されると、図５の上から４段目に示す逆拡散復調信号がスペクトラム拡散復調部２５から出力される。なお、図５には図示していないが、同図のＡＳＫ復調信号を図４に示すスレーブＢの拡散符号ｂによって逆拡散すれば、これとは異なる逆拡散復調信号がスペクトラム拡散復調部２５から出力される。

重み付け演算部２７では、スペクトラム拡散復調部２５から出力された逆拡散復調信号に差分値検出部２６により出力された差分値情報に基づいた重み付けを行って積算部２８に出力する。図５に示す例では、同図の上から４段目に示す逆拡散復調信号（「１」のときは＋１、「０」のときは−１）に、同図の上から３段目に示す差分値情報の数値が乗算されることによって重み付け演算を行い、同図の上から５段目に示す重み付け後逆拡散復調信号が重み付け演算部２７から出力される。例えば、本実施形態では、逆拡散復調信号が「１」の場合には、差分値情報の数値が１．５であれば＋１．５に、差分値情報の数値が１．０であれば＋１．０に、差分値情報の数値が０．５であれば＋０．５に、それぞれ重み付けされる。また、逆拡散復調信号が「０」の場合には、差分値情報の数値が１．５であれば−１．５に、差分値情報の数値が１．０であれば−１．０に、差分値情報の数値が０．５であれば−０．５に、それぞれ重み付けされる。

積算部２８では、重み付け演算部２７から出力された重み付け後逆拡散復調信号をスレーブからの送信データ、１シンボル分単位で積算してその積算値情報をデータ判定部２９に出力する。図５に示す例では、同図の上から５段目に示す重み付け後逆拡散復調信号を、図４に示す送信データの１シンボル（本実施形態では１６チップ）分単位で、符号を含めて総和をとることによって積算演算を行う。これにより、第１番目の１シンボル相当については、＋１．５＋１．５＋１．５＋１．５＋（−０．５）＋１．５＋１．５＋（−０．５）＋１．５＋１．５＋（−０．５）＋（−０．５）＋１．５＋（−０．５）＋１．５＋（−０．５）＝１２．０の積算値が得られる。また第２番目の１シンボル相当については、＋０．５＋０．５＋０．５＋０．５＋（−１．５）＋０．５＋０．５＋（−１．５）＋０．５＋０．５＋（−１．５）＋（−１．５）＋０．５＋（−１．５）＋０．５＋（−１．５）＝−４．０の積算値が得られる。

データ判定部２９では、積算部２８から出力された積算値情報を所定の閾値に基づいて２値判定して受信データを復号し出力する。図５に示す例では、重み付け演算部２７による重み付けを、０（ゼロ）を中心に−１．５〜＋１．５までの符号付きで行っているため、本実施形態においては、このデータ判定部２９による所定の閾値を０（ゼロ）に設定し、積算部２８の積算値情報による積算値が０（ゼロ）を超えている場合には受信データ「１」を出力し、当該積算値が０（ゼロ）以下の場合には受信データ「０」を出力する。これにより、図５の最下段に示すように、第１番目の１シンボル相当は、積算値が１２．０であることから受信データとして「１」が復号され、また第２番目の１シンボル相当は、積算値が−４．０であることから受信データとして「０」が復号される。なおこの復号された受信データ「１，０」は、図４に示すスレーブノードＡによる送信データ「１，０」と同じであることが同図よりわかるため、この例の場合には、マスターノードＭによる受信データに符号誤りのないことが確認できる。

このように、本実施形態に係る受信部２０では、入力された電源ラインＬの消費電流の電流値を比較部２３によりＡＳＫ復調し、それをスペクトラム拡散復調部２５により逆拡散してスペクトラム拡散復調し逆拡散復調信号を出力する一方で、差分値検出部２６により電源ラインＬの当該電流値の平均値に対する電源ラインＬの当該電流値の差分値を求めて、重み付け演算部２７により逆拡散復調信号に対して差分値に基づいた重み付けを行い、さらにこの重み付け後逆拡散復調信号を送信データ、１シンボル分単位で積算部２８により積算してこの積算値をデータ判定部２９により２値判定して受信データを出力する。

これにより、電流値によりＡＳＫ変調されたスペクトラム拡散信号を、ＡＳＫ復調しさらにＡＳＫ復調前の電流信号レベルに基づいてコード復号して出力するので、当該電流信号レベルによって確からしい信号のときには大きな振幅情報を得ることができる。そのため逆拡散後の逆拡散復調信号による単なる「１」と「０」の出現比率によって受信データを復号する場合に比べて、ノイズや符号多重に対する強度が向上するため、符号誤り率を改善することができ、信頼性の高い情報通信を可能にすることができる。また、ＰＳＫやＦＳＫで必要であった発振回路等を設けることなくスペクトラム拡散技術によるＣＤＭＡを２線通信方式に適用することが可能となり、ＰＳＫやＦＳＫに比べて安価に、通信対象外のコンピュータ等の故障や通信バスの競合による通信障害を回避することができる。そのためこれによっても信頼性の高い情報通信を可能にすることができる。

なお、図１に示すマスターノードＭの受信部２０から、差分値検出部２６および重み付け演算部２７を除いてスペクトラム拡散復調部２５から積算部２８に直接、逆拡散復調信号を出力するようにマスターノードの受信部を構成しても良い。このような受信部を備えたマスターノードＭ’では、図６に示すような信号処理が行われる。

即ち、図６に示すように、マスターノードＭ’による信号処理では、図５に示すマスターノードＭによる信号処理に比べて、差分値検出部２６の出力信号（差分値情報）と重み付け演算部２７の出力信号（重み付け後逆拡散復調信号）が存在しないことから、スペクトラム拡散復調部２５の出力信号（逆拡散復調信号）に対して積算部２８による積算処理が行われる。そのため、このマスターノードＭ’による積算部２８では、スペクトラム拡散復調部２５により逆拡散復調された逆拡散復調信号を、例えば、スレーブＡ等からの送信データ、１シンボル分単位で積算して出力することになる。

例えば、図６に示す例では、逆拡散復調信号による１シンボル分単位において、符号「１」の出現を「＋１」、符号「０」の出現を「−１」として積算し、この積算値を積算値情報としてデータ判定部２９に出力する。図６に示す例では、同図の上から３段目に示す逆拡散復調信号を、図４に示す送信データの１シンボル（本実施形態では１６チップ）分単位で、符号「１」を「＋１」、符号「０」を「−１」として符号を含めて総和をとることによって積算演算を行う。これにより、第１番目の１シンボル相当については、＋１＋１＋１＋１＋（−１）＋１＋１＋（−１）＋１＋１＋（−１）＋（−１）＋１＋（−１）＋１＋（−１）＝＋４の積算値が得られる。また第２番目の１シンボル相当については、＋１＋１＋１＋１＋（−１）＋１＋１＋（−１）＋１＋１＋（−１）＋（−１）＋１＋（−１）＋１＋（−１）＝＋４の積算値が得られる。

データ判定部２９では、積算部２８から出力された積算値情報を所定の閾値に基づいて２値判定して受信データを復号し出力する。図６に示す例では、マスターノードＭのように特に重み付けを行うことがないため、１シンボル区間における「１」と「０」の出現比率によって受信データの復号を行う。そのため、本実施形態においては、このデータ判定部２９による所定の閾値を０（ゼロ）に設定し、積算部２８の積算値情報による積算値が０（ゼロ）を超えている場合には受信データ「１」を出力し、当該積算値が０（ゼロ）以下の場合には受信データ「０」を出力する。これにより、図６の最下段に示すように、第１番目の１シンボル相当は、積算値が＋４であることから受信データとして「１」が復号され、また第２番目の１シンボル相当も積算値が＋４．０であることから受信データとして「１」が復号される。

この図６による例では、マスターノードＭ’による受信データは、「１，１」となるため、図４に示すスレーブノードＡによる送信データ「１，０」とは第２番目のシンボルが異なり、受信データに符号の誤りが存在することがわかる。これは、図４に示すスレーブノードＡの拡散符号ａ「1010110010010011」とスレーブノードＢの拡散符号ｂ「1010010110100110」との間に比較的強い相関関係があったことによる。即ち、両拡散符号ａ、ｂは、各チップを比較すると、第１チップ〜第４チップ、第６チップ、第７チップ、第９チップ、第１０チップ、第１３チップ、第１５チップの合計１０箇所において同一の符号が出現するため、比較的大きな相関値を得ることになり、このような符号誤りが発生したものを考察される。

そこで、マスターノードＭ’のような差分値検出部２６および重み付け演算部２７を除いた構成であっても、例えば、拡散符号が１６チップの場合には、同一の符号が８箇所において出現するような関係にある拡散符号をスレーブノードＡ、ＢやマスターノードＭ’等において使用することによって相関値を比較的小さな値にすることができるため、符号誤りを抑制した電力線通信システムを実現することができる。つまり、それぞれ直交する関係にある拡散符号をスレーブノードのスペクトラム拡散に用いることによって、差分値検出部２６および重み付け演算部２７を除いた構成でも、電流値によりＡＳＫ変調されたスペクトラム拡散信号を、ＡＳＫ復調しさらにコード復号することができるので、ＰＳＫやＦＳＫで必要であった発振回路等を設けることなくスペクトラム拡散技術によるＣＤＭＡを２線通信方式に適用することが可能となる。したがって、ＰＳＫやＦＳＫに比べて安価に、通信対象外のコンピュータ等の故障や通信バスの競合による通信障害を回避することができ、信頼性の高い情報通信を可能にすることができる。

以上説明したように、スレーブノードＡ、Ｂ、ＣとマスターノードＭやマスターノードＭ’を構成することによって、例えば、複数のセンサユニット（スレーブノードＡ、Ｂ、Ｃ）から同時にサンプリングしたセンサ信号を同時にＥＣＵ（マスターノードＭ、Ｍ’）に通信することが可能となり、ＥＣＵは複数のセンサユニットの通信遅れによる処理遅延を最小限に留めることができる。また、センサユニット（例えばスレーブノードＡ）の通信機能が故障しても、他の正常なセンサユニット（例えばスレーブノードＢ、Ｃ）とＥＣＵ（マスターノードＭ、Ｍ’）間の通信を阻害するような事態を防止することができる。これにより、車両に搭載されたセンサユニットとＥＣＵ間の通信において、ＥＣＵは主にセンサユニットの通信制御に必要な情報を、またセンサユニットはそのセンサ出力値とフェール情報等を確実に通信することができる。

本発明の一実施形態に係る電力線通信システムを構成するマスターノードＭの受信部の構成例を示すブロック図である。 本実施形態に係る電力線通信システムの構成例を示すブロック図である。 本実施形態に係る電力線通信システムを構成するスレーブノードＡ、Ｂ、Ｃの送信部の構成例を示すブロック図である。 図２に示すスレーブノードＡ、Ｂにより処理される信号波形および電源ラインＬを流れる電流波形の例を示す波形図である。 図２に示すマスターノードＭにより処理される信号波形の例を示す波形図である。 図２に示すマスターノードＭの他の例であるマスターノードＭ’により処理される信号波形の例を示す波形図である。

符号の説明

１０…電源部
２０…受信部（電力線通信装置）
２１…電流検出部
２２…平均値検出部（平均電流値出力部）
２３…比較部
２４…ＰＮ符号発生部（拡散信号発生部）
２５…スペクトラム拡散復調部（拡散復調部）
２６…差分値検出部（差分値出力部）
２７…重み付け演算部（重み付け処理部）
２８…積算部
２９…データ判定部（判定部）
５０…送信部（電力線通信装置）
５１…ＰＮ符号発生部（拡散信号発生部）
５２…スペクトラム拡散変調部（拡散変調部）
５３…送信制御部（電流制御部）
５５…スイッチング素子（電流制御部）
５７…消費電流（電流制御部）
Ａ…スレーブノード（コンピュータ）
Ｂ…スレーブノード（コンピュータ）
Ｃ…スレーブノード（コンピュータ）
Ｌ…電源ライン（電力供給線）
Ｍ…マスターノード（コンピュータ）
Ｍ’…マスターノード（コンピュータ）

Claims (3)

1. 車両に搭載される複数のコンピュータ間または当該コンピュータとセンサとの間を接続する電力供給線を伝送線路として情報通信を行う電力線通信装置であって、
   前記電力供給線を流れる電流値を検出する電流検出部と、
   前記電力供給線を流れる電流値の平均値を出力する平均電流値出力部と、
   前記平均値に対する前記電流値の大小比較の結果を出力する比較部と、
   所定の拡散符号に基づいた拡散信号を発生させ出力する拡散信号発生部と、
   前記比較部による比較結果出力を前記拡散信号により逆拡散する拡散復調部と、
   前記拡散復調部により逆拡散復調された復調信号を所定周期単位で積算して出力する積算部と、
   前記積算部による積算出力を所定の閾値に基づいて２値判定して受信した情報信号を復号し出力する判定部と、を備えることを特徴とする電力線通信装置。
2. 車両に搭載される複数のコンピュータ間または当該コンピュータとセンサとの間を接続する電力供給線を伝送線路として情報通信を行う電力線通信装置であって、
   前記電力供給線を流れる電流値を検出する電流検出部と、
   前記電力供給線を流れる電流値の平均値を出力する平均電流値出力部と、
   前記平均値に対する前記電流値の大小比較の結果を出力する比較部と、
   所定の拡散符号に基づいた拡散信号を発生させ出力する拡散信号発生部と、
   前記比較部による比較結果出力を前記拡散信号により逆拡散する拡散復調部と、
   前記平均値に対する前記電流値の差分値を出力する差分値出力部と、
   前記拡散復調部により逆拡散復調された復調信号に対して前記差分値に基づいた重み付けを行う重み付け処理部と、
   前記重み付け処理部により重み付けられた重み付け後復調信号を所定周期単位で積算して出力する積算部と、
   前記積算部による積算出力を所定の閾値に基づいて２値判定して受信した情報信号を復号し出力する判定部と、を備えることを特徴とする電力線通信装置。
3. 車両に搭載される複数のコンピュータ間または当該コンピュータとセンサとの間を接続する電力供給線を伝送線路として情報通信を行う電力線通信装置であって、
   所定の拡散符号に基づいた拡散信号を発生させ出力する拡散信号発生部と、
   送信すべき情報信号を前記拡散信号によりスペクトラム拡散する拡散変調部と、
   前記拡散変調部により拡散変調された変調信号に基づいて前記電力供給線を流れる電流値を制御する電流制御部と、
   を備えることを特徴とする電力線通信装置。
   

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