JP2006054761A

JP2006054761A - 電力線搬送通信装置

Info

Publication number: JP2006054761A
Application number: JP2004236131A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Kidera; 和憲木寺; Kaoru Mukai; 薫向井
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-08-13
Filing date: 2004-08-13
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2024-08-13
Also published as: JP4543817B2

Abstract

【課題】漏洩電界が少なく高精度な通信が可能な電力線搬送通信装置を実現する。
【解決手段】電力線１に接続された受信用トランス１７と、前記受信用トランス１７に直列に接続された受信用バンドパスフィルタ１１と、前記受信用バンドパスフィルタ１１に直列に接続されて増幅率を切替可能な受信用増幅器５と、前記受信用増幅器５の増幅率を切替える増幅率切替部１２と、電力線１に接続された送信用トランス１４と、前記送信用トランス１４に直列に接続された送信用バンドパスフィルタ１０と、前記送信用バンドパスフィルタ１０に直列に接続された送信用増幅器４と、前記受信用増幅器５と前記増幅率切替部１２及び前記送信用増幅器４とに接続された信号処理部６とを有する。トランス１４，１７の巻線比は送信用と受信用とで変えておく。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力線に信号を重畳させて、電力線を信号伝送路として用いる電力線搬送通信に関するもので、特に高速インターネットに対応可能なように重畳させる信号が高域波（２〜３０ＭＨｚ帯）の高速電力線搬送通信装置に関する。

図４に従来の電力線搬送通信装置のブロック図を示す。図４において、１は電力線、２は重畳させた信号の送受信を行うトランスなどで構成される結合部、３は送受信信号のノイズ成分を除去するＢＰＦ（ＢａｎｄＰａｓｓＦｉ１ｔｅｒ）、４は送信信号を増幅する送信用増幅器、５は受信信号を増幅する受信用増幅器、６は送受信の信号を変復調する信号処理部、７は信号処理部６・受信用増幅器５・送信用増幅器４等に電力を供給する電源回路である。

ここで、信号処理部６は、ＵＳＢケーブルやＬＡＮケーブルなどから送られてきた信号をＯＦＤＭ方式（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａ１ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕ１ｔｉｐ１ｅｘｉｎｇ：直交波周波数分割多重方式）などで変調した信号を送信用増幅器４により、あらかじめ決めておいた振幅の信号に増幅し、ＢＰＦ３を通り、結合部２により電力線１に重畳させて、送信を行う。また、受信時は、電力線１に接続された別の電力線搬送通信装置からの信号を結合部２により受信し、ＢＰＦ３でノイズ成分を除去し、受信用増幅器５により、一定の増幅率で増幅された信号を信号処理部６で復調することにより、受信・送信を行い、電力線を搬送媒体とする通信装置を構成する。

なお、特許文献１には、配電線搬送受信回路において、無信号時のレベルより自動的に増幅率を変更する技術が提案されている。
特開平６−１７７９２３号公報

従来の電力線搬送通信装置では、図４のように構成されているので、信号送信出力の最大出力レベルは固定の値になる。しかし、電力線１に接続される負荷状態によって受信側での減衰量が大きく変化するため、受信側での受信信号の振幅は大きく変化する。ここで、安定した通信を確保するためには減衰量が多いときに出力レベルを設定する必要があるが、減衰量が少ないときは出力レベルが大きすぎることになる。出力レベルが大きすぎると通信には問題はないが、漏洩電界が電力線１から放出してしまうため、周りにある電子機器へ悪影響を及ぼす。特に、変調に使用する高域波（２〜３０ＭＨｚ帯）はアマチュア無線や短波ラジオが使用する周波数帯であるため、それらの機器に悪影響を及ぼす。また、受信側ではＢＰＦ３により電力線１で重畳した通信帯域外のノイズ成分は除去できるが、電力線搬送通信装置内の信号処理部６では高域波で動作する回路があるため、そのノイズ成分が電力線搬送通信装置内で重畳してしまい、受信時に誤り率が増大するという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、漏洩電界が少なく高精度な通信が可能な電力線搬送通信装置を実現することにある。

本発明の電力線搬送通信装置にあっては、上記の課題を解決するために、図１に示すように、電力線１に接続された受信用トランス１７と、前記受信用トランス１７に直列に接続された受信用バンドパスフィルタ１１と、前記受信用バンドパスフィルタ１１に直列に接続されて増幅率を切替可能な受信用増幅器５と、前記受信用増幅器５の増幅率を切替える増幅率切替部１２と、電力線１に接続された送信用トランス１４と、前記送信用トランス１４に直列に接続された送信用バンドパスフィルタ１０と、前記送信用バンドパスフィルタ１０に直列に接続された送信用増幅器４と、前記受信用増幅器５と前記増幅率切替部１２及び前記送信用増幅器４とに接続された信号処理部６と、を有してなることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、受信用トランスと送信用トランスとの巻線比を変更することで、電力線搬送通信装置の入力段での送信信号の増幅ができ、送信信号の電力線搬送通信装置内でのノイズの影響を低減できる効果がある。
請求項２の発明によれば、送信用増幅器の増幅率を変更することで、送信信号を調整して、不要輻射を低減できる。
請求項３の発明によれば、受信用増幅器と送信用増幅器の増幅率を同時に変化させることで、より効果を大きくできる。

請求項４の発明によれば、受送信信号に応じてコイルインピーダンスを変化させることで、コモン電流を抑え、不要輻射を低減できる効果がある。
請求項５の発明によれば、受信振幅で電力線インピーダンスを推測することで簡易な制御で電力線インピーダンスに応じた通信ができ、不要輻射を低減できる効果がある。

（実施形態１）
図１はこの発明の実施形態１による電力線搬送通信装置の構成を示すブロック図である。図１に示す電力線搬送通信装置は、電力線１に接続された受信用結合部９と、受信用結合部９に直列に接続された受信用ＢＰＦ１１と、受信用ＢＰＦ１１に直列に接続されて増幅率を切替可能な受信用増幅器５と、受信用増幅器５の増幅率を切替える増幅率切替部１２と、電力線１に接続された送信用結合部８と、送信用結合部８に直列に接続された送信用ＢＰＦ１０と、送信用ＢＰＦ１０に直列に接続された送信用増幅器４と、受信用増幅器５と増幅率切替部１２及び送信用増幅器４とに接続された信号処理部６と、送信用増幅器４・受信用増幅器５・信号処理部６に電力を供給する電源回路７とで構成されている。

このような構成において、送信用結合部８は、送信信号を電力線１に重畳させる働きをし、受信用結合部９は、電力線１に重畳した信号を電力線搬送通信装置に取り込む働きをする。送信用結合部８の電力線側にはコンデンサ１３とトランス１４が直列に接続されており、また、受信用結合部９の電力線側にはコンデンサ１６とトランス１７が直列に接続されており、これらのコンデンサ１３，１６により電力線に対して低周波のインピーダンスを上げ、電力線１に流れる電流（６０または５０Ｈｚ程度）に対して、トランス１４，１７の影響がないようにしている。

ここで、トランス１４，１７の巻線比を送信用結合部８と受信用結合部９とで変えておく。たとえば、送信用結合部８ではトランス１４の巻線比を１：１とし、送信信号をそのまま等倍で電力線１に重畳する。しかし、受信用結合部９ではトランス１７の巻線比を１：２とし、電力線１の信号を２倍にして電力線搬送通信装置に取り込むようにする。

このように、送信用結合部８におけるトランス１４よりも受信用結合部９におけるトランス１７の巻線比を高く設定し、受信用結合部９の側で電力線１上の送信信号を増幅するようにしておく。このことにより、電力線１に重畳させている信号を電力線搬送通信装置に取り込む入力段において電圧的に信号を増幅させることにより、電力線搬送通信装置内の信号処理部６などから発生するクロックノイズ等の漏洩電界ノイズの影響を小さくすることができる。

また、受信用増幅器５の増幅率であるが、この増幅率は受信信号を歪ませず、できるだけ大きな電圧に変換するように設定することが望ましい。また、受信信号は電力線１の負荷状態によって、減衰量が様々に変化するため、どのような減衰量でも受信信号が歪まないように増幅率を設定する必要がある。しかし、同一の電力線搬送通信装置が送信した信号をそれ自身が受信する場合、ほとんど減衰しないため、大きな受信信号が入力される。この信号を基準に受信信号が歪まないように増幅率を固定すると、大きな減衰量の受信信号を十分に増幅できない。よって、増幅率切替部１２によって受信信号の増幅率を送信時は下げ、それ以外のときは高い状態にしておくことで、大きな減衰量のときでも受信が可能とするようにしている。

このように、受信用増幅器５の増幅率を変化させたり、送信用トランス１４と受信用トランス１７を別々にし、巻線比を変えることにより、受信信号へのノイズの影響を低減し、受信信号の誤り率を低下させ、漏洩電界が少なく高精度な受信が可能な電力線搬送通信装置を実現できる。

（実施形態２）
図２はこの発明の実施形態２による電力線搬送通信装置の構成を示すブロック図である。図２に示す電力線搬送通信装置は、電力線１に接続された結合部２と、結合部２に接続されたＢＰＦ３と、ＢＰＦ３に接続された増幅率切替可能な受信用増幅器５と、ＢＰＦ３に接続された増幅率切替可能な送信用増幅器４と、送信用増幅器４と受信用増幅器５のそれぞれの増幅率を切替える増幅率切替部１２と、受信用増幅器５と増幅率切替部１２及び送信用増幅器４とに接続された信号処理部６と、送信用増幅器４・受信用増幅器５・信号処理部６に電力を供給する電源回路７とで構成されている。

このような構成において、結合部２は送信信号を電力線１に重畳させ、また、電力線１に重畳した信号を電力線搬送通信装置に取り込む働きをする。結合部２はトランス１４とコンデンサ１３が直列に接続されており、このコンデンサ１３により電力線１に対して低周波のインピーダンスを上げ、電力線１に流れる電流（６０または５０Ｈｚ程度）に対して、トランス１４の影響がないようにしている。

ここで、送信用増幅器４の増幅率であるが、この増幅率は、送信信号が誤りなく他の電力線搬送通信装置により受信できる信号レベルであれば、できるだけ小さな振幅であることが、電力線１から放出される漏洩電界が小さくなるという観点から望ましい。しかし、同じ振幅の送信信号を出力しても、電力線１の負荷状態によって、減衰量が様々に変化するため、どのような負荷状態でも送信信号が受信されるためには、減衰量が最も大きい状態を想定して、それに対して受信可能なように送信用増幅器４の増幅率を決める必要がある。そのため、減衰量が小さいときは必要以上の振幅の信号が送信されているため、電力線１から放出される漏洩電界が多く出てしまうという問題があるが、本実施形態のように、電力線１の負荷状態に応じて、送信用増幅器４の増幅率を増幅率切替部１２によって、切り替えることにより、電力線１からの漏洩電界を抑えることができる。

具体的な動作としては、通信時の受信振幅により、減衰量を推定し、送信用増幅器４の増幅率を増幅率切替部１２により切り替える。つまり、通信開始時は増幅率を高く設定し、受信振幅を計測しながら、振幅が大きいときは減衰量が小さいと判断し、送信用増幅器４の増幅率を下げていく。

また、受信用増幅器５の増幅率であるが、受信信号は電力線１の負荷状態によって減衰量が様々に変化する。さらに送信用増幅器４の増幅率が変化するので、受信信号の振幅が大きく変化してしまう。そのような状態では受信用増幅器５の出力以降に重畳してくるノイズによりＳ／Ｎ比が低下してしまい、精度よい受信ができなくなる。そこで、受信用増幅器５の増幅率を切り替える。

具体的には増幅率切替部１２によって、送信時は受信信号の増幅率Ｇ０を下げる。それ以外の時は増幅率をある一定の値Ｇ１にして、受信待機状態にする。信号を受信して、その振幅を計測し、振幅により電力線１の負荷状態を推測し、受信用増幅器５の増幅率Ｇ２を設定（同時に送信用増幅器４の増幅率も設定）し、通信を継続する。一定時間内の受信信号の最大振幅を計測し、最大振幅がある閾値Ｖ１より小さければ、受信用増幅器５の増幅率をＧ３に上げる。ただし、最大振幅がある閾値Ｖ２より大きな値が計測されれば、直ちに受信用増幅器５の増幅率をＧ１に設定するように切り替える。ここで、Ｇ０＜Ｇ１＜Ｇ２＜Ｇ３の関係であり、Ｖ１＜Ｖ２である。

このようにすることで、電力線１の負荷状態を受信信号の振幅により推測し、振幅に応じて送信の出力レベルを変化させ、電力線１からの漏洩電界を少なくできる。また、受信用増幅器５の増幅率を変えることにより、受信信号へのノイズの影響を低減できる。これによって、電力線１の負荷状態に影響されずに高精度な受信が可能で、かつ他の機器への影響を小さくすることが可能な電力線搬送通信装置が実現できる。

（実施形態３）
図３はこの発明の実施形態３による電力線搬送通信装置の構成を示すブロック図である。図３に示す電力線搬送通信装置は、電力線１に接続されたコモンモードチョークコイル切替部１５と、コモンモードチョークコイル切替部１５に接続された結合部２と、結合部２に接続されたＢＰＦ３と、ＢＰＦ３に接続された受信用増幅器５と、ＢＰＦ３に接続された送信用増幅器４と、受信用増幅器５及び送信用増幅器４とコモンモードチョークコイル切替部１５に接続された信号処理部６と、送信用増幅器４・受信用増幅器５・信号処理部６に電力を供給する電源回路７とで構成されている。本実施形態は実施形態１または２のいずれかと組み合わせて適用しても構わない。

このような構成において、コモンモードチョークコイル切替部１５は様々な特性（コモンモードインピーダンス特性やノーマルモードインピーダンス特性）を持つものを数個直列に接続されており、それら各々と並列にスイッチが接続されており、そのスイッチを切り替えることによってコモンモードインピーダンスおよびノーマルモードインピーダンスを変えることができる。ここで、コモンモードチョークコイル切替部１５の切替は電力線１の負荷状態に応じて行う。

電力線１が低負荷状態時においては、コモンモードチョークコイル切替部１５はノーマルモードインピーダンスが低い状態を選択し、逆に電力線１が高負荷状態時においては、コモンモードチョークコイル切替部１５はコモンモードインピーダンスが高い状態を選択する。このように電力線１の負荷状態に応じて最適なコモンモードチョークコイルを選択することにより電力線１からのコモンモード電流を抑え、コモンモード電流を抑えることにより電力線１からの漏洩電界を抑える。

ここで、電力線１の負荷状態は受信信号の振幅によって推定する。つまり、受信信号の振幅が大きいときは電力線１は高負荷状態と推定し、振幅が小さいときは低負荷状態と推定する。このように、電力線１の負荷状態に応じたコモンモードチョークコイルを選ぶことにより、漏洩電界が放出しない電力線搬送通信装置が実現できる。

本発明の実施形態１の構成を示すブロック回路図である。本発明の実施形態２の構成を示すブロック回路図である。本発明の実施形態３の構成を示すブロック回路図である。従来例の構成を示すブロック回路図である。

符号の説明

１電力線
４送信用増幅器
５受信用増幅器
６信号処理部
１０送信用バンドパスフィルタ
１１受信用バンドパスフィルタ
１２増幅率切替部
１４送信用トランス
１７受信用トランス

Claims

電力線に接続された受信用トランスと、前記受信用トランスに直列に接続された受信用バンドパスフィルタと、前記受信用バンドパスフィルタに直列に接続されて増幅率切替可能な受信用増幅器と、前記受信用増幅器の増幅率を切替える増幅率切替部と、電力線に接続された送信用トランスと、前記送信用トランスに直列に接続された送信用バンドパスフィルタと、前記送信用バンドパスフィルタに直列に接続された送信用増幅器と、前記受信用増幅器と前記増幅率切替部及び前記送信用増幅器とに接続された信号処理部と、を有してなることを特徴とする電力線搬送通信装置。
電力線に接続されたトランスと、前記トランスに直列に接続されたバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタに直列に接続された受信用増幅器と、前記バンドパスフィルタに直列に接続されて増幅率切替可能な送信用増幅器と、前記送信用増幅器の増幅率を切替える増幅率切替部と、前記受信用増幅器と前記増幅率切替部及び前記送信用増幅器とに接続された信号処理部と、を有してなることを特徴とする電力線搬送通信装置。
電力線に接続されたトランスと、前記トランスに直列に接続されたバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタに直列に接続されて増幅率切替可能な受信用増幅器と、前記バンドパスフィルタに直列に接続されて増幅率切替可能な送信用増幅器と、前記受信用増幅器と前記送信用増幅器との増幅率を同時に切替える増幅率切替部と、前記受信用増幅器と前記増幅率切替部及び前記送信用増幅器とに接続された信号処理部と、を有してなることを特徴とする電力線搬送通信装置。
前記電力線と前記バンドパスフィルタの間にインピーダンスが可変なコモンモードチョークコイルを接続してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電力線搬送通信装置。
受信信号の振幅により電力線のインピーダンスを求めて、このインピーダンス値によって増幅率を調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電力線搬送通信装置。