JP2006129470A

JP2006129470A - 電力線通信システム用の動的周波数領域（ｆｄ）共存方法

Info

Publication number: JP2006129470A
Application number: JP2005291377A
Authority: JP
Inventors: Andreas Schwager; シュワーガ、アンドレアス; Lothar Stadelmeier; スタデルメイアー、ローター; Stephen Tiedemann; ステッフェン、ティーデマン; Gralf Gaedeken; ガエデケン、グラルフ; Markus Zumkeller; ツムケラー、マーカス
Original assignee: Sony Deutschland GmbH
Current assignee: Sony Deutschland GmbH
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2005-10-04
Publication date: 2006-05-18
Also published as: EP2326025A3; EP2333973A2; US20110110408A1; US9467237B2; EP2333973A3; US20080260010A1; US8515382B2; JP5592325B2; CN101036313B; WO2006037605A1; US10084510B2; US20170093461A1; US20110051786A1; EP2326025B1; US8275344B2; JP5543415B2; EP2326024A2; EP1643658A1; CN1758560B; US20060073805A1

Abstract

【課題】電力線の雑音を効率的に避けて通信する方法を提案する。
【解決手段】少なくとも１つの第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置（Ｐ１）と少なくとも１つの第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置（Ｐ１０）間のデータ通信を実現する電力線通信方法を提供する。本発明に係る電力線通信方法は、複数の可能な通信チャンネル（Ｃｈ１〜Ｃｈｎ）の伝送状態を確認するステップを有する。これにより、それぞれの可能な通信チャンネル（Ｃｈ１〜Ｃｈｎ）の通信状態を記述する伝送状態データを生成する。また、通信状態データに基づいて、複数の可能な通信チャンネル（Ｃｈ１〜Ｃｈｎ）の通信状態を実際の通信状態として選択するステップを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力線通信（power line communication：以下、ＰＬＣともいう。）方法に関する。

特に、本発明は、少なくとも１つの第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置と少なくとも１つの第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置間のデータ伝送又はデータ通信を実現する電力線通信方法に関する。より具体的には、本発明は、電力線通信システム用の動的周波数領域（frequency domain）、すなわちＦＤ共存方法（coexistence）、及び／又は、電力線通信用の動的時間領域（time domain）、すなわちＴＤ共存方法に関する。

近年、無線通信技術が益々重要になってきているが、電力線通信ネットワーク及び電力線通信システムに対する関心も高く、幾つかの技術戦略に関与している。しかしながら、電力線通信技術の開発及び発展においては、高い信頼性を達成することが今もなお重要な課題である。

本発明の目的は、他の電力線通信システム又は他のシステムからの、あるいは雑音源からの干渉による電力線通信相手装置間の電力線通信の妨害を、単純で信頼性のある方法で低減し、通信品質及び通信の信頼度のみならず、電力線通信ネットワークを介する可能なデータスループットを高めることができる電力線通信方法を提供することである。

この本発明の目的は、独立請求項１の特徴を有する電力線通信方法によって達成される。さらに、この目的は、独立請求項１７、１８、１９、２０にそれぞれ係る電力線通信システム、電力線通信装置、コンピュータプログラム製品、コンピュータにより読取り可能な記録媒体によって達成される。

本発明に係る電力線通信方法は、少なくとも１つの第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置と少なくとも１つの第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置間のデータ通信を実現するように構成される。本発明に係る電力線通信方法は、（ａ）少なくとも１つの第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置と少なくとも１つの第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置間の複数の可能な通信チャンネルの伝送状態を確認することにより、それぞれの可能な通信チャンネルの通信状態を記述する伝送状態データを生成するステップを有する。さらに、本発明に係る電力線通信方法は、（ｂ）少なくとも１つの第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置と少なくとも１つの第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置間の伝送状態データに基づいて、複数の可能な通信チャンネルの通信状態を実際の通信状態として選択するステップを有する。

したがって、本発明の基本概念は、データ通信又はデータ伝送が確立される、あるいは進行中である電力線通信相手装置間の可能な通信チャンネルの送信状態又は受信状態を監視することである。本発明では、伝送状態は伝送状態データにより記述される。この伝送状態データに基づいて、複数の可能な通信チャンネルに関する通信状態が、確立される実際の通信又は進行中の実際の通信に関する実際の通信状態として選択又は選ばれる。これらの方法では、１つの通信チャンネルを選択することにより、あるいは高い品質のデータ通信又はデータ伝送を可能にする通信状態を選択することにより、電力線通信相手装置間のデータ通信又はデータ伝送の品質を維持又は高めることができる。

伝送状態データは、好ましくは、信号対雑音比、タイムスロット、周波数帯域、チャンネル容量、電力線通信システム又は可能な電力線通信チャンネルを有する他のシステムの電力線通信相手装置からの干渉信号からなるグループのうちの少なくとも１つを記述するために生成される。

代替的又は追加的に、実際の通信状態は、周波数帯域、信号変調方式、タイムスロット、少なくとも１つの第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置と少なくとも１つの第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置間の複数の可能な通信チャンネルのうちの可能な又は実際の通信チャンネルの送出電力からなるグループのうちの少なくとも１つを達成及び選択するように選択される。

伝送状態を確認するステップ（ａ）は、好ましくは、繰り返し実行される。

追加的又は代替的に、伝送状態を確認するステップ（ａ）は、少なくとも１つの第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置と少なくとも１つの第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置間で進行中のデータ通信の処理中に実行される。

通信状態を選択するステップ（ｂ）は、好ましくは、繰り返し実行される。

追加的又は代替的に、通信状態を選択するステップ（ｂ）は、少なくとも１つの第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置と少なくとも１つの第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置間で進行中のデータ通信の実際のデータ通信品質を維持又は高めるように通信状態を変更するために、少なくとも１つの第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置と少なくとも１つの第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置間で進行中のデータ通信の処理中に実行される。

実際の通信状態が、所定の閾値基準、特に伝送パラメータのうちの少なくとも１つに従って選択されれば有利である。

追加的又は代替的に、実際の通信状態は、特に所定の閾値基準、特に伝送パラメータのうちの少なくとも１つに対して、最良のデータ通信を実現するように選択される。

さらに、少なくとも１つの第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置が監視していない周波数帯域、及び／又は、外部の送信装置又は雑音が存在する周波数帯域に対する、少なくとも１つの第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置と少なくとも１つの第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置間のデータ通信のための信号送出は、少なくとも１つの第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置によって低減又は防止される。

さらに有利な点として、少なくとも１つの第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置と少なくとも１つの第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置間のデータ通信のための信号送出電力は、選択された送出周波数帯域に対する送出電力の所定の制限要件を満たすように設定される。

少なくとも１つの第１の、すなわち送信側電力線電力線通信相手装置と少なくとも１つの第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置間のデータ通信は、好ましくは、媒体アクセス制御、すなわちＭＡＣ構造に基づいて確立される。

チャンネル容量は、シャノンの法則に従い、特に以下の式（１）に従って求められる。

ここで、Ｃはチャンネル容量、ｔはデータ送信の時間変数、ｔ_{ｓｔａｒｔ}は開始時間、ｔ_ｓｔｏｐは停止時間、ｆは周波数変数、ｆ_{ｓｔａｒｔ}は開始周波数、ｆ_ｓｔｏｐは停止周波数、ｌｄ（）は二重対数関数、ＳＮＲはそれぞれの信号対雑音比を表す。

更なる追加的又は代替的実施形態では、ｊ＝１〜ｎに対してｔ_{ｓｔａｒｔ，ｊ}≦ｔ_{ｓｔａｒｔ，ｊ＋１}、ｔ_{ｓｔｏｐ，ｊ}≦ｔ_{ｓｔｏｐ，ｊ＋１}、ｔ_{ｓｔａｒｔ，ｊ}＜ｔ_{ｓｔｏｐ，ｊ}の条件を満たすそれぞれの開始時間ｔ_{ｓｔａｒｔ，１}〜ｔ_{ｓｔａｒｔ，ｎ}と停止時間ｔ_{ｓｔｏｐ，１}〜ｔ_{ｓｔｏｐ，ｎ}間の複数の時間間隔、及び／又は、ｋ＝１〜ｍに対してｆ_{ｓｔａｒｔ，ｋ}≦ｆ_{ｓｔａｒｔ，ｋ＋１}、ｆ_{ｓｔｏｐ，ｋ}≦ｆ_{ｓｔｏｐ，ｋ＋１}、ｆ_{ｓｔａｒｔ，ｋ}＜ｆ_{ｓｔｏｐ，ｋ}の条件を満たすそれぞれの開始周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ，１}〜ｆ_{ｓｔａｒｔ，ｍ}と停止周波数ｆ_{ｓｔｏｐ，１}〜ｆ_{ｓｔｏｐ，ｍ}間の複数の周波数間隔について、全チャンネル容量Ｃ_ｆｕｌｌは、以下の式（２ａ）により求められる。

ここで、Ｃ_ｊ，ｋは、ｊ番目の時間間隔とｋ番目の周波数間隔に対する部分的なチャンネル容量を表し、シャノンの法則に従い、特に以下の式（２ｂ）によって定まる。

ここで、ｔはデータ送信の時間変数、ｆは周波数変数、ｌｄ（）は二重対数関数、ＳＮＲはそれぞれの信号対雑音比を表す。

これにより、それぞれ開始時間ｔ_{ｓｔａｒｔ，１}〜ｔ_{ｓｔａｒｔ，ｎ}と停止時間ｔ_{ｓｔｏｐ，１}〜ｔ_{ｓｔｏｐ，ｎ}を有する複数の時間間隔を用いた時間領域（time domain：ＴＤ）手法、及び／又は、それぞれ開始周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ，１}〜ｆ_{ｓｔａｒｔ，ｍ}と停止周波数ｆ_{ｓｔｏｐ，１}〜ｆ_{ｓｔｏｐ，ｍ}を有する複数の周波数間隔を用いた周波数領域（frequency domain：ＦＤ）手法が実現され、使用可能な全チャンネル容量又はチャンネル容量は、部分的な各チャンネル容量Ｃ_ｊ，ｋの合計である。

追加的又は代替的に、信号対雑音比は、以下の式（３）によって定まる。

ここで、ＳＮＲは各信号対雑音比を表す。ＰＳＤ_ｆｅｅｄは、給電電力のスペクトル密度であり、特に全てのモデムについて分かっている。ＮＰＳＤ_{ｒｅｃｅｉｖｅ}は、受信機における雑音電力のスペクトル密度であり、特に受信側の電力線通信相手装置によって測定される。ＡＴＴは、特に第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置と第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置間における信号の減衰を表す。

本発明に係る電力線通信方法の更なる好ましい実施形態によれば、複数の電力線通信システムであって、特に、それぞれが複数の電力線通信相手装置を有し、及び／又は、それぞれが複数の電力線通信システムの各システム間におけるシステム間通信を行わない複数の電力線通信システムが管理される。

本発明の更なる側面は、本発明に係る電力線通信方法を実現するように構成及び／又は配置され、電力線通信方法を実現する手段を備えた電力線通信システムを提供することである。

本発明の更なる側面は、本発明に係る１つ又は２つの電力線通信方法を実現及び／又は関与するように構成及び／又は配置され、電力線通信方法の実現及び／又は関与するための手段を備えた電力線通信装置を提供することである。

また、本発明は、コンピュータ、デジタル信号処理手段等において実行されたときに、本発明に係る電力線通信方法及びそのステップを実現するように構成及び／又は配置される演算方法からなるコンピュータプログラム製品を提供する。

そして、本発明は、本発明に係るコンピュータプログラム製品を格納した、コンピュータにより読取り可能な記録媒体を提供する。

本発明のこれらの側面及び更なる側面について、以下にさらに説明する。

本発明は、特に、電力線通信システム、すなわちＰＬＣ（power line communication）用の動的ＦＤ（frequency domain）及び／又はＴＤ（time domain）共存方法に関する。

電力線ネットワークは、オープンネットワークである。共同住宅（flat）の隣接した一室に設置されたＰＬＣシステムからの信号は、他のＰＬＣシステムに対してクロストークを起こすことがある。この干渉により、両方のＰＬＣシステムのデータスループットは低下する。本発明は、両方のＰＬＣシステムが干渉を起こさない時間領域及び周波数領域においてリソースを共有する方法を開示する。この共存方法を用いることにより、両方のＰＬＣシステムの合計スループットは、通信信号の干渉がある場合よりも高くなる。ＰＬＣシステム間の互換性又はデータ交換の必要はない。

現在、ＰＬＣ通信において共存状態は存在しない。ＰＬＣモデムは、可能な最大電力で、固定の周波数割当てを使用している。様々な販売業者のＰＬＣモデムの信号は干渉し、全システムのデータスループットは低下する。

１順固定チャンネルにおける既知又は未知の通信システムに対する時間及び周波数ダイバーシティチャンネルにおける周知及び未知の通信システムに関する時間及び周波数の多様性
１．１概論
電力線ネットワークはオープンネットワークである。建物内の電線は変電所に繋がっている。各変電所は多数の家屋に繋がっている。家屋は、多くの場合、高架線に沿って連結されている。１つの建物内でも、幾つかの共同住宅（flat）、すなわちアパート（living unit）は、メータ室又はヒューズボックスで接続されている。ＰＬＣ信号は、１つのアパートから他のアパートにクロストークを起こす。クロストーク信号は、電力計、あるいはアパート間又は建物間の距離によって減衰する。距離が長いほど、通信の干渉の危険性が低くなる。統計的に、殆どの場合、１つのアパート内の１つのコンセントから別のアパートの別のコンセントに接続する方が、１つの共同住宅内の２つのコンセントを接続する場合よりも減衰する。しかし、極めて少ないケースでは、逆の場合がある。干渉に対しては、共存メカニズムが必要である。理論的には、共存の問題は、時間領域又は周波数領域において解決することができる。

１．２例示的モデル
例えば、共同住宅１内には、Ｐ１（プラグ１）からＰ１０までの電力線通信、すなわちＰＬＣ通信がある。隣接した共同住宅には、Ｐ１５からＰ２１までのＰＬＣ通信がある。共同住宅２からのＰＬＣ通信システムは、共同住宅１に設置されたＰＬＣシステムに対して干渉を起こす。

本発明は、同一又は異なるアーキテクチャに基づく２つのＰＬＣシステム間の干渉の影響を最小限にするメカニズム及び方法を開示する。

１．３一般的なＰＬＣシステムの対象
１．互いに通信を行いたい２つのコンセントは、時間領域及び周波数領域における最良の可能な通信リンクを利用する。
２．２つのコンセント間の通信リンクは、周波数及び時間において妨害を受けない容量のみを占有する。

１．４集中型の媒体アクセス制御、すなわちＭＡＣの概要
提案する発明は、特に集中型ＭＡＣアーキテクチャを目的としたものであり、集中型ＭＡＣアーキテクチャでは、中央制御装置が、各ＭＡＣフレームに対するタイムスロット（チャンネル）割当ての調整を担当する。集中型ＭＡＣフレームは、典型的には以下のフェーズに分割される。
同報送信フェーズ：中央制御装置が、フレーム同期及びリソース割当て情報（タイムスロット又はチャンネル割当て）を受信端末装置に送る。
ダウンリンクフェーズ：中央制御装置からデータを１つ以上の受信端末装置に送る。
アップリンクフェーズ：端末装置が、データを中央制御装置に送る。
直接リンクフェーズ（オプション）：端末装置が他の端末装置にデータを直接送る。
リソース要求フェーズ：端末装置が、ランダムアクセス方式でリソース予約を要求する。すなわち、このフェーズの間は、全ての端末装置が伝送媒体をメディアを争奪（contenｄ）する。

１．５適応ＯＦＤＭの概要
本発明の好ましい実施形態では、ＰＬＣは、現在のチャンネル状態に応じて適応変調方式を使用することができる。多数の直交副搬送波からなる変調方式としてのＯＦＤＭは、各副搬送波がそのチャンネル特性に適応できるように拡張される。すなわち、良好な状態の副搬送波に対しては、高い変調方式を選択して、高いビットレートのスループットを可能にする。状態の悪い副搬送波に対しては、より強い変調方式を選択するので、ビットレートのスループットは低くなる。更に、非常に状態の悪い副搬送波は除外することができる。図３は、ＰＬＣチャンネルにおいて使用可能なＳＮＲの一例を示す。ｙ軸は使用可能なＳＮＲを表し、ｘ軸は周波数を表す。ＳＮＲが高い周波数では、１０２４ＱＡＭまでの変調を選択する。ＳＮＲが低下すると、より強い変調方式を用い、すなわちＱＰＳＫまで下げ、更にはＢＰＳＫとする。ＳＮＲが非常に低い帯域はノッチする。

１．６第１の共同住宅１における２つのコンセント間の通信リンクの割当て
本発明の更なる実施形態では、以下の処理ステップに基づく少なくとも一部分を実現する。
１．Ｐ１０は、周波数帯域内、例えば４ＭＨｚ〜３０ＭＨｚにおいて、ＰＬＣフレーム周期、すなわちＰＬＣＭＡＣフレーム周期に亘り振幅、すなわち電界強度を監視する。Ｐ１０は、妨害波が最小であるタイムスロットを検出する。
２．Ｐ１０は、１つのＰＬＣフレーム内の最良のタイムスロットでＰ１からデータが送信されることを要求する。これは、集中型ＭＡＣのマスタにより調整される。
３．Ｐ１は、確定したタイムスロットで、強い変調パターンを有する第１の初期データパケットをＰ１０に送る。
４．Ｐ１０は、Ｐ１から受信される信号の中から周波数に依存した変調パターンと、測定した妨害波及び雑音（ＳＮＲ算出）を定める。
５．Ｐ１０は、データを、特定の変調パターンを有する持続的なペイロードとして、Ｐ１からＰＬＣフレーム内の特定のタイムスロットで、要求する。
６．Ｐ１は、データを、要求された変調パターンでＰ１０に送る。

Ｐ１０が、Ｐ１から受信されるデータによって、タイムスロット又は周波数に問題があることを検出した場合、上位層によって、直ちに再送信が要求される。そして、Ｐ１０は、さらに、ＰＬＣフレーム内の新たなタイムスロットで、及び／又は、新たな変調パターンを有するデータをＰ１に要求する。

１．７ケース１：第２の共同住宅２のＰＬＣシステムが完全に未知の妨害源である場合
時間選択的な妨害波（Ｐ１５からＰ２１への伝送）は予測が困難であることから、タイムスロットを変更しても利点は少ない。しかし、少なくともある期間は、この妨害を避けることができる十分な可能性がある。

１．８ケース２：第２の共同住宅２のＰＬＣシステムが既知のＰＬＣ妨害源、例えば第１の共同住宅１のＰＬＣシステムと同じシステムアーキテクチャを有するＰＬＣシステムである場合
クロックのずれは非常に小さく、ＰＬＣフレームの相対的移動は非常に遅いと考えられることから、第１の共同住宅１及び第２の共同住宅２の２つのＰＬＣシステムは完全に同期していなくても、タイムスロットを変更することにより、大きな利点が得られる。

１．９時間領域アプローチの場合のチャンネル容量の算出
シャノンの法則を用いて、以下の式（１）により、１タイムフレーム内のチャンネル容量Ｃを算出することができる。

それぞれ開始時間ｔ_{ｓｔａｒｔ，１}〜ｔ_{ｓｔａｒｔ，ｎ}と停止時間ｔ_{ｓｔｏｐ，１}〜ｔ_{ｓｔｏｐ，ｎ}を有する複数の時間間隔を用いた時間領域（ＴＤ）アプローチ、及び／又は、それぞれ開始周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ，１}〜ｆ_{ｓｔａｒｔ，ｍ}と停止周波数ｆ_{ｓｔｏｐ，１}〜ｆ_{ｓｔｏｐ，ｍ}を有する複数の周波数間隔を用いた周波数領域（ＦＤ）アプローチでは、使用可能な全チャンネル容量又はチャンネル容量は、部分的な各チャンネル容量Ｃ_ｊ，ｋの合計である。

この場合、ｊ＝１〜ｎに対してｔ_{ｓｔａｒｔ，ｊ}≦ｔ_{ｓｔａｒｔ，ｊ＋１}、ｔ_{ｓｔｏｐ，ｊ}≦ｔ_{ｓｔｏｐ，ｊ＋１}、ｔ_{ｓｔａｒｔ，ｊ}＜ｔ_{ｓｔｏｐ，ｊ}の条件を満たすそれぞれの開始時間ｔ_{ｓｔａｒｔ，１}〜ｔ_{ｓｔａｒｔ，ｎ}と停止時間ｔ_{ｓｔｏｐ，１}〜ｔ_{ｓｔｏｐ，ｎ}間の複数の時間間隔、及び／又は、ｋ＝１〜ｍに対してｆ_{ｓｔａｒｔ，ｋ}≦ｆ_{ｓｔａｒｔ，ｋ＋１}、ｆ_{ｓｔｏｐ，ｋ}≦ｆ_{ｓｔｏｐ，ｋ＋１}、ｆ_{ｓｔａｒｔ，ｋ}＜ｆ_{ｓｔｏｐ，ｋ}の条件を満たすそれぞれの開始周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ，１}〜ｆ_{ｓｔａｒｔ，ｍ}と停止周波数ｆ_{ｓｔｏｐ，１}〜ｆ_{ｓｔｏｐ，ｍ}間の複数の周波数間隔が与えられる。そして、全チャンネル容量Ｃ_ｆｕｌｌは、以下の式（２ａ）により求められる。

信号対雑音比ＳＮＲは、以下の式（３）によって定まる。

ＰＳＤ_ｆｅｅｄは、給電電力のスペクトル密度であり、全てのモデムについて分かっている。ＮＰＳＤ_{ｒｅｃｅｉｖｅ}は、受信機における雑音電力のスペクトル密度であり、受信モデムによって測定される。ＡＴＴは、一対のＰＬＣモデム又はＰＬＣ装置によって測定される減衰を表す。

時間領域アプローチでは、使用可能な全周波数スペクトルが使用される。伝送容量は、全てのタイムフレームの容量の合計である。

１．１０無用な周波数帯域を解放する
全てのＰＬＣシステムは、電力線ネットワーク上の雑音を検出するとともに、例えばＯＦＤＭ搬送波をノッチすることにより、妨害を受ける周波数を通信から除外することができなければならない。ＳＮＲが良好な周波数のみを通信に使用する。他の周波数（ＳＮＲが悪い周波数）は除外される。受信モデムは、送信側で通信用搬送波を選択するための基準となる使用可能なＳＮＲを測定する。

図１の具体例では、図５に示すように、Ｐ１からＰ１０への減衰が続く。送信信号は、Ｐ１では０ｄＢの減衰である。Ｐ１０では、受信信号は、図５に示すように減衰している。

以下、本発明の好ましい実施形態に基づき、また、本発明の側面を示す図面を参照して、本発明のこれらの側面及び更なる側面について詳細に説明する。図６中の赤色の曲線はＰ１５からＰ１０への減衰を示す。これは、Ｐ１５とＰ２１間の通信により生じるＰ１０への妨害と同じである。図６の具体例は、稀なケースであり、外部からの干渉信号が最高点において、その共同住宅内部からの信号よりも減衰が小さい場合である。このような制約が存在しても、所望の接続における減衰が干渉信号よりも小さくなるような周波数帯域がある。

干渉信号が所望の信号よりも高いような周波数、例えば４〜１０ＭＨｚ、１３〜１６ＭＨｚ、２０〜３０ＭＨｚでは、Ｐ１からＰ１０への通信は不可能である。したがって、これらの周波数は、ビットレートを解放することなく、除外される。これらの周波数をノッチした後の受信信号は、図７に示すようになる。

青色の領域は、Ｐ１からＰ１０への通信で使用できるＳＮＲを示す。この結果、除外された周波数を、隣接する他のＰＬＣシステム、例えば共同住宅２のＰＬＣシステムが使用することができる。共同住宅２が共同住宅１のシステムと同じように動作する場合は、Ｐ１５からＰ２１への通信では、共同住宅１が使用する周波数を除外すればよい。これにより、共同住宅１では拡張ＳＮＲが得られ、高いビットレートが得られる（図８参照）。

この共存メカニズムが電力線モデム又は装置に対して実現されている場合、ＳＷ無線保護のための動的ノッチングが既に含まれている。これは、ＳＷ同報送信信号により生じる低いＳＮＲの周波数が除外されるためである。

１．１１周波数領域アプローチの場合のチャンネル容量の算出
ここでも、式（１）に示すシャノンの法則に従って、チャンネル容量Ｃを算出することができる。ここでは、永続的に１つ又は幾つかの周波数幅を通信に使用する。

１．１２パワーバックオフ
干渉の可能性を低減するために、周波数領域について説明したのと同様の動作を送出電力レベルに適用することができる。

式（１）及び式（２）によりチャンネル容量Ｃを算出する場合、ＰＳＤ_ｆｅｅｄの値は小さくなり、使用可能な全スペクトルが永続的に使用される。

１．１３本発明の実施形態の装置及び構成要素の検討
本発明の受信側ＰＬＣ相手装置Ｐ１０の一実施形態を示す図９において、ＡＦＥ、すなわちアナログフロントエンドが設けられ、本発明においては、現在の最新のＰＬＣモデムと比較して、最良の振幅、時間、周波数幅の算出が新規のものである。各情報を送信側モデム又は装置に送り返すことができる。

本発明の送信側ＰＬＣ相手装置Ｐ１の一実施形態を示す図１０において、ＰＳＤ、すなわち電力スペクトル密度が設定され、送信側モデム又はＰＬＣ装置は、最良の電力設定、タイミング、周波数割当てに関する情報を取得する。この情報は、ＭＡＣレイヤＭＡＣ及び物理レイヤＰＨＹにおけるモジュールに転送される。ＭＡＣレイヤＭＡＣは、ＰＬＣモデム又は装置Ｐ１がデータを送信するときに機能する。物理レイヤＰＨＹは、最良のスループット条件に従ってＯＦＤＭ送信のノッチ又は搬送波を配置する。

１．１４結論
最新の通信技術における幾つかの特性を以下に列挙する。
１．時間及び周波数によって変動するチャンネル内の時間及び周波数インターリーブとともに符号化を利用する。急速に変動するチャンネルに対して有用かつ効率的である。
２．最新のＯＦＤＭシステム、例えば無線システムは、ＰＬＣ等の準安定状態チャンネルの利点を利用しない。
３．固定周波数ブロックを様々なユーザに割り当てることで共存を実現する。
４．固定タイムスロットを様々なユーザに割り当てることで共存を実現する（同期システムが必要）。
５．他のユーザと十分な距離を取ることにより、共存を可能にする（ユーザ間の減衰が大きい）。

新たなアプローチにより可能な幾つかの特性を以下に列挙する。
１．変動するチャンネルに高速に適応するシステムが実現できる。オーバヘッドは、チャンネルを変更する間のみ増える。これは、準安定状態チャンネルに対して効率的である。
２．未使用の周波数ブロックが、他のユーザにとって使用可能となる。
３．自由なタイムスロットを利用するのに、完全に同期したシステムを必要としない。
４．システムは、ノードと、外部、すなわちアウトサイド干渉との間の特定のチャンネル状態を利用することができる。
５．最大のチャンネル容量又はチャンネル容量が得られる共存メカニズム（周波数領域、時間領域、電力領域）を通信に使用する。

以下、図面を参照し、本発明の好ましい実施形態に基づいて、本発明のこれらの側面及び更なる側面についてさらに説明する。

以下、互いに類似する、同様の、あるいは同等の構成要素及び／又は機能的要素については同一の指示符号で示す。各要素が出てくる度に詳細な説明を繰り返すことはしない。

図１は、本発明に係る電力線通信方法の一実施形態を適用することができる通信環境１００についての可能な構成を示すブロック図である。通信環境１００は、ある手段又は互いに他の相互作用することにより、装置のグローバルネットワークとすることができる。

図１に示す通信環境１００は、共同住宅１の第１のアパートに配置された第１の電力線通信システムＰと、共同住宅１の第１のアパートから空間的に離れた共同住宅２の第２のアパートに配置された第２の電力線通信システムＰ’とを備えている。

第１の電力線通信システムＰは、図１に示す具体例では、３つの電力線通信相手装置Ｐ１、Ｐ７、Ｐ１０を備えている。電力線通信相手装置Ｐ１と電力線通信相手装置Ｐ１０との間では、第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置Ｐ１から第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置Ｐ１０に向かう矢印で示す電力線通信が確立される、あるいは進行中である。

一方、第２の電力線通信システムＰ’内では、電力線通信相手装置Ｐ１５から電力線通信相手装置Ｐ２１に向かう矢印で示す、送信側電力線相手装置Ｐ１５と受信側の電力線通信相手装置Ｐ２１間の通信が進行中である、あるいは維持されている。また、第２の電力線通信システムＰ’の送信側の電力線通信相手装置Ｐ１５により、第１の電力線通信システムＰの受信側の電力線通信相手装置Ｐ１０に対して、点線矢印で示す処理又は効果の干渉又はクロストークが発生する場合がある。

本発明に係る電力線通信方法は、図１に示すような電力線通信システムにおけるクロストーク及び干渉の問題を回避するために設けられる。

図２は、図１に示すような、第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置Ｐ１と第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置Ｐ１０間の電力線通信を実現できるＭＡＣフレームの構造を示す図である。相互作用する電力線通信相手装置Ｐ１と電力線通信相手装置Ｐ１０の間で送受信されるデータは、図２に示す所謂ＭＡＣフレーム又は媒体アクセス制御フレームの構造において送信される。データは一連のＭＡＣフレームに分割され、各ＭＡＣフレームは５つの主要部分からなる。すなわち、同報送信チャンネル部、ダウンリンクフェーズ部、直接リンクフェーズ部、アップリンクフェーズ部、リソースフェーズ部である。

図４は、電力線通信相手装置Ｐ１と電力線通信相手装置Ｐ１０間の通信と、電力線通信相手装置Ｐ１５と電力線通信相手装置Ｐ２１間の通信とを示す図である。実線のブロックは、第１の電力線通信システムＰにおける第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置Ｐ１と第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置Ｐ１０間のデータ通信を示し、点線のブロックは、第２の電力線通信システムＰ’における送信側の電力線通信相手装置Ｐ１５と受信側の電力線通信相手装置Ｐ２１間のデータ通信を示す。各ブロックは、第１の電力線通信システムＰと第２の電力線通信システムＰ’間の干渉及びクロストークの問題を回避するために、第１及び第２の電力線通信システムＰ、Ｐ’における各対の電力線通信相手装置Ｐ１、Ｐ１０及び電力線通信相手装置Ｐ１５、Ｐ２１に割り当てられた各タイムスロットに対応している。

図５〜図８は、図１に示す第１及び第２の電力線数チンシステムＰ、Ｐ’における送受信状態を示す図である。

図５は、第１の電力線通信システムＰの第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置Ｐ１から第１の電力線通信システムＰの第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置Ｐ１０に送信される信号の減衰を示す。図５のトレース線は減衰を送信信号の周波数の関数としてｄＢで示すものである。ここでは、第１の電力線通信システムＰの第２の電力線通信相手装置Ｐ１０の位置にて減衰を測定する。

図６には、第１の電力線通信システムＰの第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置Ｐ１０の位置における、第２の電力線通信システムＰ’の送信側の電力線通信相手装置Ｐ１５から送信される信号の減衰が別のトレース線として示されている。明らかに、第１の電力線通信システムＰの第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置Ｐ１０において、第２の電力線通信システムＰ’の送信側の電力線通信相手装置Ｐ１５から発した信号の減衰が、第１の電力線通信システムＰの第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置Ｐ１から発した信号の減衰と比較して小さくなる周波数帯域が存在する。したがって、第１の電力線通信システムＰの第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置Ｐ１０により受信されるデータ信号よりも干渉又はクロストーク信号の方が大きくなる周波数スペクトル部分が存在する。

図７では、上述の状態にはない周波数帯域、すなわち、第１の電力線通信システムＰの第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置Ｐ１０の位置において、第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置Ｐ１から送信されるデータ信号の信号強度が、第１の電力線通信システムＰ’の送信側の電力線通信相手装置Ｐ１５から干渉される信号よりも大きくなる周波数帯域を強調して示してある。

図８は、第１の電力線通信システムＰの第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置Ｐ１から第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置Ｐ１０へのデータ信号送信について、各周波数帯域における信号対雑音比を大きくすることにより、可能な通信帯域幅及びデータスループットを高くするため、第２の電力線通信システムＰ’の送信側の電力線通信相手装置Ｐ１５の送出から図７に示す強調部分を除外した状態を示す。

本発明に係る電力線通信方法により管理することができる通信環境を示すブロック図である。一般的なＭＡＣ構造を示す図である。電力線通信チャンネルにおける可能な信号対雑音比ＳＮＲと、各搬送波の配列の選択を示す図である。ＴＤ共存アプローチの場合について、図１のシステム内の通信を確立できる時間構造を示す図である。ＦＤ共存アプローチの場合について、電力線通信プロセスにおける通信状態の特徴を説明するための図である。ＦＤ共存アプローチの場合について、電力線通信プロセスにおける通信状態の特徴を説明するための図である。ＦＤ共存アプローチの場合について、電力線通信プロセスにおける通信状態の特徴を説明するための図である。ＦＤ共存アプローチの場合について、電力線通信プロセスにおける通信状態の特徴を説明するための図である。受信側の電力線通信相手装置の一実施形態を示すブロック図である。送信側の電力線通信相手装置の一実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

１００通信環境、Ｃｈ１〜Ｃｈｎ第１のＰＬＣシステムＰにおいて可能な通信チャンネル、Ｃｈ１’〜Ｃｈｎ’ 第２のＰＬＣシステムＰ’において可能な通信チャンネル、Ｐ第１の電力線通信システム、Ｐ’ 第２の電力線通信システム、Ｐ１第１の、すなわち送信側の電力線通信相手装置、Ｐ７電力線通信相手装置、Ｐ１０第２の、すなわち受信側の電力線通信相手装置、Ｐ１５送信側の電力線通信相手装置、Ｐ２０受信側の電力線通信相手装置

Claims

電力線通信システム（Ｐ）における少なくとも１つの第１の又は送信側の電力線通信相手装置（Ｐ１）と少なくとも１つの第２の又は受信側の電力線通信相手装置（Ｐ１０）間のデータ通信を実現する電力線通信方法において、
（ａ）上記少なくとも１つの第１の又は送信側の電力線通信相手装置（Ｐ１）と少なくとも１つの第２の又は受信側の電力線通信相手装置（Ｐ１０）間の複数の可能な通信チャンネル（Ｃｈ１〜Ｃｈｎ）の伝送状態を確認することにより、それぞれの可能な通信チャンネル（Ｃｈ１〜Ｃｈｎ）の通信状態を記述する伝送状態データを生成するステップと、
（ｂ）上記少なくとも１つの第１の又は送信側の電力線通信相手装置（Ｐ１）と少なくとも１つの第２の又は受信側の電力線通信相手装置（Ｐ１０）間の伝送状態データに基づいて、上記複数の可能な通信チャンネル（Ｃｈ１〜Ｃｈｎ）の通信状態を実際の通信状態として選択するステップとを有する電力線通信方法。
上記伝送状態データは、信号対雑音比、タイムスロット、周波数帯域、チャンネル容量、上記電力線通信システム（Ｐ）又は可能な電力線通信チャンネル（Ｃｈ１〜Ｃｈｎ）を有する他のシステム（Ｐ’）の電力線通信相手装置からの干渉信号、暗雑音、非電力線通信装置からの干渉信号からなるグループのうちの少なくとも１つを記述するために生成されることを特徴とする請求項１記載の電力線通信方法。
上記実際の通信状態は、周波数帯域、信号変調方式、タイムスロット、上記少なくとも１つの第１の又は送信側の電力線通信相手装置（Ｐ１）と少なくとも１つの第２の又は受信側の電力線通信相手装置（Ｐ１０）間の複数の可能な通信チャンネル（Ｃｈ１〜Ｃｈｎ）のうちの可能な又は上記実際の通信チャンネル（Ｃｈ１〜Ｃｈｎ）の送出電力からなるグループのうちの少なくとも１つを達成及び選択するように選択されることを特徴とする請求項１又は２記載の電力線通信方法。
上記伝送状態を確認するステップ（ａ）は、繰り返し実行されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の電力線通信方法。
上記伝送状態を確認するステップ（ａ）は、上記少なくとも１つの第１の又は送信側の電力線通信相手装置（Ｐ１）と少なくとも１つの第２の又は受信側の電力線通信相手装置（Ｐ１０）間で進行中のデータ通信の処理中に実行されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の電力線通信方法。
上記通信状態を選択するステップ（ｂ）は、繰り返し実行されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の電力線通信方法。
上記通信状態を選択するステップ（ｂ）は、上記少なくとも１つの第１の又は送信側の電力線通信相手装置（Ｐ１）と少なくとも１つの第２の又は受信側の電力線通信相手装置（Ｐ１０）間で進行中のデータ通信の実際のデータ通信品質を維持又は高めるように通信状態を変更するために、該少なくとも１つの第１の又は送信側の電力線通信相手装置（Ｐ１）と少なくとも１つの第２の又は受信側の電力線通信相手装置（Ｐ１０）間で進行中のデータ通信の処理中に実行されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の電力線通信方法。
上記実際の通信状態は、所定の閾値基準、特に上記伝送パラメータのうちの少なくとも１つに従って選択されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の電力線通信方法。
上記実際の通信状態は、特に所定の閾値基準、特に上記伝送パラメータのうちの少なくとも１つに対して、最良のデータ通信を実現するように選択されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の電力線通信方法。
上記少なくとも１つの第２の又は受信側の電力線通信相手装置（Ｐ１０）が監視していない周波数帯域、及び／又は、外部の送信装置又は雑音が存在する周波数帯域に対する、上記少なくとも１つの第１の又は送信側の電力線通信相手装置（Ｐ１）と少なくとも１つの第２の又は受信側の電力線通信相手装置（Ｐ１０）間のデータ通信のための信号送出は、該少なくとも１つの第１の又は送信側の電力線通信相手装置（Ｐ１）によって、低減又は防止されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の電力線通信方法。
上記少なくとも１つの第１の又は送信側の電力線通信相手装置（Ｐ１）と少なくとも１つの第２の又は受信側の電力線通信相手装置（Ｐ１０）間のデータ通信のための信号送出電力は、選択された送出周波数帯域に対する送出電力の所定の制限要件を満たすように設定されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項記載の電力線通信方法。
上記少なくとも１つの第１の又は送信側の電力線通信相手装置（Ｐ１）と少なくとも１つの第２の又は受信側の電力線通信相手装置（Ｐ１０）間のデータ通信は、媒体アクセス制御又はＭＡＣ構造に基づいて確立されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項記載の電力線通信方法。
チャンネル容量（Ｃ）は、シャノンの法則に従い、特に以下の式（１）に従って求められ、

ここで、Ｃはチャンネル容量、ｔはデータ送信の時間変数、ｔ_{ｓｔａｒｔ}は開始時間、ｔ_ｓｔｏｐは停止時間、ｆは周波数変数、ｆ_{ｓｔａｒｔ}は開始周波数、ｆ_ｓｔｏｐは停止周波数、ｌｄ（）は二重対数関数、ＳＮＲはそれぞれの信号対雑音比を表すことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項記載の電力線通信方法。
ｊ＝１〜ｎに対してｔ_{ｓｔａｒｔ，ｊ}≦ｔ_{ｓｔａｒｔ，ｊ＋１}、ｔ_{ｓｔｏｐ，ｊ}≦ｔ_{ｓｔｏｐ，ｊ＋１}、ｔ_{ｓｔａｒｔ，ｊ}＜ｔ_{ｓｔｏｐ，ｊ}の条件を満たすそれぞれの開始時間ｔ_{ｓｔａｒｔ，１}〜ｔ_{ｓｔａｒｔ，ｎ}と停止時間ｔ_{ｓｔｏｐ，１}〜ｔ_{ｓｔｏｐ，ｎ}間の複数の時間間隔、及び／又は、ｋ＝１〜ｍに対してｆ_{ｓｔａｒｔ，ｋ}≦ｆ_{ｓｔａｒｔ，ｋ＋１}、ｆ_{ｓｔｏｐ，ｋ}≦ｆ_{ｓｔｏｐ，ｋ＋１}、ｆ_{ｓｔａｒｔ，ｋ}＜ｆ_{ｓｔｏｐ，ｋ}の条件を満たすそれぞれの開始周波数ｆ_{ｓｔａｒｔ，１}〜ｆ_{ｓｔａｒｔ，ｍ}と停止周波数ｆ_{ｓｔｏｐ，１}〜ｆ_{ｓｔｏｐ，ｍ}間の複数の周波数間隔について、全チャンネル容量Ｃ_ｆｕｌｌは、以下の式（２ａ）により求められ、

ここで、Ｃ_ｊ，ｋは、ｊ番目の時間間隔とｋ番目の周波数間隔に対する部分的なチャンネル容量を表し、シャノンの法則に従い、特に以下の式（２ｂ）によって定まり、

ここで、ｔはデータ送信の時間変数、ｆは周波数変数、ｌｄ（）は二重対数関数、ＳＮＲはそれぞれの信号対雑音比を表すことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項記載の電力線通信方法。
信号対雑音比（ＳＮＲ）は、以下の式（３）によって定まり、

ここで、ＳＮＲは各信号対雑音比を表し、ＰＳＤ_ｆｅｅｄは、給電電力のスペクトル密度であり、特に全てのモデムについて分かっており、ＮＰＳＤ_{ｒｅｃｅｉｖｅ}は、受信機における雑音電力のスペクトル密度であり、特に受信側の電力線通信相手装置（Ｐ１０）によって測定され、ＡＴＴは、特に上記第１の又は送信側の電力線通信相手装置（Ｐ１）と第２の又は受信側の電力線通信相手装置（Ｐ１０）間における信号の減衰を表すことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項記載の電力線通信方法。
複数の電力線通信システム（Ｐ、Ｐ’）であって、特に、それぞれが複数の電力線通信相手装置（Ｐ１、Ｐ１０、及び、Ｐ１５、Ｐ２１）を有し、及び／又は、それぞれが該複数の電力線通信システムの各システム間におけるシステム間通信を行わない複数の電力線通信システム（Ｐ、Ｐ’）が管理されることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項記載の電力線通信方法。
請求項１乃至１６のいずれか１項記載の電力線通信方法を実現するように構成及び／又は配置され、該電力線通信方法を実現する手段を備える電力線通信システム。
請求項１乃至１６のいずれか１項記載の１つ又は２つの電力線通信方法を実現及び／又は関与するように構成及び／又は配置され、該電力線通信方法の実現及び／又は関与するための手段を備える電力線通信装置。
コンピュータ、デジタル信号処理手段等において実行されたときに、請求項１乃至１５のいずれか１項記載の電力線通信方法及びそのステップを実行するように構成及び／又は配置された演算方法からなるコンピュータプログラム製品。
請求項１９記載のコンピュータプログラム製品を格納した、コンピュータにより読取り可能な記録媒体。