JP2006525711A - 搬送電流によるデータ伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一定の周波数帯域を用いた搬送電流によるデータ伝送方法を得る。
【解決手段】Ｎが２以上の整数であるとき、前記周波数帯域をＮ個のサブバンドに分割し、前記サブバンドの各々でＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）技術を使用し、各サブバンドで計算操作を実行することからなり、各サブバンドで実施される計算が、他のサブバンドで実施される計算とは独立して行われ、前記サブバンドが、ダイナミックに作動されて割り当てられることを特徴とする。本発明は、また、この方法を実施する変調復調装置に関する。

Description

本発明は、搬送電流によるデータ伝送の分野に関する。

本発明は、特に、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術を利用するデータ伝送方法およびモデムに関する。

従来技術では、既に、欧州特許出願第１０１１２３５号明細書（Ｎｏｒｔｅｌ）により、ＯＦＤＭを用いた搬送電流による通信システムが知られている。これは、入力信号の「クリッピング」によるノイズ管理を付加したものである。

従来技術では、また、欧州特許出願第１０１４６４０号明細書（Ｎｏｒｔｅｌ）により、ＯＦＤＭ技術を用いた通信システムが知られている。これは、基地局とスレーブ局とを同期させるために様々な解決方法を導入したものである。特別なシンボルを付加し、より長いガードが使用されている。

国際公開第０１／９５５１８号パンフレット（Ｃｏｎｅｘａｎｔ）では、搬送電流ネットワークシステムのダブルバンド変調方法および装置が提案されている。この発明は、ＯＦＤＭ技術を使用して、バンド間の移行をスタティックに行うことができる。

また、欧州特許出願第１０１８８２６号明細書（ＰｏｌｙＴｒａｘ）では、ＯＦＤＭ技術を用いた搬送電流によるデータ伝送方法が提案されている。この文献で紹介されている発明では、時間信号に非矩形の窓をインプリメントするか（２個につき１個のキャリアが失われる）、または係数が与えられたフィルタをインプリメントすることによって、信号を改善している。

従来技術では、また、米国特許第５６１０９０８号明細書（ＢＢＣ）により、「ｐｅａｋ ｔｏ ｍｅａｎ ｒａｔｉｏ」に帰することができるシステムが知られている。

従来技術では、また、米国特許第６４７３４５３号明細書（英国国防省事務局）により、８個の多重チャネル伝送方法を実施する高周波通信システムが知られている。８個のチャネルは、広帯域の周波数信号を含む。こうしたインプリメンテーションは、狭帯域に関連する干渉をなくすのに有効である。

従来技術では、また、米国特許第５６８４４５０号（Ｎｏｒｗｅｂ）により、１ＭＨｚより大きい信号を投入するために複数フィルタと一つのアナログ部分とをインプリメントすることからなる、ＯＦＤＭ技術を用いた搬送電流による電気式の伝送ネットワークが知られている。ここでは、適正なインピーダンス計算のための終端装置が設けられている。

従来技術では、また、米国特許第６２８２４０５号明細書（Ｎｏｒｗｅｂ）により、非常に一般的にＯＦＤＭ技術を利用して配電と通信を行うハイブリッドネットワークが知られている。

従来技術では、また、米国特許第６４５６６５７号明細書（Ｂｅｌｌ Ｃａｎａｄａ）により、ＯＦＤＭ技術を使用するフィルタバンドシステムが知られている。このシステムは、広帯域システムを分解し、チャネルで各サブバンドを多重化し、受信時に信号を再構成可能である。

従来技術では、また、国際公開第０２／５１０８９号明細書（Ｃｏｎｅｘａｎｔ）により、ＯＦＤＭ技術を用いた、搬送電流による周期的なノイズへの同期システムが知られている。この発明の目的は、２個のノイズピーク間にデータシンボルを送信することにある。

従来技術では、また、米国特許第６３７３３７７号明細書により、データ伝送用のカップリング手段を備えた供給手段が知られている。

従来技術では、また、米国特許第６２４９２１３号明細書（ＩＮＴＥＬ）の「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｖｅｒ ａｎ ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｏｗｅｒ ｌｉｎｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｐｌｕｒａｌｉｔｙ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｓｕｂｃｈａｎｎｅｌｓ」が知られている。この米国特許に記載された発明の実施形態は、交流電流による電線を介した情報伝送方法である。情報伝送用の周波数チャネルが選択されて、複数の直交周波数サブチャネルに分割される。直交周波数サブチャネルの各々は、特徴的な伝送の一定値を決定するために試験され、次に、この値を用いて、直交周波数サブチャネル用の伝送ビット密度を決定する。情報は、複数のサブデータブロックに分割される。サブデータブロックの各々が、直交周波数チャネルの一つに対応し、各サブデータブロックのサイズが、対応する伝送ビット密度に基づいて決定される。各サブブロックのデータは、対応する直交周波数サブチャネルを介した伝送用に変調される。各サブデータブロックは、対応する直交周波数サブチャネルを介してほぼ同時に伝送される。

インテルの上記米国特許第６２４９２１３号明細書は、まさしく電線でのデータ伝送に関与する。しかしながら、サブバンドのダイナミックな作動および割り当てに必要なステップについてはどこにも記載していない。これらのステップは、本発明による方法では非常に重要である。しかも、他のサブバンドで実施される計算とは全く独立して各サブバンドで計算を実施する事実も、従来技術には記載されていない。

本発明は、Ｎが２以上の整数であるとき、周波数帯域をＮ個のサブバンドに分割し、他のサブバンドで実施される計算とは独立した計算を各サブバンドで実施し、ソフトウェア手段によりサブバンドをダイナミックに作動することによって、従来技術の不都合を解消しようとするものである。さらに、５１２個のキャリアより小さいサイズのＯＦＤＭシンボルの使用によって、ＯＦＤＭシンボルの同期が簡素化され、安価になる。

このため、本発明は、その最も一般的な意味において、
・Ｎが２以上の整数であるとき、前記周波数帯域をＮ個のサブバンドに分割し、
・前記サブバンドの各々でＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術を利用し、
・各サブバンドで計算操作を実行することからなる周波数帯域を用いた搬送電流によるデータ伝送方法に関し、この方法は、
・各サブバンドで実施される計算が、他のサブバンドで実施される計算とは独立して行われ、
・いわゆるサブバンドが、ダイナミックに作動されて割り当てられることを特徴とする。

特定の実施形態によれば、サブバンド数Ｎが７に等しい。

特定の実施形態によれば、ＯＦＤＭシンボルが、２５６個のキャリアに等しいサイズを有する。

有利な変形実施形態によれば、サブバンドが、ソフトウェア手段によりダイナミックに作動されて割り当てられる。

別の変形実施形態によれば、サブバンドが、ハードウェア手段によりダイナミックに作動されて割り当てられる。

本発明は、また、フィルタリング手段と、ＦＦＴ計算手段と、アナログ／デジタル変換手段と、増幅手段と、サブバンドの作動割り当て手段とを含む、この方法を実施するための変調復調装置に関する。

本発明は、添付図面に関して全くの例としてなされた本発明の実施形態の以下の説明から、いっそう理解されるであろう。

本発明による方法は、搬送電流によるデータ伝送のために周波数帯域を用いることに基づいている。限定的ではない一例では、１．６ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの帯域を使用することからなる。本発明による方法の原理は、帯域を複数のサブバンド（２個以上）に分割し、このサブバンドを、その各々でＯＦＤＭ技術を用いて、独立してダイナミック作動することにある。

搬送電流による伝送では、容量性結合または誘導性結合により給電線で可能になる周波数（たとえば１．６ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）を変調することによる進んだ信号処理技術が用いられる。結合により、低電圧の高周波信号（５０Ｈｚ以上）を給電線で入れ替え、電気ケーブルに存在する高周波信号をシステムで回収するようにすることができる。

受信時には、変調信号が電線で回収され、大まかにフィルタリングされてから（１．６ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）増幅される。その後、デジタル化され、占有するサブバンドに応じて分析される。各サブバンドは、同じ仕方で順々に処理される。信号は、同期され、周波数エラーをなくすように多重化されてから周波数領域に移される。そこで、チャネルの変化に関する幾つかの情報を引き出して、チャネルによる変形を修正してから復調する。最後に、制御ブロックが情報を回収して上位層に伝送する。

伝送時には、制御ブロックが、サブバンドからサブバンドへと順次データ送信する。データは、変調されて時間領域に移される。その後、合成フィルタにより、情報を占有していると仮定されるサブバンドに移転される。そこで、デジタル信号がアナログ信号に変換され、フィルタリングされて、１．６ＭＨｚ〜３０ＭＨｚを超える成分を除去した後で増幅される。最後に、信号は結合により電線で伝送される。

図１に示したように、送信ラインおよび受信ラインはかなり異なっており、制御レベルおよび結合レベルだけが一緒である。以下、詳しく説明する。

受信−アナログ部分

受信では、低周波数用の直列接続コンデンサと、ローパスフィルタとから、有効帯域（本発明の実施例では１．６ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）だけを保持するように、高周波信号をフィルタリングする。以下は、フィルタの特徴の一例である。
−８次楕円フィルタ
−通過帯域０〜３０ＭＨｚ
−停止帯域〜５０ｄＢ
−通過帯域におけるリップル＜１ｄＢ
−通過帯域の変位→停止帯域＜２ＭＨｚ

次に、信号のダイナミックを調整するように可変利得で信号を増幅する。

さらに、アナログ−デジタル変換器により、信号をデジタル化する。

たとえば−１４ビットで６４ＭＨｚとする。

図２は、アナログ受信部分を示している。

フィルタリング

デジタル信号処理の第一ステップは、本発明の新技術の中心である。本発明のこの実施例では、７つのサブバンドを考慮する。当然のことながら、この例は限定的なものではない。フィルタリングにより、７つの異なる経路で以下の７つのサブバンドに含まれる信号を回収できる（ＴＢＣ）。
・サブバンド１：−２→１０ＭＨｚ
・サブバンド２：２→１２ＭＨｚ
・サブバンド３：６→１８ＭＨｚ
・サブバンド４：１０→２２ＭＨｚ
・サブバンド５：１４→２６ＭＨｚ
・サブバンド６：１８→３０ＭＨｚ
・サブバンド７：２２→３４ＭＨｚ

実際、フィルタリングは、信号のＯＦＤＭ構造に密接に関連する。そのため、隣接するサブバンドに存在するキャリアが使用されないものと仮定して、あえて様々なサブバンドを重複させる。この技術により、スペクトル効率を高く保ちながらフィルタの複雑性を低減できる。各サブバンドの有効周波数は、以下の通りである。
・サブバンド１：２→６ＭＨｚ
・サブバンド２：６→１０ＭＨｚ
・サブバンド３：１０→１４ＭＨｚ
・サブバンド４：１４→１８ＭＨｚ
・サブバンド５：１８→２２ＭＨｚ
・サブバンド６：２２→２６ＭＨｚ
・サブバンド７：２６→３０ＭＨｚ

図３は、様々な帯域を示している。

フィルタリングは、分析フィルタベンチを用いて行われる。この構造により、７個の各サブバンドの信号を分離し、ベースバンドに移し変えることができる。バンド全体のサンプルが８個であるので、各サブバンドが１個のサンプルを有することができる。サンプルはフィルタの出力で時間多重化される。

図４は、分析フィルタベンチの動作を示している。

同期

送信機と受信機との同期は、各バンドで独立して行われる。従って、サンプルは、このサンプルが関与するサブバンドに応じて順次処理され、保存される。同期は、自動修正シンボルとガードインタバルとの検出に基づく。同期により、周波数領域に移行するためのフーリエ変換の窓を配置できる。

図５は、サブバンドにおける同期フローを示している。

同期シンボルは、フレームの冒頭で送られる。このシンボルは、経時的に繰り返される既知の情報を含んでいる。シンボルの半分ずつの相関関係により、このシンボルを別のシンボルの中から見つけ出すことができる。次に、シンボルの終わりに、このシンボルの冒頭部分のコピーであるガードインタバルを使用する。ガード長における相関関係により、フーリエ変換の窓を正確に見つけられる。

図６は、フレームシンボルの相関原理を示している。

シンボル全体を受信し、検出すると、同期ブロックが、複雑な多重化後にフーリエ変換部にこれを送信する。多重化により、受信時にさらに後段でなされる計算によって時間信号を修正できる。フレームの冒頭では、修正が作動されていない。

この場所から、各サブバンドのサンプルが切り離される。サブバンドは順次処理され、２５６個のサンプルが２５６個のバンドにより処理される。

図７は、同期ブロックの作動を示している。

フーリエ変換

好適な実施例では、各サブバンドにおけるＯＦＤＭ信号が２５６個のキャリアからなる。サブバンドの構造を尊重するために１２８個のキャリアだけが使用される場合でも、２５６個の点のフーリエ変換を行うことが必要である。１個のサブバンドで受信される２５６個の時間サンプルに対して、２５６個のキャリアに対応する２５６個の周波数サンプルを計算する。

使用される構造は、比較的一般的なものであり、絞りの原理に基づいている。ゼロでない１２８個を含む２５６個の点に対して、この構造は、面積および速度に関して特に最適化されている。この構造により、約２５６個の潜伏サイクルを用いて計算ができる。

周波数修正

大部分の通信媒体と同様に、電流は、使用される周波数でエラーを発生する。これは、振幅エラーや位相エラー等であり、この二つのパラメータは時間が経つにつれて発生する。この修正のために、本発明の解決方法は、二つのツールを使用する。すなわち、全ての有効キャリアを含んで規則正しい間隔で送られる完全に既知の基準シンボルと、各データシンボル内の基準（パイロット）キャリアとである。送信機および受信機は、それらのロケーションを知っている。

基準シンボルでは、キャリア全体に対する位相および振幅の修正を推定する。

後続シンボルでは、上記のように得られた値を適用し、パイロットキャリアに注目する。この二つに対して、回転角度を計算し、そこから線形回帰により他の全てのキャリアに対する回転角度を導き出す。中心のキャリアの回転角度をデルタと呼び、この角度を、次のシンボルの時間領域に適用する。図５は、サブバンドにおける同期フローを示し、図８は、周波数エラーの均等化および修正の原理を示している。

復調

このようにキャリアが修正され、キャリアを復調できる。そのために、送信機および受信機は、各サブバンドの８個のキャリアからなる１６グループそれぞれに対して特別な変調を使用することに同意する。これらの各グループでは、ノイズレベルに適した変調を使用できる。
０ 変調なし
１ 位相変調（ＢＰＳＫ）
２ ４位相偏移変調（ＱＰＳＫ）
４ １６値の直交振幅変調（ＱＡＭ１６）
６ ６４値の直交振幅変調（ＱＡＭ６４）
８ ２５６値の直交振幅変調（ＱＡＭ２５６）

基準シンボルとパイロットキャリアは復調されない。さらに、各サブバンドでは、幾つかのキャリアが、優先的な他のサービスに用いられるので、禁止される。こうしたキャリアは復調されない。

復調器は、各キャリアでＳＮ比を計算できる。これは、チャネルの複数値からキャリアを復調し、もう一度変調して、差を出すことによって理論上の期待値を見つけることにより行われる。

図９は、サブバンドにおける復調フローを示している。

復調された全ての値は保存され、復調情報がコントローラに伝送される。ＳＮ比に関する全ての情報がコントローラに伝送される。

制御

搬送電流による伝送方法の制御は、送信時に変調装置、受信時に復調装置を直接制御するマイクロコントローラで行われる。マイクロコントローラは、各サブバンドを逐次処理する。マイクロコントローラは、その固有のソフトウェア構成（ダイナミックにロードされる搭載プログラム）に応じて、サブバンドを作動させ、または作動させず、さまざまなデータフローをサブバンドに割り当てる。

マイクロコントローラは、データをそれ自体として管理せず、データの利用可能性に関する情報を受信し、その結果として変調装置および復調装置を制御する。同様に、データが送信または受信されたことを上位層に知らせる（エラー修正符号化、ＭＡＣ層など）。

コントローラは、さらに、各キャリアに適用される変調と、計算されるＳＮ比とを管理する主要装置である。変調を変更する決定を下すのは、コントローラである。

送信−変調

変調装置は、復調装置と同等の装置である。すなわち、操作が類似している。これは、コントローラの命令で保存データを変調することに関わる。データは、品質に応じて、０、１、２、４、６、または８により変調可能である。各キャリアでは、変調を禁止して、禁止周波数（ノッチの概念）を遵守することができる。１個のシンボルにおける２個のパイロットキャリアでは、既知のデータで変調を強要できる。

図１０は、サブバンドにおける変調構成を示している。

情報伝送を制限するために、各サブバンドの１２８個の作動キャリアだけが伝送される。ゼロである他の１２８個のキャリアが加えられて各サブバンドで２５６個の点が構成されるのは、後段である（特に、逆フーリエ変換の場合）。

多重化

変調装置は、変調のために６ビットのダイナミックしか必要としない。各キャリアの周波数要素は複素数により多重化されるので、ダイナミックは１４ビットになる。多重化に使用される複素数は、
−電磁力への適合を最適化するための振幅と、
−後段での計算を飽和させないようにする位相とに分解可能である。

逆フーリエ変換

このステップでは、１２８個の有効な周波数エレメントから２５６個の点の時間信号を構成できる。

合成フィルタ

合成フィルタは、結合される周波数帯域の様々なサブバンドに対応する様々なデータを中継できる。使用される構造は、受信時に使用される分析フィルタの双対である。すなわち、データは、サブバンドからサブバンドへと逐次、２５６個の時間サンプルのブロックで到達する。２５６個のシンボルに続いて、３２個の時間サンプルからなるガードインタバルが付加される。各サブバンドのデータがインターリーブされて出力される。

アナログ部分

送信は、信号のＤＡ変換から始まる。

変換器の出力で、信号をフィルタリングしてサンプリング周波数の影響を除去し、搬送電流による伝送に割り当てられる帯域の外で干渉が発生しないようにする。フィルタの特徴は、次の通りである。
−８次楕円フィルタ
−通過帯域０〜３０Ｈｚ
−停止帯域〜５０ｄＢ
−通過帯域におけるリップル＜１ｄＢ
−通過帯域の変位→停止帯域＜２ＭＨｚ

次に、結合の前に信号を増幅する。増幅は一定である（利得２）。

図１１は、伝送のアナログ部分を示している。

以上、本発明を例として説明した。当業者が、特許範囲を逸脱することなく本発明の様々な変形実施形態を実施できることは言うまでもない。

本発明による方法の一般原理を示す図である。 アナログ受信部分を示す図である。 様々な帯域の説明図である。 分析フィルタのベンチの動作を示す図である。 サブバンドにおける同期フローを示す図である。 フレームシンボルの相関原理を示す図である。 同期ブロックの動作を示す図である。 周波数エラーの均等化および修正の原理を示す図である。 サブバンドにおける復調フローを示す図である。 サブバンドにおける変調構成を示す図である。 アナログ伝送部分を示す図である。

Claims (8)

1. ・Ｎが２以上の整数であるとき、周波数帯域をＮ個のサブバンドに分割し、
   ・前記サブバンドの各々でＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）技術を使用し、前記サブバンドが、ダイナミックに作動されて割り当てられ、
   ・各サブバンドで計算操作を実行することからなる、一定の周波数帯域を用いた搬送電流によるデータ伝送方法であって、
   ・各サブバンドで実施される計算が、他のサブバンドで実施される計算とは独立して行われ、
   ・前記方法が、さらに、前記周波数帯域をＮ個のサブバンドに分割可能なフィルタベンチの使用を含むことを特徴とする方法。
2. 前記フィルタベンチのフィルタが、重複してフィルタリングされるサブバンドを有することを特徴とする請求項１に記載の搬送電流によるデータ伝送方法。
3. 前記重複部分に存在する周波数が使用されないことを特徴とする請求項２に記載の搬送電流によるデータ伝送方法。
4. サブバンドの数Ｎが７に等しいことを特徴とする請求項１に記載の搬送電流によるデータ伝送方法。
5. ＯＦＤＭシンボルが、２５６個のキャリアに等しいサイズを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の搬送電流によるデータ伝送方法。
6. サブバンドが、ソフトウェア手段によりダイナミックに作動されて割り当てられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の搬送電流によるデータ伝送方法。
7. サブバンドが、ハードウェア手段によりダイナミックに作動されて割り当てられることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の搬送電流によるデータ伝送方法。
8. フィルタリング手段と、ＦＦＴ計算手段と、アナログ／デジタル変換手段と、増幅手段と、サブバンドの作動割り当て手段とを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法を実施するための変調復調装置。
   

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