JP2007019670A - 電力線通信システム、アクセス系ｐｌｃモデム、宅内系ｐｌｃモデムおよび電力線通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アクセス系サービスに加入可能なユーザ宅のエリアを広げることができる電力線通信システムを得ること。
【解決手段】本発明にかかる電力線通信システムは、宅内系PLCネットワークとアクセス系PLCネットワークとを共存させるために共通制御信号を用いる電力線通信システムであって、アクセス系PLCネットワークに存在するアクセス系PLCモデム（１−１〜１−３）と、宅内系PLCネットワークに存在する宅内系PLCモデム（３−１〜３−３）と、を備え、アクセス系PLCモデムが、自装置の存在を宅内系PLCモデムに認識させるための共通制御信号に、使用を希望する帯域に関する情報（帯域獲得要求）を含めて送信し、宅内系PLCモデムが、受信した共通制御信号の内容に基づいて、要求された帯域以外の帯域を用いてデータ送受信を行う。
【選択図】 図１−１

Description

本発明は、電力線を用いてデータ通信を行う電力線通信（PLC：Power Line Communication）システムに関するものであり、特に、異種PLCネットワークを共存させることが可能な電力線通信システムに関するものである。

電力線（PLC）ネットワークには、たとえば、広域アクセス（インターネットアクセス）を目的とした「アクセス系PLCネットワーク」と、ユーザ宅内の機器間通信を目的とした「宅内系PLCネットワーク」と、の２種類のネットワークが存在する。しかしながら、上記各PLCネットワークは、同一の伝送媒体（電力線）および周波数帯を使用して通信を行うため、同時に通信を行うと、互いに混信し、正常な通信が阻害される場合がある。

一方で、上記アクセス系PLCネットワークと宅内系PLCネットワークとを共存させるための技術が、たとえば、ETSI（European Telecommunications Standards Institute）による下記非特許文献１において提案されている。この文献では、利用する周波数帯をPLCネットワーク毎に固定的に割り当てる方式（静的周波数分割による混信回避方式）、が記載されている。図９は、従来の電力線通信方法の一例、すなわち、静的周波数分割による混信回避方式の概要を示す図である。

さらに、下記非特許文献１においては、どちらか一方のPLCネットワークでしか通信が行われていない場合には、データ送受信用の全周波数帯域を利用してより高速な通信を実現し、その後、「共通制御信号」により他のPLCネットワークの存在を認識した場合には、予め自ネットワークに割り当てられた周波数帯のみを使用して通信を行う方式（動的周波数分割による混信回避方式）、が記載されている。図１０は、従来の電力線通信方法の一例、すなわち、動的周波数分割による混信回避方式の概要を示す図である。

ETSI TS 101 867 V1.1.1(2000-11)

しかしながら、一般的な電力線通信では、アクセス系PLCネットワークにおいて、アクセス系PLCモデムとして動作する宅内装置と中継装置との間の電力線は、データ送受信用周波数帯域中の低周波側（下側帯域）の信号電力の減衰が大きい伝送路特性を示す場合と、データ送受信用周波数帯域中の高周波側（上側帯域）の信号電力の減衰が大きい伝送路特性を示す場合がある。したがって、このような電力線通信システムにおいては、アクセス系PLCネットワークにおいて使用する周波数帯域を上記図１および図２に示すような「下側帯域」に限定すると、下側帯域の信号電力の減衰が大きい伝送路特性を有する電力線に接続されたユーザ宅は、アクセス系のサービスに加入することができない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アクセス系サービスに加入可能なユーザ宅のエリアを広げることを可能とする電力線通信システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電力線通信システムは、宅内の機器間のデータ通信を目的とした宅内系PLCネットワークと、広域アクセスを目的としたアクセス系PLCネットワークと、を共存させるために共通制御信号を用いる電力線通信システムであって、前記アクセス系PLCネットワークに存在するアクセス系PLCモデムと、前記宅内系PLCネットワークに存在する宅内系PLCモデムと、を備え、前記アクセス系PLCモデムが、自装置の存在を宅内系PLCモデムに認識させるための共通制御信号に、使用を希望する帯域に関する情報（帯域獲得要求）を含めて送信し、前記宅内系PLCモデムが、受信した共通制御信号の内容に基づいて、要求された帯域以外の帯域を用いてデータ送受信を行うことを特徴とする。

この発明によれば、アクセス系PLCネットワークが、たとえば、伝送路特性に応じて使用希望帯域を指定してデータ送受信を行うこととしたので、従来、アクセス系のサービスに加入できなかったユーザ宅に対しても同様のサービスを提供することができ、ひいては、アクセス系サービスに加入可能なユーザ宅のエリアを広げることができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる電力線通信システム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。

本実施の形態においては、ユーザ宅内（家庭内，ビル，工場，および店舗等の電気製品間）のデータ通信を目的とした「宅内系PLCネットワーク」と、広域アクセス（宅外のデータ通信）を目的とした「アクセス系PLCネットワーク」が、混在する電力線通信システムを想定し、この電力線通信システムにおいて、上記宅内系PLCネットワークを構成する宅内系PLCモデムと上記アクセス系PLCネットワークを構成するアクセス系PLCモデムとを電力線上で共存させるための技術について説明する。

図１−１は、本発明にかかる電力線通信システムの構成例を示す図であり、図１−２は、宅内系PLCネットワークの構成例を示す図である。図１−１に示す電力線通信システムは、アクセス系PLCネットワークと、単一または複数の戸建住宅内の宅内系PLCネットワークと、を共存させる場合の一例を示しており、たとえば、アクセス系PLCモデムとして動作する宅内装置１（１−１，１−２，１−３）および中継装置２（２−１〜２−ｎ）と、宅内系PLCモデム３（３−１，３−２，３−３）で構成されている。また、図１−２に示す宅内系PLCネットワークは、図１−１に示す各戸建住宅（家庭）内のネットワークを示しており、たとえば、宅内系PLCモデム３を搭載する電気製品（パソコン，電話機，テレビ，そのほかコンセントからの電源を必要とする家庭電化製品）で構成されている。なお、宅内系PLCネットワークの単位は、上記戸建住宅に限らず、たとえば、集合住宅やビル等を単位としてもよい。

また、上記宅内系PLCモデム３を搭載する電気製品のうち、パソコン等いくつかの電気製品（すべての電気製品を含む）については、さらに宅内装置１に接続され、両方のネットワークに対応可能となる。本実施の形態においては、たとえば、図１−１に示すとおり、Ａ宅，Ｂ宅，Ｃ宅が宅内系PLCネットワークとアクセス系PLCネットワークの両方に対応している場合を想定する。

また、本実施の形態において、宅内系PLCモデムは、図２に示すように、アクセス系PLCモデムが近くに存在しない場合、データ送受信用の全周波数帯域を利用してより高速な通信を実現する。そして、ｔ₁の時点で、「共通制御信号」により、アクセス系PLCネットワークに存在するアクセス系PLCモデムの存在を認識し、かつアクセス系PLCモデムが使用を希望する帯域を指定している場合（帯域獲得要求が含まれている場合）、宅内系PLCモデムは、データ送受信用の全周波数帯域を用いた通信を、指定された帯域以外の通信に切り替える。すなわち、データ送受信用の全周波数帯域を、宅内系用通信帯域とアクセス系用通信帯域に分離して通信を行う。図２は、一例として、宅内系用通信帯域を上側に、アクセス系用通信帯域を下側に、それぞれ設定した場合を示している。

つづいて、本実施の形態の電力線通信システムを構成する宅内装置１および宅内系PLCモデム３の構成および動作について説明する。

図３は、宅内装置１の構成を示す図であり、データ送受信用の主モデム１１と共通制御信号送信用の副モデム１２から構成され、主モデム１１は、外部I/F回路１３とデータ送受信部１４とAFE（Analog Front End）１５とを備え、副モデム１２は、共通制御信号送信部１６とAFE１７とを備えている。なお、AFEは、A/D変換器，D/A変換器，バンドパスフィルタ（BPF），増幅器等から構成される。

図３において、データ送受信部１４は、利用を希望する帯域（一例：上側帯域または下側帯域）を用いて、外部I/F回路１３を介して受信したデータをAFE１５経由で送信し、逆に、AFE１５を介して受信したデータを外部I/F回路１３経由で出力する。また、共通制御信号送信部１６は、設置後直ちに、データ送受信部１４からの指示（共通制御信号送信指示）で共通制御信号の送信を開始する。この共通制御信号は、宅内装置１が設置されている間、自装置の存在を宅内系PLCモデムに認識させるために常時送信される。また、データ送受信部１４は、上記利用を希望する帯域を共通制御信号送信部１６に対して通知（利用帯域通知）し、共通制御信号送信部１６では、受け取った利用帯域通知に基づく帯域獲得要求を共通制御信号に含めて送信する。なお、上記帯域獲得要求は、共通制御信号の送信開始時点から常時含めることとしてもよいし、データ通信を行うときにのみ含めることとしてもよい。

たとえば、図４は、共通制御信号の実現方式（時分割方式）の一例を示す図であり、たとえば、帯域獲得要求として上側の周波数帯域を要求する場合は、基準タイミングに基づいて、「上側」の区間にのみ特定信号をのせ、一方、帯域獲得要求として下側の周波数帯域を要求する場合は、基準タイミングに基づいて、「下側」の区間にのみ特定信号をのせる。なお、上記特定信号は、宅内PLCモデムが認識できる信号であれば、どのような信号であってもよい。また、共通制御信号の実現方式は、上記時分割方式に限らず、たとえば、共通制御信号の通信帯域を周波数分割し、分割後の周波数に「上側」および「下側」を割り当てることとしてもよい（周波数分割方式）。さらに、宅内PLCモデムが認識できるのであれば、符号分割方式等を用いることとしてもよい。

また、図５および図６は、宅内装置１が伝送路特性に基づいて共通制御信号（帯域獲得要求）を送信する場合の一例を示す図である。アクセス系PLCモデムとして動作する宅内装置１と中継装置２−１との間の電力線は、データ送受信用周波数帯域中の低周波側（下側帯域）の信号電力の減衰が大きい伝送路特性を示す場合と、データ送受信用周波数帯域中の高周波側（上側帯域）の信号電力の減衰が大きい伝送路特性を示す場合がある。たとえば、図５に示すように、宅内装置１と中継装置２−１との間の電力線が、上側帯域の信号電力の減衰が大きい伝送路特性を示す場合、データ送受信部１４は、下側帯域を示す利用帯域通知を共通制御信号送信部１６に対して通知し、共通制御信号送信部１６では、下側帯域を要求するための帯域獲得要求を共通制御信号に含めて送信する。一方、図６に示すように、宅内装置１と中継装置２−１との間の電力線が、下側帯域の信号電力の減衰が大きい伝送路特性を示す場合、データ送受信部１４は、上側帯域を示す利用帯域通知を共通制御信号送信部１６に対して通知し、共通制御信号送信部１６では、上側帯域を要求するための帯域獲得要求を共通制御信号に含めて送信する。

つぎに、宅内系PLCモデム３の構成および動作について説明する。図７は、宅内系PLCモデム３の構成を示す図であり、データ送受信用の主モデム２１と共通制御信号受信用の副モデム２２から構成され、主モデム２１は、外部I/F回路２３とデータ送受信部２４とAFE２５とを備え、副モデム２２は、共通制御信号受信部２６とAFE２７とを備えている。

図８は、上記宅内系PLCモデム３の処理を示すフローチャートである。ここでは、一例として、宅内装置１と中継装置２−１との間の電力線が、上側帯域の信号電力の減衰が大きい伝送路特性を示す場合について説明する（図５参照）。

宅内系PLCモデム３では、設置後、共通制御信号受信部２６が、データ送受信部２４からの指示（共通制御信号受信指示）で共通制御信号の受信動作を開始する（ステップＳ１）。そして、共通制御信号受信部２６が、たとえば、共通制御信号によりアクセス系PLCモデムの存在を検出し、さらに、当該共通制御信号に下側帯域を要求するための帯域獲得要求が含まれていた場合（ステップＳ２，Ｙｅｓ）、データ送受信部２４は、共通制御信号受信部２６からの利用帯域指示（上側帯域利用）に基づいて、データ送受信用の全周波数帯域を分割して設けた上側の帯域（宅内系用通信帯域）のみを用いて、データ送受信を開始する（ステップＳ３）。

一方で、共通制御信号受信部２６が、たとえば、アクセス系PLCモデムの存在を検出していない場合（ステップＳ２，Ｎｏ）、または、共通制御信号によりアクセス系PLCモデムの存在を検出しているが、当該共通制御信号に帯域獲得要求が含まれていない場合（ステップＳ２，Ｎｏ）、データ送受信部２４は、上記利用帯域指示（全周波数帯域利用）に基づいてデータ送受信用の全周波数帯域を用いてデータ送受信を行う（ステップＳ４）。その後、共通制御信号に下側帯域を要求するための帯域獲得要求を検出した段階で（ステップＳ５）、データ送受信部２４は、上記分割後の上側の宅内系用通信帯域のみを用いたデータ送受信に縮退する（ステップＳ６）。

なお、図８においては、一例として、宅内装置１と中継装置２−１との間の電力線が、上側帯域の信号電力の減衰が大きい伝送路特性を示す場合について説明したが、宅内装置１と中継装置２−１との間の電力線が、下側帯域の信号電力の減衰が大きい伝送路特性を示す場合についても、同様の手順（上側と下側をそれぞれ反対に読み替えたステップＳ１〜Ｓ６）で実現できる。

このように、本実施の形態においては、宅内系PLCネットワークとアクセス系PLCネットワークが混在する電力線通信システムにおいて、アクセス系PLCモデムが利用を希望する帯域を要求し、宅内系PLCモデムが、アクセス系PLCモデムから要求された帯域以外の帯域を用いて通信を行うこととした。これにより、アクセス系PLCネットワークが、図１および図２に示す「下側帯域」に加えて「上側帯域」についても使用可能となり、従来、アクセス系のサービスに加入できなかった、下側帯域の信号電力の減衰が大きい伝送路特性を有する電力線に接続されたユーザ宅に対しても、同様のサービスを提供することができる。すなわち、本実施の形態のシステム構成を用いることにより、アクセス系サービスに加入可能なユーザ宅のエリアを広げることができる。

なお、本実施の形態においては、データ送受信用周波数帯域を上側帯域と下側帯域の二分割としたが、これに限定されるものではなく、３つ以上の帯域に分割することとしてもよい。また、アクセス系PLCネットワークが、宅内装置１と中継装置２−１との間のデータ送受信用周波数帯域として、上側帯域または下側帯域を選択する理由は、その間の電力線の伝送路特性に限定されるものではなく、その他の理由であってもよい。たとえば、中継装置２−１と中継装置２−２との間で利用されるデータ送受信用周波数帯域との（周波数分割による）混信回避を理由としてもよい。

以上のように、本発明にかかる電力線通信システムは、異種のPLCネットワークを共存させるための技術として有用である。

本発明にかかる電力線通信システムの構成例を示す図である。 宅内系PLCネットワークの構成例を示す図である。 データ送受信用の周波数帯域と共通制御信号用の周波数帯域の一例を示す図である。 宅内装置の構成を示す図である。 共通制御信号の実現方式の一例を示す図である。 宅内装置が伝送路特性に基づいて共通制御信号を送信する場合の一例を示す図である。 宅内装置が伝送路特性に基づいて共通制御信号を送信する場合の一例を示す図である。 宅内系PLCモデムの構成を示す図である。 宅内系PLCモデムの処理を示すフローチャートである。 従来の電力線通信方法の一例を示す図である。 従来の電力線通信方法の一例を示す図である。

符号の説明

１−１，１−２，１−３ 宅内装置
２−１，２−ｎ 中継装置
３−１，３−２，３−３ 宅内系PLCモデム
１１，２１ 主モデム
１２，２２ 副モデム
１３，２３ 外部I/F回路
１４，２４ データ送受信部
１５，１７，２５，２７ AFE
１６ 共通制御信号送信部
２６ 共通制御信号受信部

Claims (20)

1. 宅内の機器間のデータ通信を目的とした宅内系PLC（Power Line Communication）ネットワークと、広域アクセスを目的としたアクセス系PLCネットワークと、を共存させるために共通制御信号を用いる電力線通信システムであって、
   前記アクセス系PLCネットワークに存在するアクセス系PLCモデムと、
   前記宅内系PLCネットワークに存在する宅内系PLCモデムと、
   を備え、
   前記アクセス系PLCモデムが、自装置の存在を宅内系PLCモデムに認識させるための共通制御信号に、使用を希望する帯域に関する情報（帯域獲得要求）を含めて送信し、
   前記宅内系PLCモデムが、受信した共通制御信号の内容に基づいて、要求された帯域以外の帯域を用いてデータ送受信を行うことを特徴とする電力線通信システム。
2. データ送受信用の周波数帯域を周波数の高い帯域（上側帯域）と残りの周波数の低い帯域（下側帯域）に分離した場合、前記帯域獲得要求として上側帯域または下側帯域を指定することを特徴とする請求項１に記載の電力線通信システム。
3. 共通制御信号専用の帯域を用いて、時系列的に分割された上側帯域指定用区間または下側帯域指定用区間に特定の信号を送信することにより、上側帯域または下側帯域を指定することを特徴とする請求項２に記載の電力線通信システム。
4. 共通制御信号専用の帯域を周波数分割し、分割後の周波数帯域をそれぞれ上側帯域用および下側帯域用として割り当てることにより、上側帯域または下側帯域を指定することを特徴とする請求項２に記載の電力線通信システム。
5. 前記アクセス系PLCモデムは、前記帯域獲得要求を、共通制御信号の送信開始時点から常時共通制御信号に含めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電力線通信システム。
6. 前記アクセス系PLCモデムは、前記帯域獲得要求を、データ通信を行うときに共通制御信号に含めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電力線通信システム。
7. 前記宅内系PLCモデムは、共通制御信号を受信していない場合、データ送受信用の全周波数帯域を用いてデータ送受信を行い、一方、共通制御信号を受信した場合は、当該共通制御信号に含まれる帯域獲得要求にて要求されている帯域以外の帯域を用いてデータ送受信を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の電力線通信システム。
8. 前記宅内系PLCモデムは、共通制御信号を受信していない場合、または、受信した共通制御信号に帯域獲得要求が含まれていない場合、データ送受信用の全周波数帯域を用いてデータ送受信を行い、一方、受信した共通制御信号に帯域獲得要求が含まれている場合、要求された帯域以外の帯域を用いてデータ送受信を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の電力線通信システム。
9. 宅内の機器間のデータ通信を目的とした宅内系PLC（Power Line Communication）ネットワークと、広域アクセスを目的としたアクセス系PLCネットワークと、を共存させるために共通制御信号を用いる電力線通信システムにおいて、前記アクセス系PLCネットワークに存在するアクセス系PLCモデムであって、
   自装置の存在を前記宅内系PLCネットワークに認識させるための共通制御信号の送信を指示し、かつ使用を希望する帯域に関する情報（帯域獲得要求）を通知する送信指示手段と、
   前記指示に従って、前記帯域獲得要求を含めた状態の共通制御信号を送信する共通制御信号送信手段と、
   を備えることを特徴とするアクセス系PLCモデム。
10. データ送受信用の周波数帯域を周波数の高い帯域（上側帯域）と残りの周波数の低い帯域（下側帯域）に分離した場合、前記帯域獲得要求として上側帯域または下側帯域を指定することを特徴とする請求項９に記載のアクセス系PLCモデム。
11. 前記共通制御信号送信手段は、共通制御信号専用の帯域を用いて、時系列的に分割された上側帯域指定用区間または下側帯域指定用区間に特定の信号を送信することにより、上側帯域または下側帯域を指定することを特徴とする請求項１０に記載のアクセス系PLCモデム。
12. 前記共通制御信号送信手段は、共通制御信号専用の帯域を周波数分割し、分割後の周波数帯域をそれぞれ上側帯域用および下側帯域用として割り当てることにより、上側帯域または下側帯域を指定することを特徴とする請求項１０に記載のアクセス系PLCモデム。
13. 前記共通制御信号送信手段は、前記帯域獲得要求を、共通制御信号の送信開始時点から常時共通制御信号に含めることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一つに記載のアクセス系PLCモデム。
14. 前記共通制御信号送信手段は、前記帯域獲得要求を、データ通信を行うときに共通制御信号に含めることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一つに記載のアクセス系PLCモデム。
15. 宅内の機器間のデータ通信を目的とした宅内系PLC（Power Line Communication）ネットワークと、広域アクセスを目的としたアクセス系PLCネットワークと、を共存させるために共通制御信号を用いる電力線通信システムにおいて、前記宅内系PLCネットワークに存在する宅内系PLCモデムであって、
    前記アクセス系PLCネットワークの存在を宅内系PLCネットワークに認識させるための共通制御信号を受信し、当該共通制御信号に含まれる使用を希望する帯域に関する情報（帯域獲得要求）に基づいて、要求された帯域以外の帯域を用いた送受信を指示する共通制御信号受信手段と、
    前記指示に従って、要求された帯域以外の帯域を用いてデータ送受信を行うデータ送受信手段と、
    を備えることを特徴とする宅内系PLCモデム。
16. 前記共通制御信号受信手段は、共通制御信号を受信していない場合、データ送受信用の全周波数帯域を用いた送受信を指示し、前記データ送受信手段は、当該指示に従って、前記全周波数帯域を用いてデータ送受信を行い、
    一方、前記共通制御信号受信手段は、共通制御信号を受信した場合、当該共通制御信号に含まれる帯域獲得要求にて要求されている帯域以外の帯域を用いた送受信を指示し、前記データ送受信手段は、当該指示に従って、要求されている帯域以外の帯域を用いてデータ送受信を行うことを特徴とする請求項１５に記載の宅内系PLCモデム。
17. 前記共通制御信号受信手段は、共通制御信号を受信していない場合、または、受信した共通制御信号に帯域獲得要求が含まれていない場合、データ送受信用の全周波数帯域を用いた送受信を指示し、前記データ送受信手段は、当該指示に従って、前記全周波数帯域を用いてデータ送受信を行い、
    一方、前記共通制御信号受信手段は、受信した共通制御信号に帯域獲得要求が含まれている場合、当該帯域獲得要求にて要求されている帯域以外の帯域を用いた送受信を指示し、前記データ送受信手段は、当該指示に従って、要求された帯域以外の帯域を用いてデータ送受信を行うことを特徴とする請求項１５に記載の宅内系PLCモデム。
18. 宅内の機器間のデータ通信を目的とした宅内系PLC（Power Line Communication）ネットワークと、広域アクセスを目的としたアクセス系PLCネットワークと、を共存させるために共通制御信号を用いる電力線通信方法であって、
    前記アクセス系PLCネットワークに存在するアクセス系PLCモデムが、自装置の存在を宅内系PLCネットワークに認識させるための共通制御信号に、使用を希望する帯域に関する情報（帯域獲得要求）を含めて送信する共通制御信号送信ステップと、
    前記宅内系PLCネットワークに存在する宅内系PLCモデムが、受信した共通制御信号の内容に基づいて、要求された帯域以外の帯域を用いてデータ送受信を行うデータ送受信ステップと、
    を含むことを特徴とする電力線通信方法。
19. 前記宅内系PLCモデムは、共通制御信号を受信していない場合、データ送受信用の全周波数帯域を用いてデータ送受信を行い、一方、共通制御信号を受信した場合は、当該共通制御信号に含まれる帯域獲得要求にて要求されている帯域以外の帯域を用いてデータ送受信を行うことを特徴とする請求項１８に記載の電力線通信方法。
20. 前記宅内系PLCモデムは、共通制御信号を受信していない場合、または、受信した共通制御信号に帯域獲得要求が含まれていない場合、データ送受信用の全周波数帯域を用いてデータ送受信を行い、一方、受信した共通制御信号に帯域獲得要求が含まれている場合、要求された帯域以外の帯域を用いてデータ送受信を行うことを特徴とする請求項１８に記載の電力線通信方法。

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