JP2007214784A - 電力線通信装置とその通信制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力線通信のアクセス制御装置を不要し、電力線の通信方式の統一化が容易な接続環境を提供する。
【解決手段】電力線通信の第１方式の信号を入出力する第１電力線端子１１と、第２方式の信号電力線通信の第２方式の信号を入出力する第２電力線端子１２と、第１および第２電力線端子１１,１２間に接続され、第１方式の信号の第２電力線端子１２側への入力、および、第２方式の信号の第１電力線端子１１への入力を遮断する信号遮断フィルタ１３と、信号遮断フィルタ１３と並列に接続され、第１方式の信号と第２方式の信号のＱｏＳ情報を相互に解釈し、当該解釈の結果に応じて、信号入力側の通信方式のプロトコルを信号出力側の通信方式のプロトコルに変換する変換部とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力線通信の通信網（電力線網）と端末機器との間に介在し、プロトコル変換を実行する電力線通信装置と、その通信制御方法とに関する。

対をなす導体からなる電力線を利用して通信を行う電力線通信（ＰＬＣ: Power-line Communication）は、搬送波の周波数が１５０[kHz]から４５０[kHz]を利用するものと、２[MHz]から３０[MHz]を利用するものがあり、日本では前者の周波数帯を利用する装置のみ認可されている。
近年、後者の周波数帯を利用する装置が米国において認可され、日本においても現在認可に向けて利用条件の検討が行われている。後者の周波数帯を利用する通信装置は高速伝送が可能であることから、様々な用途が提案されおり、今後普及が進むことが予想される。

電力線を利用する通信装置には、様々な方式が存在する。たとえば、変調方式としてはＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）などがあり、伝送方式としては単一キャリア方式、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式があり、またスペクトラム拡散方式も利用されている。
しかし、これらの方式が異なると互いに通信することができない。たとえば、同じＯＦＤＭ方式であっても、占有帯域幅、サブキャリア間隔、サブキャリアの変調方式、同期信号、符号方式、アクセス制御方式、データフォーマットなどの仕様のうちどれか１つでも異なると互いに通信することができない。以下、「方式が違う」というとき、このような仕様が違うものも含む。

このように互いに通信することができない、異なる方式の装置が同じ家庭に存在すると、両者の送信信号が衝突を起こし通信不良が発生する。そして、最悪の場合には双方とも全く通信することができなくなる。今後電力線通信装置の普及が進むと、方式が異なる通信装置の干渉を如何にして低減または防止し、その共存を図るかが重要になると予想される。

同様の状況は無線通信でも生じる可能性があり、これを回避するために無線通信ではキャリアセンスを用いる方法がしばしば利用される。この方法は送信前に伝送路を観測して受信電力レベルから他の通信装置が送信中でないことを確認した後に送信するものである。

キャリアセンスを用いる方法で電力線通信を行う場合、以下の困難性がある。
電力線通信装置は家電機器が発生する雑音、アマチュア無線や短波放送の信号を周波数的にあるいは時間的に避けて通信するよう仕組まれ、非常に小さなＳＮ比の環境で通信を行っている。さらに電力線は分岐が多数ある上、インピーダンスの整合がとれない伝送路であり、受信点における周波数特性が複雑である。このため、受信信号レベルを検出する単純なキャリアセンスでは、方式が異なる通信装置の有無の判別は困難である。
一方で無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２.１１）では、キャリアセンスの精度を向上するために互いのプリアンブルを検出する方法を採用している。しかし、この方法は、方式が異なる装置間では利用できないことから、電力線通信で方式を共存させるための解決策とならない。

上述したように、異なる方式の装置が同じ家庭内にある場合、あるいは、隣の家同士で異なる方式の送信信号が電力線に出力されると、これらの信号が衝突を起こす可能性が高くなる。
この送信信号の衝突を回避する方法として、各通信装置が利用する周波数帯を違えることで、異なる通信方式を、互いに干渉せず共存させる方法（周波数分割多重法）が考えられている。

図８（Ａ）に、異なる方式の通信装置が宅内電力線（電灯線）を介して相互に接続されている状態を模式的に示す。また、図８（Ｂ）に、ＯＦＤＭ方式のサブキャリア等、各方式に割り当てられている搬送波の周波数と信号の電界強度との関係を示す。
図８（Ａ）では、宅内の電灯線７９に通信装置７２を介して機器７１が接続されている。同様に、電灯線７９に対し、機器７３が通信装置７４を介して接続され、機器７５が通信装置７６を介して接続され、機器７７が通信装置７８を介して接続されている。通信装置７２と７４、通信装置７６と７８は、それぞれ方式２−１、方式２−２といった異なる通信方式を用いる装置である。図８（Ａ）では機器７１,７３,７５,７７がパーソナルコンピュータ（ＰＣ）となっているが、これらの機器は、テレビジョン受像機、ビデオサーバ、オーディオ機器、録画装置等、任意である。いま、図示のように、通信装置７２と７４が方式２−１を用いて通信し、通信装置７６と７８が方式２−２により通信している。

周波数分割多重では、図８（Ｂ）に示すように、機器７１（通信装置７２）,機器７３（通信装置７４）が利用する周波数と、機器７５（通信装置７６）,機器７７（通信装置７８）が利用する周波数とが重ならないように、それぞれが利用する周波数帯が規定されている。
この周波数分割多重法において、各方式が恒久的に同じ周波数帯を利用する場合には、共存のために互いに通信する必要がない。このため、周波数分割多重法は、データ通信に先立って共存制御信号の送受信を行うための機能や他の装置を持つ必要がなく、共存方法としては非常に簡易な方法である。このように異なる周波数帯を割り当てて共存させる方法を、以下、「周波数分割による共存方法」と呼ぶ。

つぎに、周波数分割による共存方法（周波数分割多重法）の課題を、図８および図９を参照して説明する。
この説明では図８（Ａ）において、通信装置７４と７６が近接して配置されている場合を考える。たとえば、通信装置７４と７６が同じ部屋の同じコンセント（プラグ）に接続されているとする。また、通信装置７４の通信相手である通信装置７２が、方式２−１を用いた通信の際に伝送損失が大きな場所に存在する場合を考える。たとえば、通信装置７２と７４が分電盤を幾つか介して離れた位置に配置され、その間の電灯線に分岐や開放端が幾つも存在し、伝送路のインピーダンス特性が複雑で、このために互いにやり取りする信号の伝送損失が大きいとする。

図９に、この場合の通信装置７４における受信信号強度を示す。
機器７１（通信装置７２）と機器７３（通信装置７４）、機器７５（通信装置７６）と機器７７（通信装置７８）は、異なる周波数帯を利用するように方式が定められている。ところが、通信装置７２から通信装置７４に送られてきた信号の電界強度（図９の実線）が、通信装置７６が受信している信号の電界強度に比べて小さいと、図９の破線により示す通信装置７６から通信装置７４に届く帯域外漏洩信号の電界強度が、通信装置７４における通信装置７２からの信号の受信周波数帯域において無視できない。このため、この帯域外漏洩信号は、通信装置７４が通信装置７２からの信号を受信する妨げになり、通信装置７４が通信装置７２からの信号を正しく受信することが難しい状況になる。

送信信号の衝突を回避するための別の方法として、各送信装置が送信するタイミングを違える方法（時分割多重法）が考えられる。
図１０は、時間軸上で時系列な送信（または受信）信号と、通信装置との対応を示している。この図１０も、図８（Ａ）のように機器７１（通信装置７２）と機器７３（通信装置７４）、機器７５（通信装置７６）と機器７７（通信装置７８）が、それぞれ異なる方式２−１、方式２−２により通信することを前提としている。
時分割多重では送信タイミングを制御して、図１０に示すように、通信装置７２と７４が送受信する信号Ａと、通信装置７６と７８が送受信する信号Ｂとが、時間的に重ならないようにしている。これにより、２つの方式を同一宅内の電灯線７９を用いた通信で互いに共存させることができ、この方法を以下、「時分割による共存」と呼ぶ。

図１１は、時分割多重による電力線（電灯線）通信のシステム構成図である。
図８（Ａ）の場合と同様、機器７１（通信装置７２）と機器７３（通信装置７４）は方式２−１を用い、機器７５（通信装置７６）と機器７７（通信装置７８）は方式２−２を用いて通信する。方式２−１と方式２−２には互換性がなく、通信装置７２,７４と、通信装置７６,７８との間では互いに通信することはできない。
時分割多重で２つの方式を共存させるためには、どのタイミングで信号を送信するかの調停を行う必要がある。そして、調停のために、データ通信に先立って予め信号を互いにやり取りする。

具体的には、図１１に示すように、方式２−１と方式２−２の間を調停する役目の装置（図１１のアクセス制御装置８０）が必要である。アクセス制御装置８０は方式２−１、方式２−２のどちらにも対応できる装置であり、電灯線７９から電源供給を受けている。
通信装置７２と７４、または、通信装置７６と７８の組み合わせで２つの装置が通信を行う際に、通信を開始する装置は、その相手方に通信を呼びかける場合、まずアクセス制御装置８０に対して送信要求を送信する。送信要求を受けたアクセス制御装置８０は、電灯線７９の現在の通信状況を監視しているため、信号の衝突が生じないように送信タイミングを、送信要求を行った装置に対し指示（返答）する。通信を開始する装置は、指示されたタイミングで通信を行えば、信号の衝突を回避できる。アクセス制御装置８０は、この送信タイミングの指示を送信要求ごとに行うことによって、異なる通信方式の共存を図る。
このような機能のアクセス制御装置８０を、たとえば通信装置７２,７４,７６,７８のいずれかに内蔵してもよい。

図１０に示す時分割による共存では互いの信号による干渉はほとんど生じない。各通信装置は自分自身が送信しないときには出力をほぼ完全に停止させることができる。そして、上記調停によって多くの場合、ある方式の装置が通信を停止している間に、他の方式の装置同士が通信することから、方式が異なる信号は干渉しない。また、アクセス制御装置８０を有することから、必要な伝送速度に応じて方式間で優先度を付け、かつ当該優先度を変化させることが容易である。
以上より、時分割により共存させる方法は、方式が異なる通信で互いの干渉を回避できる点、伝送速度に応じて占有時間を増減できる点において優れている。

なお、異なる方式間ではないが低速の通信装置と高速の通信装置を周波数分割で共存させる方法が知られている（特許文献１〜３参照）
また、異なる方式に対応した制御装置が各通信装置の送信タイミングを管理する方法が知られている（特許文献４）。
特開２００１−１９７１４６号公報 特開２００１−２６８０４５号公報 特開２００２−０７７０９９号公報 特開２００１−３６８８３１号公報

周波数分割による共存方法は、方式の異なる通信装置を同一の電灯線で共存させるために制御情報をやり取りする必要がなく、比較的簡単に実現可能である。
ただし、隣接する周波数への妨害を低減させるためにフィルタが必要で、伝送速度に応じた帯域割り当てに対応することは難しい。また、この方法は周波数による方式の棲み分け（共存）が可能であり、仕組みが簡単なことから、電力線通信が普及する比較的早い段階でも導入が容易であると考えられるが、きめ細かな帯域割り当てが難しい。

時分割による共存方法は、伝送速度に応じた送信時間割り当てが可能である。また、各通信装置間の干渉も非常に小さく抑えることが容易であり、将来的に有望な方法である。
ただし、時分割で共存させるためには通信装置間を調停する役目の装置（図１１のアクセス制御装置８０）が必要である。アクセス制御装置８０は、複数の通信装置の通信を調停するために、その通信装置の全ての通信方式に対応したものでなければならず、装置構成が複雑で、制御（共存の仕組み）も高度なものが要求される。しがたって、多くの通信装置がこの方式を採用するまでには年月がかかることが予想され、電力線通信装置の市場導入が遅れることが懸念される。

その一方で、スペクトル拡散方式や高速伝送用に広帯域に設計された通信装置は、周波数分割による共存方法において必要な帯域幅を狭くする機能を採用することが難しく、これらの通信方式を採用する通信装置を事実上市場から閉め出してしまう問題もある。
今後、標準方式を策定する際に、異なる現行の方式との共存性が課題である。共存性を考慮して方式を策定すると仕様に制約が発生し、将来の画期的な方式の登場を阻害する可能性がある。また、標準方式が策定されたとしても、各現行方式の実用化に向けた努力が無駄となり、そのことが標準方式の普及を遅らせる原因になると考えられる。
以上のことを考慮すると、標準方式と多くの現行方式が共存するようになったときに、高速通信性を阻害することなく徐々に標準方式への統一が進む仕組みが必要である。しかし、そのような将来予想される通信環境に対処可能な通信装置はいまだに提案されていない。

本発明が解決しようとする課題は、電力線通信のアクセス制御装置を不要とし、電力線の通信方式の統一化が容易な接続環境を提供するための電力線通信装置と、その通信制御方法を新たに提案することである。

本発明に係る電力線通信装置は、電力線通信の第１方式の信号を入出力する第１電力線端子と、電力線通信の第２方式の信号を入出力する第２電力線端子と、前記第１および第２電力線端子間に接続され、前記第１方式の信号の前記第２電力線端子側への入力、および、前記第２方式の信号の前記第１電力線端子への入力を遮断する信号遮断フィルタと、前記第１および第２電力線端子間に接続され、前記第１方式の信号と前記第２方式の信号のＱｏＳ情報を相互に解釈し、当該解釈の結果に応じて、信号入力側の通信方式のプロトコルを信号出力側の通信方式のプロトコルに変換する変換部とを有する。

本発明では好適に、前記変換部は、前記通信方式のプロトコルを変換するプロトコル変換部と、前記プロトコル変換部と前記第１電力線端子との間に接続され、前記第１方式に基づいて、前記プロトコル変換部で構成されたデータを変調して所望のタイミングで送出し、または、受信信号を復調し取り出されたデータを前記プロトコル変換部に受け渡す第１モデムと、前記プロトコル変換部と前記第２電力線端子との間に接続され、前記第２方式に基づいて、前記プロトコル変換部で構成されたデータを変調して所望のタイミングで送出し、または、受信信号を復調し取り出されたデータを前記プロトコル変換部に受け渡す第２モデムとを含む。

本発明に係る他の電力線通信装置は、ＡＣコードと電力線間に接続される第１装置と、前記ＡＣコードに接続され、かつ、前記第１装置とネットワーク接続ケーブルにより接続される第２装置とを有し、前記第１装置の筐体内に、前記電力線から入出力される第１方式の信号と、前記ＡＣコードから入出力される第２方式の信号とを遮断する信号遮断フィルタと、前記第１方式および第２方式の一方の信号のＱｏＳ情報を解釈可能な第１ＱｏＳブロックを含み、当該解釈の結果に応じて、信号入力側の通信方式のプロトコルを信号出力側の通信方式のプロトコルに変換する第１プロトコル変換部とを備え、前記第２装置の筐体内に、前記第１方式および第２方式の他方の信号ＱｏＳ情報を解釈可能な第２ＱｏＳブロックを含み、当該解釈の結果に応じて、信号入力側の通信方式のプロトコルを信号出力側の通信方式のプロトコルに変換する第２プロトコル変換部を備える。
本発明では好適に、前記第１装置の筐体内に、前記第１および第２方式の一方の方式に基づいて、前記第１プロトコル変換部で構成されたデータを変調して所望のタイミングで送出し、または、受信信号を復調し取り出されたデータを前記第１プロトコル変換部に受け渡す第１モデムを備え、前記第２装置の筐体内に、前記第１および２方式の他方の方式に基づいて、前記第２プロトコル変換部で構成されたデータを変調して所望のタイミングで送出し、または、受信信号を復調し取り出されたデータを前記第２プロトコル変換部に受け渡す第２モデムを備える。

本発明に係る他の電力線通信装置は、電力線通信の第１方式の信号を入出力する第１電力線端子と、
電力線通信の第２方式の信号が入力可能な第２電力線端子およびネットワーク接続端子と、前記第１および第２電力線端子間に接続され、前記第１方式の信号の前記第２電力線端子側への入力、および、前記第２方式の信号の前記第１電力線端子への入力を遮断する信号遮断フィルタと、前記ネットワーク接続端子からの前記第２方式の信号のＱｏＳ情報を解釈するＱｏＳブロックを備え、当該解釈の結果に応じて、前記第２方式の信号のプロトコルを前記第１方式の信号のプロトコルに変換するプロトコル変換部と、前記プロトコル変換部で変換されたプロトコルに基づいて、前記第２方式の信号を前記第１方式の信号に変換して前記第１電力線端子に出力するモデムとを有する。

本発明に係る電力線通信装置の通信制御方法は、電力線通信の第１方式に準拠した電力線網と、前記第１方式とは異なる第２方式の端末機器との間に介在する電力線通信装置の通信制御方法であって、前記電力線網または前記端末機器の側から入力されるＱｏＳ情報を解釈するステップと、当該解釈により得られた信号出力側の方式に基づいて、入力信号のプロトコルを変換するステップと、変換後のプロトコルに基づいて信号変換を行い、前記電力線網または前記端末機器の接続線に出力するステップとを含む。

本発明によれば、電力線通信のアクセス制御装置を不要とし、電力線の通信方式の統一化が容易な接続環境を提供できる。

以下、図を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。ここでは宅内電力線を例として説明するが、電力線は宅内に限らず、集合住宅やビル、さらには隣家同士の電気配線を経由して相互接続されているものであってもよい。

家庭内の電力線は一般的に電灯線と呼ばれている。電灯線は、通常複数の部屋の屋内配線として敷設され、各部屋の壁等にコンセント（プラグ）として、電機機器のＡＣコードの差込口を有している。
ここで電力線通信の方式は、今後標準化される方式あるいは現在最も主流である第１方式（以下、方式１と称する）に統一し、すでに製造販売されているその他の機器（端末機器）が第２方式（以下、方式２−ｘ(x=1,2,…)）の装置であると仮定する。
本実施形態では、このような通信環境下で、方式２−ｘを端末機器とコンセント間の通信にのみ用い、コンセントには方式１と方式２−ｘのプロトコル変換機能を有するモデム装置を設置することにより、各方式の信号を干渉しないように分離することで互いの共存を実現する。なお、方式１および方式２−ｘは、スペクトラム拡散方式、ＯＦＤＭ方式、または、他の通信方式であってもよい。方式１と方式２−ｘ、方式２−ｘ内の各方式（たとえば方式２−１と方式２−２等）は、互いに互換性、共存性がないとする。
上記プロトコル変換機能を有するモデム装置が本発明の「電力線通信装置」の一実施態様に該当する。以下、このモデム装置を単に通信装置と称して、その詳細を説明する。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態の通信装置を用いた電力線通信システムの構成図である。
宅内の電灯線７９にＡＣコード７１Ａと通信装置１を介して機器７１が接続されている。同様に、電灯線７９に対し、機器７３がＡＣコード７３Ａと通信装置３を介して接続され、機器７５がＡＣコード７５Ａと通信装置５を介して接続され、機器７７がＡＣコード７７Ａと通信装置７を介して接続されている。

機器７１,７３,７５,７７は、本発明の「端末機器」に該当し、機器７５と７７は、それぞれ方式２−１、方式２−２といった異なる通信方式を用いる機器である。たとえば、方式２−１は動画像伝送を目的に設計された通信方式であり、方式２−２はオーディオ伝送を目的に設計された方式である。
なお、図１では機器７１と７３と、機器７５と７７は伝送速度、遅延時間等の要求条件が異なり、それらに適した仕様となっているため、異なる方式に準拠して構成（ハードウエアまたは内蔵ソフトウエア）を備える。このため方式間に互換性がなく、一般的に共存性もない。

図１では、通信装置１と３が方式２−１を用いて通信し、通信装置５と７が方式２−２により通信している。本例では、通信装置１,３,５,７が、方式２−１と方式２−２とのプロトコル変換機能と、変換後のプロトコルに従って、入力信号を送出側の方式に準拠した信号に構築しなおすモデム機能とを備える。ここで用いる「プロトコル」の用語は、信号変換の手順、すなわちデータをどのような単位に分割し、どのタイミングで、どのような制御情報を付加して送り出すか等のデータを運ぶ手順をいう。

機器７１が送信するデータ信号（第２方式の信号）は通信装置１で電力線通信用の信号（第１方式の信号）に変換されて電灯線７９に送出される。この信号を通信装置３が受信し、上記とは逆に、第１方式の信号を第２方式の信号に変換して機器７３に出力する。機器７３がデータ信号を送信する場合は、上記と逆の手順で変換が行われて通信が行われる。
同様に、機器７５が送信するデータ信号（第２方式の信号）は通信装置５で電力線通信用の第１方式の信号に変換されて電灯線７９に送出される。この信号を通信装置７が受信し、上記とは逆に、第１方式の信号を第２方式の信号に変換して機器７７に出力する。機器７７がデータ信号を送信する場合は、上記と逆の手順で変換が行われて通信が行われる。
この通信では電灯線７９上には異なる方式を物理的分離する手段がないが、通信装置１,３,５,７は、各々方式２−１と方式２−２を変換する機能を有する。このため、方式１の信号がＡＣコード７１Ａ,７３Ａ,７５Ａ,７７Ａに漏洩することがなく、逆に、方式２−１または方式２−２の信号が電灯線７９に漏洩することもない。したがって、電灯線７９上で異なる方式の共存性を問題とする必要もないことから、信号間干渉による伝送速度の低下、信号品質の低下がない。

図２に、通信装置の構成例を示す。この図では通信装置１を代表させて示すが、他の通信装置３,５,７も同様に構成されている。
通信装置１は、内蔵ソフトウエアのリンク層でデータ形式を変換するブリッジタイプと、リンク層よりも上の層でデータ形式を変換するタイプに分けられる。図２はブリッジタイプの構成例である。

通信装置１は、電灯線７９と接続するためのＡＣプラグ１１（第１電力線端子）と、方式２−ｘ（以下、x=1,2）の装置を接続するためのＡＣソケット１２（第２電力線端子）と、ＡＣプラグ１１とＡＣソケット１２の間に接続され、信号を遮断するための信号遮断フィルタ１３とを内蔵する。また、通信装置１は、方式１モデム（以下、第１モデムという）１５と、方式２−ｘモデム（以下、第２モデムという）１６と、その２つのモデム間に接続されているプロトコル変換部１４とを内蔵する「変換部」を備える。
第１モデム１５は、ＡＣプラグ１１と信号遮断フィルタ１３とを接続する内部配線に電気的に接続され、第２モデム１６は、ＡＣソケット１２と信号遮断フィルタ１３とを接続する内部配線に電気的に接続されている。

信号遮断フィルタ１３は、ＡＣ電源を通過させるが、方式１と方式２−ｘの通信信号を遮断し、交流電源を通過させる機能を有する。より詳細に信号遮断フィルタ１３は、電灯線７９からＡＣプラグ１１を経由して入力される第１方式の信号を遮断して、ＡＣコード側に出力させない。また、逆にＡＣコード７１ＡからＡＣソケット１２を経由して入力される第２方式の信号を電灯線側に出力させない。一方、より低周波の交流電源は信号遮断フィルタ１３を通過可能である。このような信号伝送路の信号のみ遮断するフィルタは、たとえばローパスフィルタで構成できる。

このように、通信装置１は電灯線７９（家屋内配線）とＡＣコード７１Ａとの間で信号の分離を行わなければならない。方式１は電灯線７９を利用し、方式２−ｘはＡＣコードを利用するが、電灯線７９をそのままＡＣコードに接続すると、電灯線７９とＡＣコードの信号が互いに伝わって干渉が発生し、通信品質を損なう可能性があることから、これを防止するためである。通信装置１は、この干渉を防止するために電力線通信モデムの通信信号を遮断するフィルタ（ブロッキング・フィルタ）を内蔵し、方式１の信号（第１方式の信号）がＡＣコードに、方式２−ｘの信号（第２方式の信号）が電灯線７９に伝わらないようにしている。

第１モデム１５は、第１方式に基づいて、プロトコル変換部１４で構成されたデータを変調して所望のタイミングで送出し、または、受信信号を復調し取り出されたデータをプロトコル変換部１４に受け渡す装置である。
同様に、第２モデム１６は、第２方式に基づいて、プロトコル変換部１４で構成されたデータを変調して所望のタイミングで送出し、または、受信信号を復調し取り出されたデータをプロトコル変換部１４に受け渡す装置である。
この第１モデム１５が変復調処理を行う第１方式の信号と、第２モデム１６が変復調処理する第２方式の信号は、相互に変換されるが、この変換の手順は、プロトコル変換部１４で解釈（変換）され、第１モデム１５または第２モデム１６に伝えられる。第１モデム１５および第２モデム１６は、変換後のプロトコルに基づいて前述した信号の相互変換を実行する。
本実施形態では、このプロトコルにＱｏＳ(Quality of Service)情報が含まれ、これによって通信品質が確保される。

ここで通信品質について説明する。
方式２−ｘには保証すべき通信品質がある。現在の電力線通信装置は特定の用途に特化して設計されているものは少ないが、低速だが小規模でコストを低減した装置、動画像を伝送するために高度な方式を採用し高速伝送を実現する装置、動画伝送用ほど高速ではないが回路規模を抑えた装置などが存在する。これらの装置は将来的には更に発展し、他の用途も生まれると考えられる。たとえば、ホームコントロール（セキュリティ）用途、動画像伝送用途、オーディオ伝送用途、インターネットアクセス用途、コンピュータ間のデータ転送用途等に通信方式が使い分けされていくと考えられる。これらの用途によって保証すべき通信品質は異なり、ホームコントロール（セキュリティ）やコンピュータ間のデータ伝送では低誤り率が、動画伝送では高速伝送が、オーディオ伝送では小さな時間遅延、ジッタが要求される。方式１は、通信装置１を介して中継する対象である方式２−１、方式２−２が保証しようとする通信品質を落とさないようにしなければならない。

図２に示すように、プロトコル変換部１４には、このＱｏＳ情報を解釈し変換するブロック、すなわちＱｏＳブロック１４１を備える。ＱｏＳ情報は、伝送速度、誤り率、時間遅延、ジッタあるいは帯域予約等に関する、確保すべき通信品質確保情報である。
あるいは図３に示すように、第１モデム１５内に、第１方式の信号のＱｏＳ情報を解釈する第１ＱｏＳブロック１５０を含み、第２モデム１６内に、第２方式の信号のＱｏＳ情報を解釈する第２ＱｏＳブロック１６０を含む。この図３の場合、プロトコル変換部１４によって、解釈されたＱｏＳ情報の変換が行われる。
以下、図２の場合を例として、ＱｏＳブロックの具体的な動作を、モデム構成とともに説明する。

図４は、図２に示す構成における第１モデム１５の具体的な構成例を示すブロック図である。ここでは、ＱｏＳ情報によって帯域予約を行うことを前提とした構成と動作を説明する。帯域予約とは、ＱｏＳとして許可されているもので、動画伝送など高速性を要求される通信方式でキャリア周波数をより高いレベルで確保するか、あるいは、伝送時間を予め確保することをいう。
図４に例示する第１モデム１５は、入力部１５１と、３つのバッファ（ＢＵＦ）１５２,１５３,１５４と、モデム処理部１５５とを有する。これらの各部はプロトコル変換部１４内のＱｏＳブロック１４１からのＱｏＳ制御信号１４Ａにより制御される。

図４のＱｏＳブロック１４１は、入力した第２方式の信号がＱｏＳ情報を示すものであるかを監視している。ＱｏＳ情報と判断すると、そのＱｏＳ情報を解釈し、ＱｏＳ制御信号Ｓ１４Ａに変換して第１モデム１５内の各部（入力部１５１、バッファ１５２,１５３,１５４およびモデム処理部１５５）に送る。入力部１５１は、以後プロトコル変換部１４から受け付ける第２方式の信号のデータを、帯域予約のためのバッファ、たとえばバッファ１５２と１５３に蓄える。帯域予約のためのバッファ数とその容量は、予約帯域に応じて制御される。ここでは合計３つのバッファを示し、バッファ１５２を第１の予約帯域用、バッファ１５３を第２の予約帯域用とし、バッファ１５４を非予約用に制御されている場合を示す。このバッファの数と予約のための組み合わせは任意であり、ＱｏＳ制御信号１４Ａの内容に応じて適宜変更される。
モデム処理部１５５は、通常は誤り訂正や時分割（変調）処理を行い、第２方式の信号を第１方式の信号に変換する部分である。また、モデム処理部１５５にもＱｏＳ制御信号１４Ａが入力されており、その指示に応じてバッファ１５２,１５３,１５４からデータを読み出し、パケット等に再構築して、予め決められたタイミングで図１の電灯線７９に送出する制御を行う。これによって信号からの干渉がない未使用の予約帯域を用いて、データを予定した高い伝送速度で通信可能となる。帯域予約対象のデータと混在して送られてくる非予約のデータは、バッファ１５４に一旦蓄積された後、モデム処理部１５５の制御によって、予約帯域の残りの帯域（周波数、時間）で適宜、電灯線７９に送り出される。
ＱｏＳの指定のないデータは非予約データと同様、バッファ１５４に一旦蓄積された後、モデム処理部１５５の制御によって、予約帯域の残りの帯域（周波数、時間）で適宜、電灯線７９に送り出される。
このような第１モデム１５の動作は、プロトコル変換部１４が、第２方式の信号のプロトコルを第１方式に適合したプロトコルに変換し、これを第１モデム１５が解釈して実行した結果である。このため変換後のプロトコルを示す信号Ｓ１４Ｂが第１モデム１５に入力されている。

なお、図４の構成は、図２のプロトコル変換部１４と第２モデム１６の関係にも適用できる。この場合、ＡＣコード側と電灯線側が、図４とは逆になる。処理制御の上記説明も、第１方式の信号と第２方式の信号を入れ替えることでほぼ同様に適用できる。
つまり、図４が第２モデム１６に適用された場合、電灯線側から信号がプロトコル変換部１４に入力され、そこでＱｏＳ情報が解釈、変換され、その結果に応じて入力部１５１、バッファ１５２,１５３,１５４およびモデム処理部１５５が制御され、モデム処理部１５５で第１方式の信号が第２方式の信号に変換されて、ＡＣコード側に出力される。

上記では帯域予約で説明したが、ＱｏＳ情報が伝送速度、誤り率、時間遅延、ジッタ等の情報である場合、そのＱｏＳ情報に応じた処理が第１モデム１５や第２モデム１６で実行される。

［第２実施形態］
図５は、本実施形態の通信装置を用いた電力線通信システムの構成図である。
この図５のシステムが図１のシステムと異なる点の一つは、図１の通信装置１に対応する通信装置１Ａが、第１装置１０１と、第２装置１０２と、その間をつなぐ（ローカル）ネットワークケーブル１０３により構成されていることである。同様に、図１の通信装置３に対応する通信装置３Ａが、第１装置３１と、第２装置３２と、その間をつなぐ（ローカル）ネットワークケーブル３３により構成され、図１の通信装置５に対応する通信装置５Ａが、第１装置５１と、第２装置５２と、その間をつなぐ（ローカル）ネットワークケーブル５３により構成され、図１の通信装置７に対応する通信装置７Ａが、第１装置７０１と、第２装置７０２と、その間をつなぐ（ローカル）ネットワークケーブル７０３により構成されている。他の構成は、図１と図５で共通する。

このように１つの通信装置を、第１装置と第２装置に分ける構成は、図２との対応で言うと、プロトコル変換部１４を方式１と方式２−ｘとで２つに分けて２つの筐体内に配置し、その一方の筐体内（第１装置内）に第１モデム１５を配置し、他方の筐体内（第２装置内）に第２モデム１６を配置して、その装置間をネットワークケーブルでつないだものである。また、たとえば第１装置に信号遮断フィルタ１３が配置される。
具体的に本実施形態では、図５の第１装置３１,５１,１０１,７０１を、第２方式の信号から第１方式の信号に、そのプロトコルを含め変換する装置とし、第２装置３２,５２,１０２,７０２を、第１方式の信号から第２方式の信号に、そのプロトコルを含め変換する装置としている。なお、逆に、第１装置を第１方式の信号から第２方式の信号に変換する装置、第２装置を第２方式から第１装置に変換する装置とすることも可能である。

図５のシステムでデータを送信する場合の信号の流れは、図１を用いて説明したものと基本的に同じであるため、ここでは重複説明しない。ただし詳細は後述するが、通信装置１Ａ,３Ａ,５Ａ,７Ａにおいて、第１装置と第２装置とが、たとえばイーサネット（商標名）等のネットワークケーブルを介して接続され、第１方式の信号と第２方式の信号が、このネットワークケーブルを介してやり取りされる。また、ＡＣ電力は不図示の別系統で第１装置と第２装置間で送られる。

図６は、装置間の接続例を示すブロック図、図７は、その詳細なブロック図である。これらの図では通信装置１Ａと機器７１との接続を例示するが、他の通信装置も同様な接続となっている。また、図７では、図２と機能が共通な構成は同一符号を付して、以下の説明を簡略化する。
図６に示す通信装置１Ａは、電灯線７９に接続されるＡＣプラグ１１（第１電力線端子、図２参照）を備える第１装置１０１と、ＡＣコード側のＡＣソケット１２（第２電力線端子）と、ＡＣプラグ１１とＡＣソケット１２との間に第１装置１０１とともに接続されている第２装置１０２と、第１装置１０１のＡＣソケットとＡＣソケット１２とをつなぐＡＣコード１２Ａと、第１装置１０１と第２装置１０２をつなぐネットワークケーブル１０３とを備える。

また、図６に示すように、ＡＣソケット１２には、ＡＣコード７１Ｂ、ＡＣコード７１Ａおよび装置１０４を介して機器７１が接続されている。
ここで装置１０４は、方式２−ｘの通常のモデム装置であり、このモデム装置を有するユーザが、本発明が適用されている通信装置１Ａを追加購入し、図６のように接続することによって、他の方式１と方式２−ｘとの変換が可能になる。

図６において、機器７１から見ると、ＡＣコード７１Ａおよび装置１０４、ＡＣコード７１Ｂ、ＡＣソケット１２、ＡＣコード１２Ａ、第１装置１０１、ＡＣプラグ１１を介し、電灯線７９にいたる電源供給路が形成されている。また、電力線通信路はＡＣソケット１２までは電源供給路と共通するが、ＡＣソケット１２で分岐して第２装置１０２、ネットワークケーブル１０３、第１装置１０１を通って、ＡＣプラグ１１から電灯線７９につながるようになっている。

この接続関係から明らかなように、ＡＣコード１２Ａを介した信号の回り込みがあり、それによる第１方式の信号と第２方式の信号の相互干渉が生じる可能性がある。
そのため、図７に示すように、電力線通信信号を遮断し、交流電源を通す信号遮断フィルタ１３が第１装置１０１内に設けられている。
第１装置１０１は、ＡＣプラグ１１と、ＡＣコード１２Ａが接続されるソケット１８−１、ネットワークケーブル１０３が接続されるネットワーク接続端子１９−１を備える。
信号遮断フィルタ１３は、ＡＣプラグ１１とソケット１８−１との間に接続されている。この信号遮断フィルタ１３とＡＣプラグ１１との接続線と、ネットワーク接続端子１９−１との間に、ＡＣプラグ１１側から順に第１モデム１５、プロトコル変換部１４−１、ネットワーク送受信部１７−１が接続されている。プロトコル変換部１４−１は、図２のプロトコル変換部１４から一部の機能、すなわち第２方式の信号から第１方式の信号へのプロトコル変換機能を分離したものである。

一方、第２装置１０２には、ネットワークケーブル１０３に接続されているネットワーク接続端子１９−２と、ＡＣコード１２Ａに接続されているソケット１８−２とを備え、その間に、ネットワークケーブル１０３側から順に、ネットワーク送受信部１７−２、プロトコル変換部１４−２、第２モデム１６が接続されている。プロトコル変換部１４−２は、図２のプロトコル変換部１４から一部の機能、すなわち第１方式の信号から第２方式の信号へのプロトコル変換機能を分離したものである。

このような構成では、プロトコル変換をリンク層より上の層で行うことができる。
図６の機器７１が出力する信号はイーサネット等のネットワークケーブル（無線でも可）を介して、方式２−１あるいは方式２−２を用いる装置１０４に出力される。
この装置１０４は既存のモデム装置であり、図７に示すように、図６の機器７１のＡＣコード７１Ａが接続されるソケット１８−３、ＡＣコード７１Ｂに接続されるＡＣプラグ１８−４を備える。ソケット１８−３とＡＣプラグ１８−４は、交流電源を通す内部配線で接続されている。また、装置１０４は、図６の機器７１からのネットワークケーブル７１Ｃが接続されるネットワーク接続端子１９−３を備える。装置１０４内に、ネットワーク接続端子１９−３とＡＣプラグ１８−４との間に、ネットワーク送受信部１７−３と第２モデム２０とが接続されている。

方式２−ｘ(x=1,2)を用いる装置１０４は、その何れかの方式を用いて、第２装置１０２に信号を送信する。第２装置１０２は、ネットワークケーブル１０３経由で方式１の第１装置１０１に信号を送信し、これを受信した方式１の第１装置１０１はＡＣプラグ１１を介して電灯線７９に信号を送出する。
一方、電灯線７９から信号を受信した方式１の第１装置１０１はネットワークケーブル１０３経由で方式２−ｘの第２装置１０２に信号を送出する。これを受け取った第２装置１０２は、方式２−ｘの装置１０４に信号を送信する。そして、装置１０４が、この信号をネットワークケーブル７１Ｃ経由で機器７１に送信する。
このように、方式１と方式２−ｘの変換に用いるＱｏＳ情報は、方式１の第１装置１０１、方式２−ｘを用いる第２装置１０２,１０４ならびに機器７１間で、イーサネット等を介してやりとりされる。

つぎに、本発明の実施形態の効果（利点）について述べる。
上記第１および第２の実施形態では、ブリッジ等のプロトコル変換を、メインの第１方式の通信専用とした電灯線７９の末端または途中に接続される装置との接続部分で実行し、通信方式の共存問題を回避する。
そのため複数の方式の電力線通信装置を同一宅内等で用いる際に、互いに干渉することで発生する動作不良を回避することができる。

また、電灯線７９を利用する方式（コンセント間の通信に利用する方式）は方式１で統一できる。方式２−ｘは端末装置（図２の機器７１,７３,７５,７７）とコンセント間の通信にのみ用いる。
なお、方式１が存在しない場合には方式２−ｘを用いて電灯線７９（コンセント間）の通信を行うことは可能である。ただし、図２のように統一規格またはメインの規格である方式１を電灯線通信の専用方式にする場合に、本実施形態のように方式を自動で認識し変換する機能を有する通信装置を用いると方式１の制約条件を緩和できる。また、今後新たに供給される端末装置は方式１に準拠したものが増えることから、通信方式が徐々に方式１に一本化されやすい状況が生まれる。方式１のモデムやプロトコル変換機能を備える端末装置（映像機器等）の場合、直接コンセントにＡＣプラグを差し込むことで方式共存の問題を他に与えることなく電力線通信ができるようになる。
つまり、今後標準化される方式が現在製造販売されている装置と共存をはかるために、現在製造販売されている装置の仕様から制約を受けることもなく方式を策定することが可能で、高性能な装置の実現が容易である。
以上から、全ての機器の方式が統一された理想状況が生まれることを助長する意味で、本実施形態の通信装置（電力線通信装置）の役割は大きい。

また、第２実施形態のように、通信装置１Ａ,３Ａ,５Ａ,７Ａの各々を、方式１に準拠した第１装置３１,５１,１０１または７０１と、方式２−ｘに準拠した第２装置３２,５２,１０２または７０２と、その間を接続するネットワークケーブル３３,５３,１０３または７０３とからなる構成の採用が可能である。この構成は、以下の利点がある。
図７の例で、第２装置１０２は、既存の装置１０４に対し、プロトコル変換、ＱｏＳ情報の解釈および変換の機能が追加されているが、それれは、既存の装置１０４に、ファームウェアの変更で追加が可能である。また、第１装置１０１は、方式１の通常のモデムに、プロトコル変換、ＱｏＳ情報の解釈および変換の機能の追加をファームウェアの変更で追加するとともに、信号遮断フィルタ１３を追加するだけでよい。したがって、第１装置１０１および第２装置１０２は開発が容易であり、開発コストを低く抑えることができる。
一方、図２および図３の構成は、新規に電力線通信を行う際に導入する場合に適し、構造がシンプルで、配線の煩雑さがない点で優れている。
なお図７の構成においても、図３のように、第１モデム１５内に、第１方式の信号のＱｏＳ情報を解釈する第１ＱｏＳブロック１５０を含み、第２モデム１６内に、第２方式の信号のＱｏＳ情報を解釈する第２ＱｏＳブロック１６０を含む構成をとることもできる。

第１実施形態の通信装置を用いた電力線通信システムの構成図である。 第１実施形態の通信装置のブロック図である。 大実施形態の通信装置の変更例を示すブロック図である。 第１モデムの具体的な構成例を示すブロック図である。 第２実施形態の通信装置を用いた電力線通信システムの構成図である。 装置間の接続例を示すブロック図である。 図６の詳細を示すブロック図である。 （Ａ）は、異なる方式の通信装置の電力線通信システムの構成図、（Ｂ）は、搬送波周波数と電界強度との関係を示すグラフである。 通信機器７４における受信信号強度を示すグラフである。 時系信号と通信装置との対応を示す模式図である。 時分割多重による電力線通信のシステム構成図である。

符号の説明

１,１Ａ,３,３Ａ,５,５Ａ,７,７Ａ…通信装置、１１…ＡＣプラグ、１２…ＡＣソケット、１３…信号遮断フィルタ、１４…プロトコル変換部、１４１…ＱｏＳブロック、１５…第１モデム、１５０…第１ＱｏＳブロック、１６…第２モデム、１６０…第２ＱｏＳブロック

Claims (8)

1. 電力線通信の第１方式の信号を入出力する第１電力線端子と、
   電力線通信の第２方式の信号を入出力する第２電力線端子と、
   前記第１および第２電力線端子間に接続され、前記第１方式の信号の前記第２電力線端子側への入力、および、前記第２方式の信号の前記第１電力線端子への入力を遮断する信号遮断フィルタと、
   前記第１および第２電力線端子間に接続され、前記第１方式の信号と前記第２方式の信号のＱｏＳ情報を相互に解釈し、当該解釈の結果に応じて、信号入力側の通信方式のプロトコルを信号出力側の通信方式のプロトコルに変換する変換部と、
   を有する電力線通信装置。
2. 前記変換部は、
   前記通信方式のプロトコルを変換するプロトコル変換部と、
   前記プロトコル変換部と前記第１電力線端子との間に接続され、前記第１方式に基づいて、前記プロトコル変換部で構成されたデータを変調して所望のタイミングで送出し、または、受信信号を復調し取り出されたデータを前記プロトコル変換部に受け渡す第１モデムと、
   前記プロトコル変換部と前記第２電力線端子との間に接続され、前記第２方式に基づいて、前記プロトコル変換部で構成されたデータを変調して所望のタイミングで送出し、または、受信信号を復調し取り出されたデータを前記プロトコル変換部に受け渡す第２モデムと、
   を含む請求項１に記載の電力線通信装置。
3. 前記プロトコル変換部内に、前記第１方式の信号と前記第２方式の信号のＱｏＳ情報を相互に解釈するＱｏＳブロックを含む
   請求項２に記載の電力線通信装置。
4. 前記第１モデム内に、前記第１方式の信号のＱｏＳ情報を解釈する第１ＱｏＳブロックを含み、
   前記第２モデム内に、前記第２方式の信号のＱｏＳ情報を解釈する第２ＱｏＳブロックを含み、
   前記プロトコル変換部によって、前記解釈されたＱｏＳ情報の変換を行う
   請求項２に記載の電力線通信装置。
5. ＡＣコードと電力線間に接続される第１装置と、
   前記ＡＣコードに接続され、かつ、前記第１装置とネットワーク接続ケーブルにより接続される第２装置と、を有し、
   前記第１装置の筐体内に、
   前記電力線から入出力される第１方式の信号と、前記ＡＣコードから入出力される第２方式の信号とを遮断する信号遮断フィルタと、
   前記第１方式および第２方式の一方の信号のＱｏＳ情報を解釈可能な第１ＱｏＳブロックを含み、当該解釈の結果に応じて、信号入力側の通信方式のプロトコルを信号出力側の通信方式のプロトコルに変換する第１プロトコル変換部と、を備え、
   前記第２装置の筐体内に、前記第１方式および第２方式の他方の信号ＱｏＳ情報を解釈可能な第２ＱｏＳブロックを含み、当該解釈の結果に応じて、信号入力側の通信方式のプロトコルを信号出力側の通信方式のプロトコルに変換する第２プロトコル変換部を備える
   電力線通信装置。
6. 前記第１装置の筐体内に、前記第１および第２方式の一方の方式に基づいて、前記第１プロトコル変換部で構成されたデータを変調して所望のタイミングで送出し、または、受信信号を復調し取り出されたデータを前記第１プロトコル変換部に受け渡す第１モデムを備え、
   前記第２装置の筐体内に、前記第１および２方式の他方の方式に基づいて、前記第２プロトコル変換部で構成されたデータを変調して所望のタイミングで送出し、または、受信信号を復調し取り出されたデータを前記第２プロトコル変換部に受け渡す第２モデムを備える
   請求項５に記載の電力線通信装置。
7. 電力線通信の第１方式の信号を入出力する第１電力線端子と、
   電力線通信の第２方式の信号が入力可能な第２電力線端子およびネットワーク接続端子と、
   前記第１および第２電力線端子間に接続され、前記第１方式の信号の前記第２電力線端子側への入力、および、前記第２方式の信号の前記第１電力線端子への入力を遮断する信号遮断フィルタと、
   前記ネットワーク接続端子からの前記第２方式の信号のＱｏＳ情報を解釈するＱｏＳブロックを備え、当該解釈の結果に応じて、前記第２方式の信号のプロトコルを前記第１方式の信号のプロトコルに変換するプロトコル変換部と、
   前記プロトコル変換部で変換されたプロトコルに基づいて、前記第２方式の信号を前記第１方式の信号に変換して前記第１電力線端子に出力するモデムと、
   を有する電力線通信装置。
8. 電力線通信の第１方式に準拠した電力線網と、前記第１方式とは異なる第２方式の端末機器との間に介在する電力線通信装置の通信制御方法であって、
   前記電力線網または前記端末機器の側から入力されるＱｏＳ情報を解釈するステップと、
   当該解釈により得られた信号出力側の方式に基づいて、入力信号のプロトコルを変換するステップと、
   変換後のプロトコルに基づいて信号変換を行い、前記電力線網または前記端末機器の接続線に出力するステップと、
   を含む電力線通信装置の通信制御方法。
   

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