JP2007258897A - 電力線搬送通信装置、及びフレーム - Google Patents

Abstract

【課題】電力線搬送通信において、チャネルの利用効率を低下させることなく、規模の小さな回路を用いて、比較的簡単な処理で通信障害を回避することを可能にする。
【解決手段】電力線（１）に接続された通信装置において、電力線の交流電圧の周期の１／２を超える期間の電力線に重畳したノイズにより信号劣化の時間変化を検出する手段と、該検出結果から周期性ノイズを判定する手段と、該周期性ノイズを避けるようにフレームを構成するスケジュール手段を備えた時分割多元接続を行う。
【選択図】図１４

Description

この発明は、電力線に搬送波を重畳して通信を行う電力線搬送通信で用いられる電力線搬送通信装置、及びフレームに関する。

電力線搬送通信については、例えば下記の非特許文献１に記載されている。
電力線搬送通信は、電力線にデータ信号で変調された搬送波を重畳してデータ通信を行うものであり、事業者や家庭において電力線に例えばコンセントを介して接続された通信装置（端末）と、他の事業者や家庭の通信装置（端末）との間での通信に利用され得るものである。２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯を利用すると理論最大値が数十Ｍｂｐｓ〜２００Ｍｂｐｓのデータ通信が可能になり、このようなものは高速電力線搬送通信と呼ばれている。既存の電力線を利用することができるので配線工事が不要であるという利点があるものの、電力線に接続された電気機器、例えば家電製品の電源回路により生じる電圧、電流の周期変動の影響のため、通信障害が発生する場合もあるという欠点がある。
そこで、電力線にさまざまな電気機器が接続されていても、それによる障害を少なくすることが望まれている。

そこで、１周期分の伝送路の状態を調べて、送受信する周波数帯を選択したり、等化したりする方法が提案されている。例えば、特許文献１では、二つの等化器を用いて、オンとオフの状態を検出し等化器を切り替えることが提案されている。また、特許文献２では、伝送路状態が悪いチャネルは使用しないこととしたり、等化器を制御して群遅延の補正を行うことが提案されている。

特開２００３−８４７９号公報 特開２００３−３３８７７８号公報 ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ７７

しかしながら、特許文献１の技術では、等化器が二つ必要になり回路規模が増大すると言う問題がある。また、特許文献２の技術では、チャネルの利用効率が悪くなったり、処理が複雑になったりすると言う問題がある。

この発明は、上述のような課題を解消するためになされたもので、チャネルの利用効率を低下させることなく、規模の小さな回路を用いて、比較的簡単な処理で通信障害を回避することができる、電力線搬送通信装置を提供することを目的とする。

本発明は、
電力線に接続された電力線搬送通信装置において、
電力線の交流電圧に同期して、該交流電圧に重畳して周期的に発生されるノイズを検出する手段と、
該周期性ノイズを避けるようにフレームを構成するスケジューリング手段とを備えた電力線搬送通信装置を提供する。

本発明によれば、チャネルの利用効率を低下させることなく、規模の小さな回路で、比較的簡単な処理で通信障害を回避することができる。

実施の形態１．
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
本実施の形態の電力線搬送通信装置（ＰＬＣ：Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）は、電気機器により生じる周期的ノイズを検出し、送受信タイミングを調整することで、信号の歪みを低減するものである。

図１は、本発明に係る通信装置システム構成を説明する説明図である。
宅内に設置されたＰＬＣモデム１０は、電柱２等に設置されているＰＬＣモデム１０を介してインターネット１に接続される。宅内に設置されたＰＬＣモデムには、差込プラグ４により、コンセント５を介して電力線３に接続される一方、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）６、電話／ファックス複合器７等の色々な通信機器が接続される。
通信網のトポロジーはツリー状であって、図２に示すように、途中の中継器（「マスター」或いは「マスター通信装置」と呼ばれる）１１には、下流に位置する複数の中継器や端末（「スレーブ」或いは「スレーブ通信装置」と呼ばれる）１２ａ、１２ｂ、１２ｃが接続される。

電力線３を介してマスター１１と通信可能に接続される全スレーブ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、マスター１１によって集中制御される。集中制御方式としては、使用する周波数帯域を時分割し複数の通信装置が使用する時分割多元接続方式（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ： ＴＤＭＡ）を用いることが考えられる。

本システムは、電力線３を通信の伝送路として使用しているが、電力線３には様々なノイズが重畳しており、高速通信の妨げとなっている。ノイズの一つとして、電力線３に接続される図示しない電気機器、例えば家電機器やＡＶ機器、情報機器などの電源部に用いられるスイッチングレギュレータやインバータなどから発せられる高調波がある。家電機器等に用いられている電源機器は、図３に示すように整流回路１４の入力側にコンデンサ１３を備えたコンデンサ入力方式と呼ばれる整流方法を採用したものが多く、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、電圧瞬時値Ｖａがピークになるときに急峻な電流Ｉａのピークが現れる。急峻な電流波形は、基本波とその整数倍の周波数成分を持つ高調波ノイズを発生させる。

このため、電圧ピーク近傍でノイズの影響が現れ、その周期Ｔｎは交流電圧の周期の１／２である。ノイズが現れるとＳ／Ｎが低下しビット誤り率が増大する。送電周波数が５０Ｈｚの場合に、電圧ピークの発生周波数は、送電周波数の２倍に相当する１００Ｈｚとなり、その周期Ｔｎは１０ｍｓｅｃになる。

例えば、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、フレームの長さＴｆを１２ｍｓｅｃにすると、各フレームが１個所又は２箇所で電圧ピークに同期したノイズＮｚに重なることになり、重なる部分でＳ／Ｎが低下し、ビット誤り率が増大することになる。

本発明は、このような問題を解決するものである。以下、実施の形態１の電力線搬送通信装置及びこれを用いた通信制御方法について説明する。
図６に示すように、ＰＬＣモデムは大別するとアナログフロントエンド部２０と、ＬＳＩで構成されたモデム（モデムＬＳＩ部）２１と、ブリッジ２４とから構成される。
アナログフトントエンド部２０は、電力線３とのインターフェイス、増幅器、ＢＰＦ等から構成される。受信時には電力線３から信号を取り出し、最適なゲインに調整してモデムＬＳＩ２１に送り、送信時はモデムＬＳＩ２１からの信号を増幅して電力線３に信号を送信する。
モデムＬＳＩ２１は、大きく分けると物理層（ＰＨＹ）２２、ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）層２３から構成される。
物理層２２では、変復調、伝送帯域設定、誤り訂正、復号を行い、ＭＡＣ層２３ではリソース管理、装置管理、データ転送、暗号化などを行う。
ブリッジ部２４により送信先の宛て先に振り分けられ、接続されている他のネットワーク機器６５に送信する。

電力線搬送通信としては、様々な変復調方式を使用することができるが、高速通信が可能で干渉等のノイズに強いＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）変復調方式を用いた方式を例に実施の形態を説明する。

ＯＦＤＭ変調波は図７（ａ）のように、多数のサブキャリアＳＣｔから構成される。各サブキャリアは伝送路による歪みを受け、位相や振幅が影響を受け、受信されるサブキャリアは図７（ｂ）に符号ＳＣｒで示すようになる。
受信されるサブキャリアＳＣｒの各々のＳ／Ｎ比を検出して、Ｓ／Ｎ比の良くないサブキャリアを使用しないようにしたり、或いはＳ／Ｎ比に応じて一次変調方式（ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭなど）を選んだりすることができる。

図８に、マスター及びスレーブの機能を備えたＰＬＣモデム１０のＯＦＤＭ変調方式を用いる場合のＰＨＹ２２の主な回路ブロックを示す。
受信時には、アナログフロントエンド部２０から送られてきた信号はＡ／Ｄ変換器３０に入力されディジタル信号に変換される。信号強度は信号強度測定部３８でモニターされ、アナログフロントエンド部２０にフィードバックされゲインが調節される。また、Ａ／Ｄ変換された信号は送受信機器間のキャリア周波数同期部３２で同期が取られた後ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）部３３に入力され、時間軸信号から周波数軸信号に変換される。
各サブキャリアはチャネル推定部３７により推定された伝送路歪みを基に等化部３４において等化される。
サブキャリア復調部３５で復調された後に、受信側誤り訂正部３６において、デインターリーブ、ビタビ復号され、ＭＡＣ層２３に送られる。

送信時には、ＭＡＣ層２３から送られて来た信号を送信側誤り訂正部４２において畳み込み符号、インターリーブ処理を行う。続いて、サブキャリア変調部４１において変調を行いＩＦＦＴ部４０でＩＦＦＴを行い、Ｄ／Ａ変換器３１によりアナログ信号に変換され、アナログフロントエンド部２０に送られる。

図９に示すように、ＭＡＣ層２３には、品質管理部５０、トレーニング部５１、周期性ノイズ判定部５２、スケジューリング部５３がある。
品質管理部５０は、ＰＨＹ２２によりモニターされる信号強度、チャネル推定結果（サブキャリアのＳ／Ｎ比等）、復号処理時の誤り訂正数などをモニターし、伝送路の変化をモニターする。さらに、誤り訂正部はリードソロモン符号を用いることでも誤り訂正数をモニターすることができる。また、ＣＲＣ（ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）方式を用いることで、誤り検出結果をモニターすることができる。
品質管理部５０は、通信品質の劣化或いは過剰を判定したらトレーニング部５１へ、トレーニングを行うよう命令する。
トレーニング部５１は、品質管理部５０からのトレーニング命令を受けると、定められたトレーニングを実施し、トレーニング結果をスケジューリング５３に知らせる。
周期性ノイズ判定部５２は、信号強度、チャネル推定結果、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）結果などを、時間区間毎のデータ（時間方向のデータ）より、時間区間毎の伝送路状況を定量的に把握し、周期性ノイズを判定する。
スケジューリング部５３は、トレーニング部５１によるトレーニング結果を基に、各スレーブへの送信電力、変調情報を割り当てる。この際、周期性ノイズ判定部５２で検出された周期性ノイズを避けるようにフレームを構成する。

次に、時分割多元接続方式のフレーム構成例を説明する。
フレームは、マスターと複数のスレーブとの間の通信の確立をおこなうための制御情報を送受する区間とデータを送受する区間から構成される。
詳細には、例えば上記の非特許文献１の広帯域移動アクセスシステム（ＢＲＯＡＤＢＡＮＤ ＭＯＢＩＬＥ ＡＣＣＥＳＳ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ： ＨｉＳＷＡＮａ）の標準規格ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ７０を参考にすることができる。ＨｉＳＷＡＮａは無線通信システム用に定められた規格であって、電力線搬送通信システムとは伝送路が異なるが接続方式として参考にすることができる。

図１０のフレームは、基本的な物理チャネルの構成例である。各物理チャネルには以下のような役割がある。
ＢＣＨ（Ｂｒｏａｄｃａｓｔ Ｃｈａｎｎｅｌ）： 該当する全スレーブに報知情報を転送（下り）
ＦＣＨ（Ｆｒａｍｅ Ｃｈａｎｎｅｌ）： ＭＡＣフレームの構造に関する情報を転送（下り）
ＲＣＨ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ）： ランダム・アクセス時のリソース要求などを転送（上り）
ＡＣＨ（Ａｃｃｅｓｓ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｃｈａｎｎｅｌ）： ランダム・アクセスの結果を転送（下り）

マスターは、接続している全スレーブに対して、下り回線には、
システム情報を報知するＢＣＨ，
ＭＡＣフレームに関する情報をスレーブに転送するＦＣＨ，
ランダム・アクセスの結果をスレーブに転送するＡＣＨ、
下り情報回線（ダウンリンク）を備え、
上り回線は、ランダム・アクセス時のリソースを要求するＲＣＨ，上り情報回線（アップリンク）がある。

マスターから接続されているスレーブへの情報のダウンリンク（ＤＬ）と、スレーブからマスターへのアップリンク（ＵＬ）のためのチャネルの構成は、図１１（ａ）のように１番目のスレーブにデータをダウンリンクし（ＤＳＬ１）、次の区間に同スレーブからデータをアップリンク（ＵＬＳ１）、次に２番目のスレーブのダウンリンク（ＤＳＳ２）、アップリンク（ＵＬＳ２）のように、ダウンリンクとアップリンクを交互にＮ番目のスレーブ（ＤＬＳＮ，ＵＬＳＮ）まで行う方法や、図１１（ｂ）のように全スレーブ（１番目からＮ番目までのスレーブ）に対してダウンリンクを行い（ＤＬＳ１〜ＤＬＳＮ）、その後、全スレーブからのアップリンクを行う（ＵＬＳ１〜ＵＬＳＮ）方法がある。

物理チャネルは基本的には図１２のように、プリアンブル（ＰＡ）とペイロード（ＰＬ）から形成される。プリアンブル（ＰＡ）は、既知信号であり、信号検出、受信機の自動利得（ＡＧＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）、周波数同期、タイミング同期等に用いられ、ペイロードはデータ情報である。

本実施の形態の動作について説明する。
まず、フレーム構成に関して説明する。図１３に示すように、フレーム１５の長さＴｆは、電力線１０で配電される交流電圧の周期の１／２（＝Ｔａ）よりも幾分、即ちノイズを考慮した幅Ｔｄだけ短い長さに設定される。
上記したノイズを考慮した幅Ｔｄは、回避しようとしているノイズの影響を受けた区間幅（単に「ノイズ幅」と言うことがある）、或いは上記区間幅にノイズ区間幅の変動を考慮したマージンを加えた長さである。
このように、フレームを交流電圧の周期の１／２（＝Ｔａ）よりも幾分短くすることは、周期性ノイズを避ける制御を行う上で都合が良い。また、フレーム長を比較的長く取っているために（例えばＨｉＳＷＡＮａは２ｍｓｅｃ）、ＢＣＨ等の報知チャネルの割合が信号のＤＬ、ＵＬチャネルに比べて短くできるため、実効的な信号転送効率を高めることができる。さらにフレーム長を長くすると、回路規模が大きくなり、コストを上昇させてしまう。
通常の通信においては、長さＴｆを有するフレーム１５が、長さＴｄの間隔１６をあけて連続的に送信される。

続いて上記フレーム間隔Ｔｄに、周期性ノイズ区間を一致させるように制御するための動作を、図１４を参照して説明する。
通信が開始されると、トレーニング部５１により、第１のトレーニング（トレーニングＡ）が実施される（ＳＴ１１）。
トレーニングＡは、通常通信開始時に行われるもので、マスター１１から報知されるトレーニング信号を用いて、信号の検出、利得制御、周波数同期、タイミング同期を行いマスタースレーブ間の通信を確立する。

続いてトレーニング部５１により、第２のトレーニング（トレーニングＢ）が実施される（ＳＴ１２）。トレーニングＢにおいては、図１５に示すように、交流電圧の周期の１／２に等しい長さＴａの時間を複数の時間区間Ｆ１〜ＦＮに分け、伝送路歪みによる信号品質の低下を検出することでノイズ重畳区間を特定する。品質の低下の検出には、信号強度、チャネル推定結果、誤り訂正数、ＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）結果など伝送路歪みの影響を反映するどのような手段を用いても良い。

また、検出結果の分析精度を上げるために、互いに異なる時間において複数回検出を行い分布を平均することとしても良い。

次に、周期性ノイズ判定部５２により、時間方向の区間に分けられた中で、品質が最も低下している区間を選択する（即ち、品質の低下が最大である区間を検出する）（ＳＴ１３）。

次に、スケジューリング部５３により、選択した区間（品質が最も低いと判断された区間）と、上記したフレーム間隔１６の区間が一致するように制御される（ＳＴ１４）。
そして、このように制御されたタイミングで、データ信号の通信が行われる。

データ信号の通信の間、品質管理部５０は、定期的に受信信号の品質をモニターし、信号品質の劣化や過剰を観測するとトレーニングを実行する（ＳＴ１５）。ある基準以上の数の区間（時間方向に分けた区間）において、信号品質の劣化又は過剰が観測された場合はトレーニングＡ（ＳＴ１１）から実施し全区間のトレーニングを行い、特定の区間の信号品質の劣化又は過剰が観測された場合はトレーニングＢ（ＳＴ１２）から実施し、当該特定の区間のみトレーニングを行う。

以下、図１６を参照してトレーニングの手順を説明する。
最初にマスターでトレーニング信号が生成され（Ｑ１）、マスター１１からスレーブ１２ａ、１２ｂ、１２ｃにトレーニング信号が送信される（Ｑ２）。
図１７は、トレーニング信号（トレーニング用フレーム列）を構成するフレームとフレーム相互間の間隔の一例を示す。図示のトレーニング信号は、長さＴｆのフレーム１５の列から成り、フレーム１５相互間には、長さＴｇの間隔１７があけてある。

各フレーム１５の構成は図１３を参照して説明した通りである。
フレーム相互間の間隔１７は、図１３に示した間隔１６よりもＴｃだけ長い。
フレーム１５とフレーム間隔１７とから成るフレーム送信の１周期の長さＴｂは、電力線３の交流電圧の周期の１／２の長さＴａよりもＴｃだけ長い。従って、図１７に示すフレームで送受信を行うと、交流電圧に対するフレームの位相は、フレーム送信の１周期ごとにＴｃだけずれ（交流電圧に対するフレームの送信のタイミング（位相）のずれがＴｃずつ変化し）、Ｔａ／Ｔｃ周期で元の位相に戻る。この結果、ノイズが交流電圧の特定の位相で周期的に現れる場合には、Ｔａ／Ｔｃ周期中に必ず１回はフレーム中の特定の部分、例えばプリアンブルＰＡ（図１２）の期間とノイズとが重なる。

フレーム期間のプリアンブルＰＡの期間にノイズが重なると、その期間の信号の受信強度が変化するので、受信強度をモニターすることにより、ノイズが重なっている区間を検出することができる。
Ｔｃを短くすることで、ノイズが重なっている区間の検出精度を上げることができる。
さらに、既知信号を復調して誤り率をモニターすることで詳細に伝送路歪を検出することができる。

各スレーブでは、複数のフレーム周期（少なくともＴａ／Ｔｃ周期）にわたる測定の結果に基づいて、ノイズの発生のタイミング、ノイズの幅（重畳期間）、誤り率を検出する（Ｑ３）。

なお、上記の検出において、各フレーム内に複数のノイズが検出された場合には、最も大きいノイズを交流電圧の特定の位相、例えばピークに同期して周期的に現れるノイズであると判定する。この判定は周期性ノイズ判定部５２により行われる。

このように、フレーム１５とフレーム間隔１７とから成るフレーム送信の１周期の長さＴｂを、交流電圧の周期の１／２の長さＴａよりも長くすることで、交流電圧の周期の１／２を超える期間に関して電力線に重畳されたノイズを検出することができる。

各スレーブでは、このような検出結果を示すデータを図１３に示すアップリンクフェーズＵＬに挿入し、送信する。このように検出結果を示すデータは、電力線３を介してマスターに送信される（Ｑ４）。

マスター１１では、このようにして各スレーブから送信されたデータ（検出結果を表すデータ）を受信して、これに基づいてそれ以後の当該スレーブとのデータ通信のためのフレーム１５の長さＴｆ、フレーム相互の間隔１６の長さＴｄ、フレーム送信のタイミングなどをＭＡＣ部のスケジューリング部５３において決定する（Ｑ５）。
上記のように、複数のノイズが検出された場合には、最も大きなノイズを交流電圧の特定の位相、例えばピークに同期して現れるノイズであると判定するので、最も大きなノイズのみを避けるように、送信のタイミングが決められることになる。
ノイズの幅が広い場合には、間隔１６の長さＴｄが大きくされ、その分フレーム１５の長さＴｆが短くされてＴｆ＋ＴｄがＴａ（交流電圧の周期の１／２の長さ）に等しく保たれる。
マスター１１では、上記のようにして決定されたフレーム１５の長さＴｆ，間隔１６の長さＴｄ，フレーム送信のタイミングを表すデータを保存する（Ｑ６）。

マスター１１ではまた、上記のようにして決定された、各スレーブとの通信のためのフレーム１５の長さＴｆ、間隔１６の長さＴｄ、および送信のタイミング（位相）を表すデータを、該当するスレーブに送信する（Ｑ７）。
当該スレーブでは、送信されたデータを保存し（Ｑ８）、マスターの指示に従い送受信を行う。

上記のようにフレーム１５の長さＴｆを、電力線３に配電される交流電圧の周期の１／２以下の長さにすることで、実効的な転送レートの低下を最小限に抑えながら、送受信することができる。

さらに、図１８にように、例えば交流電圧の周期の１／２の長さＴａの数分の１の短い長さＴｆ１の複数のフレーム周期Ｔｆ１を用いる場合でも、複数のフレームで構成されるフレーム列のすべてのフレーム１５の長さＴｆ１とフレーム相互間の間隔１７ａ、１７ｂの長さＴｉ、Ｔｂの総和が上記長さＴａに等しくなるようにし、間隔１７ａ、１７ｂのうちの一つ、例えば最も長い間隔１７ｂが、周期性ノイズが重畳された区間と一致するようにスケジューリングすることで同様の効果が得られる。

また、上記の例では、フレームの長さを交流電圧の周期の１／２以下の長さとしているが、高調波の影響を避けるために、フレームの長さを主要な高調波の周期の１／２以下にすることとしても良い。
また三相交流の配電線を介する場合は、交流電圧の周期の１／６以下にすることで、周期性ノイズの影響を避けることができる。

さらにまた、アクセス方式としてＴＤＭＡを例にとって説明したが、トレーニング信号により、周期性ノイズを検出することで、ポーリングによるアクセスを行う場合であっても、周期性ノイズが重畳する区間を使用しないように制御することで、同様の効果が得られる。

実施の形態２．
上記の実施の形態１では、交流電圧の周期の１／２の期間中に品質が最も劣化する区間を検出し、該検出した区間を避けるように制御したが、代わりに、予め定めたレベルより品質が劣化する区間（品質劣化が基準値を超える期間）を避けるように送受信のタイミングを制御することで、信号の誤りによる再送等での転送効率の低下を防ぐことができる。
このような制御により、複数の電源機器の干渉などで位相の異なる複数のノイズが現われる場合にも、ノイズを避けてデータ伝送を行うことができる。
以下、このような処理のための手順を図１９を参照して説明する。

ステップＳＴ１１，ＳＴ１２の処理は図１４のステップＳＴ１１，ＳＴ１２と同様である。但し、ステップＳＴ１２において、トレーニング部５１が、図１４の場合と同様に、時間区間毎の伝送路情報を取得する場合、図１４のステップＳＴ１２のごとく最悪区間を検出する場合に比べて、基準値と比較できるようにより詳細に伝送路情報を取得する必要がある。
続いて、周期性ノイズ判定部５２において、図２０に示すように、予め設定した基準値Ｔｈ１より大きいノイズＮＲを検出する。そして、このようなノイズＮＲが検出された区間を、品質の劣化が基準値を超える区間として検出し、これとともに最も伝送路状態が悪い区間を検出する（ＳＴ２３）。

次に、周期性ノイズ判定部５２による検出結果を基にスケジューリング処理部５３がフレームを構築する（ＳＴ２４）。この場合、スケジューリング処理部５３は、図２１に示すように、最も伝送路状態が悪い部分をフレーム相互間の間隔１６に配置し、その他の、伝送路状態が悪い部分に一致するように、信号（ユーザデータ）を送受しない区間１８を設けるようにスケジューリングを行う。

実施の形態３．
上記実施の形態では、時間区間毎の伝送路情報を基に送受しない区間を設けたが、マルチレートＯＦＤＭ変調を用いる場合、区間の伝送路歪みに応じて、変調多値数を選ぶように制御することもできる。
例えばＨｉＳＷＡＮａでは、変調方式としてはＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭを選ぶことができ、変調方式に応じた符号化率が選ばれる。

例えば、表１に示すように、各サブキャリアのＳ／Ｎ比を４段階に分け、伝送路状況が最も悪い区間には変調方式としてＢＰＳＫを用い、誤り率が低い区間には６４ＱＡＭを割り当てるように制御することができる。

以下、上記の処理のための手順を図２２を参照して説明する。
図２２のステップＳＴ１１，ＳＴ１２、ＳＴ１５は、図１４と同様である。
周期性ノイズ判定部５２は、ステップＳＴ３３においって、各区間のサブキャリアのＳ／Ｎ比を検出し、各サブキャリアのＳ／Ｎ比の検出結果より時間区間毎の伝送路情報を得る。
ステップＳＴ３４において、スケジューリング部５３は、周期性ノイズ判定部５２で検出された各区間の伝送路情報を基に、各区間のサブキャリアに変調多値数を割り当てる。また、サブキャリア単位で、符号化率、送信電力を、各区間に対して割り当てることでより品質を改善することができる。
このように制御することで、チャネルを時間方向により効率的に使うことができる。
サブキャリア単位での割り当てに関して説明したが、品質の劣化が大きい区間ではＢＰＳＫのみを用いるなど、各区間毎に切り替えることでも効果がある。

実施の形態４．
上記実施の形態では、接続されている複数のスレーブから送信される伝送路情報は平均され、個々のスレーブに関する伝送路情報として使用していない。
各スレーブは、近傍に接続されている電子機器の種類や数量が異なるため、各スレーブにとっての伝送路状態は互いに異なる。実施の形態４は、この点に着目し、各スレーブに関しての伝送路情報を有効に用いることで効率的にチャネルを利用することを狙ったものである。
以下そのための処理の手順を、図２３を参照して説明する。
図２３でステップＳＴ１１，ＳＴ１２，ＳＴ１５は図１４と同様である。
ステップＳＴ４３において、ステップＳＴ１２のトレーニング（周期性ノイズを検出するためのトレーニング）から得られた結果に基づいて、各スレーブに関して周期性ノイズを判定する。上記判定の結果を、各スレーブの時間区間優先配置情報として把握する。

例えば図２４（ａ）に示すように、一つのスレーブＫには、周期性ノイズＮＲ１とは位相の異なる周期性ノイズＮＲ２が検出されているが、図２４（ｂ）に示すように、スレーブＮには、周期性ノイズＮＲ２が検出されていないと言う判定結果が得られたとする。
スケジューリング部５３は、スレーブＫにノイズＮＲ２が検出された区間以外の区間を優先的に割り当てるように制御する。スレーブＮにはノイズが検出されていないので、各スレーブの時間区間の優先配置情報がない状態で決められていた配置を、図２５のように、スレーブに割り当てる区間を変え、スレーブＫとスレーブＮの送受信区間を入れ替えるように制御する（ＳＴ４４）。各スレーブの時間区間優先配置が重複した区間は、スレーブの優先順位や、サービスの優先順位等に従い配置を決定する。スレーブＫは周期Ｔｎの間に検出したノイズＮＲ２の区間を避けることができる一方、全体のチャネル利用効率は変化していない。
このようにノイズの影響が小さい装置のための区間（最適な区間）が周期性ノイズと一致するように制御を行うことでチャネルを時間方向により効率的に使うことができる。

実施の形態５．
上記実施の形態３では、各フレームを時間方向の区間に分割し、各区間の通信品質を評価し、各区間に応じて最適な変調方法を選択したが、図２６に示すように、品質が低下した区間（Ｆ６）を時間方向にさらに分割して評価することでより詳細に時間区間毎の伝送路状況を把握することができる。

以下、このような処理のための手順を、図２７を参照して説明する。
ステップＳＴ１１，ＳＴ１５は図１４と同様である。
ステップＳＴ１１の次に、トレーニング部５１は、ステップＳＴ５２において、第２のトレーニング（トレーニングＢ）により粗く時間方向の区間Ｆ１〜ＦＮのそれぞれの伝送路特性を検出する。
次に、ステップＳＴ５３において、周期ノイズ判定部５２は、第１の判定（判定Ａ）を行い、各区間（Ｆ１〜ＦＮの各々）の伝送路を評価し、基準より品質が劣化した区間を検出する。
次に、ステップＳＴ５４において、トレーニング部５１は、基準より品質が劣化した区間（例えばＦ６）を、より小さな区間（小区間）Ｇ１〜Ｇ６に分割し、該小区間毎に伝送路状況の検出（第３のトレーニング（トレーニングＣ））を行う。
次に、ステップＳＴ５５において、周期ノイズ判定部５２は、第２の判定（判定Ｂ）を行い、上記小区間Ｇ１〜Ｇ６のそれぞれの伝送路を評価し、基準より品質が劣化した小区間を検出する。
次に、ステップＳＴ５６において、ステップＳＴ５３における第１の判定の結果及びステップＳＴ５５における第２の判定の結果を合せたものを伝送路情報として、これを基に、小区間単位での割り当てを行う。即ち、上記実施の形態１、２、３で述べたようにノイズの重畳した区間に信号の送受を行わない小区間を設けたり、変調多値数を最適化する等の制御を行う。
このようにすることで、劣化した区間のみを詳細に評価することで、効率的に詳細な時間区間毎の伝送路情報を取得することができる。

実施の形態６．
図２８は、実施の形態６で用いられる電力線搬送通信装置の回路ブロックを示す。
図２８の回路ブロックは、概して図８の回路ブロックと同じであるが、位相検出回路５５が付加されている点で異なる。位相検出回路５５は、電力線により配電される電力の位相を検出する機能を持つものであり、具体的には、交流電圧のゼロクロス点を検出することで位相を検出する。
位相検出部５５は、検出した位相を、スケジューリング部５３に伝え、スケジューリング部５３は交流の周期の１／２の周期でフレームを構築し、フレーム相互の間隔１６（図１３）が、交流電力の最大振幅部分に一致するように制御する。これにより、交流電圧が最大振幅となる区間を避けるようにフレームが構成される。
このように制御することで、周期性ノイズの検出のためのトレーニング（トレーニングＢ）を行わなくても、周期性ノイズを避けることができる。

なお、上記のように、トレーニングＢを行わない場合には、時間区間毎の伝送路情報を検出しないので、周期性ノイズ幅に合わせてフレーム間隔を空けることや、位相の異なる周期性ノイズを避けることができない。
そこで、実施の形態１、２、３、４等で説明したように、時間区間毎の伝送路の情報を把握し制御することを併用することで、より伝送路を効率的に使用することができる。
以下そのための処理の手順を、図２９を参照して説明する。
図２９で、ステップＳＴ１１，ＳＴ１２，ＳＴ２３，ＳＴ１５は、図１９と同様である。
本実施の形態では、ステップＳＴ１１に先立ち、ステップＳＴ６１において、位相検出部５５を用いて電力線の位相を検出する。次に通常のトレーニングＡ（ＳＴ１１）により通信を確立して、トレーニングＢにより時間区間毎の伝送路情報を検出し（ＳＴ１２）、周期情報を判定し（ＳＴ２３）、スケジューリングを行う（ＳＴ６４）。
受信信号の品質管理（ＳＴ１５）は、実施の形態１に関して図１４のステップＳＴ１５に関して説明したのと同様に行われる。
ステップＳＴ２３においては、図１９のステップＳＴ２３と同様に、周期性ノイズ判定部５２において、図２０に示すように、予め設定した基準値Ｔｈ１より大きいノイズＮＲを検出する。そして、このようなノイズＮＲが検出された区間を、品質の劣化が基準値を超える区間として検出し、これとともに最も伝送路状態が悪い区間を検出する。
ステップＳＴ６４においては、周期性ノイズ判定部５２による検出結果を基にスケジューリング処理部５３がフレームを構築する。この場合、スケジューリング処理部５３は、図２１に示すように、最も伝送路状態が悪い部分をフレーム相互間の間隔１６に配置し、その他の、伝送路状態が悪い部分に一致するように、信号（ユーザデータ）を送受しない区間１８を設けるようにスケジューリングを行うとともに、ステップＳＴ６１における位相検出結果に基づき、フレーム位置の決定、周期性ノイズ判定結果をより詳細に制御する。
時間区間毎の伝送路の情報の収集や、フレームの構築は実施の形態１、２、３、４で説明したのと同様に行い得る。
位相検出部５５の検出結果を併用することで、周期性ノイズが変化する場合や、位相の異なるノイズにより判定が正確にできない場合などでも、正確に安定して制御することができる。

本発明の実施の形態１の電力線搬送通信方法により通信を行うシステムのネットワーク構成を示す図である。 本発明の実施の形態１の電力線搬送通信方法により通信を行うシステムのネットワーク構成を示す図である。 電力線に接続される電源回路の一例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図２に示す回路の電圧と電流の関係を示す波形図である。 （ａ）及び（ｂ）は、通信に用いられるフレームの送信タイミングと電力線上のノイズとの関係を示す図である。 ＰＬＣモデムの構成を示すブロック図である。 （ａ）及び（ｂ）は、ＯＦＤＭ信号の伝送路による劣化を示す図である。 ＰＨＹの構成を示すブロック図である。 ＭＡＣの構成を示すブロック図である。 時分割多元接続の代表的なフレームの構成を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、時分割多元接続のアップリンク、ダウンリンクの構成例を示す図である。 物理チャネルの構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１の通信で用いられるフレーム及びフレーム相互の間隔を示す図である。 本発明の実施の形態１のトレーニングの手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１の時間方向の区間に分けた例を示す図である。 本発明の実施の形態１のトレーニングの手順を示す図である。 本発明の実施の形態１のトレーニング信号の通信で用いられるフレーム及びフレーム相互の間隔を示す図である。 複数のフレームをまとめ、実施の形態１のフレームを形成した例を示す図である。 本発明の実施の形態２のトレーニングの手順を示すフローチャートである。 電力線上の位相の異なる周期性ノイズを示す図である。 本発明の実施の形態２で用いられるフレームの構成を示す図である。 本発明の実施の形態３のトレーニングの手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４のトレーニングの手順を示すフローチャートである。 （ａ）及び（ｂ）は、スレーブにより異なる周期性ノイズが重畳する場合を示す図である。 本発明の実施の形態４で用いられるフレームの構成を示す図である。 本発明の実施の形態５の時間方向の区間に分けた例を示す図である。 本発明の実施の形態５のトレーニングの手順を示すフローチャートである。 実施の形態６に対する通信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態６のトレーニングの手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ インターネット、 ２ 電柱、 ３ 電力線、 １０ ＰＬＣモデム、 １１ マスター通信装置、 １２ａ、１２ｂ、１２ｃ スレーブ通信装置、 １３ コンデンサ、 １４ 整流回路、 １５ フレーム、 １６ フレーム間隔、 １７ フレーム間隔、 ２０ アナログフロントエンド部、 ２１ モデムＬＳＩ、 ２２ 物理層（ＰＨＹ）、 ２３ ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）層、 ２４ ブリッジ、 ３０ Ａ／Ｄ変換器、 ３１ Ｄ／Ａ変換器、 ３２ キャリア周波数同期部、 ３３ ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）部、 ３４ 等化部、 ３５ サブキャリア復調部、 ３６ 受信側誤り訂正部、 ３７ チャネル推定部、 ３８ 信号強度測定部、 ４０ ＩＦＦＴ部、 ４１ サブキャリア変調部、 ４２ 送信側誤り訂正部、 ５０ 品質管理部、 ５１ トレーニング部、 ５２ 周期性ノイズ判定部、 ５３ スケジューリング部、 ５５ 位相検出部、 Ｉａ 電流、 Ｖａ 電圧、 Ｎｚ ノイズ。

Claims (19)

1. 電力線に接続された電力線搬送通信装置において、
   電力線の交流電圧に同期して、該交流電圧に重畳して周期的に発生されるノイズを検出する手段と、
   該周期性ノイズを避けるようにフレームを構成するスケジューリング手段とを備えた電力線搬送通信装置。
2. 上記スケジューリング手段が、上記電力線の交流電圧の周期の１／２以下のフレームを構成することを特徴とする請求項１に記載の電力線搬送通信装置。
3. 上記スケジューリング手段が、上記電力線の交流電圧の周期の１／２から、検出されたノイズの幅を引いた値よりも短いフレームを構成することを特徴とする請求項１に記載の電力線搬送通信装置。
4. 上記スケジューリング手段が、複数のフレームでフレーム列を構成し、当該フレーム列を構成するすべてのフレームの長さとフレーム相互間の間隔の長さの総和が上記電力線の交流電圧の周期の１／２に等しくなるようにフレームを構成することを特徴とする請求項１に記載の電力線搬送通信装置。
5. 上記ノイズを検出する手段が、
   各フレームの長さとフレーム相互間の間隔の長さの和が上記電力線の交流電圧の周期の１／２よりも長く、フレーム周期毎に上記電力線の交流電圧に対するフレームの送信タイミングのずれが変化する、複数のフレームから成るフレーム列で構成されたトレーニング信号を送信し、
   受信されたトレーニング信号の品質の変化を検出することにより伝送路状況を検出することを特徴とする請求項１に記載の電力線搬送通信装置。
6. 上記ノイズを検出する手段が、受信したトレーニング信号の品質の劣化が、上記交流電圧の周期の１／２の期間のうちで最大となる区間を検出することを特徴とする請求項１に記載の電力線搬送通信装置。
7. 上記ノイズを検出する手段が、受信したトレーニング信号の品質の劣化が基準値を超える区間を検出することを特徴とする請求項１に記載の電力線搬送通信装置。
8. 上記ノイズを検出する手段が、
   上記伝送路状況の検出を時間区間毎に行い、
   信号の品質の劣化が基準値よりも大きい区間を再度複数のより小さな区間に分け、該より小さな区間毎に伝送路状況の検出を行うことを特徴とする請求項１に記載の電力線搬送通信装置。
9. 上記ノイズを検出する手段が、信号強度、サブキャリアのＳ／Ｎ比、誤り訂正数、ＣＲＣ結果のうちの少なくとも一つに基づいて、受信したトレーニング信号の劣化を検出することを特徴とする請求項１に記載の電力線搬送通信装置。
10. 上記スケジューリング手段は、上記検出されたノイズの発生のタイミングには、フレーム内のユーザデータを送受信するチャネル内に、ユーザデータの送信を行わない区間を設けるスケジュールを行うことを特徴とする請求項１に記載の電力線搬送通信装置。
11. 上記スケジューリング手段は、受信されたトレーニング信号のサブキャリアのＳ／Ｎ比の検出結果に応じた変調方式をそれぞれ異なる時間区間に割り当てるようにフレームを構成することを特徴とする請求項１に記載の電力線搬送通信装置。
12. 上記スケジューリング手段は、接続されているスレーブの周期性ノイズの時間方向の検出結果を基に、各スレーブの時間区間優先情報を把握しスケジューリングを行うことを特徴とする請求項１に記載の電力線搬送通信装置。
13. 電力線に接続された電力線搬送通信装置において、
    電力線の交流電圧の周期の１／２から、所定の長さを引いた長さのフレームを用いてデータ伝送を行うことを特徴とする電力線搬送通信装置。
14. 上記所定の長さが、交流電圧に重畳される周期性ノイズの幅に等しいことを特徴とする請求項１３に記載の電力線搬送通信装置。
15. 電力線の交流電圧の位相を検出し、該交流電圧が最大振幅となる区間を避けるように、データ伝送用のフレームを構成することを特徴とする請求項１３に記載の電力線搬送通信装置。
16. データ伝送のため時分割多元接続を行うことを特徴とする請求項１又は１３に記載の電力線搬送通信装置。
17. データ伝送のためポーリングにより制御されることを特徴とする請求項１又は１３に記載の電力線搬送通信装置。
18. 上記スケジューリング手段は、上記ノイズを検出する手段により品質の劣化が基準値を超えると判定された区間のみトレーニングを行うことを特徴とする請求項７に記載の電力線搬送通信装置。
19. 電力線に接続された電力線搬送通信で用いられるデータ伝送用のフレームであって、電力線の交流電圧の周期の１／２から、所定の長さを引いた長さを有するフレーム。

Images