JP2007519328A

JP2007519328A - 通信プロトコル物理層の動作がダイナミックに選択可能である電力線通信装置

Info

Publication number: JP2007519328A
Application number: JP2006547357A
Authority: JP
Inventors: マイケルジョンマカルソ，; ボーチャン，; オレグログビノフ，
Original assignee: アーカドス，インコーポレイテッド
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2024-12-22
Also published as: WO2005062915A3; WO2005062915A2; US8115605B2; JP4970954B2; US20070279196A1

Abstract

電力線通信（「ＰＬＣ」）送信器装置およびＰＬＣ受信器装置は、通信信号送信動作モードを、複数のそのようなモードからダイナミックに選択することを提供する、通信プロトコル物理層を含む。そして、各々は、ＰＬＣ装置が結合される配電ネットワークの特性、および、そのネットワークのための通信プロトコルプロファイル要求に基づいて、対応する送信データ構造を有する。また、ＰＬＣ装置は、エラー修正を実行するモジュール、データマッピングを実行するモジュール、イコライゼーションモジュール、およびシリアルデータとパラレルデータとの間で変換するモジュールのうちの少なくとも一つを含み得る。

Description

（関連出願の参照）
本出願は、２００３年１２月２３日に出願された、米国仮出願番号第６０／５３２，０９８号の利益を主張し、その仮出願は、本出願の譲受人へ譲渡され、ここにおいて援用される。

（発明の分野）
本発明は一般に、電力線通信（「ＰＬＣ」）ネットワークを介した通信に関し、より詳細には、ＰＬＣ送信器および／または受信器における通信プロトコル物理層を提供し、動作におけるそれの通信信号送信モードが、通信が実行される従来の配電ネットワークおよびＰＬＣネットワークの通信プロトコル要求の特性の観点から、ダイナミックに選択可能である、ことに関する。

電力線通信技術における継続的な発展および進歩に伴い、電力線通信（「ＰＬＣ」）システムは、最終的に、世界中に存在する、配電ネットワークまたはグリッドに設置されることが期待されている。

従来の電力線およびワイヤ、ならびに関連する電力変換器装置から構成される配電ネットワークは、約９０ＶＡＣから２０ＫＶＡＣの電圧、および約４０Ｈｚから４００Ｈｚの周波数を有する電線およびワイヤに沿って電気を搬送するように動作可能であり得るということは、当該分野でよく知られている。ＰＬＣシステムを形成するＰＬＣ送信器および受信器装置の通信プロトコル物理層構成要素は、それゆえ、ＰＬＣネットワークを介した通信が堅実に維持されることを保証するためにＰＬＣ装置が設置される配電ネットワークに関連する電圧および周波数の範囲に関連して動作しなければならない。

現在のＰＬＣ送信器および受信器装置において、通信プロトコル物理層は、ＰＬＣ装置の設置が計画される配電ネットワークの特性に従って動作するように設計される。ネットワークトポロジーの物理サイズが小さく、比較的通信障害がない世界の地域における、一部のＰＬＣ送信器および受信器装置のインプリメンテーションにおいて、高度のスペクトル封じ込め（ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ）が所望され、言い換えれば、ＰＬＣ送信は、望ましくは、最大の利用可能なスペクトル、およびＰＬＣ送信の最大の可能な長さ（通常は、シンボルの長さを意味する）を利用して生じる。他のＰＬＣ送信器および受信器装置のインプリメンテーションにおいて、ＰＬＣ送信は、最大の利用可能なシンボルの長さに制限を設けるマルチパス・フェ−ディング（ｆａｄｉｎｇ）または反射（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）などの、通信に対する障害の存在において生じる必要がある。多くの現在のＰＬＣシステムのインプリメンテーションにおいて、ＰＬＣ装置は、ＨｏｍｅＰｌｕｇ１．０通信規格仕様に含まれるものなど、当該分野において慣習的な標準ＯＦＤＭ通信方式に従って動作し、この仕様はここにおいて援用される。さらに他のＰＬＣ送信器および受信器装置のインプリメンテーションは、異なる通信プロトコル要求に従い動作する既存のまたは古いＰＬＣ装置との互換性を提供するために必要である。

それゆえ、複数の通信信号送信動作モードから、通信信号送信動作のモードのダイナミックな選択を提供する、ＰＬＣ送信器および／または受信器装置を含む、低コストな物理的通信プロトコル層の構成が必要とされ、ＰＬＣ装置を、複数のＰＬＣ通信プロトコル要求に互換性があるようにし、ＰＬＣ装置が設置される配電ネットワークの特性に互換性があるようにする。

本発明に従い、電力線通信（「ＰＬＣ」）送信器および／または受信器装置は、個々の送信データ構造を有する複数の通信信号送信モードから、通信動作を、ダイナミックに、および好ましくは自動的に選択する、通信プロトコル物理層モジュールを含む。その選択は、ＰＬＣ通信プロトコルプロファイル要求およびＰＬＣ装置が設置される配電ネットワークの送信性能特性に基づいて実行される。

好ましい実施形態において、通信プロトコル物理層モジュールは、ウェーブレットベース（ｗａｖｅｌｅｔ−ｂａｓｅｄ）のマルチキャリア通信ブロック送信データ構造、または標準の、当該分野において良く知られたＯＦＤＭ通信ブロック送信データ構造のいずれかに対応する送信モードに従って動作する。さらに好ましい実施形態において、物理的な層モジュールは、ＨｏｍｅＰｌｕｇ１．０通信プロトコル要求との互換性を提供するように動作可能である。

本発明の他の目標および利点は、目下の好ましい実施形態の以下の詳細の記載から明らかであり、その記載は、添付された図面（同様の参照番号は類似した要素を示す）と共に考慮されるべきである。

本発明の電力線通信（「ＰＬＣ」）送信器および／または受信器装置は、通信プロトコル物理層モジュールを含み、そのモジュールは、ＰＬＣネットワーク送信パラメータおよびそのネットワークに必要な通信プロトコルプロファイルを考慮しての通信信号送信動作モードのダイナミックな選択（好ましくは、その自動的な選択）を提供する。

本発明の特徴を強調する目的のために、始めに、例示的なものである、図１において示される従来技術のＰＬＣシステム１０が示される。ここにおいて、ＰＬＣシステム１０は、従来の電力ワイヤを含む、ＰＬＣネットワーク１６を介してＰＬＣ受信器１４に結合されたＰＬＣ送信器１２を含む。ＰＬＣ送信器１２およびＰＬＣ受信器１４の各々は、当該分野では、周知の技術である標準ＯＦＤＭ機能ブロックを含む従来の通信プロトコル物理層構成要素を含む。図１を参照し、ＰＬＣ送信器１２は、順エラー修正（「ＦＥＣ」）エンコーダモジュール２０、データマッピングモジュール２１、パラレル−シリアル変換モジュール２２、および、列挙されたシーケンスにおいて各々が接続されるｍ点逆高速フーリエ変換（「ＩＦＦＴ」）モジュール２３を含む。モジュール２３は、送信データまたはオーバーヘッドデータを保持している複数の周波数キャリアデータ信号２４を生成し、それらの信号２４は、パラレル−シリアル送信シンボル作成モジュール２５およびサイクリックプレフィックスモジュール２６へとルートされる。シンボル作成モジュール２５およびサイクリックプレフィックスモジュール２６は、ＰＬＣネットワーク１６にＰＬＣインターフェース（図示せず）を介して接続される。

図１を再び参照し、ＰＬＣ受信器１４は、ＰＬＣネットワーク１６にＰＬＣインターフェース（図示せず）を介して接続されるパラレル−シリアルシンボル検出モジュール３０を含む。モジュール３０は、送信された信号およびサイクリックプレフィックス内に含まれたデータを、そのデータが保持されていたキャリア信号３１の周波数に基づいて区別する。そして、モジュール３０は、高速フーリエ変換（「ＦＦＴ」）モジュール３２へそれぞれのキャリア信号を転送する。ＰＬＣ受信器１４は、イコライゼーションモジュール３３、パラレル−シリアルデータ変換モジュール３４、デマッピングモジュール３５、および、列挙されたシーケンスにおいて各々が接続されるＦＥＣデコーダモジュール３６をさらに含む。ＰＬＣ送信器１２およびＰＬＣ受信器１４の上記されたＰＨＹ層モジュールは、典型的な従来技術のＯＦＤＭシステムとコンシステントな機能を行う。そのシステムにおいて、特定の送信データ構造に対応する単一の通信信号送信動作モードのみが、ＰＬＣネットワーク１６上においてキャリア信号の通信データを送信するための使用に利用可能である。

本発明に従い、図２において示される例示的なＰＬＣシステム１００は、ＰＬＣ送信器１１２およびＰＬＣ受信器１１４を含む。送信器１１２および受信器１１４の各々は、複数の通信信号送信動作モードからの通信信号送信動作モードの選択を提供する通信プロトコル物理構成要素を含む。ここにおいて、それらのモードは、電力線ネットワーク動作特性および通信プロトコル要求に従い規定される通信データ構成にそれぞれ対応する。図２を参照し、ＰＬＣ送信器１１２は、従来の電力ラインおよびワイヤを備えるＰＬＣネットワーク１６を介して、ＰＬＣ受信器１１４に結合される。下に詳細にわたり議論されるように、本発明のＰＬＣ送信器１１２および本発明のＰＬＣ受信器１１４における機能ブロックの構成およびパラメータは、複数モードのＰＬＣ通信信号送信動作が利用可能であること、および、ＰＬＣ送信器内およびＰＬＣ受信器内のＰＨＹ構成要素が、選択されたモードに基づいてデータ処理動作を行うようにダイナミックに構成可能であること、を提供する。本発明に従い、ＰＬＣ装置１１２および１１４は、通信プロトコル物理層において、望まれるのであれば、如何なる複数の通信動作モードからのダイナミックな（好ましくは、自動的な）選択を提供するために、例えば、モジュールハードウェアおよびプログラム可能なソフトウェアの使用によって、適宜に設計されても良い。

図２を参照し、送信器１１２は、逆フーリエ変換（「ＩＤＦＴ」）モジュール１５３をシンボル作成モジュール１２５およびサイクリックプレフィックスモジュール１２６に結合する通信動作モード選択モジュール１５４を含む。モジュール１５３、１２５および１２６は、通信動作の複数のモードをサポートし、モジュール１５４において選択されたモードに基づいて、データ処理動作を行うようにダイナミックに構成可能である。さらに、受信器１１４は、シリアル−パラレルシンボル検出モジュール１３０をフーリエ変換（「ＤＦＴ」）モジュール１６４に接続する通信動作モード選択モジュール１６１を含む。モジュール１３０、１６１および１６４は、複数のモードの通信動作をサポートし、モジュール１６１において選択されたモードに基づいて、データ処理動作を行うようにダイナミックに構成可能である。

好ましい実施形態において、それぞれが、ＰＬＣ送信器１１４において列挙されるシーケンスを以って接続される、ＦＥＣエンコーダモジュール１２０、マッピングモジュール１２１、およびシリアル−パラレルデータ変換モジュール１２２は、ＩＤＦＴモジュール１５３において選択される通信動作モードに基づいて、データ処理を行うようにダイナミックに（好ましくは、自動的に）構成可能である。ここにおいて、モジュール１２２は、ＩＤＦＴモジュール１５３に結合される。さらに、それぞれが、ＰＬＣ受信器１１４において列挙されるシーケンスを以って接続される、イコライゼーションモジュール１３３、パラレル−シリアルデータ変換モジュール１３４、デマッピングモジュール１３５、およびＦＥＤデコーダモジュール１３６は、モジュール１６１において選択される通信動作モードに基づいて、データ処理を行うようにダイナミックに（好ましくは、自動的に）構成可能である。ここにおいて、モジュール１３３は、ＤＦＴモジュール１６４に結合される。例えば、ＩＤＦＴモジュール１５３およびＤＦＴモジュール１６４の各々は、例えば、特定のネットワークまたは地域の利用可能な周波数帯域、またはオペレーティングネットワークの特性に基づいて、動作周波数の変更に加え、モジュールのサイズ、または点の数（ｍの値）の変更をするように再構成されても良い。さらに、ＩＤＦＴモジュール１５３およびＤＦＴモジュール１６４は、ネットワーク上のデータ通信のための追加的な帯域を提供するために、サイズまたは周波数を増加させ得、または、それらを増加させることが可能な場合、場合により増やし得る。次に、ＩＤＦＴモジュール１５３およびＤＦＴモジュール１６４は、古いコンピュータの標準パラメータに再構成され得、または、古い装置と通信するように再構成され得る。

さらに好ましい実施形態において、ＦＥＣエンコーダ１２０およびＦＥＣデコーダ１３６は、プロファイルの基準または古いモードが選択された際、リード−ソロモンおよび畳み込みコーディングを行うように再構成され得、リード−ソロモンおよびトレリスコーディングを含む、他の選択されたモード動作に従い、データ処理動作を行うように構成され得もし、それは、追加的なエラー修正が必要とされる、または、異なったコーディング方法が優れた結果をもたらすノイズのより多い、またはよりダイナミックなネットワークにおいて用いられる。

好ましい実施形態において、ＰＬＣ送信器１１２およびＰＬＣ受信器１１４におけるＰＨＹモジュールは、プレ構成、ブートアップ、またはランタイムパラメータに基づいて、設定され得る通信動作モード選択機能を含む。さらに、オペレーティングネットワークの地理的な位置、存在するネットワークタイプ、および、タイポロジーまたはランタイム分析のような要素が、動作モードを決定するために用いられても良い。

さらなる実施形態において、モード選択は、ＰＣのような外部的なプロセッサによって提供される制御信号に基づき（ここにおいて、そのＰＣは、例えば図示はしないが、本発明のＰＬＣ送信器および／または受信器装置のＰＨＹ層モジュールに接続される）、または、本発明のＰＬＣ装置に提供される送信されたまたは受信された信号データから計算されたネットワーク応答特性の処理に基づいても良い。制御信号に基づき、ＰＬＣ送信器１１２は、複数の通信動作モードのうちの１つを自動的に選択する。ここにおいて、それらの通信動作モードは、ＰＬＣネットワーク１６上のキャリア信号の通信データを送信するための特定の送信データ構造に対応する。ＰＬＣ受信器１１４はまた、選択されたモードに従って動作もする。各モードは、プレアンブル長、シンボル長、送信ブロックのサイズ、送信に利用可能なキャリアの数、およびキャリア毎の周波数帯域幅のような、データ送信構造のための送信パラメータを規定する。

好まれる図示された実施形態において、本発明のＰＬＣ送信器および／または受信器装置のＰＨＹ層モジュールへ接続されたプロセッサは、ＰＬＣネットワーク上の利用可能な帯域幅の使用を最大限にするために、２つの通信動作モードから、自動的に、およびダイナミックに選択し得る。好ましい実施形態において、ＰＬＣ送信器１１２および受信器１１４は、通信動作モードの選択を提供し、その通信動作モードは、ウェーブレットのようなフィルターされたバンドＯＦＤＭまたはＦＦＴＯＦＤＭ送信データ構造、または、従来のＦＦＴベースのＯＦＤＭ通信送信データ構造のいずれかに対応する。

好ましい実施形態において、選択モジュール１５４および１６１は、ＰＬＣ送信器およびＰＬＣ受信器のＰＨＹ層がそれぞれそのモードにおいて動作するように構成される場合、ウェーブレットのような関数処理を行う処理ブロックを含む。さらに、図２に示される好ましい実施形態のように、選択モジュール１５４および１６１は、ＰＬＣ装置が通常または古い通信動作モードにおいて動作する場合、ウェーブレット処理ブロックをバイパス用の信号路を含む。選択される動作モードにより、モジュール１５４および１６１は、データ送信構造のためのデータ送信シンボルのサイクリックプレフィックス部分を選択的に挿入、または除去するように動作する。

好ましい実施形態において、プロセッサは、ＰＬＣ装置がインストールされる電力配信ネットワークが比較的にサイズの面において小さい所において、ウェーブレットのようなモードを選択する。ここにおいて、比較的にサイズの面において小さい所とは、住宅コミュニティにおいて存在する、または、マルチパスフェーディングに起因する、通信信号の高レベルの反射を経る可能性が低いような所である。ＰＬＣ装置１１２が、ウェーブレットのようなモードに従い、通信動作を行う場合、プロセッサは、モジュール１２５および１２６へ制御データを送信し、送信データブロックからサイクリックプレフィックスの除外を引き起こし、それによって、ＰＬＣネットワーク上の最大のスループットを提供する。当該技術において周知であるように、フィルターされた帯域のＯＦＤＭ通信モードを用いてのＰＬＣシステム動作は、マルチパス反射長が送信データブロックのシンボル長の約１０％である場合にのみ、満足のゆくレベルにおいて行われる。

好ましい実施形態において、プロセッサが、従来のＦＦＴベースのＯＦＤＭ通信動作モードを選択する場合、選択モジュール１５４および１６１のウェーブレット処理ブロックは用いられず、その代わりに、図２において示される好ましい実施形態において図示されるように、バイパス路が用いられる。従来のＦＦＴベースのＯＦＤＭモードは、インパルス反応長がシンボル長の１０％よりも長い、大きなスケールの電力配信ネットワークまたはＰＬＣネットワークに対して好まれる。従来のＯＦＤＭモードにおいて、プロセッサは、モジュール１２５および１２６に制御データを提供し、それによって、モジュール１２６は、シンボルの始めにおいて、サイクリックプレフィックスを挿入する。

好ましい実施形態において、ＰＬＣ送信器装置１１２に対して外部のプロセッサ、またはＰＬＣ送信器装置内のプロセッサは、ＰＬＣネットワーク上において利用可能な帯域幅の使用を最大限にするために、送信データ構造のためのモードを、継続的におよび自動的に選択し、またはそれを選択しようと試みる。さらに好まれる実施形態において、ＰＬＣ送信器装置１１２に対して外部のプロセッサ、またはＰＬＣ送信器装置内のプロセッサは、ＰＨＹ層動作を介してそのプロセッサに継続的に提供される電力線ネットワーク特性データを分析し、利用可能なモードに対するネットワーク性能のモニタを続け、それによって、特定のモードが、選択され、または、特定に選択されたモードが、それらのネットワーク特性を考慮して、さらに最適化され得る。

好まれる実施形態において、ＰＬＣ送信器１１２の選択モジュール１５４は、識別された通信接続志向のプロファイルに対応するシンボルのサイズに基づいて、動作モードを選択する。この選択性能は、ボイスコーディングパケットのような、より小さい、従ってより短いシンボルが小さいペイロードの許容範囲にないチャネル状況に対して選択され得ると、チャネル利用効率を改善する。

本発明の好ましい実施形態が記載され、図示されたが、様々な修正が、本発明の原理から逸脱されることなく為され得ることは、当業者は明らかである。

電力線通信システムの電力線通信送信器および電力線通信受信器において含まれる、例示的な従来技術の通信プロトコル物理層（「ＰＨＹ」）構成要素を示すブロック図である。電力線通信システムにおけるＰＬＣ送信器およびＰＬＣ受信器のブロック図であり、ＰＬＣ装置のそれぞれは、本発明に従ったＰＨＹ層構成要素を含み、複数の通信信号送信動作モードのうちの選択された一つに従い、データ処理動作を実行するようにダイナミックに構成可能である。

Claims

複数の通信信号送信動作モードに従って動作するように適合された通信プロトコル物理層モジュールを備える、データ送信および受信性能のうちの少なくとも一つの通信性能を有する電力線通信（「ＰＬＣ」）装置であって、該物理層モジュールが、
フーリエ変換動作を実行するモジュールであって、該フーリエモジュールは、選択された通信信号送信動作モードに従った、データ処理動作を実行するようにダイナミックに構成され得る、モジュールと、
該フーリエ変換モジュールに結合された選択モジュールであって、該選択モジュールは、該複数の通信送信モードから、該ＰＬＣ装置に対する通信動作モードの選択を提供し、該モードのそれぞれが、電力線ネットワーク動作特性および通信プロトコル要求に従って規定された送信データ構造に対応する、選択モジュールと、
該選択モジュールに結合される、パラレルシンボルデータとシリアルシンボルデータとの間で変換するモジュールであって、該シンボルデータ変換モジュールが、該選択モジュールによって選択された該動作モードに基づいて、該電力線ネットワークに対する変換データブロックを処理する、モジュールと
を含む、ＰＬＣ装置。
前記選択モジュールが制御データに基づいて前記モードを自動的に選択する、請求項１に記載のＰＬＣ装置。
前記モードが、ウェーブレットのようなフィルタリングされた通信動作モード、および従来のＯＦＤＭベースの通信動作モードのうちの少なくとも一つを含み、該少なくとも一つのモードが、所定の動作電圧および周波数を有する電力線上で動作可能である、請求項１に記載のＰＬＣ装置。
前記選択モジュールが、前記電力線ネットワークのダイナミックなチャンネル分析から得られたデータに基づいてモードを選択する、請求項１に記載のＰＬＣ装置。
前記選択モジュールが、前記電力線ネットワークの通信プロファイル要求を表すデータに基づいてモードを選択する、請求項１に記載のＰＬＣ装置。
前記選択モジュールが、アプリケーションプロファイルを表すデータに基づいてモードを選択する、請求項１に記載のＰＬＣ装置。
前記選択モジュールが、識別された通信接続志向プロファイルに対応するシンボルのサイズに基づいてモードを選択する、請求項１に記載のＰＬＣ装置。
前記フーリエ変換モジュール、前記選択モジュール、および前記データ変換モジュールのうちの少なくとも一つの一部分が、チップ構成上のシステムを使用してインプリメントされる、請求項１に記載のＰＬＣ装置。
前記ＰＬＣ装置が、エラー修正を実行するモジュール、データマッピングを実行するモジュール、イコライゼーションモジュール、およびシリアルデータとパラレルデータとの間で変換するモジュールのうちの少なくとも一つを含み、該エラー修正モジュール、該データマッピングモジュール、該イコライゼーションモジュール、および該データ変換モジュールのうちの少なくとも一つの一部分が、チップ構成上のシステムを用いてインプリメントされる、請求項８に記載のＰＬＣ装置。
前記フーリエ変換モジュール、前記選択モジュール、および前記データ変換モジュールのうちの少なくとも一つがソフトウェアにおいてインプリメントされる、請求項１に記載のＰＬＣ装置。
前記ＰＬＣ装置が、エラー修正を実行するモジュール、データマッピングを実行するモジュール、イコライゼーションモジュール、およびシリアルデータとパラレルデータとの間で変換するモジュールのうちの少なくとも一つを含み、該少なくとも一つのモジュールが、前記選択されたモードに従い、データ処理を実行するように構成可能である、請求項１に記載のＰＬＣ装置。