JP2008054015A - 電力線通信装置とその動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】システム間干渉の回避とデータ伝送容量の確保を両立する。
【解決手段】受信処理部（１１,１２,１３）と、受信信号から共存信号（ＣＤＣＦ信号）の有無と信号強度を検出可能な共存信号検出部３２と、ＣＤＣＦ信号発生部３４と、送信処理部（１６,１７）と、これらを制御する制御部２０とを有する。制御部２０は、ＣＤＣＦ信号を発生させ送信することにより帯域予約を行うことが可能な共存モードと、当該帯域予約を行わない孤立モードと、の何れかのモードへの電源起動時モード設定が可能である。制御部２０は、共存モードと孤立モードとの間のモード間遷移が可能である。これらの制御は、（１）ＣＤＣＦ信号の有無、（２）ＣＤＣＦ信号が検出される場合は当該検出されるＣＤＣＦ信号の信号強度、又は、（３）信号強度と当該ＣＤＣＦ信号を含む帯域窓のタイミングとの双方に基づいて行われる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、帯域予約のための帯域窓とデータ通信のための通信帯域とが交互に所定周期で割り当てられている電力線通信装置と、その動作方法に関する。

電力線を利用する通信装置には、様々な方式が存在する。
例えば、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。
例えば、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、「方式が異なる」というときは、このような通信仕様が違うことを意味する。

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。

方式の異なる無線通信システムの共存に関し、異なる方式の通信装置が送受信可能な信号（ビーコン信号）を用意して通信タイミングの調整を行う技術が知られている（たとえば特許文献１参照）。

一般的な無線ＬＡＮでビーコン信号は、例えば、以下の使われ方をする。
親機（マスタ局）がビーコン信号という無線標識信号（ＯＦＤＭ変調された制御用パケットの一種）を周期的に報知する。子機（スレーブ局）は、すべての無線チャネル上に送出されているビーコン信号を受信し、このビーコン信号を基に最適な親機を選択する。続いて子機は、選択した親機へ認証を要求し、親機は自身のネットワークへの接続を希望する子機の認証を行うかを決め、認証できる子機ならば互いに管理用信号をやり取りして、以後、当該子機を正式な無線ＬＡＮ端末として取り扱う。

このようにビーコン信号は、そのマスタ局が管理するネットワークとそれに接続している機器（以下、ネットワークおよびその接続機器を「システム」ともいう）の無線識別信号として用いられマスタ局から発信される、当該システム内の制御信号の一種である。
前述した特許文献１に記載されている発明は、システム間で共通に定義されているビーコン信号に伝送パラメータ等の詳細な制御情報を持たせることによって異なるシステム間の共存を図るものである。

一方、電力線通信の分野では、通信装置（たとえばＰＬＣモデム）同士を共存させるために、異なる方式のモデムが認識可能な共存制御信号（以下、共存信号という）として、ＣＤＣＦ(commonly distributed coordination function)信号を定義し、それを用いて帯域予約のためのシステム仕様を策定することが検討されている（たとえば非特許文献１参照）。

電力線通信では、既設の電灯線を用いることから方式の統一が困難であり、方式共存のための仕様はできるだけ簡潔にする必要がある。
したがって、ＣＤＣＦ信号は最近の高速なモデムが採用している方式を前提にＯＦＤＭ方式を採用しているが、モデム同士が詳細な情報を交換できるわけではなく、帯域予約を行うマスタ局の存在を知らせ合える程度のものである。
特開２００３−２５８８１２号公報 CEPCA Technical Work Group,"ＣＥＰＣＡ技術仕様",ＣＥＰＣＡ技術セミナー,２００６年４月５日,インターネット＜URL：http://www.cepca.org/about_us/Events/past_events/japan_seminar/CEPCA_SeminarSpecification.pdf＞

特許文献１には、異なるシステム間の共存のために方式間で共通なビーコン信号（標識信号の一種）を用い、この信号により互いに無線ネットワークの存在やその利用状況を確認することができると、記載されている。
電力線通信においては、共存信号（たとえばＣＤＣＦ信号）が同様な機能を持つが、電力線通信のネットワークは新たに導入されたものに限らず既存の設備を利用するため、共存信号に詳細情報を持たせると、多くの機器で対応できない状況が生まれる懸念があり、それでは電力線通信の普及が進まない。したがって電力線通信仕様では、共存信号を、その信号の有無と、その信号専用の帯域（帯域窓）内でのタイミングとが重要な意味を持つ信号として規定している。

ＣＤＣＦ信号に関し、帯域窓内で割り当てられている時間または周波数の領域と、その意味との対応が前述した非特許文献１に開示されている。
しかし、非特許文献１には、起動時に共存すべき場合（共存モード）と共存しなくてもよい場合（孤立モード）との電源起動時の初期設定と、起動後のモード間遷移の条件については記載されていない。
また、システム間の干渉を防止する観点で、その干渉の可能性がないにも拘らず共存信号を受信したことを条件に共存モードにすることがある。共存モードは、データの衝突回避を優先させる一方で、データ伝送に用いる時間或いは周波数の帯域が共存によって制限されるため、データの衝突の可能性がない場合まで共存モードにすると不必要にデータ伝送容量が小さくなり望ましくない。

本発明が解決しようとする課題は、起動時のモード設定と、モード間遷移とを適切に行うことによってデータの衝突（システム間干渉）の回避とデータ伝送容量の確保を両立できる電力線通信装置と、その動作方法を提供することである。

本発明に係る電力線通信装置は、帯域予約のための共存信号を割り当て可能な帯域窓と、任意情報を割り当て可能な通信帯域と、が交互にかつ周期的に割り当てられている電力線通信装置であって、電力線通信網から信号を受信して処理する受信処理部と、前記受信処理部が受信する受信信号から前記共存信号の有無、信号強度、および、当該共存信号が割り当てられている前記帯域窓のタイミングを検出可能な共存信号検出部と、共存信号を発生する共存信号発生部と、信号を処理して前記電力線通信網に送信する送信処理部と、前記共存信号を前記共存信号発生部で発生させ前記送信処理部から送信することにより前記帯域予約を行うことが可能な共存モードと、前記共存信号を利用する前記帯域予約を行わない孤立モードと、の何れかのモードへの電源起動時モード設定、または、前記共存モードと前記孤立モードとの間のモード間遷移を、前記共存信号検出部が検出する前記共存信号の有無に基づいて、前記共存信号が検出される場合は当該検出される共存信号の信号強度に基づいて、あるいは、前記共存信号の信号強度と当該共存信号が割り当てられている前記帯域窓のタイミングとの双方に基づいて制御する制御部と、を有する。
本発明では好適に、前記制御部は、電源起動時に前記共存信号が検出されない場合、または、検出される全ての前記共存信号の信号強度が所定のレベルＰ３より小さい場合に前記孤立モードを設定し、電源起動時に前記共存信号が少なくとも１つ検出され、検出される共存信号の少なくとも１つの前記検出レベルが前記レベルＰ３以上の場合に前記共存モードを設定する。

本発明では好適に、前記制御部は、電源起動時に検出される前記全ての共存信号の検出レベルが前記レベルＰ３より小さい場合、検出される共存信号の前記帯域窓のタイミングで共存信号を送信可能に、前記共存信号発生部および前記送信処理部を制御する。
本発明では好適に、前記制御部は、前記共存モードを設定するに際し、前記レベルＰ３以上の共存信号が割り当てられている前記帯域窓が１つ検出される場合は、当該検出される帯域窓で共存信号を送信可能に、または、前記レベルＰ３以上の共存信号が割り当てられている前記帯域窓が複数検出される場合は、当該検出される複数の帯域窓のタイミングを共通化し、共通化後のタイミングの帯域窓で共存信号を送信可能に、前記共存信号発生部および前記送信処理部を制御する。

本発明では好適に、前記制御部は、前記孤立モードにおいて、前記共存信号が検出されない場合、または、検出される全ての共存信号の信号レベルが所定のレベルＰ２より小さい場合に孤立モードを維持し、前記レベルＰ２以上の共存信号が送信されている前記帯域窓が複数検出される場合は、当該検出される複数の帯域窓のタイミングを共通化し、共通化後のタイミングの帯域窓で共存信号を送信可能に、前記共存信号発生部および前記送信処理部を制御し、共存モードに遷移し、前記レベルＰ２以上の共存信号が送信されている帯域窓が１つ検出される場合は、前記帯域窓のタイミングを共通化しないで前記共存モードに遷移する。
本発明では好適に、前記制御部は、前記帯域窓のタイミングを共通化しないで前記共存モードに遷移する際に、前記検出される共存信号の帯域窓のタイミングが自システムの帯域窓のタイミングと異なるときは、当該タイミングが自システムのものとは異なる帯域窓で共存信号を送信可能に、前記共存信号発生部および前記送信処理部を制御し、共存モードに遷移する。

本発明では好適に、前記制御部は、前記共存モードにおいて、検出される共存信号の少なくとも１つの信号レベルが所定のレベルＰ１（＜Ｐ２）以上の場合に共存モードを維持可能であり、前記共存信号が検出されない場合、または、前記検出される共存信号の全ての信号レベルが前記レベルＰ１未満の場合に前記孤立モードに遷移する。
本発明では好適に、前記制御部は、前記共存モードにおいて、検出される共存信号の少なくとも１つの信号レベルが所定のレベルＰ１（＜Ｐ２）以上の場合に共存モードを維持可能であり、前記共存信号が検出されない場合、または、前記検出される共存信号の全ての信号レベルが前記レベルＰ１未満の場合で、かつ、前記検出される共存信号の帯域窓のタイミングが自システムの帯域窓のタイミングと異なるときは、当該タイミングが自システムのものとは異なる帯域窓で共存信号を送信可能に、前記共存信号発生部および前記送信処理部を制御し、孤立モードに遷移する。

本発明では好適に、前記制御部は、電源起動時に検出される前記全ての共存信号の検出レベルが前記レベルＰ３より小さい場合、共存信号を送信しないで前記孤立モードに遷移する。

本発明では好適に、前記制御部は、前記共存モードにおいて、検出される共存信号の少なくとも１つの信号レベルが所定のレベルＰ１（＜Ｐ２）以上の場合に共存モードを維持可能であり、前記共存信号が検出されない場合、または、前記検出される共存信号の全ての信号レベルが前記レベルＰ１未満の場合に、共存信号の送信を停止するように前記共存信号発生部および前記送信処理部を制御し、孤立モードに遷移する。
本発明では好適に、前記制御部は、共存信号の送信停止を行う時間、当該送信停止から送信再開までの時間の少なくとも一方を乱数を用いて決定し、決定した時間に従って、前記共存信号の送信停止と送信再開を、前記共存信号発生部および前記送信処理部を制御することにより実行する。

本発明に係る電力線通信装置の動作方法は、帯域予約のための共存信号を割り当て可能な帯域窓と、任意情報を割り当て可能な通信帯域と、が交互にかつ周期的に割り当てられている電力線通信装置の動作方法であって、受信信号から前記共存信号の有無、信号強度、および、当該共存信号が割り当てられている前記帯域窓のタイミングを検出する共存検出のステップと、前記共存検出で前記共存信号が検出される場合に前記複数の共存信号が、周期がずれた前記複数の帯域窓で検出されるかを調べる窓タイミング確認のステップと、前記共存信号を発生させ送信することにより前記帯域予約を行うことが可能な共存モードと、前記共存信号を利用する前記帯域予約を行わない孤立モードと、の何れかのモードへの電源起動時モード設定、または、前記共存モードと前記孤立モードとの間のモード間遷移を、共存信号の有無に基づいて、前記共存信号が検出される場合は当該検出される共存信号の信号強度に基づいて、あるいは、前記共存信号の信号強度と当該共存信号が割り当てられている前記帯域窓のタイミングとの双方に基づいて制御するモード制御ステップと、を含む。

上述した本発明においてレベルＰ１、Ｐ２、Ｐ３を基準とする記載において、「以上」を「より大きい」に相互に置き換えたときは、同レベルに関し、「より小さい」を「未満」に相互に置き換え可能であり、そのような場合も本発明に含む。

本発明によれば、起動時のモード設定と、モード間遷移とを適切に行うことによってデータの衝突（システム間干渉）の回避とデータ伝送容量の確保を両立できる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に、本実施形態に係る電力線通信システムの機器接続形態を示す。図１は、２つの宅内の電灯線１１１と１１２とを用いる電力線通信システムの概略構成を示す。
電灯線１１１の幹線から各々分岐して壁コンセントＷＳ１とＷＳ３が設けられている。
壁コンセントＷＳ１に、たとえばＰＬＣモデム等の通信装置１−１のＡＣコードが接続されている。通信装置１−１にＬＡＮケーブル等を介して、たとえばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の機器７１が接続されている。
壁コンセントＷＳ３に、たとえばプリンタ等、通信とは無関係な他の機器７３が接続され、ここでの反射等が通信品質の低下を招く。

一方、他の宅内に敷設されている電灯線１１２の幹線から分岐して壁コンセントＷＳ２が設けられている。
壁コンセントＷＳ２に、たとえばＰＬＣモデム等の通信装置１−２のＡＣコードが接続されている。通信装置１−２にＬＡＮケーブル等を介して、たとえばＰＣ等の機器７２が接続されている。

電力線搬送通信（以下、ＰＬＣモデムという）は、図１に示すように電灯線を伝送路として利用する通信で、屋内に新たに通信線を配線する必要が無く、利便性の高い通信手段と期待されている。

電力線を利用して通信を行う電力線搬送通信は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通信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ており、今後普及が進むことが予想される。

２[MHz]から３０[MHz]を利用すると高速通信が可能であるが、無線ＬＡＮのように１００[MHz]から２００[MHz]と広い帯域幅があって、それを複数のチャネルに分割して利用するという使い方ができない。
したがって、電力線通信では１つのチャネルを異なる電力線通信装置（ＰＬＣモデム）が共用しなければならない。

図２は、同一家屋内におけるＰＬＣモデム間干渉を、図３は異なる家屋間におけるＰＬＣモデム間干渉を説明するための図である。
図２において、家屋１０７には電灯線１１１が配設され、当該電灯線１１１は分電盤１０２を介して不図示の屋外電力線に接続されている。
電灯線１１１に対し、通信装置１−１を介して機器７１が接続され、通信装置１−２を介して通信装置７４が接続され、通信装置１−３を介して機器７５が接続され、また、通信装置１−４が接続されている。図２は、機器７１と７４がＰＣ、機器７５が映像の録画再生が可能なビジュアル家電機器を示している。また、通信装置１−１〜１−４はＰＬＣＰＬＣモデムの場合である。

図２で通信装置１−１と１−２が通信しており、通信装置１−３と１−４が通信している場合を考える。このときの通信経路を図２では実線により示している。
このような２つの通信を、同一電灯線１１１を介して行う場合、図２で破線により示すように、互いの通信が干渉し、これが電灯線１１１の雑音成分を増大させ、互いに通信を妨害する要因となる。

図３において家屋１０７では、機器７１と７４が電灯線１１１を介して通信しているとする。このとき同時に、他の家屋１０８が独自に通信を開始する場合を考える。家屋１０８内の電灯線１１２に通信装置７２が設けられ、その通信機能を利用して信号を屋外に送信する。その信号は、分電盤１０４から電力線１０を通って電柱等に設けられえいる中継器１０６に伝達される。そして、この信号は中継器１０６から他の電力線１０、分電盤１０２を通って家屋１０７内の電灯線１１１に伝わる。このとき家屋１０７では、機器７１と７４が通信していることから、その外部からの信号が妨害波となることがある。

つぎに、電力線通信仕様、特にシステム共存を実現するための帯域予約とデータ通信のため帯域割り当てについて説明する。
以下、共存信号としてＣＤＣＦ信号を用いることを前提とする。なお、共存信号は電力線通信仕様によって他の名称で呼ばれることがあり、ＣＤＣＦ信号はその一例である。

図４に、帯域割り当ての概略説明図を示す。
図解する電力線通信仕様では、所定時間幅を有する帯域窓としてのＣＤＣＦ窓１２０と、それに続く所定時間幅の通信領域としてのスロット１３０Ａ,１３０Ｂ,１３０Ｃ,…とを１サイクルとして、このサイクルが繰り返されている。
ＣＤＣＦ窓１２０が「変調方式が異なる複数のシステムを共存させる帯域予約のための共存信号をシステムごとに異なるタイミングで割り当て可能な帯域窓」であり、ＣＤＣＦ窓１２０間のスロット１３０Ａ,１３０Ｂ,１３０Ｃ,…が「任意情報をシステムごとに異なる時間領域に割り当て可能な通信帯域」である。

図５（Ｂ）にＣＤＣＦ窓１２０の構成、図５（Ｃ）にスロット１３０ｉ（ｉ：任意のアルファベット）の構成を模式的に示す。
ＣＤＣＦ窓１２０は幾つかのブロックに区分されている。図５（Ｂ）では、そのうちＣＤＣＦ信号を送信するためのブロックのみ示す。図ではシステム＃１のＣＤＣＦ信号１２１がブロック１２０Ａで伝送され、システム＃２のＣＤＣＦ信号１２２がブロック１２０Ｂで伝送されている様子を示す。ブロック１２０Ｃはシステム＃３に対応するが図ではＣＤＣＦ信号が伝送されていない。共存可能なシステムに応じてブロックが設けられている。このうちどのブロックにＣＤＣＦ信号が存在するかによって、ＣＤＣＦ信号（共存信号）のＣＤＣＦ窓（帯域窓）内のタイミングが決まる。

なお、ＣＤＣＦ窓１２０のブロックが宅内系システム用途と、アクセス系システム用途とに、例えば周波数を分けて設けられる場合、システムごとに使用中と使用要求表示とのブロックを分ける場合、アクセス系の存在表示や時分割多重（ＴＤＭ：time division multiplex）、周波数分割多重（ＦＤＭ：frequency division multiplex）の違いを表示し、帯域予約でなくベストエフォート型伝送方式であることの表示や要求のためのブロックなど、様々なブロックを有してもよい。ＣＤＣＦ窓のタイミング変更要求信号のブロックも設けられ、これを利用してシステム変更が可能である。

このように、これらのブロックは領域（時間領域、即ちタイミング、または、周波数領域）に意味を持ち、したがってＣＤＣＦ信号がどのブロックで伝送されるかが重要である。つまり、図５（Ｂ）ではブロック１２０Ａと１２０ＢにＣＤＣＦ信号が立っているため、システム＃１と＃２で共存のため帯域予約を行う又は行われていることが分かる。

このＣＤＣＦ窓１２０の仕様に対応して、図５（Ａ）に示すスロット１３０ｉ（スロット１３０Ａ,１３０Ｂ,１３０Ｃ,…）の使い方が規定されている。
各スロットは図５（Ｃ）に示すように、ベストエフォートのためのサブスロット１３１等のほかに、ＣＤＣＦ窓１２０が想定するシステム数だけデータ伝送のためのサブスロット、本例ではＴＤＭＡサブスロット１３２,１３３,…を有している。
システム＃１のＣＤＣＦ信号１２１がＣＤＣＦ窓１２０内に存在するときに、各スロットのＴＤＭＡサブスロット１３２が使用可能であり、システム＃２のＣＤＣＦ信号１２２がＣＤＣＦ窓１２０内に存在するときに、各スロットのＴＤＭＡサブスロット１３３が使用可能であり、この関係は他のシステムでも同様である。
この構成を利用して帯域予約が可能である。帯域予約をしない場合は、ベストエフォートのためのサブスロット１３１を使用することとなるが、その使用率によって伝送速度が影響を受ける。これに対し、帯域予約の場合はＣＤＣＦ信号を伝送することによって使用領域の優先使用が確保され、他のシステムの影響が排除される。

このようにＣＤＣＦ信号は異なる方式のＰＬＣモデムが利用するデータや制御信号の伝送領域が重ならないように調停することが目的であり、各方式内の標識信号であるビーコン信号とは異なる。
ビーコン信号は、各システム内のマスタ局の存在を知らせるために、通常、マスタ局が起動されている限りシステムごとに規定される一定間隔で送信される。ビーコン信号は、図５（Ａ）に示すように、スロット１３０ｉを利用して伝送される。図ではシステム＃１のビーコン信号１４１と、システム＃２のビーコン信号１４２が発信されている様子を示す。
このためマスタ局がビーコン信号を発信するには、先にＣＤＣＦ信号を利用して帯域予約する必要がある。
また、ビーコン信号はシステム固有の信号であるため、システムが異なると検出できない。よって、図５に示す２種類のビーコン信号について、システム＃１からはビーコン信号１４１しか見えず（検出できず）、システム＃２からはビーコン信号１４２しか見えない。

ＰＬＣモデム等の通信装置が起動されたときに、ＣＤＣＦ信号が複数検出される場合があり、さらにビーコン信号が検出される場合とされない場合がある。この場合、異なるシステム間の調停作業が必要である。また、システム内の調停の作業が必要な場合がある。
ビーコン信号を用いるシステム内調停に関しては基本的には、ＰＬＣモデムメーカ各社に依存する。
本実施形態では、そのビーコン信号の検出までを行い、その後は、ビーコン信号を検出した通信装置が、その発信元のマスタ局との間で制御信号をやり取りすることで上記システム内の調停が行われる。

一方、ＣＤＣＦ窓を時間基準にして後続のデータ領域の帯域割り当て（例えばスロット内の使用可能なサブスロット）が決定されるため、システム同士がＣＤＣＦ信号によって互いに検出できる場合には、ＣＤＣＦ窓のタイミングを一致させる必要がある。なぜなら、ＣＤＣＦ信号を用いる共存ルールでは、ＣＤＣＦ窓のタイミングを一致させない状態で帯域予約を行うと、共存ルールの下での帯域予約ができず、互いに信号が干渉するからである。
ＣＤＣＦ窓のタイミングを一致させること、または、一致のための作業を以下、「窓タイミングの共通化」と称する。

この複数検出されるＣＤＣＦ信号のどちらのＣＤＣＦ信号が自システムのものであるかは、ビーコン信号を検出し、それに続くシステム情報を読み出すことにより判断できる。システム情報（例えばシステムＩＤ）は通常、３２ビット或いはそれ以上必要であるため、ＣＤＣＦ信号を用いる共存で、この情報を交換することはできない。ＣＤＣＦ信号を用いる共存では、各システムのデータが衝突することがないように、データのシステムごとの割り当て領域を時系列（または周波数帯域に分けて）に配置するルールを規定しているに過ぎないからである。

図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に、サブスロットの割り当て例を示す。
本例では、図６（Ａ）に示すように、ＣＤＣＦ窓１２０が所定の時間ピッチ、たとえば１００〜２００[ms]で繰り返され、そのＣＤＣＦ窓１２０の間がさらに所定の時間ピッチ、たとえば１０〜２０[ms]に分けられてｎ個のスロット１３０ｉ(i=1,2,3,4,…,n-1,n)に時分割されている。
各ＣＤＣＦ窓１２０は、図６（Ｂ）に示すように、５つのブロック１２０Ａ,１２０Ｂ,１２０Ｃ,１２０Ｄ,１２０Ｅを有する。また、各スロット領域１３０ｉは、本例では４つのサブスロット）１３１,１３２,１３３,１３４に時分割されている。
ＣＤＣＦ窓１２０の最初のブロック１２０ＡにＣＤＣＦ信号が存在すると、そのことがサブスロット１３１を用いるデータ伝送が可能なことを意味する。同様に、ブロック１２０ＢにＣＤＣＦ信号が存在すると、そのことがサブスロット１３２を用いるデータ伝送が可能なことを意味し、ブロック１２０ＣにＣＤＣＦ信号が存在すると、そのことがサブスロット１３３を用いるデータ伝送が可能なことを意味し、ブロック１２０ＤにＣＤＣＦ信号が存在すると、そのことがサブスロット１３４を用いるデータ伝送が可能なことを意味する。
本例では、サブスロット１３１がベストエフォート型データ伝送に割り当てられ、その他の３つのサブスロット１３２,１３３,１３４が帯域保証型データ伝送に割り当てられている。サブスロット１３２,１３３,１３４は、それぞれシステム＃１,＃２,＃３に対応づけられている。

また、ＣＤＣＦ窓１２０の最後のブロック１２０Ｅは、ＣＤＣＦ窓のタイミング変更要求のためのブロックである。このブロック１２０Ｅにタイミング変更要求信号が存在すると、このＣＤＣＦ窓を検出した他システムのマスタ局は、自身が使用しているＣＤＣＦ窓の送出タイミングを変更しなければならない。
ＣＤＣＦ窓の送出タイミングは、たとえば電源周期に対して決めることができる。即ち、ＣＤＣＦ窓１２０の時間間隔が２００[ms]の場合、たとえば電源の１／６周期ごとにタイミング変更が可能とすると、ＣＤＣＦ窓が取りうるタイミングは、ＡＣ電源の周波数が５０[Hz]の場合に６０通り存在する。ＣＤＣＦ窓のタイミング要求信号を受けた上記マスタ局は、自システムが現在使用している窓タイミング以外の５９通りの何れかにＣＤＣＦ窓を変更する。

この窓タイミングの変更要求信号の送信と窓タイミングの確認を、窓タイミングが一致するまで行うことで、前述した窓タイミングの共通化が可能である。
なお、「窓タイミングの共通化」というときに、「窓タイミングが一致するまで変更要求信号を繰り返し送る」ことと同義ではない。つまり、「窓タイミングの共通化」の動作は、「変更要求信号を一回のみ発信する」こと、「相手に変更要求を出すのではなく自システムの窓タイミングを変更する」ことを含む。なぜなら、この「窓タイミングの変更要求信号を受けたマスタ局は窓タイミングの変更を行う」というルールに従うモデムが増えれば増えるほど、「窓タイミングの共通化」が進展するからである。その意味では「窓タイミングの共通化」は、「完全な共通化」のほか、「窓タイミング共通化のための作業」の意味を含む。
以上により、自システムのまたは他のシステムのＣＤＣＦ信号を正しく受信でき、またシステム同士が互いに干渉する関係にある場合、窓タイミングの共通化（のための作業）を行ってデータ衝突を回避することが可能である。

図７に、３つのシステム（ここでは家屋）を模式的に示す。
いま、家屋１ではモデム１−１とモデム１−２が電灯線を介した通信を行っており、家屋３ではモデム３−１とモデム３−２が通信を行っている。
このとき家屋１と３間の電力線１０の長さ（距離）が長く、家屋１と３の中間に位置する家屋２のシステムは停止しているため通信干渉がほとんどないとする。
この場合、家屋３からのＣＤＣＦ信号の家屋１での検出レベルが、逆に、家屋１からのＣＤＣＦ信号の家屋３での検出レベルが、ＣＤＣＦ信号が検出できないか、検出されても干渉とはならない程度に十分小さいレベルである。したがって、この２つの動作しているシステムは、独立に動作することが可能である。

図７において家屋１と３が通信中に家屋２のモデム２−１または２−２が起動した場合を考える。
図８は、そのときのシステム干渉を表している。また、図９に家屋２内のＰＬＣモデムが起動されたときに観測される信号例を示す。

家屋２のシステムが起動したときに、家屋２からは、家屋１と家屋３のシステムが送信する２つのＣＤＣＦ信号が十分なレベルで検出される。ただし、図９に示すようにタイミングが異なる、すなわち周期がずれた２種類のＣＤＣＦ信号が観測され、また、各システムでは、各ＣＤＣＦ信号に続いて自システムのビーコン信号も観測されることがある。

前述したようにＣＤＣＦ信号には詳細な情報が含まれないため、家屋２が起動したときに自身がどのシステムに従って動作すればよいかが分からない。また、このとき２つのＣＤＣＦ信号に続いて各々、ビーコン信号が送られ、このうち１つのビーコン信号を家屋２が受信する場合、ＣＤＣＦ信号には詳細な情報を含まないため、受信したビーコン信号がどのＣＤＣＦ信号に従って送信されているかまで判断できない。

また、家屋２が適切な起動時動作を行わずに信号送信を開始したとすると、図８に示すように、家屋２のシステムが送信する信号Ｓ２が家屋１と家屋３のシステムに妨害を与えることがある。したがって家屋２の起動時動作では、ＣＤＣＦ信号を用いて干渉回避を行うことが必要である。

ところで、ＣＤＣＦ信号は信頼性が重要であり、ＳＮ比が非常に小さくても検出できるように通信仕様が規定されている。したがってＣＤＣＦ信号は、そのレベルが非常に小さい場合でも検出可能である。
ＣＤＣＦ信号を用いることによって電力線通信装置同士の干渉を回避することは可能となるが、ＣＤＣＦ信号が検出される場合に必ず干渉するとは限らない。なぜなら、通信相手からの受信信号のＣＤＣＦ信号に対する電力比が、データを復調するために十分な必要な最小のＳ／Ｎ比を上回っていれば、ＣＤＣＦ信号が検出されても他システムの信号が干渉となることはないからである。また、このとき他システムからの非希望波の信号がある場合は、その信号とＣＤＣＦ信号の電力和に対する受信信号の電力比が、データを復調するために十分な必要な最小のＳ／Ｎ比を上回っていれば、ＣＤＣＦ信号が検出されても他システムの信号が干渉となることはない。

他の通信装置と干渉しない場合には同じタイミングでデータ送信が可能となり、通信容量の向上につながる。
しかし、現在の電力線通信仕様では、電源起動時にどのような条件下で共存モードにし、どのような条件下で共存しない孤立モードに設定するかが決められていない。また、電源起動後に共存を行っていない場合に共存信号を受けたら一律に共存モードに変更すると、実際はシステム間干渉が生じない場合まで共存モードに変更するため、利用するデータ通信容量が不必要に低下し望ましくない。

本実施形態では、この不利益を回避するために、電源起動時とモード間遷移のアルゴリズムを以下のように規定する。

即ち、本実施形態に係る電力線通信装置は、帯域予約のための共存信号を割り当て可能な帯域窓と、任意情報を割り当て可能な通信帯域と、が交互にかつ周期的に割り当てられている電力線通信装置であって、電力線通信網から信号を受信して処理する受信処理部と、前記受信処理部が受信する受信信号から前記共存信号の有無、信号強度、および、当該共存信号が割り当てられている前記帯域窓のタイミングを検出可能な共存信号検出部と、共存信号を発生する共存信号発生部と、信号を処理して前記電力線通信網に送信する送信処理部と、前記共存信号を前記共存信号発生部で発生させ前記送信処理部から送信することにより前記帯域予約を行うことが可能な共存モードと、前記共存信号を利用する前記帯域予約を行わない孤立モードと、の何れかのモードへの電源起動時モード設定、または、前記共存モードと前記孤立モードとの間のモード間遷移を、前記共存信号検出部が検出する前記共存信号の有無に基づいて、前記共存信号が検出される場合は当該検出される共存信号の信号強度に基づいて、あるいは、前記共存信号の信号強度と、当該共存信号が割り当てられている前記帯域窓のタイミングの双方に基づいて制御する制御部と、を有する。
以下、この電力線通信装置の実施形態を、ＰＬＣモデムを例として更に詳細に説明する。

図１０は、本実施形態のＰＬＣモデムのブロック図である。
図解するＰＬＣモデムは、受信アンプ１１、復調器１２、誤り検出部１５を有する。この３つのブロックは本発明の「受信処理部」に対応する。受信処理部は、不図示の電力線通信網から受信信号を受信し処理する回路である。
受信アンプ１１は、受信信号の利得（ゲイン）を変更可能なゲインアンプである。
復調器１２は、ゲイン調整後の受信信号をデジタル信号に変換し、当該受信信号が送信時に生成されたときの所定の変調方式に応じた方法で復調を行い、デジタルデータに変換する回路である。
誤り検出部１５は、デジタルデータから誤りの有無判定（誤り検出）を行うことが可能で、受信データ（パケット）を抽出するように構成されている回路またはソフトウエア部分である。

図１０のＰＬＣモデムは、パケット処理部１４と、選択回路３５と、「送信処理回路」としての変調器１６および送信アンプ１７とを備える。
パケット処理部１４は、受信データパケットの送り先を確認し、そのた必要なパケット処理を行う回路である。パケット処理部１４には、パケット処理後のデータをさらに処理する上位層ブロック３０が接続される。

パケット処理部１４に対し、選択回路３５を介して変調器１６と送信アンプ１７が縦続接続されている。
変調器１６は、上位層ブロック３０からパケット処理部１４、選択回路３５を介して送られてきた送信データ（パケット）を用いて、所定の変調方式で搬送波（交流電源波）を変調し、これにより送信信号を発生する回路である。
送信アンプ１７は、送信信号の利得を調整する回路である。送信アンプ１７からは、利得調整後の送信信号が不図示の電力線通信網に送り出されることが可能になっている。

図１０に示すＰＬＣモデムは、「共存信号検出部」としてのＣＤＣＦ信号検出部３２と、「共存信号発生部」としてのＣＤＣＦ信号発生部３４と、発生するビーコン信号またはＣＤＣＦ信号を選択して変調器１６に出力する選択回路３５と、さらに、これらを制御して本実施形態の起動時動作を実行するための制御部２０とを有する。

つぎに、この構成の基本動作を説明する。
受信アンプ１１で増幅された信号は復調器１２、ＣＤＣＦ信号検出部３２に入力される。復調器１２では受信信号が復調され、誤り検出部１５に送られる。誤り検出部１５では誤り検出（および誤り訂正）が行われ、受信データがパケット処理部１４に入力される。
パケット処理部１４では本装置が受信して処理すべきパケットかどうか判断し、そうである場合には受信データを次の処理部（上位層ブロック３０）に渡す。
ＣＤＣＦ信号検出部３２ではＣＤＣＦ信号を検出し、その結果を制御部２０に入力する。結果にはＣＤＣＦ信号の受信有無だけでなく、受信強度レベル、検出タイミングが含まれる。制御部２０はＣＤＣＦ信号検出部３２の検出結果をもとに、共存するべきか否か判断（共存モードと独立モードの設定または遷移）、マスタ局の場合にはＣＤＣＦ信号の送信要求発生を行う。

ここでＣＤＣＦ信号には、図６（Ｂ）に示すＣＤＣＦ窓内のブロック１２０Ａ〜１２０ＤにおけるＣＤＣＦ信号の有無による帯域要求だけでなく、ブロック１２０Ｅにおける窓タイミング変更要求信号の有無による窓タイミング変更要求が含まれる。ＣＤＣＦ信号発生部３４では送信内容に応じたＣＤＣＦ信号を発生する。即ち、ＣＤＣＦ信号発生部３４は、制御部２０の制御を受けて、図６（Ｂ）に示すＣＤＣＦ窓内のブロック１２０Ａ〜１２０Ｄの何れかにＣＤＣＦ信号を含ませ、あるいは、ブロック１２０Ｅに窓ブロック変更要求信号を含ませる処理を実行する。ＣＤＣＦ信号発生部３４で発生したＣＤＣＦ信号（及び／又は窓タイミング変更要求信号）は、ＣＤＣＦ信号発生部３４から選択回路３５に出力される。

上位層から受け取ったデータはパケット処理部１４でパケット化され、選択回路３５に入力される。
選択回路３５は、パケット処理部１４からの送信パケット、ＣＤＣＦ信号発生部３４からのＣＤＣＦ信号（及び／又は窓タイミング変更要求信号）のうち１つを選択して、変調器１６に出力する。
変調器１６は受け取った送信パケットまたはＣＤＣＦ信号を変調して、その結果を送信アンプ１７に出力する。送信アンプ１７は、変調後の信号を所定の電力に増幅して送信信号として電力線通信網に出力する。

図１１に、ＰＬＣモデムの状態遷移図を示す。
ＰＬＣモデムは、「電源ＯＮ」の起動時と、ＣＤＣＦ信号を利用する「共存モード」、および、当該共存を行わない「孤立モード」を有する。ここで「孤立モード」においては、ＣＤＣＦ信号を利用する共存は行わないが、マスタ局と他の局との間で、たとえばビーコン信号を用いるシステムごとに独自の通信帯域予約が可能である。また、「共存モード」においては、ＣＤＣＦ信号を利用する共存を行い、それに加えて、上記システムごとの独自の通信帯域予約が可能である。

＜方法１：電源起動時＞
図１２は、方法１における電源起動時のモード設定処理を示すフローチャートである。なお、前記図１１には、モード設定のルートおよび処理内容を、図１２のステップ番号により示す。

ここで図１２は処理手順の一例である。
以下、図１１を適宜参照しながら、図１２の処理フローを説明する。

ＰＬＣモデムが起動されたとき（ステップＳＴ０）、ステップＳＴ１にて、図１０のＣＤＣＦ信号検出部３２がＣＤＣＦ信号の検出を行う。この検出ではＣＤＣＦ信号の有無、ＣＤＣＦ窓の数（即ち、電源周波数が５０[Hz]の場合に６０通りあるＣＤＣＦ窓タイミングのうち検出されたタイミングの数）、および、ＣＤＣＦ信号の強度を検出する。この検出は、たとえば図６（Ａ）のＣＤＣＦ窓１２０の間隔、たとえば１００〜２００[ms]より十分大きい時間範囲で行う。

ステップＳＴ１にてＣＤＣＦ信号が検出できない場合は、干渉する他のシステムの存在が認められないため、どのようなタイミングでＣＤＣＦ信号を送出してもよい。したがって、ステップＳＴ２にてマスタ局は任意の窓タイミングでＣＤＣＦ信号の送信を開始する。より詳細には、任意の窓タイミングでＣＤＣＦ信号を送信開始して帯域を予約してビーコン信号の送信を開始してマスタ局となる手続きを実行する。
ここで「任意の窓タイミング」とは、例えば、前述した６０通り（電源周波数が５０[Hz]の場合）から選択された何れか一の窓タイミングを指す。また、自システムに属する他のＰＬＣモデムが優先的にマスタ局となることが決められ、自身がマスタ局となる優先度が低い場合等にあっては、このステップＳＴ２を省略可能である。
その後、ステップＳＴ３にて孤立モードを設定し、処理フローを終了する。
以上の「干渉する他のシステムの存在が認められない場合」の処理ルートを、図１１では「電源ＯＮ」→「ＳＴ１：ＮＯ」→「ＳＴ２」→「ＳＴ３」→「孤立モード」により示す。

ステップＳＴ１にてＣＤＣＦ窓が複数検出される場合、例えば図１０の制御部２０が、次のステップＳＴ４にて信号強度が「Ｐ３以上」のＣＤＣＦ信号を含みタイミングが異なるＣＤＣＦ窓が複数検出されるかを判断する。ここで「異なるタイミング」とは、例えば、前述した６０通りのタイミングが異なることを意味する。
このタイミングが異なる複数の「Ｐ３以上」のＣＤＣＦ信号が検出され、当該ステップＳＴ４の判断が「ＹＥＳ」の場合は、ステップＳＴ５にて、例えば前述した「窓タイミングの共通化」を行う。このときの共通化には、「Ｐ３以上」のＣＤＣＦ信号の相手に窓タイミング変更要求信号を１回又は複数回繰り返し出す場合と、自身の窓タイミングを変更する場合のどちらでもよい。

次のステップＳＴ６にて「共通化後の窓タイミングにてＣＤＣＦ信号送信開始」を実行する。より詳細には、共通化後（または共通化のための作業後）の窓タイミングでＣＤＣＦ信号を送信開始して帯域を予約してビーコン信号の送信を開始してマスタ局となる手続きを実行する。この場合、窓タイミングの共通化を行っているので、他のシステムが送信するＣＤＣＦ信号とタイミングが重ならないようにできる。
その後、ステップＳＴ７にて共存モードの設定を行い、処理フローが終了する。
以上の「窓タイミングの共通化を行う場合」の処理ルートを、図１１では「電源ＯＮ」→「ＳＴ１：ＹＥＳ,ＳＴ４：ＹＥＳ」→「ＳＴ５」→「ＳＴ６」→「ＳＴ７」→「共存モード」により示す。

ステップＳＴ１の判断でＣＤＣＦ窓が単数の場合は、制御部２０が次のステップＳＴ８にて、「Ｐ３以上の」信号強度のＣＤＣＦ信号があるかを判断する。ＣＤＣＦ信号の強度がＰ３より小さい場合、この判断が「ＮＯ」となる。
この場合、システム間干渉の可能性は殆どなくそのままステップＳＴ３の孤立モード設定に移行してもよいが、ここでは任意のステップとしてＳＴ６Ａを設け、ここで「他のシステムの窓タイミングにてＣＤＣＦ信号の送信を開始する」を実行する。ここでＣＤＣＦ信号の検出レベルがＰ３未満であるため信号が互いに干渉することはないことから、ＣＤＣＦ信号を送信する窓タイミングはどのタイミングでもよい。但し、一旦孤立モードを設定した後に共存モードに移行する可能性があることを考慮して、検出した他システムのＣＤＣＦ窓タイミングでＣＤＣＦ信号を送信すると望ましいことから、上記ステップＳＴ６Ａを行うとよい。この場合も、前述したと同様に、他のシステムの窓タイミングでＣＤＣＦ信号を送信開始して帯域を予約してビーコン信号の送信を開始してマスタ局となる手続きを実行する。
以上の「ＣＤＣＦ信号が単数でＰ３より小さい場合」の処理ルートを、図１１では「電源ＯＮ」→「ＳＴ１：ＹＥＳ,ＳＴ８：ＮＯ」→（「ＳＴ６Ａ」）→「ＳＴ３」→「孤立モード」により示す。

上記ステップＳＴ４の判断が「ＮＯ」の場合、即ち「Ｐ３」以上のＣＤＣＦ信号を含むＣＤＣＦ窓が１つの場合、処理フローがステップＳＴ８に進む。ステップＳＴ８の判断が「ＮＯ」の場合は、上記「ＣＤＣＦ窓が単数で信号強度がＰ３より小さい場合」の処理ルートと同じとなる。

ステップＳＴ８の判断が「ＹＥＳ」の場合、信号強度がＰ３以上のＣＤＣＦ信号が１つ存在するので、そのＣＤＣＦ信号と同じＣＤＣＦ窓タイミングを用いて、他のシステムが送信するＣＤＣＦ信号のタイミングと自身のＣＤＣＦ信号のタイミングが重ならないようにしなければならない。このため処理フローがステップＳＴ９に進み、ここで、検出される窓タイミングが自システムの窓タイミングと異なるかを判断する。
窓タイミングが同じ場合は、処理フローがステップＳＴ６の前に進み、前述したステップＳＴ６とＳＴ７が実行されて、共存モードの設定が行われる。なお、この場合、窓タイミングの共通化を行っていないので、ステップＳＴ６では「他のシステムの窓タイミングでＣＤＣＦ信号送信開始」となる。
一方、ステップＳＴ９で窓タイミングが異なる場合は、ステップＳＴ５で「窓タイミングの共通化」を行った後、同様にステップＳＴ６とＳＴ７が実行されて、共存モードの設定が行われる。

このようにＰ３以上のＣＤＣＦ信号が１つでもある場合は必ず共存モードへの設定が行われる。この処理ルートを、図１１では「電源ＯＮ」→「ＳＴ１：ＹＥＳ,ＳＴ８：ＹＥＳ」→「ＳＴ６」→「ＳＴ７」→「共存モード」により示す。

図１２は処理手順の具体例を示すが、以上の動作を場合分けして記述すると、以下の如くである。
（１）電源起動時に他のシステムのＣＤＣＦ信号を検出し、他システムのＣＤＣＦ信号が検出できない、又は、十分小さい（Ｐ３より小さい）場合には孤立モードに移行する。
（２）他システムのＣＤＣＦ信号が検出される場合には孤立モードでも同じＣＤＣＦ窓タイミングでＣＤＣＦ信号を送信する。
（３）ただし、他システムのＣＤＣＦ信号と同じ窓タイミングで送信することが可能である。他システムのＣＤＣＦ信号レベルが共存しなければならない受信強度レベル（Ｐ３以上）の場合には、共存モードに移行する。

＜方法１：孤立モード→共存モード遷移＞
次に方法１における孤立モードにおける動作を、図１３のフローチャートを用いて説明する。なお、以後の説明において、処理内容を既に説明したステップは同一番号を記載し、その詳細な内容説明を省略する。

図１３は、孤立モードから共存モードへの変更時のフローチャートである。
孤立モードではＣＤＣＦ窓でＣＤＣＦ信号を送信してシステム独自の方法により帯域予約を行う。この際、他のシステムが送信するＣＤＣＦ信号と同じ窓タイミングでＣＤＣＦ信号を送信することが可能である。他のシステムが送信するＣＤＣＦ信号が検出されても十分小さいレベルならば共存する必要がなく、孤立モードを維持する。一方、検出されるＣＤＣＦ信号の強度レベルが所定レベルＰ２以上なら、必要に応じて窓タイミング共通化を行い、ＣＤＣＦ信号の送信を開始して共存モードに移行する。
以下、具体的な処理手順を図１３の例で説明する。

孤立モードでは、ＣＤＣＦ信号の検出（ＳＴ１）を例えば定期的に実行している。

ＣＤＣＦ信号が複数のＣＤＣＦ窓で検出される場合、例えば図１０の制御部２０が、次のステップＳＴ１１にて信号強度が「Ｐ２以上」のＣＤＣＦ信号を含むＣＤＣＦ窓が複数検出されるかを判断する。ここで信号レベルＰ２は、前述した信号レベルＰ３との大小関係は任意である。また、「異なるタイミング」とは、例えば、前述した６０通りのタイミングが異なることを意味する。この窓タイミングが異なる複数の「Ｐ２以上」のＣＤＣＦ信号が検出され、当該ステップＳＴ１１の判断が「ＹＥＳ」の場合は、窓タイミングの共通化（ＳＴ５）、続いて、共通化後の窓タイミングにてＣＤＣＦ信号送信開始（ＳＴ６）を実行する。この場合、窓タイミングの共通化を行っているので、他のシステムが送信するＣＤＣＦ信号と窓タイミングが重ならないようにできる。
その後、共存モードの設定（ＳＴ７）を行うと、動作モードが孤立モードから共存モードに変更される。
以上のモード変更時の「窓タイミングの共通化を行う場合」の処理ルートを、図１１では「孤立モード」→「ＳＴ１：ＹＥＳ,ＳＴ１１：ＹＥＳ」→「ＳＴ５」→「ＳＴ６」→「ＳＴ７」→「共存モード」により示す。

ステップＳＴ１の判断でＣＤＣＦ信号が単数のＣＤＣＦ窓で検出される場合は、制御部２０が次のステップＳＴ１２にて、信号強度が「Ｐ２以上」のＣＤＣＦ信号があるかを判断する。
ＣＤＣＦ信号の強度がＰ２以上であると、この判断が「ＹＥＳ」となり、次のステップＳＴ９にて、検出したＣＤＣＦ信号の窓タイミングが自システムの窓タイミングと異なるかを、図１０の制御部２０が判断する。

窓タイミングが異なる場合、ステップＳＴ９の判断が「ＹＥＳ」となる。
この場合、システム間干渉の可能性があるためそのままステップＳＴ７の共存モード設定に移行してもよいように思えるが、ここではステップＳＴ６Ａを設け、「他のシステムの窓タイミングにてＣＤＣＦ信号の送信を開始する」を実行する。これは、窓タイミングが異なる別のシステムがあると、そのＣＤＣＦ信号強度が急に大きくなって、そのシステムとの干渉が発生する場合を想定して、他のシステムがあれば、予めＣＤＣＦ窓を相手に合わせておく望ましい処置である。この場合も、前述したと同様に、他のシステムの窓タイミングでＣＤＣＦ信号を送信開始して帯域を予約してビーコン信号の送信を開始する手続きを実行する。
以上の「ＣＤＣＦ信号が単数のＣＤＣＦ窓でＰ２以上、かつ、窓タイミングが異なる場合」の処理ルートを、図１１では「孤立モード」→「ＳＴ１：ＹＥＳ,ＳＴ１２：ＹＥＳ,ＳＴ９：ＹＥＳ」→「ＳＴ６Ａ」→「ＳＴ７」→「共存モード」により示す。

窓タイミングが同じ場合、ステップＳＴ９の判断が「ＮＯ」となり、そのままステップＳＴ７の共存モード設定を行う。
以上の「ＣＤＣＦ信号が単数のＣＤＣＦ窓でＰ２以上、かつ、窓タイミングが自システムの窓タイミングと同じ場合」の処理ルートを、図１１では「孤立モード」→「Ｒ１」→「共存モード」により示す。

一方、ステップＳＴ１２の判断が「ＮＯ」、即ち単数のＣＤＣＦ窓で「Ｐ２以上」のＣＤＣＦ信号が検出されない場合は、共存モードへの移行を行う必要がなく、処理フローをステップＳＴ１の前に戻す。
この処理ルートはモード遷移を伴わないため、図１１では図示を省略している。

以上の方法１における孤立モードでの動作を、手順に上位の概念でまとめると、以下のごとくである。
（１）ＣＤＣＦ信号レベルがＰ２以上、ＣＤＣＦ窓が１つで、かつ、ＣＤＣＦ窓のタイミングが、自システムが送信するＣＤＣＦ信号のＣＤＣＦ窓と同じ場合には、共存モードに移行する。その際、ＣＤＣＦ信号の窓タイミングが重複している場合には、マスタ局は同じＣＤＣＦ窓でＣＤＣＦ信号の送信タイミングを変更してから共存モードに移行する。
（２）ＣＤＣＦ信号レベルがＰ２以上で、かつＣＤＣＦ窓が１つで、ＣＤＣＦ窓タイミングが、自システムが送信するＣＤＣＦ信号のＣＤＣＦ窓タイミングと異なる場合には、他システムのＣＤＣＦ窓タイミングでマスタ局はＣＤＣＦ信号送信開始して、共存モードに移行する。
（３）ＣＤＣＦ信号レベルがＰ２以上で、ＣＤＣＦ窓が複数観測される場合には、まずＣＤＣＦ窓の統一を行った後、マスタ局は他システムのＣＤＣＦ窓タイミングでＣＤＣＦ信号を送信開始して、共存モードに移行する。
（４）ＣＤＣＦ信号レベルの信号レベルがＰ２未満の場合、孤立モードを維持する。

＜方法１：共存モード→孤立モード遷移＞
次に方法１における共存モードにおける動作を、図１４のフローチャートを用いて説明する。なお、以後の説明において、処理内容を既に説明したステップは同一番号を記載し、その詳細な内容説明を省略する。

共存モードでは、ＣＤＣＦ窓でＣＤＣＦ信号を送信して帯域予約する。その際、他のシステムが送信するＣＤＣＦ信号（信号レベルがＰ１以上のもの）とタイミングが重ならないようにしなければならない。信号レベルがＰ１未満のＣＤＣＦ信号が検出されるシステムは共存の対象外であり、検出される全てのＣＤＣＦ信号の強度がＰ１未満の場合、孤立モードに移行する。ここで信号レベルＰ１は前述したＰ２より小さい値を有する。その理由は後述する。
以下、具体的な処理手順を示す図１４の例で説明する。

図１４は、共存モードでの動作のフローチャートである。
孤立モードでは、ＣＤＣＦ信号の検出（ＳＴ１）を例えば定期的に実行している。
このＣＤＣＦ信号の検出では、自身が使用しているＣＤＣＦ窓でのＣＤＣＦ信号の有無とその強度、および、自身が使用しているＣＤＣＦ窓の他にＣＤＣＦ窓があるかを検出する。

例えば図１０の制御部２０が、このＣＤＣＦ信号の検出結果に基づいて、以下の判断を実行し、その結果に応じて処理フローを制御する。
自身が用いているＣＤＣＦ窓で送信されるＣＤＣＦ信号の強度が「Ｐ１以上」であるかを判断する。自身が用いているＣＤＣＦ窓のＣＤＣＦ信号の強度が「Ｐ１以上」であれば、共存条件が成立しており、その場合、共存モードを維持するため処理フローをステップＳＴ１の前に戻し、つぎの検出タイミングを待つ。

ただし、ステップＳＴ１では、自身が用いているＣＤＣＦ窓でのＣＤＣＦ信号の検出とは独立に、他のＣＤＣＦ窓で送信されるＣＤＣＦ信号の強度を検出しており、その結果次第では窓タイミングの共通化を行うことが望ましい場合がある。
具体的には、他のＣＤＣＦ窓で強度が「Ｐ３以上」のＣＤＣＦ信号が送信されていることが検出された場合は、ステップＳＴ１３の判断が「ＹＥＳ」となることから、前述した窓タイミングの共通化（ＳＴ５）、続いて、共通化後の窓タイミングにてＣＤＣＦ信号送信開始（ＳＴ６）を実行する。この場合、窓タイミングの共通化を行っているので、他のシステムが送信するＣＤＣＦ信号と窓タイミングが重ならないようにできる。
その後、処理フローをステップＳＴ１の前に戻し、ステップＳＴ１を例えば定期的に繰り返す。
なお、ステップＳＴ１３の判断が「ＮＯ」の場合、すなわち他のＣＤＣＦ窓で強度が「Ｐ１以上」のＣＤＣＦ信号が検出されない場合は、自身が使用しているＣＤＣＦ窓で送信されるＣＤＣＦ信号の強度が「Ｐ１以上」であることを条件に、処理フローをステップＳＴ１の前に戻す。

ステップＳＴ１の判断で、自身のＣＤＣＦ窓で強度が「Ｐ１以上」のＣＤＣＦ信号が１つも検出されないときは、ステップＳＴ１５の孤立モード設定を行い、モード変更が行われる。
このモード変更ルートを、図１１では「共存モード」→「Ｒ２」→「孤立モード」により示す。

以上のように、ステップＳＴ１で行う処理の分岐を以下の４つの条件で行うことができる。
条件１：自身が使用しているＣＤＣＦ窓のタイミング以外にＣＤＣＦ窓を検出した場合、
条件２：自身が使用しているＣＤＣＦ窓内に強度が「Ｐ１以上」のＣＤＣＦ信号を検出した場合、
条件３：自身が使用しているＣＤＣＦ窓内にＣＤＣＦ信号を検出できるが、その強度が「Ｐ１以上」でない場合、
条件４：自身が使用しているＣＤＣＦ窓内にＣＤＣＦ信号を１つも検出できない場合。

ここでＰ１とＰ２の関係について説明する。
共存モードと孤立モードにおいて、共存するかどうかの判断基準を共通にすると、この判断基準に近い値でＣＤＣＦ信号レベルが変動すると、共存モードと孤立モード間を頻繁に移行する現象が生じる可能性がある。このような現象を防止するためにＰ１、Ｐ２の２つの閾値（信号強度レベル）を用意して、共存モードと孤立モードとのモード変更にヒステリシスを持たせる。そのためＰ２＞Ｐ１の条件が必要である。

また、同じ窓タイミングでＣＤＣＦ信号が送信される可能性がある。自分自身が送信するＣＤＣＦ信号と同じタイミングでＣＤＣＦ信号が送信されている場合はそれを検出することが不可能である。この問題については次の＜方法２＞または＜方法３＞により解決する。

＜方法２と３の概略＞
上記方法１は、図１１の「電源ＯＮ」から「孤立モード」への移行時に、ステップＳＴ６Ａを経由する場合があり、そこでは「他システムの窓タイミング」でＣＤＣＦ信号送信開始を行うこととしている。また、「孤立モード」から「共存モード」への移行時にもステップＳＴ６Ａ、ＳＴ６のように他のシステムの窓タイミングでＣＤＣＦ信号の送信を行うこととしている。

このことは「窓タイミングの共通化」という点では良い。
つまり、ＣＤＣＦ信号の受信先のモデムでは、自システムの窓タイミングでＣＤＣＦ信号が送られてくることになる。この窓タイミングが共通化されている場合は、容易にＣＤＣＦ信号を検出できるという利点がある。

その一方で、以下のように不利益を受ける場合がある。
つまり、ＣＤＣＦ信号を受け取る他のモデムが本実施形態と同じ図１０の構成が採られているとすると、ＣＤＣＦ信号検出部３２は、通常、相関器を用いて信号パターンの相関を検出している。また、前述したようにＣＤＣＦ信号は強度が低くても検出されるので、この相関器は頻繁に動くことになるため処理負担が重く、その間、ＣＤＣＦ信号検出部３２を制御する制御部２０は、ＣＤＣＦ信号送出等の作業を迅速に行えない。言い換えると、ＣＤＣＦ信号検出のための相関器の動作が自システムの窓タイミングにおける作業に支障をきたす。

この不利益を解消するには、窓タイミングを意図的にずらず方法（方法２）と、孤立モード移行時にＣＤＣＦ信号の送信を停止する方法（方法３）ならびにＣＤＣＦ信号の送信を時々（例えばランダムに）停める方法（方法４）がある。
以下、主に方法２と３を順次説明するが、方法１との差のみ説明し、同じ処理手順や処理内容は同一符号を付して説明を省略する。

＜方法２＞
図１５に方法２の状態遷移図を、図１６に方法２の電源起動時のフローチャートを、図１７に孤立モードのフローチャートを、そして、図１８に共存モードのフローチャートをそれぞれ示す。

図１５を図１１と比較すると、第１の相違点として、「電源ＯＮ」から「孤立モード」への移行時にステップＳＴ６Ａに代えて、ステップＳＴ２０が設けられている。ステップＳＴ６Ａを行うか否かが任意であったのに対し、ステップＳＴ２０は任意ではない。

ステップＳＴ２０は、図１６において、ステップＳＴ８の判断が「ＮＯ」となる場合、即ちＰ３以上の強度のＣＤＣＦ信号が検出できない場合に、図１０の制御部２０がＣＤＣＦ信号発生部３４、選択回路３５および送信処理部を制御することにより実行するステップである。
ここではマスタ局が、Ｐ３以上のＣＤＣＦ信号を発信した他システムの窓タイミングと異なる窓タイミングでＣＤＣＦ信号の送信を開始し（ＳＴ２０）、ステップＳＴ３の孤立モード設定を行う。

図１５を図１１と比較すると、第２の相違点として、「孤立モード」から「共存モード」への移行時にステップＳＴ６Ａに代えて、ステップＳＴ２０が設けられている。

このステップＳＴ２０は、図１７において、ステップＳＴ９の判断が「ＮＯ」となる場合、即ちＰ２以上の強度のＣＤＣＦ信号が検出されるため共存モード設定（ＳＴ７）への移行に際し、Ｐ２以上のＣＤＣＦ信号の窓タイミングが自システムの窓タイミングと同じ場合に実行するステップである。ステップＳＴ２０の内容は上記と同じである。

図１５を図１１と比較すると、第３の相違点として、「共存モード」から「孤立モード」への移行時に、ステップＳＴ２０が新たに設けられている。

このステップＳＴ２０は、図１８において、ステップＳＴ１の判断が「ＴＥＳ（条件３,４）」となる場合、即ち自身のＣＤＣＦ窓で強度が「Ｐ１以上」のＣＤＣＦ信号が１つも検出されないとき（条件３と４を含む場合）に独立モード設定（ＳＴ１５）への移行に際し実行するステップである。ステップＳＴ２０の内容は前記と同じである。

以上の第１〜第３の相違点の何れにおいても、ステップＳＴ２０を経て送信されたＣＤＣＦ信号を受信する他のシステムの局（モデム）は、自システムの窓タイミングと異なる窓タイミングでＣＤＣＦ信号受信ができ、自システムの帯域窓に対応する期間は必要な処理に専念できる。ＣＤＣＦ信号受信の容易性の観点からは、当該他システムの窓タイミングとは異なるが、余りかけ離れたタイミングでないことが望ましい。

どのタイミングとするかは任意であるが、一部に偏らないために乱数によりランダムに決定することが望ましい。
また、乱数の取りうる範囲を制限して、他システムの窓タイミングとは異なるが、余りかけ離れたタイミングとならないようにすることもできる。乱数発生の機能は、図１０の制御部２０に持たせるとよい。

＜方法３＞
図１９に方法３の状態遷移図を、図２０に方法３の電源起動時のフローチャートを、図２１に共存モードのフローチャートを、それぞれ示す。

図１９を図１１と比較すると、第１の相違点として、「電源ＯＮ」から「孤立モード」への移行時にステップＳＴ２に代えて、ステップＳＴ３０が設けられている。また、ステップＳＴ６Ａを行うルートはステップＳＴ３０を経由するルートに一本化されている。

このことをフローチャートで表すと、図２０のようになる。
ステップＳＴ３０は、図２０において、ステップＳＴ１の判断が「ＮＯ」となる場合、即ちＣＤＣＦ信号が全く検出されない場合と、ＣＤＣＦ信号が検出されるが全てＰ３未満（ステップＳＴ８が「ＮＯ」）の場合に、図１０の制御部２０がＣＤＣＦ信号発生部３４、選択回路３５および送信処理部を制御するステップである。処理内容としてはＣＤＣＦ信号の送信を行わないことである。
その後、ステップＳＴ３の孤立モード設定を行う。

図１９を図１１と比較すると、第２の相違点として、「共存モード」から「孤立モード」への移行時にルートＲ２に代えて、ステップＳＴ３１を経るルートが新たに創設されている。

このことをフローチャートで表すと、図２１のようになる。
図２１では、ステップＳＴ１の判断が「ＴＥＳ（条件３,４）」となる場合、即ち自身のＣＤＣＦ窓で強度が「Ｐ１以上」のＣＤＣＦ信号が１つも検出されないとき（条件３と４を含む場合）に、ＣＤＣＦ信号の送信を停止し（ステップＳＴ３１）、その後、孤立モードの設定（ＳＴ１５）を行う。

以上の第１と第２の相違点の何れにおいても、ステップＳＴ３０またはＳＴ３１によって以後、他のシステムがＣＤＣＦ信号を受信することができない。よって、当該他のシステムからは、ＣＤＣＦ信号を停止したモデムが属するシステムは認識できない。しかし、自身が使用しているＣＤＣＦ窓で送られてくるＣＤＣＦ信号がＰ１未満というシステム干渉が起こらない通信環境にあることを検出した上でＣＤＣＦ信号を止めたのであるから、システム認識ができないようにしても通常、不利益とならないと考えられる。ＣＤＣＦ信号検出の停止を行ったモデム自身によるＣＤＣＦ信号検出は常時（または定期的に）行われているため、システム干渉が生じる環境になった時点でＣＤＣＦ信号送信を再開する。
一方、ＣＤＣＦ信号送信を停止する利点としては、相関器の動作が停止することにより、制御部２０の制御負担が軽減され、その分、他の作業に専念でき効率が向上する。

なお、このＣＤＣＦ信号の送信を停止することを時々、例えばランダムに行ってもよい（方法４）。
一方、ＣＤＣＦ信号を停止してから自動復帰によりＣＤＣＦ信号の送信を再開してもよい。この場合、ＣＤＣＦ信号送信停止と再開の少なくとも一方のタイミングを乱数によりランダムに決定することができる。乱数発生の機能は、図１０の制御部２０に持たせるとよい。
以上の方法３および４では、孤立モードから共存モードへの移行制御は方法１または２と同じ方法が採用できる。従って図１３または図１７が適用されるため、ここでの説明は省略する。

本発明の実施形態によれば、他のＰＬＣモデムと干渉しない場合には同じタイミングでデータ送信が可能となり、通信容量の向上につながる。干渉する場合に採るべき共存モードと干渉しない場合に採るべき孤立モードを想定した際、本発明によって、各モードにおける動作、各モード間遷移の切換動作を行うことが可能となる。

実施形態に関わる電力線通信システムの機器接続形態を示す図である。 実施形態で用いる、同一家屋内におけるモデム間干渉の説明図である。 実施形態で用いる、異なる家屋間におけるモデム間干渉の説明図である。 実施形態で用いる、帯域割り当ての概略説明図である。 （Ａ）はＣＤＣＦ窓とビーコン信号の割り当て図、（Ｂ）はＣＤＣＦ窓（帯域窓）の構成図、（Ｃ）は通信帯域の構成図である。 実施形態で用いるさらに具体的な例として、（Ａ）は帯域割り当て図、（Ｂ）はＣＤＣＦ窓（帯域窓）の構成図、（Ｃ）は通信帯域の構成図である。 実施形態で用いるシステムとして３つの家屋を示す図である。 図５の家屋間でシステム干渉が生じたときの説明図である。 図５の家屋２内のモデムが起動されたときに観測される信号例を示す図である。 実施形態に関わる電力線通信装置のブロック図である。 実施形態の方法１の状態遷移図である。 方法１の電源起動時のフローチャートである。 方法１の孤立モードのフローチャートである。 方法１の共存モードのフローチャートである。 実施形態の方法２の状態遷移図である。 方法２の電源起動時のフローチャートである。 方法２の孤立モードのフローチャートである。 方法２の共存モードのフローチャートである。 実施形態の方法３の状態遷移図である。 方法３の電源起動時のフローチャートである。 方法３の共存モードのフローチャートである。

符号の説明

１−１,１−２等…通信装置、１０…電力線、１１…受信アンプ、１２…復調器、１３…誤り検出部、１４…パケット処理部、１６…変調器、１７…送信アンプ、２０…制御部、３０…上位層ブロック、３２…ＣＤＣＦ信号検出部、３４…ＣＤＣＦ信号発生部、３５…選択回路、７１,７２…機器、１１１…電灯線、１２０…ＣＤＣＦ窓、１２０Ａ,１２０Ｂ,１２０Ｃ…ＣＤＣＦ窓のブロック、１２１,１２２…ＣＤＣＦ信号、１３０ｉ…スロット、１３１〜１３３…スロット、１４１,１４２…ビーコン信号

Claims (12)

1. 帯域予約のための共存信号を割り当て可能な帯域窓と、任意情報を割り当て可能な通信帯域と、が交互にかつ周期的に割り当てられている電力線通信装置であって、
   電力線通信網から信号を受信して処理する受信処理部と、
   前記受信処理部が受信する受信信号から前記共存信号の有無、信号強度、および、当該共存信号が割り当てられている前記帯域窓のタイミングを検出可能な共存信号検出部と、
   共存信号を発生する共存信号発生部と、
   信号を処理して前記電力線通信網に送信する送信処理部と、
   前記共存信号を前記共存信号発生部で発生させ前記送信処理部から送信することにより前記帯域予約を行うことが可能な共存モードと、前記共存信号を利用する前記帯域予約を行わない孤立モードと、の何れかのモードへの電源起動時モード設定、または、前記共存モードと前記孤立モードとの間のモード間遷移を、前記共存信号検出部が検出する前記共存信号の有無に基づいて、前記共存信号が検出される場合は当該検出される共存信号の信号強度に基づいて、あるいは、前記共存信号の信号強度と当該共存信号が割り当てられている前記帯域窓のタイミングとの双方に基づいて制御する制御部と、
   を有する電力線通信装置。
2. 前記制御部は、
   電源起動時に前記共存信号が検出されない場合、または、検出される全ての前記共存信号の信号強度が所定のレベルＰ３より小さい場合に前記孤立モードを設定し、
   電源起動時に前記共存信号が少なくとも１つ検出され、検出される共存信号の少なくとも１つの前記検出レベルが前記レベルＰ３以上の場合に前記共存モードを設定する
   請求項１に記載の電力線通信装置。
3. 前記制御部は、電源起動時に検出される前記全ての共存信号の検出レベルが前記レベルＰ３より小さい場合、検出される共存信号の前記帯域窓のタイミングで共存信号を送信可能に、前記共存信号発生部および前記送信処理部を制御する
   請求項２に記載の電力線通信装置。
4. 前記制御部は、前記共存モードを設定するに際し、
   前記レベルＰ３以上の共存信号が割り当てられている前記帯域窓が１つ検出される場合は、当該検出される帯域窓と同じタイミングの帯域窓で共存信号を送信可能に、または、
   前記レベルＰ３以上の共存信号が割り当てられている前記帯域窓が複数検出される場合は、当該検出される複数の帯域窓のタイミングを共通化し、共通化後のタイミングの帯域窓で共存信号を送信可能に、
   前記共存信号発生部および前記送信処理部を制御する
   請求項２に記載の電力線通信装置。
5. 前記制御部は、前記孤立モードにおいて、
   前記共存信号が検出されない場合、または、検出される全ての共存信号の信号レベルが所定のレベルＰ２より小さい場合に孤立モードを維持し、
   前記レベルＰ２以上の共存信号が送信されている前記帯域窓が複数検出される場合は、当該検出される複数の帯域窓のタイミングを共通化し、共通化後のタイミングの帯域窓で共存信号を送信可能に、前記共存信号発生部および前記送信処理部を制御し、共存モードに遷移し、
   前記レベルＰ２以上の共存信号が送信されている帯域窓が１つ検出される場合は、前記帯域窓のタイミングを共通化しないで前記共存モードに遷移する
   請求項２に記載の電力線通信装置。
6. 前記制御部は、前記帯域窓のタイミングを共通化しないで前記共存モードに遷移する際に、前記検出される共存信号の帯域窓のタイミングが自システムの帯域窓のタイミングと異なるときは、当該タイミングが自システムのものとは異なる帯域窓で共存信号を送信可能に、前記共存信号発生部および前記送信処理部を制御し、共存モードに遷移する
   請求項５に記載の電力線通信装置。
7. 前記制御部は、前記共存モードにおいて、
   検出される共存信号の少なくとも１つの信号レベルが所定のレベルＰ１（＜Ｐ２）以上の場合に共存モードを維持可能であり、
   前記共存信号が検出されない場合、または、前記検出される共存信号の全ての信号レベルが前記レベルＰ１未満の場合に前記孤立モードに遷移する
   請求項５に記載の電力線通信装置。
8. 前記制御部は、前記共存モードにおいて、
   検出される共存信号の少なくとも１つの信号レベルが所定のレベルＰ１（＜Ｐ２）以上の場合に共存モードを維持可能であり、
   前記共存信号が検出されない場合、または、前記検出される共存信号の全ての信号レベルが前記レベルＰ１未満の場合で、かつ、前記検出される共存信号の帯域窓のタイミングが自システムの帯域窓のタイミングと異なるときは、当該タイミングが自システムのものとは異なる帯域窓で共存信号を送信可能に、前記共存信号発生部および前記送信処理部を制御し、孤立モードに遷移する
   請求項５に記載の電力線通信装置。
9. 前記制御部は、電源起動時に検出される前記全ての共存信号の検出レベルが前記レベルＰ３より小さい場合、共存信号を送信しないで前記孤立モードに遷移する
   請求項２に記載の電力線通信装置。
10. 前記制御部は、前記共存モードにおいて、
    検出される共存信号の少なくとも１つの信号レベルが所定のレベルＰ１（＜Ｐ２）以上の場合に共存モードを維持可能であり、
    前記共存信号が検出されない場合、または、前記検出される共存信号の全ての信号レベルが前記レベルＰ１未満の場合に、共存信号の送信を停止するように前記共存信号発生部および前記送信処理部を制御し、孤立モードに遷移する
    請求項５に記載の電力線通信装置。
11. 前記制御部は、共存信号の送信停止を行う時間、当該送信停止から送信再開までの時間の少なくとも一方を乱数を用いて決定し、決定した時間に従って、前記共存信号の送信停止と送信再開を、前記共存信号発生部および前記送信処理部を制御することにより実行する
    請求項１０に記載の電力線通信装置。
12. 帯域予約のための共存信号を割り当て可能な帯域窓と、任意情報を割り当て可能な通信帯域と、が交互にかつ周期的に割り当てられている電力線通信装置の動作方法であって、
    受信信号から前記共存信号の有無、信号強度、および、当該共存信号が割り当てられている前記帯域窓のタイミングを検出する共存検出のステップと、
    前記共存検出で前記共存信号が検出される場合に前記複数の共存信号が、周期がずれた前記複数の帯域窓で検出されるかを調べる窓タイミング確認のステップと、
    前記共存信号を発生させ送信することにより前記帯域予約を行うことが可能な共存モードと、前記共存信号を利用する前記帯域予約を行わない孤立モードと、の何れかのモードへの電源起動時モード設定、または、前記共存モードと前記孤立モードとの間のモード間遷移を、共存信号の有無に基づいて、前記共存信号が検出される場合は当該検出される共存信号の信号強度に基づいて、あるいは、前記共存信号の信号強度と当該共存信号が割り当てられている前記帯域窓のタイミングとの双方に基づいて制御するモード制御ステップと、
    を含む電力線通信装置の動作方法。
    

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