JP2009130649A - 電力線通信検査システム、電力線通信検査方法及び電力線通信検査プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 電力線通信検査システム等において、通信環境に応じた電力線通信装置の選択又は環境設定の変更を簡易にかつ低コストに可能にする。
【解決手段】 通信周波数帯域内でキャリア周波数を可変してパイロットデータを電力線Ｌを介して送信する送信器１と、電力線Ｌを介してパイロットデータを受信する受信器２と、を備え、受信器２が、受信時の通信品質から得たチャネルの雑音情報と受信電力から得た伝送路特性情報とから通信路環境を推定する環境推定部１４と、推定した通信路環境に対する通信性能を複数の通信方式において推定する性能推定部１５と、を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力線通信において通信環境に応じた電力線通信装置の選択又は環境設定の変更を簡易に可能にする電力線通信検査システム、電力線通信検査方法及び電力線通信検査プログラムに関する。

近年、家屋等の建物内や車両内に配線されている電力線を介して電気機器（電化製品）間のデータ通信を行う電力線通信が検討され、一部実施されている。例えば、一般家屋に設置されるオーディオ機器等の電子機器間で、家屋内の電力線を用いてオーディオ信号や画像信号等のデータ通信を良好に行うことが研究されている。

この電力線通信を行う場合、その通信環境は電力線通信装置の設置場所に応じて異なり、実際に電力線通信装置を設置するまで電力線の通信環境が不明である。また、電力線通信装置の設置後においても、電力線に接続された他の電気機器の設置状況により通信環境が変動する。このため、例えば特許文献１では、予め電力線通信の通信速度を測定し、最適な場所に電力線通信装置を設置し、良好な通信速度を確保する技術が開示されている。

特開２００３−２７３８１５号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、電力線通信においては複数の通信方式が存在しているが、いずれの通信方式を採用するか検査を行う場合、各通信方式の電力線通信装置を用意し、実際に設置して電力線通信を行うことで、判断する必要があるが、煩雑かつ高コストとなる不都合がある。これは上記特許文献１の技術を用いる場合でも同様である。また、電力線通信では、電力線に接続された他の電気機器の設置状況により通信環境が変動する。この場合、電力線通信装置の劣化なのか、或いは通信環境の劣化なのかは使用者には容易に判断できない。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、電力線通信において通信環境に応じた電力線通信装置の選択又は環境設定の変更を簡易にかつ低コストに可能にする電力線通信検査システム、電力線通信検査方法及び電力線通信検査プログラムを提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の電力線通信検査システムは、通信周波数帯域内でキャリア周波数を可変してパイロットデータを電力線を介して送信する送信器と、電力線を介して前記パイロットデータを受信する受信器と、を備え、前記受信器が、前記受信時の通信品質から得たチャネルの雑音情報と受信電力から得た伝送路特性情報とから通信路環境を推定する環境推定部と、推定した前記通信路環境に対する通信性能を複数の通信方式において推定する性能推定部と、を有していることを特徴とする。

また、本発明の電力線通信検査方法は、通信周波数帯域内でキャリア周波数を可変してパイロットデータを電力線を介して送信する送信ステップと、電力線を介して前記パイロットデータを受信する受信ステップと、前記受信時の通信品質から得たチャネルの雑音情報と受信電力から得た伝送路特性情報とから通信路環境を推定する環境推定ステップと、推定した前記通信路環境に対する通信性能を複数の通信方式において推定する性能推定ステップと、を有していることを特徴とする。

また、本発明の電力線通信検査プログラムは、通信周波数帯域内でキャリア周波数を可変してパイロットデータを電力線を介して送信する送信ステップと、電力線を介して前記パイロットデータを受信する受信ステップと、前記受信時の通信品質から得たチャネルの雑音情報と受信電力から得た伝送路特性情報とから通信路環境を推定する環境推定ステップと、推定した前記通信路環境に対する通信性能を複数の通信方式において推定する性能推定ステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。

これらの電力線通信検査システム、電力線通信検査方法及び電力線通信検査プログラムでは、受信時の通信品質から得たチャネルの雑音情報と受信電力から得た伝送路特性情報とから通信路環境を推定し、さらに、推定した通信路環境に対する通信性能を複数の通信方式において推定するので、通信路環境に対する各通信方式の通信性能を簡易に得ることができ、装置設置者又はユーザが容易に電力線通信装置の選択或いは通信環境の設定変更を行うことができる。また、各通信方式の電力線通信装置をそれぞれ用意する必要が無く、検査費用を低コスト化することができる。さらに、販売及び設定業者による扱いも容易となると共に、電力線通信装置の汎用性も向上する。すなわち、無線通信などが送受信機を移動させて調整することができるのに対し、電力線通信の場合、コンセントが固定されているので、ユーザ側での調整が困難である。このため、電力線通信の通信環境や方式選定を検討する際に、専門性が要求され汎用性を損ねる原因になっているが、本発明を用いれば、容易に通信環境や方式選定を行うことができる。
また、通信品質が低下したときなど、この検査を行うことで、電力線通信装置の劣化か通信環境の劣化かを容易に判別することが可能になる。

また、電力線通信検査システムは、前記複数の通信方式が、ＯＦＤＭ方式、Ｗａｖｅｌｅｔ−ＯＦＤＭ方式、マルチキャリア通信方式及びスペクトル拡散方式であることを特徴とする。
また、本発明の電力線通信検査方法は、前記複数の通信方式が、ＯＦＤＭ方式、Ｗａｖｅｌｅｔ−ＯＦＤＭ方式、マルチキャリア通信方式及びスペクトル拡散方式であることを特徴とする。
また、本発明の電力線通信検査プログラムは、前記複数の通信方式が、ＯＦＤＭ方式、Ｗａｖｅｌｅｔ−ＯＦＤＭ方式、マルチキャリア通信方式及びスペクトル拡散方式であることを特徴とする。

これらの電力線通信検査システム、電力線通信検査方法及び電力線通信検査プログラムでは、複数の通信方式が、ＯＦＤＭ方式、Ｗａｖｅｌｅｔ−ＯＦＤＭ方式、マルチキャリア通信方式及びスペクトル拡散方式であるので、電力線通信に適したこれら通信方式のうち最適な方式を選択することができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る電力線通信検査システム、電力線通信検査方法及び電力線通信検査プログラムによれば、チャネルの雑音情報と伝送路特性情報とから通信路環境を推定し、この通信路環境に対する通信性能を複数の通信方式において推定するので、装置設置者又はユーザが容易に電力線通信装置の選択或いは通信環境の設定変更を低コストに行うことができる。

以下、本発明に係る電力線通信検査システム、電力線通信検査方法及び電力線通信検査プログラムの一実施形態を、図１から図６を参照しながら説明する。

本実施形態の電力線通信検査システムは、家屋内などに配線され各電気機器に電力を供給する電力線Ｌを用いた電力線通信において、マルチキャリア通信方式を用いた検査システムであり、図１に示すように、通信周波数帯域内でキャリア周波数を可変してパイロットデータ（キャリア）を電力線Ｌを介して送信する送信器１と、電力線Ｌを介してパイロットデータを受信する受信器２と、を備えている。

上記送信器１は、パイロットデータの元データを変調処理して変調信号とする変調部３と、シリアルデータである変調信号をシリアル−パラレル変換によりパラレルデータに変換するＳＰ変換部４と、パラレルデータを逆高速フーリエ変換（逆ＦＦＴ：Fast Fourier Translation）するｉ−ＦＦＴ部５と、逆ＦＦＴ変換された信号にガードインターバル（ＧＩ）信号を挿入するＧＩ部６と、ガードインターバル信号が挿入されたデジタル信号をアナログ信号に変調すると共に波形整形を行い電力線Ｌを介して受信器２に送信する送信ＡＦＥ（アナログフロントエンド）部７と、これら各部を制御する送信制御部８と、を備えている。

上記受信器２は、電力線Ｌを介して送信器１からのパイロットデータを受信し、アナログ信号の波形を整形すると共にデジタル信号に変換する受信ＡＦＥ（アナログフロントエンド）部９と、受信した信号からガードインターバル信号を除去するＲＧＩ部１０と、この信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）するＦＦＴ部１１と、ＦＦＴ変換されたパラレル信号をパラレル−シリアル変換によりシリアル信号に変換するＰＳ変換部１２と、このシリアル信号を復調する復調部１３と、受信時の通信品質から得たチャネルの雑音情報と受信電力から得た伝送路特性情報とから通信路環境を推定する環境推定部１４と、推定した通信路環境に対する通信性能を複数の通信方式において推定する性能推定部１５と、これら各部を制御する受信制御部１６と、を備えている。

上記環境推定部１４は、復調された信号から誤り解析を行いチャネルの雑音情報を得る誤り解析部１７と、ＦＦＴ変換された信号からチャネルの解析を行って伝送路特性情報を得るチャネル解析部１８と、を備えている。
上記性能推定部１５は、複数の通信方式のシステム情報を記憶しており、記憶されている通信方式を選択してそのシステム情報について上記通信路環境に基づく平均、最大及び最小のスループットを算出して表示するようになっている。

また、上記性能推定部１５には、複数の通信方式として、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex: 直交周波数分割多重）方式、Ｗａｖｅｌｅｔ−ＯＦＤＭ方式、マルチキャリア通信方式及びスペクトル拡散方式のシステム情報が記憶されている。
なお、本実施形態では、変調方式としてｉ−ＦＦＴとＦＦＴとを用いているが、ＤＭＴ（ディスクリート・マルチ・トーン）でも構わない。
また、上記Ｗａｖｅｌｅｔ−ＯＦＤＭ方式は、Wavelet関数（時間軸および周波数軸で直交した関数）を用いることで、ＯＦＤＭ特有のサイドローブを効率よく低減可能な通信方式であり、周波数利用効率を維持したままで、特定帯域に的を絞った効率的な漏えい電界低減を可能とするものである。

なお、本電力線通信検査システムにおけるデータの各処理部、すなわち変調部３、ＳＰ変換部４、ｉ−ＦＦＴ部５、ＧＩ部６、送信ＡＦＥ部７、送信制御部８、受信ＡＦＥ部９、ＲＧＩ部１０、ＦＦＴ部１１、ＰＳ変換部１２、復調部１３、環境推定部１４、性能推定部１５、受信制御部１６等は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、各処理部はコンピュータシステムとしてメモリ及びＣＰＵ（中央集積装置）により構成され、各処理部の機能及び後述する本実施形態の電力線通信検査方法を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。

すなわち、上記プログラムは、コンピュータ読み取り可能なプログラムであり、前述した機能及び後述する電力線通信検査方法の一部を実現するためであってもよい。
さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから伝送媒体を介して、あるいは伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されるものであってもよい。上記伝送媒体とは、インターネット等のネットワーク（通信網）や電力線、電話回線等の通信回線（通信線）のように、情報を伝送する機能を有する媒体をいうものとする。
また、上記メモリは、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリや、ＣＤ−ＲＯＭ等の読み出しのみが可能な記録媒体、ＲＡＭ(Random Access Memory)のような揮発性のメモリ或いはこれらの組み合わせによるコンピュータ読み取り、書き込み可能な記録媒体より構成されるものとする。

次に、本実施形態の電力線通信検査システムによる電力線通信検査方法について、図２から図６を参照しながら説明する。

まず、送信器１及び受信器２を検査したい設置位置において電力線Ｌに接続する。この設置状況で、送信器１の送信制御部８において周波数分解能及び時間分解能を設定し、これに基づいてマルチキャリア数及びシンボル長を算出する。さらに、送信制御部８において測定時間を設定し、設定した周波数分解能、時間分解能及び測定時間に基づいてパイロットデータを生成する。なお、マルチキャリア数に従い広帯域となると共に、シンボル長に従い周波数が細かく分解される。また、シンボル長を短くして繰り返し検査を行うことで、時間分解能が良くなる。

次に、変調部３によりパイロットデータを変調した後、ＳＰ変換部４により上記マルチキャリア数でパラレル信号に変換し、さらにｉ−ＦＦＴ部５により上記シンボル長で逆ＦＦＴ変換を行う。次に、逆ＦＦＴ変換された信号にＧＩ部６によりガードインターバル信号を挿入し、さらに送信ＡＦＥ部７によりアナログ信号とされたパイロットデータを電力線Ｌを介して受信器２へ送信する。このとき、図２の（ａ）に示すように、データの少ないキャリアを、キャリア周波数を変えて通信周波数帯域内をスイープさせて送信する。このように使用キャリアが少ないので、回路規模が小さく装置コストを低く抑えることができる。

受信器２の送信制御部８は、送信制御部８で設定された周波数分解能、時間分解能及び測定時間で受信するように各部を制御する。すなわち、受信ＡＦＥ部９により電力線Ｌを介してパイロットデータを受信すると共にこれをデジタル信号に変換し、さらに、ＲＧＩ部１０によりガードインターバル信号を除去した後にＦＦＴ部１１によりＦＦＴ変換する。次に、ＰＳ変換部１２によりＦＦＴ変換された信号をシリアル信号に変換し、復調部１３で復調する。誤り解析部１７は、復調されたデータを解析し、図２の（ｂ）に示すように、誤り率から白色雑音、トーン状雑音及びパルス雑音などのいずれの雑音が発生しているか雑音特性を解析し、推定する。

一方、チャネル解析部１８は、図２の（ｃ）に示すように、ＦＦＴ変換の結果から各キャリアの振幅及び位相を解析して得た伝送路特性情報から伝送路チャネルを推定する。
そして、性能推定部１５は、誤り解析部１７で推定した雑音特性とチャネル解析部１８で推定した伝送路特性情報とから通信路環境を求め、各通信方式を採用した際のパフォーマンスとして各通信方式での平均、最大及び最低スループットを、記憶されている各通信方式のシステム情報からそれぞれ算出し、その値を表示する。

例えば、ＯＦＤＭ方式の場合、図３に示すように、トーン状雑音（ある固有の周波数を持つ雑音）が発生しても、その影響は比較的少ないが、図４に示すように、パルス状雑音（広帯域の雑音）が発生すると、その影響が大きい特性を有している。
また、Ｗａｖｅｌｅｔ−ＯＦＤＭ方式の場合、ＯＦＤＭ方式が周波数のみ直交しているのに対し、Ｗａｖｅｌｅｔ−ＯＦＤＭ方式では、図５に示すように、時間でも直交させられるので、キャリア毎に影響を軽減することができ、トーン状雑音及びパルス状雑音が発生しても、その影響はＯＦＤＭ方式よりも少ない。しかしながら、Ｗａｖｅｌｅｔ−ＯＦＤＭ方式の場合、ＯＦＤＭ方式に比べて計算コストが増大する。

また、マルチキャリア通信方式の場合、図６に示すように、Ｗａｖｅｌｅｔ−ＯＦＤＭ方式と同様にトーン状雑音及びパルス状雑音が発生しても、その影響はＯＦＤＭ方式よりも少ない。このマルチキャリア通信方式では、装置規模を小さくできるが、最大の伝送速度が限られる。

また、スペクトル拡散方式（ＳＳ方式）の場合、図７に示すように、逆拡散の過程で雑音が拡散される。しかしながら、トーン状雑音の電力が大きい或いは数が多い（総電力が大きい）場合、拡散された電力も大きくなるので、信号のＳＮ比が小さくなり、品質が劣化する。
このように通信方式によって誤り耐性が変わると共にコストも異なる。

したがって、上記性能推定部１５の結果に基づいて、コスト性能や推定された上記パフォーマンスから最適な通信方式及びこの方式を採用する電力線通信装置を選択する。また、電源の配線を変更する等して、電力線環境を最適化する。

このように本実施形態では、受信時の通信品質から得たチャネルの雑音情報と受信電力から得た伝送路特性情報とから通信路環境を推定し、さらに、推定した通信路環境に対する通信性能を複数の通信方式において推定するので、通信路環境に対する各通信方式の通信性能を簡易に得ることができ、装置設置者又はユーザが容易に電力線通信装置の選択或いは通信環境の設定変更を行うことができる。また、各通信方式の電力線通信装置をそれぞれ用意する必要が無く、検査費用を低コスト化することができる。さらに、販売及び設定業者による扱いも容易となると共に、電力線通信装置の汎用性も向上する。低下したときなど、この検査を行うことで、電力線通信装置の劣化か通信環境の劣化かを容易に判別することが可能になる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

本発明の実施形態による電力線通信検査システム、電力線通信検査方法及び電力線通信検査プログラムにおいて、システム全体を示す構成ブロック図である。 本実施形態において、キャリアのスイープ、これに伴う雑音特性及び伝搬特性を示す説明図である。 ＯＦＤＭ方式の場合にトーン状雑音が発生した際の影響を示す説明図である。 ＯＦＤＭ方式の場合にパルス状雑音が発生した際の影響を示す説明図である。 Ｗａｖｅｌｅｔ−ＯＦＤＭ方式の場合にトーン状雑音及びパルス状雑音が発生した際の影響を示す説明図である。 マルチキャリア通信方式の場合にトーン状雑音及びパルス状雑音が発生した際の影響を示す説明図である。 スペクトル拡散方式の場合にトーン状雑音及びパルス状雑音が発生した際の影響を示す説明図である。

符号の説明

１…送信器、２…受信器、３…変調部、４…ＳＰ変換部、５…ｉ−ＦＦＴ部、６…ＧＩ部、７…送信ＡＦＥ部、８…送信制御部、９…受信ＡＦＥ部、１０…ＲＧＩ部、１１…ＦＦＴ部、１２…ＰＳ変換部、１３…復調部、１４…環境推定部、１５…性能推定部、１６…受信制御部、Ｌ…電力線

Claims (6)

1. 通信周波数帯域内でキャリア周波数を可変してパイロットデータを電力線を介して送信する送信器と、
   電力線を介して前記パイロットデータを受信する受信器と、を備え、
   前記受信器が、前記受信時の通信品質から得たチャネルの雑音情報と受信電力から得た伝送路特性情報とから通信路環境を推定する環境推定部と、
   推定した前記通信路環境に対する通信性能を複数の通信方式において推定する性能推定部と、を有していることを特徴とする電力線通信検査システム。
2. 請求項１に記載の電力線通信検査システムにおいて、
   前記複数の通信方式が、ＯＦＤＭ方式、Ｗａｖｅｌｅｔ−ＯＦＤＭ方式、マルチキャリア通信方式及びスペクトル拡散方式であることを特徴とする電力線通信検査システム。
3. 通信周波数帯域内でキャリア周波数を可変してパイロットデータを電力線を介して送信する送信ステップと、
   電力線を介して前記パイロットデータを受信する受信ステップと、
   前記受信時の通信品質から得たチャネルの雑音情報と受信電力から得た伝送路特性情報とから通信路環境を推定する環境推定ステップと、
   推定した前記通信路環境に対する通信性能を複数の通信方式において推定する性能推定ステップと、を有していることを特徴とする電力線通信検査方法。
4. 請求項３に記載の電力線通信検査方法において、
   前記複数の通信方式が、ＯＦＤＭ方式、Ｗａｖｅｌｅｔ−ＯＦＤＭ方式、マルチキャリア通信方式及びスペクトル拡散方式であることを特徴とする電力線通信検査方法。
5. 通信周波数帯域内でキャリア周波数を可変してパイロットデータを電力線を介して送信する送信ステップと、
   電力線を介して前記パイロットデータを受信する受信ステップと、
   前記受信時の通信品質から得たチャネルの雑音情報と受信電力から得た伝送路特性情報とから通信路環境を推定する環境推定ステップと、
   推定した前記通信路環境に対する通信性能を複数の通信方式において推定する性能推定ステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする電力線通信検査プログラム。
6. 請求項５に記載の電力線通信検査プログラムにおいて、
   前記複数の通信方式が、ＯＦＤＭ方式、Ｗａｖｅｌｅｔ−ＯＦＤＭ方式、マルチキャリア通信方式及びスペクトル拡散方式であることを特徴とする電力線通信検査プログラム。

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