JP2010041081A

JP2010041081A - Ｏｆｄｍシンボル検出方法、ｏｆｄｍ受信装置、集積回路および回路モジュール

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Publication number: JP2010041081A
Application number: JP2008198213A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Kodama; 宣貴児玉; Hisao Koga; 久雄古賀
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2010-02-18
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Abstract

【課題】マルチキャリア信号の有無を精度良く短時間に判定できるようにする。
【解決手段】通信装置のキャリア検出器において、まず、シンボル間演算部６１３でＯＦＤＭ信号における各サブキャリアについて連続するシンボル間の位相差を算出し、キャリア選択部６１５で連続するシンボル間の位相差がπ／４以下となるサブキャリアを選択する。次に、キャリア間演算部６１４で隣り合うサブキャリア間の位相差を算出し、象限毎カウンタ６１６で隣り合うサブキャリア間の位相差を示す信号点が複素平面上で位置する象限毎にカウントする。そして、比較部６１７にて、キャリア選択部６１５で選択された隣接するサブキャリアの組の総数（キャリア間総数）に対して特定象限のカウント値が所定割合以上であるかを判定することにより、キャリアの有無を判定する。
【選択図】図１４

Description

本発明は、例えば電力線通信などにおいて、他の通信装置から送信されるＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号のシンボルを検出するＯＦＤＭシンボル検出方法、及びこのＯＦＤＭシンボル検出部を備える通信装置に関する。

ＯＦＤＭ方式等の複数のサブキャリアを用いた伝送方式は、過酷な伝送路でも高品質の通信が可能となるという大きな利点を持っており、無線通信だけでなく電力線通信等の有線通信にも利用されている。

複数のサブキャリアを用いた通信を行うマルチキャリア通信装置においては、送信側で、送信すべきビットデータをシンボルデータに変換し、シンボルデータにしたがってシンボルマッピングを行い、逆ＦＦＴ変換や逆ウェーブレット変換を行って時間軸上のデータに変換し、並列直列変換を行い、ＤＡ変換を行ってベースバンドアナログ信号に変換し、送信する。また、受信側では、受信信号をＡＤ変換してデジタル信号に変換し、直列並列変換を行い、ＦＦＴ変換やウェーブレット変換を行って周波数軸上のデータに変換し、デマッピングして受信ビットデータを得る。

このようなマルチキャリア通信装置は、他の機器が伝送路に信号を送出している最中か否かを判断するキャリア検出機能を備えており、他の機器が伝送路を使用していないときに、送信要求があれば送信処理を行うようになっている。

マルチキャリア通信装置におけるキャリア検出方法としては、例えば、ＡＤ変換後のデジタル波形データを周波数軸上のデータに変換した後の信号に基づき、全サブキャリアの平均値などを求めてマルチキャリア信号の有無を検出するものがある（特許文献１参照）。このキャリア検出において、複数のサブキャリアが等間隔に並んでいるというＯＦＤＭの特徴を踏まえ、隣接するサブキャリア間における周波数領域での相関を利用することにより、高い検出精度を得ることができる。

また、キャリア検出方法の他の例として、隣接するサブキャリア間での相関をとる際に、複素座標上における信号点の分布に基づいて相関を判定したり、１本おきに隣接するサブキャリア間で相関をとることで、マルチキャリア信号の有無を検出するものがある（特許文献２参照）。ＯＦＤＭの場合、フレーム先頭のプリアンブルでは、全サブキャリアにおいて隣り合うサブキャリアの位相差が同じになるので、複素座標上の信号点の分布を求めることで、マルチキャリア信号であるか否かを精度良く判定できる。
特開２００５−５７６４４号公報特開２００７−２８１５７７号公報

上記特許文献１のように、全サブキャリアの平均値などによってキャリア検出を行う方法では、通信に用いる周波数の一部に狭帯域のノイズが発生している状態ではキャリア検出が可能であるが、例えば広帯域にわたってレベルの大きいノイズが重畳された状態などには対応が困難であり、キャリア検出ができないという課題がある。

また、上記特許文献２のように、複素座標上における信号点の分布によってキャリア間相関をとってキャリア検出を行う方法では、キャリア間相関によって精度良くキャリア検出が可能である。しかし、例えば半数以上のサブキャリアがノイズに埋もれるなどして受信できず、少数のサブキャリアしか受信できない状態などでは、隣り合うサブキャリアの位相差が所定範囲にある確率が下がるので、正常にキャリア検出ができない場合が多くなるという課題がある。

このように、従来のキャリア検出方法では、広帯域にわたってレベルの大きいノイズが発生している場合などに、信号が存在しているにも関わらず正常にキャリア検出ができないことがあった。特に、電力線通信のように、伝送路となる電力線に他の電気機器が接続されて伝達特性が変化したり、他の電気機器によりノイズが発生する環境下では、受信すべき信号かあるかどうかを正常に判定できなかったり、信号かどうかの判定に時間がかかる場合があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、マルチキャリア信号の有無を精度良く短時間に判定することが可能なＯＦＤＭシンボル検出方法及び通信装置を提供することを目的とする。

本発明は、他の通信装置から送信される複数のキャリアから構成されるＯＦＤＭ信号のシンボル検出方法であって、所望ＯＦＤＭ信号のうち受信した信号の各キャリアの中で、時間軸上で隣接するシンボルの位相差が所定の値より小さい第１キャリアを選択する第１選択ステップと、前記選択した第１キャリアの中で、他のキャリアとの間で所望ＯＦＤＭ信号の所定の関係の位相を有する第２キャリアを選択する第２選択ステップと、前記第１キャリア及び前記第２キャリアの選択結果に基づいて、前記受信した信号が前記他の通信装置から送信された所望ＯＦＤＭ信号のシンボルかどうか判断するキャリア判定ステップと、を含むＯＦＤＭシンボル検出方法を提供する。
上記により、複数のキャリアについて、ＯＦＤＭ信号における異なる周波数のキャリアの位相が持つ特徴を用いて所望ＯＦＤＭ信号のシンボルであるか判断するので、シンボルかどうかの精度の高い検出が可能となる。

また、本発明は、上記のシンボル検出方法であって、前記第２選択ステップにおいて、前記所定の関係の位相として、基本キャリアの位相と当該キャリアの次数とに基づき、キャリアの次数がＮの場合に、（基本キャリアの位相×Ｎ）の位相を備えるキャリアを第２キャリアとして選択するものを含む。
上記により、複数のキャリアのうちの２つ〜全ての任意の数のキャリアの位相を用いて第２キャリアを選択することができるので、第２キャリアを選択する条件を広くすることができ、信号を有効に用いることが可能となる。

また、本発明は、上記のシンボル検出方法であって、前記第２選択ステップにおいて、前記所定の関係の位相として、隣接するキャリアとの位相差が基本キャリアの位相に基づく位相であるキャリアを第２キャリアとして選択するものを含む。
上記により、複数のキャリアのうちの隣接するキャリアを用いて判断するので、低い周波数から高い周波数へ、あるいは高い周波数から低い周波数へ、順に隣接するキャリアの位相差を判断するだけで全部のキャリアの判断ができ、キャリア判定に関する処理の高速化を図れる。

また、本発明は、上記のシンボル検出方法であって、前記第２選択ステップにおいて、前記隣接するキャリアの位相差を示す複素座標が同一の象限にあるキャリアを第２キャリアとして選択するものを含む。
上記により、複素座標上の実部と虚部の符号により複数のキャリアの位相差を判断できるので、キャリア判定に関する処理を簡略化でき、さらなる高速化を図れる。

また、本発明は、上記のシンボル検出方法であって、前記キャリア判定ステップにおいて、前記第１キャリアの数に対する前記第２キャリアの数が所定割合以上の場合に所望ＯＦＤＭ信号のシンボルであると判断するものを含む。
上記により、第１キャリアの選択結果と第２キャリアの選択結果とを合わせて、精度の高いキャリア検出が可能となる。

また、本発明は、上記のシンボル検出方法であって、前記第１選択ステップにおいて、当該キャリアとこれに隣接するキャリアにおいて共に時間軸上で隣接するシンボルの位相差が所定の値より小さいキャリアの数をキャリア間総数として検出し、前記キャリア判定ステップにおいて、前記キャリア間総数に対する前記第２キャリアの数の割合が所定の閾値以上の場合に所望ＯＦＤＭ信号のシンボルであると判断するものを含む。
上記により、第１キャリアの選択において求めたキャリア間総数に対する、第２キャリアの数の割合が所定の閾値以上の場合に、所望ＯＦＤＭ信号のシンボルであると判断することで、精度の高いキャリア検出が可能となる。

また、本発明は、上記のシンボル検出方法であって、前記第１選択ステップにおいて、時間軸上で隣接するシンボルの位相差が所定の値より小さい単独のキャリアの数を受信キャリア総数として検出するとともに、当該キャリアとこれに隣接するキャリアにおいて共に時間軸上で隣接するシンボルの位相差が所定の値より小さいキャリアの数をキャリア間総数として検出し、前記キャリア判定ステップにおいて、前記キャリア間総数に対する前記第２キャリアの数の割合が所定の第１閾値以上であり、かつ、前記受信キャリア総数に対する前記第２キャリアの数の割合が所定の第２閾値以上である場合に所望ＯＦＤＭ信号のシンボルであると判断するものを含む。
上記により、第１キャリアの選択において求めたキャリア間総数に対する第２キャリアの数の割合が所定の第１閾値以上であり、かつ、第１キャリアの選択において求めた受信キャリア総数に対する第２キャリアの数の割合が所定の第２閾値以上である場合に、所望ＯＦＤＭ信号のシンボルであると判断することで、誤検出を削減でき、より精度の高いキャリア検出が可能となる。

また、本発明は、上記のシンボル検出方法であって、前記受信した信号は、パケットのプリアンブルであるものを含む。
これにより、パケットの先頭部分が精度良く検出できるので、パケットの受信エラーが削減し、受信性能が向上する。

また、本発明は、上記のシンボル検出方法であって、前記受信した信号は、パケットのポストアンブルであるものを含む。
これにより、パケットの末尾部分が精度良く検出できるので、パケットの途中に雑音が重畳したときでも、データ受信から次のパケットの待ち受けに状態を切り替えることができ、受信性能が向上する。

また、本発明は、上記のシンボル検出方法であって、前記受信した信号は、他の装置が送信する共存信号であるものを含む。
これにより、他の通信装置の共存信号を精度よく受信することができるので、他の装置のデータ送信を妨げることがない。

本発明は、他の通信装置から送信されるＯＦＤＭ信号を受信する受信部と、前記受信部で受信した信号においてＯＦＤＭ信号のシンボルを検出することによりキャリア検出を行うキャリア検出器とを備える通信装置であって、前記キャリア検出器は、所望ＯＦＤＭ信号のうち受信した信号の各キャリアの中で、時間軸上で隣接するシンボルの位相差が所定の値より小さい第１キャリアを選択する第１選択部と、前記選択した第１キャリアの中で、他のキャリアとの間で所望ＯＦＤＭ信号の所定の関係の位相を有する第２キャリアを選択する第２選択部と、前記第１キャリア及び前記第２キャリアの選択結果に基づいて、前記受信した信号が前記他の通信装置から送信された所望ＯＦＤＭ信号のシンボルかどうか判断するキャリア判定部と、を有する通信装置を提供する。
上記により、受信した信号における複数のキャリアに相当する周波数について、ＯＦＤＭ信号における異なる周波数のキャリアの位相が持つ特徴を用いて所望ＯＦＤＭ信号のシンボルであるかどうか判断するので、精度の高いキャリア検出が可能となる。

本発明は、通信媒体とのインタフェースを行うカプラを介して他の通信装置から送信されるＯＦＤＭ信号を受信する受信部と、前記受信部で受信した信号においてＯＦＤＭ信号のシンボルを検出することによりキャリア検出を行うキャリア検出器とを備える集積回路であって、前記キャリア検出器は、所望ＯＦＤＭ信号のうち受信した信号の各キャリアの中で、時間軸上で隣接するシンボルの位相差が所定の値より小さい第１キャリアを選択する第１選択部と、前記選択した第１キャリアの中で、他のキャリアとの間で所望ＯＦＤＭ信号の所定の関係の位相を有する第２キャリアを選択する第２選択部と、前記第１キャリア及び前記第２キャリアの選択結果に基づいて、前記受信した信号が前記他の通信装置から送信された所望ＯＦＤＭ信号のシンボルかどうか判断するキャリア判定部と、を有する集積回路を提供する。

本発明は、通信媒体とのインタフェースを行うカプラと、前記カプラを介して他の通信装置から送信されるＯＦＤＭ信号を受信する受信部と、前記受信部で受信した信号においてＯＦＤＭ信号のシンボルを検出することによりキャリア検出を行うキャリア検出器とを備える回路モジュールであって、前記キャリア検出器は、所望ＯＦＤＭ信号のうち受信した信号の各キャリアの中で、時間軸上で隣接するシンボルの位相差が所定の値より小さい第１キャリアを選択する第１選択部と、前記選択した第１キャリアの中で、他のキャリアとの間で所望ＯＦＤＭ信号の所定の関係の位相を有する第２キャリアを選択する第２選択部と、前記第１キャリア及び前記第２キャリアの選択結果に基づいて、前記受信した信号が前記他の通信装置から送信された所望ＯＦＤＭ信号のシンボルかどうか判断するキャリア判定部と、を有する回路モジュールを提供する。

本発明によれば、マルチキャリア信号の有無を精度良く短時間に判定することが可能なＯＦＤＭシンボル検出方法及び通信装置を提供できる。

以下の実施形態では、本発明に係るＯＦＤＭシンボル検出方法及び通信装置を、電力線を伝送路として通信を行う電力線通信装置において適用した例を説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電力線通信システムの構成を示す図である。図１の電力線通信システムは、電力線９００に接続された複数台の通信装置であるＰＬＣ（ＰｏｗｅｒＬｉｎｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）モデム１００Ｍ、１００Ｔ１、１００Ｔ２、１００Ｔ３、・・、１００ＴＮを備える。図１には、５台のＰＬＣモデムが示されているが、接続台数は任意である。ＰＬＣモデム１００Ｍは、親機として機能するものであり、子機として機能する他のＰＬＣモデム１００Ｔ１、・・１００ＴＮの接続状態（リンク状態）の管理を行うものである。ただし、親機として機能するＰＬＣモデムは、必須ではない。

なお、以降の説明において、親機及び特定の子機について言及する場合は、ＰＬＣモデム１００Ｍ、１００Ｔ１、１００Ｔ２、１００Ｔ３、・・、１００ＴＮのように記述し、子機一般に言及する場合は、ＰＬＣモデム１００Ｔと記述する。また、親機、子機の限定がないＰＬＣモデムに言及する場合は、単に、ＰＬＣモデム１００と記述する。

電力線９００は、図１では１本の線で示されているが、実際には２本以上の導線であり、ＰＬＣモデム１００は、その内の２本に接続されている。

図２は、ＰＬＣモデム１００の概観を示す図であり、図２（ａ）は前面を示す外観斜視図、図２（ｂ）は前面図、図２（ｃ）は背面図である。図２に示すＰＬＣモデム１０は、筐体１０１を有しており、筐体１０１の前面には、図２（ａ）（ｂ）に示すようにＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃからなる表示部１０５が設けられている。また、筐体１０１の背面には、図２（ｃ）に示すように電源コネクタ１０２、及びＲＪ４５等のＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）用モジュラージャック１０３、及び動作モード等の切換えのための切換えスイッチ１０４が設けられている。電源コネクタ１０２には、電源ケーブル（図２では図示せず）が接続され、モジュラージャック１０３には、ＬＡＮケーブル（図２では図示せず）が接続される。なお、ＰＬＣモデム１００には、さらにＤｓｕｂ（Ｄ−ｓｕｂｍｉｎｉａｔｕｒｅ）コネクタを設け、Ｄｓｕｂケーブルを接続するようにしてもよい。

図３は、ＰＬＣモデム１００のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。ＰＬＣモデム１００は、図３に示すように、回路モジュール２００及びスイッチング電源３００を有している。スイッチング電源３００は、各種（例えば、＋１．２Ｖ、＋３．３Ｖ、＋１２Ｖ）の電圧を回路モジュール２００に供給するものであり、例えば、スイッチングトランス、ＤＣ−ＤＣコンバータ（いずれも図示せず）を含んで構成される。

回路モジュール２００には、メインＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）２１０、ＡＦＥ・ＩＣ（ＡｎａｌｏｇＦｒｏｎｔＥＮＤ・ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ)２２０、イーサネットＰＨＹ・ＩＣ（Ｐｈｙｓｉｃｌａｙｅｒ・ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）２３０、メモリ２４０、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２５１、ドライバＩＣ２５２、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２６０、及びカプラ２７０が設けられている。スイッチング電源３００及びカプラ２７０は、電源コネクタ１０２に接続され、さらに電源ケーブル６００、電源プラグ４００、コンセント５００を介して電力線９００に接続される。なお、メインＩＣ２１００は電力線通信を行う制御回路として機能する。

メインＩＣ２１０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）２１１、ＰＬＣ・ＭＡＣ（ＰｏｗｅｒＬｉｎｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ・ＭｅｄｉａＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌｌａｙｅｒ）ブロック２１２、及びＰＬＣ・ＰＨＹ（ＰｏｗｅｒＬｉｎｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ・Ｐｈｙｓｉｃａｌｌａｙｅｒ）ブロック２１３で構成されている。ＣＰＵ２１１は、３２ビットのＲＩＳＣ（ＲｅｄｕｃｅｄＩｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＳｅｔＣｏｍｐｕｔｅｒ）プロセッサを実装している。ＰＬＣ・ＭＡＣブロック２１２は、送受信信号のＭＡＣ層（ＭｅｄｉａＡｃｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌｌａｙｅｒ）を管理し、ＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３は、送受信信号のＰＨＹ層（Ｐｈｙｓｉｃａｌｌａｙｅｒ）を管理する。ＡＦＥ・ＩＣ２２０は、ＤＡ変換器（ＤＡＣ；Ｄ／ＡＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）２２１、ＡＤ変換器（ＡＤＣ；Ａ／ＤＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）２２２、及び可変増幅器（ＶＧＡ；ＶａｒｉａｂｌｅＧａｉｎＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）２２３で構成されている。カプラ２７０は、コイルトランス２７１、及びカップリング用コンデンサ２７２ａ、２７２ｂで構成されている。なお、ＣＰＵ２１１は、メモリ２１１に記憶されたデータを利用して、ＰＬＣ・ＭＡＣブロック２１２、及びＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３の動作を制御するとともに、ＰＬＣモデム１００全体の制御も行う。

ＰＬＣモデム１００による通信は、概略次のように行われる。モジュラージャック１０３から入力されたデータは、イーサネットＰＨＹ・ＩＣ２３０を介してメインＩＣ２１０に送られ、デジタル信号処理を施すことによってデジタル送信信号が生成される。生成されたデジタル送信信号は、ＡＦＥ・ＩＣ２２０のＤＡ変換器（ＤＡＣ）２２１によってアナログ信号に変換され、ローパスフィルタ２５１、ドライバＩＣ２５２、カプラ２７０、電源コネクタ１０２、電源ケーブル６００、電源プラグ４００、コンセント５００を介して電力線９００に出力される。

電力線９００から受信された信号は、カプラ２７０を経由してバンドパスフィルタ２６０に送られ、ＡＦＥ・ＩＣ２２０の可変増幅器（ＶＧＡ）２２３でゲイン調整がされた後、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）２２２でデジタル信号に変換される。そして、変換されたデジタル信号は、メインＩＣ２１０に送られ、デジタル信号処理を施すことによって、デジタルデータに変換される。変換されたデジタルデータは、イーサネットＰＨＹ・ＩＣ２３０を介してモジュラージャック１０３から出力される。

ＰＬＣモデム１００は、ＯＦＤＭ方式による複数のサブキャリアを用いたマルチキャリア通信を行うものであり、通信信号に関するデジタル信号処理はメインＩＣ２１０によって実現される。ここで、送信データをＯＦＤＭ送信信号に変換する処理、ＯＦＤＭ受信信号を受信データに変換する処理、送信されたＯＦＤＭ信号の有無を検出するキャリア検出処理などのデジタル信号処理は、主としてＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３で行われる。

図４は、本実施形態に係る通信装置の受信部の入力部の構成を示すブロック図である。受信部には、オートゲインコントロール回路（以下、ＡＧＣ回路）４５１と、アナログ−デジタル変換器（以下、ＡＤ変換器）４５３と、キャリア検出器４５５と、シンボル同期回路４５７と、レベル判定器４５９とが設けられる。この図４の構成を図３に示したＰＬＣモデム１００に対応させた場合、ＡＧＣ回路４５１はＡＦＥ・ＩＣ２２０のＶＧＡ２２３に対応し、ＡＤ変換器４５３はＡＤＣ２２２に対応する。また、キャリア検出器４５５、シンボル同期回路４５７、レベル判定器４５９は、メインＩＣ２１０のＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３及びＣＰＵ２１１において構成され、各部の機能が実現される。

受信信号は、ＡＧＣ回路４５１において所定のゲインでレベル調整された後、ＡＤ変換器４５３でデジタル信号に変換されてキャリア検出器４５５に入力される。レベル判定器４５９は、ＡＧＣ回路４５１からのゲインレベルと所定のしきい値とを比較し、ゲインレベルの大小によって、キャリア検出器４５５及びシンボル同期回路４５７にＯＮ信号またはＯＦＦ信号を出力する。

キャリア検出器４５５は、ＯＦＤＭ信号の受信信号について、シンボル間相関を求めてキャリアである確率が高いサブキャリアを選択した後、キャリア間相関を求めてマルチキャリア信号であるか否かを判断することで、キャリア検出処理を行う。このキャリア検出を行う構成及びその方法の詳細については後述する。シンボル同期回路４５７は、キャリア検出器４５５の検出結果に基づき、キャリアが検出された受信信号のシンボルの同期をとるシンボル同期処理を行う。このキャリア検出出力及びシンボル同期出力は、受信信号の複素データへの変換等を行う検波部へフィードバックする。

まず、所望信号が受信信号に存在しない場合は、ＡＧＣ回路４５１のゲインは最大ゲインの設定となる。所望信号が受信信号に存在する場合は、受信信号のレベルに合わせてＡＧＣ回路４５１のゲインを設定する。所望信号が存在する場合に設定されるＡＧＣ回路４５１のゲインは、最大値よりも小さくなっている。レベル判定器４５９は、しきい値とＡＧＣ回路４５１のゲインレベルとを比較判定する。ゲインレベルがしきい値よりも大きい場合には、レベル判定器４５９は、キャリア検出器４５５とシンボル同期回路４５７に対して動作させないＯＦＦ信号を出力する。一方、ゲインレベルがしきい値よりも小さい場合には、レベル判定器４５９は、キャリア検出器４５５及びシンボル同期回路４５７に対して動作させるＯＮ信号を出力する。これにより、所望信号が受信信号に存在する場合のみ、キャリア検出器４５５及びシンボル同期回路４５７を動作させることができる。

次に、キャリア検出を行うＯＦＤＭ信号について説明する。図５は、本実施形態の通信装置が取り扱う通信信号のフレーム構成の一例を示す図である。ＯＦＤＭ信号による通信信号のフレームは、プリアンブル５１１、同期シンボル５１２、ヘッダ５１３、ペイロード５１４、ポストアンブル５１５を有して構成される。

プリアンブル５１１は、フレームの頭に付加される既知信号であり、このプリアンブル５１１の部分を受信して判別することで、フレームの先頭を知ることができる。プリアンブル５１１は、キャリア検出処理、同期処理、等化処理等に使用される。同期シンボル５１２は、同期確立等に使用される既知信号である。ヘッダ５１３は、データの送信元、送信先など、フレームパケットの各種付加情報を含む部分である。ペイロード５１４は、伝送するデータ本体の部分である。ポストアンブル５１５は、フレームの後尾に付加される既知信号であり、このポストアンブル５１５の部分を受信して判別することで、フレームの終わりを知ることができる。

また、当該フレームの通信信号を送信する第１の通信装置とは別に、さらに他の第２の通信装置が存在し、同時に通信を行う場合には、プリアンブル５１１の期間において共存信号５１６が第２の通信装置から送信される。共存信号５１６は、他通信方式の通信システムなど、複数の通信システムが共存するために、通信システム間で予め決められた既知信号であり、この共存信号５１６の有無によって、各通信システムによる伝送路の使用割当を決定する。

ここで、共存信号について以下に説明する。図６は、共存信号を含む通信信号受信時の動作の一例を示すタイムチャートである。通信装置は、共存信号として用いるリクエスト信号ＲＳを出力する際に、図示しないゼロクロス回路が、商用交流電圧ＡＣのゼロクロスＺＣを検出する。図６では、家屋やビル等の建物内で通信する宅内通信による通信システム（宅内系）の通信方式「Ａ」、同じく宅内系の通信方式「Ｂ」、屋外の伝送路を用いて外部と通信するアクセス系通信による通信システム（アクセス系）の通信方式「Ｃ」の３つの通信方式が共存可能な例を示している。

通信装置は、使用したいチャネルに空きがあるか否かをゼロクロスＺＣに同期して判定する。「チャネル」は時間及び周波数帯域の少なくとも一方であればよいが、ここでは周波数帯域であるとする。この際、通信装置は、制御期間Ｔｃにおいて、リクエスト信号ＲＳをサーチする。例えば、時点ｔ８１でゼロクロスＺＣを検出した場合、通信装置のＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３における制御部は、時点ｔ８１からｔ８２まで、リクエスト信号ＲＳが出力されているか否かをキャリア検出によって判定する。

なお、図６の例では、制御期間Ｔｃの各タイムスロットは、「Ｃ」、「Ａ」、「Ｂ」、・・・の通信方式の順番で割り当てられているものとする。また、データ期間Ｔｄは、通信方式「Ａ」、「Ｂ」、…でデータ通信が行われる場合、通信方式「Ａ」、「Ｂ」、…で時間分割される。さらに、通信方式「Ａ」、「Ｂ」、…とともに通信方式「Ｃ」でデータ通信が行われる場合は、データ期間Ｔｄでは、通信方式「Ａ」、「Ｂ」、…に１６〜３０ＭＨｚを、通信方式「Ｃ」に２〜１６ＭＨｚを割り当て、使用周波数帯域が周波数分割される。これらタイムスロットの割り当て、及びどのリクエスト信号ＲＳが出力されたらどの多元接続方式を採用するかの情報は、各通信装置のメモリ２４０が記憶しているものとする。

例えば、通信方式「Ａ」を用いる通信装置ａ１が２〜３０ＭＨｚの周波数帯域を使用したい場合に、時点ｔ８１からｔ８２までの期間においてリクエスト信号ＲＳが出力されていないと、通信装置ａ１の制御部は、次のデータ期間Ｔｄ（時点ｔ８４からｔ８６）は、通信方式「Ｃ」がデータ通信を行わないので、使用したいチャネルに空きがあると判定する。従って、時点ｔ８４で、位相ベクトルの変更処理等を行うことなく、通信装置ａ１は２〜３０ＭＨｚの周波数帯域を用いてデータ通信を行う。このとき、通信装置ａ１は、時点ｔ８２でリクエスト信号ＲＳを出力する。また、時点ｔ８３で通信方式「Ｂ」を用いる通信装置ｂ１がリクエスト信号ＲＳを出力する。通信装置ａ１は、通信装置ｂ１からのリクエスト信号ＲＳを検出した場合、データ期間Ｔｄにおいて通信方式「Ａ」と通信方式「Ｂ」とが時間分割してデータ通信を行うと判定する。このため、データ期間Ｔｄでは、通信装置ａ１、通信装置ｂ１が交互のデータ通信を行う。

本実施形態では、上述した通信信号のプリアンブル、ポストアンブル、及び共存信号の少なくともいずれかにおいて、受信側の通信装置のキャリア検出器４５５がキャリア検出動作を行う。プリアンブルにおいて本実施形態のキャリア検出を行うことで、パケットの先頭部分が精度良く検出できるので、パケットの受信エラーを削減でき、通信装置の受信性能を向上できる。また、ポストアンブル５において本実施形態のキャリア検出を行うことで、パケットの末尾部分が精度良く検出できるので、パケットの途中に雑音が重畳したときでも、データ受信から次のパケットの待ち受けに状態を切り替えることができ、通信装置の受信性能を向上できる。また、共存信号において本実施形態のキャリア検出を行うことで、他の通信装置の共存信号を精度よく受信することができるので、他の装置のデータ送信を妨げることを防止できる。

次に、ＯＦＤＭ信号の各サブキャリアの周波数及び位相について説明する。図７は、ＯＦＤＭ信号の各サブキャリアの配置例を示す図である。ＯＦＤＭ信号では、周波数軸上にリニアに等間隔にサブキャリアを配置する。図７には、サブキャリアとして基本波、２倍波、３倍波…を用いたＯＦＤＭ信号ｆ_c1〜ｆ_c10の例を示している。この場合、送信側の通信装置から出力される送信信号ｓ（ｔ）は次式（１）のようになる。

ここで、ｆ_ｃは搬送波帯域ＯＦＤＭでの基本キャリアの周波数、ｆ_０は隣接するサブキャリア間の周波数間隔、ｎはサブキャリアの次数を表す。θｎは各サブキャリアに与える予め決められた位相角である。受信側の通信装置では、キャリア検出を行う際に、まずこの位相角θｎを逆回転させてキャンセルする。

続いて、ＯＦＤＭ信号のシンボル間の位相差の特性について説明する。図８は、図７に示したＯＦＤＭ信号の各サブキャリアの波形を示す図である。図８の例では、ＯＦＤＭ信号の各サブキャリアのＯＦＤＭシンボル２つ分を示している。シンボル間の位相に着目した場合、送信側の通信装置から送信されるＯＦＤＭ信号は、時間軸上で連続するＯＦＤＭシンボルにおいて各サブキャリア毎の位相が同じとなるように送信される。この場合、受信側の通信装置で受信される受信信号において、時間軸上で連続した複数のＯＦＤＭシンボルの位相は、全てのサブキャリアにおいて同じ位相となる。すなわち、受信したＯＦＤＭ信号の各サブキャリアについて、時間軸上で連続するＯＦＤＭシンボルをシンボル長（１シンボル区間）で区切ると、隣り合うシンボル間の位相差はゼロとなる。

上記ＯＦＤＭ信号の性質を利用して、シンボル間の相関を求めることにより、所望信号を搬送するキャリアが存在するか否かを判別できる。シンボル間相関としては、時間軸上で連続するＯＦＤＭシンボルにおける位相差φｓの分布度合いを判定することにより、位相差φｓが０付近に集中して分布する場合はキャリア有り、そうでない場合はキャリア無しと判別できる。例えば、位相差φｓの絶対値がπ／４以下かどうかで判定する。なお、位相差φｓを求める代わりに、隣接するシンボルの信号点の複素共役と自シンボルの信号点との積を求めてその分布を判定してもよい。

次に、ＯＦＤＭ信号のキャリア間の位相差の特性について説明する。図９〜図１１はＯＦＤＭ信号の各サブキャリア間の位相差を示す図である。図９〜図１１の例では、ＯＦＤＭ信号の８つのサブキャリアについてＯＦＤＭシンボル２つ分を示している。キャリア間の位相に着目した場合、送信側の通信装置から送信されるＯＦＤＭ信号は、シンボルの同期タイミングにおいて全てのサブキャリアの位相が同じとなるように送信される。この場合、受信側の通信装置で受信される受信信号においては、隣り合うサブキャリアの位相差が同じになる。すなわち、隣り合うサブキャリア同士はある一定の位相差φｆを持つ形になる。

図９のように受信信号の受信タイミングがシンボル区間の同期タイミングと合っている場合は、隣り合うサブキャリアにおいてキャリア間の位相差がゼロ、すなわち全てのサブキャリアの位相が同じになる。図１０のように受信信号の受信タイミングがシンボル区間の同期タイミングから１／４シンボルずれている場合は、隣り合うサブキャリアにおいてキャリア間の位相差がπ／４（９０度）となる。図１１のように受信信号の受信タイミングがシンボル区間の同期タイミングから１／２シンボルずれている場合は、隣り合うサブキャリアにおいてキャリア間の位相差がπ／２（１８０度）となる。他のタイミングにおいても同様に、全サブキャリアにおいて隣り合うキャリア間の位相差は一定になる。

図１２は、ＯＦＤＭ信号の各サブキャリアの複素表現を極座標上で示した図である。このように、各サブキャリアの複素表現を極座標にマッピングした場合、各サブキャリアは隣り合うサブキャリアとの間である一定の位相差φｆをもってそれぞれ配置される。すなわち、隣り合うサブキャリア間の位相差φｆが全てのサブキャリアで等しくなっている。

上記ＯＦＤＭ信号の性質を利用して、キャリア間の相関を求めることにより、所望信号を搬送するキャリアが存在するか否かを判別できる。キャリア間相関としては、あるキャリアが他のキャリアとの間で所望ＯＦＤＭ信号の所定の関係の位相を有するかどうかでキャリアの有無を判定できる。この場合、基本キャリアの位相と当該キャリアの次数とに基づき、キャリアの次数がＮの場合に、（基本キャリアの位相×Ｎ）の位相を備える場合に、所望ＯＦＤＭ信号のシンボルを持つキャリアであると判定できる。あるいは、隣接するキャリアとの位相差が基本キャリアの位相に基づく位相である場合に、所望ＯＦＤＭ信号のシンボルを持つキャリアであると判定できる。キャリア間の位相差を判定する場合、隣接するキャリアの位相差を示す複素座標が同一の象限にあるかどうかでキャリアの有無を判定可能である。

上記複素座標を判定する場合、隣り合うサブキャリアとの位相差φｆの分布度合いを判定することにより、位相差φｆが複素平面上である象限に集中して分布する場合はキャリア有り、そうでない場合はキャリア無しと判別できる。例えば、隣り合うサブキャリアの組の７５％以上（図１２の例では９個のうち７個以上）が同じ象限に存在するかどうかで判定する。なお、位相差φｆを求める代わりに、隣接するキャリアの信号点の複素共役と自キャリアの信号点との積を求めてその分布を判定してもよい。

図１３は、図７に示したＯＦＤＭ信号においてノイズ等によりサブキャリアが半数以上正常に受信できない状態を示した図である。図１３の例のように、６０％のサブキャリアがノイズに埋もれるなどして正常に受信できず、４０％のサブキャリアしか存在しない場合、所望信号のキャリアの有無を正常に判定できない可能性が高くなる。キャリア間相関によってキャリア検出を行う場合、受信できた４０％のサブキャリアだけでは、隣り合うサブキャリア間の位相差φｆが同じ象限に存在する確率が下がるので、位相差φｆの分布判定を正常に行えない場合が多くなる。シンボル間相関を用いる場合も同様に、正常に受信できないサブキャリアについては連続するシンボル間の位相差φｓがばらついて０付近に存在する確率が下がるので、キャリア有りを判定できない場合が多くなる。

そこで、本実施形態では、シンボル間相関による判定処理とキャリア間相関による判定処理とを組み合わせることで、キャリア検出精度を高めるようにする。まず、第１ステップ（第１選択ステップ）として、各サブキャリアについてシンボル間の相関を算出して位相差φｓが０付近となるサブキャリアを選択する。次に、第２ステップ（第２選択ステップ）として、第１ステップで選択したサブキャリアについて、隣り合うサブキャリアのキャリア間の相関を算出して位相差φｆが複素平面上で同象限に存在するサブキャリアの組を抽出する。そして、第２ステップで抽出したサブキャリアの組の数が第１ステップで選択したサブキャリア数に対して所定割合以上である場合に、所望ＯＦＤＭ信号のシンボルを持つキャリア有りと判定する。なお、第２ステップにおいてキャリア間の相関を算出する際、隣り合うサブキャリアに限らず、理論上位相差が同一となる所定の周波数差を持つサブキャリア間で位相差を求めて相関の有無を判定してもよい。

次に、本実施形態に係るキャリア検出方法及び通信装置の具体的な例について詳細に説明する。図１４は、本実施形態に係る通信装置のキャリア検出器の構成を示すブロック図である。本実施形態のキャリア検出器は、ＦＦＴ部６１１、位相逆回転部６１２、シンボル間演算部６１３、キャリア間演算部６１４、キャリア選択部６１５、象限毎カウンタ６１６、比較部６１７を備えて構成される。ＦＦＴ部６１１は、高速フーリエ変換によって受信信号を時間領域から周波数領域に変換し、ＯＦＤＭ信号の各サブキャリアの受信データを抽出する。位相逆回転部６１２は、各サブキャリアの受信データの位相を所定量逆回転させ、送信装置において各サブキャリアに与えられた位相角θｎを元に戻す。

シンボル間演算部６１３は、複素共役算出部６２１、１シンボル遅延部６２２、乗算器６２３を有して構成され、各サブキャリアについて連続するシンボル間の位相差を算出する。すなわち、シンボル間演算部６１３は、あるサブキャリアの信号について、複素共役算出部６２１にて現時点のシンボルの複素共役を算出し、１シンボル遅延部６２２にて１シンボル期間遅延させ、乗算器６２３にて現シンボルの共役複素表現と１シンボル前の複素表現とを乗算してこれらの積を求める。この演算結果が時間軸上で連続するシンボル間の位相差φｓに相当する値となり、シンボル間演算部６１３から出力される。

ここで、シンボル間演算について詳しく説明する。同一サブキャリアにおいて、あるシンボル（第１シンボル）Ｓ１の複素ベクトルをＣ_S1、その複素座標を（Ｉ_S1，Ｑ_S1）、これに時間軸上で隣接するシンボル（第２シンボル）Ｓ２の複素ベクトルをＣ_S2、その複素座標を（Ｉ_S2，Ｑ_S2）とする。これらの隣接するシンボルＳ１、Ｓ２の位相差を求めるために、複素数の割り算を用いると、複素座標ではこれらの商は次式（２）に示すように算出される。

シンボル間の相関の有無を判定するには、上記式（２）の値が所定の範囲にあるかどうかを判断すればよい。

あるいは、次式（３）のように、第１シンボルＳ１の複素表現と、第２シンボルＳ２の共役複素表現との積を用いて、この式（３）の値が所定の範囲にあるかどうかを判断すればよい。

上記式（３）を用いる場合、シンボル間の位相差｜φｓ｜≦π／４を判断するために、下記式（４）のように、実数部がゼロより大きく、実数部が虚数部の絶対値より大きいという条件によって判断することができる。

このようにして、同一サブキャリアにおける隣り合うシンボルが、位相が連続する状態で続いているかどうかを各サブキャリアごとに演算して判断する。

また、隣り合うシンボルＳ１とＳ２の位相差φ_S1S2は、式（３）の実数部と虚数部を用いて、次式（５）のようにして順に求める。

そして、上記式（５）により求めた位相差φ_S1S2が所定の閾値より小さいかどうか、次式（６）の条件によって判断する。なお、（Ｉ_S1Ｉ_S2＋Ｑ_S1Ｑ_S2）と（Ｑ_S1Ｉ_S2−Ｉ_S1Ｑ_S2）とによるテーブルを予め準備してもよい。

キャリア選択部６１５は、シンボル間演算部６１３の演算結果を用いて、連続するシンボル間の位相差がゼロまたはその近傍となるサブキャリアを選択する。ここでは、シンボル間の位相差がπ／４以下となるサブキャリアを選択する。そして、サブキャリアの選択結果を象限毎カウンタ６１６に出力し、選択したサブキャリアとこれに隣接するサブキャリアにおいて共にシンボル間の位相差がπ／４以下となるサブキャリアの数をキャリア間総数として比較部６１７に出力する。ここで、シンボル間演算部６１３及びキャリア選択部６１５が第１選択部としての機能を有する。

キャリア間演算部６１４は、複素共役算出部６３１、１サンプル遅延部６３２、乗算器６３３を有して構成され、隣り合うサブキャリア間の位相差を算出する。すなわち、キャリア間演算部６１４は、複素共役算出部６３１にてあるサブキャリアの複素共役を算出し、１サンプル遅延部６３２にて隣接するサブキャリアを１サンプル期間遅延させ、乗算器６３３にて上記サブキャリアの共役複素表現と隣接するサブキャリアの複素表現とを乗算してこれらの積を求める。この演算結果が周波数軸上で隣り合うサブキャリア間の位相差φｆに相当する値となり、キャリア間演算部６１４から出力される。

ここで、キャリア間演算について詳しく説明する。あるサブキャリア（第１キャリア）ｆ１の複素ベクトルをＣ_f1、その複素座標を（Ｉ_f1，Ｑ_f1）、これに周波数軸上で隣接するサブキャリア（第２キャリア）ｆ２の同一シンボルの複素ベクトルをＣ_f2、その複素座標を（Ｉ_f2，Ｑ_f2）とする。これらの隣接するキャリアｆ１、ｆ２の位相差を求めるために、複素数の割り算を用いると、複素座標ではこれらの商は次式（７）に示すように算出される。

キャリア間の相関の有無を判定するには、上記式（７）の値が所定の範囲にあるかどうかを判断すればよい。

あるいは、次式（８）のように、第１キャリアｆ１の複素表現と、第２キャリアｆ２の共役複素表現との積を用いて、この式（８）の値が所定の範囲にあるかどうかを判断すればよい。

また、隣り合うキャリアｆ１とｆ２の位相差φ_f1f2は、式（８）の実数部と虚数部を用いて、次式（９）のようにして順に求める。

さらに、キャリア間の相関を簡易的に求める方法として、上記式（８）の値を複素平面上で表した信号点の分布が、第Ｉ象限、第II象限、第III象限、第IV象限のうち同じ象限に存在するかどうかによって判断してもよい。隣り合うサブキャリア間の位相差が同一であれば、その位相差を示す位相角は全サブキャリアにおいて同じになるので、式（８）の実数部と虚数部により複素平面上で表現される信号点は、全サブキャリアについて同じ象限に存在することになる。この性質を用いて、複数の隣り合うサブキャリアの組について、サブキャリア間の位相差を示す位相角が同一象限にあるかどうかを判断する。なお、同一象限にあるかどうかを判定する場合、位相角が０、π／２、π、３π／２を中心に分布する場合を考慮し、第Ｉ象限と第II象限、第II象限と第III象限、第III象限と第IV象限、第IV象限と第Ｉ象限のように、同一の隣接する２つの象限内にあるかを判断する。

象限毎カウンタ６１６は、キャリア間演算部６１４の演算結果を用いて、キャリア選択部６１５で選択されたサブキャリアについて、隣り合うサブキャリア間の位相差を示す信号点が複素平面上のどの象限にあるか、前記信号点が位置する象限毎にカウントする。ここで、キャリア間演算部６１４及び象限毎カウンタ６１６が第２選択部としての機能を有する。

比較部６１７は、キャリア判定部としての機能を有するもので、象限毎カウンタ６１６によりカウントされた象限毎のカウント値と、キャリア選択部６１５より出力されるキャリア間総数とを比較し、キャリア間総数に対して特定象限のカウント値が所定割合以上であるかを判定する。ここで、キャリア間総数に対して特定象限のカウント値が所定割合以上である場合は、比較部６１７はキャリア有無判定信号として「キャリア有り」（例えばハイレベル）を出力する。一方、キャリア間総数に対して特定象限のカウント値が所定割合未満である場合は、比較部６１７はキャリア有無判定信号として「キャリア無し」（例えばローレベル）を出力する。

例えば、図７に示したＯＦＤＭ信号ｆ_c1〜ｆ_c10の例において、シンボル間演算の結果からサブキャリアｆ_c1、ｆ_c2、ｆ_c3、ｆ_c4、ｆ_c7、ｆ_c10が選択されたとすると、隣接するサブキャリアの組を作ることができるｆ_c1−ｆ_c2、ｆ_c2−ｆ_c3、ｆ_c3−ｆ_c4の３組を選択し、これら３つのサブキャリアの組についてキャリア間演算を行う。そして、これらのサブキャリア間の位相差が同一象限に存在するかを判定することで、所望信号を搬送するキャリアの有無を判定する。このような処理を行うことによって、キャリア検出の検出精度を向上できる。

次に、上記のように構成された本実施形態に係るキャリア検出器の動作例について説明する。図１５は、本実施形態のキャリア検出器における動作の第１例の処理手順を示すフローチャートである。図１４に示した本実施形態のキャリア検出器は、図３のＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３及びＣＰＵ２１１において、図１５に示したフローチャートの手順を含むソフトウェアプログラムを実行することにより各部の機能が実現される。この際、メモリ２１１に受信信号や各演算処理に関するデータが格納される。もちろん、本実施形態に係るキャリア検出器をハードウェアで構成することも可能である。

キャリア検出器は、まず、変数の初期化処理として、前のシンボルにおけるＦＦＴ結果を示す変数Ｙについて、Ｙ（ｉ）←０を代入して初期化する（ステップＳ１１）。ここで、「ｉ」は個々のキャリアに対応するパラメータである。次いで、受信データの代入処理として、時間軸上の受信データを示す変数ｘについて、ｘ（ｉ）＝受信データとして代入する（ステップＳ１２）。そして、ＦＦＴ演算処理として、周波数軸上の受信データを示す変数Ｘについて、ＦＦＴ部６１１においてＸ＝ＦＦＴ（ｘ）を演算する（ステップＳ１３）。

次に、シンボル間位相差演算処理として、シンボル間位相差を示す変数Ａについて、シンボル間演算部６１３においてＡ＝Ｘ・Ｙ^＊を演算し、シンボル間の位相差を求める（ステップＳ１４）。ここで、「・」は乗算を、「^＊」は複素共役を示す。そして、キャリア選択部６１５において、シンボル間演算部６１３の演算結果に基づき、シンボル間相関の高いサブキャリアを選択するためのキャリア選択を行う（ステップＳ１５）。この際、｜arctan[Ａ(i)]｜＜π／４かつ｜arctan[Ａ(i+1)]｜＜π／４の場合、IC_tone（ｉ）＝１、Ｎｉｃ＝Ｎｉｃ＋１とする。つまり、あるサブキャリアのシンボル間位相差Ａ(i)の絶対値がπ／４未満であり、かつ、その隣のサブキャリアのシンボル間位相差Ａ(i+1)の絶対値がπ／４未満である場合、すなわち隣り合うキャリアにおいてシンボル間位相差Ａの絶対値が共にπ／４未満であれば、キャリア間相関演算の対象として選択し、変数Ｎｉｃを１増分する。ここで、IC_tone（ｉ）は各サブキャリアについてキャリア選択の有無を示す係数であり、Ｎｉｃは選択した隣接サブキャリアの組の数であるキャリア間総数を示す変数である。一方、上記条件を満たさない場合、すなわちシンボル間位相差Ａがπ／４以上である場合は、IC_tone（ｉ）＝０とする。この演算処理を全てのサブキャリアについて実行する。

その後、キャリア間位相差演算処理として、キャリア間位相差を示す変数Ｂについて、キャリア間演算部６１４においてＢ（ｉ）＝Ｘ（ｉ）・Ｘ^＊（ｉ＋１）・IC_tone（ｉ）を演算し、サブキャリア間の位相差を求める（ステップＳ１６）。この際、IC_tone（ｉ）を掛けることで、ステップＳ１５で求めたキャリア選択結果を反映している。これにより、シンボル間演算結果に基づき選択されたサブキャリアについてのみ、隣接するサブキャリア間の位相差が算出される。IC_tone（ｉ）＝０となり選択されなかったサブキャリアについてはＢ（ｉ）＝０となる。

次に、象限毎カウント処理として、象限毎カウンタ６１６において、複素平面上の象限毎にステップＳ１６で求めたキャリア間位相差を示すＢ（ｉ）の数をカウントする（ステップＳ１７）。これにより、隣り合うサブキャリア間の位相差を示す信号点が複素平面上でどの象限に存在するか、該当する象限毎に隣接サブキャリアの組の数がカウントされる。この際、real(Ｂ(i))＞０、すなわちＢ（ｉ）の実数部が正であり、第Ｉ象限または第II象限に存在する場合は、Ｎｒｅｐ＝Ｎｒｅｐ＋１とする。また、real(Ｂ(i))＜０、すなわちＢ（ｉ）の実数部が負であり、第III象限または第IV象限に存在する場合は、Ｎｒｅｎ＝Ｎｒｅｎ＋１とする。また、imag(Ｂ(i))＞０、すなわちＢ（ｉ）の虚数部が正であり、第Ｉ象限または第IV象限に存在する場合は、Ｎｉｍｐ＝Ｎｉｍｐ＋１とする。また、imag(Ｂ(i))＜０、すなわちＢ（ｉ）の虚数部が負であり、第II象限または第III象限に存在する場合は、Ｎｉｍｎ＝Ｎｉｍｎ＋１とする。ここで、Ｎｒｅｐ、Ｎｒｅｎ、Ｎｉｍｐ、Ｎｉｍｎは、それぞれの象限に存在する隣接サブキャリアの組数のカウント値を示す変数である。

そして、カウント最大値算出処理として、象限毎カウンタ６１６においてステップＳ１７で求めた象限毎のカウント値Ｎｒｅｐ、Ｎｒｅｎ、Ｎｉｍｐ、Ｎｉｍｎの最大値を求める（ステップＳ１８）。この際、Ｎｍａｘ＝ＭＡＸ［ＮｒｅｐＮｒｅｎＮｉｍｐＮｉｍｎ］により最大値Ｎｍａｘを算出する。

次に、カウント値比較処理として、比較部６１７においてステップＳ１８で求めたカウント値の最大値Ｎｍａｘが所定値より大きいかどうかを判定する（ステップＳ１９）。この際、Ｎｍａｘ／Ｎｉｃ＞Ｔｈ１かどうか、すなわち象限毎カウント値の最大値をキャリア間総数で割った値が閾値Ｔｈ１より大きいかを判定する。これにより、シンボル間相関の高いサブキャリアの組の総数（Ｎｉｃ）のうち、キャリア間相関の高い隣接サブキャリアの組数（Ｎｍａｘ）が占める割合（Ｎｍａｘ／Ｎｉｃ）が、所定値（Ｔｈ１）以上かどうかを判定できる。閾値Ｔｈ１は、例えば０．７５ぐらいがよい。

ステップＳ１９において、Ｎｍａｘ／Ｎｉｃ＞Ｔｈ１の場合はキャリア有りと判定し（ステップＳ２０）、処理を終了する。一方、Ｎｍａｘ／Ｎｉｃ≦Ｔｈ１の場合は、キャリア無しと判定し、Ｙ＝Ｘとしてその他の変数は初期化し（ステップＳ２１）、ステップＳ１２に戻って次のシンボルに関して同様の処理を繰り返す。

上記手順により、例えば総サブキャリア数の半数以下のサブキャリアしか正常に受信できないような状態であっても、シンボル間相関演算とキャリア間相関演算とを組み合わせて精度の高いキャリア検出を行うことができる。

図１６は、本実施形態のキャリア検出器における動作の第２例の処理手順を示すフローチャートである。第２例は、図１５に示した第１例の変形例であり、ステップＳ１４とＳ１５の間にステップＳ３１のシンボル間演算結果判定処理を追加し、ステップＳ３２のカウント値比較処理の内容をステップＳ１９から変更している。ここでは図１５の第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

ステップＳ１４でシンボル間演算部６１３においてＡ＝Ｘ・Ｙ^＊を演算した後、キャリア選択部６１５において、シンボル間演算部６１３の演算結果をキャリア毎に判定する（ステップＳ３１）。この際、｜arctan[Ａ(i)]｜＜π／４の場合、Ｎｉｓ＝Ｎｉｓ＋１とする。つまり、あるサブキャリアのシンボル間位相差Ａ(i)の絶対値がπ／４未満である場合、シンボル間相関の高いサブキャリアの数である受信キャリア総数を示す変数であるＮｉｓを１増分する。その後、ステップＳ１５でキャリア選択部６１５においてシンボル間演算部６１３の演算結果に基づいてキャリア選択を行い、シンボル間相関の高い隣接サブキャリアの組を選択する。その後のステップＳ１６〜Ｓ１８では図１５に示した第１の実施形態と同様に処理を行う。

ステップＳ１８で象限毎カウンタ６１６において象限毎のカウント値Ｎｒｅｐ、Ｎｒｅｎ、Ｎｉｍｐ、Ｎｉｍｎの最大値を求めた後、カウント値比較処理として、比較部６１７においてステップＳ１８で求めたカウント値の最大値Ｎｍａｘが所定値より大きいかどうかを判定する（ステップＳ３２）。この際、Ｎｍａｘ／Ｎｉｃ＞Ｔｈ１、かつ、Ｎｍａｘ／Ｎｉｓ＞Ｔｈ２かどうかを判定する。すなわち、象限毎カウント値の最大値をキャリア間総数で割った値が第１閾値Ｔｈ１より大きく、かつ、象限毎カウント値の最大値を受信キャリア総数で割った値が第２閾値Ｔｈ２より大きいかを判定する。これにより、キャリア間相関の高いサブキャリアの組数（Ｎｍａｘ）に関して、シンボル間相関の高い隣接サブキャリアの組の総数（Ｎｉｃ）に対して占める割合（Ｎｍａｘ／Ｎｉｃ）が所定値（Ｔｈ１）以上であり、かつ、シンボル間相関の高いサブキャリアの総数（Ｎｉｓ）に対して占める割合（Ｎｍａｘ／Ｎｉｓ）が所定値（Ｔｈ２）以上であるがどうかを判定できる。第１閾値Ｔｈ１は例えば０．７５ぐらい、第２閾値Ｔｈ２は例えば０．５ぐらいがよい。

上記手順により、シンボル間相関が高いと判定されたサブキャリアにおけるキャリア間相関の高いサブキャリアの割合を判定する際、隣接したサブキャリアでシンボル間相関が高いサブキャリアの組の総数と共に、サブキャリア単位でシンボル間相関が高いサブキャリアの総数とを用いて判定することで、シンボル間相関が高いサブキャリアが連続していない場合を識別できる。シンボル間相関が高いと判定されたサブキャリアが連続していない場合は、正常にサブキャリアが受信できていない場合など、シンボル間相関の誤検出が考えられ、このような場合を判定結果から排除できるので、キャリアの誤検出を削減でき、キャリア検出の精度をさらに向上できる。

上述したように、本実施形態では、受信した信号における所望ＯＦＤＭ信号の各キャリアに相当する周波数に関して、ＯＦＤＭ信号における異なる周波数のキャリアの位相が持つ特徴を用いて、シンボル間相関に基づく第１のキャリア選択とキャリア間相関に基づく第２のキャリア選択とを行い、これらの結果から所望ＯＦＤＭ信号のシンボルであるかどうか判断するので、精度の高いキャリア検出を行うことができる。また、キャリア間の相関を求める際に、隣接するキャリア間の位相差を算出して複素平面上で同一象限にあるかどうかを判断することで、簡単かつ高精度にキャリアの有無を判断でき、キャリア判定にかかる処理を高速化できる。したがって、本実施形態によれば、マルチキャリア信号の有無を精度良く短時間に判定することができるようになる。

なお、本発明は上記の実施形態において示されたものに限定されるものではなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

本発明は、マルチキャリア信号の有無を精度良く短時間に判定することが可能となる効果を有し、例えば電力線通信などにおいて、他の通信装置から送信されるＯＦＤＭ信号のシンボルを検出するＯＦＤＭシンボル検出方法、及びこのＯＦＤＭシンボル検出部を備える通信装置等として有用である。

本発明の実施形態に係る電力線通信システムの構成を示す図本実施形態に係るＰＬＣモデムの概観を示す図本実施形態に係るＰＬＣモデムのハードウェア構成の一例を示すブロック図本実施形態に係る通信装置の受信部の入力部の構成を示すブロック図本実施形態の通信装置が取り扱う通信信号のフレーム構成の一例を示す図共存信号を含む通信信号受信時の動作の一例を示すタイムチャートＯＦＤＭ信号の各サブキャリアの配置例を示す図図７に示したＯＦＤＭ信号の各サブキャリアの波形を示す図ＯＦＤＭ信号の各サブキャリア間の位相差を示す図ＯＦＤＭ信号の各サブキャリア間の位相差を示す図ＯＦＤＭ信号の各サブキャリア間の位相差を示す図ＯＦＤＭ信号の各サブキャリアの複素表現を極座標上で示した図図７に示したＯＦＤＭ信号においてノイズ等によりサブキャリアが半数以上正常に受信できない状態を示した図本実施形態に係る通信装置のキャリア検出器の構成を示すブロック図本実施形態のキャリア検出器における動作の第１例の処理手順を示すフローチャート本実施形態のキャリア検出器における動作の第２例の処理手順を示すフローチャート

符号の説明

１００ＰＬＣモデム
１００ＭＰＬＣモデム（親機）
１００Ｔ、１００Ｔ１〜１００ＴＮＰＬＣモデム（子機）
１０１筐体
１０２電源コネクタ
１０３モジュラージャック
１０４切換えスイッチ
１０５表示部
２００回路モジュール２００
２１０メインＩＣ
２１１ＣＰＵ
２１２ＰＬＣ・ＭＡＣブロック
２１３ＰＬＣ・ＰＨＹブロック
２２０ＡＦＥ・ＩＣ
２２１ＤＡ変換器（ＤＡＣ）
２２２ＡＤ変換器（ＡＤＣ）
２２３可変増幅器（ＶＧＡ）
２３０イーサネットＰＨＹ・ＩＣ
２５１ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２５２ドライバＩＣ
２６０バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２７０カプラ
２７１コイルトランス
２７２ａ、２７２ｂカップリング用コンデンサ
３００スイッチング電源
４００電源プラグ
５００コンセント
６００電源ケーブル
９００電力線
４５１ＡＧＣ回路
４５３ＡＤ変換器
４５５キャリア検出器
４５７シンボル同期回路
４５９レベル判定器
５１１プリアンブル
５１２同期シンボル
５１３ヘッダ
５１４ペイロード
５１５ポストアンブル
５１６共存信号
６１１ＦＦＴ部
６１２位相逆回転部
６１３シンボル間演算部
６１４キャリア間演算部
６１５キャリア選択部
６１６象限毎カウンタ
６１７比較部
６２１複素共役部
６２２１シンボル遅延部
６２３乗算器
６３１複素共役部
６３２１サンプル遅延部
６３３乗算器

Claims

他の通信装置から送信される複数のキャリアから構成されるＯＦＤＭ信号のシンボル検出方法であって、
所望ＯＦＤＭ信号のうち受信した信号の各キャリアの中で、時間軸上で隣接するシンボルの位相差が所定の値より小さい第１キャリアを選択する第１選択ステップと、
前記選択した第１キャリアの中で、他のキャリアとの間で所望ＯＦＤＭ信号の所定の関係の位相を有する第２キャリアを選択する第２選択ステップと、
前記第１キャリア及び前記第２キャリアの選択結果に基づいて、前記受信した信号が前記他の通信装置から送信された所望ＯＦＤＭ信号のシンボルかどうか判断するキャリア判定ステップと、
を含むＯＦＤＭシンボル検出方法。
請求項１に記載のシンボル検出方法であって、
前記第２選択ステップにおいて、前記所定の関係の位相として、基本キャリアの位相と当該キャリアの次数とに基づき、キャリアの次数がＮの場合に、（基本キャリアの位相×Ｎ）の位相を備えるキャリアを第２キャリアとして選択するＯＦＤＭシンボル検出方法。
請求項１に記載のシンボル検出方法であって、
前記第２選択ステップにおいて、前記所定の関係の位相として、隣接するキャリアとの位相差が基本キャリアの位相に基づく位相であるキャリアを第２キャリアとして選択するＯＦＤＭシンボル検出方法。
請求項３に記載のシンボル検出方法であって、
前記第２選択ステップにおいて、前記隣接するキャリアの位相差を示す複素座標が同一の象限にあるキャリアを第２キャリアとして選択するＯＦＤＭシンボル検出方法。
請求項１に記載のシンボル検出方法であって、
前記キャリア判定ステップにおいて、前記第１キャリアの数に対する前記第２キャリアの数が所定割合以上の場合に所望ＯＦＤＭ信号のシンボルであると判断するＯＦＤＭシンボル検出方法。
請求項５に記載のシンボル検出方法であって、
前記第１選択ステップにおいて、当該キャリアとこれに隣接するキャリアにおいて共に時間軸上で隣接するシンボルの位相差が所定の値より小さいキャリアの数をキャリア間総数として検出し、
前記キャリア判定ステップにおいて、前記キャリア間総数に対する前記第２キャリアの数の割合が所定の閾値以上の場合に所望ＯＦＤＭ信号のシンボルであると判断するＯＦＤＭシンボル検出方法。
請求項５に記載のシンボル検出方法であって、
前記第１選択ステップにおいて、時間軸上で隣接するシンボルの位相差が所定の値より小さい単独のキャリアの数を受信キャリア総数として検出するとともに、当該キャリアとこれに隣接するキャリアにおいて共に時間軸上で隣接するシンボルの位相差が所定の値より小さいキャリアの数をキャリア間総数として検出し、
前記キャリア判定ステップにおいて、前記キャリア間総数に対する前記第２キャリアの数の割合が所定の第１閾値以上であり、かつ、前記受信キャリア総数に対する前記第２キャリアの数の割合が所定の第２閾値以上である場合に所望ＯＦＤＭ信号のシンボルであると判断するＯＦＤＭシンボル検出方法。
請求項１に記載のシンボル検出方法であって、
前記受信した信号は、パケットのプリアンブルであるＯＦＤＭシンボル検出方法。
請求項１に記載のシンボル検出方法であって、
前記受信した信号は、パケットのポストアンブルであるＯＦＤＭシンボル検出方法。
請求項１に記載のシンボル検出方法であって、
前記受信した信号は、他の装置が送信する共存信号であるＯＦＤＭシンボル検出方法。
他の通信装置から送信されるＯＦＤＭ信号を受信する受信部と、
前記受信部で受信した信号においてＯＦＤＭ信号のシンボルを検出することによりキャリア検出を行うキャリア検出器とを備える通信装置であって、
前記キャリア検出器は、
所望ＯＦＤＭ信号のうち受信した信号の各キャリアの中で、時間軸上で隣接するシンボルの位相差が所定の値より小さい第１キャリアを選択する第１選択部と、
前記選択した第１キャリアの中で、他のキャリアとの間で所望ＯＦＤＭ信号の所定の関係の位相を有する第２キャリアを選択する第２選択部と、
前記第１キャリア及び前記第２キャリアの選択結果に基づいて、前記受信した信号が前記他の通信装置から送信された所望ＯＦＤＭ信号のシンボルかどうか判断するキャリア判定部と、
を有する通信装置。
通信媒体とのインタフェースを行うカプラを介して他の通信装置から送信されるＯＦＤＭ信号を受信する受信部と、
前記受信部で受信した信号においてＯＦＤＭ信号のシンボルを検出することによりキャリア検出を行うキャリア検出器とを備える集積回路であって、
前記キャリア検出器は、
所望ＯＦＤＭ信号のうち受信した信号の各キャリアの中で、時間軸上で隣接するシンボルの位相差が所定の値より小さい第１キャリアを選択する第１選択部と、
前記選択した第１キャリアの中で、他のキャリアとの間で所望ＯＦＤＭ信号の所定の関係の位相を有する第２キャリアを選択する第２選択部と、
前記第１キャリア及び前記第２キャリアの選択結果に基づいて、前記受信した信号が前記他の通信装置から送信された所望ＯＦＤＭ信号のシンボルかどうか判断するキャリア判定部と、
を有する集積回路。
通信媒体とのインタフェースを行うカプラと、
前記カプラを介して他の通信装置から送信されるＯＦＤＭ信号を受信する受信部と、
前記受信部で受信した信号においてＯＦＤＭ信号のシンボルを検出することによりキャリア検出を行うキャリア検出器とを備える回路モジュールであって、
前記キャリア検出器は、
所望ＯＦＤＭ信号のうち受信した信号の各キャリアの中で、時間軸上で隣接するシンボルの位相差が所定の値より小さい第１キャリアを選択する第１選択部と、
前記選択した第１キャリアの中で、他のキャリアとの間で所望ＯＦＤＭ信号の所定の関係の位相を有する第２キャリアを選択する第２選択部と、
前記第１キャリア及び前記第２キャリアの選択結果に基づいて、前記受信した信号が前記他の通信装置から送信された所望ＯＦＤＭ信号のシンボルかどうか判断するキャリア判定部と、
を有する回路モジュール。