JP2015012364A - Communication device - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態は、電力線を用いて通信可能な通信装置に関する。 The present embodiment relates to a communication device capable of communicating using a power line.
電力系統の高機能化、高効率化や太陽光発電や蓄電池などの分散型電源の電力系統への導入を目的とした技術開発が活発に進められている。電力系統の高効率化のためには、状態把握や制御の高度化が必要であり、通信技術は、必要不可欠な技術であると考えられている。電力系統に向けられた通信技術として、無線通信や電力線搬送通信について検討が行われている。これに伴って、より効率的に詳細な状態の把握や制御を行うために多数のセンサ情報を収集するためのセンサネットワーク技術の開発が進められている。センサネットワークの利用例として環境や生態系のモニタリングなどが挙げられる。 Technological development for the purpose of increasing the functionality and efficiency of power systems and introducing distributed power sources such as solar power generation and storage batteries into power systems is actively underway. In order to increase the efficiency of the electric power system, it is necessary to grasp the state and improve the control, and communication technology is considered to be an indispensable technology. Wireless communication and power line carrier communication are being studied as communication technologies for power systems. Along with this, development of sensor network technology for collecting a large amount of sensor information in order to grasp and control a detailed state more efficiently has been advanced. Examples of sensor network use include environmental and ecosystem monitoring.
また環境のモニタリングに関連して、東日本大震災以降、いかに地震などの自然災害の被害を低減するかが重要なテーマとなっている。地震予知については、これまでに様々な研究が行われており、地震発生に際して、前兆的に起こる事象として電磁波の放射があることが分かっている。そのため、この電磁波を検出することによる地震予知について検討が進められている。 In relation to environmental monitoring, how to reduce damage from natural disasters such as earthquakes has become an important theme since the Great East Japan Earthquake. Various studies have been conducted on earthquake prediction so far, and it is known that electromagnetic radiation is a predictive event when an earthquake occurs. Therefore, studies on earthquake prediction by detecting this electromagnetic wave are underway.
しかしながら、地震発生に伴う電磁波の検出には、アンテナ、信号処理ユニットなどを備えた特別な観測装置が用いられている。地震発生の推定精度向上や地震発生位置の推定を行うためには、電磁波を検出するための観測装置を広範囲に配置し、この電磁波の観測を常時行う必要があるが、これは、電力やコストなどの点で困難である。 However, a special observation device equipped with an antenna, a signal processing unit, and the like is used to detect electromagnetic waves accompanying an earthquake. In order to improve the estimation accuracy of earthquake occurrence and estimate the location of earthquake occurrence, it is necessary to arrange observation devices for detecting electromagnetic waves over a wide area and to observe these electromagnetic waves constantly. This is difficult.
ここで、配電系統の高効率化を目的として、電力量計に通信機能を付与したスマートメータの家庭への導入が進展している。これは、電力使用量などをスマートメータに搭載された通信機能によりセンター装置で収集し、送配電の高効率化などを図ろうとするものである。スマートメータに観測装置の機能を付与することが可能であれば、地震発生に起因して前兆的に放射される電磁波を検出するためのシステムを広範囲に配置することができる。しかしながら、スマートメータに観測装置の機能としてのアンテナや信号処理回路などの本来、不要である要素を組み込むことは、スマートメータのサイズやコストの増加を招くため好ましくない。 Here, for the purpose of improving the efficiency of the power distribution system, introduction of smart meters in which a communication function is added to a watt-hour meter has been progressing. This is intended to collect power consumption and other information with a central device using a communication function installed in a smart meter, and to improve the efficiency of power transmission and distribution. If it is possible to give the function of an observation device to a smart meter, a system for detecting electromagnetic waves radiated in advance due to the occurrence of an earthquake can be widely arranged. However, incorporating elements that are essentially unnecessary, such as an antenna and a signal processing circuit as a function of the observation device, into the smart meter is not preferable because it increases the size and cost of the smart meter.
そこで本発明の目的は、対象周波数の信号を観測する通信装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a communication device that observes a signal of a target frequency.
実施形態によれば、通信装置は、電力線を用いて外部装置と通信を行う。通信装置は、第1の記憶手段と、受信手段と、演算手段と、第2の記憶手段と、を備える。前記第2の記憶手段は、観測対象の周波数の情報を記憶する。前記受信手段は、前記電力線から、前記電力線の電気信号を受信する。前記演算手段は、前記電気信号の電気特性の周波数特性を演算し、前記観測対象の周波数における物理量を演算する。前記第2の記憶手段は、前記信号強度の情報を記憶する。 According to the embodiment, the communication device communicates with an external device using a power line. The communication apparatus includes a first storage unit, a reception unit, a calculation unit, and a second storage unit. The second storage means stores information on the frequency to be observed. The receiving means receives an electric signal of the power line from the power line. The calculation means calculates a frequency characteristic of an electric characteristic of the electric signal and calculates a physical quantity at the frequency to be observed. The second storage means stores the signal strength information.
以下、本実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図1は、本実施形態に係る通信装置10の一例となる構成を示すブロック図である。通信装置10は、電力を伝送する一対の電力線104と接続される。通信装置10は、電力線104を用いて、電力線搬送通信(Power Line Communication、以下、PLC と略す)により、電力線104に接続された外部装置(例えば、通信装置10と同様の機能を備える他の通信装置)と通信する機能を備える。通信装置10は、電力線104に情報信号を重畳することで電力線搬送通信を行う。電力線104は、電力線搬送通信に用いられ伝送路として機能するだけでなく、放送波信号や地震発生に起因して前兆的に放射される電磁波を受信するアンテナとしても機能する。電力線104は、例えば、電線、引き込み線、電灯線など、電力を伝送するケーブルであればよく、限定されない。通信装置10は、通信装置10が設置された需要家の電力使用量を自動計測する計測機能を有するスマートメータと接続されている。なお、通信装置10は、上記計測機能を別個の要素ではなく、同一要素内に備えるスマートメータであってもよい。
Hereinafter, the present embodiment will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration as an example of the
通信装置10 は、結合部100、信号受信部101、信号送信部102、制御部103 を備える。
結合部100は、信号受信部101及び信号送信部102を、電力線104 と接続する。結合部100は、電力線104 によって電力が伝送される伝送周波数(例えば、50Hz)では高いインピーダンスを有する。そのため、結合部100は、電力が通信装置10側へ流れることを防止する。一方、結合部100 は、通信に用いる通信周波数(例えば、10kHz〜450kHz)では低いインピーダンスを有する。つまり、結合部100では、伝送周波数より高い特定の周波数におけるインピーダンスは、伝送周波数におけるインピーダンスよりも低い。
信号受信部(受信手段)101は、外部装置から電力線104を介して通信装置10へ送られてくる信号を受信し、処理する。さらに、信号受信部101は、電力線104から、電力線104を流れる電気信号の電気特性(例えば、電圧など)を受信し、処理する。信号受信部101の詳細な構成については後述する。
信号送信部(送信手段)102は、通信装置10から電力線104を介して外部装置へ送信する信号を処理し、処理後の信号を外部機器へ送信する。信号送信部102の詳細な構成については後述する。
制御部103は、通信装置10の動作を制御する。制御部103の詳細な構成については後述する。
図2は、信号受信部101の一例となる詳細な構成を示すブロック図である。信号受信部101は、制御部103から結合部101 へ向かう順にA(analog)/D(digital) 変換部201と、受信信号調整部202とを備える。A/D変換部201 は、アナログ信号をデジタル信号へ変換する手段である。受信信号調整部202は、受信増幅器部203と、受信フィルタ部204とを備える。受信増幅器部203は、A/D 変換部201を用いてアナログ信号をデジタル信号へ変換する際に、できる限り信号に含まれる情報の欠損が少なくなるように信号の強度を調整する手段である。受信フィルタ部204は、電力線搬送通信に用いる周波数(または周波数帯、周波数帯域)、観測対象の周波数以外の周波数の信号を減衰させる手段である。観測対象の周波数は、例えば、地震発生に起因して信号強度が変動する放送波(例えばAM/FM放送など送信局からの放送波の信号)の周波数または地震発生に起因して前兆的に放射される電磁波(例えば、圧電効果、岩石の破壊、界面動電現象などのうちの少なくともいずれか1つにより生じる電磁波)の周波数である。本実施形態では、このような観測対象の周波数の信号を観測対象の電磁気信号というものとする。つまり、受信フィルタ部(抽出手段)204は、電力線搬送通信に用いる通信信号及び観測対象の電磁気信号を抽出する。
The
The
The signal reception unit (reception unit) 101 receives and processes a signal sent from the external device to the
The signal transmission unit (transmission unit) 102 processes a signal transmitted from the
The
FIG. 2 is a block diagram illustrating a detailed configuration as an example of the
図3は、信号送信部102の一例となる詳細な構成を示すブロック図である。信号送信部102は、制御部103から結合部100へ向かう順にD/A変換部301と、送信信号調整部302とを備える。D/A変換部301は、デジタルの通信信号をアナログの信号へ変換する手段である。送信信号調整部302は、送信増幅器部303と、送信フィルタ部304とを備える。送信増幅器部303は、電力線104 を用いて通信信号を伝送できるように、信号強度を調整し、電力線104に電流を供給する手段である。送信フィルタ部304 は、D/A変換部301の処理または送信増幅器部303の処理によって発生するノイズを減衰させる手段である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a detailed configuration as an example of the
図4は、制御部103の一例となる詳細な構成を示すブロック図である。制御部103は、例えば、フラッシュメモリやEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)などの記憶領域を持つマイクロコントローラを用いることができる。制御部103は、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)、PLD(Programmable Logic Device)などによっても構成可能である。制御部103は、計算プロセッサ部401と、周波数情報保持部402と、信号強度算出部403と、演算結果保持部404と、クロック部405とを備える。
計算プロセッサ部401は、数値演算や制御のための演算を行う手段である。計算プロセッサ部401は、マイクロコントローラにおける演算部である。制御部103がFPGAやPLDで構成されている場合は、計算プロセッサ部401は、マイクロコントローラ同様の演算部と同様の回路として実装される。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a detailed configuration as an example of the
The
周波数情報保持部(記憶手段)402は、観測対象の電磁気信号の周波数情報を記憶する手段である。周波数情報保持部402は、フラッシュメモリやEEPROMを用いることができる。
The frequency information holding unit (storage unit) 402 is a unit that stores frequency information of an electromagnetic signal to be observed. The frequency
信号強度算出部(演算手段)403は、信号受信部101が電力線104から取得した電気特性の周波数特性を演算する手段である。さらに、信号強度算出部403は、周波数情報保持部402に記憶された観測対象の電磁気信号の周波数における物理量を演算する手段である。信号強度算出部403が演算する物理量は、例えば、観測対象の電磁気信号の周波数における信号強度(電気的信号強度ともいう)や位相などである。なお、本明細書では、一例として、信号強度算出部403が周波数特性として信号強度を演算する例について説明する。信号強度算出部403は、高速フーリエ変換を用いて演算できる。
The signal strength calculation unit (calculation unit) 403 is a unit that calculates the frequency characteristic of the electrical characteristic acquired by the
演算結果保持部(記憶手段)404は、信号強度算出部403での演算結果を記憶する手段である。演算結果は、例えば、観測対象の電磁気信号の周波数における物理量そのもの、または、ある基準値からの変化量の情報である。演算結果保持部404は、フラッシュメモリやEEPROMを用いることができる。なお、周波数情報保持部402と演算結果保持部404は、同一の回路素子の異なるデータ領域とすることもできるし、異なる回路素子とすることも可能である。
The calculation result holding unit (storage unit) 404 is a unit that stores the calculation result of the signal
クロック部405は、時刻を計時する手段である。制御部103は、クロック部405により、現在時刻を認識できる。クロック部405は、RTC(Real Time Clock)などを用いることができる。つまり、演算結果保持部404は、信号強度算出部403での演算結果(物理量の情報)と、信号強度算出部403が観測対象の電磁気信号の周波数における物理量を演算した時刻とを対応付けて記憶することができる。
The
次に、通信装置10の作用について説明する。図5は、通信装置10の動作を示すフローチャートである。なお、通信装置10は、電力線104に接続されており、電力線104から電気信号を取得することが可能な状態であるとする。
Next, the operation of the
信号受信部101は、電力線104の電気特性を取得する(ステップS11)。ステップS11では、信号受信部101は、電力線104から、電力線104を流れる電力信号を受信し、電力信号から電気特性を取得する。以下では、電気特性を電圧として説明する。
The
次に、計算プロセッサ部401は、周波数情報保持部402に観測対象の電磁気信号の周波数情報が保存されているか否かを判断する(ステップS12)。なお、周波数情報は、可変である。周波数情報は、初期設定されていても、電力搬送通信で外部装置から送信される情報に基づいて書き換え可能であってもよい。
Next, the
周波数情報保持部402に周波数情報が保存されていない場合(ステップS12、No)、計算プロセッサ401は、通常の通信動作を実行するように制御する(ステップS16)。通常の通信動作とは、例えば、電力使用量などの情報を電力搬送通信により外部装置へ送信する動作である。
When the frequency information is not stored in the frequency information holding unit 402 (step S12, No), the
周波数情報保持部402に周波数情報が保存されている場合(ステップS12、Yes)、信号強度算出部403は、信号受信部101で取得した電圧の周波数特性を演算する(ステップS13)。ステップS13では、信号強度算出部403は、電気信号の電気特性の周波数特性を演算し、観測対象の周波数における物理量を演算する。つまり、通信装置10は、観測対象の電磁気信号の周波数における物理量そのもの、または、ある基準値からの変化量を計測する。この際、受信フィルタ部204は、電気信号から、観測対象の電磁気信号を抽出するように機能している。次に、計算プロセッサ部401は、通常の通信動作を実行するように制御する(ステップS14)。
When the frequency information is stored in the frequency information holding unit 402 (step S12, Yes), the signal
次に、制御部10は、ステップS13での信号強度算出部403による上述の演算結果を演算結果保持部404 に保存する(ステップS15)。その後、信号送信部102は、電力線104を用いて外部装置へ演算結果の情報を送信するようにしてもよい。この場合、外部装置は、演算結果を地震発生の推定に用いることができる。地震発生の推定の一例については、図6を用いて後述する。なお、通信装置10は、外部装置へ演算結果を送信することなく、自装置で演算結果を用いて地震発生を推定してもよい。通信装置10は、推定結果に応じて、自装置で警報を鳴動させる、または、電力線104を用いて外部装置へ警報情報を送信するようにしてもよい。なお、通信装置10による観測対象の周波数における物理量の演算は、ステップS14における通常の通信動作とは無関係に任意のタイミングで実行されてもよい。
Next, the
次に、地震発生の推定の一例について説明する。図6は、図5のステップS13で演算された周波数特性を示す模式図である。横軸は、周波数、縦軸は、信号強度(電界強度)を示している。ここでは、放送波信号の周波数特性を例として説明する。なお、放送波信号の周波数は、電力線搬送通信に用いられる通信信号の周波数よりも低いものとする。 Next, an example of estimating the occurrence of an earthquake will be described. FIG. 6 is a schematic diagram showing the frequency characteristics calculated in step S13 of FIG. The horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents signal strength (electric field strength). Here, the frequency characteristics of the broadcast wave signal will be described as an example. It is assumed that the frequency of the broadcast wave signal is lower than the frequency of the communication signal used for power line carrier communication.
実線のグラフは、通常時の放送波信号の周波数特性を示している。通常時とは、放送波信号が地震発生以前に生じる電離層の擾乱の影響を受けていない時である。点線のグラフは、地震発生以前に生じる電離層の擾乱の影響を受けた放送波信号の周波数特性を示している。電離層の擾乱の影響を受けた放送波信号の信号強度は、通常時の放送波信号の信号強度よりも低い。つまり、地震発生以前に生じる電離層の擾乱は、放送波信号の伝搬に影響を与え、放送波信号の信号強度を変動させる。 The solid line graph shows the frequency characteristics of the broadcast wave signal at the normal time. The normal time is when the broadcast wave signal is not affected by ionospheric disturbances that occur before the earthquake. The dotted line graph shows the frequency characteristics of broadcast wave signals affected by ionospheric disturbances before the earthquake. The signal strength of the broadcast wave signal affected by the ionospheric disturbance is lower than the signal strength of the broadcast wave signal at the normal time. In other words, ionospheric disturbances that occur before the occurrence of an earthquake affect the propagation of broadcast wave signals and fluctuate the signal strength of broadcast wave signals.
なお、電離層の擾乱の影響を受けた放送波信号の信号強度は、通常時の放送波信号の信号強度よりも高くなる場合もありうる。放送波信号の周波数は、電力線搬送通信に用いられる通信信号の周波数よりも高い場合もありうる。放送波信号の周波数は、電力線搬送通信に用いられる通信信号の周波数と重複する場合もありうる。この場合、制御部103は、電力線104で通信信号が伝送されていないことを確認した後に、ステップS13のような信号強度算出部403による電気特性の周波数特性の演算を実行するようにしてもよい。図6では、放送波信号の周波数特性を例として説明したが、他の観測対象の電磁気信号についても同様である。つまり、電磁気信号の変化は、電離層の擾乱によって生じる放送波の信号強度の変化であるだけでなく、圧電効果、岩石の破壊、界面動電現象などのうちの少なくともいずれか1つにより生じる電磁波の信号強度の変化であってもよい。
Note that the signal strength of the broadcast wave signal affected by the ionospheric disturbance may be higher than the signal strength of the broadcast wave signal at the normal time. The frequency of the broadcast wave signal may be higher than the frequency of the communication signal used for power line carrier communication. The frequency of the broadcast wave signal may overlap with the frequency of the communication signal used for power line carrier communication. In this case, after confirming that the communication signal is not transmitted through the
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態に係る通信装置10は、電力線104を、観測対象の電磁気信号を受信するアンテナとして用いることにより、観測対象の電磁気信号を観測し、データを取得することが可能となる。通信装置10は、観測対象の電磁気信号を観測する際に必要となるアンテナや特別な信号処理回路を追加することなく、ソフトウェアを変更するだけで、観測対象の電磁気信号の観測装置として機能することが可能となる。通信装置10は、スマートメータとして、または、スマートメータと共に広範囲に複数設置することができるため、地震発生の推定精度の向上や、地震発生位置の推定に利用することが可能となる。
Next, the effect of this embodiment will be described. By using the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…通信装置、100…結合部、101…信号受信部、102…信号送信部、103…制御部、104…電力線、201…A/D 変換部、202…受信信号調整部、203…受信増幅器部、204…受信フィルタ部、301…D/A 変換部、302…送信信号調整部、303…送信増幅器部、304…送信フィルタ部、401…計算プロセッサ部、402…周波数情報保持部、403…信号強度算出部、404…演算結果保持部、405…クロック部。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
観測対象の周波数の情報を記憶する第1の記憶手段と、
前記電力線から、前記電力線の電気特性を受信する受信手段と、
前記電気特性の周波数特性を演算し、前記観測対象の周波数における物理量を演算する演算手段と、
前記物理量の情報を記憶する第2の記憶手段と、
を備える、通信装置。 In a communication device that communicates with an external device using a power line,
First storage means for storing information on the frequency to be observed;
Receiving means for receiving electrical characteristics of the power line from the power line;
A computing means for computing a frequency characteristic of the electrical characteristic and computing a physical quantity at the frequency to be observed;
Second storage means for storing the physical quantity information;
A communication device comprising:
前記第2の記憶手段は、前記物理量の情報と、前記演算手段が前記物理量を演算した時刻とを対応付けて記憶する、
請求項1記載の通信装置。 It further includes a clock unit that measures time,
The second storage means stores the information on the physical quantity in association with the time when the calculating means calculates the physical quantity.
The communication apparatus according to claim 1.
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