JP2017041888A - スペクトル拡散タイミング基準信号 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡単、かつ、より経済的な、電力線を介して通信する消費電力監視ネットワークを提供する。
【解決手段】第１の装置は、別の装置からスペクトル拡散タイミング基準信号を受信し、受信された基準信号の符号−位相を検出し、検出された符号−位相と相対的に定義されたタイミングでデータを他の装置に送信するように構成される。マスタ装置は、１台以上の他の装置によって送信されたデータを受信するマスタ装置であって、スペクトル拡散タイミング基準信号を生成し、１台以上の他の装置に送信するように構成される。電力線通信ネットワーク２２は、マスタ装置と、１以上の上記の第１の装置を備えるものとして構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電化製品の消費電力を監視する方法および装置に関する。より詳しくは、本発明は、監視装置と、監視装置から測定量を集める関連したマスタ装置との分散型配置に関する。

個別の電気電化製品の消費電力を監視し、電力またはエネルギー測定量を集中型監視局に送信することが知られている。このようなシステムは、居住用または商業用家屋で使用可能であり、ユーザがどの装置が、どれだけ、そして、いつ電力を消費しているかを発見することを可能にする。計量目的または他の分析のため、測定量を電力供給業者に配信することも可能である。

監視市場を対象にする既存の機器の大多数は、測定装置と集中型（「マスタ」）アグリゲータとの間で無線通信を使用する。しかし、この目的のため、電力線通信を使用することも提案されている。たとえば、ホームプラグ・パワーライン・アライアンス（ＨｏｍｅＰｌｕｇ Ｐｏｗｅｒｌｉｎｅ Ａｌｌｉａｎｃｅ）は、通信プロトコルがスマートグリッド／スマートエネルギーアプリケーションのため標準化されることを提案している。これは、既存の電力線通信テクノロジーを使用することになるので、この通信プロトコルの仕様は、ＩＥＥＥ Ｐ１９０１標準の概要になるであろう。これは、電力線ネットワークを介する広帯域（高速）通信の設備のための世界的な標準である。

本発明者らは、無線による解決手法は、限定された通信範囲、干渉、および、著しいノードコストで損害を受けることを認識している。本発明者らは、既存の高速電力線データ通信テクノロジーに基づく電力監視システムは、送信されることになる測定量のサイズが小さく、かつ、比較的低い頻度（たとえば、毎秒１回ずつ）で送信できるので、不必要に複雑であることもまた認識している。その結果、発明者らは、より簡単かつより経済的な電力線ベースシステムの必要性を確認した。

それ故に、別の装置からスペクトル拡散タイミング基準信号を受信し、受信された基準信号の符号−位相を検出し、検出された符号−位相と相対的に定義されたタイミングでデータを他の装置に送信するために適合した装置が提供される。

この装置の１つの有利な使用は、消費電力監視ネットワークにおいて、電力線を介して通信する監視装置の形である。

第１の発明概念の第１の態様によれば、電化製品によって消費された電力の測定量を得る消費電力監視装置であって、
商用電源電気回路に接続可能であり、この回路を介して測定量をマスタ装置に送信するために動作可能であり、
マスタ装置からスペクトル拡散タイミング基準信号を受信し、
受信された基準信号の符号−位相を検出し、
検出された符号−位相と相対的に定義されたタイミングで測定量をマスタ装置に送信するために適合している消費電力監視装置が提供される。

このアプリケーションのため従来の電力線技術を使用するとき、効率の悪さの最も重大な原因の１つは、マスタコントローラ装置と（多数かもしれない）監視ノードとの間の通信をセットアップすることにかかわるオーバーヘッドである。広帯域通信において通常見られる高データレートにおいて、オーバーヘッドは、複雑なアプリケーションを支援することが必要であり、しかも全データ帯域幅と比較して無視できる。

本システムでは、スペクトル拡散タイミング基準信号は、ネットワーク内のすべての監視装置をマスタ装置のクロックに同期化するため使用される。個別の装置は、その後、この中央基準と相対的に、指定されたタイミングでこれらの測定量を送信することができる。スペクトル拡散基準信号は、非常に正確なタイミング回復を可能にすると共に、同時に電力線環境において遭遇する干渉のタイプに頑強性がある。電力線通信では、（ＲＦ通信で見られる）フェージングの問題は、通常は非常に小さい。チャネルへの変更は、配線アーキテクチャの主な変更だけによって引き起こされる傾向があるので、通信チャネルが確立されると、この通信チャネルは、信頼できる状態をおおよそ維持することになる。しかし、商用電源線通信は、一般に広帯域かつ短持続時間であり、負荷のスイッチング（インパルス雑音）によって引き起こされる大きな干渉源の損害を被る。調理電化製品およびコーヒーメーカーのような電化製品は、家庭環境において、このタイプの干渉を生じる主な原因の一部であることが明らかになった。スペクトル拡散基準信号の使用は、監視ネットワークがこのタイプのバースト性、インパルス性の干渉におおむね影響を受けないことを可能にする。その結果、短期間広帯域雑音バーストの存在下で頑強性を維持する通信プロトコルがあることが望ましい。

ここで、「スペクトル拡散」は、少なくとも擬似ランダム拡散符号（または「チッピング符号」）系列によって変調される信号を指す。これらの信号は、ＲＦ通信のような他の技術分野、たとえば、ＧＰＳ衛星測位および第３世代移動体通信（たとえば、ＣＤＭＡ）のようなアプリケーションにおいて他の目的のため使用されている。本アプリケーションでは、チッピング符号の位相は、タイミング基準として回復され、使用され得る。このようにして、ネットワーク内のすべての装置は、同じタイミングを共有し、そして、データメッセージが送出されたときの複雑なタイミング回復、または、一斉に送信することを希望する装置間の複雑な調整の必要性がない。たとえば、装置がタイミング基準信号を回復すると、監視装置は、送信許可を要求する必要がない。

基準信号のタイミングに従って監視装置の送信のタイミングを合わせるのに加えて、監視装置は、スペクトル拡散基準信号の周波数によりよく一致するようにこの監視装置の内部クロックまたは局部発振器の周波数を調整する。

好ましくは、スペクトル拡散基準信号は、同期化シンボルによって周期的に変調され、監視装置は、同期化信号を検出することによって粗いタイミングを決定するために適合している。

典型的に、チッピング符号は、所定の送信フレーム内で複数回繰り返される。これは、符号を短くすることが可能であり、符号の検出をより高速にすることを意味する。しかし、この場合、符号−位相の検出は、細かいタイミングを提供するが、受信機は、送信フレーム内の符号のどの繰り返しが検出されたか分からないので、粗いタイミングの曖昧さを残す。これは、たとえば、個々の送信フレーム内の第１のシンボルとして同期化シンボルを提供することにより解決され得る。

消費電力監視装置は、好ましくは、符号−位相を検出する時間ドメイン相関器を備える。

監視装置のコストは、別個の装置が着目している個々の電化製品または（たとえば、延長リード線を共有している）電化製品のグループを監視するのに必要とされるので、できる限り低く抑えることが望ましい。符号−位相を検出するために時間ドメイン検出器を使用することは、装置を簡素化し、その結果、装置のコストを削減するために役立つ。

監視装置は、好ましくは、データメッセージによって変調された拡散符号を含むアップストリーム信号をマスタ装置に送信するために適合し、このデータメッセージは、電力測定量と、アップストリーム信号が送信される送信時間間隔と、および／または、基準信号の検出された符号−位相と相対的に定義された拡散符号の送信符号−位相とを含む。

固有の時間間隔を選択することにより、監視装置は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）システムを実施することができる。代替的または付加的に、監視装置は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式を動かすことが可能であり、様々な装置の送信は、低い相互相関を有する符号を拡散することにより変調される。再度、監視装置の複雑さを最小限に抑えるために、監視装置全部が同じ単一の所定の拡散符号を使用することが好ましい。その結果、低い相互相関は、１台ずつの個別の監視装置において異なる位相でこの単一の共有拡散符号を使用することにより達成される。このことは、監視装置全部がマスタコントローラ／アグリゲータによって提供された同じ正確なグローバルタイミング基準を共有することになるので、可能である。

監視装置は、好ましくは、マスタ装置から受信されたスペクトル拡散タイミング基準信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域でアップストリーム信号を送信するためにさらに適合している。

これは、通信リンクの近端で送信された強い信号が遠端からの遙かに弱い信号の受信と干渉する「遠近」問題を回避するために役立つことがある。たとえば、遠近問題に起因して、受信された信号の信号レベルが監視装置自体によって送信されたアップストリーム信号の電力より比較的低いので、監視装置は、タイミング基準信号との同期化の検出または維持が困難になることがある。同様に、マスタ／アグリゲータ装置において、タイミング基準信号の（近端）送信は、（遠端）遠隔監視装置からのアップストリーム信号の受信と干渉することがある。アップストリーム通信とダウンストリーム通信とのため異なる周波数帯域を使用することにより、反対端からのスペクトル拡散信号は、互いに干渉しなくなる。このように、システムは、前述のＴＤＭＡおよび／またはＣＤＭＡ技術に加えて、周波数分割多重（ＦＤＭ）の使用による利益を受けることができる。

監視装置は、所望により、監視装置がマスタ装置とのネゴシエーションのため予約された第１の所定の時間間隔および／または符号−位相を使用して、アップストリーム信号を送信し、マスタ装置から、第２の異なる時間間隔および／または符号−位相を割り当てる構成情報を受信するために適合している構成モードと、監視装置が割り当てられた第２の時間間隔および／または符号−位相を使用してアップストリーム信号を送信するために適合している通常モードと、を有している。

このようにして、個々の監視ノードが商用電源ネットワークに最初に接続されるとき、監視装置は、固定され、予め配置された時間スロットおよび／または符号−位相内でマスタ（集積）装置をポーリングすることになる。マスタ装置は、他の時間および／または符号−位相スロットのうちの１つを新たに接続された装置に割り当てることになり、この構成情報を監視装置に返信することになる。構成情報は、好ましくは、スペクトル拡散タイミング基準信号に変調されて送信されることがある。一旦構成されると、監視装置は、マスタ装置との通信のため、この監視装置の固有に割り当てられた時間スロットおよび／または符号位相を使用することになる。

１台以上の他の装置から送信されたデータを受信する装置であって、スペクトル拡散タイミング基準信号を生成し、１台以上の他の装置に送信するために適合している装置がさらに提供される。

この装置の１つの有利な使用は、消費電力監視ネットワークにおいて電力線を介して通信するマスタ・アグリゲータの形である。

第１の発明概念の第２の態様によれば、商用電源電気回路を介して、１台以上の消費電力監視装置によって送信された電力測定量を受信するマスタ装置であって、
スペクトル拡散タイミング基準信号を生成し、商用電源電気回路を介して１台以上の監視装置に送信するために適合しているマスタ装置が提供される。

このマスタ装置は、このようにして、以上に要約された監視装置と共に用いるため適合している。

マスタ装置は、送信されたタイミング基準信号の符号−位相と相対的に定義された所定のタイミングで１台以上の監視装置のうちの１台ずつから電力測定量を受信するためにさらに適合している。

マスタ装置は、好ましくは、電力測定量を含むデータメッセージによって変調された拡散符号を含むアップストリーム信号を１台以上の監視装置の１台ずつから受信するために適合し、このマスタ装置は、監視装置のアップストリーム信号、および／または、信号内の拡散符号の符号−位相の受信のタイミングによって１台ずつの個別の監視装置を識別するためにさらに適合している。

監視装置は、全部がマスタによって提供された同じタイミング基準を共有する。この理由のため、マスタは、監視装置が送信する（割り当てられた）時間スロットおよび／または符号位相から個々の監視装置を識別することが可能である。これは、ノードがマスタ装置に自分を識別させる必要性を回避し、監視装置自体および通信プロトコルの両方を簡素化する。

マスタ装置は、好ましくは、アップストリーム信号が受信される周波数帯域とは異なる周波数帯域内でスペクトル拡散タイミング基準信号を送信するために適合している。

これは、監視装置と関連して以上に説明されているように、遠近問題の影響を低減するために役立つ。

マスタ装置は、好ましくは、１台以上の監視装置の１台ずつからアップストリーム信号の符号−位相を検出する周波数ドメイン相関器を備える。

個々の監視装置が異なる符号−位相を使用して送信する場合、マスタ装置は、複数の符号−位相を検出できる必要がある。これは、周波数ドメイン相関を用いて行われ得る。

第１の発明概念のさらなる態様によれば、上記のようなマスタ装置と、上記のような１台以上の消費電力監視装置とを備える電力線通信ネットワークが提供される。

本書に、および／または、添付図面を参照して実質的に記載されているような消費電力監視装置と、マスタ装置と、または、電力線通信ネットワークとがさらに提供される。

第２の発明概念の態様によれば、電化製品によって消費された電力の測定量を得る消費電力監視装置であって、
商用電源電気回路に接続可能であり、この回路を介して測定量をマスタ装置に送信するために動作可能であり、
一連の時間間隔の１つずつにおいて電化製品によって消費されたエネルギーを測定し、結果として得られるエネルギー測定量の第１の累積和を維持し、
累積和を表す第１の量子化値をマスタ装置に周期的に送信し、
累積和から送信された量子化値を減算するために適合している、消費電力監視装置が提供される。

送信された値の量子化誤差は、累積和内に暗示的に含まれ、後の周期に送信される値に繰り入れられる。その結果として、前の周期中の誤差が後の送信によって自動的に訂正されることになるので、全量子化誤差は、累積しない。

量子化は、好ましくは、不均一な、最も好ましくは、浮動小数点量子化である。

不均一量子化は、量子化がある特定の範囲の値に対し相対的により正確であることを意味する。エネルギー消費がこれらの範囲内であるとき、前の量子化誤差は、より正確に訂正されることになる。好ましくは、不均一量子化は、量子化誤差の大きさが送信された値の大きさに直接的に関係するというものである。これは、たとえば、浮動小数点量子化によって達成され得る。浮動小数点値と、消費されたエネルギーの量の累積和の維持との組み合わせは、広範囲のエネルギー値が少数のビットで表されることを意味する。浮動小数点フォーマットへの量子化による残差は、量子化誤差がゼロ付近の値に対して最小限になるので、電化製品がオフに切り替えられたとき、相殺されることになる。その結果、たとえば、電化製品がオンに切り替えられた持続時間に、電化製品によって消費される全エネルギーを非常に正確に決定することが可能であろう。超高精度が精密な値を取得する際に短い遅延を犠牲にして達成され得る。

装置は、好ましくは、エネルギー測定量の第２の累積和を維持し、第２の累積和の値をマスタ装置に断続的に送信するためにさらに適合している。

送信された値は、第２の累積和から減算されない。その結果、第２の累積和は、（たとえば、監視装置が最後に作動され、電力監視ネットワークに接続され、または、リセットされたときからの）エネルギー測定量の履歴全体の合計を表す。断続的に全エネルギー測定量の総和を送信することは、第１の量子化値の１つ以上の周期的送信が正しく受信されない場合、マスタ装置が取り込まれることがある誤りを訂正することを可能にする。第１の量子化値だけが考慮され、パケットが失われる場合、マスタ装置は、失われたパケット内で符号化された消費エネルギーの値を決して発見しないので、系統的誤りが取り込まれることがある。全累積和の再送信は、マスタ装置がこのような誤りを検出し、誤りから回復する機会を提供する。このようにして、このようなシステムは、自動的に自己訂正させることができる。

全累積和の断続的な送信は、第１の量子化値より低頻度の周期的間隔で行われることがあり、マスタ装置からの要求によってトリガーされることがあり、および／または、検出されたネットワーク条件に基づいてトリガーされることがある。たとえば、監視装置がネットワーク上で悪い信号品質を検出する場合、監視装置は、第２の累積和の値を送信する際に用いる周波数を増大することがある。

第２の累積和の値は、第１の累積和の周期的送信のうちの１回に代えて送信されることがある。

これは、第１の累積和の周期的送信のうちの１回が抑止され、第２の累積和が代わりに送信されることを意味する。マスタ装置は、置換値が異なる意味を有することを認識すべきである。この認識は、第２の累積和が送信されていることをマスタ装置にシグナリングする監視装置から生じることがあり、または、この認識は、マスタ装置が送信されるべき第２の累積和を前に要求しているので、または、承諾された送信のタイミングのため、暗示的でもよい。第１の累積和の後の周期的な送信値は、（過剰なエネルギーが介在する余分の周期に消費されていることがあるので）遅延の結果として、相応してより大きくなることがある。しかし、マスタ装置は、このことを認識し、測定量の一部を先行する周期に割り付けることがある。たとえば、マスタ装置は、後に送信された値の半分を現在の間隔に、値の半分を前の間隔に割り当てることがある（この値は、第２の累積和によって置換された）。

第２の累積和を受信し次第、マスタ装置は、前に受信された第１の累積和の値の中の誤りを遡って検出し、訂正することがある。

好ましくは、個々の監視装置は、電力測定量を送信するときに誤り訂正符号を使用する。

異なる発明概念の異なる態様は、発明の特に有利な実施形態を実現するために組み合わされ得る。

発明は、一例として、添付図面を参照して以下に説明される。

電力線ネットワークに接続されたマスタ装置および複数の監視装置を示す図である。 発明の実施形態によるマスタ装置のブロック図である。 発明の実施形態による消費電力監視装置のブロック図である。 実施形態によってマスタ装置からデータを受信する監視装置の状態遷移を示す図である。 実施形態によるデータフレームのフォーマッティングおよび送信を示す図である。

表１は、電力測定量をマスタ・アグリゲータに送出するために監視ノードで実行される計算の実施例を示す。

表２は、監視装置によって送信されたシンボルの系列と、マスタ・アグリゲータで受信された対応するシンボルとの実施例を与える。

表３は、図４の状態図に示されるようにマスタ・アグリゲータからデータを受信する監視ノードの状態遷移を要約する。

表４は、実施形態によって表３のアルゴリズムが状態符号化を用いて実施される方法を示す。

上記図は、略図であり、正しい縮尺で描かれていないことに注意を要する。これらの図の部品の相対的な寸法および特性は、図面における明確さおよび便利さのため、サイズが誇張または縮小されて示されている。

商用電源給電型電動機器の消費電力を監視し、商用電源線通信方法を使用して消費電力を集中型アグリゲータに通信することができる多数の低コスト「構成可能な」ノードを有することが望ましい。この説明において、用語「ノード」は、消費電力測定量を送信する消費電力監視装置を指し、用語「アグリゲータ」は、これらの測定量を受信するマスタ装置を指す。

主要な目標は、装置ノードが安価に、または、コストがかからなくてもエンドユーザに提供され得るように、できる限りアグリゲータの複雑さを犠牲にして、電化製品にアタッチされたノードのコストおよび複雑さを最低限に抑えることである。

発明の実施形態によれば、ネットワークアーキテクチャは、装置ノードから受信された情報のアグリゲータの役目を果たす単独の装置を必要とする。この単独の装置は、ウェブ・ベース・アプリケーションを通じてユーザ・レベル・サービス・アプリケーションおよび請求書を提供するアプリケーションサーバにインターネットを介して連結され得る。

電力線通信を使用することにより、アグリゲータからのＲＦ干渉および動作範囲と関連付けられた問題は、ユーザが、単に装置のプラグを差し込み、アグリゲータをこれらのホームネットワークに接続することによって、専門的知識なしで機器を設置できる形で除去される。

このアーキテクチャは、多数のノードが制限されたチャネル帯域幅、たとえば、ＣＥＮＥＬＥＣ帯域Ａ、Ｂ、またはＣのうちの１つを使用して、アグリゲータと通信できることを必要とする。発明の本実施形態は、ＣＥＮＥＬＥＣ帯域Ｂを使用する。

短期間広帯域雑音バーストの存在下で頑強な状態を維持する通信プロトコルを有することが望ましい。選択されたアーキテクチャは、スペクトル拡散技術を使用することにより、この問題に対処し、それによって、ある程度の数のノードは、典型的な雑音持続時間がシンボル持続時間よりかなり短い程度に遙かに遅いデータレートで一斉に送信できる。このようにして、これらの干渉バーストが典型的に単独のシンボルと干渉し、その結果、誤り訂正符号を用いて解決され得る程度に、これらの干渉バーストを制約することが可能である。

従来のパケット・ベース・ネットワークは、本目的のために非効率的であり、なぜならば、受信機が送信機に同期化することを可能にするために重大なオーバーヘッドを必要とし、そして、ノードタイミングが多くの場合に重大な誤りを有するので、ノード間の干渉を回避するために重大なパケット間ギャップを必要とするからである。

パケット内で発生する訂正不可能な多ビット誤りの確率は、パケット長さに比例する。
その結果、パケット長さを最小限に抑えることは、通信の完全性を高める。しかし、これは、調停が必要とされるときに実際的ではなく、なぜならば、調停は、ＦＥＣ符号化によって保護され得ない付加ビットを必要とするからである。このように、調停を取り除くことは、通信の全体的な完全性を高める。

付加的には、ＲＦネットワークを使用するとき、スプリアス発射に関する規制を充足し、かつ、残留搬送波に起因する重大なオフセットを回避するために、比較的安定した基準発振器を使用し、信号復調を困難にすることが典型的に必要とされる。その結果として、通常は、ＲＦ受信機が着信信号を復調しようとする前に着信信号に位相ロックすることを可能にするために、かなり大きいプリアンブルが個々のパケットにアタッチさせられる。

これらの効果の影響は、送信されたフレーム毎に重大なオーバーヘッドが存在することであり、これは、フレームがファイル転送およびストリーミング・メディア・アプリケーションのためのデータ通信の場合によく見られる大きさであるときには問題ではない。これは、これらのテクノロジーが比較的少数のノード間での大規模バースト中の大量のデータの通信のため一般に設計されているという事実を反映する。残念ながら、オーバーヘッドは、本アプリケーションの場合と同様に、非常に多数のノードから多数の短いデータパケットを送信することが要件であるとき、重大な制限になる。

本発明の通信アーキテクチャは、小型データパケットの低コスト転送、または、通信が十分に信頼でき、肯定応答系列が必要とされない短いデータグラム型転送を行うために家庭内に設置された配線を巧みに利用できる。

このプロトコルは、これらのプロセスのオーバーヘッドがこれらのオーバーヘッドが達成可能なスループットおよび／またはノード数における制限因子になるポイントへの通信を支配できることもあるので、複雑な調停スキームと、個々のフレームの冒頭にトレーニング系列（プレアンブル）を必要とする位相ロックされた受信機とを回避する可用帯域幅の効率的な使用を行う。

これを達成するため、本発明の実施形態は、マスタ・タイミング基準がフレーム間のアイドル期間を決定するので、全ノードに関する有界不確実性の範囲内に入る必要があるマスタ・タイミング基準を使用する。アイドル期間は、効率を最大にするために、できる限り短くされるべきであるが、代替的なチャネルからのフレーム間の衝突を防止するために十分に長くされるべきである。このことは、拡散符号を使用して達成することができる。

マスタ装置から送信された拡散符号を使用して、典型的な住居用建物において１マイクロ秒よりかなり小さいタイミング不確実性を容易に達成することができる。この不確実性の最大部分は、信号が商用電源配線を行き来するために要する時間に起因する。典型的に、商用電源配線中の信号伝搬は、およそ０．６Ｃ、または、２００メートル／マイクロ秒になることがある。

相関を使用する１つの欠点は、装置がオンに入れられるときを探索する要求であり、相関は、これを検出するために拡散符号のすべての可能な位相を探索しなければならず、その後、典型的に、複数の相関器フィンガー部を使用して拡散符号位相を追跡することになる。

拡散符号を連続的に送信する場合、あらゆる長さの符号を容易に追跡できる。しかし、立ち上げフェーズ中に符号を探索する時間、複雑さ、および、コストを最小限に抑えるために、符号は、この符号がマークを付けているデータフレームの持続時間よりかなり短くされることが要求される。典型的に、６ｋＨｚで送信されたおよそ１２８チップ持続時間の符号は、およそ２０ｍｓ毎に繰り返すことになるが、データフレームは、完了するために数百ｍｓを要することがあるので、符号は、繰り返され、フレーム・タイミング曖昧さを解決するために使用される付加的なフレーム・タイミング・マーカー信号を用いて変調される。

付加的には、タイミングのためマスタが送信した拡散符号を使用することは、頑強性が高いだけではなく、ノードからのデータの送信のため非常に正確な周波数を維持するために、低コスト発振器を同調させるために使用され得るノードに情報を提供する。これは、受信機（マスタ・アグリゲータ装置）での相関損失を最小限に抑えるので、受信信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善する。

変調された拡散符号を使用するとき、受信機が、搬送波の位相、従って、被変調信号の位相を最初に決定することは不可能であるが、これは、後述されるように容易に解決され得る。

この拡散符号の変調は、その後、アグリゲータとすべてのアタッチされたノードとの間でブロードキャスト方式により通信する手段を提供し、データ送信とフレーム・タイミング同期化との両方が達成されることを可能にする変調信号のためのプロトコルが定義される。

監視ノードがシステム・タイミングについての正確な知識を有している場合、送信すべきときを知っていることが必要である。本実施形態によれば、この決定は、ある種の前もって合意されたタイミング制約に基づいて、送信ノードで行われる。

ユーザの観点から「プラグ・アンド・プレイ」であるべき低コストアプリケーションでは、製造業者で固有に個々のノードを手動でプログラムすること、または、構成のためのスイッチを提供することは可能ではない。その結果、ノードがこのノードの送信のため適当なパラメータ（たとえば、時間スロット）の組を発見することを可能にする自己構成メカニズムが必要とされる。

このメカニズムは、拡散符号を使用するとき、従来、同じ周波数を共有するチャネルが干渉を回避するために異なる拡散符号を使用することになるので、さらなる課題を生じる。本実施形態によれば、ノードが初めて接続されるとき、このノードは、発見モードおよび構成モードに入ることになる。一旦構成されると、ノードは、その後、一般的な通信モードに入ることになり、それによって、調停は、システム・フレーム・タイミング・マーカーと、構成プロセス中に記憶された情報とから暗示される。

このメカニズムは、幾つかの利点がある。第１に、このメカニズムは、コストおよび複雑さを最小限に抑え、第２に、このメカニズムは、最良のＳＮＲが個々の時間スロット中に達成され得るように、アグリゲータが立ち上げ時にノードを選択的に構成することを可能にする。

最良の通信完全性を維持し、接続され得るノードの数を最大にするために、本実施形態は、いつでもシステム内のノードの部分集合がスペクトル拡散技術を使用してデータを一斉に送信するような形で、時間スロットを使用する媒体への調停されたアクセスをＣＤＭＡアクセス技術と組み合わせる。これは、システム内のバースト性雑音を和らげる。

全体的なスループットは、商用電源電気回路内の配線環境の関数であり、アグリゲータは、各時間スロットを共有する集合としてノードを構成し、すべてのノードが通信チャネルへの均等なアクセスを得ることを確実にするために全体的なフレーム繰り返しレートを構成することにより可用帯域幅を管理することになる。

これらのリソースを割り付けるアルゴリズムは、各時間スロットにおいて達成されているＳＮＲを考慮に入れることができ、時間スロットのデフォルト最小数が最初に構成され、その後、最良ＳＮＲを有する時間スロットに応じて、ノードが順次に追加される。ＳＮＲが、さらなるノードの割り付けが信号完全性を低減することになるスレッショルドに接近するとき、アグリゲータは、使用される時間スロットの数を増大することによって、より多くの容量を簡単に追加する。その結果、ノードの測定量をアグリゲータに報告するノードは、可変フレームレートを支援し、フレーム・タイミング・マーカーからの時間スロットの個数としてこれらのノードの送信スロットを参照するために十分に柔軟性に富むべきである。

ノードからアグリゲータへの送信のため、本実施形態は、ある程度の数のノードが一斉に送信することを可能にするＣＤＭＡを使用する。このアプローチを用いると、データビット持続時間（および、それ故にフレーム持続時間）は、延長される。しかし、より多くのノードが一斉に送信するとき、全体的なデータスループットが維持される。この技術は、幾つかの利点がある。第１に、この技術は、雑音の存在下で非常に信頼性があり、第２に、ビット持続時間が著しく増加されるので、ガード期間が相対的に無視できるようになる。それ故に、信号を復調し、ビット同期化プロセスなしでデータストリームを回復することが可能になる。

アグリゲータで、受信された信号は、すべての送信ノードからの復調されるべき搬送波を収容する。しかし、個々のノードは、マスタクロックに関する可変搬送波位相を有することになり、このマスタクロックもドリフトすることになる。

アグリゲータが個々のノードに同期化することを要求し、複数の相関器およびトレーニング系列を必要とすることになることを回避するため、本実施形態は、データの簡単な２相位相偏移キーイング（ＢＰＳＫ）符号化を使用する。この符号化は、１８０度位相偏移をもつ２個のシンボル状態だけを提供し、すなわち、受信されたデータは、トレーニング系列なしで単純に復号化することができ、初期符号位相の曖昧さだけを有している。フレームの受信の開始時に、アグリゲータは、最初に、個々のノードの拡散符号を探索しなければならない。複雑さを最小限に抑えるために、すべてのノードは、同じ拡散符号を使用して同時に送信することになり、この同じ拡散符号は、個々のノードからのエネルギーがアグリゲータ内の周波数ドメイン相関器の出力で異なる非重複符号位相窓の範囲内に現れることになるように、個々の送信ノードに対して位相偏移されていることになる。

周波数ドメイン相関器を使用すると、すべての符号位相が一斉に相関を取られるので、探索プロセスがより効率的になる。１つの共有拡散符号が使用されるので、複数の拡散符号のため周波数ドメイン相関を実行することは不必要である。

本実施形態のため、すべての整列されていない偏移で最低の相互相関を有する１２８チップ符号系列が選択されている。このようにして、ノード間の干渉が最小限に抑えられる。

アグリゲータでデータを復調するとき、送信された信号の位相を決定することが必要である。これは、簡単な非ゼロ復帰（ＮＲＺ）符号化スキームおよびＢＰＳＫ変調を使用して十分に機能することが判明している拡散符号のＢＰＳＫ変調を利用することによって行われ得る。このアプローチは、衛星信号を追跡するＧＰＳ受信機との関連で使用されるアプローチと類似している。

一斉に送信する多数のノードと、さらにノードの時間ドメイン多重化とを仮定すると、アグリゲータがノードの１つずつを追跡することは、相関器のタイミングを変更することを伴うことになるので、不可能である。しかし、重大な搬送波オフセット（残留搬送波）を含む場合でも、拡散符号との相関を取り、複素相関器出力を観察することにより搬送波位相測定を行うことが可能である。これは、複素相関器出力の位相回転速度を監視することにより追跡ループを閉じる。

ＢＰＳＫ変調を使用し、相関ピークの符号−位相を簡単に測定することにより、絶対信号位相を追跡することが必要ではない。アグリゲータが個々のコヒーレント相関の相対的な搬送波位相を単に決定できるのではなく、変調のあらゆる変化に対して１８０度位相偏移が存在している。ＢＰＳＫ変調に加えて、個々のノードは、送信された個々の１に対して１８０度位相偏移が存在し、送信されたあらゆる０に対して０度位相偏移が存在する形で、データの非ゼロ復帰反転（ＮＺＲｉ）符号化を使用することになる。このようにして、位相変化の検出における何らかの誤りは、受信されたメッセージのちょうど２ビットに改竄を生じることになる。この非ゼロ復帰反転符号化は、その後、前方誤り訂正（ＦＥＣ）技術がこの問題を緩和することを可能にする。

ＮＲＺまたはＮＲＺｉ符号化を用いることなく、初期位相曖昧さを解決するために、送信された最初のデータビットを知ることが必要であろう。すなわち、個々のフレームは、基準を与えるために既知ビット極性で始まることが必要であろう。これは、当然ながら、システムがこのスタートビットの検出の失敗に非常に影響を受けやすくさせることになる。

上記の概説されたプロトコルは、ノードとアグリゲータとの相対的な搬送波周波数が十分に接近している場合、確実に機能し得るが、不確実性の主な原因は、個々のノード内の内部クロックの不確実性である。ノードのクロックが相対的に正確であると仮定すると、クロック不一致に起因してデータシンボル毎に小さい位相回転が認められることになる。
この位相回転は、クロックに起因する位相回転がシンボル期間に亘って有意ではない形で十分に抑制されるべきである。本実施形態のアーキテクチャでは、個々のノードは、受信された拡散コードから導き出された正確な時間基準を有し、非常に低コストのクロックが使用される場合に、クロック誤りを訂正するためにこの時間基準を使用し得る。これは、個々のデータフレームの開始時に再整列によって解決されることになる符号−位相を維持する問題を残す。システムは、その結果として、フレーム期間中の有意なクロックドリフトに耐性がある。

相関器内の残留位相不確実性は、同じ周波数帯域で電力を送信する（他のノードに対応する）他のＣＤＭＡチャネルによって支配されることがある雑音電力に原因がある。これは、アグリゲータの近くに位置しているノードからの強い信号は、離れたノードからの信号のＳＮＲを許容可能なレベルより下に下げることがあり得るので、同時に送信され得るチャネルの数を制限する。

一般に、許容可能信号レベルは、雑音の影響が相関器出力位相測定量に顕著に＋／−９０度未満の曖昧さを引き起こす信号レベルである。これは、アグリゲータで観察される相対的な信号電力を個々のノードに対してほぼ等しくするために送信電力を制御することにより達成される。これは、どのノードがこのノードの送信電力を増加または減少させるべきであるかを指示する簡単なブロードキャストメッセージを送出するアグリゲータによって達成され得る。

ＮＲＺｉ符号化を使用することにより、第１のデータビットの位相の誤検出に対するシステムの影響の受けやすさは、除去される。しかし、これは、１つの欠点を招き、１つのシンボルの位相を正確に検出できないことは、後に続くシンボルの付加的な遷移を挿入するか、または、除去することになるので、多ビット誤りを生じることになる。しかし、副次的な利点として、２つのシンボルを正確に検出できないことは、２つの隣接ビットが不正確に受信されることを決して生じないことになる。

単独ビットの誤りは、前方誤り訂正アルゴリズムを使用して、ハミング符号によって訂正され得る。本実施形態は、単独ビットの誤りが検出され、訂正され得る形で１１ビットの各グループが１５ビットによって置き換えられる１１Ｂ／１５Ｂ符号化を使用する。これらの符号は、多ビット誤りを訂正できず、多ビット誤りを検出しないこともある。これを解決するため、ブロックインターリーブは、個々のブロックが単独の訂正可能なビット誤りを受信する形で、数個のデータブロックの間で多ビット誤りを拡散するために使用される。

上記の概説されたシグナリングシステムは、合理的に信頼できる通信プロトコルという結果を招くことになる。それにもかかわらず、改竄されたパケットから生じる誤りが依然として存在するであろう。主要なアプリケーションは、電力監視に向けられるので、９５％を超えるパケット転送率を達成することは、全体的な電力監視において５％より優れた正確さを生じることになるので、許容できると考えられ、この数字は、電力が消費されている場所を監視する目的のため十分に正確であると思われる。この数字は、殆どの従来のデータ通信アプリケーションにおいて許容される筈の数字に満たないことに注意を要する。

広範囲の消費電力値を受け入れ、（メッセージを延長することになる）不必要な高精度データを送出することなく電力を正確に指示するために、電力は、浮動小数点フォーマットを使用して通信される。

たとえば、１から３０００ジュール／秒の範囲の値を受け入れることが必要であると仮定すると、最大値３０００は、これを表すために１３データビットを必要とすることになり、１ジュールの精度をもつ符号なし固定小数点フォーマットが使用されるべきである。
（消費エネルギーは、決して負にはならないと仮定されるので、符号なし値が適切である）。

その代わりに、本実施形態では、１１ビットが仮数に割り付けられ、４ビットが指数に割り付けられ、［０から２０４７］＊２＾［０から１５］ジュールの範囲を与える１５ビット浮動小数点値が使用される。

ノードは、測定が行われるとき、消費された全電力（エネルギー）の和を累積する。個々のフレームにおいて、値は、上記の浮動小数点フォーマットを使用して送信される。このフォーマットの精度は制限されているので、２０４７ジュール以下の値だけが正確に符号化されることを保証され得る。２０４８ジュールから４０９５ジュールまで、送信された値は、２ジュールのステップで量子化される。４０９６から８１９１ジュールまで、ステップサイズは、４ジュールであり、以下同様である。その結果、浮動小数点の量子化され、送信された値は、一般に、累積和の現在値に厳密には等しくないことになる。この量子化誤差を説明し、受信機（アグリゲータ）での累積誤差の累積を回避するために、送信された量子化値は、記憶された累積和から減算される。後の間隔で消費されたエネルギーは、和に加算され続け、従って、次に、累積和が量子化され、値が送信され、この値は、新たに消費されたエネルギーと、残留量子化誤差との両方を組み込むことになる。このようにして、後の量子化され、送信された値は、前の値に取り込まれた量子化誤差を訂正することになる。それ故に、全体的な精度の損失はないが、精密な電力使用量を通信する際に短い遅延がある。殆どの電化製品は、１日のある時刻にオフに切り替えられることになる。消費電力がゼロまで下がるとき、送信されるべき残りの量は、最終的に、２０４８ジュールより下の厳密に表され得る値まで下がることになるので、記憶された累積和の残留量子化誤差は、完全に除去され得る。量子化は、常に、１５ビット浮動小数点フォーマットで表され得る最も近い数に切り下げる。

表１は、２５５１ジュール／秒を消費し、（１秒送信フレームに対応する）１秒間隔で送信する電化製品の場合のため実行される計算および送信される値の実施例を示す。この場合、簡単にするため、より小さい５、３ビット浮動小数点値が使用される。機器は、９秒に亘って動作する。

電力は、ワット列に指示され、全消費エネルギーは、ジュール列に累積される。累積エネルギー値和は、１秒毎に累積される。メッセージは、間隔中に送出された量子化値を表し、この値は、３ビットが指数、５ビットが仮数符号なし表現として８ビットを使用して表され得る累積和を超えない最も大きい値である。本実施例では、メッセージは、２秒毎に送出される。

たとえば、時点２で、和は、この時点までに消費されたジュールを表す２５５１である。このフォーマットで表される最も近い最小の数は、仮数＝７９、指数＝５として符号化された２５２８（７９＊２＾５）である。この値２５２８は、その結果、送信され、和の累積値から減算され、次のエネルギーの読み値が残りの２３ジュールと累積され、（２５５１＋２５５１−２５２８＝２５７４ジュールである。

メッセージの１つが改竄または損失された場合（すなわち、誤った値がアグリゲータで復号化されるか、パケットが損失された場合）、系統的誤りが導入されることがある。ノードは、アグリゲータがすべてのメッセージを正確に受信したことを仮定し、（上位レベルメッセージ肯定応答プロトコルが存在しない場合）アグリゲータが正確にメッセージを受信できなかったときを知る方法はない。一部の状況では、アグリゲータは、（たとえば、誤り検出または誤り訂正符号を使用して）メッセージが間違って受信されたことを検出し得ることがあるか、または、特有のノードからの送信の周期的パターンが妨害されたことを認識することがある。しかし、「訂正不可能な」誤りから回復するために、幾つかのさらなるメカニズムが必要とされる。

この理由のため、本実施形態では、個々のノードは、エネルギー測定量の別個の合計累積和を維持する。この合計は、上記の現在累積和に等しいが、毎回減少させることなく、量子化値が送信される。上記表１において、合計累積和は、列「ジュール」によって指示される。ノードは、この合計値を時折アグリゲータに送信する。アグリゲータが合計値を受信するとき、アグリゲータは、前の誤りを訂正でき、移動合計をノードと再同期化することを可能にする。

合計値の送信のトリガーは、信号条件および／またはアグリゲータからの要求に基づいている。合計値は、周期的に（たとえば、一定数の通常のメッセージの後に）も送信され、毎回ノードがパワーアップされる。

目下説明されている実施形態では、合計累積値は、通常の周期的メッセージのうちの１つを置き換える。これは、付加データを送信する必要性を回避する。しかし、測定量のうちの１つが累積電力メッセージの開始によって置き換えられるので、この測定量のうちの１つの実効的な損失をもたらす。それにもかかわらず、消費エネルギーは、ノード内で依然として累積され、後続のメッセージ内で送信される値に組み込まれる。合計累積和を格納しているメッセージを前に受信したことを知っているアグリゲータは、後続の値が２回の測定周期に亘って平均化され、欠けている測定量を隠すように、メッセージペアを濾波する。

このようにして、システムは、自己回復し、系統的なオフセットは、無制限には伝搬しない。アグリゲータが訂正を受信すると、アグリゲータは、このアグリゲータが偽メッセージを前に受信したかどうかを決定し、後の合計累積値を使用して、この偽メッセージが何であるかを計算できる。その結果、測定量の履歴を振り返るとき、誤ったまたは欠けているメッセージは、問題を引き起こさない。

マスタ／アグリゲータ、および／または、監視装置／ノードの主要な機能と、これらの間の相違点とは、以下に概説される。

アグリゲータは、基準搬送波周波数でＰＮ系列を送信する。このＰＮ系列は、タイミングおよび周波数基準をすべての低コスト装置ノードに供給する。この信号は、フレーミングのための同期化符号を用いて変調され、フレーム同期マーカーの間で他のメッセージング情報を付加的に搬送することができる。

アグリゲータは、周波数ドメイン相関を使用して多チャネル相関器を動かし、ノード毎にＮＲＺｉ符号化データチャネルを抽出するためにＢＰＳＫ信号を復調する。

データチャネルは、復号化され、アグリゲータは、ノード毎に消費された電力を累積する。

付加的に、アグリゲータは、新ノードの導入を識別するために専用スロット（スロット０、位相オフセット０）を連続的に監視し、現在システム条件に応じて（たとえば、ＳＮＲを参照して）新ノードを構成する。

データチャネルを受信する間に、ノードが自分を識別させる必要性、または、アグリゲータが個々のノードをポーリングするか、もしくは、アドレス指定する必要性はない。その代わりに、このノードは、位相符号および時間スロット内に暗示される。アグリゲータは、チャネル毎の受信電力（ＳＮＲ）をさらに監視し、アグリゲータで適切なＳＮＲおよびＢＥＲを維持するためにノードの送信電力を増減させることをノードに命令するブロードキャスト電力制御メッセージを周期的に送出することになる。

監視装置ノードは、電力を監視し、監視装置ノードが量子化された累積値のメッセージストリームを使用してアグリゲータに通信するエネルギー読み値を累積する低コストノードである。

ノードは、より簡素な、時間ドメイン相関器を実施し、ノードは、アグリゲータからの同期化符号を検出するためにこの時間ドメイン相関器を使用する。ノードは、ノードの送信を同期化するためにこの符号を使用し、局部クロック誤りを計算し訂正するためにフレーム・タイミングをさらに使用する。

ノードは、時間ドメイン相関を使用して探索を実行し、フレーム・タイミング・マーカーを検出し、構成情報を受信すると、ノードは、符号を連続的に監視し、相関器内で符号を中央に置く追跡モードに入る。ノードは、その後、割り付けられた時間スロット内で、適切にシフトされた拡散符号と共に、アグリゲータへの電力測定メッセージの送信を同期化するためにフレーム・タイミング・マーカーを使用する。

ＢＰＳＫ変調を復号化するために、位相角度の不確実性が＋／−９０度未満になる形で受信機に十分なＳＮＲを有することが必要であり、そして、実際には、ＳＮＲは、完全性を維持するためにかなり小さくされるべきである。位相検出の正確さに影響を与える３つの主な課題が存在する。

１． 周波数オフセット：送信ノード搬送波周波数が受信機搬送波周波数と異なる場合、個々の相関周期の間に固有の位相回転が存在することになる。

２． 受信電力：受信電力が低い場合、相関器出力の精度が低減され、位相分解能の損失を生じる。

３． ＳＮＲ：信号が雑音の存在下で受信された場合、この雑音は、典型的に、ガウシアンであり、ＩチャネルとＱチャネルとの間で異なることになる。主要な雑音源は、同時に送信する他のノードであるので、非ゼロシフトのための最低自己相関を用いて拡散符号を選択することによりこの雑音を最小限に抑えることが望ましい。分析は、この目的のため、ｍ符号ＰＮ［７ ４ ３ ２］が全部で１２８ビット符号の最低相互相関を提供し、その結果、これがノード対アグリゲータチャネルのため使用されることを明らかにした。

タイミング同期化チャネルのため異なる拡散符号を使用することが必要である。１つのこのような適当な符号は、ｍ符号［７ ６ ５ ４］であるが、幾つかの他の可能性が存在する。このチャネルのための厳密な符号は、ＰＮ［７ ４ ３ ２］と最低相互相関をもつ符号として選択されるべきである。自己相関は、この符号がアグリゲータだけによって送信されるので、この符号のための重要な事項ではない。

（たとえば、リングメイン・トポロジーからの）マルチパス効果は、重大な影響を与えない。ＣＥＮＥＬＥＣ帯域Ｂ（１００ｋＨｚ）で、波長は、（０．６６Ｃで）およそ２ｋｍであり、居住用または小規模商業用環境では、顧客ユニットから１００ｍを越えるケーブル長を見る可能性は非常に少なく、その結果、破壊的な干渉は、およそ１２．５ｃｍの波長を用いるより高い周波数のＲＦ解決手法とは異なり、非常に少ない。

本実施形態では、アグリゲータは、およそ１から２ミリ秒の位相不確実性で複数の同時拡散符号を逆拡散させなければならない。これは、時間ドメイン技術または周波数ドメイン技術を使用して達成され得る。しかし、時間ドメイン技術は、多数の実際の相関器、または、より小型の相関器源の時間ドメイン複信を必要とすることになり、これは、かなり非効率的であり、一般に、複雑さ、従って、コストを増大するＦＰＧＡまたはＡＳＩＣ実施を必要とする。

これらの理由のため、本実施形態は、周波数ドメインにおける相関を実施する。これは、ＧＰＳ受信機における探索フェーズで時折使用されるアプローチに類似したＦＦＴ／ｉＦＦＴアプローチを使用する。ある程度の数の要件および／または制限が存在する。

１． ＦＦＴは、単一の拡散符号系列を逆拡散することだけが可能である。

２． 少しだけが必要とされるときでもすべての符号位相が計算されなければならない。

３． サンプルは、データ変調に同期すべきであり、さもなければ、有意な損失が起こることになる。

上記の通り、同じ拡散符号が個々の送信ノードで使用されるが、この符号は、異なるノードからの符号間の自己相関がゼロになる形で位相偏移される。符号は、マスタ・タイミング基準に同期的に変調され、すなわち、個々のノードは、異なる位相オフセットで拡散符号を変調することになる。

アグリゲータは、データの１つのＰＮ長をサンプリングし、ＦＦＴベースの相関を実行し、すべての相関ノードからのすべての信号を取得する。データビット周期毎にこのプロセスを繰り返して、データが、その後、ビット周期間に、１チャネル当たりの複素相関器の位相比較によって抽出される。このノードのための抽出データビット・タイミングは、エネルギーを計算することによって決定され、その後、複素値がピーク位相を取得するために補間され得る。その後、ビット周期間の位相変化がＮＲＺｉ符号化されたビットストリームを回復するために計算される。

最低限のコストでノードを実施することが望ましく、その結果として、大きい相関アレイを回避することが好ましい。しかし、サンプルが処理されなければならないレートが原因で完全にソフトウェアで相関を実施することも実際的ではない。少数の相関器タップを有することの主な限界は、ノードが最初にオンに入れられたとき、マスタ・タイミング基準に同期化するために要する時間である。しかし、タイミング基準を与えるためには、アグリゲータによって送信された長い符号を有することが望ましい。

これらの課題に取り組むために、本実施形態では、アグリゲータは、より低速のビット系列によって変調されることになる拡散符号を送信する（ビット系列の個々のビットは、拡散符号の１回の繰り返しを変調する）。ＰＮ（拡散）符号は、補助的な１から２ｍｓのレベルの分解能を提供し、ビット系列は、より上位レベルの曖昧さを解決する。これは、マーカービット系列が２秒毎に送信される形でマーカービット系列を使用して、（たとえば）２秒の粒度で正確な時間が決定されることを可能にする。残りの拡散符号の繰り返しは、その後、他の望ましいデータで変調され得る。ビットスタッフィングは、特定の系列が正常に変調されたデータストリームから決して受信され得ないことを確実にするために使用され、この予約された系列がマーカーとして使用される。

符号長さは、装置からアグリゲータに通信するために使用される（しかし、異なる拡散符号を使用する）符号の長さと同じ長さでもよく、または、倍数でもよい。短い拡散符号を有する場合、少数の部分相関器が低コストＦＰＧＡに実施される。これらは、以下の通り、ソフトウェアコントローラ探索を使用するソフトウェアによってさらに統合され得るより低レートで結果を生じる。

個々の部分相関器は、少数のＰＮ符号チップのためのハードウェア（ＨＷ）を使用して累算し、これらの「部分」相関結果は、ソフトウェア（ＳＷ）累算のためには速すぎるチッピングレートより低レートであるが、ＰＮレートの倍数で生成され、ＰＮ長さ全体に亘り相関を取るためにＳＷを使用するさらなる累算を可能にする。

１． エネルギーピークが検出されるまで、増加する符号−位相で探索する。

２． 符号−位相回転レートを計算するためにソフトウェアを使用して数サイクルに亘ってピークを追跡し、そして、発振器を微調整するために位相ロックループ（ＰＬＬ）を更新する。

３． データ系列および同期ポイントを決定するために複素位相を復号化する。

システムの１つの例示的な実施形態が今度はより詳細に説明される。

図１は、実施形態によるネットワークの実施例を示す。マスタ（アグリゲータ）装置２０と、３台のリモート監視装置３０とは、リングメインである商用電源電気回路２２に接続されている。消費電力が監視される電化製品４０は、監視装置３０に接続されている。
本実施形態では、電化製品は、監視装置３０を介して商用電源２２にも接続されている。
マスタ装置２０は、ネットワークに接続されているときに個々の監視装置３０を構成する。一旦構成されると、個々の監視装置３０は、規則的な間隔で測定量を断続的に送信する。これらの測定量は、アグリゲータ２０によって受信され、インターネット接続部２１を介してサーバ５０に転送される。

個々の装置によって電力線上で送信される信号は、ＢＰＳＫ符号化を使用して、ｍ符号系列とＮＲＺＩデータストリームとで正弦波変調されるので、ｍ符号のチッピングレートとデータ系列との両方でシンボルを考慮する必要がある。

ｍ系列は、値が−１、＋１であり、シンボル期間がＰｍである繰り返し１２８シンボルバイナリ系列ｍ０．．ｍ１２７であると仮定する。

ｍ符号位相オフセットがＭｐ（０＜＝Ｍｐ＜１２８）であると仮定する。

データ系列がＮＲＺＩ符号化バイナリ系列ｄ０、ｄ１．．ｄｎであり、時点ｔでのｄの値が値＋／−１を有するｄ（ｔ）によって表され、データは、ｍ系列シンボル１個当たりにデータシンボル１個のレートでｍ系列を変調するために使用される、と仮定する。

シンボルｄ（ｎ）の周期がＰｄとして表され、それ故に、Ｐｍ＝１２８Ｐｄである、と仮定する。

時点ｔにおけるデータシンボルは、ｄ（ｔ）＝ｄ（ｔ／Ｐｄ）である。

時点ｔにおけるｍ系列値は、ｍ（（（ｔ＋Ｍｐ＊Ｐｍ） Ｍｏｄ Ｐｄ）／Ｐｍ）である。

このようにして、送信された信号は、ｆが搬送波の周波数であるとして、ｄ（ｔ／Ｐｄ）＊ｍ（（（ｔ＋Ｍｐ＊Ｐｍ） Ｍｏｄ Ｐｄ）／ｐｍ）＊（ｃｏｓ（ｆ＊ｔ）＋ｊｓｉｎ（ｆ＊ｔ））であり、この変調は、単一の正弦波（√２＊ｓｉｎ（ｆ＊ｔ−π／４））として生成され得る搬送波の簡単な反転を可能にする。

後で分かるように、位相シフトπ／４は、一定の位相オフセットであるので無視することができる。

受信機で、信号は、Ｃｏｓ（ｆｔ）＋ｊＳｉｎ（ｆｔ）を表す複素値ペアＩ、Ｑ（同相／直交）としてサンプリングされる。

この信号は、濾波され、周波数−ｆ１で局部発振器によって多重化することによりダウンコンバートされて、複素「ベースバンド」信号Ｓｂ＝（Ｃｏｓ（ｆ＊ｔ）＋ｊＳｉｎ（ｆ＊ｔ））＊（Ｃｏｓ（ｆ１＊ｔ）−ｊＳｉｎ（ｆ１＊ｔ））を生成し、周波数は、直交成分が同相成分より先行するので、「負」であることに注意を要する。結果として得られる信号は、Ｓｂ＝Ｃｏｓ（（ｆ−ｆ１）＊ｔ）＋ｊＳｉｎ（（ｆ−ｆ１）＊ｔ）である。

その結果として、送信周波数と同じになるようにｆ１を設定することにより、その後に、逆拡散し、復号化することができる複素ベースバンド信号を生成する。

実際には、局部発振器の周波数ｆ１は、通常はＰＬＬをロックするためにトレーニング系列を使用して達成される真のベースバンド信号を生成するために、送信周波数ｆに周波数および位相ロックされる必要があるが、これは、スループットがトレーニング系列長さによって制限されることになる短いデータパケットに対して非効率的である。

本実施形態で使用される代替的なアプローチは、局部発振器ｆ１と送信搬送波周波数ｆとの間に周波数不一致が存在することを許容し、変調段において「ベースバンド」信号に結果として生じる残留周波数を受け入れることである。

ダウンコンバージョン段の出力は、ｄ（ｔ／Ｐｄ）＊ｍ（（（ｔ＋Ｍｐ＊Ｐｍ） Ｍｏｄ Ｐｄ）／ｐｍ）＊（ｃｏｓ（ｆｂ＊ｔ）−ｊＳｉｎ（ｆｂ＊ｔ））であるので、データシンボルを抽出するためにレプリカｍ系列によって乗じる。

レプリカｍ系列により乗算すると、複素シンボル系列：ｄ（ｔ／Ｐｄ）＊ｍ（（（ｔ＋Ｍｐ＊Ｐｍ） Ｍｏｄ Ｐｄ／ｐｍ）＊（ｃｏｓ（ｆｂ＊ｔ）＋ｊＳｉｎ（ｆｂ＊ｔ））＊ｍ（（（ｔ＋Ｍｐ＊Ｐｍ） Ｍｏｄ Ｐｄ）／（ｐｍ＊ｆ１／ｆ））を得る。

局部発振器周波数が搬送周波数に十分に接近している場合、ｆ１／ｆは、十分に１に接近しているので無視することができ、そして、ｆｂが発振器内の周波数差に起因するベースバンド信号中の残留搬送波であるとして、シンボル系列：
ｄ（ｔ／Ｐｄ）＊（ｃｏｓ（ｆｂ＊ｔ）＋ｊｓｉｎ（ｆｂ＊ｔ））
を取得する。

エネルギーは、結果として生じる：
ｄ（Ｔ）＊（ｃｏｓ（ｆｂ．Ｔ）＋ｊｓｉｎ（ｆｂ．Ｔ））
のシンボルを与える信号を逆拡散するために時間Ｐｄに亘ってコヒーレントに統合される。

ＢＰＳＫ変調を使用しているので、ｄ（ｔ／Ｐｄ）シンボル系列を抽出することは、ａｔａｎ（ｄ（ｔ／Ｐｄ）ｊｓｉｎ（ｆｂ＊ｔ））／ｄ（ｔ／Ｐｄ）ｊｓｉｎ（ｆｂ＊ｔ））を取得し、位相シフトを測定するプロセスである。

実際には、ｆｂは、ゼロに接近し、結果として生じるシンボルは、隣接シンボルに関してＰｄ＊ｆｂによって、そして、シンボル反転の場合、１８０度だけ位相回転し、なぜならば、ｆｂの効果が累積的であり、データは、絶対位相測定量ではなく、受信シンボルの関連した位相測定量によって抽出され、よって、ｆｂがフレーム持続期間とは無関係に無視されることを可能にするからである。

これと関連付けられ、全部が残留搬送波ｆｂの関数である幾つかの損失が存在し、第１に、統合中の信号位相回転に起因し、典型的にｓｉｎｃ（ｘ）関数に従う損失が存在し、第２に、ｍ系列チップ間の累積的位相シフトに起因する損失が存在する。

現実には、相関は、個々のコヒーレント周期の最初に再起動され、そして、シンボル復号化のための絶対位相ではなく、シンボル間の相対位相を使用しているので、これらの損失は、両方共にコヒーレント統合周期中の残留搬送波の全位相回転の関数である。

通常の高速通信システムでは、ａｔａｎ関数の計算に伴う処理能力に起因してシンボル間で相対位相比較を実行することは実際的ではないが、ＢＰＳＫを使用する低データレートアプリケーションでは、実際の位相角度を計算することではなく、単に信号配置点と原点とを通る線の勾配を計算することが必要となり、個々のシンボルに対して、この線の勾配を測定し、前のシンボルの相対勾配を決定し、これは、超越数学関数ではなく、単一の除算演算を必要とするので、相対位相比較を実行することは、実際的になる。

個々のシンボルに対して、原点を通る線の勾配が計算され、前のシンボルに対する勾配と比較され、その後、次のシンボルと共に使用するため記憶され、代替的に、個々のシンボルは、前のシンボルの複素共役を乗じることが可能であり、前のシンボルに対する位相オフセットを正規化するためにシンボルを効率的に回転させる。

一例として、表２は、ノードによって送信された信号、すなわち、（次元を無視して）Ｉ／Ｑ値５６と共に系列Ｓ０．．Ｓ６を指示し、これらは、１（１）および−１（０）を表す位相角度４５度および２２５度で単一の正弦波を使用して送信される。

これらは、媒体によって歪められ、ベースバンド残留搬送波によって位相偏移されるので、受信機での搬送波除去フィルタリング、サンプリング、および、逆分散の後に、値Ｒ０．．Ｒ６として相関器から出力され、ベクトルは、実線によって表され、点線は、１８０度の位相偏移をもつベクトルの継続である。

減衰され、歪められた信号を受信した後、従来の手段を使用して信号を復号化することが不可能であることは明らかであるが、回転パラメータとして前のシンボル値を適用することにより信号を正しく回復するために回転した同相成分の符号を計算することだけが必要である。

複素信号を取り扱っているので、表２中の同相列によって表された結果：
ＳＩＧＮ（Ｑ（ｎ）＊Ｑ（ｎ−１）＋ｌ（ｎ）＊ｌ（ｎ−１））
を単に計算するだけでよい。

位相を訂正するために回転を個々のシンボルに適用するので、同じ位相の２つのシンボルが互いに相殺することになり、大きい位相差のある２つのシンボルが大きい位相オフセットを生じることになり、その結果、このような方法で復号化されたシンボル系列は、シンボル値自体ではなく、シンボルの変化を実際には指示している。

これを解決するために、廃棄されるトレーニング用の単一のシンボルを送信し、この信号が１を表すと仮定すると、すべての後続のシンボルは、大きい残留搬送波がある場合でも、シンボル系列が正しく復号化された表２の最後の列に示されるように、前の復号化されたシンボルと同相成分の符号を乗じることにより正しく復号化される。

これは、アグリゲータからのメッセージを復号化する低コストノードで簡単に利用され得る簡単なアプローチであるが、僅かにより頑強性のある方法がアグリゲータで、または、上記方法の拡張として利用されることがあり、この拡張では、アグリゲータが残留搬送波に起因する回転は、有意な期間に亘って一定であることを仮定することができ、その結果、アグリゲータが個々のノードに対する長時間に亘る位相ドリフトを監視することにより予想位相回転を計算することができ、これは、その後、第１の受信シンボルおよび１シンボル当たりの固定回転から導出された絶対値として個々のシンボルに適用されるべき予想位相回転を計算するために使用でき、この回転は、その後、データ値の変化ではなく、実データ値を表すシンボルストリームという結果を招く個々のシンボルを復号化するために適用され得る。

このようなメカニズムでは、この場合も、原シンボルストリームを復号化するために個々の値の同相成分を計算することだけが必要である。

図２のブロック図は、絶縁カプラ２０７を通って電力線２２につながり、モデム２００およびインターネット２１を介して集中型サーバと通信するアグリゲータ２０の基本アーキテクチャを示す。

アグリゲータ２０は、ネットワーク上のノードの構成と、アグリケータが要求に応じて集中型サーバに通信する電力測定量とを含む情報のデータベース２０１を維持する。

データベース２０１は、キーボード、ディスプレイ、ＰＣインターフェイス、または、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈのようなモバイル装置インターフェイスでも組み込むことがあるユーザ構成インターフェイス２０２を介して構成され、このインターフェイスは、電力マネジメント情報が加入サービスであるため、新ノードがシステムに追加されたときに、新ノードの構成のため主に使用される。

アグリゲータは、チャネル・マネジメント・ブロック２０３の制御下で符号化された被変調拡散を生成する符号生成器２０５と、中央時間基準２０４とを使用して、電力線２２を介して送信された信号を使用して家庭内装置を制御し、この時間基準は、ネットワーク全体のためのマスタ時間基準としての役目を果たす。

チャネル・マネジメント・ユニット２０３は、ネットワークフレーミングのため必要とされる制御系列を生成し、順序付ける。

電力線から受信されたデータは、受信信号内のエネルギーピークの１つずつに対応するある程度の数の出力を生じる周波数ドメイン相関ユニット２０６を使用して逆拡散され、これらのピークは、個々のデータシンボルを送信したノードを決定し、データベース２０１に記憶された構成に応じてアタッチされたノードと関連しているメッセージを再構築するチャネル・マネジメント・ユニット２０３によって復調され、復号化され、累積された電力情報は、その後、インターネット２１を介してマスタサーバと通信されるまで、データベース２０１内に記憶される。

実例ノードアーキテクチャは、図３に示される。

電力線電圧および電化製品電流消費は、適切な回路３０１、３０２でサンプリングされ、これらの出力は、フィルタブロック３１７によって低域通過濾波され、Ａ／Ｄ変換器３１６によってデジタル化され、これらの結果は、長時間に亘って電流／電圧を記録し、電化製品消費電力の記録を構築するマイクロコントローラ３０７に伝達される。

マイクロコントローラは、所望により、リレー３０４を使用して電力線管理システム（アグリゲータ）からの制御下で電化製品電力を制御するために使用され得る。

ＢＰＳＫを使用して変調されたスペクトル拡散信号により構成される通信データは、適切な結合メカニズム３０３を介して電力線に結合される。

電力線を介して受信されたスペクトル拡散データは、バッファ３１４によって一時的に記憶され、その後、局部発振器３１０および混合器３０５を使用して局部発振器信号と混合される前に帯域通過フィルタ３１３によって濾波される。

受信信号のスペクトルをシフトするために混合した後、信号は、その後、低域通過フィルタ３０９によって濾波され、その後、信号を逆拡散し、アグリゲータからのメッセージフレームおよびタイミング基準を復号化するマイクロコントローラに伝達される前に、Ａ／Ｄ変換器３０６によってデジタル化される。同じ局部発振器がＳＷによってアグリゲータからの時間基準に同期化され、被逆拡散データのサンプリングおよび送信メッセージの生成を制御するために使用されるＳＷによって使用されるタイマを駆動するためにも使用される。

マイクロコントローラは、アグリゲータ・フレーミング信号に同期化し、その後に位相偏移されたｍ系列を使用して符号化され、拡散される電化製品消費電力の適切なレポートを準備し、このｍ系列出力は、その後、局部発振器からの信号と混合され、送信のため電力線結合回路に伝達される前に帯域通過フィルタ３１２によって濾波される。

アグリゲータは、通信チャネルへのフレーム同期信号の挿入を可能にするために、ビット・スタッフィング・プロトコルを使用して信号をノードに送信すべきである。

ノードは、シンボルを受信し、処理のため一時的に記憶すべきであり、シンボルは、プロトコルのルールに従って通信の一部として検証されるまで処理されるべきではない。

フレーム同期系列は、シンボル系列０１１１１０により構成されるべきである。

コマンド・フレーム・ヘッダは、系列０１１１１１により構成されるべきである。

通常メッセージ中の３個の連続するシンボル１の系列は、ノードによって廃棄されるべき０シンボルが後に続けられるべきである。

コマンド・フレーム・ヘッダは、常に廃棄されるべき０が常に先行させられるべきであり、このことは、複数の１シンボルを格納しているメッセージ系列がフレームまたはコマンド同期メッセージから常に識別可能でなければならないことを確実にする。

メッセージが完了し、送信すべきデータがこれ以上存在しないとき、アグリゲータは、フレーム同期が正確に識別され得ることを確実にするために０シンボルの連続系列を送信すべきである。

アグリゲータがフレーム同期系列と重なり合うことになるコマンド同期系列を送出することを望むとき、アグリゲータは、フレーム同期信号が正しく送信されるまで、コマンド同期系列の送信を常に遅延させるべきである。

アグリゲータがフレーム同期系列を送出する直前の通常メッセージ送信中に、送信系列１１１０の全体がフレーム同期系列と重なり合うような形で系列１１１を送出する場合、アグリゲータは、０がフレーム同期の最初のシンボル１の直前に送出される場合に限り、１１１０系列を送信すべきであり、そうでなければ、系列は、２つの部分に分解され、独立に取り扱われるべきであり、このようにして、ゼロのビットスタッフィングは回避されることがあり、フレーム同期は、曖昧な状態のままにされる。

シンボルを受信するとき、ノードは、シンボルを一時的に記憶し、上記ルールによる検証後に限り、これらのシンボルをアプリケーションに伝達すべきであり、すなわち、ノードが複数のシンボルをアプリケーションに一斉に伝達することがある。

コマンド同期系列がノードによって受信されるとき、部分的に受信されたコマンドは、廃棄されるべきであり、新コマンドの受信が始まるべきである。これは、表３に要約されている。このアルゴリズムは、表４に示された符号化を使用する状態機械と、図４に例示された関連する状態図とを用いて簡単に実施され得る。図４は、アグリゲータからデータを受信する状態遷移を例示し、水平線より上方の指示は、受信されたシンボルであり、水平線より下方の指示は、アプリケーションに伝達されたシンボルである。

図５は、メッセージの符号化を例示する。図示された実施例は、２４ビットメッセージ（４０１）に対するものである。

データは、最初に、送信用の１１ビットのブロックに分割され、これらのブロックは、その後、信号ビット誤りが訂正されることになる形で１５ビットからなるＦＥＣ系列（４０２）と置き換えられる。

これらのブロックは、その後、新ビット系列（４０３）を形成するために順番にブロックの１つずつから１ビットを取ることによりインターリーブされる。

この新インターリーブ方式ビット系列は、その後、ＮＲＺｉ符号化され（４０４）、乗算器（４０５）を使用してｍ系列生成器（４０６）の出力により乗じられる。

この合成信号は、その後、送信用の被ＢＰＳＫ変調信号（４０９）を生成するために、乗算器（４０８）を使用して、発振器（４０７）によって生成された搬送波で乗じられる。

最大のメッセージ完全性のため、符号化されたブロックの個数は、メッセージタイプ毎に固定されたメッセージ長の関数であり、インターリーブ化は、３バイトメッセージのため、系列が０．０、１．０、２．０、１、２．１、３．１．．．０．９、１．９、２．９などになる形で個々のインターリーブ方式ブロックから常にビット０を取るべきであり、ここで、１番目の桁は、ＦＥＣ符号ブロックを表し、２番目の桁は、ビットを表す。

アグリゲータは、すべての構成されたノードがこれらのノードの情報をアグリゲータに送信することを可能にするため十分に時間をフレームに分割すべきである。

個々のフレームは、ノードが１つの完全な消費電力メッセージを送信するために十分な長さのｎシンボルからなるブロックに細分されるべきである。

個々のノードは、送信すべきときを決定するフレームマーカーと相対的な時間スロットが割り付けられるべきであり、ノードは、他のノードと干渉しないことを確実にするためにフレーム同期への同期化を維持すべきである。

個々のノードは、送信用の時間スロットおよび符号位相の両方が割り付けられるべきであり、これは、個々のノードがアグリゲータによって一意に識別できるので、アドレス情報の必要性を軽減する。

初期化時に、ノードは、送信権限をもつ必要がなく、位相オフセット０でスロット０内だけで送信することがあり、ノードは、アグリゲータから別の時間スロットおよび符号位相オフセットを使用する権限を受信するまで、ランダム・バックオフ・メカニズムを使用し、送信を再試行して、このスロット内でアグリゲータに繰り返しメッセージを送出すべきであり、この権限が構成されると、ノードは、電力が除かれるときにこの情報を記憶し、再び電源がオンにされたときをアグリゲータに送信するためにこの情報を使用すべきである。

アグリゲータは、前のメッセージマップが送信されてから、このアグリケータが受信を行ったチャネルを指示するメッセージマップを周期的に送出すべきであり、ノードがアグリゲータに送信し、このメッセージマップ内に存在しない場合、ノードは、アグリゲータからの新権限を要求すべきである。

ノードは、スロット０、符号位相オフセット０で要求を送出することにより、アグリゲータから新権限を取得することをいつでも試みることができ、アグリゲータがこの要求を受信した場合、アグリゲータは、新権限をこのノードに割り付け、前の権限を取り除くべきである。

このメカニズムは、個々のノードが一意の識別手段を有することを必要とするが、製造後に、ノードは、一意ではないことがあり、ノードが一意の識別番号を有しない場合、ノードは、すべての識別子がシステム内で一意であることを確実にすべきアグリゲータによって番号が生成されることを要求すべきであり、一意の識別子が割り付けられると、ノードは、この識別子を記憶し、要求されたすべての後のメッセージ中でこの識別子を使用すべきである。

定義済みの基本メッセージは、以下の通りである。

−ＩＤ付きの時間スロット要求
−ＩＤなしの時間スロット要求
−時間スロット許可
−時間スロットおよびＩＤの許可
−ＩＤターンオン
−ＩＤターンオフ
−メッセージマップ
−認証動作
（認証動作メッセージは、将来のセキュリティ機能であり、それによって、ノードがアグリゲータの存在時に限り動作するためにロックされることがある）。

発明は、図面および上記説明において例示され、詳細に記載されているが、このような例示および記載は、実例的または典型的であり、限定的ではないとみなされるべきであり、発明は、開示された実施形態に制限されない。

たとえば、監視装置が制御装置としての機能も果たす実施形態において発明を動作させることが可能である。このようにして、監視装置とマスタとの間の通信は、双方向プロトコルとすることができる。このような実施形態では、監視装置は、アグリゲータからのタイミング信号に埋め込まれた、「ターンオフ」または「ターンオン」コマンドメッセージである信号を受信できる。このコマンドに応答して、監視装置は、必要に応じて、アタッチされた電化製品をオフに切り替えるか、または、オンに切り替えることになる。これは、電源を電化製品に供給するか、または、切断するために、リレー３０４を切り替えるマイクロコントローラ３０７によって行われ得る。（電化製品は、図３に示されるように、監視装置を介して商用電源に接続されていることが仮定される）。代替的に、監視装置は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）無線接続のような他の通信チャネルを介して、電化製品を制御することがある。このことは、たとえば、装置が電源切断前に完了されるべきシャットダウンプロトコルを有する場合に、有利になることがある。

アグリゲータは、広範囲の他の装置および／またはサービスと通信するために適合することがある。アグリゲータは、インターネット接続（たとえば、ＡＤＳＬ）、または、同様に電力線接続を使用するスマート・メーター・プロトコルを介して収集するデータを送出できることがある。たとえば、データは、イーサネット（登録商標）、ＵＳＢ、または、ＷＬＡＮを介して建物から出るＡＤＳＬモデム線に送出できることがある。代替的に、データは、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）を介して、設置されたスマート・メーターに、そして、その後、建物の外に送出できることがある。このデータは、スマート・メータリングおよび／またはスマート・グリッド・アプリケーションのためエネルギー供給業者によって使用され得る。建物所有者も消費量履歴を分析するために、または、全体的な電力使用量または個別の電化製品を遠隔制御するためにこのデータを使用できることがある。

前述の実施形態では、マスタ・アグリゲータおよび監視ノードは、干渉を回避するために符号分割技術および／または時分割技術を使用して同じ周波数帯域で信号を送信することが仮定されている。しかし、一部の実施形態では、これは、干渉の影響を十分に抑制しないことがある。特に、同じ周波数帯域で送信するノードおよびアグリゲータは、近端信号のかなり高い電力のため望ましい遠端スペクトル拡散信号が受信され得ないことを意味する「遠近」問題に直面することがある。これが起こり得るのは、使用される異なる拡散符号間の相互相関が実際には常に非ゼロになるからである。この場合、アグリケータがノードとは異なる周波数帯域を送信することは、好ましいことがあり、それによって、近端干渉が帯域外であり、かつ、帯域通過濾波によって制御され得ることを確実にする。

消費電力測定量、および／または、監視および制御ネットワークの以下の使用の可能性が想定される。

１）自宅所有者は、ウェブサイトを介して、非集計型レベルで自己の詳細な電力消費を見ることができる。すなわち、個別の電化製品のための個別の監視装置による測定量は、ウェブインターフェイスを介して点検され得る。

２）自宅所有者は、使用量を比較するために類似した電化製品をもつ他の（好ましくは、匿名の）顧客からの比較データを見ることができる。これは、ユーザがエネルギー消費を削減するために競争する動機として使用できることがある。これは、ユーザが他の電化製品と比べてかなり非効率的である電化製品を識別するために役立つこともある。

３）サービスプロバイダまたは公益事業者は、使用量を削減するためのヒントおよび助言を含む週／月の使用量プロファイル、傾向、および、内訳を詳述する定期（たとえば、週刊または月刊）消費レポートを送出することができる。

４）公共事業者は、（標準関税率を下回る割引を提供することがある）「グリーンセーバー」関税の一部として、家庭内の選択された電化製品を遠隔制御できる（たとえば、１週に３回、ピーク時刻（午後５時〜午後１０時）に５分間に亘って冷蔵庫をオフにする）。

５）自宅所有者は、ウェブまたはスマートフォンを介して自宅の電化製品のすべてを遠隔制御できる。

６）自宅所有者は、「スタンバイ・セーバー」システムと称される「オート・ホーム・マネジメント（ＡＨＭ）機能を使用できる。個別の電化製品データは、装置がスタンバイモードにあるときに、電力が引き出されているかどうかを判定するために（好ましくは、自動アルゴリズムを使用して）サービスプロバイダによって分析されることになる。スタンバイ電力が引き出されていると判定されると、装置がスタンバイ中である典型的な期間を発見するために、使用量履歴パターンが分析されることになる。このシステムは、その後、電化製品がオフにされるか、または、電化製品の電源が単に切断されている対応する電力セーバー期間を自動的に設定することになる。たとえば、ＴＶ／ＤＶＤ／セットトップ・ボックス（ＳＴＢ）により構成されたスタックは、スタンバイ電力中に２５Ｗを引き出すことが判明し、使用量履歴は、これらの電化製品が午後１２時以降または午前７時以前には決して使用されていなかったことを示唆するので、午前１時と午前６時との間にオフに切り替えられることがある。

７）自宅所有者は、冷蔵庫または冷凍庫のような継続的または連続的な電力使用を伴う機器が既知の低活動の期間中にオンとオフとに循環させられる電力セーバーと称されるＡＨＭ機能を使用できる。

８）サービスプロバイダからの文書サービスによって、自宅所有者は、過剰消費、または、電化製品の異常もしくは無許可の使用に対して注意換気され得る。

自明なこととして、これらの使用量シナリオおよび自動化方法は、「自宅」および「自宅所有者」に言及するが、これらが商用家屋に同様に適用されてもよい。

開示された実施形態に対する他の変形は、請求項に記載された発明を実行する際に、図面、明細書、および、請求の範囲の検討から、当業者により理解され、実施され得る。請求項中、単語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、他の要素またはステップを排除することなく、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数形を排除しない。単一のプロセッサまたは他のユニットは、請求項に記載された複数の物の機能を実現することがある。ある特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることが稀であるという事実は、これらの手段の組み合わせが有利にするために使用できないことを示唆するものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に、または、他のハードウェアの一部として一緒に供給される光学記憶媒体または固体媒体のような適当な媒体で記憶／配布されることがあるが、インターネット経由、または、他の有線もしくは無線電気通信システム経由のような、他の形式で配布されることもある。請求項中の符号は、どれでも範囲を制限するものとみなされるべきではない。

本発明は、スペクトル拡散タイミング基準信号に関する。本発明は、特に、電気電化製品の消費電力を監視する方法及び装置に関する。より詳しくは、本発明は、監視装置と、監視装置から測定量を集める関連したマスタ装置との分散型配置に関する。

個別の電気電化製品の消費電力を監視し、電力またはエネルギー測定量を集中型監視局に送信することが知られている。このようなシステムは、居住用または商業用家屋で使用可能であり、ユーザがどの装置が、どれだけ、そして、いつ電力を消費しているかを発見することを可能にする。計量目的または他の分析のため、測定量を電力供給業者に配信することも可能である。

監視市場を対象にする既存の機器の大多数は、測定装置と集中型（「マスタ」）アグリゲータとの間で無線通信を使用する。しかし、この目的のため、電力線通信を使用することも提案されている。たとえば、ホームプラグ・パワーライン・アライアンス（ＨｏｍｅＰｌｕｇ Ｐｏｗｅｒｌｉｎｅ Ａｌｌｉａｎｃｅ）は、通信プロトコルがスマートグリッド／スマートエネルギーアプリケーションのため標準化されることを提案している。これは、既存の電力線通信テクノロジーを使用することになるので、この通信プロトコルの仕様は、ＩＥＥＥ Ｐ１９０１標準の概要になるであろう。これは、電力線ネットワークを介する広帯域（高速）通信の設備のための世界的な標準である。

本発明者らは、無線による解決手法は、限定された通信範囲、干渉、および、著しいノードコストで損害を受けることを認識している。本発明者らは、既存の高速電力線データ通信テクノロジーに基づく電力監視システムは、送信されることになる測定量のサイズが小さく、かつ、比較的低い頻度（たとえば、毎秒１回ずつ）で送信できるので、不必要に複雑であることもまた認識している。その結果、発明者らは、より簡単かつより経済的な電力線ベースシステムの必要性を確認した。

本発明は各請求項によって規定される。
1つの概念によれば、別の装置からスペクトル拡散タイミング基準信号を受信し、受信された基準信号の符号−位相を検出し、検出された符号−位相と相対的に定義されたタイミングでデータを他の装置に送信するために適合した装置が提供される。

この装置の１つの有利な使用は、消費電力監視ネットワークにおいて、電力線を介して通信する監視装置の形である。

第１の発明概念の第１の態様によれば、電化製品によって消費された電力の測定量を得る消費電力監視装置であって、
商用電源電気回路に接続可能であり、この回路を介して測定量をマスタ装置に送信するために動作可能であり、
マスタ装置からスペクトル拡散タイミング基準信号を受信し、
受信された基準信号の符号−位相を検出し、
検出された符号−位相と相対的に定義されたタイミングで測定量をマスタ装置に送信するために適合している消費電力監視装置が提供される。

このアプリケーションのため従来の電力線技術を使用するとき、効率の悪さの最も重大な原因の１つは、マスタコントローラ装置と（多数かもしれない）監視ノードとの間の通信をセットアップすることにかかわるオーバーヘッドである。広帯域通信において通常見られる高データレートにおいて、オーバーヘッドは、複雑なアプリケーションを支援することが必要であり、しかも全データ帯域幅と比較して無視できる。

本システムでは、スペクトル拡散タイミング基準信号は、ネットワーク内のすべての監視装置をマスタ装置のクロックに同期化するため使用される。個別の装置は、その後、この中央基準と相対的に、指定されたタイミングでこれらの測定量を送信することができる。スペクトル拡散基準信号は、非常に正確なタイミング回復を可能にすると共に、同時に電力線環境において遭遇する干渉のタイプに頑強性がある。電力線通信では、（ＲＦ通信で見られる）フェージングの問題は、通常は非常に小さい。チャネルへの変更は、配線アーキテクチャの主な変更だけによって引き起こされる傾向があるので、通信チャネルが確立されると、この通信チャネルは、信頼できる状態をおおよそ維持することになる。しかし、商用電源線通信は、一般に広帯域かつ短持続時間であり、負荷のスイッチング（インパルス雑音）によって引き起こされる大きな干渉源の損害を被る。調理電化製品およびコーヒーメーカーのような電化製品は、家庭環境において、このタイプの干渉を生じる主な原因の一部であることが明らかになった。スペクトル拡散基準信号の使用は、監視ネットワークがこのタイプのバースト性、インパルス性の干渉におおむね影響を受けないことを可能にする。その結果、短期間広帯域雑音バーストの存在下で頑強性を維持する通信プロトコルがあることが望ましい。

ここで、「スペクトル拡散」は、少なくとも擬似ランダム拡散符号（または「チッピング符号」）系列によって変調される信号を指す。これらの信号は、ＲＦ通信のような他の技術分野、たとえば、ＧＰＳ衛星測位および第３世代移動体通信（たとえば、ＣＤＭＡ）のようなアプリケーションにおいて他の目的のため使用されている。本アプリケーションでは、チッピング符号の位相は、タイミング基準として回復され、使用され得る。このようにして、ネットワーク内のすべての装置は、同じタイミングを共有し、そして、データメッセージが送出されたときの複雑なタイミング回復、または、一斉に送信することを希望する装置間の複雑な調整の必要性がない。たとえば、装置がタイミング基準信号を回復すると、監視装置は、送信許可を要求する必要がない。

基準信号のタイミングに従って監視装置の送信のタイミングを合わせるのに加えて、監視装置は、スペクトル拡散基準信号の周波数によりよく一致するようにこの監視装置の内部クロックまたは局部発振器の周波数を調整する。

好ましくは、スペクトル拡散基準信号は、同期化シンボルによって周期的に変調され、監視装置は、同期化信号を検出することによって粗いタイミングを決定するために適合している。

典型的に、チッピング符号は、所定の送信フレーム内で複数回繰り返される。これは、符号を短くすることが可能であり、符号の検出をより高速にすることを意味する。しかし、この場合、符号−位相の検出は、細かいタイミングを提供するが、受信機は、送信フレーム内の符号のどの繰り返しが検出されたか分からないので、粗いタイミングの曖昧さを残す。これは、たとえば、個々の送信フレーム内の第１のシンボルとして同期化シンボルを提供することにより解決され得る。

消費電力監視装置は、好ましくは、符号−位相を検出する時間ドメイン相関器を備える。

監視装置のコストは、別個の装置が着目している個々の電化製品または（たとえば、延長リード線を共有している）電化製品のグループを監視するのに必要とされるので、できる限り低く抑えることが望ましい。符号−位相を検出するために時間ドメイン検出器を使用することは、装置を簡素化し、その結果、装置のコストを削減するために役立つ。

監視装置は、好ましくは、データメッセージによって変調された拡散符号を含むアップストリーム信号をマスタ装置に送信するために適合し、このデータメッセージは、電力測定量と、アップストリーム信号が送信される送信時間間隔と、および／または、基準信号の検出された符号−位相と相対的に定義された拡散符号の送信符号−位相とを含む。

固有の時間間隔を選択することにより、監視装置は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）システムを実施することができる。代替的または付加的に、監視装置は、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式を動かすことが可能であり、様々な装置の送信は、低い相互相関を有する符号を拡散することにより変調される。再度、監視装置の複雑さを最小限に抑えるために、監視装置全部が同じ単一の所定の拡散符号を使用することが好ましい。その結果、低い相互相関は、１台ずつの個別の監視装置において異なる位相でこの単一の共有拡散符号を使用することにより達成される。このことは、監視装置全部がマスタコントローラ／アグリゲータによって提供された同じ正確なグローバルタイミング基準を共有することになるので、可能である。

監視装置は、好ましくは、マスタ装置から受信されたスペクトル拡散タイミング基準信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域でアップストリーム信号を送信するためにさらに適合している。

これは、通信リンクの近端で送信された強い信号が遠端からの遙かに弱い信号の受信と干渉する「遠近」問題を回避するために役立つことがある。たとえば、遠近問題に起因して、受信された信号の信号レベルが監視装置自体によって送信されたアップストリーム信号の電力より比較的低いので、監視装置は、タイミング基準信号との同期化の検出または維持が困難になることがある。同様に、マスタ／アグリゲータ装置において、タイミング基準信号の（近端）送信は、（遠端）遠隔監視装置からのアップストリーム信号の受信と干渉することがある。アップストリーム通信とダウンストリーム通信とのため異なる周波数帯域を使用することにより、反対端からのスペクトル拡散信号は、互いに干渉しなくなる。このように、システムは、前述のＴＤＭＡおよび／またはＣＤＭＡ技術に加えて、周波数分割多重（ＦＤＭ）の使用による利益を受けることができる。

監視装置は、所望により、監視装置がマスタ装置とのネゴシエーションのため予約された第１の所定の時間間隔および／または符号−位相を使用して、アップストリーム信号を送信し、マスタ装置から、第２の異なる時間間隔および／または符号−位相を割り当てる構成情報を受信するために適合している構成モードと、監視装置が割り当てられた第２の時間間隔および／または符号−位相を使用してアップストリーム信号を送信するために適合している通常モードと、を有している。

このようにして、個々の監視ノードが商用電源ネットワークに最初に接続されるとき、監視装置は、固定され、予め配置された時間スロットおよび／または符号−位相内でマスタ（集積）装置をポーリングすることになる。マスタ装置は、他の時間および／または符号−位相スロットのうちの１つを新たに接続された装置に割り当てることになり、この構成情報を監視装置に返信することになる。構成情報は、好ましくは、スペクトル拡散タイミング基準信号に変調されて送信されることがある。一旦構成されると、監視装置は、マスタ装置との通信のため、この監視装置の固有に割り当てられた時間スロットおよび／または符号位相を使用することになる。

１台以上の他の装置から送信されたデータを受信する装置であって、スペクトル拡散タイミング基準信号を生成し、１台以上の他の装置に送信するために適合している装置がさらに提供される。

この装置の１つの有利な使用は、消費電力監視ネットワークにおいて電力線を介して通信するマスタ・アグリゲータの形である。

第１の発明概念の第２の態様によれば、商用電源電気回路を介して、１台以上の消費電力監視装置によって送信された電力測定量を受信するマスタ装置であって、
スペクトル拡散タイミング基準信号を生成し、商用電源電気回路を介して１台以上の監視装置に送信するために適合しているマスタ装置が提供される。

このマスタ装置は、このようにして、以上に要約された監視装置と共に用いるため適合している。

マスタ装置は、送信されたタイミング基準信号の符号−位相と相対的に定義された所定のタイミングで１台以上の監視装置のうちの１台ずつから電力測定量を受信するためにさらに適合している。

マスタ装置は、好ましくは、電力測定量を含むデータメッセージによって変調された拡散符号を含むアップストリーム信号を１台以上の監視装置の１台ずつから受信するために適合し、このマスタ装置は、監視装置のアップストリーム信号、および／または、信号内の拡散符号の符号−位相の受信のタイミングによって１台ずつの個別の監視装置を識別するためにさらに適合している。

監視装置は、全部がマスタによって提供された同じタイミング基準を共有する。この理由のため、マスタは、監視装置が送信する（割り当てられた）時間スロットおよび／または符号位相から個々の監視装置を識別することが可能である。これは、ノードがマスタ装置に自分を識別させる必要性を回避し、監視装置自体および通信プロトコルの両方を簡素化する。

マスタ装置は、好ましくは、アップストリーム信号が受信される周波数帯域とは異なる周波数帯域内でスペクトル拡散タイミング基準信号を送信するために適合している。

これは、監視装置と関連して以上に説明されているように、遠近問題の影響を低減するために役立つ。

マスタ装置は、好ましくは、１台以上の監視装置の１台ずつからアップストリーム信号の符号−位相を検出する周波数ドメイン相関器を備える。

個々の監視装置が異なる符号−位相を使用して送信する場合、マスタ装置は、複数の符号−位相を検出できる必要がある。これは、周波数ドメイン相関を用いて行われ得る。

第１の発明概念のさらなる態様によれば、上記のようなマスタ装置と、上記のような１台以上の消費電力監視装置とを備える電力線通信ネットワークが提供される。

本書に、および／または、添付図面を参照して実質的に記載されているような消費電力監視装置と、マスタ装置と、または、電力線通信ネットワークとがさらに提供される。

第２の発明概念の態様によれば、電化製品によって消費された電力の測定量を得る消費電力監視装置であって、
商用電源電気回路に接続可能であり、この回路を介して測定量をマスタ装置に送信するために動作可能であり、
一連の時間間隔の１つずつにおいて電化製品によって消費されたエネルギーを測定し、結果として得られるエネルギー測定量の第１の累積和を維持し、
累積和を表す第１の量子化値をマスタ装置に周期的に送信し、
累積和から送信された量子化値を減算するために適合している、消費電力監視装置が提供される。

送信された値の量子化誤差は、累積和内に暗示的に含まれ、後の周期に送信される値に繰り入れられる。その結果として、前の周期中の誤差が後の送信によって自動的に訂正されることになるので、全量子化誤差は、累積しない。

量子化は、好ましくは、不均一な、最も好ましくは、浮動小数点量子化である。

不均一量子化は、量子化がある特定の範囲の値に対し相対的により正確であることを意味する。エネルギー消費がこれらの範囲内であるとき、前の量子化誤差は、より正確に訂正されることになる。好ましくは、不均一量子化は、量子化誤差の大きさが送信された値の大きさに直接的に関係するというものである。これは、たとえば、浮動小数点量子化によって達成され得る。浮動小数点値と、消費されたエネルギーの量の累積和の維持との組み合わせは、広範囲のエネルギー値が少数のビットで表されることを意味する。浮動小数点フォーマットへの量子化による残差は、量子化誤差がゼロ付近の値に対して最小限になるので、電化製品がオフに切り替えられたとき、相殺されることになる。その結果、たとえば、電化製品がオンに切り替えられた持続時間に、電化製品によって消費される全エネルギーを非常に正確に決定することが可能であろう。超高精度が精密な値を取得する際に短い遅延を犠牲にして達成され得る。

装置は、好ましくは、エネルギー測定量の第２の累積和を維持し、第２の累積和の値をマスタ装置に断続的に送信するためにさらに適合している。

送信された値は、第２の累積和から減算されない。その結果、第２の累積和は、（たとえば、監視装置が最後に作動され、電力監視ネットワークに接続され、または、リセットされたときからの）エネルギー測定量の履歴全体の合計を表す。断続的に全エネルギー測定量の総和を送信することは、第１の量子化値の１つ以上の周期的送信が正しく受信されない場合、マスタ装置が取り込まれることがある誤りを訂正することを可能にする。第１の量子化値だけが考慮され、パケットが失われる場合、マスタ装置は、失われたパケット内で符号化された消費エネルギーの値を決して発見しないので、系統的誤りが取り込まれることがある。全累積和の再送信は、マスタ装置がこのような誤りを検出し、誤りから回復する機会を提供する。このようにして、このようなシステムは、自動的に自己訂正させることができる。

全累積和の断続的な送信は、第１の量子化値より低頻度の周期的間隔で行われることがあり、マスタ装置からの要求によってトリガーされることがあり、および／または、検出されたネットワーク条件に基づいてトリガーされることがある。たとえば、監視装置がネットワーク上で悪い信号品質を検出する場合、監視装置は、第２の累積和の値を送信する際に用いる周波数を増大することがある。

第２の累積和の値は、第１の累積和の周期的送信のうちの１回に代えて送信されることがある。

これは、第１の累積和の周期的送信のうちの１回が抑止され、第２の累積和が代わりに送信されることを意味する。マスタ装置は、置換値が異なる意味を有することを認識すべきである。この認識は、第２の累積和が送信されていることをマスタ装置にシグナリングする監視装置から生じることがあり、または、この認識は、マスタ装置が送信されるべき第２の累積和を前に要求しているので、または、承諾された送信のタイミングのため、暗示的でもよい。第１の累積和の後の周期的な送信値は、（過剰なエネルギーが介在する余分の周期に消費されていることがあるので）遅延の結果として、相応してより大きくなることがある。しかし、マスタ装置は、このことを認識し、測定量の一部を先行する周期に割り付けることがある。たとえば、マスタ装置は、後に送信された値の半分を現在の間隔に、値の半分を前の間隔に割り当てることがある（この値は、第２の累積和によって置換された）。

第２の累積和を受信し次第、マスタ装置は、前に受信された第１の累積和の値の中の誤りを遡って検出し、訂正することがある。

好ましくは、個々の監視装置は、電力測定量を送信するときに誤り訂正符号を使用する。

異なる発明概念の異なる態様は、発明の特に有利な実施形態を実現するために組み合わされ得る。

発明は、一例として、添付図面を参照して以下に説明される。

電力線ネットワークに接続されたマスタ装置および複数の監視装置を示す図である。 発明の実施形態によるマスタ装置のブロック図である。 発明の実施形態による消費電力監視装置のブロック図である。 実施形態によってマスタ装置からデータを受信する監視装置の状態遷移を示す図である。 実施形態によるデータフレームのフォーマッティングおよび送信を示す図である。

表１は、電力測定量をマスタ・アグリゲータに送出するために監視ノードで実行される計算の実施例を示す。

表２は、監視装置によって送信されたシンボルの系列と、マスタ・アグリゲータで受信された対応するシンボルとの実施例を与える。

表３は、図４の状態図に示されるようにマスタ・アグリゲータからデータを受信する監視ノードの状態遷移を要約する。

表４は、実施形態によって表３のアルゴリズムが状態符号化を用いて実施される方法を示す。

上記図は、略図であり、正しい縮尺で描かれていないことに注意を要する。これらの図の部品の相対的な寸法および特性は、図面における明確さおよび便利さのため、サイズが誇張または縮小されて示されている。

商用電源給電型電動機器の消費電力を監視し、商用電源線通信方法を使用して消費電力を集中型アグリゲータに通信することができる多数の低コスト「構成可能な」ノードを有することが望ましい。この説明において、用語「ノード」は、消費電力測定量を送信する消費電力監視装置を指し、用語「アグリゲータ」は、これらの測定量を受信するマスタ装置を指す。

主要な目標は、装置ノードが安価に、または、コストがかからなくてもエンドユーザに提供され得るように、できる限りアグリゲータの複雑さを犠牲にして、電化製品にアタッチされたノードのコストおよび複雑さを最低限に抑えることである。

発明の実施形態によれば、ネットワークアーキテクチャは、装置ノードから受信された情報のアグリゲータの役目を果たす単独の装置を必要とする。この単独の装置は、ウェブ・ベース・アプリケーションを通じてユーザ・レベル・サービス・アプリケーションおよび請求書を提供するアプリケーションサーバにインターネットを介して連結され得る。

電力線通信を使用することにより、アグリゲータからのＲＦ干渉および動作範囲と関連付けられた問題は、ユーザが、単に装置のプラグを差し込み、アグリゲータをこれらのホームネットワークに接続することによって、専門的知識なしで機器を設置できる形で除去される。

このアーキテクチャは、多数のノードが制限されたチャネル帯域幅、たとえば、ＣＥＮＥＬＥＣ帯域Ａ、Ｂ、またはＣのうちの１つを使用して、アグリゲータと通信できることを必要とする。発明の本実施形態は、ＣＥＮＥＬＥＣ帯域Ｂを使用する。

短期間広帯域雑音バーストの存在下で頑強な状態を維持する通信プロトコルを有することが望ましい。選択されたアーキテクチャは、スペクトル拡散技術を使用することにより、この問題に対処し、それによって、ある程度の数のノードは、典型的な雑音持続時間がシンボル持続時間よりかなり短い程度に遙かに遅いデータレートで一斉に送信できる。このようにして、これらの干渉バーストが典型的に単独のシンボルと干渉し、その結果、誤り訂正符号を用いて解決され得る程度に、これらの干渉バーストを制約することが可能である。

従来のパケット・ベース・ネットワークは、本目的のために非効率的であり、なぜならば、受信機が送信機に同期化することを可能にするために重大なオーバーヘッドを必要とし、そして、ノードタイミングが多くの場合に重大な誤りを有するので、ノード間の干渉を回避するために重大なパケット間ギャップを必要とするからである。

パケット内で発生する訂正不可能な多ビット誤りの確率は、パケット長さに比例する。
その結果、パケット長さを最小限に抑えることは、通信の完全性を高める。しかし、これは、調停が必要とされるときに実際的ではなく、なぜならば、調停は、ＦＥＣ符号化によって保護され得ない付加ビットを必要とするからである。このように、調停を取り除くことは、通信の全体的な完全性を高める。

付加的には、ＲＦネットワークを使用するとき、スプリアス発射に関する規制を充足し、かつ、残留搬送波に起因する重大なオフセットを回避するために、比較的安定した基準発振器を使用し、信号復調を困難にすることが典型的に必要とされる。その結果として、通常は、ＲＦ受信機が着信信号を復調しようとする前に着信信号に位相ロックすることを可能にするために、かなり大きいプリアンブルが個々のパケットにアタッチさせられる。

これらの効果の影響は、送信されたフレーム毎に重大なオーバーヘッドが存在することであり、これは、フレームがファイル転送およびストリーミング・メディア・アプリケーションのためのデータ通信の場合によく見られる大きさであるときには問題ではない。これは、これらのテクノロジーが比較的少数のノード間での大規模バースト中の大量のデータの通信のため一般に設計されているという事実を反映する。残念ながら、オーバーヘッドは、本アプリケーションの場合と同様に、非常に多数のノードから多数の短いデータパケットを送信することが要件であるとき、重大な制限になる。

本発明の通信アーキテクチャは、小型データパケットの低コスト転送、または、通信が十分に信頼でき、肯定応答系列が必要とされない短いデータグラム型転送を行うために家庭内に設置された配線を巧みに利用できる。

このプロトコルは、これらのプロセスのオーバーヘッドがこれらのオーバーヘッドが達成可能なスループットおよび／またはノード数における制限因子になるポイントへの通信を支配できることもあるので、複雑な調停スキームと、個々のフレームの冒頭にトレーニング系列（プレアンブル）を必要とする位相ロックされた受信機とを回避する可用帯域幅の効率的な使用を行う。

これを達成するため、本発明の実施形態は、マスタ・タイミング基準がフレーム間のアイドル期間を決定するので、全ノードに関する有界不確実性の範囲内に入る必要があるマスタ・タイミング基準を使用する。アイドル期間は、効率を最大にするために、できる限り短くされるべきであるが、代替的なチャネルからのフレーム間の衝突を防止するために十分に長くされるべきである。このことは、拡散符号を使用して達成することができる。

マスタ装置から送信された拡散符号を使用して、典型的な住居用建物において１マイクロ秒よりかなり小さいタイミング不確実性を容易に達成することができる。この不確実性の最大部分は、信号が商用電源配線を行き来するために要する時間に起因する。典型的に、商用電源配線中の信号伝搬は、およそ０．６Ｃ、または、２００メートル／マイクロ秒になることがある。

相関を使用する１つの欠点は、装置がオンに入れられるときを探索する要求であり、相関は、これを検出するために拡散符号のすべての可能な位相を探索しなければならず、その後、典型的に、複数の相関器フィンガー部を使用して拡散符号位相を追跡することになる。

拡散符号を連続的に送信する場合、あらゆる長さの符号を容易に追跡できる。しかし、立ち上げフェーズ中に符号を探索する時間、複雑さ、および、コストを最小限に抑えるために、符号は、この符号がマークを付けているデータフレームの持続時間よりかなり短くされることが要求される。典型的に、６ｋＨｚで送信されたおよそ１２８チップ持続時間の符号は、およそ２０ｍｓ毎に繰り返すことになるが、データフレームは、完了するために数百ｍｓを要することがあるので、符号は、繰り返され、フレーム・タイミング曖昧さを解決するために使用される付加的なフレーム・タイミング・マーカー信号を用いて変調される。

付加的には、タイミングのためマスタが送信した拡散符号を使用することは、頑強性が高いだけではなく、ノードからのデータの送信のため非常に正確な周波数を維持するために、低コスト発振器を同調させるために使用され得るノードに情報を提供する。これは、受信機（マスタ・アグリゲータ装置）での相関損失を最小限に抑えるので、受信信号対雑音比（ＳＮＲ）を改善する。

変調された拡散符号を使用するとき、受信機が、搬送波の位相、従って、被変調信号の位相を最初に決定することは不可能であるが、これは、後述されるように容易に解決され得る。

この拡散符号の変調は、その後、アグリゲータとすべてのアタッチされたノードとの間でブロードキャスト方式により通信する手段を提供し、データ送信とフレーム・タイミング同期化との両方が達成されることを可能にする変調信号のためのプロトコルが定義される。

監視ノードがシステム・タイミングについての正確な知識を有している場合、送信すべきときを知っていることが必要である。本実施形態によれば、この決定は、ある種の前もって合意されたタイミング制約に基づいて、送信ノードで行われる。

ユーザの観点から「プラグ・アンド・プレイ」であるべき低コストアプリケーションでは、製造業者で固有に個々のノードを手動でプログラムすること、または、構成のためのスイッチを提供することは可能ではない。その結果、ノードがこのノードの送信のため適当なパラメータ（たとえば、時間スロット）の組を発見することを可能にする自己構成メカニズムが必要とされる。

このメカニズムは、拡散符号を使用するとき、従来、同じ周波数を共有するチャネルが干渉を回避するために異なる拡散符号を使用することになるので、さらなる課題を生じる。本実施形態によれば、ノードが初めて接続されるとき、このノードは、発見モードおよび構成モードに入ることになる。一旦構成されると、ノードは、その後、一般的な通信モードに入ることになり、それによって、調停は、システム・フレーム・タイミング・マーカーと、構成プロセス中に記憶された情報とから暗示される。

このメカニズムは、幾つかの利点がある。第１に、このメカニズムは、コストおよび複雑さを最小限に抑え、第２に、このメカニズムは、最良のＳＮＲが個々の時間スロット中に達成され得るように、アグリゲータが立ち上げ時にノードを選択的に構成することを可能にする。

最良の通信完全性を維持し、接続され得るノードの数を最大にするために、本実施形態は、いつでもシステム内のノードの部分集合がスペクトル拡散技術を使用してデータを一斉に送信するような形で、時間スロットを使用する媒体への調停されたアクセスをＣＤＭＡアクセス技術と組み合わせる。これは、システム内のバースト性雑音を和らげる。

全体的なスループットは、商用電源電気回路内の配線環境の関数であり、アグリゲータは、各時間スロットを共有する集合としてノードを構成し、すべてのノードが通信チャネルへの均等なアクセスを得ることを確実にするために全体的なフレーム繰り返しレートを構成することにより可用帯域幅を管理することになる。

これらのリソースを割り付けるアルゴリズムは、各時間スロットにおいて達成されているＳＮＲを考慮に入れることができ、時間スロットのデフォルト最小数が最初に構成され、その後、最良ＳＮＲを有する時間スロットに応じて、ノードが順次に追加される。ＳＮＲが、さらなるノードの割り付けが信号完全性を低減することになるスレッショルドに接近するとき、アグリゲータは、使用される時間スロットの数を増大することによって、より多くの容量を簡単に追加する。その結果、ノードの測定量をアグリゲータに報告するノードは、可変フレームレートを支援し、フレーム・タイミング・マーカーからの時間スロットの個数としてこれらのノードの送信スロットを参照するために十分に柔軟性に富むべきである。

ノードからアグリゲータへの送信のため、本実施形態は、ある程度の数のノードが一斉に送信することを可能にするＣＤＭＡを使用する。このアプローチを用いると、データビット持続時間（および、それ故にフレーム持続時間）は、延長される。しかし、より多くのノードが一斉に送信するとき、全体的なデータスループットが維持される。この技術は、幾つかの利点がある。第１に、この技術は、雑音の存在下で非常に信頼性があり、第２に、ビット持続時間が著しく増加されるので、ガード期間が相対的に無視できるようになる。それ故に、信号を復調し、ビット同期化プロセスなしでデータストリームを回復することが可能になる。

アグリゲータで、受信された信号は、すべての送信ノードからの復調されるべき搬送波を収容する。しかし、個々のノードは、マスタクロックに関する可変搬送波位相を有することになり、このマスタクロックもドリフトすることになる。

アグリゲータが個々のノードに同期化することを要求し、複数の相関器およびトレーニング系列を必要とすることになることを回避するため、本実施形態は、データの簡単な２相位相偏移キーイング（ＢＰＳＫ）符号化を使用する。この符号化は、１８０度位相偏移をもつ２個のシンボル状態だけを提供し、すなわち、受信されたデータは、トレーニング系列なしで単純に復号化することができ、初期符号位相の曖昧さだけを有している。フレームの受信の開始時に、アグリゲータは、最初に、個々のノードの拡散符号を探索しなければならない。複雑さを最小限に抑えるために、すべてのノードは、同じ拡散符号を使用して同時に送信することになり、この同じ拡散符号は、個々のノードからのエネルギーがアグリゲータ内の周波数ドメイン相関器の出力で異なる非重複符号位相窓の範囲内に現れることになるように、個々の送信ノードに対して位相偏移されていることになる。

周波数ドメイン相関器を使用すると、すべての符号位相が一斉に相関を取られるので、探索プロセスがより効率的になる。１つの共有拡散符号が使用されるので、複数の拡散符号のため周波数ドメイン相関を実行することは不必要である。

本実施形態のため、すべての整列されていない偏移で最低の相互相関を有する１２８チップ符号系列が選択されている。このようにして、ノード間の干渉が最小限に抑えられる。

アグリゲータでデータを復調するとき、送信された信号の位相を決定することが必要である。これは、簡単な非ゼロ復帰（ＮＲＺ）符号化スキームおよびＢＰＳＫ変調を使用して十分に機能することが判明している拡散符号のＢＰＳＫ変調を利用することによって行われ得る。このアプローチは、衛星信号を追跡するＧＰＳ受信機との関連で使用されるアプローチと類似している。

一斉に送信する多数のノードと、さらにノードの時間ドメイン多重化とを仮定すると、アグリゲータがノードの１つずつを追跡することは、相関器のタイミングを変更することを伴うことになるので、不可能である。しかし、重大な搬送波オフセット（残留搬送波）を含む場合でも、拡散符号との相関を取り、複素相関器出力を観察することにより搬送波位相測定を行うことが可能である。これは、複素相関器出力の位相回転速度を監視することにより追跡ループを閉じる。

ＢＰＳＫ変調を使用し、相関ピークの符号−位相を簡単に測定することにより、絶対信号位相を追跡することが必要ではない。アグリゲータが個々のコヒーレント相関の相対的な搬送波位相を単に決定できるのではなく、変調のあらゆる変化に対して１８０度位相偏移が存在している。ＢＰＳＫ変調に加えて、個々のノードは、送信された個々の１に対して１８０度位相偏移が存在し、送信されたあらゆる０に対して０度位相偏移が存在する形で、データの非ゼロ復帰反転（ＮＺＲｉ）符号化を使用することになる。このようにして、位相変化の検出における何らかの誤りは、受信されたメッセージのちょうど２ビットに改竄を生じることになる。この非ゼロ復帰反転符号化は、その後、前方誤り訂正（ＦＥＣ）技術がこの問題を緩和することを可能にする。

ＮＲＺまたはＮＲＺｉ符号化を用いることなく、初期位相曖昧さを解決するために、送信された最初のデータビットを知ることが必要であろう。すなわち、個々のフレームは、基準を与えるために既知ビット極性で始まることが必要であろう。これは、当然ながら、システムがこのスタートビットの検出の失敗に非常に影響を受けやすくさせることになる。

上記の概説されたプロトコルは、ノードとアグリゲータとの相対的な搬送波周波数が十分に接近している場合、確実に機能し得るが、不確実性の主な原因は、個々のノード内の内部クロックの不確実性である。ノードのクロックが相対的に正確であると仮定すると、クロック不一致に起因してデータシンボル毎に小さい位相回転が認められることになる。
この位相回転は、クロックに起因する位相回転がシンボル期間に亘って有意ではない形で十分に抑制されるべきである。本実施形態のアーキテクチャでは、個々のノードは、受信された拡散コードから導き出された正確な時間基準を有し、非常に低コストのクロックが使用される場合に、クロック誤りを訂正するためにこの時間基準を使用し得る。これは、個々のデータフレームの開始時に再整列によって解決されることになる符号−位相を維持する問題を残す。システムは、その結果として、フレーム期間中の有意なクロックドリフトに耐性がある。

相関器内の残留位相不確実性は、同じ周波数帯域で電力を送信する（他のノードに対応する）他のＣＤＭＡチャネルによって支配されることがある雑音電力に原因がある。これは、アグリゲータの近くに位置しているノードからの強い信号は、離れたノードからの信号のＳＮＲを許容可能なレベルより下に下げることがあり得るので、同時に送信され得るチャネルの数を制限する。

一般に、許容可能信号レベルは、雑音の影響が相関器出力位相測定量に顕著に＋／−９０度未満の曖昧さを引き起こす信号レベルである。これは、アグリゲータで観察される相対的な信号電力を個々のノードに対してほぼ等しくするために送信電力を制御することにより達成される。これは、どのノードがこのノードの送信電力を増加または減少させるべきであるかを指示する簡単なブロードキャストメッセージを送出するアグリゲータによって達成され得る。

ＮＲＺｉ符号化を使用することにより、第１のデータビットの位相の誤検出に対するシステムの影響の受けやすさは、除去される。しかし、これは、１つの欠点を招き、１つのシンボルの位相を正確に検出できないことは、後に続くシンボルの付加的な遷移を挿入するか、または、除去することになるので、多ビット誤りを生じることになる。しかし、副次的な利点として、２つのシンボルを正確に検出できないことは、２つの隣接ビットが不正確に受信されることを決して生じないことになる。

単独ビットの誤りは、前方誤り訂正アルゴリズムを使用して、ハミング符号によって訂正され得る。本実施形態は、単独ビットの誤りが検出され、訂正され得る形で１１ビットの各グループが１５ビットによって置き換えられる１１Ｂ／１５Ｂ符号化を使用する。これらの符号は、多ビット誤りを訂正できず、多ビット誤りを検出しないこともある。これを解決するため、ブロックインターリーブは、個々のブロックが単独の訂正可能なビット誤りを受信する形で、数個のデータブロックの間で多ビット誤りを拡散するために使用される。

上記の概説されたシグナリングシステムは、合理的に信頼できる通信プロトコルという結果を招くことになる。それにもかかわらず、改竄されたパケットから生じる誤りが依然として存在するであろう。主要なアプリケーションは、電力監視に向けられるので、９５％を超えるパケット転送率を達成することは、全体的な電力監視において５％より優れた正確さを生じることになるので、許容できると考えられ、この数字は、電力が消費されている場所を監視する目的のため十分に正確であると思われる。この数字は、殆どの従来のデータ通信アプリケーションにおいて許容される筈の数字に満たないことに注意を要する。

広範囲の消費電力値を受け入れ、（メッセージを延長することになる）不必要な高精度データを送出することなく電力を正確に指示するために、電力は、浮動小数点フォーマットを使用して通信される。

たとえば、１から３０００ジュール／秒の範囲の値を受け入れることが必要であると仮定すると、最大値３０００は、これを表すために１３データビットを必要とすることになり、１ジュールの精度をもつ符号なし固定小数点フォーマットが使用されるべきである。
（消費エネルギーは、決して負にはならないと仮定されるので、符号なし値が適切である）。

その代わりに、本実施形態では、１１ビットが仮数に割り付けられ、４ビットが指数に割り付けられ、［０から２０４７］＊２＾［０から１５］ジュールの範囲を与える１５ビット浮動小数点値が使用される。

ノードは、測定が行われるとき、消費された全電力（エネルギー）の和を累積する。個々のフレームにおいて、値は、上記の浮動小数点フォーマットを使用して送信される。このフォーマットの精度は制限されているので、２０４７ジュール以下の値だけが正確に符号化されることを保証され得る。２０４８ジュールから４０９５ジュールまで、送信された値は、２ジュールのステップで量子化される。４０９６から８１９１ジュールまで、ステップサイズは、４ジュールであり、以下同様である。その結果、浮動小数点の量子化され、送信された値は、一般に、累積和の現在値に厳密には等しくないことになる。この量子化誤差を説明し、受信機（アグリゲータ）での累積誤差の累積を回避するために、送信された量子化値は、記憶された累積和から減算される。後の間隔で消費されたエネルギーは、和に加算され続け、従って、次に、累積和が量子化され、値が送信され、この値は、新たに消費されたエネルギーと、残留量子化誤差との両方を組み込むことになる。このようにして、後の量子化され、送信された値は、前の値に取り込まれた量子化誤差を訂正することになる。それ故に、全体的な精度の損失はないが、精密な電力使用量を通信する際に短い遅延がある。殆どの電化製品は、１日のある時刻にオフに切り替えられることになる。消費電力がゼロまで下がるとき、送信されるべき残りの量は、最終的に、２０４８ジュールより下の厳密に表され得る値まで下がることになるので、記憶された累積和の残留量子化誤差は、完全に除去され得る。量子化は、常に、１５ビット浮動小数点フォーマットで表され得る最も近い数に切り下げる。

表１は、２５５１ジュール／秒を消費し、（１秒送信フレームに対応する）１秒間隔で送信する電化製品の場合のため実行される計算および送信される値の実施例を示す。この場合、簡単にするため、より小さい５、３ビット浮動小数点値が使用される。機器は、９秒に亘って動作する。

電力は、ワット列に指示され、全消費エネルギーは、ジュール列に累積される。累積エネルギー値和は、１秒毎に累積される。メッセージは、間隔中に送出された量子化値を表し、この値は、３ビットが指数、５ビットが仮数符号なし表現として８ビットを使用して表され得る累積和を超えない最も大きい値である。本実施例では、メッセージは、２秒毎に送出される。

たとえば、時点２で、和は、この時点までに消費されたジュールを表す２５５１である。このフォーマットで表される最も近い最小の数は、仮数＝７９、指数＝５として符号化された２５２８（７９＊２＾５）である。この値２５２８は、その結果、送信され、和の累積値から減算され、次のエネルギーの読み値が残りの２３ジュールと累積され、（２５５１＋２５５１−２５２８＝２５７４ジュールである。

メッセージの１つが改竄または損失された場合（すなわち、誤った値がアグリゲータで復号化されるか、パケットが損失された場合）、系統的誤りが導入されることがある。ノードは、アグリゲータがすべてのメッセージを正確に受信したことを仮定し、（上位レベルメッセージ肯定応答プロトコルが存在しない場合）アグリゲータが正確にメッセージを受信できなかったときを知る方法はない。一部の状況では、アグリゲータは、（たとえば、誤り検出または誤り訂正符号を使用して）メッセージが間違って受信されたことを検出し得ることがあるか、または、特有のノードからの送信の周期的パターンが妨害されたことを認識することがある。しかし、「訂正不可能な」誤りから回復するために、幾つかのさらなるメカニズムが必要とされる。

この理由のため、本実施形態では、個々のノードは、エネルギー測定量の別個の合計累積和を維持する。この合計は、上記の現在累積和に等しいが、毎回減少させることなく、量子化値が送信される。上記表１において、合計累積和は、列「ジュール」によって指示される。ノードは、この合計値を時折アグリゲータに送信する。アグリゲータが合計値を受信するとき、アグリゲータは、前の誤りを訂正でき、移動合計をノードと再同期化することを可能にする。

合計値の送信のトリガーは、信号条件および／またはアグリゲータからの要求に基づいている。合計値は、周期的に（たとえば、一定数の通常のメッセージの後に）も送信され、毎回ノードがパワーアップされる。

目下説明されている実施形態では、合計累積値は、通常の周期的メッセージのうちの１つを置き換える。これは、付加データを送信する必要性を回避する。しかし、測定量のうちの１つが累積電力メッセージの開始によって置き換えられるので、この測定量のうちの１つの実効的な損失をもたらす。それにもかかわらず、消費エネルギーは、ノード内で依然として累積され、後続のメッセージ内で送信される値に組み込まれる。合計累積和を格納しているメッセージを前に受信したことを知っているアグリゲータは、後続の値が２回の測定周期に亘って平均化され、欠けている測定量を隠すように、メッセージペアを濾波する。

このようにして、システムは、自己回復し、系統的なオフセットは、無制限には伝搬しない。アグリゲータが訂正を受信すると、アグリゲータは、このアグリゲータが偽メッセージを前に受信したかどうかを決定し、後の合計累積値を使用して、この偽メッセージが何であるかを計算できる。その結果、測定量の履歴を振り返るとき、誤ったまたは欠けているメッセージは、問題を引き起こさない。

マスタ／アグリゲータ、および／または、監視装置／ノードの主要な機能と、これらの間の相違点とは、以下に概説される。

アグリゲータは、基準搬送波周波数でＰＮ系列を送信する。このＰＮ系列は、タイミングおよび周波数基準をすべての低コスト装置ノードに供給する。この信号は、フレーミングのための同期化符号を用いて変調され、フレーム同期マーカーの間で他のメッセージング情報を付加的に搬送することができる。

アグリゲータは、周波数ドメイン相関を使用して多チャネル相関器を動かし、ノード毎にＮＲＺｉ符号化データチャネルを抽出するためにＢＰＳＫ信号を復調する。

データチャネルは、復号化され、アグリゲータは、ノード毎に消費された電力を累積する。

付加的に、アグリゲータは、新ノードの導入を識別するために専用スロット（スロット０、位相オフセット０）を連続的に監視し、現在システム条件に応じて（たとえば、ＳＮＲを参照して）新ノードを構成する。

データチャネルを受信する間に、ノードが自分を識別させる必要性、または、アグリゲータが個々のノードをポーリングするか、もしくは、アドレス指定する必要性はない。その代わりに、このノードは、位相符号および時間スロット内に暗示される。アグリゲータは、チャネル毎の受信電力（ＳＮＲ）をさらに監視し、アグリゲータで適切なＳＮＲおよびＢＥＲを維持するためにノードの送信電力を増減させることをノードに命令するブロードキャスト電力制御メッセージを周期的に送出することになる。

監視装置ノードは、電力を監視し、監視装置ノードが量子化された累積値のメッセージストリームを使用してアグリゲータに通信するエネルギー読み値を累積する低コストノードである。

ノードは、より簡素な、時間ドメイン相関器を実施し、ノードは、アグリゲータからの同期化符号を検出するためにこの時間ドメイン相関器を使用する。ノードは、ノードの送信を同期化するためにこの符号を使用し、局部クロック誤りを計算し訂正するためにフレーム・タイミングをさらに使用する。

ノードは、時間ドメイン相関を使用して探索を実行し、フレーム・タイミング・マーカーを検出し、構成情報を受信すると、ノードは、符号を連続的に監視し、相関器内で符号を中央に置く追跡モードに入る。ノードは、その後、割り付けられた時間スロット内で、適切にシフトされた拡散符号と共に、アグリゲータへの電力測定メッセージの送信を同期化するためにフレーム・タイミング・マーカーを使用する。

ＢＰＳＫ変調を復号化するために、位相角度の不確実性が＋／−９０度未満になる形で受信機に十分なＳＮＲを有することが必要であり、そして、実際には、ＳＮＲは、完全性を維持するためにかなり小さくされるべきである。位相検出の正確さに影響を与える３つの主な課題が存在する。

１． 周波数オフセット：送信ノード搬送波周波数が受信機搬送波周波数と異なる場合、個々の相関周期の間に固有の位相回転が存在することになる。

２． 受信電力：受信電力が低い場合、相関器出力の精度が低減され、位相分解能の損失を生じる。

３． ＳＮＲ：信号が雑音の存在下で受信された場合、この雑音は、典型的に、ガウシアンであり、ＩチャネルとＱチャネルとの間で異なることになる。主要な雑音源は、同時に送信する他のノードであるので、非ゼロシフトのための最低自己相関を用いて拡散符号を選択することによりこの雑音を最小限に抑えることが望ましい。分析は、この目的のため、ｍ符号ＰＮ［７ ４ ３ ２］が全部で１２８ビット符号の最低相互相関を提供し、その結果、これがノード対アグリゲータチャネルのため使用されることを明らかにした。

タイミング同期化チャネルのため異なる拡散符号を使用することが必要である。１つのこのような適当な符号は、ｍ符号［７ ６ ５ ４］であるが、幾つかの他の可能性が存在する。このチャネルのための厳密な符号は、ＰＮ［７ ４ ３ ２］と最低相互相関をもつ符号として選択されるべきである。自己相関は、この符号がアグリゲータだけによって送信されるので、この符号のための重要な事項ではない。

（たとえば、リングメイン・トポロジーからの）マルチパス効果は、重大な影響を与えない。ＣＥＮＥＬＥＣ帯域Ｂ（１００ｋＨｚ）で、波長は、（０．６６Ｃで）およそ２ｋｍであり、居住用または小規模商業用環境では、顧客ユニットから１００ｍを越えるケーブル長を見る可能性は非常に少なく、その結果、破壊的な干渉は、およそ１２．５ｃｍの波長を用いるより高い周波数のＲＦ解決手法とは異なり、非常に少ない。

本実施形態では、アグリゲータは、およそ１から２ミリ秒の位相不確実性で複数の同時拡散符号を逆拡散させなければならない。これは、時間ドメイン技術または周波数ドメイン技術を使用して達成され得る。しかし、時間ドメイン技術は、多数の実際の相関器、または、より小型の相関器源の時間ドメイン複信を必要とすることになり、これは、かなり非効率的であり、一般に、複雑さ、従って、コストを増大するＦＰＧＡまたはＡＳＩＣ実施を必要とする。

これらの理由のため、本実施形態は、周波数ドメインにおける相関を実施する。これは、ＧＰＳ受信機における探索フェーズで時折使用されるアプローチに類似したＦＦＴ／ｉＦＦＴアプローチを使用する。ある程度の数の要件および／または制限が存在する。

１． ＦＦＴは、単一の拡散符号系列を逆拡散することだけが可能である。

２． 少しだけが必要とされるときでもすべての符号位相が計算されなければならない。

３． サンプルは、データ変調に同期すべきであり、さもなければ、有意な損失が起こることになる。

上記の通り、同じ拡散符号が個々の送信ノードで使用されるが、この符号は、異なるノードからの符号間の自己相関がゼロになる形で位相偏移される。符号は、マスタ・タイミング基準に同期的に変調され、すなわち、個々のノードは、異なる位相オフセットで拡散符号を変調することになる。

アグリゲータは、データの１つのＰＮ長をサンプリングし、ＦＦＴベースの相関を実行し、すべての相関ノードからのすべての信号を取得する。データビット周期毎にこのプロセスを繰り返して、データが、その後、ビット周期間に、１チャネル当たりの複素相関器の位相比較によって抽出される。このノードのための抽出データビット・タイミングは、エネルギーを計算することによって決定され、その後、複素値がピーク位相を取得するために補間され得る。その後、ビット周期間の位相変化がＮＲＺｉ符号化されたビットストリームを回復するために計算される。

最低限のコストでノードを実施することが望ましく、その結果として、大きい相関アレイを回避することが好ましい。しかし、サンプルが処理されなければならないレートが原因で完全にソフトウェアで相関を実施することも実際的ではない。少数の相関器タップを有することの主な限界は、ノードが最初にオンに入れられたとき、マスタ・タイミング基準に同期化するために要する時間である。しかし、タイミング基準を与えるためには、アグリゲータによって送信された長い符号を有することが望ましい。

これらの課題に取り組むために、本実施形態では、アグリゲータは、より低速のビット系列によって変調されることになる拡散符号を送信する（ビット系列の個々のビットは、拡散符号の１回の繰り返しを変調する）。ＰＮ（拡散）符号は、補助的な１から２ｍｓのレベルの分解能を提供し、ビット系列は、より上位レベルの曖昧さを解決する。これは、マーカービット系列が２秒毎に送信される形でマーカービット系列を使用して、（たとえば）２秒の粒度で正確な時間が決定されることを可能にする。残りの拡散符号の繰り返しは、その後、他の望ましいデータで変調され得る。ビットスタッフィングは、特定の系列が正常に変調されたデータストリームから決して受信され得ないことを確実にするために使用され、この予約された系列がマーカーとして使用される。

符号長さは、装置からアグリゲータに通信するために使用される（しかし、異なる拡散符号を使用する）符号の長さと同じ長さでもよく、または、倍数でもよい。短い拡散符号を有する場合、少数の部分相関器が低コストＦＰＧＡに実施される。これらは、以下の通り、ソフトウェアコントローラ探索を使用するソフトウェアによってさらに統合され得るより低レートで結果を生じる。

個々の部分相関器は、少数のＰＮ符号チップのためのハードウェア（ＨＷ）を使用して累算し、これらの「部分」相関結果は、ソフトウェア（ＳＷ）累算のためには速すぎるチッピングレートより低レートであるが、ＰＮレートの倍数で生成され、ＰＮ長さ全体に亘り相関を取るためにＳＷを使用するさらなる累算を可能にする。

１． エネルギーピークが検出されるまで、増加する符号−位相で探索する。

２． 符号−位相回転レートを計算するためにソフトウェアを使用して数サイクルに亘ってピークを追跡し、そして、発振器を微調整するために位相ロックループ（ＰＬＬ）を更新する。

３． データ系列および同期ポイントを決定するために複素位相を復号化する。

システムの１つの例示的な実施形態が今度はより詳細に説明される。

図１は、実施形態によるネットワークの実施例を示す。マスタ（アグリゲータ）装置２０と、３台のリモート監視装置３０とは、リングメインである商用電源電気回路２２に接続されている。消費電力が監視される電化製品４０は、監視装置３０に接続されている。
本実施形態では、電化製品は、監視装置３０を介して商用電源２２にも接続されている。
マスタ装置２０は、ネットワークに接続されているときに個々の監視装置３０を構成する。一旦構成されると、個々の監視装置３０は、規則的な間隔で測定量を断続的に送信する。これらの測定量は、アグリゲータ２０によって受信され、インターネット接続部２１を介してサーバ５０に転送される。

個々の装置によって電力線上で送信される信号は、ＢＰＳＫ符号化を使用して、ｍ符号系列とＮＲＺＩデータストリームとで正弦波変調されるので、ｍ符号のチッピングレートとデータ系列との両方でシンボルを考慮する必要がある。

ｍ系列は、値が−１、＋１であり、シンボル期間がＰｍである繰り返し１２８シンボルバイナリ系列ｍ０．．ｍ１２７であると仮定する。

ｍ符号位相オフセットがＭｐ（０＜＝Ｍｐ＜１２８）であると仮定する。

データ系列がＮＲＺＩ符号化バイナリ系列ｄ０、ｄ１．．ｄｎであり、時点ｔでのｄの値が値＋／−１を有するｄ（ｔ）によって表され、データは、ｍ系列シンボル１個当たりにデータシンボル１個のレートでｍ系列を変調するために使用される、と仮定する。

シンボルｄ（ｎ）の周期がＰｄとして表され、それ故に、Ｐｍ＝１２８Ｐｄである、と仮定する。

時点ｔにおけるデータシンボルは、ｄ（ｔ）＝ｄ（ｔ／Ｐｄ）である。

時点ｔにおけるｍ系列値は、ｍ（（（ｔ＋Ｍｐ＊Ｐｍ） Ｍｏｄ Ｐｄ）／Ｐｍ）である。

このようにして、送信された信号は、ｆが搬送波の周波数であるとして、ｄ（ｔ／Ｐｄ）＊ｍ（（（ｔ＋Ｍｐ＊Ｐｍ） Ｍｏｄ Ｐｄ）／ｐｍ）＊（ｃｏｓ（ｆ＊ｔ）＋ｊｓｉｎ（ｆ＊ｔ））であり、この変調は、単一の正弦波（√２＊ｓｉｎ（ｆ＊ｔ−π／４））として生成され得る搬送波の簡単な反転を可能にする。

後で分かるように、位相シフトπ／４は、一定の位相オフセットであるので無視することができる。

受信機で、信号は、Ｃｏｓ（ｆｔ）＋ｊＳｉｎ（ｆｔ）を表す複素値ペアＩ、Ｑ（同相／直交）としてサンプリングされる。

この信号は、濾波され、周波数−ｆ１で局部発振器によって多重化することによりダウンコンバートされて、複素「ベースバンド」信号Ｓｂ＝（Ｃｏｓ（ｆ＊ｔ）＋ｊＳｉｎ（ｆ＊ｔ））＊（Ｃｏｓ（ｆ１＊ｔ）−ｊＳｉｎ（ｆ１＊ｔ））を生成し、周波数は、直交成分が同相成分より先行するので、「負」であることに注意を要する。結果として得られる信号は、Ｓｂ＝Ｃｏｓ（（ｆ−ｆ１）＊ｔ）＋ｊＳｉｎ（（ｆ−ｆ１）＊ｔ）である。

その結果として、送信周波数と同じになるようにｆ１を設定することにより、その後に、逆拡散し、復号化することができる複素ベースバンド信号を生成する。

実際には、局部発振器の周波数ｆ１は、通常はＰＬＬをロックするためにトレーニング系列を使用して達成される真のベースバンド信号を生成するために、送信周波数ｆに周波数および位相ロックされる必要があるが、これは、スループットがトレーニング系列長さによって制限されることになる短いデータパケットに対して非効率的である。

本実施形態で使用される代替的なアプローチは、局部発振器ｆ１と送信搬送波周波数ｆとの間に周波数不一致が存在することを許容し、変調段において「ベースバンド」信号に結果として生じる残留周波数を受け入れることである。

ダウンコンバージョン段の出力は、ｄ（ｔ／Ｐｄ）＊ｍ（（（ｔ＋Ｍｐ＊Ｐｍ） Ｍｏｄ Ｐｄ）／ｐｍ）＊（ｃｏｓ（ｆｂ＊ｔ）−ｊＳｉｎ（ｆｂ＊ｔ））であるので、データシンボルを抽出するためにレプリカｍ系列によって乗じる。

レプリカｍ系列により乗算すると、複素シンボル系列：ｄ（ｔ／Ｐｄ）＊ｍ（（（ｔ＋Ｍｐ＊Ｐｍ） Ｍｏｄ Ｐｄ／ｐｍ）＊（ｃｏｓ（ｆｂ＊ｔ）＋ｊＳｉｎ（ｆｂ＊ｔ））＊ｍ（（（ｔ＋Ｍｐ＊Ｐｍ） Ｍｏｄ Ｐｄ）／（ｐｍ＊ｆ１／ｆ））を得る。

局部発振器周波数が搬送周波数に十分に接近している場合、ｆ１／ｆは、十分に１に接近しているので無視することができ、そして、ｆｂが発振器内の周波数差に起因するベースバンド信号中の残留搬送波であるとして、シンボル系列：
ｄ（ｔ／Ｐｄ）＊（ｃｏｓ（ｆｂ＊ｔ）＋ｊｓｉｎ（ｆｂ＊ｔ））
を取得する。

エネルギーは、結果として生じる：
ｄ（Ｔ）＊（ｃｏｓ（ｆｂ．Ｔ）＋ｊｓｉｎ（ｆｂ．Ｔ））
のシンボルを与える信号を逆拡散するために時間Ｐｄに亘ってコヒーレントに統合される。

ＢＰＳＫ変調を使用しているので、ｄ（ｔ／Ｐｄ）シンボル系列を抽出することは、ａｔａｎ（ｄ（ｔ／Ｐｄ）ｊｓｉｎ（ｆｂ＊ｔ））／ｄ（ｔ／Ｐｄ）ｊｓｉｎ（ｆｂ＊ｔ））を取得し、位相シフトを測定するプロセスである。

実際には、ｆｂは、ゼロに接近し、結果として生じるシンボルは、隣接シンボルに関してＰｄ＊ｆｂによって、そして、シンボル反転の場合、１８０度だけ位相回転し、なぜならば、ｆｂの効果が累積的であり、データは、絶対位相測定量ではなく、受信シンボルの関連した位相測定量によって抽出され、よって、ｆｂがフレーム持続期間とは無関係に無視されることを可能にするからである。

これと関連付けられ、全部が残留搬送波ｆｂの関数である幾つかの損失が存在し、第１に、統合中の信号位相回転に起因し、典型的にｓｉｎｃ（ｘ）関数に従う損失が存在し、第２に、ｍ系列チップ間の累積的位相シフトに起因する損失が存在する。

現実には、相関は、個々のコヒーレント周期の最初に再起動され、そして、シンボル復号化のための絶対位相ではなく、シンボル間の相対位相を使用しているので、これらの損失は、両方共にコヒーレント統合周期中の残留搬送波の全位相回転の関数である。

通常の高速通信システムでは、ａｔａｎ関数の計算に伴う処理能力に起因してシンボル間で相対位相比較を実行することは実際的ではないが、ＢＰＳＫを使用する低データレートアプリケーションでは、実際の位相角度を計算することではなく、単に信号配置点と原点とを通る線の勾配を計算することが必要となり、個々のシンボルに対して、この線の勾配を測定し、前のシンボルの相対勾配を決定し、これは、超越数学関数ではなく、単一の除算演算を必要とするので、相対位相比較を実行することは、実際的になる。

個々のシンボルに対して、原点を通る線の勾配が計算され、前のシンボルに対する勾配と比較され、その後、次のシンボルと共に使用するため記憶され、代替的に、個々のシンボルは、前のシンボルの複素共役を乗じることが可能であり、前のシンボルに対する位相オフセットを正規化するためにシンボルを効率的に回転させる。

一例として、表２は、ノードによって送信された信号、すなわち、（次元を無視して）Ｉ／Ｑ値５６と共に系列Ｓ０．．Ｓ６を指示し、これらは、１（１）および−１（０）を表す位相角度４５度および２２５度で単一の正弦波を使用して送信される。

これらは、媒体によって歪められ、ベースバンド残留搬送波によって位相偏移されるので、受信機での搬送波除去フィルタリング、サンプリング、および、逆分散の後に、値Ｒ０．．Ｒ６として相関器から出力され、ベクトルは、実線によって表され、点線は、１８０度の位相偏移をもつベクトルの継続である。

減衰され、歪められた信号を受信した後、従来の手段を使用して信号を復号化することが不可能であることは明らかであるが、回転パラメータとして前のシンボル値を適用することにより信号を正しく回復するために回転した同相成分の符号を計算することだけが必要である。

複素信号を取り扱っているので、表２中の同相列によって表された結果：
ＳＩＧＮ（Ｑ（ｎ）＊Ｑ（ｎ−１）＋ｌ（ｎ）＊ｌ（ｎ−１））
を単に計算するだけでよい。

位相を訂正するために回転を個々のシンボルに適用するので、同じ位相の２つのシンボルが互いに相殺することになり、大きい位相差のある２つのシンボルが大きい位相オフセットを生じることになり、その結果、このような方法で復号化されたシンボル系列は、シンボル値自体ではなく、シンボルの変化を実際には指示している。

これを解決するために、廃棄されるトレーニング用の単一のシンボルを送信し、この信号が１を表すと仮定すると、すべての後続のシンボルは、大きい残留搬送波がある場合でも、シンボル系列が正しく復号化された表２の最後の列に示されるように、前の復号化されたシンボルと同相成分の符号を乗じることにより正しく復号化される。

これは、アグリゲータからのメッセージを復号化する低コストノードで簡単に利用され得る簡単なアプローチであるが、僅かにより頑強性のある方法がアグリゲータで、または、上記方法の拡張として利用されることがあり、この拡張では、アグリゲータが残留搬送波に起因する回転は、有意な期間に亘って一定であることを仮定することができ、その結果、アグリゲータが個々のノードに対する長時間に亘る位相ドリフトを監視することにより予想位相回転を計算することができ、これは、その後、第１の受信シンボルおよび１シンボル当たりの固定回転から導出された絶対値として個々のシンボルに適用されるべき予想位相回転を計算するために使用でき、この回転は、その後、データ値の変化ではなく、実データ値を表すシンボルストリームという結果を招く個々のシンボルを復号化するために適用され得る。

このようなメカニズムでは、この場合も、原シンボルストリームを復号化するために個々の値の同相成分を計算することだけが必要である。

図２のブロック図は、絶縁カプラ２０７を通って電力線２２につながり、モデム２００およびインターネット２１を介して集中型サーバと通信するアグリゲータ２０の基本アーキテクチャを示す。

アグリゲータ２０は、ネットワーク上のノードの構成と、アグリケータが要求に応じて集中型サーバに通信する電力測定量とを含む情報のデータベース２０１を維持する。

データベース２０１は、キーボード、ディスプレイ、ＰＣインターフェイス、または、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈのようなモバイル装置インターフェイスでも組み込むことがあるユーザ構成インターフェイス２０２を介して構成され、このインターフェイスは、電力マネジメント情報が加入サービスであるため、新ノードがシステムに追加されたときに、新ノードの構成のため主に使用される。

アグリゲータは、チャネル・マネジメント・ブロック２０３の制御下で符号化された被変調拡散を生成する符号生成器２０５と、中央時間基準２０４とを使用して、電力線２２を介して送信された信号を使用して家庭内装置を制御し、この時間基準は、ネットワーク全体のためのマスタ時間基準としての役目を果たす。

チャネル・マネジメント・ユニット２０３は、ネットワークフレーミングのため必要とされる制御系列を生成し、順序付ける。

電力線から受信されたデータは、受信信号内のエネルギーピークの１つずつに対応するある程度の数の出力を生じる周波数ドメイン相関ユニット２０６を使用して逆拡散され、これらのピークは、個々のデータシンボルを送信したノードを決定し、データベース２０１に記憶された構成に応じてアタッチされたノードと関連しているメッセージを再構築するチャネル・マネジメント・ユニット２０３によって復調され、復号化され、累積された電力情報は、その後、インターネット２１を介してマスタサーバと通信されるまで、データベース２０１内に記憶される。

実例ノードアーキテクチャは、図３に示される。

電力線電圧および電化製品電流消費は、適切な回路３０１、３０２でサンプリングされ、これらの出力は、フィルタブロック３１７によって低域通過濾波され、Ａ／Ｄ変換器３１６によってデジタル化され、これらの結果は、長時間に亘って電流／電圧を記録し、電化製品消費電力の記録を構築するマイクロコントローラ３０７に伝達される。

マイクロコントローラは、所望により、リレー３０４を使用して電力線管理システム（アグリゲータ）からの制御下で電化製品電力を制御するために使用され得る。

ＢＰＳＫを使用して変調されたスペクトル拡散信号により構成される通信データは、適切な結合メカニズム３０３を介して電力線に結合される。

電力線を介して受信されたスペクトル拡散データは、バッファ３１４によって一時的に記憶され、その後、局部発振器３１０および混合器３０５を使用して局部発振器信号と混合される前に帯域通過フィルタ３１３によって濾波される。

受信信号のスペクトルをシフトするために混合した後、信号は、その後、低域通過フィルタ３０９によって濾波され、その後、信号を逆拡散し、アグリゲータからのメッセージフレームおよびタイミング基準を復号化するマイクロコントローラに伝達される前に、Ａ／Ｄ変換器３０６によってデジタル化される。同じ局部発振器がＳＷによってアグリゲータからの時間基準に同期化され、被逆拡散データのサンプリングおよび送信メッセージの生成を制御するために使用されるＳＷによって使用されるタイマを駆動するためにも使用される。

マイクロコントローラは、アグリゲータ・フレーミング信号に同期化し、その後に位相偏移されたｍ系列を使用して符号化され、拡散される電化製品消費電力の適切なレポートを準備し、このｍ系列出力は、その後、局部発振器からの信号と混合され、送信のため電力線結合回路に伝達される前に帯域通過フィルタ３１２によって濾波される。

アグリゲータは、通信チャネルへのフレーム同期信号の挿入を可能にするために、ビット・スタッフィング・プロトコルを使用して信号をノードに送信すべきである。

ノードは、シンボルを受信し、処理のため一時的に記憶すべきであり、シンボルは、プロトコルのルールに従って通信の一部として検証されるまで処理されるべきではない。

フレーム同期系列は、シンボル系列０１１１１０により構成されるべきである。

コマンド・フレーム・ヘッダは、系列０１１１１１により構成されるべきである。

通常メッセージ中の３個の連続するシンボル１の系列は、ノードによって廃棄されるべき０シンボルが後に続けられるべきである。

コマンド・フレーム・ヘッダは、常に廃棄されるべき０が常に先行させられるべきであり、このことは、複数の１シンボルを格納しているメッセージ系列がフレームまたはコマンド同期メッセージから常に識別可能でなければならないことを確実にする。

メッセージが完了し、送信すべきデータがこれ以上存在しないとき、アグリゲータは、フレーム同期が正確に識別され得ることを確実にするために０シンボルの連続系列を送信すべきである。

アグリゲータがフレーム同期系列と重なり合うことになるコマンド同期系列を送出することを望むとき、アグリゲータは、フレーム同期信号が正しく送信されるまで、コマンド同期系列の送信を常に遅延させるべきである。

アグリゲータがフレーム同期系列を送出する直前の通常メッセージ送信中に、送信系列１１１０の全体がフレーム同期系列と重なり合うような形で系列１１１を送出する場合、アグリゲータは、０がフレーム同期の最初のシンボル１の直前に送出される場合に限り、１１１０系列を送信すべきであり、そうでなければ、系列は、２つの部分に分解され、独立に取り扱われるべきであり、このようにして、ゼロのビットスタッフィングは回避されることがあり、フレーム同期は、曖昧な状態のままにされる。

シンボルを受信するとき、ノードは、シンボルを一時的に記憶し、上記ルールによる検証後に限り、これらのシンボルをアプリケーションに伝達すべきであり、すなわち、ノードが複数のシンボルをアプリケーションに一斉に伝達することがある。

コマンド同期系列がノードによって受信されるとき、部分的に受信されたコマンドは、廃棄されるべきであり、新コマンドの受信が始まるべきである。これは、表３に要約されている。このアルゴリズムは、表４に示された符号化を使用する状態機械と、図４に例示された関連する状態図とを用いて簡単に実施され得る。図４は、アグリゲータからデータを受信する状態遷移を例示し、水平線より上方の指示は、受信されたシンボルであり、水平線より下方の指示は、アプリケーションに伝達されたシンボルである。

図５は、メッセージの符号化を例示する。図示された実施例は、２４ビットメッセージ（４０１）に対するものである。

データは、最初に、送信用の１１ビットのブロックに分割され、これらのブロックは、その後、信号ビット誤りが訂正されることになる形で１５ビットからなるＦＥＣ系列（４０２）と置き換えられる。

これらのブロックは、その後、新ビット系列（４０３）を形成するために順番にブロックの１つずつから１ビットを取ることによりインターリーブされる。

この新インターリーブ方式ビット系列は、その後、ＮＲＺｉ符号化され（４０４）、乗算器（４０５）を使用してｍ系列生成器（４０６）の出力により乗じられる。

この合成信号は、その後、送信用の被ＢＰＳＫ変調信号（４０９）を生成するために、乗算器（４０８）を使用して、発振器（４０７）によって生成された搬送波で乗じられる。

最大のメッセージ完全性のため、符号化されたブロックの個数は、メッセージタイプ毎に固定されたメッセージ長の関数であり、インターリーブ化は、３バイトメッセージのため、系列が０．０、１．０、２．０、１、２．１、３．１．．．０．９、１．９、２．９などになる形で個々のインターリーブ方式ブロックから常にビット０を取るべきであり、ここで、１番目の桁は、ＦＥＣ符号ブロックを表し、２番目の桁は、ビットを表す。

アグリゲータは、すべての構成されたノードがこれらのノードの情報をアグリゲータに送信することを可能にするため十分に時間をフレームに分割すべきである。

個々のフレームは、ノードが１つの完全な消費電力メッセージを送信するために十分な長さのｎシンボルからなるブロックに細分されるべきである。

個々のノードは、送信すべきときを決定するフレームマーカーと相対的な時間スロットが割り付けられるべきであり、ノードは、他のノードと干渉しないことを確実にするためにフレーム同期への同期化を維持すべきである。

個々のノードは、送信用の時間スロットおよび符号位相の両方が割り付けられるべきであり、これは、個々のノードがアグリゲータによって一意に識別できるので、アドレス情報の必要性を軽減する。

初期化時に、ノードは、送信権限をもつ必要がなく、位相オフセット０でスロット０内だけで送信することがあり、ノードは、アグリゲータから別の時間スロットおよび符号位相オフセットを使用する権限を受信するまで、ランダム・バックオフ・メカニズムを使用し、送信を再試行して、このスロット内でアグリゲータに繰り返しメッセージを送出すべきであり、この権限が構成されると、ノードは、電力が除かれるときにこの情報を記憶し、再び電源がオンにされたときをアグリゲータに送信するためにこの情報を使用すべきである。

アグリゲータは、前のメッセージマップが送信されてから、このアグリケータが受信を行ったチャネルを指示するメッセージマップを周期的に送出すべきであり、ノードがアグリゲータに送信し、このメッセージマップ内に存在しない場合、ノードは、アグリゲータからの新権限を要求すべきである。

ノードは、スロット０、符号位相オフセット０で要求を送出することにより、アグリゲータから新権限を取得することをいつでも試みることができ、アグリゲータがこの要求を受信した場合、アグリゲータは、新権限をこのノードに割り付け、前の権限を取り除くべきである。

このメカニズムは、個々のノードが一意の識別手段を有することを必要とするが、製造後に、ノードは、一意ではないことがあり、ノードが一意の識別番号を有しない場合、ノードは、すべての識別子がシステム内で一意であることを確実にすべきアグリゲータによって番号が生成されることを要求すべきであり、一意の識別子が割り付けられると、ノードは、この識別子を記憶し、要求されたすべての後のメッセージ中でこの識別子を使用すべきである。

定義済みの基本メッセージは、以下の通りである。

−ＩＤ付きの時間スロット要求
−ＩＤなしの時間スロット要求
−時間スロット許可
−時間スロットおよびＩＤの許可
−ＩＤターンオン
−ＩＤターンオフ
−メッセージマップ
−認証動作
（認証動作メッセージは、将来のセキュリティ機能であり、それによって、ノードがアグリゲータの存在時に限り動作するためにロックされることがある）。

発明は、図面および上記説明において例示され、詳細に記載されているが、このような例示および記載は、実例的または典型的であり、限定的ではないとみなされるべきであり、発明は、開示された実施形態に制限されない。

たとえば、監視装置が制御装置としての機能も果たす実施形態において発明を動作させることが可能である。このようにして、監視装置とマスタとの間の通信は、双方向プロトコルとすることができる。このような実施形態では、監視装置は、アグリゲータからのタイミング信号に埋め込まれた、「ターンオフ」または「ターンオン」コマンドメッセージである信号を受信できる。このコマンドに応答して、監視装置は、必要に応じて、アタッチされた電化製品をオフに切り替えるか、または、オンに切り替えることになる。これは、電源を電化製品に供給するか、または、切断するために、リレー３０４を切り替えるマイクロコントローラ３０７によって行われ得る。（電化製品は、図３に示されるように、監視装置を介して商用電源に接続されていることが仮定される）。代替的に、監視装置は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）無線接続のような他の通信チャネルを介して、電化製品を制御することがある。このことは、たとえば、装置が電源切断前に完了されるべきシャットダウンプロトコルを有する場合に、有利になることがある。

アグリゲータは、広範囲の他の装置および／またはサービスと通信するために適合することがある。アグリゲータは、インターネット接続（たとえば、ＡＤＳＬ）、または、同様に電力線接続を使用するスマート・メーター・プロトコルを介して収集するデータを送出できることがある。たとえば、データは、イーサネット（登録商標）、ＵＳＢ、または、ＷＬＡＮを介して建物から出るＡＤＳＬモデム線に送出できることがある。代替的に、データは、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）を介して、設置されたスマート・メーターに、そして、その後、建物の外に送出できることがある。このデータは、スマート・メータリングおよび／またはスマート・グリッド・アプリケーションのためエネルギー供給業者によって使用され得る。建物所有者も消費量履歴を分析するために、または、全体的な電力使用量または個別の電化製品を遠隔制御するためにこのデータを使用できることがある。

前述の実施形態では、マスタ・アグリゲータおよび監視ノードは、干渉を回避するために符号分割技術および／または時分割技術を使用して同じ周波数帯域で信号を送信することが仮定されている。しかし、一部の実施形態では、これは、干渉の影響を十分に抑制しないことがある。特に、同じ周波数帯域で送信するノードおよびアグリゲータは、近端信号のかなり高い電力のため望ましい遠端スペクトル拡散信号が受信され得ないことを意味する「遠近」問題に直面することがある。これが起こり得るのは、使用される異なる拡散符号間の相互相関が実際には常に非ゼロになるからである。この場合、アグリケータがノードとは異なる周波数帯域を送信することは、好ましいことがあり、それによって、近端干渉が帯域外であり、かつ、帯域通過濾波によって制御され得ることを確実にする。

消費電力測定量、および／または、監視および制御ネットワークの以下の使用の可能性が想定される。

１）自宅所有者は、ウェブサイトを介して、非集計型レベルで自己の詳細な電力消費を見ることができる。すなわち、個別の電化製品のための個別の監視装置による測定量は、ウェブインターフェイスを介して点検され得る。

２）自宅所有者は、使用量を比較するために類似した電化製品をもつ他の（好ましくは、匿名の）顧客からの比較データを見ることができる。これは、ユーザがエネルギー消費を削減するために競争する動機として使用できることがある。これは、ユーザが他の電化製品と比べてかなり非効率的である電化製品を識別するために役立つこともある。

３）サービスプロバイダまたは公益事業者は、使用量を削減するためのヒントおよび助言を含む週／月の使用量プロファイル、傾向、および、内訳を詳述する定期（たとえば、週刊または月刊）消費レポートを送出することができる。

４）公共事業者は、（標準関税率を下回る割引を提供することがある）「グリーンセーバー」関税の一部として、家庭内の選択された電化製品を遠隔制御できる（たとえば、１週に３回、ピーク時刻（午後５時〜午後１０時）に５分間に亘って冷蔵庫をオフにする）。

５）自宅所有者は、ウェブまたはスマートフォンを介して自宅の電化製品のすべてを遠隔制御できる。

６）自宅所有者は、「スタンバイ・セーバー」システムと称される「オート・ホーム・マネジメント（ＡＨＭ）機能を使用できる。個別の電化製品データは、装置がスタンバイモードにあるときに、電力が引き出されているかどうかを判定するために（好ましくは、自動アルゴリズムを使用して）サービスプロバイダによって分析されることになる。スタンバイ電力が引き出されていると判定されると、装置がスタンバイ中である典型的な期間を発見するために、使用量履歴パターンが分析されることになる。このシステムは、その後、電化製品がオフにされるか、または、電化製品の電源が単に切断されている対応する電力セーバー期間を自動的に設定することになる。たとえば、ＴＶ／ＤＶＤ／セットトップ・ボックス（ＳＴＢ）により構成されたスタックは、スタンバイ電力中に２５Ｗを引き出すことが判明し、使用量履歴は、これらの電化製品が午後１２時以降または午前７時以前には決して使用されていなかったことを示唆するので、午前１時と午前６時との間にオフに切り替えられることがある。

７）自宅所有者は、冷蔵庫または冷凍庫のような継続的または連続的な電力使用を伴う機器が既知の低活動の期間中にオンとオフとに循環させられる電力セーバーと称されるＡＨＭ機能を使用できる。

８）サービスプロバイダからの文書サービスによって、自宅所有者は、過剰消費、または、電化製品の異常もしくは無許可の使用に対して注意換気され得る。

自明なこととして、これらの使用量シナリオおよび自動化方法は、「自宅」および「自宅所有者」に言及するが、これらが商用家屋に同様に適用されてもよい。

開示された実施形態に対する他の変形は、請求項に記載された発明を実行する際に、図面、明細書、および、請求の範囲の検討から、当業者により理解され、実施され得る。請求項中、単語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、他の要素またはステップを排除することなく、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、複数形を排除しない。単一のプロセッサまたは他のユニットは、請求項に記載された複数の物の機能を実現することがある。ある特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることが稀であるという事実は、これらの手段の組み合わせが有利にするために使用できないことを示唆するものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に、または、他のハードウェアの一部として一緒に供給される光学記憶媒体または固体媒体のような適当な媒体で記憶／配布されることがあるが、インターネット経由、または、他の有線もしくは無線電気通信システム経由のような、他の形式で配布されることもある。請求項中の符号は、どれでも範囲を制限するものとみなされるべきではない。

以下の概念が開示される。

概念１
電化製品によって消費された電力の測定量を得る消費電力監視装置であって、
商用電源電気回路に接続可能であり、前記回路を介して前記測定量をマスタ装置に送信するために動作可能であり、
前記マスタ装置からスペクトル拡散タイミング基準信号を受信し、
前記受信された基準信号の符号−位相を検出し、
前記検出された符号−位相に関連して定義されたタイミングで前記測定量を前記マスタ装置に送信する消費電力監視装置。

概念２
前記スペクトル拡散基準信号は、同期化シンボルによって周期的に変調され、
前記同期化シンボルを検出することによりタイミングを決定するために適合している、概念１に記載の消費電力監視装置。

概念３
前記符号−位相を検出する時間ドメイン相関器を備える、概念１または２に記載の消費電力監視装置。

概念４
データメッセージによって変調された拡散符号を含むアップストリーム信号を前記マスタ装置に送信し、前記データメッセージは、
電力測定量と、
前記アップストリーム信号が送信される送信時間間隔と、および／または、
前記基準信号の前記検出された符号−位相に関連して定義された前記拡散符号の送信符号−位相とを含む、
概念１から３のいずれか一項に記載の消費電力監視装置。

概念５
前記マスタ装置とのネゴシエーションのため予約された第１の所定の時間間隔および／または符号−位相を使用して、前記アップストリーム信号を送信し、および、
前記マスタ装置から、第２の異なる時間間隔および／または符号−位相を割り当てる構成情報を受信する構成モードと、
前記割り当てられた第２の時間間隔および／または符号−位相を使用してアップストリーム信号を送信する通常モードと、
を有している、概念４に記載の消費電力監視装置。

概念６
前記マスタ装置から受信された前記スペクトル拡散タイミング基準信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域内で前記アップストリーム信号を送信する、概念４または５に記載の消費電力監視装置。

概念７
一連の時間間隔の１つずつにおいて前記電化製品によって消費されたエネルギーを測定し、結果として得られるエネルギー測定量の第１の累積和を維持し、
前記累積和を表す第１の量子化値を前記マスタ装置に周期的に送信し、
前記累積和から前記送信された量子化値を減算する、
概念１から６のいずれか一項に記載の消費電力監視装置。

概念８
前記第１の量子化値を生成するために使用された量子化は、不均一な、最も好ましくは、浮動小数点量子化である、概念７に記載の消費電力監視装置。

概念９
商用電源電気回路を介して、１台以上の消費電力監視装置によって送信された電力測定量を受信するマスタ装置であって、
スペクトル拡散タイミング基準信号を生成し、前記商用電源電気回路を介して前記１台以上の監視装置に送信し、さらに、
前記送信されたタイミング基準信号の符号−位相に関連して定義された所定のタイミングで前記１台以上の監視装置のうちの１台ずつから前記電力測定量を受信する、マスタ装置。

概念１０
前記電力測定量を含むデータメッセージによって変調された拡散符号を含むアップストリーム信号を前記１台以上の監視装置の１台ずつから受信し、
前記監視装置の前記アップストリーム信号、および／または、前記信号内の前記拡散符号の前記符号−位相の受信のタイミングによって１台ずつの個別の監視装置を識別する、 概念９に記載のマスタ装置。

概念１１
前記アップストリーム信号が受信される周波数帯域とは異なる周波数帯域内で前記スペクトル拡散タイミング基準信号を送信する、概念１０に記載のマスタ装置。

概念１２
前記１台以上の監視装置の１台ずつから前記アップストリーム信号の前記符号−位相を検出する周波数ドメイン相関器を備える、概念９から１１のいずれか一項に記載のマスタ装置。

概念１３
概念９から１２のいずれかに記載のマスタ装置と、
概念１から８のいずれかに記載の１台以上の消費電力監視装置と、
を備える電力線通信ネットワーク。

Claims (13)

1. 電化製品によって消費された電力の測定量を得る消費電力監視装置であって、
   商用電源電気回路に接続可能であり、前記回路を介して前記測定量をマスタ装置に送信するために動作可能であり、
   前記マスタ装置からスペクトル拡散タイミング基準信号を受信し、
   前記受信された基準信号の符号−位相を検出し、
   前記検出された符号−位相に関連して定義されたタイミングで前記測定量を前記マスタ装置に送信する消費電力監視装置。
2. 前記スペクトル拡散基準信号は、同期化シンボルによって周期的に変調され、
   前記同期化シンボルを検出することによりタイミングを決定するために適合している、請求項１に記載の消費電力監視装置。
3. 前記符号−位相を検出する時間ドメイン相関器を備える、請求項１または２に記載の消費電力監視装置。
4. データメッセージによって変調された拡散符号を含むアップストリーム信号を前記マスタ装置に送信し、前記データメッセージは、
   電力測定量と、
   前記アップストリーム信号が送信される送信時間間隔と、および／または、
   前記基準信号の前記検出された符号−位相に関連して定義された前記拡散符号の送信符号−位相とを含む、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の消費電力監視装置。
5. 前記マスタ装置とのネゴシエーションのため予約された第１の所定の時間間隔および／または符号−位相を使用して、前記アップストリーム信号を送信し、および、
   前記マスタ装置から、第２の異なる時間間隔および／または符号−位相を割り当てる構成情報を受信する構成モードと、
   前記割り当てられた第２の時間間隔および／または符号−位相を使用してアップストリーム信号を送信する通常モードと、
   を有している、請求項４に記載の消費電力監視装置。
6. 前記マスタ装置から受信された前記スペクトル拡散タイミング基準信号の周波数帯域とは異なる周波数帯域内で前記アップストリーム信号を送信する、請求項４または５に記載の消費電力監視装置。
7. 一連の時間間隔の１つずつにおいて前記電化製品によって消費されたエネルギーを測定し、結果として得られるエネルギー測定量の第１の累積和を維持し、
   前記累積和を表す第１の量子化値を前記マスタ装置に周期的に送信し、
   前記累積和から前記送信された量子化値を減算する、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の消費電力監視装置。
8. 前記第１の量子化値を生成するために使用された量子化は、不均一な、最も好ましくは、浮動小数点量子化である、請求項７に記載の消費電力監視装置。
9. 商用電源電気回路を介して、１台以上の消費電力監視装置によって送信された電力測定量を受信するマスタ装置であって、
   スペクトル拡散タイミング基準信号を生成し、前記商用電源電気回路を介して前記１台以上の監視装置に送信し、さらに、
   前記送信されたタイミング基準信号の符号−位相に関連して定義された所定のタイミングで前記１台以上の監視装置のうちの１台ずつから前記電力測定量を受信する、マスタ装置。
10. 前記電力測定量を含むデータメッセージによって変調された拡散符号を含むアップストリーム信号を前記１台以上の監視装置の１台ずつから受信し、
    前記監視装置の前記アップストリーム信号、および／または、前記信号内の前記拡散符号の前記符号−位相の受信のタイミングによって１台ずつの個別の監視装置を識別する、 請求項９に記載のマスタ装置。
11. 前記アップストリーム信号が受信される周波数帯域とは異なる周波数帯域内で前記スペクトル拡散タイミング基準信号を送信する、請求項１０に記載のマスタ装置。
12. 前記１台以上の監視装置の１台ずつから前記アップストリーム信号の前記符号−位相を検出する周波数ドメイン相関器を備える、請求項９から１１のいずれか一項に記載のマスタ装置。
13. 請求項９から１２のいずれかに記載のマスタ装置と、
    請求項１から８のいずれかに記載の１台以上の消費電力監視装置と、
    を備える電力線通信ネットワーク。

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