JP2019153898A

JP2019153898A - シミュレーション装置

Info

Publication number: JP2019153898A
Application number: JP2018037201A
Authority: JP
Inventors: 政和大久保; Masakazu Okubo
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2018-03-02
Publication date: 2019-09-12

Abstract

【課題】設置現場におけるＰＬＣ機器の配置を調整し規定の通信性能を確認するまでの作業を短縮することのできるシミュレーション装置を提供すること。【解決手段】ＰＬＣ機器又は電子機器が接続された伝送路網を模擬するシミュレーション装置において、送信状態のＰＬＣ機器を起点とし受信状態のＰＬＣ機器を終点とするように配列された伝送路網の二端子対回路特性行列と、送信状態のＰＬＣ機器の出力電力とを用いて、受信状態のＰＬＣ機器で受信される信号電力を算出する。また、雑音源となる電子機器を起点とし受信状態のＰＬＣ機器を終点とするように配列された伝送路網の二端子対回路特性行列と、雑音源となる電子機器の雑音電力とを用いて、受信状態のＰＬＣ機器で受信される雑音電力を算出する。【選択図】図６

Description

本発明は、電力線搬送通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）システムの通信品質をシミュレーションするシミュレーション装置に関する。

近年、電力線を通信回線として利用するＰＬＣ機器を実装した通信システムが普及してきている。特に、ＭＨｚ帯域（例えば２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）を使用するＰＬＣは高速ＰＬＣ（ブロードバンドＰＬＣ）と呼ばれており、屋内（例えば工場建屋）の通信システムに実装されることが多くなってきている。

ところで、電力線は、高周波信号を流すことを想定しておらず、ＰＬＣに最適化したものではない。一般的に、ＭＨｚ帯域の高周波信号の伝送路には同軸ケーブルを使用することがあるが、ＰＬＣの伝送路には元来の電力供給目的の平行線路が使用されている。一方、電力線には電力を必要とする電子機器が接続されるため、伝送路の特性が一意に決まらない問題が有る。

そこで、従来は電力線に電子機器が接続された状態を模擬して伝送路特性を評価する評価装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の評価装置は、電源コンセントに差込可能な差込プラグと、家電機器の入力インピーダンス特性と同等のインピーダンス特性を有する擬似負荷と、を備える。これにより、システム設置現場で電子機器の実物がなくとも実際の使用環境に近い擬似環境で伝送評価を容易に行うことが可能となる。

ところで、現場においてＰＬＣシステムを設置する場合、ユーザサイドのセキュリティ状況及び機器稼働状況に従って現場への立ち入り時間を制限されることがある。ＰＬＣシステム設置時には、ＰＬＣ機器の設置、調整、および通信の確認が現場作業として発生するが、これらの作業は短時間で終了することが望まれる。

特開２００５−１０１７８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の評価装置は、模擬可能な装置が電子機器に限られているので、ＰＬＣ機器間の通信品質まで評価するのは困難である。ＰＬＣ機器間の通信品質を安定化させるためには設置現場での試行錯誤を繰り返すことが求められるという問題が有る。

本発明は上記問題点を改善するためになされたものであり、設置現場におけるＰＬＣ機器の配置を調整し規定の通信性能を確認するまでの作業を短縮することのできるシミュレーション装置を提供することを目的とするものである。

本発明の一態様に係るシミュレーション装置は、電力線上で分岐された分岐枝に電力線搬送通信機器又は電子機器が接続された伝送路網を模擬して通信品質を解析するシミュレーション装置であって、送信状態の電力線搬送通信機器を起点とし受信状態の電力線搬送通信機器を終点とするように配列された伝送路網の二端子対回路特性行列と、送信状態の電力線搬送通信機器の出力電力とを用いて、受信状態の電力線搬送通信機器で受信される信号電力を算出する信号電力算出手段と、雑音源となる電子機器を起点とし受信状態の電力線搬送通信機器を終点とするように配列された伝送路網の二端子対回路特性行列と、前記雑音源となる電子機器の雑音電力とを用いて、受信状態の電力線搬送通信機器で受信される雑音電力を算出する雑音電力手段と、前記受信電力算出手段が算出した信号電力と前記雑音電力手段が算出した雑音電力とを用いて解析した前記伝送路網の解析結果を出力する解析手段と、を具備したことを特徴とする。

本発明によれば、種々の伝送路網の通信品質をシミュレーションにより模擬して解析でき、設置現場におけるＰＬＣ機器の配置を調整し規定の通信性能を確認するまでの作業を短縮することのできるシミュレーション装置を提供できる。

一般的な電力線搬送通信システムの構成例を示すブロック図である。本実施の形態のシミュレーション装置を実現するハードウエア構成図である。ＰＬＣシステムの伝送路を説明するための構成図である。本実施形態においてＰＬＣ機器に着眼し配列を見直した伝送路を説明するための構成図である。本実施形態において雑音源となる電子機器およびＰＬＣ機器に着眼し配列を見直した伝送路を説明するための構成図である。本実施形態におけるシミュレーション手順を示す全体フロー図である。図６における信号電力の計算を説明するためのフロー図である。図６における雑音電力の計算を説明するためのフロー図である。図７および図８における受信電力の計算を説明するためのフロー図である。負荷および負荷を終端とする分岐路行列を縦続計算するための行列式に置換した伝送路の構成図である。負荷および負荷を終端とする分岐路行列を持つ伝送路の構成図である。分岐路行列および負荷を等価並列インピーダンスに置換した伝送路の構成図である。送信状態のＰＬＣ機器を起点として受信状態のＰＬＣ機器を終点とする伝送路網行列Ｆにより送信状態のＰＬＣ機器の出力が影響を受ける様子を示す図である。雑音源となる電子機器の１つを起点として受信状態のＰＬＣ機器を終点とする伝送路網行列Ｆにより雑音電力の出力が影響を受ける様子を示す図である。信号電力対雑音電力比を示す図である。信号電力対雑音電力比を横軸、ＰＥＲおよびスループットを縦軸にとった対応関係図である。伝送路の電力の減衰を測定および計算するための伝送路モデルを示す図である。図１７において分岐線路長を３ｍとしたときの送信端電力に対する受信端電力の比を測定および計算した結果を示す図である。図１７において分岐線路長を５ｍとしたときの送信端電力に対する受信端電力の比を測定および計算した結果を示す図である。

以下、ＰＬＣシステムを構築する伝送路網の通信品質をシミュレーションするシミュレーション装置の実施形態について説明する。一般的なＰＬＣシステムは、電力線に配置され電力の供給や停止を行うための遮断器、電力線により供給される電力で動作する電子機器、および電力線を伝送路として使用するＰＬＣ機器等により構成される。

図１はＰＬＣシステムの構成例を示す図である。同図に示すＰＬＣシステム１は、柱上トランス等から分電盤２に電力線３が引き込まれている。分電盤２に設置されたサービスブレーカ４及び漏電遮断器５を経由して電力線３（Ｌ１相，Ｌ２相，中性（Ｇ））が各配電用遮断器６，７，８に接続されている。上段の配電用遮断器６から電力線１１（Ｌ１）、中性線１２（Ｇ）が引き出されている。電力線１１（中性線１２）に設けられた分岐点から分岐された分岐線にコンセントがそれぞれ配置され、各コンセントに電子機器１３，１４、ＰＬＣ機器１５，１６が接続されている。例えば、電子機器１３，１４として冷蔵庫、電子レンジ、洗濯機等が挙げられる。中段の配電用遮断器７からは電力線１７（Ｌ２）、中性線１８（Ｇ）が引き出され、それら電力線の分岐線に配置されたコンセントに照明機器１９が接続される。照明機器１９はスイッチ及び電燈の閉回路で構成されている。さらに下段の配電用遮断器８から電力線２１（Ｌ１）、電力線２２（Ｌ２）が引き出され、それら電力線の分岐線に配置されたコンセントに電子機器２３が接続される。なお、図１では３つの電子機器１３，１４，２３と、２つのＰＬＣ機器１５，１６が設置されているが、電子機器、ＰＬＣ機器及び分岐線数には自由度があり、種々の設計変更が可能である。

本実施形態のシミュレーション装置は、図１に例示するＰＬＣシステムを現場で構築するのに先立ち、コンピュータ上で種々の伝送路網を仮定してＰＬＣ機器間の通信品質を判定することを支援するように構成される。

次に、本実施形態のシミュレーション装置を実現するハードウエア構成について説明する。
図２は本実施形態のシミュレーション装置を実現するハードウエア構成例である。本実施形態のシミュレーション装置３０は、マウスやキーボードなどの入力装置３１、ハードディスクなどの補助記憶装置３２、プログラムを実行して結果を出力する中央処理装置３３、中央処理装置３３で演算に必要なデータなどを補助記憶装置３２から読み出して一時的に格納するための主記憶装置３４、計算結果を表示するディスプレイなどの出力装置３５などから構成される。

補助記憶装置３２は、後述する信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ）とパケットエラーレート（ＰＥＲ）又はスループット（物理回線速度）との対応関係、各種パラメータ、計算プログラムを格納する。中央処理装置３３は、制御装置３３ａ及び演算装置３３ｂが協働してプログラムを実行することにより、受信機側のＰＬＣ機器で受信される信号電力を算出する信号電力算出手段としての機能、受信機側のＰＬＣ機器で受信される雑音電力を算出する雑音電力手段としての機能、シミュレーションしたＰＬＣ機器間の通信品質を解析する解析手段としての機能を実現する。

次に、本実施形態のシミュレーション装置３０において実施されるシミュレーション内容について詳細に説明する。図３から図５はシミュレーション対象となる伝送路網を示す図であり、図６から図９はシミュレーション装置３０が実行するシミュレーション（計算手順）のフロー図である。

図６はシミュレーション装置３０が実行するシミュレーションの全体フロー図である。シミュレーション装置３０は、電力線、ＰＬＣ機器及び雑音源の配置を計算する手順（ステップＳＴ１）、受信機側のＰＬＣ機器で受信される信号電力を計算する手順（ステップＳＴ２）、受信機側のＰＬＣ機器で受信される雑音電力を計算する手順（ステップＳＴ３）、伝送路網のＳＮＲを計算する手順（ステップＳＴ４）、伝送路網のＰＥＲ及びスループットを計算する手順（ステップＳＴ５）、伝送路網の通信品質を判定する手順（ステップＳＴ６）、の順でシミュレーションを計算する。以下、各ステップにおける処理内容について説明する。

＜ステップＳＴ１：電力線、ＰＬＣ機器及び雑音源の配置＞
ステップＳＴ１では、電力線網上に所定のＰＬＣシステムを構築することを想定し、電力線網を構成する遮断器および電力線に基づいて、通信品質をシミュレーションする伝送路網を仮定する。例えば、図１に示す電力線網が現場に設置されている場合、配電用遮断器６，７，８によって接続される電力線をベースに伝送路網が構成される。入力装置３１及び又は補助記憶装置３２から、電力線情報（配置位置、長さ）、遮断器情報（配置位置）、分岐点情報を取り込み、それらの構成要素に基づいて伝送路網を描いて出力装置３５に表示出力する構成とすることができる。

図３は電力線網上に配置された遮断器および電力線に基づいて仮定された伝送路網の一例を示している。例えば、電力線ｂ０の先端部から電力線ｂ１、ｂ２が上下に接続されており、上側に伸びた電力線ｂ１の端部に対して、電力線ｂ１１、ｂ１３、ｂ１５が直接に接続されている。電力線ｂ１３と電力線ｂ１５の接続点となる分岐点に対して、分岐線ｂ１４が接続され、分岐線ｂ１４に設けられたコンセントに電気機器が接続される。一方、下側に伸びた電力線ｂ２の端部に対して、電力線ｂ２１、ｂ２３、ｂ２５、ｂ２７が直接に接続されている。電力線ｂ２１と電力線ｂ２３の接続点となる分岐点に対して、分岐線２２が接続され、分岐線ｂ２２に設けられたコンセントにＰＬＣ機器Ａが接続される。また、電力線ｂ２５と電力線ｂ２７の接続点となる分岐点に対して、分岐線ｂ２６が接続され、分岐線ｂ２６に設けられたコンセントに別のＰＬＣ機器Ｂが接続される。ＰＬＣ機器は変調方式にＯＦＤＭを用いるものとする。ＯＦＤＭ方式は、例えばＩＥＥＥ−１９０１規格、ＨＤ−ＰＬＣ規格で使用されている。

上記伝送路網を構成する伝送路（電力線、分岐線）は、分布抵抗Ｒ［Ω／ｍ］、分布インダクタンスＬ［Ｈ／ｍ］、分布静電容量Ｃ［Ｆ／ｍ］、漏れコンダクタンスＧ［Ｓ／ｍ］の分布定数線路を使用した電信方程式で表す。少なくとも、分布抵抗Ｒ［Ω／ｍ］、漏れコンダクタンスＧ［Ｓ／ｍ］は周波数の関数とする。ＰＬＣ機器については、送信状態のときは送信時の出力インピーダンス、受信状態のときは受信インピーダンスを分岐線のコンセントの先に設定する。電子機器又はＰＬＣ機器が接続されないコンセントは開放のままとする。また、電子機器については、電子機器の等価インピーダンスを各分岐線に設けられたコンセントの先に設定する。電子機器の等価インピーダンスは、既知の測定方法を利用して測定することができる。例えば、以下の文献１-３に記載の測定方法を用いることができる。

文献１：A.K.M. Mahbub Ar RASHID, Nobuo KUWABARA, Masahiro MAKI, Yoshiharu
AKIYAMA, Hiroshi YAMANE, “Calculation of Longitudinal Conversion Loss and Input
Impedance for Indoor AC Mains Line Considering High-Speed PLC”, IEICE Trans.
COMMUN. Vol.E88-B, No.9, pp.3725-3732, September 2005
文献２：小川理、竹下和磨、“kHz帯PLCの伝送特性に関する基礎検討−伝送損失の簡易計算手法とデータ収集時間の推定−”、電力中央研究所調査報告、R11015、2012年5月
文献３：東舞、山本直樹、木口章吾、“屋内配電系で利用される家電製品のインピーダンス特性”、第19回（平成16年度）熊本県産学技術交流会講演論文集、pp.423-1019

＜ステップＳＴ２：信号電力の計算＞
ステップＳＴ２では、図７に示すように送信機から受信機へ信号が流れるように配列を見直し（ステップＳＴ２１）、配列を見直した伝送路網に基づいて受信電力を計算する（ステップＳＴ２２）。

ステップＳＴ２１では、送信状態のＰＬＣ機器を起点とし、受信状態のＰＬＣ機器を終点とする伝送路網になるよう伝送路網の配列を見直す。伝送路網における分岐線（電力線）を回転させて配列を見直す場合、配列見直し前後で分岐点に相違がないようにする。図４は、ＰＬＣ機器Ａを起点となる送信状態のＰＬＣ機器とし、ＰＬＣ機器Ｂを終点となる受信状態のＰＬＣ機器とするように、伝送路網の配列を変更した例を示している。送信機側となるＰＬＣ機器Ａから出力される送信信号が、伝送路網Ｆを経由して、受信機側となるＰＬＣ機器Ｂに入力する二端子対回路網として計算可能な配列になるように電力線を回転させている（配列見直し操作）。具体的には、電力線ｂ２２は分岐点を起点にして９０度右回転させ、電力線ｂ２６は分岐点を起点にして９０度左回転させている。この配列見直し操作は、出力装置３５に表示した伝送路網に対して、中央処理装置３３が提供するユーザインターフェースを介して、入力装置３１から行われるように構成することができる。

ステップＳＴ２２では、図９に示すように配列変更後の伝送路網（図４）の行列式として二端子対回路特性行列を生成し（ステップＳＴ２１１）、二端子対回路特性行列を用いて二端子対回路網伝達関数を計算することで受信点での受信電力（信号電力）を求める（ステップＳＴ２１２）。ＰＬＣ機器の変調方式にＯＦＤＭを用いる場合、信号電力は周波数毎の信号電力を計算する（ステップＳＴ２１３）。

ステップＳＴ２１１では、送信機から受信機へ信号が流れるように配列を見直した伝送路網について二端子対回路特性行列の行列式を生成する。伝送路網の特性を表す行列式の等式前後が、入力と出力とに分離して計算可能な基本行列（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｍａｔｒｉｘ：Ｆ行列）またはＡＢＣＤ行列と呼ばれる行列を使用するものとする。本実施形態では伝送路網の二端子対回路特性行列としてＦ行列を使用する。なお、伝送路網の入出力関係が表せる行列であれば、Ｔ行列のような他の行列を使用してよい。

配列変更後の伝送路網の二端子対回路は、Ｆ行列を使用することにより、図１０に示すように各要素の行列式を縦続計算で表現した伝送路特性となる。図１０において、送信機側の出力電力に相当する電圧Ｖ１、電流Ｉ１および受信機側で受信される信号電力に相当する電圧Ｖ４、電流Ｉ４の間の関係は数式１に示すＦ行列により表される。

ところで、配列変更後の伝送路網において、図１１に示すように負荷Ｚ_Ｌや分岐Ｐ_ｂ２がある場合は、数式２に示す計算を使用して、図１２に示す並列インピーダンスＺ_２に置換可能である。

また、並列インピーダンスＺ_２は数式３により直列の行列Ｐ_２で置換可能である。

従って、図１１に示すような分岐を有する伝送路の特性は、以下の数式４で表される。

このように電子機器のインピーダンス及び分岐を含む伝送路の伝送路特性は、各要素の行列式を縦続計算で表すことが可能となる。数式４において、左辺の電圧Ｖ１，電流Ｉ１は送信状態のＰＬＣ機器Ａの出力電力を表しており、左辺の電圧Ｖ４，電流Ｉ４は受信状態のＰＬＣ機器Ｂの受信する信号電力を表している。

図１３は送信状態のＰＬＣ機器を起点として受信状態のＰＬＣ機器を終点とする二端子対回路網（Ｆ行列）を通過した信号Ｐｓの減衰状態を模式的に示している。送信状態のＰＬＣ機器の出力Ｐ_Ｓは、二端子対回路網（Ｆ行列）によって影響を受け、受信状態のＰＬＣ機器において信号減衰した信号電力Ｐ_Ｓが検出される。数式４では、配列変更後の伝送路網Ｆの伝送路特性が二端子対回路特性行列（Ｆ行列）で表されている。送信状態のＰＬＣ機器Ａの出力電力（Ｖ１，Ｉ１）はシミュレーション上の設定値であるので、数式４の二端子対回路網の伝達関数を計算することにより、受信状態のＰＬＣ機器Ｂにおいて受信される信号電力（Ｖ４，Ｉ４）が算出される（ステップＳＴ２１２）。ステップＳＴ２１３で実行される周波数毎の電力計算については後述する。

＜ステップＳＴ３：雑音電力の計算＞
ステップＳＴ３では、図８に示すように雑音源の電子機器から受信機へ信号が流れるように配列を見直し（ステップＳＴ２０１）、配列を見直した伝送路網に基づいて雑音電力を計算する（ステップＳＴ２０２）。

ステップＳＴ２０１では、雑音源の電子機器を起点とし、受信状態のＰＬＣ機器を終点とする伝送路網になるよう伝送路網の配列を見直す。伝送路網における分岐線（電力線）を回転させて配列を見直す場合、配列見直し前後で分岐点に相違がないようにする。図５は、電子機器Ｃを起点となる雑音源とし、ＰＬＣ機器Ｂを終点となる受信状態のＰＬＣ機器とするように、伝送路網の配列を変更している。雑音源となる電子機器Ｃから出力される雑音信号が、伝送路網Ｆを経由して、受信機側となるＰＬＣ機器Ｂに入力する二端子対回路網として計算可能な配列になるように電力線を回転させている（配列見直し操作）。具体的には、電子機器Ｃが伝送路網Ｆの送信点になるように電力線ｂ１４を回転し、ＰＬＣ機器Ａが伝送路網Ｆの送受信点とならずに伝送路網Ｆに組み込まれるように電力線ｂ２２を回転している。この配列見直し操作は、上記同様に中央処理装置３３が提供するユーザインターフェースを介して行われる。

ステップＳＴ２０２では、上記したステップＳＴ２２と同様に図９に示すフロー図に従って雑音電力を計算する。図９に示すように配列変更後の伝送路網（図５）の行列式として二端子対回路特性行列を生成し（ステップＳＴ２１１）、二端子対回路特性行列を用いて二端子対回路網伝達関数を計算して受信点での受信電力（雑音電力）を求める（ステップＳＴ２１２）。ＰＬＣ機器は変調方式にＯＦＤＭを用いる場合、雑音電力は周波数毎の雑音電力を計算する（ステップＳＴ２１３）。

ステップＳＴ２１１では、雑音源となる電子機器Ｃから受信機となるＰＬＣ機器Ｂへ信号が流れるように配列を見直した伝送路網について二端子対回路特性行列の行列式を生成する。信号電力の計算（ステップＳＴ２２）と同様に、伝送路網の特性を表す行列式の等式前後が、入力と出力とに分離して計算可能なＦ行列またはＡＢＣＤ行列と呼ばれる行列を使用するものとする。なお、伝送路網の入出力関係が表せる行列であれば、Ｔ行列のような他の行列を使用してよい。

配列変更後の伝送路網の二端子対回路は、図１０に示すように各要素の行列式を縦続計算で表現した伝送路特性となり、雑音源（電子機器Ｃ）の出力電力（雑音出力）に相当する電圧Ｖ１、電流Ｉ１および受信機側で受信される雑音電力に相当する電圧Ｖ４、電流Ｉ４の間の関係は数式１に示すＦ行列により表される。図１４は雑音源の電子機器を起点として受信状態のＰＬＣ機器を終点とする二端子対回路網（Ｆ行列）を通過した信号Ｐ_Ｎの減衰状態を模式的に示している。雑音源となる電子機器の出力Ｐ_Ｎは、二端子対回路網（Ｆ行列）によって影響を受け、受信状態のＰＬＣ機器において減衰した雑音電力Ｐ_Ｎが検出される。雑音電力Ｐ_Ｎは周波数が高くなるのに応じて減衰率が大きくなる周波数特性を有している。雑音源の電子機器Ｃの出力電力（Ｖ１，Ｉ１）はシミュレーション上の設定値であるので、数式４の二端子対回路網の伝達関数を計算することにより、受信状態のＰＬＣ機器Ｂにおいて受信される雑音電力（Ｖ４，Ｉ４）が算出される（ステップＳＴ２１２）。

次に、ステップＳＴ２１３で実行される周波数毎の電力計算（信号電力及び雑音電力）について説明する。

図１５に信号帯域における信号電力および雑音電力の一例を示している。ＳＮＲ計算時は、信号電力Ｐ_Ｓは信号帯域を細分化した周波数毎に電力を求めて、総和を計算する。同様に、雑音電力Ｐ_Ｎは信号帯域を細分化した周波数毎に電力を求めて、総和を計算する。
いま、信号帯域をｍ区間に分けたとき、信号電力Ｐ_Ｓは数式５のように求められる。

同様に、雑音電力Ｐ_Ｎは数式６のように求められる。

ＯＦＤＭ変調方式を用いる場合、サブバンド毎に信号電力を求めてもよい。このとき、ｊ番目のサブバンド信号電力Ｐ_{ＳＳ（ｊ）}は数式７のように求められる。

同様に、ｊ番目のサブバンド雑音電力Ｐ_{ＮＳ（ｊ）}は数式８のように求められる。

ステップＳＴ２１３では、ＯＦＤＭ変調方式を用いる場合を想定して、数式７にしたがってサブバンド毎に信号電力を求めて、その総和を信号電力Ｐ_Ｓとして算出する。また、数式８にしたがってサブバンド毎に雑音電力を求めて、その総和を雑音電力Ｐ_Ｎとして算出する。

＜ステップＳＴ４：ＳＮＲの計算＞
次に、ステップＳＴ２２で求めた信号電力と、ステップＳＴ２０２で求めた雑音電力との比率から、ＳＮＲを求める。ＩＥＥＥ−１９０１規格およびＨＤ−ＰＬＣ規格のようなＯＦＤＭ変調方式を用いる通信方式では、サブバンド毎に信号電力および雑音電力の電力比を求めてもよい。

ステップＳＴ４では、上記ステップＳＴ２１３において求めた信号電力Ｐ_Ｓと雑音電力Ｐ_Ｎとを使用して、ＳＮＲを求める。ＳＮＲは信号電力および雑音電力の対数値をそれぞれＳ、Ｎとすると、数式９で表される。
ＳＮＲ＝Ｐ_Ｓ−Ｐ_Ｎ数式９

また、ｊ番目のサブバンドのサブバンド毎の信号電力対雑音電力比（ＳＮＲ_Ｓ（ｊ））は、数式１０で表される。
ＳＮＲ_Ｓ（ｊ）＝Ｐ_{ＳＳ（ｊ）}−Ｐ_{ＮＳ（ｊ）}数式１０

＜ステップＳＴ５：パケットエラーレート・スループットの計算＞
次に、パケットエラーレート（ＰＥＲ）・スループットの計算を実行する。これは、ＳＮＲに対するＰＥＲ及びスループットの対応関係を使用することができる。ＳＮＲとＰＥＲの対応関係、ＳＮＲとスループットの対応関係は、事前に計算及び測定して準備しておく。図１６はＳＮＲとＰＥＲおよびスループットとの対応関係を示した図である。図１６では横軸がＳＮＲに対応し、縦軸（左側）がスループット（物理速度）に対応し、縦軸（右側）がＰＥＲに対応している。図１６では横軸をＳＮＲの値の代わりに信号電力の減衰量で表記している。上記の通りＳＮＲは信号電力と雑音電力の大きさの比になるので、雑音電力を一定にしたまま、信号電力を所定範囲（例えば０ｄＢから９０ｄＢ）で減衰させれば、信号電力の減衰量でＳＮＲを表示することができる。図１６では信号電力を減衰させたアッテネータ（ATT）減衰量が示されている。例えば、事前の測定作業では、雑音源の電子機器Ｃの出力電力（雑音出力）を一意の電力値に設定し、ＰＬＣ機器Ａの送信電力の出力電力をアッテネータで順次減衰させて信号を重畳することで、各減衰量での信号電力と雑音電力の比から各ＳＮＲを求める。そして、各ＳＮＲ（ＡＴＴ減衰量）におけるＰＥＲ及び物理速度（スループット）を実際に測定し、実際の測定結果を用いて図１６に示すＳＮＲとＰＥＲの対応関係、ＳＮＲとスループットの対応関係を作成する。ステップＳＴ５では、図１６に示す対応関係を利用して、ＰＬＣ機器Ａの送信電力と、雑音源の電子機器Ｃの出力電力から、ＳＮＲをＰＥＲ及びスループットに置き換える。シミュレーション時のＰＬＣ機器Ａの送信電力は設計値とし、雑音源の電子機器Ｃの雑音電力は測定値または国際無線障害特別委員会（ＣＩＳＰＲ）規格の上限など想定値を設定する。
以上によりパケットエラーレート及びスループットを求めることができる。

＜ステップＳＴ６：通信品質の判定＞
ステップＳＴ５で求めたＰＥＲおよびスループットを指標として、通信品質を判定する。例えば、ＰＥＲおよびスループットを指標として、「通信良好」、「通信可」、「通信不可」のいずれに該当するか判定する。すなわち、スループットが所定の値Ｔ以上であれば、「通信良好」と判定する。また、スループットが所定の値Ｔより小さいが、ＰＥＲが所定の値Ｅより小さい場合は、「通信可」と判定する。そして、ＰＥＲが所定値Ｅ以上であれば、「通信不可」と判定する。

ステップＳＴ６における通信品質の判定結果は、出力装置３５に表示出力される。オペレータは、通信品質の判定結果が、「通信可」または「通信不可」の場合は、シミュレーションする伝送路網に中継器を配置するなどの改善策を講じて、再度シミュレーションを実行できる。「通信良好」の判定結果が得られるまで、伝送路網に任意の改善措置を加えて、図６のフロー図に示すシミュレーションを繰り返す。そして、シミュレーション上で「通信良好」の判定結果が得られる１つ又は複数の配置パターンを事前に知ることができる。オペレータは、事前のシミュレーションによって「通信良好」の判定結果が得られる１つ又は複数の配置パターン情報が得られる。現場作業では、事前に「通信良好」の判定結果が得られた配置パターンにしたがってＰＬＣシステムを構築することで、設置現場におけるＰＬＣ機器の配置を調整し規定の通信性能を確認するまでの作業を短縮することができる。

本実施形態のシミュレーション装置３０による通信品質のシミュレーション精度について検証した。検証では、図１７に示す分岐を持つ伝送路モデルを使用した。使用した伝送路モデルは、送信端および受信端は５０Ωで終端されている。分岐先は開放されている。

図１７において分岐線路長を３ｍとしたときの送信端電力に対する受信端電力の比を測定および計算した結果を、図１８に示す。また、図１７において分岐線路長を５ｍとしたときの送信端電力に対する受信端電力の比を測定および計算した結果を図１９に示す。図１８および図１９から本実施形態のシミュレーション装置３０で伝送路の減衰を計算できることが明らかである。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている構成要素の大きさや形状、機能などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

本発明のシミュレーション装置は、ＰＬＣシステムにおけるＰＬＣ機器間の通信品質のシミュレーションに適用することができる。

１ＰＬＣシステム
２分電盤
３，１１，１７，２１，２２電力線
４サービスブレーカ
５漏電遮断器
６，７，８配電用遮断器
１３，１４，２３電子機器
１５，１６ＰＬＣ機器
３０シミュレーション装置
３１入力装置
３２補助記憶装置
３３中央処理装置
３４主記憶装置
３５出力装置

Claims

電力線上で分岐された分岐枝に電力線搬送通信機器又は電子機器が接続された伝送路網を模擬して通信品質を解析するシミュレーション装置であって、
送信状態の電力線搬送通信機器を起点とし受信状態の電力線搬送通信機器を終点とするように配列された伝送路網の二端子対回路特性行列と、送信状態の電力線搬送通信機器の出力電力とを用いて、受信状態の電力線搬送通信機器で受信される信号電力を算出する信号電力算出手段と、
雑音源となる電子機器を起点とし受信状態の電力線搬送通信機器を終点とするように配列された伝送路網の二端子対回路特性行列と、前記雑音源となる電子機器の雑音電力とを用いて、受信状態の電力線搬送通信機器で受信される雑音電力を算出する雑音電力手段と、
前記受信電力算出手段が算出した信号電力と前記雑音電力手段が算出した雑音電力とを用いて解析した前記伝送路網の解析結果を出力する解析手段と、
を具備したことを特徴とするシミュレーション装置。
前記電力線搬送通信機器の変調方式としてＯＦＤＭが用いられる場合、前記受信電力算出手段はサブキャリア毎に信号電力を算出し、前記雑音電力手段はサブキャリア毎に雑音電力を算出し、前記解析手段はサブキャリア毎の信号電力と雑音電力との電力比からパケットエラーレート及び又はスループットを求めることを特徴とする請求項１記載のシミュレーション装置。