JP4130264B2 - 電力線搬送通信システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力線搬送通信システムに関し、より特定的には、電源周波数に同期した伝送路特性の変動やノイズの変動が見られる電力線を用いて、デジタル通信を行うシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電力線は、電力を配送するための線であってデータ通信をも考慮した線ではなく、また、分岐分配や終端に関してインピーダンス整合を行っていないため、データ通信に用いる伝送路としての環境（例えば、周波数対ゲイン特性やノイズ等）は劣悪である。
【０００３】
まず、電力線における周波数対ゲイン特性は、低い周波数が高い周波数に比べて比較的減衰しにくいという傾向があるものの、減衰特性は伝送路によって千差万別である。このため、共振によってある周波数の信号が伝わらない現象も見られ、特性を一意に規定することはできない。
次に、電力線におけるノイズは、低い周波数が高い周波数に比べて大きいという傾向があるが、狭帯域ノイズ等を含むこともあり、これも一意に規定できない。従って、受信地点における信号強度とノイズ強度の比（Ｓ／Ｎ）は、どの周波数で最も大きいかは、伝送路に依存するためわからない。
一方、電力線における歪みに関しても同様で、どこに共振点が現れるかわからないため、歪みが比較的少ない帯域を選別して送信することは困難である。
また、上述したこれらの特性は、静的ではない。すなわち、電力線に接続された機器は、その動作が刻々と変化するため、動作を切り替えるたびに、負荷特性が変わることによる伝送路特性の変化や、発生ノイズの変化等が存在する。
【０００４】
図７に、電力線のゲイン対周波数特性の一例を示す。図７に示すように、電力線のゲイン特性は、周波数に依存する。また、図８に、機器のノイズ強度対周波数特性の一例を示す。図８に示すように、機器のノイズ特性は、インバータノイズ等の高調波ノイズを含む特性であることがわかる。
なお、図７および図８は、あくまで一例であり、その他様々な周波数特性・ノイズ特性を持つ伝送路や機器が存在することはいうまでもない。
【０００５】
一般的な狭帯域通信システムでは、図７や図８に示した周波数帯域の減衰やノイズの発生に的確に対抗することは困難である。これは、どの周波数帯域の信号が共振による減衰で届かなくなるか、また、どの周波数の信号が高調波ノイズでつぶされるかわからないためである。
そこで、従来から、この問題に対応すべく、スペクトラム拡散変調方式を用いて冗長性を加えることで、問題解決を目指すさまざまな手法が提案されている。特に多くの提案と工夫がされているのが、直接拡散方式のスペクトラム拡散を用いた通信システムである。
以下、直接拡散方式のスペクトラム拡散を用いた従来の電力線搬送通信システムについて簡単に説明する。
【０００６】
図９に、直接拡散方式のスペクトラム拡散を用いた従来の電力線搬送通信システムの構成のブロック図を示す。図９において、従来の電力線搬送通信システムは、送信装置３００と受信装置４００とが伝送路５００を介して接続される構成である。
送信装置３００は、変調部３０１と、スペクトラム拡散変調部３０２と、拡散符号部３０３と、送信アンプ３０４とを備える。受信装置４００は、受信アンプ４０１と、スペクトラム拡散復調部４０２と、拡散符号部４０３と、復調部４０４とを備える。
【０００７】
まず、送信装置３００の各構成を説明する。
送信シンボルは、変調部３０１に入力される。変調部３０１は、入力する送信シンボルを用い、キャリアに対し予め定めた任意の変調を施して出力する。拡散符号部３０３は、変調部３０１からのシンボルレートよりも高いチップレートの拡散符号を有しており、スペクトラム拡散変調部３０２へ出力する。スペクトラム拡散変調部３０２は、変調が施されたキャリアに拡散符号を乗算して、周波数軸上にスペクトラムを拡散させる（周波数帯域を広げる）。このスペクトラム拡散変調された送信信号は、送信アンプ３０４において予め定めた振幅となるように増幅処理がなされた後、伝送路５００を介して受信装置４００側へ送信される。
【０００８】
次に、受信装置４００の各構成を説明する。
伝送路５００を介して受信される受信信号は、受信アンプ４０１において予め定めた振幅となるように増幅処理がなされた後、スペクトラム拡散復調部４０２へ出力される。拡散符号部４０３は、送信装置３００における拡散符号部３０３の拡散符号と同じ拡散符号を有しており、スペクトラム拡散復調部４０２へ出力する。スペクトラム拡散復調部４０２は、受信信号に拡散符号を乗算することで逆拡散処理を行い、広げられた周波数帯域を元の周波数帯域まで戻す。逆拡散された受信信号は、復調部４０４において復調（送信装置３００における変調部３０１で施した変調方式に対応する復調方式である）が施され、受信シンボルとして出力される。
【０００９】
なお、特に記述はしないが、これらスペクトラム拡散通信方式に関しては、拡散符号の同期の取り方に関する工夫や、逆拡散のために１シンボル前の信号を参照して歪みに対する耐性を強化し、同期回路を簡略化することを目的とする遅延検波方式を採る等、様々な工夫がされている。
【００１０】
このように、従来の電力線搬送通信システムは、スペクトラム拡散を用いることで周波数軸上に情報を拡散させて送信する、すなわち、変調信号に周波数的な冗長性を加えて送信する。従って、仮に一部の周波数で信号が減衰したりノイズが多かったりしても、他の周波数成分でこれをカバーし、信号を復調することを可能としている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の電力線搬送通信システムは、スペクトラム拡散を用いて周波数軸上でのみ冗長性を持たせている。このため、以下に述べるような問題を残している。
【００１２】
本来、電力線のノイズは、上述したような周波数帯域で発生するノイズよりも、電力線に接続された機器が経時的に発生するノイズが主に問題となる。そのノイズの時間変動の一例を、図１０に示す。図１０（ａ），（ｂ）のそれぞれにおいて、上側の波形がノイズ波形であり、下側の波形が電源に同期したトリガ信号である。このトリガ信号は、２クロックで電源１サイクル分（この例では、電源周波数が６０Ｈｚであるとする）である。
図１０を見てわかるとおり、ノイズ強度は、電源サイクルの倍の１２０Ｈｚの周期性をもつ変動がみられる。この様に、電力線のノイズは、電源サイクルの倍の周波数に同期した時間軸上のノイズが一般的なのである。
【００１３】
このように、電力線搬送においては、図７および図８に示したとおり、周波数軸上でＳ／Ｎが良い周波数帯域と、Ｓ／Ｎの悪い周波数帯域とが存在する。また、図１０に示したとおり、時間軸上でも、ノイズの大きい時刻と、ノイズの小さい時刻とが存在する。特に、図１０（ｂ）に示したようなインパルス性のノイズは、広い周波数成分と強い強度を有しているため、周波数軸上に冗長性を持たせても、この強いノイズが出ている時刻においては、通信が成り立たないという問題が発生する可能性がある。
つまり、上述した従来の電力線搬送通信システムのように周波数軸上でのみ冗長性を持たせただけでは、時間軸上のノイズに対して通信エラーの発生が避けられないという問題を有している。
【００１４】
それ故、本発明の目的は、電力線搬送通信において、周波数軸上のみならず、時間軸上にも冗長性を持たせることにより、電源周波数に同期した強力なインパルスノイズにも耐え得る信頼性の高い電力線搬送通信システムを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、電力線を伝送路として用い、送信装置と受信装置との間におけるシンボルの通信を行う電力線搬送通信システムであって、
送信装置は、
送信するシンボルに対し、長さがｍシンボル（ｍは、２以上の整数）である１番シンボル〜ｍ番シンボルのシンボル列を１単位として、当該シンボル列をｎ種類（ｎは、２以上の整数）の並べ替え手法を用いて当該１番シンボル〜ｍ番シンボルの順番をそれぞれ並べ替えたｎ列のシンボル列を生成するインタリーブ手段と、
インタリーブ手段が生成したｎ列のシンボル列を、それぞれ対応する予め定めたキャリアを用いて振幅変調および／または位相変調し、変調信号として出力する変調手段と、
変調信号を予め定めた振幅に増幅し、伝送路へ出力する送信アンプ手段とを備え、
受信装置は、
伝送路を介して受信する変調信号を予め定めた振幅に増幅して出力する受信アンプ手段と、
受信アンプ手段が出力する変調信号に対して、それぞれ対応する予め定めた基準キャリアを用いて振幅復調および／または位相復調を行い、ｎ列の振幅／位相情報列を生成する復調手段と、
復調手段が生成したｎ列の振幅／位相情報列を、それぞれ対応する並べ替え手法の逆変換を行って、インタリーブ手段入力時における順番に並びを戻し、並べ戻したｎ列の振幅／位相情報列として出力するデ・インタリーブ手段と、
デ・インタリーブ手段が出力する並べ戻したｎ列の振幅／位相情報列の各情報に基づいて、１番シンボル〜ｍ番シンボルの値をそれぞれ判定し出力する判定手段とを備える。
【００１６】
上記のように、第１の発明によれば、送信装置側では、伝送路上において周波数軸と時間軸とのどちらにも冗長性を持つ形態でシンボルを送信し、受信装置側では、様々な時間タイミングと周波数とで送信された複数の信号に基づいて元のシンボル値を判断する。
これにより、任意の時刻に大きなノイズが集中した場合でも、時間軸上の冗長性によって、通信のロバスト性を保つことができる。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明に従属する発明であって、
判定手段は、並べ戻したｎ列の振幅／位相情報列それぞれの第ｋ番目（ｋは、ｍ以下の整数）に位置する振幅情報および／または位相情報の平均値を算出し、当該平均値に基づいてｋ番シンボルの値の判定を行うことを特徴とする。
【００１８】
上記のように、第２の発明によれば、第１の発明において、判定手段は、各列に関し、同一シンボルの位置にある情報の平均値からシンボルの値を判定する。
従って、信頼性の高いシンボル判定を行うことができる。
【００１９】
第３の発明は、第２の発明に従属する発明であって、
判定手段は、並べ戻したｎ列の振幅／位相情報列それぞれの第ｋ番目に位置する振幅情報および／または位相情報の平均値を算出するにあたり、信頼性のある振幅情報および／または位相情報のみを当該平均値の算出に用ることを特徴とする。
【００２０】
上記のように、第３の発明によれば、第２の発明において、判定手段における判定のアルゴリズムとして、振幅／位相情報列の各情報の信頼性を判定し、信頼性のある（信頼性が高い）情報のみを平均値算出の材料としている。
これにより、上記第２の発明の効果に加え、さらに信頼性の高いシンボル判定を行うことができる。
【００２１】
第４の発明は、第３の発明に従属する発明であって、
判定手段は、信頼性の有無を、振幅情報および／または位相情報の値が予め定めた範囲内に存在するか否かによって判定することを特徴とする。
【００２２】
第５の発明は、第４の発明に従属する発明であって、
判定手段は、振幅に関する信頼性の有無を、
同一のキャリアで送信された振幅／位相情報列の振幅の平均値を計算し、
振幅の平均値に対する相対振幅情報を計算して相対振幅情報列とし、
相対振幅情報の値が予め定めた範囲内に存在するか否かによって判定することを特徴とする。
【００２３】
第６の発明は、第４の発明に従属する発明であって、
判定手段は、振幅に関する信頼性の有無を、
同一のキャリアで送信された振幅／位相情報列の振幅の平均値と分散値とを計算し、
振幅の平均値に対する相対振幅情報を計算して相対振幅情報列とし、
相対振幅情報の値が分散値に所定の定数を乗じた値よりも絶対値が小さいか否かによって判定することを特徴とする。
【００２４】
第７の発明は、第４の発明に従属する発明であって、
判定手段は、振幅に関する信頼性の有無を、
同一のキャリアで送信された振幅／位相情報列の振幅値が、１つ前のシンボルの振幅値との差が予め定めた値以内であるか否かによって判定することを特徴とする。
【００２５】
上記のように、第４〜第７の発明によれば、第３の発明において、判定手段で行う信頼性の有無の典型的な判定手法を特定したものである。
【００２６】
第８の発明は、第１〜第７の発明に従属する発明であって、
インタリーブ手段における１番シンボル〜ｍ番シンボルのシンボル列は、電源の１／２サイクル時間以下の時間長であることを特徴とする。
【００２８】
第９の発明は、第１〜第８の発明に従属する発明であって、
送信装置は、インタリーブ手段が出力するｎ列のシンボル列を、それぞれ差動シンボル化して変調手段へ出力する差動シンボル化手段をさらに備え、
復調手段は、１シンボル前の信号に対する振幅／位相情報を出力する遅延検波方式を用いて復調を行うことを特徴とする。
【００２９】
上記のように、第９の発明によれば、第１〜第８の発明において、送信装置において１つ前のシンボルに対する振幅／位相変化量に情報を重畳し、受信装置において遅延検波方式を用いて復調を行う。
これにより、上記第１〜第８の発明の効果に加え、より歪みに強い通信が可能となり、さらに信頼性の高いシンボル判定を行うことができる。
【００３０】
第１０の発明は、第１〜第９の発明に従属する発明であって、
変調手段は、ＯＦＤＭ方式に基づいて変調を行い、
復調手段は、ＯＦＤＭ方式に基づいて復調を行うことを特徴とする。
【００３１】
上記のように、第１０の発明によれば、第１〜第９の発明において、変復調にＯＦＤＭ方式を用いる。
これにより、上記第１〜第９の発明の効果に加え、さらにＯＦＤＭ方式の利点である周波数の直交性を利用した周波数利用効率の改善等によって効果的に特性を改善することができるといった有用な効果を得ることができる。
【００３２】
第１１の発明は、第１〜第１０の発明に従属する発明であって、
変調手段は、各々のシンボルが、周波数軸上における時間位置に連続性がなく分散して並ぶように、ｎ列のシンボル列をそれぞれ予め定めたキャリアで変調することを特徴とする。
【００３３】
上記のように、第１１の発明によれば、第１〜第１０の発明において、変調手段は、同一シンボルに関する情報が周波数軸上にも時間軸上にも連続性がなく分散するように変調を行う。
これにより、時間相関，周波数相関が強いノイズや伝送路特性であっても、並べ替え結果に近接時刻、近接周波数間での相関が少ないため、よりロバストな通信を行うことができる。
【００３４】
第１２の発明は、第１〜第１１の発明に従属する発明であって、
インタリーブ手段に入力される送信するシンボルが２値であることを特徴とする。
【００３５】
上記のように、第１２の発明によれば、第１〜第１１の発明において、送信するシンボルの典型的な形態を特定したものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電力線搬送通信システムの構成を示すブロック図である。図１において、第１の実施形態に係る電力線搬送通信システムは、送信装置１０と受信装置２０とが伝送路３０を介して接続される構成である。
送信装置１０は、インタリーブ部１１と、変調部１２と、送信アンプ１３とを備える。受信装置２０は、受信アンプ２１と、復調部２２と、デ・インタリーブ部２３と、判定部２４とを備える。
【００３７】
送信装置１０において、送信するシンボルは、インタリーブ部１１に入力される。インタリーブ部１１は、後述する予め定めた並べ替え手法を用いて、送信シンボルを時間軸上で並べ替えたシンボル列を複数生成する。変調部１２は、予め定めた変調方式を用いて、入力する複数のシンボル列をそれぞれ異なるキャリア周波数で変調する。送信アンプ１３は、変調部１２から出力される変調信号を入力し、予め定めた振幅となるように増幅処理した後、伝送路３０を介して受信装置２０側へ送信する。
受信装置２０において、伝送路３０を介して受信される受信信号は、受信アンプ２１に入力される。受信アンプ２１は、入力する受信信号を予め定めた振幅となるように増幅処理して、復調部２２へ出力する。復調部２２は、予め定めた復調方式を用いて（送信装置１０における変調部１２で施した変調方式に対応する復調方式である）複数のキャリアの振幅／位相情報をそれぞれ取り出し、複数の振幅／位相情報列としてデ・インタリーブ部２３へ出力する。デ・インタリーブ部２３は、復調部２２から入力する複数の振幅／位相情報列を、送信装置１０のインタリーブ部１１で行われた変換の逆変換により、元の順序にそれぞれ並べ戻す。そして、デ・インタリーブ部２３は、逆変換により元の並びに戻された振幅／位相情報列を判定部２４へ出力する。判定部２４では、各振幅／位相情報列における同一タイミングの振幅／位相情報値からシンボル値を判定し、受信シンボル列として出力する。
【００３８】
以下、上記構成による本発明の第１の実施形態に係る電力線搬送通信システムの処理動作を、具体的な数値の一例を示してさらに説明する。
なお、通信システム上の他の条件が、電源のサイクルが６０Ｈｚ、送信されるシンボルが２値のデータ、伝送レートが２８．８ｋｂｐｓである場合を一例に挙げて説明する。
【００３９】
上記条件の場合、インタリーブ部１１は、長さ８０シンボルの送信シンボル列をひとかたまり（１グループ）とし、５シンボルの長さを並び替えの単位としてインタリーブ処理、すなわち、１６種類（＝８０シンボル／５シンボル）の並べ替え手法を用いて、長さ８０シンボルの並べ替えられたシンボル列を１６列生成する。ここで、８０シンボルの長さを１グループとするのは、伝送レート２８．８ｋｂｐｓに対して８０シンボルが１２０Ｈｚの周期に相当し、電源サイクル６０Ｈｚの倍の周期となるからである。
なお、並び替えの単位としての長さ５シンボルは、伝送路３０の状態等によって任意に定めることができる。
【００４０】
具体的に示すと、インタリーブ部１１は、５シンボルの長さを並び替えの単位として、１番シンボル〜８０番シンボルを並び替えて、以下に示す１６種類の第１〜第１６のシンボル列を生成する。
◆第１のシンボル列：１番シンボル〜８０番シンボル
◆第２のシンボル列：６番シンボル〜８０番シンボル，１番シンボル〜５番シンボル
◆第ｋのシンボル列：（５×（ｋ−１）＋１）番シンボル〜８０番シンボル，１番シンボル〜（５×（ｋ−１））番シンボル
（ただし、変数ｋは、３〜１５のすべての整数）
◆第１６のシンボル列：７６番シンボル〜８０番シンボル，１番シンボル〜７５番シンボル
そして、インタリーブ部１１は、生成した上記第１〜第１６のシンボル列を変調部１２へ出力する。
【００４１】
変調部１２は、予め定めた変調方式、例えば、８ＱＡＭ (8 Quadrature Amplitude moduration ）方式を用いて、入力する第１〜第１６のシンボル列でそれぞれ異なるキャリア周波数を振幅／位相変調する。
例えば、第１のシンボル列は周波数１１５．２ｋＨｚのキャリアを、第２のシンボル列は周波数１３４．４ｋＨｚのキャリアを、第ｋのシンボル列は周波数（１９．２×（ｋ＋５））ｋＨｚのキャリアを、第１６のシンボル列は周波数４０３．２ｋＨｚのキャリアを、それぞれ８ＱＡＭ変調する。
そして、変調部１２は、この変調した信号を送信アンプ１３へ出力する。
【００４２】
上述した１６のキャリアと各キャリアを変調する並べ替えられた第１〜第１６のシンボル列との対応を、図２に示す。この図２において、送信シンボルが、周波数軸および時間軸の両方に均等に冗長性を有していることがわかる。
また、各キャリアと第１〜第１６のシンボル列との対応を変えれば、図３に示すようなキャリアとシンボル列の対応も考えられる。図３に示す対応の方が、同一シンボルに関する情報が時間軸にも周波数軸にもばらばらであり、時間相関，周波数相関が強いノイズや伝送路特性であっても、並べ替え結果に近接時刻、近接周波数間での相関が少ないため、よりロバストな通信ができる。
なお、このシンボルの並べ替えの手法としては、図２，図３において示した手法に限られず、周波数軸と時間軸との両方に冗長性を持たせるものであれば、他の様々な方法を用いても同様の効果を奏することができる。ここで、近接時間でかつ近接周波数に同一シンボルの情報が入らないような並べ替え手法であれば、さらに大きな効果が得られる。
【００４３】
送信アンプ１３は、変調部１２から出力される変調信号を入力し、予め定めた振幅となるように増幅処理した後、伝送路３０を介して受信装置２０側へ送信する。
【００４４】
次に、受信装置２０を説明する。
伝送路３０を介して受信される受信信号は、受信アンプ２１に入力される。受信アンプ２１は、入力する受信信号を予め定めた振幅となるように増幅処理して、復調部２２へ出力する。
復調部２２は、送信装置１０における変調部１２で施した変調方式に対応する復調方式、すなわちこの例では、８ＱＡＭ復調を行って、入力する受信信号から１６種類のキャリアの振幅／位相情報をそれぞれ取り出し、１６の振幅／位相情報列としてデ・インタリーブ部２３へ出力する。
デ・インタリーブ部２３は、復調部２２から入力する１６の振幅／位相情報列を、送信装置１０のインタリーブ部１１で行われた変換（並べ替え）の逆変換により、元の時間順序にそれぞれ並べ戻す。そして、デ・インタリーブ部２３は、逆変換により元の並びに戻された１６の振幅／位相情報列を判定部２４へ出力する。
【００４５】
判定部２４は、デ・インタリーブ部２３が出力する１６の振幅／位相情報列を判定して各シンボル値を求め、受信シンボルとして出力する。この判定部２４で行う判定方法を、図１を再び参照して説明する。
図１において、判定部２４は、位相平均計算部２４１と、振幅平均計算部２４２と、シンボル判定部２４３とを備える。
【００４６】
上述したように、デ・インタリーブ部２３が出力する１６の振幅／位相情報列は、すべてシンボルの並び方が同じ（第１シンボル〜８０番シンボルの順で並んでいる）であるが、そのシンボル中の幾つかは、伝送路３０の特性や機器のノイズ等によってその振幅／位相に何らかの変化があると考えられる。
そこで、判定部２４は、これらの変化の発生に対して、以下に示す方法によりシンボル値の判定を行う。
【００４７】
位相平均計算部２４１は、並べ戻された１６の振幅／位相情報列のそれぞれから、同一シンボルの位相情報を取り出す。例えば、第１シンボルに関しては、各振幅／位相情報列から１つずつ合計１６個の第１シンボルの位相情報を取り出すのである。そして、位相平均計算部２４１は、第１シンボル〜８０番シンボルごとに、取り出した１６個の位相情報の平均値（以下、位相平均値という）をそれぞれ算出する。
一方、振幅平均計算部２４２は、並べ戻された１６の振幅／位相情報列のそれぞれから、同一シンボルの振幅情報を取り出す。例えば、第１シンボルに関しては、各振幅／位相情報列から１つずつ合計１６個の第１シンボルの振幅情報を取り出すのである。そして、振幅平均計算部２４２は、第１シンボル〜８０番シンボルごとに、取り出した１６個の振幅情報の平均値（以下、振幅平均値という）をそれぞれ算出する。
そして、算出された第１シンボル〜８０番シンボルの位相平均値および振幅平均値は、それぞれシンボル判定部２４３へ出力される。
【００４８】
シンボル判定部２４３は、位相平均計算部２４１から与えられる位相平均値がどの基準位相値に近いか、すなわちこの例では、８ＱＡＭを用いて変復調を行っているため、位相平均値が基準位相値である０，π／２，π，３π／４のどれに一番近い値を持っているかを、各シンボルごとに判定する。また、シンボル判定部２４３は、振幅平均計算部２４２から与えられる振幅平均値がどの基準振幅値に近いか、すなわちこの例では、８ＱＡＭを用いて変復調を行っているため、振幅平均値が基準振幅値であるａ，３ａ（ただし、ａは、復調部２２において予め定まる正の実数）のどちらに一番近い値を持っているかを、各シンボルごとに判定する。
そして、シンボル判定部２４３は、判定したそれぞれ位相値および振幅値から各シンボルの最終的な値を判断し、受信シンボル列として出力する。
【００４９】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る電力線搬送通信システムによれば、送信装置１０側では、伝送路３０上において周波数軸と時間軸とのどちらにも冗長性を持つ形態でシンボルを送信し、受信装置２０側では、様々な時間タイミングと周波数とで送信された複数の信号に基づいて元のシンボル値を判断する。
これにより、任意の時刻に大きなノイズが集中した場合でも、時間軸上の冗長性によって、通信のロバスト性を保つことができる。
【００５０】
なお、上記第１の実施形態では、変調部１２および復調部２２における変復調方式として８ＱＡＭを用いたが、この他の変復調方式を用いても同様の効果を奏することができる。
また、上記第１の実施形態では、判定部２４におけるシンボル値の判定に用いる情報として振幅情報と位相情報の両方を用いたが、どちらか一方の情報だけでシンボル値を判定してもよい。
さらに、上記第１の実施形態では、電源サイクル，伝送レート，１グループとするシンボル数およびキャリア数について具体的な数値を上げて説明した。しかし、本発明はこれらの数値に限定されるものでなく、通信環境や目的に応じて他の数値を自由に用いることができる。ここで、上述したように、１グループとするシンボル数を、電源サイクルの倍の周波数サイクルと同じになるように設定すれば、さらに大きな効果が得られる。
【００５１】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る電力線搬送通信システムの構成を示すブロック図である。図４において、第２の実施形態に係る電力線搬送通信システムは、送信装置１０と受信装置２０とが伝送路３０を介して接続される構成である。
送信装置１０は、インタリーブ部１１と、変調部１２と、送信アンプ１３とを備える。受信装置２０は、受信アンプ２１と、復調部２２と、デ・インタリーブ部２３と、判定部２４’とを備える。
【００５２】
図４に示すように、第２の実施形態に係る電力線搬送通信システムは、上記第１の実施形態に係る電力線搬送通信システムの判定部２４を、判定部２４’に代えた構成である。
なお、第２の実施形態に係る電力線搬送通信システムにおけるその他の構成は、上記第１の実施形態に係る電力線搬送通信システムの構成と同様であり、当該その他の構成部分については、同一の参照番号を付してその説明を省略する。
【００５３】
図４を参照して、判定部２４’は、位相平均計算部２４１と、振幅平均計算部２４２と、シンボル判定部２４３と、信頼性判定部２４４とを備える。
信頼性判定部２４４は、位相平均計算部２４１および振幅平均計算部２４２と同様に、並べ戻された１６の振幅／位相情報列を入力する。次に、信頼性判定部２４４は、この入力した１６の振幅／位相情報列のそれぞれの情報に対して、位相平均値および振幅平均値の算出に用いるべきか否かという信頼性を判定する。そして、信頼性判定部２４４は、予め定めた信頼性が得られた情報のみを位相平均値および振幅平均値の算出に用いるように、位相平均計算部２４１および振幅平均計算部２４２へ指示する。
【００５４】
この信頼性判定部２４４において行う信頼性判定の手法には、いくつかの方法がある。以下に、その一例を示す。
１．振幅情報の信頼性判定について
振幅値が小さい場合、これは信号強度が小さいことを意味するので、対応する位相情報の信頼性が低い可能性がある。また、振幅値が大きい場合も、電源投入時の巨大なサージノイズのようなものを検出したためと予想され、信頼性が低い可能性がある。従って、振幅値が所定の範囲内に存在するか否かで、信頼性を判定することができる。
この所定の範囲の設定方法も、次に挙げるいくつかの方法が考えられる。
・絶対値で範囲を規定する手法
・所定時間内の統計的平均値から算出した相対値で範囲を規定する手法
ここで、相対値で範囲を規定する手法は、絶対値で範囲を規定する方法より計算等が煩雑になるが、より確実な信頼性判定が行える。この相対値で範囲を規定する手法としては、例えば、同一のキャリアで送信された振幅／位相情報列の振幅の平均値を計算し、振幅の平均値に対する相対振幅情報を計算して、この相対振幅情報の値が予め定めた範囲内に存在するか否かによって判定する手法や、同一のキャリアで送信された振幅／位相情報列の振幅の平均値と分散値とを計算し、振幅の平均値に対する相対振幅情報を計算して、この相対振幅情報の値が分散値に所定の定数を乗じた値よりも絶対値が小さいか否かによって判定する手法等が考えられる。
また、簡易的に相対値による判定をしたい場合は、直前シンボルとの振幅差が著しく大きいときに信頼性が低いと判定する手法も考えられる。
【００５５】
２．位相情報の信頼性判定について
Ｓ／Ｎが良い場合には、位相情報は、ある特定のシンボルを意味する位相値を示す。これにノイズ等が加わることにより、示すべき位相値からずれた値となり、信頼性が低くなってしまう。従って、位相情報についても、所定の範囲内に存在するか否かで、信頼性を判定することができる。
例えば、０とπの２値の位相変調を用いた場合を考えてみる。この場合、本来なら、各位相値は、０またはπの近辺の位相値を持つはずであるが、ある位相値がπ／２近辺の値を持っていたとすれば、これは極めて信頼性の低い情報だと考えられる。従って、Ｓ／Ｎが良い場合に取るべき値から所定の範囲内にあるか否かで信頼性を判定する。
【００５６】
このように、信頼性判定部２４４が信頼性を判定した後、位相平均計算部２４１は、第１シンボル〜８０番シンボルごとに、信頼性判定部２４４の指示に基づいて取り出した複数（１６個以下）の位相平均値をそれぞれ算出する。また同様に、振幅平均計算部２４２は、第１シンボル〜８０番シンボルごとに、信頼性判定部２４４の指示に基づいて取り出した複数（１６個以下）の振幅平均値をそれぞれ算出する。
【００５７】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る電力線搬送通信システムによれば、判定部２４’における判定のアルゴリズムとして、振幅／位相情報列の各情報の信頼性を判定し、信頼性の高い情報のみを位相平均値および振幅平均値算出の材料としている。
これにより、上記第１の実施形態で述べた効果に加え、さらに信頼性の高いシンボル判定を行うことができる。
【００５８】
なお、上記第２の実施形態において、判定部２４’におけるシンボル値の判定に用いる情報として振幅情報または位相情報のどちらか一方だけを用いる場合には、信頼性判定部２４４で行う判定も当該一方の情報に対する判定だけでよい。
【００５９】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る電力線搬送通信システムの構成を示すブロック図である。図５において、第３の実施形態に係る電力線搬送通信システムは、送信装置１０と受信装置２０とが伝送路３０を介して接続される構成である。
送信装置１０は、インタリーブ部１１と、差動シンボル化部１４と、変調部１２と、送信アンプ１３とを備える。受信装置２０は、受信アンプ２１と、復調部２２と、デ・インタリーブ部２３と、判定部２４とを備える。
【００６０】
図５に示すように、第３の実施形態に係る電力線搬送通信システムは、上記第１の実施形態に係る電力線搬送通信システムの送信装置１０のインタリーブ部１１と変調部１２との間に、差動シンボル化部１４を加えた構成である。
なお、第３の実施形態に係る電力線搬送通信システムにおけるその他の構成は、上記第１の実施形態に係る電力線搬送通信システムの構成と同様であり、当該その他の構成部分については、同一の参照番号を付してその説明を省略する。
【００６１】
送信装置１０において、インタリーブ部１１は、上述した並べ替え手法を用いて、送信シンボルを時間軸上で並べ替えたシンボル列を複数生成する。そして、インタリーブ部１１は、生成した複数のシンボル列を差動シンボル化部１４へ出力する。差動シンボル化部１４は、入力する複数のシンボル列の各シンボルの情報を、１つ前のシンボルとの位相差（相対位相）に対応させる変換を行い、変調部１２へ出力する。
受信装置２０において、復調部２２は、送信装置１０における変調部１２で施した変調に対応する復調を行って、入力する受信信号から複数のキャリアの振幅／位相情報を取り出すにあたり、それぞれのキャリアが１つ前のシンボルに対してどう変化したかの差としての振幅／位相情報列を出力する。つまり、復調部２２は、入力する受信信号に対して、遅延検波を行うのである。
【００６２】
以上のように、本発明の第３の実施形態に係る電力線搬送通信システムによれば、送信装置１０において１つ前のシンボルに対する振幅／位相変化量に情報を重畳し、受信装置２０において遅延検波方式を用いて復調を行う。
これにより、上記第１の実施形態で述べた効果に加え、より歪みに強い通信が可能となり、さらに信頼性の高いシンボル判定を行うことができる。
【００６３】
なお、上記第３の実施形態においては、受信装置２０の構成として上記第１の実施形態で述べた判定部２４を用いたが、上記第２の実施形態で述べた判定部２４’を用いることも勿論可能である。判定部２４’を用いた構成とした場合は、上記第２の実施形態で述べた効果と同様のさらに信頼性の高いシンボル判定を行うことができる。
【００６４】
（第４の実施形態）
ところで、本発明は、所定の長さのシンボル列を、ｎ種類（ｎは、正の整数）の異なる並べ替え手法を用いて並べ替え、ｎ種類の異なる並びを持つシンボル列をそれぞれ周波数に割り当てて送信することを特徴としている。従って、各シンボル列を周波数軸上にマッピングさせる手法としてＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)変調を用い、周波数軸上にマッピングされた情報を取り出す手法としてＯＦＤＭ復調を用いても、上述した第１および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
以下、このＯＦＤＭ変復調を用いる電力線搬送通信システムを説明する。
【００６５】
図６は、本発明の第４の実施形態に係る電力線搬送通信システムの構成を示すブロック図である。図６において、第４の実施形態に係る電力線搬送通信システムは、送信装置１０と受信装置２０とが伝送路３０を介して接続される構成である。
送信装置１０は、インタリーブ部１１と、ＯＦＤＭ変調部１５と、送信アンプ１３とを備える。受信装置２０は、受信アンプ２１と、ＯＦＤＭ復調部２５と、デ・インタリーブ部２３と、判定部２４とを備える。
【００６６】
図６に示すように、第４の実施形態に係る電力線搬送通信システムは、上記第１の実施形態に係る電力線搬送通信システムの送信装置１０の変調部１２をＯＦＤＭ変調部１５に、受信装置２０の復調部２２をＯＦＤＭ復調部２５にそれぞれ代えた構成である。
なお、第４の実施形態に係る電力線搬送通信システムにおけるその他の構成は、上記第１の実施形態に係る電力線搬送通信システムの構成と同様であり、当該その他の構成部分については、同一の参照番号を付してその説明を省略する。
【００６７】
送信装置１０において、ＯＦＤＭ変調部１５は、インタリーブ部１１から入力するｎ種類のシンボル列パラレルデータの１シンボルに対して逆ＦＦＴ(Fast Fourier Transform)演算を行い、周波数軸上の振幅／位相情報を時間軸データに変換する。次に、ＯＦＤＭ変調部１５は、時間軸データに変換した後のｎ種類のシンボル列パラレルデータをパラレル／シリアル変換し、シンボルの時系列信号を得る。そして、ＯＦＤＭ変調部１５は、この時系列信号をＤ／Ａ変換し、送信アンプ１３へ出力する。
一方、受信装置２０において、ＯＦＤＭ復調部２５は、受信アンプ２１から入力する受信信号をＡ／Ｄ変換した後、１シンボルに対してシリアル／パラレル変換を行って時間軸データのｎ種類のシンボル列パラレルデータを得る。そして、ＯＦＤＭ復調部２５は、この時間軸データのｎ種類のシンボル列パラレルデータに対しＦＦＴ演算を用いて周波数解析を行い、周波数軸上の振幅／位相情報を求め、このｎ種類のシンボル列パラレルデータをデ・インタリーブ部２３へ出力する。
【００６８】
以上のように、本発明の第４の実施形態に係る電力線搬送通信システムによれば、変復調にＯＦＤＭ方式を用いる。
これにより、上記第１および第２の実施形態で述べた効果に加え、さらにＯＦＤＭ方式の利点である伝送特性の劣化が少ない、また、ある特定の周波数帯にノイズが存在する場合でも、インタリーブ等によって効果的に特性を改善することができるといった有用な効果を得ることができる。
【００６９】
なお、上記第４の実施形態においては、受信装置２０の構成として上記第１の実施形態で述べた判定部２４を用いたが、上記第２の実施形態で述べた判定部２４’を用いることも勿論可能である。判定部２４’を用いた構成とした場合は、上記第２の実施形態で述べた効果と同様のさらに信頼性の高いシンボル判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電力線搬送通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】キャリア周波数とシンボル列との対応の一例を示す図である。
【図３】キャリア周波数とシンボル列との対応の一例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る電力線搬送通信システムの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る電力線搬送通信システムの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る電力線搬送通信システムの構成を示すブロック図である。
【図７】電力線のゲイン対周波数特性の一例を示す図である。
【図８】機器のノイズ強度対周波数特性の一例を示す図である。
【図９】直接拡散方式のスペクトラム拡散を用いた従来の電力線搬送通信システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】機器が発生するノイズの時間変動の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０，３００…送信装置
１１…インタリーブ部
１２，３０１…変調部
１３，３０４…送信アンプ
１４…差動シンボル化部
１５…ＯＦＤＭ変調部
２０，４００…受信装置
２１，４０１…受信アンプ
２２，４０４…復調部
２３…デ・インタリーブ部
２４，２４’…判定部
２５…ＯＦＤＭ復調部
３０，５００…伝送路
２４１…位相平均計算部
２４２…振幅平均計算部
２４３…シンボル判定部
２４４…信頼性判定部
３０２…スペクトラム拡散変調部
３０３，４０３…拡散符号部
４０２…スペクトラム拡散復調部

Claims (16)

1. 電力線を伝送路として用い、送信装置と受信装置との間におけるシンボルの通信を行う電力線搬送通信システムであって、
   前記送信装置は、
   送信するシンボルに対し、長さがｍシンボル（ｍは、２以上の整数）である１番シンボル〜ｍ番シンボルのシンボル列を１単位として、当該シンボル列をｎ種類（ｎは、２以上の整数）の並べ替え手法を用いて当該１番シンボル〜ｍ番シンボルの順番をそれぞれ並べ替えたｎ列のシンボル列を生成するインタリーブ手段と、
   前記インタリーブ手段が生成した前記ｎ列のシンボル列を、それぞれ対応する予め定めたキャリアを用いて振幅変調および／または位相変調し、変調信号として出力する変調手段と、
   前記変調信号を予め定めた振幅に増幅し、前記伝送路へ出力する送信アンプ手段とを備え、
   前記受信装置は、
   前記伝送路を介して受信する変調信号を予め定めた振幅に増幅して出力する受信アンプ手段と、
   前記受信アンプ手段が出力する変調信号に対して、それぞれ対応する予め定めた基準キャリアを用いて振幅復調および／または位相復調を行い、ｎ列の振幅／位相情報列を生成する復調手段と、
   前記復調手段が生成した前記ｎ列の振幅／位相情報列を、それぞれ対応する前記並べ替え手法の逆変換を行って、前記インタリーブ手段入力時における順番に並びを戻し、並べ戻したｎ列の振幅／位相情報列として出力するデ・インタリーブ手段と、
   前記デ・インタリーブ手段が出力する前記並べ戻したｎ列の振幅／位相情報列の各情報に基づいて、前記１番シンボル〜ｍ番シンボルの値をそれぞれ判定し出力する判定手段とを備える、電力線搬送通信システム。
2. 前記判定手段は、前記並べ戻したｎ列の振幅／位相情報列それぞれの第ｋ番目（ｋは、ｍ以下の整数）に位置する振幅情報および／または位相情報の平均値を算出し、当該平均値に基づいてｋ番シンボルの値の判定を行うことを特徴とする、請求項１に記載の電力線搬送通信システム。
3. 前記判定手段は、前記並べ戻したｎ列の振幅／位相情報列それぞれの第ｋ番目に位置する振幅情報および／または位相情報の平均値を算出するにあたり、信頼性のある振幅情報および／または位相情報のみを当該平均値の算出に用いることを特徴とする、請求項２に記載の電力線搬送通信システム。
4. 前記判定手段は、信頼性の有無を、振幅情報および／または位相情報の値が予め定めた範囲内に存在するか否かによって判定することを特徴とする、請求項３に記載の電力線搬送通信システム。
5. 前記判定手段は、振幅に関する信頼性の有無を、
   同一のキャリアで送信された振幅／位相情報列の振幅の平均値を計算し、
   前記振幅の平均値に対する相対振幅情報を計算して相対振幅情報列とし、
   前記相対振幅情報の値が予め定めた範囲内に存在するか否かによって判定することを特徴とする、請求項４に記載の電力線搬送通信システム。
6. 前記判定手段は、振幅に関する信頼性の有無を、
   同一のキャリアで送信された振幅／位相情報列の振幅の平均値と分散値とを計算し、
   前記振幅の平均値に対する相対振幅情報を計算して相対振幅情報列とし、
   前記相対振幅情報の値が前記分散値に所定の定数を乗じた値よりも絶対値が小さいか否かによって判定することを特徴とする、請求項４に記載の電力線搬送通信システム。
7. 前記判定手段は、振幅に関する信頼性の有無を、
   同一のキャリアで送信された振幅／位相情報列の振幅値が、１つ前のシンボルの振幅値との差が予め定めた値以内であるか否かによって判定することを特徴とする、請求項４に記載の電力線搬送通信システム。
8. 前記インタリーブ手段における前記１番シンボル〜ｍ番シンボルのシンボル列は、電源の１／２サイクル時間以下の時間長であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の電力線搬送通信システム。
9. 前記送信装置は、前記インタリーブ手段が出力する前記ｎ列のシンボル列を、それぞれ差動シンボル化して前記変調手段へ出力する差動シンボル化手段をさらに備え、
   前記復調手段は、１シンボル前の信号に対する振幅／位相情報を出力する遅延検波方式を用いて復調を行うことを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の電力線搬送通信システム。
10. 前記変調手段は、ＯＦＤＭ方式に基づいて変調を行い、
    前記復調手段は、ＯＦＤＭ方式に基づいて復調を行うことを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載電力線搬送通信システム。
11. 前記変調手段は、各々のシンボルが、周波数軸上における時間位置に連続性がなく分散して並ぶように、前記ｎ列のシンボル列をそれぞれ予め定めたキャリアで変調することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の電力線搬送通信システム。
12. 前記インタリーブ手段に入力される前記送信するシンボルが２値であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の電力線搬送通信システム。
13. 電力線を伝送路として用い、送信装置と受信装置との間におけるシンボルの通信を行う電力線搬送通信システムに用いる送信装置であって、
    送信するシンボルに対し、長さがｍシンボル（ｍは、２以上の整数）である１番シンボル〜ｍ番シンボルのシンボル列を１単位として、当該シンボル列をｎ種類（ｎは、２以上の整数）の並べ替え手法を用いて当該１番シンボル〜ｍ番シンボルの順番をそれぞれ並べ替えたｎ列のシンボル列を生成するインタリーブ手段と、
    前記インタリーブ手段が生成した前記ｎ列のシンボル列を、それぞれ対応する予め定めたキャリアを用いて振幅変調および／または位相変調し、変調信号として出力する変調手段と、
    前記変調信号を予め定めた振幅に増幅し、前記伝送路へ出力する送信アンプ手段とを備えることを特徴とする、送信装置。
14. 前記変調手段は、各々のシンボルが、周波数軸上における時間位置に連続性がなく分散して並ぶように、前記ｎ列のシンボル列をそれぞれ予め定めたキャリアで変調することを特徴とする、請求項１３に記載の送信装置。
15. シンボル列およびキャリア周波数を、それぞれの並び替えシンボルの単位が１つまたは複数づつシフトするように並べることを特徴とする、請求項１４に記載の送信装置。
16. シンボル列およびキャリア周波数を、近接時間でかつ近接周波数に同一シンボルの情報が入らないように並べることを特徴とする、請求項１４に記載の送信装置。

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