JP4519351B2

JP4519351B2 - 通信装置および通信方法

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Publication number: JP4519351B2
Application number: JP2001113958A
Authority: JP
Inventors: 渉松本; 木村　　亨; 秀信福島; 良則水谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: JP2002314498A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチキャリア変復調方式を採用する通信装置に関するものであり、特に、ＤＭＴ（Discrete Multi Tone）変復調方式やＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）変復調方式等により、既存の通信回線を用いたデータ通信を行う通信装置、および当該通信装置におけるサンプルクロック調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の通信装置について説明する。近年、コスト削減や既存設備の有効利用のため、新たな通信線を増設することなく、既存の電力線（電灯線）を利用して通信を行う「電力線モデム」が注目されている。この電力線モデムは、電力線により接続されている家庭内外、ビル、工場、および店舗等の電気製品をネットワーク化することにより、その製品の制御やデータ通信等のさまざまな処理を行う。
【０００３】
現在、このような電力線モデムとしては、ＳＳ（Spread Spectrum）方式を用いたものが考えられている。たとえば、電力線モデムとして、ＳＳ方式を用いた場合、送信側では、所定の情報を変調後、さらに「拡散符号」を用いて拡散変調を行うことにより、信号の帯域を数十〜数千倍に広げて送信する。一方、受信側では、送信側と同一の拡散符号を用いて拡散復調（逆拡散）を行い、その後、逆拡散後の信号を上記所定の情報に復調する。
【０００４】
この場合、ＳＳ方式に望ましい拡散符号としては、一般的に、自己相関特性に鋭いピークを持ち、かつ相互相関特性が小さいＭ系列（Maximum-length linear shift-register sequence）が用いられる。
【０００５】
一方、上記ＳＳ方式を採用する通信装置と異なる変復調方式を採用する通信装置としては、たとえば、マルチキャリア変復調方式を採用する通信装置がある。ここで、マルチキャリア変復調方式を採用する従来の通信装置の動作について説明する。
【０００６】
まず、マルチキャリア変復調方式として、ＯＦＤＭ変復調方式を採用する従来の通信装置の、送信系の動作を簡単に説明する。たとえば、ＯＦＤＭ変復調方式によるデータ通信を行う場合、送信系では、トーンオーダリング処理、すなわち、予め設定された周波数帯の複数のトーン（マルチキャリア）に、伝送可能なビット数の伝送データを割り振る処理を行う。具体的にいうと、たとえば、各周波数のｔｏｎｅ０〜ｔｏｎｅＸ（Ｘはトーン数を示す整数）に、予め決められたビット数の伝送データを割り振っている。そして、上記トーンオーダリング処理、および符号化処理が行われることにより、１フレーム毎に伝送データが多重化される。
【０００７】
さらに、送信系では、多重化された伝送データに対して逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を行い、逆高速フーリエ変換後のパラレルデータをシリアルデータに変換し、その後、Ｄ／Ａコンバータを通してディジタル波形をアナログ波形に変換し、最後にローパスフィルタをかけて伝送データを伝送路上に送信する。
【０００８】
つぎに、マルチキャリア変復調方式として、ＯＦＤＭ変復調方式を採用する従来の通信装置の、受信系の動作を簡単に説明する。上記と同様に、ＯＦＤＭ変復調方式によるデータ通信を行う場合、受信系では、受信データ（前述の伝送データ）に対し、ローパスフィルタをかけ、その後、Ａ／Ｄコンバータを通してアナログ波形をディジタル波形に変換し、タイムドメインイコライザにて時間領域の適応等化処理を行う。
【０００９】
さらに、受信系では、時間領域の適応等化処理後のデータをシリアルデータからパラレルデータに変換し、当該パラレルデータに対して高速フーリエ変換を行い、その後、周波数ドメインイコライザにて周波数領域の適応等化処理を行う。
【００１０】
そして、周波数領域の適応等化処理後のデータは、複合処理（最尤複合法）およびトーンオーダリング処理によりシリアルデータに変換され、その後、レートコンバート処理、ＦＥＣ（forward error correction：前方誤り訂正）、デスクランブル処理、ＣＲＣ（cyclic redundancy check：巡回冗長検査）等の処理が行われ、最終的に伝送データが再生される。
【００１１】
以上、ＯＦＤＭ変復調方式を採用する従来の通信装置では、ＣＤＭＡやシングルキャリア変復調方式では得ることのできない、たとえば、伝送効率の良さおよび機能のフレキシビリティを利用して、高レートの通信を可能としている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記、ＳＳ方式を用いた従来の電力線モデムにおいては、たとえば、与えられた帯域を埋め尽くすスペクトラムを送出してしまうため、すなわち、法規制上使用可能な周波数帯域：１０ＫＨｚ〜４５０ＫＨｚを埋め尽くすスペクトラムを送出してしまうため、他の通信方式との共存が難しく、さらに、使用帯域に対する転送レートが低い（拡張性も低い）、という問題があった。
【００１３】
また、上記、ＯＦＤＭ変復調方式を採用する従来の通信装置においては、たとえば、キャリア検出およびシンボル同期用の領域であるプリアンブルと、物理層ヘッダと、データフィールドと、で構成されたフレーム単位に、データ通信を行っている。具体的にいうと、送信側の通信装置と受信側の通信装置との間で、図１１に示すように、送信データとＡＣＫのやり取りを行うことで、データ通信を行う。しかしながら、従来の通信装置では、送信データ部分の伝送レートを向上させた場合（同一データ量のデータ長を短くした場合）においても、１フレーム内で大きな割合をしめるプリアンブルの信号長が変わらないため、送信データ部分の伝送レートの向上ほど、トータルの伝送レートが向上しない、という問題があった。
【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、プリアンブルの信号長を短くすることにより、伝送レートを大幅に向上可能な通信装置、およびその通信方法を得ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる通信装置にあっては、クロックマスターとして動作する装置が間欠的に送信するパイロットトーンを用いてシンボル同期を確立する構成とし、キャリア検出用の信号の領域であるプリアンブルフィールドと、物理層ヘッダフィールドと、送信データまたは応答データ記載用の領域である物理層ペイロードフィールドと、を含むデータ通信用フレームを生成し、当該フレームに対して所定の変調処理を施した信号を伝送路上に出力する送信手段と、自装置宛の伝送路上の信号に対して所定の復調処理を施す受信手段と、を備え、パイロットトーンが送信されていない一定期間を利用して、前記データ通信用フレームの送受信を行うことを特徴とする。
【００１６】
つぎの発明にかかる通信装置にあっては、クロックマスターが間欠的に送信するパイロットトーンフレームによりシンボル同期が確立された通信装置間で、キャリア検出用の信号の領域であるプリアンブルフィールドと、物理層ヘッダフィールドと、送信データまたは応答データ記載用の領域である物理層ペイロードフィールドと、を含むデータ通信用フレームの送受信を行うこととし、たとえば、パイロットトーンフレームが送信されていない一定期間を利用して、送信側の通信装置が、送信データを記載したデータ通信用フレームを送信し、受信側の通信装置が、受け取った送信データに対する応答データを記載したデータ通信用フレームを送信することを特徴とする。
【００１７】
つぎの発明にかかる通信装置にあっては、前記データ通信用フレームと次のパイロットトーンフレームとの間に、データ通信用フレーム長よりも短い無通信期間ができてしまうような場合、前記クロックマスターが、当該無通信期間にデータ通信用フレームを送信できるように、パイロットトーンフレームの送信を遅らせることを特徴とする。
【００１８】
つぎの発明にかかる通信装置にあっては、前記応答データを、送信データを正常に受け取ったことを示す相関パターンとすることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる通信方法およびサンプルクロック生成方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
実施の形態１．
本実施の形態では、既存の電力線を利用した通信装置として、たとえば、マルチキャリア変復調方式を採用する電力線モデムについて説明する。電力線モデムにおいては、たとえば、１２８トーンのＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号を送受信する場合、２５６個の複素ＩＦＦＴを用いて、１２８個のＤＱＰＳＫデータまたはＭ−ＱＡＭデータを時間軸データに変換する。したがって、キャリア間隔をΔｆ＝４．３１２５ＫＨｚとした場合には、０〜５５２ＫＨｚまでの帯域が使用されることになる。
【００２１】
図１は、本発明にかかる通信装置の構成例を示す図である。図１において、１はフレーミング回路であり、２はマッパであり、４は逆高速フーリエ変換回路（ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform）であり、５はパラレル／シリアル変換回路（Ｐ／Ｓ）であり、６はディジタル／アナログ変換回路（Ｄ／Ａ）であり、７は伝送路（電力線）であり、８は結合回路であり、１０は制御回路であり、１１はデフレーミング回路であり、１２はデマッパであり、１３は相関検出回路であり、１４は高速フーリエ変換回路（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）であり、１５はシリアル／パラレル変換回路（Ｓ／Ｐ）であり、１６はアナログ／ディジタル変換回路（Ａ／Ｄ）であり、１７はキャリア検出器であり、２１はシンボル境界判定値算出器であり、２２はシンボル境界判定器であり、２３は同期トーン選択器、３１はサンプル同期回路である。
【００２２】
そして、フレーミング回路１、マッパ２、ＩＦＦＴ４、Ｐ／Ｓ５、Ｄ／Ａ６で送信系を構成し、Ａ／Ｄ１６、Ｓ／Ｐ１５、ＦＦＴ１４、相関検出回路１３、デマッパ１２、デフレーミング回路１１、シンボル境界判定値算出器２１、シンボル境界判定器２２、同期トーン選択器２３、サンプル同期回路３１で受信系を構成する。なお、図１では、送受信両方の構成を備えているが、これに限らず、送信系および受信系のいずれか一方を備える構成であってもよい。
【００２３】
ここで、上記通信装置における送信系および受信系の基本的な動作を図面にしたがって説明する。まず、送信系の動作について説明する。たとえば、上記通信装置（電力線モデム）に接続されたデータ処理装置（図示せず）から送信データが入力されると、フレーミング回路１では、後述の図２に示すフレーミング処理を行い、そのフレームをマッパ２に出力する。そして、マッパ２では、受け取ったフレームを、制御回路１０からの「トーンオーダリング選択情報」「ターボ符号長選択情報」「ビットマップ選択情報」「電力配分選択情報」等を用いてマッピング（ＤＱＰＳＫ変調、Ｍ−ＱＡＭ変調、ターボ符号化、電力配分制御等を含む）し、その結果をＩＦＦＴ４へ出力する。
【００２４】
そして、ＩＦＦＴ４では、受け取ったすべてのトーンを逆フーリエ変換することで周波数軸データを時間軸データに変換してＰ／Ｓ５へ出力する。
【００２５】
Ｐ／Ｓ５では、ＩＦＦＴ４から出力されたパラレルデータをシリアルデータに変換し、さらに、そのシリアルデータをＤ／Ａ６へ出力し、最後に、Ｄ／Ａ６では、そのシリアルデータに対してディジタル／アナログ変換を行い、そのアナログ信号を、結合回路８および電力線７を介して、電力線７に接続された他の通信装置（図示せず）へ送信する。
【００２６】
つぎに、受信系の動作について説明する。なお、ここでは、説明の便宜上、伝送路７に通信装置が１台しか接続されていないので、図１の受信系の構成を用いて説明を行う。また、受信系の動作は、シンボル同期が確立されていることを前提として説明する。
【００２７】
まず、上述のように送信系からマルチキャリアデータが送信されると、他の通信装置の受信系では、送信系の動作とは逆の動作を行い、データを復調する。具体的にいうと、送信側の通信装置から送られてきたすべてのマルチキャリアデータを、結合回路８を介して取り込み、Ａ／Ｄ１６が、アナログ／ディジタル変換を行う。続いて、キャリア検出器１７が、キャリアセンスおよびトーン検定によりキャリア検出用フィールド（プリアンブル）を検出する。
【００２８】
その後、Ｓ／Ｐ１５では、同期が確立されたシンボルタイミングに基づいて、ディジタルデータに変換されたシリアルデータをパラレルデータに変換し、そのデータをＦＦＴ１４へ出力する。
【００２９】
ＦＦＴ１４では、前記パラレルデータに対してフーリエ変換を行うことにより、時間軸のマルチキャリア信号を周波数軸上のデータに変換し、その周波数軸データをデマッパ１２へ出力する。なお、相関検出回路１３では、受信フレーム内の伝達経路を識別するためのコードである「ＩＤ（図３参照）」から、受信中のフレームが自装置に対するものであるかどうかを判断する。その後、デマッパ１２では、受信中のフレームが自装置に対するものであれば、制御回路１０によって指定された「ＦＥＱ係数情報」「ターボ復号に関する情報」「ビットマップ情報」「トーンオーダリング選択情報」等を用いて、受け取った周波数データを復調する。
【００３０】
最後に、デフレーミング回路１１では、復調後のデータから、送信フレーム内のデータ（図２参照）のみを切り出すデフレーミング処理を行うことで、受信データを生成し、この通信装置に接続された機器（図示せず）にその受信データを出力する。なお、デフレーミング処理とは、フレーミング回路１によるフレーミング処理とは逆の処理であり、一次復調されたデータのフレームから、後述のプリアンブルおよび物理層ヘッダを分離して、物理層ペイロードのみを合成する処理、すなわち、受信データをもとの送信データの形に再構成する処理のことをいう。
【００３１】
図２は、上記フレーミング回路１によるフレーミング処理で生成されるフレームの構成例を示す図である。図２に示すフレームは、キャリア検出用の信号の領域であるプリアンブルフィールド（ＡＧＣ：１シンボル）と、伝達経路を示すコード（ＩＤ：１シンボル），サンプルクロック／シンボルクロック同期用信号（ＰＴ１，ＰＴ２：各１シンボル）等を含む物理層ヘッダフィールドと、論理データの境界識別用コード，ビットマップ一致／不一致検出用コード，コマンドフィールド，グループコード等の制御情報、や送信データを含む物理層ペイロードフィールドと、フレームの終端を示すＥＯＦ（１シンボル）、から構成され、このフレームがフレーミング回路１にて生成され、前述の処理で変調後、伝送路７に出力される。本実施の形態では、シンボル同期の確立処理を、従来のようにプリアンブル（たとえば３２シンボル）を用いて行うのではなく、クロックマスターとなる通信装置が間欠的に送信するパイロットトーンフレームを用いて行う構成とすることで、プリアンブルフィールドの信号長を大幅に短くする。
【００３２】
また、伝送路上のフレームは、伝送路に接続されたすべての通信装置で受け取られ、制御回路１０では、受け取った信号の識別を行った上で自分の持つコードと一致した場合にのみ、伝送路上に送信されているデータが自分宛であると判断し、後続のペイロード部分の内容を理解する。また、自分宛でないと判断した場合は、動作を行わない。
【００３３】
図３は、パイロットトーンと、通信装置がデータ通信に用いるトーンと、を示す図である。たとえば、４．３１２５ｋＨｚ間隔の１２８本（＃０〜＃１２７）のトーンを想定した場合、シンボル周波数のＭ倍のトーン（Ｍ＝２４，４０，５６，７２，８８）をパイロットトーンとして使用し、それ以外のトーンを用いてデータ通信を行う。
【００３４】
また、図４は、上記フレームの伝送路上の状態と、ＦＦＴに入力されるシンボルの単位と、を示す図である。たとえば、本実施の形態において、上記フレームを構成するシンボルは、図４に示すとおり、１６サンプルのサイクリックプレフィックス（ＣＰ）と、２５６サンプルのデータ部分で構成され、１シンボルが２７２サンプルとなる。したがって、受信側では、既知のタイミングで挿入されたＣＰを削除した状態（図４の“復調ＦＦＴへ”に相当）でデータの復調を行う。なお、上記データ部分とは、通信の最小単位であり、送信するすべてのトーンの合成波を、２５６点サンプルで表現したものである。また、ＣＰとは、シンボル間干渉を防ぐためにシンボル間に挿入されるものであり、データ部分の終端１６サンプルを複製して貼り付けたものであり、これにより、ＣＰとデータ部分が連続的な波形となる。
【００３５】
つぎに、上記通信装置におけるシンボル同期の確立方法について説明する。なお、本実施の形態では、シンボル周波数ＦをＦ＝４．３１２５ｋＨｚとし、Ｄ／Ａ６およびＡ／Ｄ１６のサンプリング周波数ＳをＳ＝１．１０４ＭＨｚとする。この場合、１シンボル時間の信号は、Ｓ／Ｆ（２５６サンプル）＋ＣＰ（１６サンプル）＝２７２サンプルで構成されることになる。また、ここでいうシンボルとは、通信の最小単位であり、たとえば、通信に使用する複数トーンの合成波を、２７２個のサンプルデータで表現したものである。また、ＩＦＦＴ４およびＦＦＴ１４が２５６サンプルに対応する場合、生成可能なトーン周波数は、Ｆ×ｘ（ｘ＝１〜１２８）となり、１２８本のトーンが利用可能となる。
【００３６】
まず、上記通信装置の受信系では、起動時およびデータ通信を行っていないときに、マスタ装置（クロックマスター）が送信するパイロットトーンを用いて、シンボル同期を確立し、いつでもデータ通信を開始できるように準備しておく。具体的にいうと、まず、Ａ／Ｄ１６が、伝送路上の信号を、２７２点サンプリングを行うことにより取り込む。そして、シンボル境界判定値算出部２１が、Ａ／Ｄ変換後のパイロットトーンのサンプリングデータを用いて、他の通信装置とのシンボル同期を確立するための演算を行う。
【００３７】
シンボル境界判定値算出器２１では、上記パイロットトーンのサンプリングデータを用いて、シンボル境界の判定に必要な判定値を算出する。なお、同期トーン選択器２３では、制御回路１０の指示で、複数のトーンの中から少なくともいずれか１本のパイロットトーンを選択する。選択されたパイロットトーンの周波数が、たとえば、シンボル周波数のＭ倍のトーン（Ｍ＝２４，４０，５６，７２，８８）であった場合、シンボル境界判定値算出器２１では、過去Ｓ／Ｆ＋ＣＰ＝２７２個のサンプルデータをバッファリングし、後述するシンボル境界判定値を算出する。ただし、ここでは、バッファの先頭の内容をＤ₀とし、さらに、最後の内容をＤ_(S/F+CP)-1とする。シンボル境界判定値は、新しいサンプルデータが得られる度に、最新のＳ／Ｆ＋ＣＰ＝２７２個のサンプルデータを用いて算出する。
【００３８】
つぎに、シンボル境界判定器２２では、たとえば、過去Ｓ／Ｆ＋ＣＰ＝２７２回分のシンボル境界判定値の最大値が、どのタイミングで発生したかを検索し、検索されたタイミングを用いてシンボル同期を確立する。
【００３９】
図５は、スレーブ装置におけるシンボル同期の確立方法の具体例を示す図である。ここでは、パイロットトーンとして、たとえば、２４倍トーン（トーン２４）が選択された場合（Ｍ＝２４）について説明する。なお、パイロットトーンは、前述したように、シンボル周期単位に同相の信号である。
【００４０】
図５（ａ）は、複数トーンの合成波から、パイロットトーンだけを表現したものである。図５（ａ）において、パイロットトーンは、１シンボル期間内に２５．５周期分（ＣＰ含む）の正弦波信号を含むため、１シンボルをＳ／Ｆ＋ＣＰ＝２７２点でサンプリングしている場合、１６サンプルで１．５周期となり、１６サンプル毎に符号が反転した値を持つ。
【００４１】
まず、シンボル境界判定値算出器２１では、新しいサンプルデータが得られる度に、最新のＳ／Ｆ＋ＣＰ＝２７２個のサンプルデータを用い、かつ１６サンプル単位に値を反転させて、同期加算を行う。すなわち、図示のとおり、１６サンプル単位にサンプル値を反転させ、かつ１シンボル長の範囲で同期加算を行う。
【００４２】
図５（ｂ）は、シンボル境界判定値の算出範囲の一例を示す図であり、図５（ｃ）は、同期加算結果の一例を示す図であり、図５（ｄ）は、同期加算結果におけるサンプルデータの絶対値の加算結果、すなわち、シンボル境界判定値を示す図である。図示のように、シンボル境界判定値の算出範囲がＡの場合（図５（ｂ）参照）は、パイロットトーンの信号が強調され、振幅が１７倍となる１．５周期分の同期加算結果を得ることができる（図５（ｃ）Ａ´参照）。また、この場合、シンボル境界判定値が最大となる（図５（ｄ）参照）。そして、シンボル境界判定値の算出範囲がＡからずれる程に、シンボル境界判定値が段階的に減少する。なお、選択されたパイロットトーン（Ｍ＝２４）以外のトーンの信号成分については、上記同期加算により打ち消され、その値が０となる。
【００４３】
一方、シンボル境界判定値の算出範囲がＢの場合（図５（ｂ）参照）は、２７２点の信号の前半（Ｄ₀〜Ｄ₁₃₅）と後半（Ｄ₁₃₆〜Ｄ₂₇₂）とが同相信号となるため、上記同期加算（１６サンプル単位に反転）によりパイロットトーンの信号が相殺され、振幅が０となる１．５周期分の同期加算結果を得ることができる（図５（ｃ）Ｂ´参照）。また、この場合、シンボル境界判定値が最小となる（図５（ｄ）参照）。
【００４４】
そして、シンボル境界判定値算出器２１からの出力を受け取ったシンボル境界判定器２２では、１シンボル期間にわたるシンボル境界判定値が最大となるタイミングを検出し、これを、各通信装置間のシンボルタイミングとして使用する。
【００４５】
このように、シンボル同期を確立する場合は、１６ｎ（ｎは自然数）＋８を満たすパイロットトーン（トーン２４，４０，５６，７２，８８）を用いてシンボル同期処理を行う。具体的にいうと、上記パイロットトーンに対して、１／１７シンボル長（１６サンプル）単位に値を反転させかつ１シンボル長範囲で、サンプリングデータの同期加算を行い、その同期加算結果におけるサンプリングポイントの絶対値の総和（シンボル境界判定値）が最大となるタイミングを、各通信装置間のシンボルタイミング（後述するシンボル同期信号の出力タイミング）と定義する。
【００４６】
つぎに、上記通信装置におけるサンプルクロック調整方法について説明する。図６は、サンプル同期回路３１の構成を示す図である。図６において、４１はＦＦＴモジュールであり、４２は位相算出回路であり、４３は位相調整回路であり、４４はサンプルクロック生成部であり、４５はカウンタであり、４６はサンプルクロック生成用制御回路である。
【００４７】
ここで、上記サンプル同期回路３１によるサンプルクロック調整処理について説明する。図７および図８は、サンプルクロック生成処理を示す図である。まず、受信シンボル判定後（ステップＳ１）、Ａ／Ｄ１６では、伝送路上のアナログ信号を現在のサンプルクロックを用いてサンプルする（ステップＳ１）。
【００４８】
つぎに、ＦＦＴモジュール４１内のメモリでは、シンボル同期信号の受信タイミング（図８参照）で、すなわち、サンプルクロック生成用制御回路４６がカウンタ４５の出力値を参照して生成した書き込み制御信号に基づいて、各Ａ／Ｄサンプルデータの書き込みを開始する（ステップＳ２）。そして、それぞれ１シンボル分（２７２サンプル）のＡ／Ｄサンプルデータが書き込まれた段階で（つぎのシンボル同期信号の受信タイミング）、ＦＦＴモジュール４１内のＦＦＴが、ＦＦＴ処理を開始する（ステップＳ３）。なお、各Ａ／Ｄサンプルデータは上記処理以降も継続的に書き込まれており、シンボル単位にＦＦＴ処理が実行される。
【００４９】
つぎに、位相算出回路４２では、サンプルクロック生成用制御回路４６が生成した制御信号のタイミングで、すべてのパイロットトーンのレベル測定処理および位相算出処理を実行する（ステップＳ４）。たとえば、レベル測定処理では、パイロットトーン単位に、上記ＦＦＴ処理結果の実数部および虚数部のレベルを測定する。また、位相算出処理では、パイロットトーン単位に、上記ＦＦＴ結果から角度値（０〜３６０°）を算出する。
【００５０】
つぎに、位相調整回路４３では、上記個々のレベル測定結果を受け取り、サンプルクロック生成用制御回路４６が生成した制御信号のタイミングで、最も受信レベルの高い（信頼性の高い）パイロットトーンを選択する（ステップＳ５）。そして、選択されたパイロットトーンの予め規定された目標位相と実際の受信位相（上記角度値）とを比較し（ステップＳ６）、その位相差に応じてサンプルクロックの位相調整量を算出する（ステップＳ７）。たとえば、パイロットトーンの受信を開始後、１回目の位相調整時には、迅速にサンプル同期を確立する必要があるため、当該位相差をそのまま位相調整量とし、一方、２回目の位相調整時には、ノイズ等の影響を考慮して当該位相差に対して重み付け処理（たとえば「×５０％」等とする）を行い、その結果を位相調整量とする。
【００５１】
最後に、サンプルクロック生成回路４４では、つぎのシンボル同期信号の受信タイミング（図９参照）で、すなわち、サンプルクロック生成用制御回路４６が生成したロード信号のタイミングで、上記位相調整量を取り込み、現在のサンプルクロックの位相を補正する（ステップＳ８）。
【００５２】
なお、ここでは、ＦＦＴモジュール４１内のメモリに、１シンボル分のＡ／Ｄサンプルデータが書き込まれる毎に、上記ステップＳ３〜Ｓ８の処理を繰り返し実行する。
【００５３】
また、上記図８においては、複数のパイロットトーンの中からいずれか１本を選択したが、これに限らず、予め決められている特定のパイロットトーン（たとえばトーン５６）を用いることとしてもよい。この場合、位相調整回路４３ではサンプルクロック生成用制御回路４６が生成した制御信号のタイミングで、受け取ったレベル測定結果と予め規定されたしきい値とを比較する。そして、レベル測定結果がしきい値よりも高い場合に、サンプルクロックの位相調整量を算出する。ただし、レベル測定結果がしきい値よりも低い場合には、位相調整量算出処理を行わない。
【００５４】
以上、ここまでの説明では、通信装置の基本的な動作、シンボル同期の確立方法、およびサンプルクロック調整方法について説明してきた。以降の説明では、上記図２に示すフレームを用いてデータ通信を行う場合の、本実施の形態の通信方法について説明する。
【００５５】
図９は、実施の形態１の通信方法を示す図である。なお、ここでは、クロックマスターとして動作する通信装置が、間欠的にパイロットトーンフレーム（ＰＴＦ）を出力する。また、図示のデータおよびＡＣＫ（送信データを正常に受け取ったことを示す複数シンボルのデータ）は、図２における物理層ペイロードフィールドに相当する。
【００５６】
たとえば、データ通信を行う通信装置間では、ＰＴＦが送信されていない期間を用いて、送信データとそのデータに対する応答（ＡＣＫ）のやり取りを行う。このとき、送信側の通信装置と受信側の通信装置との間では、送信データを含むデータ通信用フレーム（図２参照）と、それに対する応答（ＡＣＫ）を含むデータ通信用フレーム（図２参照）のやり取りを、ＰＴＦが送信されていない一定期間を利用して、繰り返し実行する。
【００５７】
このように、本実施の形態では、パイロットトーンフレームを用いてシンボル同期を確立することで、データ通信用フレームを構成するプリアンブルフィールドを短縮した。そして、パイロットトーンフレームが送信されていない一定期間を利用して、送信データおよびその応答のやり取りを行うこととした。これにより、データ通信フレームにおけるプリアンブルフィールドの割合を小さくすることができるため、伝送レートを大幅に向上させることができる。
【００５８】
なお、本実施の形態では、ＡＣＫとして、送信データを正常に受け取ったことを示すデータを複数シンボルにわたって送信する構成としているが、これに限らず、たとえば、ＡＣＫを、送信データを正常に受け取ったことを示す１シンボルの相関パターンとしてもよい。すなわち、データ通信用フィールド内の物理層ペイロードフィールドを大幅に短縮する。これにより、さらに、伝送レートを大幅に向上させることができる。
【００５９】
実施の形態２．
図１０は、実施の形態２の通信方法を示す図である。なお、前述同様、クロックマスターとして動作する通信装置が、間欠的にパイロットトーンフレーム（ＰＴＦ）を出力する。ここでは、前述の実施の形態１と異なる動作についてのみ説明する。
【００６０】
たとえば、データ通信を行う通信装置間では、ＰＴＦが送信されていない期間を用いて、送信データとそのデータに対する応答（ＡＣＫ）のやり取りを行う。このとき、送信側の通信装置と受信側の通信装置との間では、送信データを含むデータ通信用フレーム（図２参照）と、それに対する応答（ＡＣＫ）を含むデータ通信用フレーム（図２参照）のやり取りを、ＰＴＦが送信されていない一定期間を利用して、繰り返し実行する。さらに、図１０（ａ）にように、データ通信用フレームと次のＰＴＦとの間に、データ通信用フレーム長よりも短い無通信期間ができてしまうような場合、クロックマスターでは、当該無通信期間にデータ通信用フレームを送信できるよう、ＰＴＦの送信を遅らせる（図１０（ｂ）参照）。
【００６１】
このように、本実施の形態においては、ＰＴＦを遅らせることで無駄な無通信期間をなくすことができるため、前述の実施の形態１よりもさらに伝送効率を向上させることができる。なお、本実施の形態では、前述の実施の形態１と同様、ＡＣＫを、送信データを正常に受け取ったことを示す１シンボルの相関パターンとしてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上、説明したとおり、本発明によれば、パイロットトーンフレームを用いてシンボル同期を確立することで、データ通信用フレームを構成するプリアンブルフィールドを短縮した。そして、パイロットトーンフレームが送信されていない一定期間を利用して、送信データおよびその応答データのやり取りを行う構成とした。これにより、データ通信フレームにおけるプリアンブルフィールドの割合を小さくすることができるため、伝送レートを大幅に向上させることが可能な通信装置を得ることができる、という効果を奏する。
【００６３】
つぎの発明によれば、パイロットトーンフレームを用いてシンボル同期を確立することで、データ通信用フレームを構成するプリアンブルフィールドを短縮した。そして、パイロットトーンフレームが送信されていない一定期間を利用して、送信データおよびその応答データのやり取りを行うこととした。これにより、データ通信フレームにおけるプリアンブルフィールドの割合を小さくすることができるため、伝送レートを大幅に向上させることが可能な通信方法を得ることができる、という効果を奏する。
【００６４】
つぎの発明によれば、ＰＴＦを遅らせることで無駄な無通信期間をなくすことができるため、さらに伝送効率を向上させることが可能な通信方法を得ることができる、という効果を奏する。
【００６５】
つぎの発明によれば、応答データを、送信データを正常に受け取ったことを示す１シンボルの相関パターンとし、データ通信用フィールド内の物理層ペイロードフィールドを大幅に短縮する構成とした。これにより、さらに、伝送レートを大幅に向上させることが可能な通信方法を得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる通信装置の構成を示す図である。
【図２】フレーミング処理で生成されるフレームの構成を示す図である。
【図３】パイロットトーンと通信装置がデータ通信に用いるトーンとを示す図である。
【図４】フレームの伝送路上の状態とＦＦＴに入力されるシンボルの単位とを示す図である。
【図５】シンボル同期の確立方法の具体例を示す図である。
【図６】サンプル同期回路３１の構成を示す図である。
【図７】サンプルクロック調整処理を示すフローチャートである。
【図８】サンプルクロック調整処理を示す図である。
【図９】実施の形態１の通信方法を示す図である。
【図１０】実施の形態２の通信方法を示す図である。
【図１１】従来の通信方法を示す図である。
【符号の説明】
１フレーミング回路、２マッパ、４逆高速フーリエ変換回路（ＩＦＦＴ）、５パラレル／シリアル変換回路（Ｐ／Ｓ）、６ディジタル／アナログ変換回路（Ｄ／Ａ）、７伝送路（電力線）、８結合回路、１０制御回路、１１デフレーミング回路、１２デマッパ、１３相関検出回路、１４高速フーリエ変換回路（ＦＦＴ）、１５シリアル／パラレル変換回路（Ｓ／Ｐ）、１６アナログ／ディジタル変換回路（Ａ／Ｄ）、１７キャリア検出器、２１シンボル境界判定値算出器、２２シンボル境界判定器、２３同期トーン選択器、３１サンプル同期回路、４１ＦＦＴモジュール、４２位相算出回路、４３位相調整回路、４４サンプルクロック生成部、４５カウンタ、４６サンプルクロック生成用制御回路。

Claims

クロックマスターとして動作する装置が間欠的に送信するパイロットトーンを用いてシンボル同期を確立する通信装置において、
キャリア検出用の信号の領域であるプリアンブルフィールドと、物理層ヘッダフィールドと、送信データまたは応答データ記載用の領域である物理層ペイロードフィールドと、を含むデータ通信用フレームを生成し、当該フレームに対して所定の変調処理を施した信号を伝送路上に出力する送信手段と、
自装置宛の伝送路上の信号に対して所定の復調処理を施す受信手段と、
を備え、
パイロットトーンが送信されていない一定期間を利用して、前記データ通信用フレームの送受信を行うことを特徴とする通信装置。
クロックマスターが間欠的に送信するパイロットトーンフレームによりシンボル同期が確立された通信装置間で、キャリア検出用の信号の領域であるプリアンブルフィールドと、物理層ヘッダフィールドと、送信データまたは応答データ記載用の領域である物理層ペイロードフィールドと、を含むデータ通信用フレームの送受信を行う通信方法において、
パイロットトーンフレームが送信されていない一定期間を利用して、
送信側の通信装置が、送信データを記載したデータ通信用フレームを送信し、
受信側の通信装置が、受け取った送信データに対する応答データを記載したデータ通信用フレームを送信することを特徴とする通信方法。
前記データ通信用フレームと次のパイロットトーンフレームとの間に、データ通信用フレーム長よりも短い無通信期間ができてしまうような場合、
前記クロックマスターが、当該無通信期間にデータ通信用フレームを送信できるように、パイロットトーンフレームの送信を遅らせることを特徴とする請求項２に記載の通信方法。
前記応答データを、送信データを正常に受け取ったことを示す相関パターンとすることを特徴とする請求項２または３に記載の通信方法。