JP4616367B2 - 電力線搬送通信システム - Google Patents
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Description
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。
なお、図7及び図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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
◆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。
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。
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。
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。
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。
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。
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及び振幅平均値は、それぞれシンボル判定部243へ出力される。
そして、シンボル判定部243は、判定したそれぞれ位相値及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。
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。
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及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。
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。
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。
信頼性判定部244は、位相平均計算部241及び振幅平均計算部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、位相平均値及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及び振幅平均値の算出に用いるように、位相平均計算部241及び振幅平均計算部242へ指示する。
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。
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又は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。
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。
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。
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。
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。
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。
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及び第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。
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。
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。
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。
これにより、上記第1及び第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。
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 (2)
- 電力線を介してシンボルの通信を行う送信装置において、
前記シンボルに対して、所定の長さをシンボル列とし、n種類(nは、正の整数)の異なる並びを持つシンボル列に並び替え、当該n種類の異なる並びを持つシンボル列のそれぞれを異なる周波数に割り当てて送信する送信装置。 - 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受信装置であって、
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番シンボルを1つのシンボル列として当該シンボル列の1番シンボル〜m番シンボルの順番をそれぞれ異なる順序で並び替えてn列(nは、2以上の整数)のシンボル列を生成し、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及び/又は位相変調した変調信号が前記伝送路を介して受信されたシンボルに対し、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及び/又は位相復調を行い、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の逆変換を行って、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ことを特徴とする、受信装置。
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