JP4694408B2 - 電力線搬送通信システム - Google Patents

Description

本発明は、電力線搬送通信システムに関するものである。

複数の通信機を電力線に結合し、通信機相互間で前記電力線を介して情報を伝送する電力線搬送システムでは、通信用の信号線を用いた情報通信に比べて損失の大きい伝送線路を通して通信を行なうので、遠距離の通信では信号の減衰が極めて大きくなる。そこで、通信可能な距離以下毎に中継器を設置し、一方向から送信された通信情報を、他の方向に再送信することで、長距離の通信を行うことができる。この場合に、受信する周波数と再送信する周波数を異なるものとすることで、この中継器の一方の側における通信と、他方の側における通信の相互干渉を防ぐこととしている(例えば特許文献１、特許文献２参照)。

さらに長い距離の通信では、複数の中継器を設置し、互いに異なる第１及び第２の周波数帯ｆ１及びｆ２を用いる通信区間を交互に設置し、さらに、中継器と電力線との間で通信信号を授受するための結合器の間に、通信に用いる周波数帯の信号を減衰させるフィルタを設置する。

特開２００４−３３６６４２公報 特開平１０−１５４９５０公報

このような中継器を含む通信システムにおいては、同じ周波数帯を用いる他の通信区間からの信号が雑音として働く。その結果、中継器で受信する際の信号雑音比が低下するので、データ誤り率が高くなってデータの再送信の頻度が高くなり、あるいはデータの誤り率を低くするためには通信データの多値化を低く抑える、すなわち通信速度を遅くしなければならないという問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、データ誤りの少ない高速な通信システムを得ることを目的としている。

本発明は、
無線周波数の通信信号を重畳して通信をおこなう電力線を複数の通信区間に分け、通信区間相互間に中継器を設け、各中継器の一方の側に位置する通信区間と他方の側に位置する通信区間とでは異なる互いに異なる周波数帯でデータ通信を行い、
前記データ通信は、ある周期Ｔの通信サイクルを繰り返すことにより行われ、
前記通信サイクルの各々は、
第１の方向へのデータが通信できる第１の単方向データ通信期間と、
前記第１の単方向データ通信期間に続いて、前記第１の方向とは逆の第２の方向へのデータが通信できる第２の単方向データ通信期間とを有し、
ある周波数帯を用いる一つの通信区間での、前記通信サイクルが開始するタイミングは、前記ある周波数帯とは異なる別の周波数帯を用いる他の通信区間を間に挟んで隣接する前記ある周波数帯を使うさらに他の通信区間の前記通信サイクルが開始するタイミングと、前記通信サイクルの周期Ｔの１／２の期間だけずれるように制御される
ことを特徴とする電力線搬送通信システムを提供する。

以上のような構成を備えているので、無線周波数の通信信号を重畳して通信をおこなう電力線を複数の通信区間に分け、隣接する通信区間では異なる周波数帯でデータ通信を行い、各通信区間の境界に中継器を設けた通信システムにおいて、同じ周波数帯を用いる他の通信区間からの信号に起因する雑音が少なくなるように通信を行うことができ、これにより誤り率の低い通信システムを実現することができる。

実施の形態１．
図１（ａ）〜（ｃ）は、この発明の実施の形態１に係る電力線搬送通信システムにおける、電力線と中継器とで構成される通信経路の構成例とそこでの通信信号と干渉信号の関係を示す模式図である。

図１（ａ）において、電線２０は、例えば商用電力を供給する単相あるいは３相交流の電力線の１本である。一般に、商用電力は５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流電流である。

電線２０は、電力線搬送通信に用いられるものであり、通信を行う電力線が複数の通信区間２１ａ、２２ａ、２１ｂ、２２ｂ、２１ｃ、２２ｃなどに分割され、通信区間相互の境界に中継器１０ａ〜１０ｅなどが設けられている。
後述のように、一つ置きの通信区間２１ａ、２１ｂ、２１ｃでは、第１の周波数帯ｆ１で通信が行われ、上記の一つ置きの通信区間２１ａ、２１ｂ、２１ｃの間に位置する通信区間２２ａ、２２ｂ、２２ｃでは、第１の周波数帯ｆ１とは異なる第２の周波数帯ｆ２で通信が行われる。従って、第１の周波数帯ｆ１による通信を行なう区間２１ａ、２１ｂ、２１ｃと、第２の周波数帯ｆ２による通信を行なう区間２２ａ、２２ｂ、２２ｃは交互に配置されている。
なお、以下の説明で、図１（ａ）において、電線２０の上方向が情報の流れの上流（インターネット網に接続している方向）であるとし、その反対側が下流であるとする。

図示の電力線搬送通信システムは、半二重通信を行うものであり、各中継器（１０ａ〜１０ｅの各々）は、その一方の側に位置する通信区間（例えば２１ａ）のための第１の周波数帯ｆ１で該通信区間を介して他の中継器又は通信装置から受信した通信信号から通信データを復調し、上記一方の側とは反対の側に位置する通信区間（例えば２２ａ）のための第２の周波数帯ｆ２で変調し、この変調した信号を、上記一方の側とは反対の側に位置する通信区間（例えば２２ａ）を介して、他の中継器又は通信装置に送信するものである。

具体的には、中継器１０ａ、１０ｃ、１０ｅは、上流側から第１の周波数帯ｆ１で受信したデータの内容を下流側に第２の周波数帯ｆ２で送信し、逆に下流側から第２の周波数帯ｆ２で受信したデータの内容を上流側に第１の周波数帯ｆ１で送信し、中継器１０ｂ、１０ｄは、上流側から第２の周波数帯ｆ２で受信したデータの内容を第１の周波数帯ｆ１で送信し、逆に下流側から第１の周波数帯ｆ１で受信したデータの内容上流側に第２の周波数帯ｆ２で送信する。

中継器１０ａ〜１０ｅは、第１の周波数帯ｆ１での通信信号を授受する第１の結合器１１ａ〜１１ｅと、第１の周波数帯ｆ１とは異なる第２の周波数帯ｆ２での通信信号を授受する第２の結合器１２ａ〜１２ｅとを備えている。また、第１の結合器１１ａ〜１１ｅと第２の結合器１２ａ〜１２ｅの間には、通信に用いる周波数帯、例えば２〜３０ＭＨｚの信号を減衰させるフィルタ１３ａ〜１３ｅが設けられている。
また、中継器１０ａ〜１０ｅには、電線２０上の電力の電圧波形を検出する電圧波形検出用端子１４ａ〜１４ｅを備えている。

フィルタ１３ａ〜１３ｅは、通信区間相互の境界に配置され、電力の送電に用いられる例えば５０Ｈｚ程度の低周波は通過させ、通信に用いられる例えば数十ＫＨｚから数十ＭＨｚの高周波は減衰させる。具体的には、図１（ａ）に示すように、各中継器（１０ａ〜１０ｅ）の第１の結合器（１１ａ〜１１ｅ）と第２の結合器（１２ａ〜１２ｅ）の間に挿入されている。

図２は中継器１０ａ〜１０ｅの一つの詳細を示す図である。図２では、中継器１０ａ〜１０ｅが符号１０で示され、中継器に関連する第１及び第２の結合器並びに電圧波形検出器も、添え字無しの符号１１，１２、１４で示されている。以下の説明でも同様に、複数の中継器や通信区間のいずれにも当てはまる説明の際には、添え字無しの符号を用いることがある。

図２に示すように、中継器１０は、電線２０との間で高周波の通信信号を授受するための第１及び第２の結合器１１及び１２と、ＯＳＩ（Ｏｐｅｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）階層モデルにおける物理層の機能を担う物理層処理手段２１１、２１２と、ＯＳＩ階層モデルにおけるデータリンク層を担うデータリンク層処理手段２２１、２２２と、二つのデータリンク層処理手段２２１、２２１の一方から通信データを受け取り、他方へ渡すまでの期間に通信データを蓄積する通信データバッファ処理手段２３０と、上記の物理層処理手段２１１、２１１、データリンク層処理手段２２１、２２２と、通信データバッファ処理手段２３０を協調動作させるための機器制御部２４０と、電力線に接続した端子１４から取り込んだ商用電力の電圧波形から、通信サイクルの基準となるタイミングを決定する同期タイミング決定手段２８０を備えている。

物理層処理手段２１１、２１２は、その内部に、アナログの高周波信号をディジタル情報に変換するアナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）２５１、２５２と、ディジタル処理で作成した高周波信号の波形情報をアナログ信号に変換するデジタル・アナログ・コンバータ（ＤＡＣ）２６１、２６２と、送信時にはデータリンク層処理手段２２１、２２２から受け取ったデータに対しディジタル処理で変調などを行なってその変調されたデータをＤＡＣ２６１、２６２に供給し、受信時にはＡＤＣ２５１、２５２から受け取った波形データに対してディジタル処理で復調などを行ってデータリンク層処理手段２２１、２２２にデータを渡す、ディジタル信号処理手段２７１、２７２とを備えており、送信時には結合器１１、１２と、ＤＡＣ２６１、２６２とが接続され、受信時には結合器１１、１２とＡＤＣ２５１、２５２とが接続される。

データリンク層処理手段２２１、２２２は受信したデータの誤り検出を含む再送制御を行う。図３は、中継器１０ｂと中継器１０ｃとの間での再送制御のためのデータのやり取りを示す。
図示の例では、中継器１０ｂから通信区間２１ｂを介してデータＤａｔａ１が送信され、このデータが中継器１０ｃで受信されると、中継器１０ｃにおいて、データリンク層２２１で、受信したデータに誤りがないかを検査し、誤りがあった場合は、機器制御部２４０による制御の下で、データリンク層２２１及び物理層２１１により、否定応答（ＮＡＫ：Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）を中継器１０ｃが送信し、これを受けて中継器１０ｂは、同じデータＤａｔａ１を再送信する。
中継器１０ｃにおいて、受信したデータＤａｔａ１に誤りがないときは、そのことがデータリンク層２２１で確認され、機器制御部２４０による制御の下で、データリンク層２２１及び物理層２１１により肯定応答（ＡＣＫ：Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）を中継器１０ｃが送信する。
中継器１０ｂでは、肯定応答（ＡＣＫ）を受けると次のデータＤａｔａ２を送信する。
逆に中継器１０ｃから中継器１０ｂにデータＤａｔａ３を送信する場合には、中継器１０ｂにおいて誤りの有無の検査が行われる。
以下同様にしてデータＤａｔａ４、Ｄａｔａ５、Ｄａｔａ６などの通信が行われる。

データの送信に誤りがあったときに再送を行うのは、リアルタイム性のない或いはリアルタイム性の低い（リアルタイムで送信する必要性がない或いは低い）データの場合には問題がないが、リアルタイム性の高いデータの場合、例えばＩＰ電話における音声データの場合には、再送により時間遅れが生じるので不都合である。このようなデータは「再送を許容できないデータ」として扱われ、本発明では、優先度の高いデータとしてノイズが発生しにくい期間（タイミング）に送信され、逆に再送を許容できるデータは優先度のより低いデータとして、優先度のより高いデータが送信される期間（タイミング）以外の期間（タイミング）に送信される。

電線２０には商用電力、一般に５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流とともに例えば２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの高周波信号が重畳して流れる。この電線２０から高周波信号のみを取り出したり、あるいは高周波信号を注入したりするための各中継器１０は二つの結合器１１、１２を備えている。これらの結合器１１、１２は、例えば高周波信号を通過させるキャパシタを用いて構成する。
電線２０に端子１４で接続される同期タイミング決定手段２８０は、例えば、電線２０の電圧から、図示しないローパスフィルタで高周波信号を取り除いた後に、電圧がゼロになるタイミング（ゼロクロス点）を検出する機能を有する。例えば商用電力が５０Ｈｚであれば、１００Ｈｚのタイミング信号が生成できる。５０Ｈｚを送電する場合の波長が約５０００Ｋｍであるので、同じ周波数帯を使う通信区間の間が１ｋｍ程度であれば、この電圧が０Ｖとなるタイミングは数マイクロ秒程度であり、１００Ｈｚ即ち１０ミリ秒、あるいはその数倍、あるいはその数分の一の通信サイクルのタイミングを合わせるのには十分な精度が得られる。
そこで、各中継器１０ａ〜１０ｅでは、各中継器が接続されている電力線の交流の正弦波に同期したタイミング信号、又はその整数倍又は整数分の一の周期のタイミング信号に、前記通信サイクルを同期させることとしている。

第１の周波数帯ｆ１として例えば２ＭＨｚ〜１６ＭＨｚ、第２の周波数帯ｆ２として例えば１６ＭＨｚ〜３０ＭＨｚを使用するものとする。このような広い帯域を用いる変調方式としては、例えばＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、直交周波数分割多重）が使用できる。使用可能な全周波数帯域を２つ以上の帯域に分けて、それらの帯域を、同一の電線に設けた通信帯域に割り当てる場合、この通信システムの通信量のボトルネックになるのは、最も帯域幅の狭い通信区間となるので、このシステムに用いることが可能な周波数帯を同じ帯域幅の２つの領域としてこの周波数帯ｆ１とｆ２とを交互に使用するようにすることで、このシステム全体の通信帯域を大きくすることができる。

図４（ａ）〜（ｃ）に、第１の周波数帯ｆ１を用いる通信区間２１ａ、２１ｂ、２１ｃにおける通信のサイクルを示す。第１の周波数帯ｆ１を用いる通信区間２１ａ、２１ｂ、２１ｃにおける全ての通信区間は、時間Ｔの通信サイクルを繰り返す。
第１の周波数帯ｆ１を用いる通信区間２１ａ、２１ｂ、２１ｃの各々（例えば２１ｂ）における通信サイクル（図４（ｂ）に符号Ｃ２で示される）は、第２の周波数帯ｆ２を用いる一つの通信区間（２２ａ、２２ｂ）のみによって隔てられている、第１の周波数帯ｆ１を用いる他の通信区間（２１ａ、２１ｃ）における通信サイクル（図４（ａ）、（ｃ）に符号Ｃ１で示される）とは位相がＴ／２だけずれている。言い換えると、第１の周波数帯を用いる通信区間２１ｂでの、通信サイクルが開始するタイミングは、第２の周波数帯を用いる通信区間２２ａ、２２ｂを間に挟んで隣接している、第１の周波数帯ｆ１を用いる他の通信区間２１ａ、２１ｃの通信サイクルが開始するタイミングと、通信サイクルの１／２の期間だけずれている。

そのために、例えば、通信区間２１ａ、２１ｃでは、同期タイミング決定手段２８０が生成するタイミング信号で通信のサイクルを始め、通信区間２１ｂでは同期タイミング決定手段２８０が生成するタイミング信号から、時間Ｔ／２だけ経過した後に通信のサイクルを始めるような制御が機器制御部２４０により行われる。

通信サイクルＣ１の中の下流向きの単方向データ通信期間Ｐ３が、上流向きの単方向データ通信期間Ｐ４よりも長く、その切り換えのタイミングが、時点ｘ・Ｔ（通信サイクルＣ１の開始から時間ｘ・Ｔの経過後の時刻）であり、ｘ＞Ｔ／２であるとする。このような構成は、下流方向への通信量を多くするためのものであり、例えばインターネット上のサイトを見る場合など、下流から上流に向けて送信する情報量に比べて、上流から下流に向けて送られる情報量の方が多いことが想定される場合にとられるものである。

図５に、時間Ｔの通信サイクルＣ２のみを拡大して示す。
時点０から時点（ｘ−０．５）・Ｔまでの期間８１においては、（異なる周波数帯を用いる通信区間を間に挟んで）隣接する同一周波数帯を使用する通信区間２１ａ、２１ｃにおいても下流向きの通信が行なわれる。
時点（ｘ−０．５）・Ｔから時点Ｔ／２までの期間８２においては、（異なる周波数帯を用いる通信区間を間に挟んで）隣接する同一周波数帯を使用する通信区間２１ａ、２１ｃでは上流向きの通信が行なわれる。
時点Ｔ／２から時点ｘ・Ｔまでの期間８３においては、（異なる周波数帯を用いる通信区間を間に挟んで）隣接する同一周波数帯を使用する通信区間２１ａ、２１ｃにおいても下流向きの通信が行なわれる。
時点ｘ・Ｔから時点Ｔまでの期間８４は、図４（ｂ）の期間Ｐ４と同じであり、この期間８４においては、（異なる周波数帯を用いる通信区間を間に挟んで）隣接する同一周波数帯を使用する通信区間２１ａ、２１ｃにおいても下流向きの通信が行なわれる。

第１の周波数帯ｆ１を用いて通信区間２１ｂで下流向きの通信を行なう場合に、通信区間２１ｃから中継器１０ｃに到達する信号の大きさは、通信区間２１ｃでの通信の方向により変わる。図５の期間８２では、図１（ｃ）に示すように通信区間２１ｃにおいて上流向きの通信が行われ中継器１０ｅからの信号が中継器１０ｃに到達したもの３４が、中継器１０ｃにおいては雑音となり、図５の期間８１および期間８３では、図１（ｂ）に示すように通信区間２１ｃにおいては下流向きの通信が行われ中継器１０ｄからの信号が中継器１０ｃに到達したもの４４が、中継器１０ｃにおいては雑音となる。従って、期間８１及び期間８３における雑音は、期間８２における雑音よりも大きく、このため中継器１０ｃでは通信の誤り率が高くなる。
なお、期間８４では、期間８２と同様の影響、即ち、図１（ｃ）と同様に、反対向きの通信を行なう通信区間の相互間の影響であり、雑音が小さい。

上記の様に、例えば通信区間２１ａ、２１ｂ、２１ｃで互いに同期した（通信サイクルのタイミングが互いに関係付けられた）通信動作を行なうためには、それぞれの通信区間に属する中継器１０が、基準となる共通のタイミングを持つ必要がある。その基準となるタイミングとして、例えば、電線２０の電圧信号を用いることができる。図２の構成では、同期タイミング決定手段２８０が電線２０の電圧が０Ｖのときのタイミング（ゼロクロス点）を機器制御部２４０に伝え、機器制御部２４０はこのタイミングを受けてから、０秒又はＴ／２秒経過した後に通信のサイクルを開始するように、物理層処理手段２１１、２１２、データリンク層処理手段２２１、２２２、通信データバッファ処理手段２３１、２３２の制御を行なう。

例えば、図１（ａ）の結合器１１ａ、１１ｄ、１１ｅを用いる通信サイクルの開始を、電線２０の電圧が０Ｖのタイミングとし、結合器１１ｂ、１１ｃの結合器を用いる通信サイクルの開始を、電線２０の電圧が０Ｖのタイミングから時間Ｔ／２後とすればよい。

以上の様に、それぞれの中継器１０での通信開始のタイミングを、同期タイミング決定手段２８０で検出したゼロクロス点とする通信区間と、同期タイミング決定手段２８０で検出したゼロクロス点から時間Ｔ／２後とする通信区間が、電線２０に沿って交互に位置するように、中継器１０それぞれのタイミングを、予め設定しておくことで、どの通信区間でも、下り方向の雑音の小さい期間が、時点（ｘ−０．５）・Ｔから時点Ｔ／２までの間に一意的に定まるので、この雑音の小さい期間内にすべてのデータが収まる場合には、この期間のみを用いて通信を行い、収まらない場合にも、この期間内にできるだけ多く通信を行なうようにすることで、誤りによる再送信の確率が低減でき、平均的な通信速度の向上を達成することができる。また、上記した雑音の小さい期間にリアルタイムで送信する必要性の高いデータを優先的に割り当てて通信を行うことにより、総合的により好適な通信システムを構築することができる。

図６を用いて、実際の通信データの通信タイミングを説明する。なお、前述の様に、上流への通信を行なう期間８４は常に雑音が小さい期間となるので、その中のどこで通信を行なってもよい。そこで、ここでは下流への通信を行なう時点０から時点ｘ・Ｔまでの期間に関して説明する。

図６において、９１〜９６で示す６個の矩形が、時点０から時点ｘ・Ｔの間に通信を行なうデータであり、番号の小さいものほど優先度が高いものとする。この場合優先度の高いもの、即ち番号の小さいものから順に通信のタイミングを決めていく。まず、最初のデータ９１は、時点Ｔ／２に通信が終わるタイミングでの通信とする。次のデータ（９２、９３、９４）は順次その終了タイミングが、それ以前で最も遅く通信のタイミングが決められたデータ（９３）の通信開始のタイミング、言い換えると、それ以前に通信のタイミングが決められたデータ（９１、９２、９３）のうちの通信開始のタイミングが最も早いものの通信開始タイミングに一致するように配置する。ただし、例えばデータ９４の次のデータ９５が、データ９４の前には収まらない場合（データ９５の通信の終了タイミングをデータ９４の通信の開始タイミングに一致させるとデータ９５の通信の開始タイミングが時点０よりも前になってしまう場合）には、既に通信タイミングを決めたもの（９１〜９４）の直後に通信をおこなうものとする。図６のデータ９５は、この規則によって、データ９１の直後に通信のタイミングが決められたものとする。その後のデータ９６が、図示のようにデータ９４よりも前に通信可能であれば、ここで通信を行なう（データ９６の通信の終了タイミングが、それ以前で最も遅く通信のタイミングが決められたデータ（９３）の通信開始のタイミング、言い換えると、それ以前に通信のタイミングが決められたデータ（９１、９２、９３）のうちの通信開始のタイミングが最も早いものの通信開始タイミングに一致するように通信を行なう）ものとする。このようにして、雑音の少ない期間８２にできるだけ通信を行ない、通信をしない斜線でハッチングした期間が雑音の多い期間８１又は８３になるように通信のタイミングを決めることができる。

このような通信タイミングの決定は、図２の通信データバッファ処理手段２３０に蓄えられている通信すべき通信データを参照して、それらの通信に要する時間を元に、その単方向データ通信期間が始まるよりも前に予め決定する。その単方向データ通信期間に送りきれないデータは、次の通信サイクルに持ち越せばよい。

上記した通信タイミングの割り当ての規則は、通信サイクルの各々において、第１の単方向データ通信期間（ｘＴ）と、第２の単方向データ通信期間（（１−ｘ）Ｔ）とを切り換えるタイミング（Ｗ）が、各通信サイクルの開始時点からｘ・Ｔ（ここで、ｘは０．５以上１未満の係数）で表される時間が経過した時点にある場合に適用されるものであり、以下のように要約することができる。
（ａ） 各通信サイクルにおいて、第１の単方向データ通信期間に通信するのに要する時間が、（１−ｘ）・Ｔ以下であれば、当該通信サイクルの開始時点から時間（ｘ−０．５）・Ｔが経過した時点から、当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過する時点までの期間に通信を行うようにデータ通信のタイミングを割り当て、
（ｂ） 各通信サイクルにおいて、第１の単方向データ通信期間に通信するのに要する時間が、（１−ｘ）・Ｔよりも大きい場合は、当該通信サイクルの開始時点から時間（ｘ−０．５）・Ｔが経過した時点から、当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過するまでの期間を通して通信を行い、この期間で通信し切れなかった分を、当該通信サイクルの開始時点から時間（ｘ−０．５）・Ｔが経過した時点から、当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過する時点までの期間を除いた第１の単方向データ通信期間に通信を行うようにデータ通信のタイミングを割り当てる。

この通信システムにおいて、扱うデータが例えばＩＰ電話のデータである場合には、低遅延であることが必要なために、誤っていたときに再送信を行なっても、遅れてきたデータは利用できず、音声通話であればその音が途切れるといった問題が起きる。このようなデータが含まれる場合は、上記通信サイクルの決定において、まずその再送信できないデータの通信タイミングを先に決め、その後に通常の再送信を行なっても問題の無いデータのタイミングを決めるようにすれば（言い換えれば、再送信できないデータの通信タイミングを優先的に雑音の小さい期間に割り当て）、このデータは図６の期間８２の間に通信されるので、誤りによりこのデータが使えなくなることを少なくすることができる。

図７（ａ）〜（ｃ）及び図８は、通信サイクルＣ１、Ｃ２の中の下流向きの単方向データ通信期間（第１の単方向データ通信期間）Ｐ３が、上流向きの単方向データ通信期間（第２の単方向データ通信期間）Ｐ４よりも短く、その切り換えのタイミングｘ・Ｔが通信サイクルの開始点と終了点の中間時刻０．５・Ｔよりも前である、即ちｘ＜Ｔ／２である場合を示す。

時点０から時点ｘ・Ｔまでの期間８５においては、（異なる周波数帯を用いる通信区間を間に挟んで）隣接する同一周波数帯を使用する通信区間２１ａ、２１ｃにおいては上流向きの通信が行なわれる。
時点ｘ・Ｔから時点Ｔ／２までの期間８６においては、（異なる周波数帯を用いる通信区間を間に挟んで）隣接する同一周波数帯を使用する通信区間２１ａ、２１ｃにおいても上流向きの通信が行なわれる。
時点Ｔ／２から時点（０．５＋ｘ）・Ｔまでの期間８７においては、（異なる周波数帯を用いる通信区間を間に挟んで）隣接する同一周波数帯を使用する通信区間２１ａ、２１ｃにおいては下流向きの通信が行なわれる。
時点（０．５＋ｘ）・Ｔまでの期間８８においては、（異なる周波数帯を用いる通信区間を間に挟んで）隣接する同一周波数帯を使用する通信区間２１ａ、２１ｃにおいても上流向きの通信が行われる。

このように、二つの単方向データ通信期間のうち、最初の方が短い場合（切り換え点ｘ・Ｔが、通信サイクル中の中間点（時点０．５・Ｔ）よりも前に位置する場合）にも、上記と同様な理由から、図８の期間８７では、図１（ｃ）に示すように中継器１０ｅからの信号が中継器１０ｃに到達したもの３４が雑音となり、図８の期間８６および期間８８では、図１（ｂ）に示すように中継器１０ｄからの信号が中継器１０ｃに到達したもの４４が雑音となる。従って、期間８６及び期間８８における雑音は、期間８７における雑音が大きく、このため中継器１０ｃでは通信においては誤り率が高くなる。
なお、期間８５では、期間８７と同様の影響、即ち図１（ｃ）と同様に、反対向きの通信を行なう通信区間の間の影響であり、雑音が小さい。

従って、第２の単方向データ通信期間Ｐ４においてはできるだけ期間８７に通信を行なうように、実際の通信データの通信タイミングを決めればよく、図６で説明したのと同様に、図９の期間８７にすべてのデータが収まる場合には期間８７内にすべてのデータの通信を行い、収まらない場合には、この期間８７内にできるだけ配置し、次いで期間８８にできるだけ配置し、配置できない分を期間８６に配置することで、より多くのデータを雑音の少ない期間に通信できる。また、再送信できないデータの通信タイミングを先に決めることで、その後に通常の再送信を行なっても問題の無いデータのタイミングを決めるようにすれば、このデータが使えなくなることを少なくすることができるのも、二つの単方向データ通信期間のうち、最初の方が長い場合と同様である。

上記した通信タイミングの割り当ての規則は、通信サイクルの各々において、第１の単方向データ通信期間（ｘＴ）と、第２の単方向データ通信期間（（１−ｘ）Ｔ）とを切り換えるタイミング（Ｗ）が、各通信サイクルの開始時点からｘ・Ｔ（ここで、ｘは０よりも大きく０．５未満の係数である）で表される時間が経過した時点にある場合に適用されるものであり、以下のように要約することができる。即ち、
（ａ） 各通信サイクルにおいて、第２の単方向データ通信期間に通信するのに要する時間が、ｘ・Ｔ以下であれば、当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過した時点から、当該通信サイクルの開始時点から時間（ｘ＋０．５）・Ｔが経過する時点までの期間に通信を行うようにデータ通信のタイミングを割り当て、
（ｂ） 各通信サイクルにおいて、第２の単方向データ通信期間に通信するのに要する時間が、ｘ・Ｔよりも大きい場合は、当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過した時点から、当該通信サイクルの開始時点から時間（ｘ＋０．５）・Ｔが経過するまでの期間を通して通信を行い、この期間で通信し切れない分を、当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過した時点から、当該通信サイクルの開始時点から時間（ｘ＋０．５）・Ｔが経過する時点までの期間を除いた第２の単方向データ通信期間に通信を行うようにデータ通信のタイミングを割り当てる。

実施の形態２．
図１０（ａ）〜（ｃ）はこの発明の実施の形態２に係る通信システムの、送受信のタイミングを示す模式図である。この実施の形態２では、時間Ｔの通信サイクルの、第１の単方向データ通信期間Ｐ３と、その直後の第１の単方向データ通信期間とは逆方向への通信を行なう第２の単方向データ通信期間Ｐ４との切り換え点（ｘ・Ｔ）が、時点Ｔ／２であるようにしたもの（ｘ＝０．５であるようにしたもの）である。
前述の図１（ａ）のように同じ周波数帯ｆ１を用いる通信区間２１ａ、２１ｂ、２１ｃが配置され、各通信区間が時間Ｔの通信サイクルで通信を行なうとするときに、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように隣の通信区間とは、通信サイクルＣ１０１、Ｃ１０２の開始タイミングが１／２だけずれるようにする。
このように構成すると、図１０（ａ）〜（ｃ）から明らかなように、（異なる周波数帯を用いる通信区間を間に挟んで）互いに隣接する通信区間では、常に反対方向の通信が行なわれるようになるので、必ず図１（ｃ）に示す状態又はこれと同様のに示す状態となり、図１（ｂ）に示すような雑音の大きな状態となることが無く、（異なる周波数帯を用いる通信区間を間に挟んで）隣接した同じ周波数帯を用いる通信区間からの影響を、常に最小にできる。

従って、実施の形態１の説明で図６及び図９を用いて説明したような手順での通信タイミングを決める必要も無く、通信の制御が簡便になる。
また、図１（ａ）のフィルタ１３ａ〜１３ｅが設けられていない場合には、図１（ｂ）のように同じ方向の通信を行なった場合に、中継器１０ｃで受信すべき信号４３と、これに対して雑音となる信号４４のレベルが同じになり、通信ができない状態になるが、実施の形態２においては、図１（ｃ）の様に、必ず異なる方向の通信になるので、フィルタ１３が無くても、中継器１０ｃで受信すべき信号３３に対して、雑音となる信号３４のレベルが必ず低くなるため、フィルタ１３を必ずしも設けなくてもよくなり、より簡便な構成で通信システムを組めるという利点がある。

実施の形態３．
図１１（ａ）及び（ｂ）は、この発明の実施の形態２に係る通信システムの、送受信のタイミングを示す模式図である。この実施の形態３では、第１の単方向データ通信期間Ｐ１０１、Ｐ１１１，Ｐ１２１と、その直後の第１の単方向データ通信期間とは逆方向への通信を行なう第２の単方向データ通信期間Ｐ１０２、Ｐ１１２、Ｐ１２２との切り換え点Ｗ１０３、Ｗ１１３、Ｗ１２３が、固定されたタイミングではなく、可変である。

この場合の中継器１０の構成は、前述の図２に示すのと同じものであるが、各中継器の通信データバッファ処理手段２３０に蓄えられている、送信前の上流向きの通信のデータ量と、送信前の下流向きの通信のデータ量とから、その双方を時間Ｔで通信できるのであれば、それが可能であるタイミングに二つの単方向データ通信期間の切り換え点を設定し、その双方を時間Ｔで通信できないのであれば、それぞれに蓄えられている量で按分することにより、通信量の変動に対応可能な通信システムとするものである。

図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、通信サイクル毎に、二つの単方向データ通信期間の切り換え点は符号Ｗ１０３、Ｗ１１３、Ｗ１２３で示すように異なったものとなる。
通信区間２１ａの通信サイクルＣ１００において、単方向データ通信の切り換え点Ｗ１０３が、時点Ｔ／２（通信サイクルＣ１００の開始時点から時間Ｔ／２が経過した時点Ｔ１０４）よりも後である場合（ｘ＞０．５である場合）を仮定して、これと（異なる周波数帯を用いる通信区間を間に挟んで）隣接する通信区間２１ｂからの雑音が少ない期間が現れるタイミングを、図１１（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。前述の図１（ａ）〜（ｃ）で説明したように、通信区間２１ａと通信区間２１ｂとが逆方向に通信を行なう場合に（図１（ｃ））雑音が小さくなる。

まず、単方向データ通信期間Ｐ１０１では、時点Ｔ／２の直後は必ず通信区間２１ｂと通信方向が一致する。これは、隣接通信区間２１ｂの通信サイクルＣ１２０における切り換えタイミングＷ１２３に依存しない。一方、時点Ｔ／２の直前は必ず通信区間２１ｂと通信方向が逆向きとなり、雑音が少ない通信が可能である。この雑音が少ない通信が可能となる時間が始まるのは、隣接通信区間２１ｂの通信サイクルＣ１１０における切り換えタイミングＷ１１３である。図１１(ａ)の切り換え点Ｗ１０３以降の期間Ｐ１０２では、隣接通信区間２１ｂの通信サイクルＣ１２０における切り換えタイミングが非常に早い場合、即ち、切り換え点Ｗ１０３よりも前に切り換え点Ｗ１２３が位置する場合には、切り換え点Ｗ１０３の直前に通信状態の良い期間ができる。

従って、単方向データ通信期間Ｐ１０１に通信を行なうタイミングを設定する場合は、まず、時点Ｔ／２から前のタイミングに向けて通信を順に割り当て（時点Ｔ／２から前方向に次第に遠ざかる方向に順に割り当てる）、この割り当てができず（即ち、この割り当てで足りなくなり）、時点０よりも前に通信を開始しなければならない割り当てが必要な状況では、時点Ｔから前にさかのぼるタイミングに順に割り当てる（時点Ｔから前方向に次第に遠ざかる方向に順に割り当てる）ことで、通信サイクルＣ１２０における切り換えタイミングＷ１２３によっては雑音が小さくなることがありうる。

上記した通信タイミングの割り当ての規則は、以下のように要約することができる。即ち、
（ａ） 通信サイクルの各々において、第１の単方向データ通信期間（ｘＴ）と、第２の単方向データ通信期間（（１−ｘ）Ｔ）とを切り換えるタイミング（Ｗ）がタイミングが当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過した時点よりも後ろにある場合に、第１の単方向データ通信期間において複数のデータの通信タイミングを当該複数のデータの優先度に従って順に割り当てるに当たり、
（ａ１） 優先度が最も高いデータの通信の終了の時点が、当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過した時点に一致するように決定し、
（ａ２） 優先度のより低いデータがあり、該データの通信に要する時間が、当該通信サイクルの開始時点から、それよりも前に通信タイミングが割り当てられたデータのうちの通信の開始の時点が最も早いものの通信の開始の時点までの期間に収まる場合には、その終了の時点が上記それよりも前に通信タイミングが割り当てられたデータのうちの通信の開始の時点が最も早いものの通信の開始の時点に一致するように、その通信のタイミングを割り当て、
（ａ３） 優先度のより低いデータがあり、該データの通信に要する時間が、当該通信サイクルの開始時点から、それよりも前に通信タイミングが割り当てられたデータのうちの通信の開始の時点が最も早いものの通信の開始時点までの期間に収まらない場合には、その開始の時点が上記切り換えるタイミング又はそれよりも前に通信タイミングが割り当てられたデータのうちの通信の終了の時点が最も遅いものの通信の終了の時点に一致するように、その通信のタイミングを割り当て、
（ｂ） 通信サイクルの各々において、第１の単方向データ通信期間（ｘＴ）と、第２の単方向データ通信期間（（１−ｘ）Ｔ）とを切り換えるタイミング（Ｗ）が当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過した時点よりも前にある場合に、第２の単方向データ通信期間において複数のデータの通信タイミングを当該複数のデータの優先度に従って順に割り当てるに当たり、
（ｂ１） 優先度が最も高いデータの通信の開始の時点が、当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過した時点に一致するように決定し、
（ｂ２） 優先度のより低いデータがあり、該データの通信に要する時間が、それよりも前に通信タイミングが割り当てられたデータのうちの通信の終了の時点が最も遅いものの通信の終了の時点から当該通信サイクルの終了時点までの期間に収まる場合には、その開始の時点が上記それよりも前に通信タイミングが割り当てられたデータのうちの通信の終了の時点が最も遅いものの通信の終了の時点に一致するように、その通信のタイミングを割り当て、
（ｂ３） 優先度のより低いデータがあり、該データの通信に要する時間が、それよりも前に通信タイミングが割り当てられたデータのうちの通信の終了の時点が最も遅いものの通信の終了の時点から当該通信サイクルの終了時点までの期間に収まらない場合には、その終了の時点が上記切り換えるタイミング又はそれよりも前に通信タイミングが割り当てられたデータのうちの通信の開始の時点が最も早いものの通信の開始の時点に一致するように、その通信のタイミングを割り当てる。

単方向データ通信期間Ｐ１０２では、この期間の切り換え点Ｗ１０３の直後は、隣接通信区間２１ｂの通信サイクルＣ１２０における切り換えタイミングＷ１２３が非常に早い場合、即ち、切り換え点Ｗ１０３よりも前に切り換え点Ｗ１２３がある場合には、この単方向データ通信期間Ｐ１０２の最初（切り換え点Ｗ１０３）から最後の時点Ｔまでの期間の全体において、雑音が大きな状態となる。切り換え点Ｗ１０３よりも切り換え点Ｗ１２３が後である場合には、切り換え点Ｗ１０３の直後は雑音が少なく、時点ＴあるいはタイミングＷ１２３のいずれか早い方まで、雑音が少ない状態が継続し、その後は雑音が大きくなる。
したがって、単方向データ通信期間に通信を行なうタイミングを設定する場合は、その最初から順に通信タイミングを割り当てることにより、雑音が小さいタイミングでの通信時間を長くすることができる。

上記した通信タイミングの割り当ての規則は、以下のように要約することができる。即ち、
（ｃ） 通信サイクルの各々において、第１の単方向データ通信期間（ｘＴ）と、第２の単方向データ通信期間（（１−ｘ）Ｔ）とを切り換えるタイミング（Ｗ）が当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過した時点よりも後ろにある場合に、第２の単方向データ通信期間において複数のデータの通信タイミングを当該複数のデータの優先度に従って順に割り当てるに当たり、
（ｃ１） 優先度の最も高いデータの通信を、第１の単方向データ通信期間と最も近いタイミングにし、
（ｃ２） 以下各データの通信のタイミングを当該データの優先度の順に次第に第１の単方向データ通信期間から次第に遠くなるように決定する。

なお、ここでの説明では簡単のために、（異なる周波数帯を用いる通信区間を間に挟んで）隣接する通信区間のうち片側のみからの影響で説明を行なったが、その反対側も通信サイクルの開始タイミングは同じであるので、ここまで説明した通信時の雑音が小さい通信時間を長くするための、通信タイミングの設定方法は、同様に考えればよく、これにより雑音が小さいタイミングでの通信時間を長くすることができる。

（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態１の電力線と中継器とで構成される通信経路の構成例とそこでの通信信号と干渉信号の関係を示す模式図である。 本発明の実施の形態１のこの通信システムの中継器の構成例を示す模式図である。 中継器１０ｂと中継器１０ｃとの間での再送制御のためのデータのやり取りを示す。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態１の通信のタイミングの一例を示す模式図である。 図４（ｂ）の一部を拡大して示す図である。 図５の通信サイクルにおける通信データの送信タイミングの例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態１の通信のタイミングの他の例を示す模式図である。 図４（ｂ）の一部を拡大して示す図である。 図８の通信サイクルにおける通信データの送信タイミングの例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態２の通信のタイミングを示す模式図である。 （ａ）〜（ｂ）は、本発明の実施の形態３の通信のタイミングを示す模式図である。

符号の説明

１０、１０ａ〜１０ｅ 中継器、 １１、１１ａ〜１１ｅ 結合器、 １２、１２ａ〜１２ｅ 結合器、 １３ａ〜１３ｅ フィルタ、 ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 第１の周波数帯を用いる通信区間、 ２２ａ、２２ｂ、２２ｂ 第２の周波数帯を用いる通信区間、 Ｃ１ 通信サイクル、 Ｃ２ 通信サイクル、 Ｐ３ 下流方向の単方向データ通信期間、 Ｐ４ 上流方向の単方向データ通信期間。

Claims (10)

1. 無線周波数の通信信号を重畳して通信をおこなう電力線を複数の通信区間に分け、通信区間相互間に中継器を設け、各中継器の一方の側に位置する通信区間と他方の側に位置する通信区間とでは異なる互いに異なる周波数帯でデータ通信を行い、
   前記データ通信は、ある周期Ｔの通信サイクルを繰り返すことにより行われ、
   前記通信サイクルの各々は、
   第１の方向へのデータが通信できる第１の単方向データ通信期間と、
   前記第１の単方向データ通信期間に続いて、前記第１の方向とは逆の第２の方向へのデータが通信できる第２の単方向データ通信期間とを有し、
   ある周波数帯を用いる一つの通信区間での、前記通信サイクルが開始するタイミングは、前記ある周波数帯とは異なる別の周波数帯を用いる他の通信区間を間に挟んで隣接する前記ある周波数帯を使うさらに他の通信区間の前記通信サイクルが開始するタイミングと、前記通信サイクルの周期Ｔの１／２の期間だけずれるように制御される
   ことを特徴とする電力線搬送通信システム。
2. 互いに異なる第１及び第２の無線周波数帯を用いて通信を行う電力線に沿って、前記第１の周波数帯で通信を行う通信区間と前記第２の周波数帯で通信を行う通信区間とが交互に設けられた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. 前記通信サイクルの各々において、
   前記第１の単方向データ通信期間と、前記第２の単方向データ通信期間とを切り換えるタイミングが、各通信サイクルの開始時点と終了時点の中間の時点であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力線搬送通信システム。
4. 前記通信サイクルの各々において、
   前記第１の単方向データ通信期間と、前記第２の単方向データ通信期間とを切り換えるタイミングが、各通信サイクルの開始時点からｘ・Ｔ（ここで、ｘは０．５以上１未満の係数）で表される時間が経過した時点にあり、
   各通信サイクルにおいて、前記第１の単方向データ通信期間に通信するのに要する時間が、（１−ｘ）・Ｔ以下であれば、当該通信サイクルの開始時点から時間（ｘ−０．５）・Ｔが経過した時点から、当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過する時点までの期間に通信を行うようにデータ通信のタイミングを割り当て、
   各通信サイクルにおいて、前記第１の単方向データ通信期間に通信するのに要する時間が、（１−ｘ）・Ｔよりも大きい場合は、当該通信サイクルの開始時点から時間（ｘ−０．５）・Ｔが経過した時点から、当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過するまでの期間を通して通信を行い、この期間で通信し切れなかった分を、当該通信サイクルの開始時点から時間（ｘ−０．５）・Ｔが経過した時点から、当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過する時点までの期間を除いた第１の単方向データ通信期間に通信を行うようにデータ通信のタイミングを割り当てる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力線搬送通信システム。
5. 前記通信サイクルの各々において、
   前記第１の単方向データ通信期間と、前記第２の単方向データ通信期間とを切り換えるタイミングが、各通信サイクルの開始時点からｘ・Ｔ（ここで、ｘは０よりも大きく０．５未満の係数である）で表される時間が経過した時点にあり、
   各通信サイクルにおいて、前記第２の単方向データ通信期間に通信するのに要する時間が、ｘ・Ｔ以下であれば、当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過した時点から、当該通信サイクルの開始時点から時間（ｘ＋０．５）・Ｔが経過する時点までの期間に通信を行うようにデータ通信のタイミングを割り当て、
   各通信サイクルにおいて、前記第２の単方向データ通信期間に通信するのに要する時間が、ｘ・Ｔよりも大きい場合は、当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過した時点から、当該通信サイクルの開始時点から時間（ｘ＋０．５）・Ｔが経過するまでの期間を通して通信を行い、この期間で通信し切れない分を、当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過した時点から、当該通信サイクルの開始時点から時間（ｘ＋０．５）・Ｔが経過する時点までの期間を除いた第２の単方向データ通信期間に通信を行うようにデータ通信のタイミングを割り当てる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力線搬送通信システム。
6. 通信データを受信した際にデータの誤りを検出する手段を備え、
   この誤りを検出した際にデータの再送信が許容されるデータと、データの再送信が許容されないデータとが混在したデータの通信が行われ、
   各通信サイクルにおいて、前記再送信が許容されないデータのうち、前記第１の単方向データ通信により通信されるものを、当該通信サイクルの開始時点から時間（ｘ−０．５）・Ｔが経過した時点から、当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過するまでの期間に通信する
   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. 通信データを受信した際にデータの誤りを検出する手段を備え、
   この誤りを検出した際にデータの再送信が許容されるデータと、データの再送信が許容されないデータとが混在したデータの通信が行われ、
   各通信サイクルにおいて、前記再送信が許容されないデータのうち、前記第２の単方向データ通信により通信されるものを、当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過した時点から、当該通信サイクルの開始時点から時間（ｘ＋０．５）・Ｔが経過するまでの期間に通信する
   ことを特徴とする請求項５に記載の電力線搬送通信システム。
8. 前記通信サイクルの各々において、
   前記第１の単方向データ通信期間と、前記第２の単方向データ通信期間とを切り換えるタイミングが可変であり、
   （ｃ） 前記切り換えるタイミングが当該通信サイクルの開始時点から時間Ｔ／２が経過した時点よりも後ろにある場合に、前記第２の単方向データ通信期間において複数のデータの通信タイミングを当該複数のデータの優先度に従って順に割り当てるに当たり、
   （ｃ１） 優先度の最も高いデータの通信を、前記第１の単方向データ通信期間と最も近いタイミングにし、
   （ｃ２） 以下各データの通信のタイミングを当該データの優先度の順に次第に前記第１の単方向データ通信期間から次第に遠くなるように決定する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力線搬送通信システム。
9. 通信データを受信した際にデータの誤りを検出する手段を備え、
   この誤りを検出した際にデータの再送信が許容されるデータと、データの再送信が許容されないデータとが混在したデータの通信が行われ、
   前記再送信が許容されないデータを前記優先度の最も高いデータとして扱う
   ことを特徴とする請求項８に記載の電力線搬送通信システム。
10. 前記中継器が、接続されている電力線の交流の正弦波に同期したタイミング信号、又はその整数倍又は整数分の一の周期のタイミング信号に、前記通信サイクルを同期させることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の電力線搬送通信システム。

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