JP4852246B2 - 通信装置、集積回路、及び通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、所定の交流電力が供給される電力線に接続され、データ通信を行う通信装置及び通信方法に関する。

例えば、コンピュータのような端末を用いて家庭、オフィス、工場などで有線でデータ通信を行う場合には、通常は伝送路として使用するケーブルやコネクタなどの配線を必要な箇所に敷設する必要があるため、通信設備の稼働開始までに様々な工事を行わざるを得ない。

一方、家庭、オフィス、工場などではほとんどの場合は商用電源、例えば交流１００Ｖ（５０／６０Ｈｚ）を使用しているので、この電力を供給するための電力線（電灯線）が家庭内、オフィス内、工場内などのあらゆる箇所に既に敷設されている。したがって、これらの電力線をデータ通信に利用できれば、通信用の特別な配線を新たに設ける必要はなくなる。すなわち、通信装置を電源のコンセントに差し込むだけで通信経路を確保することが可能になる。

このような電力線を通信に利用する技術については、例えば特許文献１に開示された技術が知られている。

また現状では、日本国内においては、２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯が法律あるいは規則でこの種の通信に割り当てられる見通しであり、様々なメーカにおいて研究や開発が進められている。
特開２０００−１６５３０４号公報

ところで、現状では前述のような電力線を通信に利用する技術については規格が定まっていないので、実際の通信に使用するプロトコル、変調方式、周波数帯などの通信方式については、開発するメーカ毎に仕様が異なっている。

一方、このような通信技術が実際に使用される環境を考えると、同じ場所で複数種類の通信方式が混在する可能性が高い。例えば、アパートやマンションのような集合住宅に住んでいるユーザ（通信装置の利用者）の場合を想定すると、同じ集合住宅に住むそれぞれのユーザは必ずしも同じメーカの通信装置（例えばモデム）を使用するとは限らないので、複数のメーカが独自に製造した複数種類の通信装置が共通の電力線に同時に接続される場合がある。

このように、プロトコルや変調方式などの通信方式の異なる、複数種類の通信装置が同じ電力線に接続された場合には、自局と違う方式の通信装置から送出された信号を自局で復調することはできず、単なるノイズとして認識されることになる。したがって、複数種類の通信装置が同じ周波数帯を使用しているにもかかわらず、他の通信装置の存在すら認識できないため、複数種類の通信装置が送出する信号が衝突することになり、通信ができない状態になる。すなわち、共通の電力線上で複数種類の通信装置が共存することはできない。

なお、同じ種類の通信装置については、時間分割により信号を多重しているので、複数の通信装置が共通の電力線を利用して互いに通信することができる。また、このような通信に利用可能な装置の本体は、ＬＳＩ（大規模集積回路）として既に完成しているものも存在するので、回路に大きな変更を加えることなく実際の装置として使用できるのが望ましい。

本発明は、通信方式の異なる複数種類の通信装置が共通の伝送路に接続された場合であっても、回路に大きな変更を加えることなく、信号の衝突を発生することなく通信することが可能な通信装置及び通信方法を提供することを目的とする。

本発明の通信装置は、第２の通信方式を用いて通信を行う他の通信装置が接続可能な電力線を介して、前記第２の通信方式を用いて通信を行う他の通信装置と通信できない第１の通信方式を用いて通信を行う通信装置であって、前記電力線の交流電力波形に基づいて同期信号を生成する同期信号生成部と、前記同期信号に基づいて、当該通信装置が通信に使用する帯域を取得するように制御し、前記他の通信装置が当該通信装置によって取得された帯域で通信を行わないように制御すると共に、前記他の通信装置が識別可能に設定された第１の制御信号を、当該第１の制御信号を検出可能な第２の通信制御部を有する前記他の通信装置へ送信する第１の通信制御部と、前記帯域を用いて、前記第１の通信方式を用いた他の通信装置と通信を行う通信部と、を備える。

この構成により、電力線の交流電力波形のタイミングに基づいて生成した同期信号を用いてタイミングを制御するので、種類の異なる通信装置同士であっても互いに信号送出や監視のタイミングを合わせることが可能になる。また、送信権を獲得できなかった通信装置が送信機能をオフに制御することにより、ノイズとなる信号が電力線等の伝送路上に送出されるのを防止し、複数種類の信号が伝送路上で衝突するのを回避できる。したがって、複数種類の通信装置が同じ伝送路上で共存できる。

また、本発明の通信装置は、第２に、上記第１の通信装置であって、前記データ通信部は第１の信号を伝送路に送出し、前記通信制御部は第２の信号を前記伝送路に送出し、前記第１の信号と前記第２の信号とは、周波数及び時間の少なくとも一方に関して互いに独立した信号である。

この構成により、前記第１の信号と第２の信号とが独立しているので、これらの信号を実質的に同時に送出することができる。すなわち、送信権の獲得のための制御信号の送出とデータ通信の信号の送出とを同時に行うことができるので、送信権獲得制御に伴う伝送効率の悪化を避けることができる。

また、本発明の通信装置は、第３に、上記第２の通信装置であって、前記第１の信号は、通信に使用する周波数帯域に含まれる第１の帯域に割り当てられ、前記第２の信号は、通信に使用する周波数帯域に含まれ、前記第１の帯域とは異なる第２の帯域に割り当てられる。

この構成により、それぞれの信号に適した周波数帯域を割り当てることにより、効率の良い通信を実現できる。例えば、２ＭＨｚ〜３ＭＨｚ程度の周波数帯では、Ｓ／Ｎ（信号対雑音比）が低く高速伝送に対する寄与度が低いため、この周波数帯を送信権の獲得のための制御に利用し、他の周波数帯をデータ通信用に割り当てれば、伝送効率を劣化させることなく複数種類の通信装置が共存するための制御を行うことができる。

また、本発明の通信装置は、第４に、上記第１ないし第３のいずれかの通信装置であって、前記通信制御部は、自通信装置が送信権を獲得した場合に、前記同期信号のタイミングを利用して、送信権獲得に関する制御信号を送出する。

この構成により、複数の通信装置が送出した信号が電力線等の伝送路上で衝突するのを防止できる。例えば、複数の通信装置がキャリア検出期間内の同じタイミングで複数の通信装置がキャリア信号を送出すると、他通信装置の存在を検出できないため、複数の通信装置が同時に送信権を獲得してしまう。しかし、送信権を獲得した通信装置が送信権獲得に関する制御信号を送出することにより、複数の通信装置が同時に送信権を獲得したか否かを識別できるので、これによる衝突を未然に回避できる。

また、本発明の通信装置は、第５に、上記第４の通信装置であって、通信方式毎に互いに異なる時間帯が、前記同期信号のタイミングに基づく通知区間として割り当てられ、前記通信制御部は、送信権獲得に関する制御信号を、自通信装置の通信方式に割り当てられている前記通知区間に送出する。

この構成により、通信方式毎に独立した通知区間が割り当てられるので、いずれの通信方式が送信権を獲得したのかを確実に識別できる。

また、本発明の通信装置は、第６に、上記第５の通信装置であって、前記通信制御部は、前記同期信号のタイミングに基づいて決定される所定のキャリア検出期間で、自通信装置の送信権の獲得を試みる。

この構成により、共通のキャリア検出期間で、例えば公知のＣＳＭＡ（Carrier Sense Multiple Access）制御等の送信権の獲得を実施することにより、種類が異なる他の通信装置がデータを送信しようとしているか否かを検出できるので、種類が異なる他の通信装置からのキャリアが検出されなければ、自装置が送信権を獲得したとみなすことができる。

また、本発明の通信装置は、第７に、上記第６の通信装置であって、前記通信制御部は、各通信方式に割り当てられた通知区間で制御信号を監視して、複数の通信方式が同じキャリア検出期間に送信権を獲得したか否かを識別し、自通信装置が送信権を獲得した場合に、他の通信方式の通信装置が同じキャリア検出期間に送信権を獲得したことを検出したときは、獲得した送信権を放棄する。

この構成により、複数の通信方式が同時に送信権を獲得した場合に、該当する通信方式の通信装置が送信権を放棄するので、複数の通信方式の通信装置が同時に信号を送出するのを防止することができ、信号の衝突を回避できる。

また、本発明の通信装置は、第８に、上記第７の通信装置であって、前記通信制御部は、複数の通信方式が同じキャリア検出期間に送信権を獲得したことを検出した場合に、自通信装置が送信権を獲得していたときは、継続して送信権を獲得する。

この構成により、利用可能な帯域を有効に利用できる。すなわち、複数の通信方式が同時に送信権を獲得し、それらの権利を放棄した場合には、放棄によって利用されない帯域が発生するが、この帯域を前回送信権を獲得した通信方式の通信装置が継続して利用することにより、効率的な通信が可能になる。

また、本発明の通信装置は、第９に、上記第６ないし第８のいずれかの通信装置であって、前記通信制御部は、自通信装置が送信権を獲得したことを検出した回数を権利獲得回数として計数すると共に、複数の通信方式が同時に送信権を獲得したことを検出した回数を衝突発生回数として計数し、前記権利獲得回数及び衝突発生回数に基づいて求められる衝突発生頻度が所定以上の場合には、前記キャリア検出期間に自通信装置からのキャリア送信を所定時間抑制する。

この構成により、隠れ端末問題を回避することができる。例えば、電力線を通信の伝送路として利用する場合には、伝送路の特性が非常に不安定であり、場所の違いや時間の違いによって信号の減衰量などの特性が動的に変化する。例えば、同じ電力線に接続されている他の家電製品等のスイッチのオンオフなどに伴って様々なノイズが発生する可能性があるし、各部に接続された電気部品のインピーダンスの影響により、場所の違いによって減衰量が大幅に変化する可能性もある。このため、ある位置の通信装置から他のある位置に存在する通信装置が見えない、いわゆる隠れ端末問題が発生することになる。この構成では、衝突発生頻度が所定以上の場合に自装置からのキャリア送信を所定時間抑制するので、見えない位置の通信装置が送出する信号と自装置の信号との衝突の発生を抑制できる。

また、本発明の通信装置は、第１０に、上記第４ないし第９のいずれかの通信装置であって、前記通信制御部は、送出された制御信号を受信することで、自通信装置と同じ通信方式の他の通信装置が送信権を獲得したことを検出した場合には、送信権の獲得に関する制御信号を、自通信装置からも前記伝送路に送出する。

この構成により、前述の隠れ端末問題により発生する信号の衝突を回避することができる。例えば、１番目の通信方法の１番目の通信装置、２番目の通信装置及び３番目の通信装置と、２番目の通信方法の４番目の通信装置、５番目の通信装置及び６番目の通信装置とが存在する場合に、前記１番目の通信装置と４番目の通信装置との間では互いが送出したキャリア信号を検出できるが、他の通信装置同士の間では隠れ端末問題の影響でキャリア信号を検出できない場合を想定する。この場合、仮に３番目の通信装置と６番目の通信装置とが共に送信権を獲得し、これらが制御信号を送出しただけでは、いずれの通信装置もこれらの制御信号を検出できない。しかし、この構成では、送信権を獲得した３番目の通信装置だけでなく、同じ通信方式の１番目の通信装置及び２番目の通信装置も制御信号を送出するので、２番目の通信方式の４番目の通信装置は、１番目の通信装置が送出する制御信号を検出するため、１番目の通信方式が送信権を獲得したことを認識できる。同様に、送信権を獲得した６番目の通信装置だけでなく、同じ通信方式の４番目の通信装置及び５番目の通信装置も制御信号を送出するので、１番目の通信方式に属する１番目の通信装置は、４番目の通信装置が送出する制御信号を検出するため、２番目の通信方式が送信権を獲得したことを認識できる。

また、本発明の通信装置は、第１１に、上記第１ないし第１０のいずれかの通信装置であって、宅内における電力線通信を行うための宅内系通信方式と、それ以外の電力線通信を行うために用いるアクセス系通信方式とが同じ電力線を共通の伝送路として利用される場合に、前記通信制御部は、それぞれの通信方式に対して割り当てられた互いに異なる識別情報に基づいて送信権を制御する。

この構成により、宅内系の通信方式及びアクセス系の通信方式のそれぞれを区別して電力線に関する送信権を制御できるので、アクセス系通信方式の通信局も共通の電力線を利用して通信を行うことができる。

また、本発明の通信装置は、第１２に、上記第１１の通信装置であって、前記電力線上の通信に使用する周波数帯域を少なくとも、互いに異なる第１の帯域，第２の帯域及び第３の帯域に区分して、前記宅内系通信方式の通信装置のデータ通信部が前記電力線に送出する第１の信号は前記第１の帯域及び第３の帯域に割り当てられ、前記宅内系通信方式の通信装置の通信制御部が前記電力線に送出する第２の信号は前記第２の帯域に割り当てられ、前記アクセス系通信方式の通信装置のデータ通信部が前記電力線に送出する第３の信号は前記第３の帯域に割り当てられ、前記アクセス系通信方式の通信装置が送信権を獲得した場合には、送信権を獲得していた通信方式の通信装置が前記第１の帯域のみの送信権を獲得するように、前記通信制御部が制御する。

この構成により、前記アクセス系通信方式が送信権を獲得しない時には、第１の帯域及び第３の帯域を宅内系の通信方式のデータ通信に利用できるので、効率的に帯域を利用することになり、高速のデータ通信を行うのに役立つ。

また、本発明の通信装置は、第１３に、上記第１１の通信装置であって、前記電力線上の通信に使用する周波数帯域を少なくとも、互いに異なる第１の帯域、第２の帯域及び第３の帯域に区分して、前記宅内系通信方式の通信装置のデータ通信部が前記電力線に送出する第１の信号は前記第１の帯域及び第３の帯域に割り当てられ、前記宅内系通信方式の通信装置の通信制御部が前記電力線に送出する第２の信号は前記第２の帯域に割り当てられ、前記アクセス系通信方式の通信装置のデータ通信部が前記電力線に送出する第３の信号は前記第３の帯域に割り当てられ、前記アクセス系通信方式の通信装置が送信権を獲得した場合には、送信権を獲得した通信方式の通信装置が前記第１の帯域のみの送信権を獲得するように、前記通信制御部が制御する。

この構成により、前記アクセス系通信方式が送信権を獲得しない時には、第１の帯域及び第３の帯域を宅内系の通信方式のデータ通信に利用できるので、効率的に帯域を利用することになり、高速のデータ通信を行うのに役立つ。

また、本発明の通信装置は、第１４に、上記第１２又は第１３の通信装置であって、前記アクセス系通信方式の通信装置の通信制御部は、他通信装置から到来する制御信号の検出とは無関係に自通信装置の送信権を獲得し、自通信装置が送信権を獲得した場合には、前記アクセス系通信方式にあらかじめ割り当てられた時間帯の通知区間に、送信権獲得に関する制御信号を送出する。

この構成により、前記アクセス系通信方式の通信装置は他通信装置から到来するキャリア信号の検出とは無関係に自装置の送信権を優先的に獲得できるので、時間待ちをすることなく効率的に帯域を確保して通信することができる。

また、本発明の通信装置は、第１５に、上記第６ないし第１０のいずれかの通信装置であって、前記通信制御部は、各通信方式に割り当てられた通知区間で制御信号の発生を監視して、複数の通信方式が同じキャリア検出期間に送信権を獲得したか否かを識別し、自通信装置が送信権を獲得していた場合に、他の通信方式の通信装置からの制御信号の発生を検出しない場合には自通信装置が送信権を獲得する。

この構成により、他の通信方式の通信装置からの制御信号の発生を検出しない場合には、自装置の通信方式が引き続き送信権を獲得することにより、効率的に帯域を利用することができる。

また、本発明の通信装置は、第１６に、上記第５ないし第１０のいずれかの通信装置であって、前記通信制御部は、各通信方式に割り当てられた通知区間で制御信号の発生を監視して、自通信装置の通信方式の通信装置のみが送信権を獲得した回数を送信権獲得回数として計数し、所定期間内の前記送信権獲得回数が所定回数以上の場合には、少なくとも所定期間に渡って、自通信装置の通信方式の通信装置に無条件で送信権を与える。

この構成により、より効率的に帯域を利用することができる。例えば、１つの集合住宅の最初のユーザが使用する最初の通信システムが稼働したときのように、１種類の通信方式の通信装置のみが電力線等の伝送路に接続されているような場合には、複数グループ間の信号の衝突は発生しないので、送信権を制限すると通信に利用可能な帯域の一部が無駄になる。この構成では、他の通信方式の通信装置が伝送路に接続されていないときには、接続されている通信方式の通信装置に無条件で送信権を与えるので、全ての帯域を有効に利用できる。

また、本発明の通信方式は、第１７に、上記第５ないし第１０のいずれかの通信装置であって、前記通信制御部は、各通信方式に割り当てられた通知区間で制御信号の発生を監視して、自通信装置の通信方式の通信装置とは異なる通信方式の通信装置が送信権を獲得した回数を他方式送信権獲得回数として計数し、所定期間内の前記他方式送信権獲得回数が所定回数以下の場合には、少なくとも所定期間に渡って、自通信装置の通信方式の通信装置に無条件で送信権を与える。

この構成により、より効率的に帯域を利用することができる。例えば、１つの集合住宅の最初のユーザが使用する最初の通信システムが稼働したときのように、１種類の通信方式のみが電力線等の伝送路に接続されているような場合には、複数グループ間の信号の衝突は発生しないので、送信権を制限すると通信に利用可能な帯域の一部が無駄になる。この構成では、他の通信方式の通信装置が電力線に接続されていないときには、接続されている通信方式の通信装置に無条件で送信権を与えるので、全ての帯域を有効に利用できる。

また、本発明の通信装置は、第１８に、上記第５ないし第１０のいずれかの通信装置であって、前記通信制御部は、各通信方式に割り当てられた通知区間で制御信号の発生を監視して、自通信装置の通信方式以外の通信装置が送信権を獲得した回数を他方式送信権獲得回数として計数し、所定期間内の前記他方式送信権獲得回数が所定回数以上の場合には、自通信装置の通信方式の通信装置が送信権を獲得しない限り、前記データ通信部のデータ送信をオフに制御する。

この構成により、環境の変化に対応して適切な制御を行うことができる。例えば、１つの集合住宅で最初のユーザが１番目の通信システムを使用している状態で、２番目のユーザが２番目の通信システムを導入すると、同じ電力線等の伝送路に種類の異なる１番目の通信システムと２番目の通信システムとが接続されるので、無条件で送信権を与えるとシステム間で信号の衝突が発生する。この構成では、２番目の通信システムが接続されると、それを検知して送信権の獲得に応じた帯域制御が開始されるので、信号の衝突を自動的に回避することができる。

また、本発明の通信装置は、第１９に、上記第１の通信装置であって、前記データ通信部と伝送路との間に、前記通信制御部からの制御により、通信信号のオンオフ制御が可能なスイッチ部を更に備える。

この構成により、前記スイッチ部を制御するだけで伝送路に出力する通信信号のオンオフを切り替えることができるので、通信装置の主要部については既存のユニット（ＬＳＩ）等をそのまま利用することも可能である。

また、本発明の通信装置は、第２０に、上記第１ないし第１９のいずれかの通信装置であって、前記データ通信部は、前記電力線と異なる伝送路を用いたデータ通信の通信機能を有する。

この構成により、データ通信を行う伝送路は、ＬＡＮケーブル、同軸ケーブル、電話線、スピーカ線など、各種のケーブルや、無線伝送路を利用した通信においても、複数種類の信号が伝送路上で衝突するのを回避することができる。

本発明の通信方法は、第２の通信方式を用いて通信を行う他の通信装置が接続可能な電力線を介して、前記第２の通信方式を用いて通信を行う他の通信装置と通信できない第１の通信方式を用いて通信を行う通信装置が実行する通信方法であって、前記電力線の交流電力波形に基づいて同期信号を生成するステップと、前記同期信号に基づいて、当該通信装置が通信に使用する帯域を取得するように制御し、前記他の通信装置が当該通信装置によって取得された帯域で通信を行わないように制御すると共に、前記他の通信装置が検出可能に設定された第１の制御信号を、当該第１の制御信号を検出可能な第２の通信制御部を有する前記他の通信装置へ送信するステップと、前記帯域を用いて、前記第１の通信方式を用いた他の通信装置と通信を行うステップと、を備える。

この方法により、電力線の交流電力波形のタイミングに基づいて生成した同期信号を用いてタイミングを制御するので、種類の異なる通信装置同士であっても互いに信号送出や監視のタイミングを合わせることが可能になる。また、送信権を獲得できなかった通信装置が送信機能をオフに制御することにより、ノイズとなる信号が電力線等の伝送路上に送出されるのを防止し、複数種類の信号が伝送路上で衝突するのを回避できる。したがって、複数種類の通信装置が同じ伝送路上で共存できる。

本発明によれば、通信方式の異なる複数種類の通信装置が共通の伝送路に接続された場合であっても、信号の衝突を発生することなく通信することが可能になる。

本発明の実施形態について、図１〜図１６を参照しながら以下に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る通信装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態の通信装置１００は、伝送路２００と電気的に接続されている。 通信装置１００は、モデムであり、パソコンなど図示しない通信端末と接続した状態で使用される。なお、モデムは通信装置１００の一例であって、通信機能を有する装置であればいずれのものであってもよい。具体的には、モデム機能を有する電気機器（例えばネットワーク家電機器）やパーソナルコンピュータであってもよい。

伝送路２００としては、実際には家庭内、オフィス内、工場内などに設置されている電力線などの電力線（例えばＶＶＦケーブル）が用いられる。このような電力線は、例えば交流１００Ｖ、５０Ｈｚ（又は６０Ｈｚ）の商用電源の電力を各種電気機器に供給するために使用されているが、空いている周波数帯域をデータ通信に利用することができる。なお、電力線は、交流電力が供給されれば、特に１００Ｖ、５０Ｈｚである必要はなく、例えば、米国であれば、交流１２０Ｖ、６０Ｈｚ、また中国であれば、交流１１０／２２０Ｖ、５０Ｈｚなど、種々の条件がある。

また、例えばアパートあるいはマンションのような集合住宅にこの通信装置１００を設置する場合には、例えば図１６に示すように様々な種類の通信装置１００が共通の伝送路２００に接続されることになる。

図１６は共通の伝送路に複数の通信装置が接続されたシステムの構成例を示すブロック図である。図１６に示す例では、複数の通信装置１００（Ａ１）、１００（Ａ２）、１００（Ｂ１）、１００（Ｂ２）、１００（Ｃ１）、１００（Ｃ２）が共通の伝送路２００に接続されている。通信装置１００（Ａ１）、１００（Ａ１）は「Ａ」方式の通信方式で通信を行い、通信装置１００（Ｂ１）、１００（Ｂ１）は「Ｂ」方式の通信方式で通信を行い、通信装置１００（Ｃ１）、１００（Ｃ１）は「Ｃ」方式の通信方式で通信を行う。

従って、通信装置１００（Ａ１）と通信装置１００（Ａ２）とが同じ種類の装置であり、通信装置１００（Ｂ１）と通信装置１００（Ｂ２）とが同じ種類の装置であり、通信装置１００（Ｃ１）と通信装置１００（Ｃ２）とが同じ種類の装置である。しかし、通信装置１００（Ａ１、Ａ２）、通信装置１００（Ｂ１、Ｂ２）、通信装置１００（Ｃ１、Ｃ２）は互いに種類が異なっている。この種類の違いは、実際には通信に用いるプロトコル、データ信号の変調方式、データ信号のシンボルレートなどの通信方式が異なることを意味している。

すなわち、集合住宅には独立した複数の家庭がユーザとして含まれているが、使用している電力線は共通であり、各家庭の電力線は互いに電気的に接続されている。一方、各家庭のユーザは必ずしも同じメーカ（つまり同じ通信方式）の通信装置を使用するとは限らないので、各家庭のユーザは、互いに種類の異なる通信装置１００を使用する場合がある。つまり、メーカ毎に通信装置１００が通信に用いるプロトコル、データ信号の変調方式、データ信号のシンボルレートなどの通信方式が異なる可能性がある。

このように、種類の異なる複数の通信装置１００が共通の伝送路２００に接続された場合には、各通信装置１００は自局と種類の異なる他の通信装置１００が送出した信号を復調できないので、他の通信装置１００の存在すら検出することができない。その結果、種類が異なる複数の通信装置１００が送出した信号同士が伝送路２００上で衝突することになる。信号の衝突が生じると通信ができないので、特別な制御を行わない限り、種類の異なる複数の通信装置１００が伝送路２００上で共存することはできない。

図１に示す通信装置１００は、種類の異なる複数の通信装置１００が共通の伝送路２００上で共存するための機能を備えている。図１を参照すると、この通信装置１００はデータ通信器（データ通信部）１１０、通信制御器（通信制御部）１２０、ＡＣサイクル検出器（同期信号生成部）１３０及びスイッチ部（通信制御部）１４０を備えている。

データ通信器１１０は、一般的なモデムと同様にデータ通信のための基本的な制御や変復調を含む信号処理を行う電気回路である。すなわち、図示しないパソコンなどの通信端末から出力されるデータ信号（第１の信号）を変調して送信信号（データ）として出力すると共に、伝送路２００側から入力されるデータ信号を受信信号（データ）として復調してパソコンなどの通信端末に出力する。また、伝送路２００を使用できるかどうかを確認するために、データ通信器１１０は通信する前に所定の通信要求信号を出力する。

スイッチ部１４０は、データ通信器１１０と伝送路２００との間で送信信号（データ）及び受信信号（データ）の通過のオンオフを制御する複数のスイッチである。スイッチ部１４０は、例えば、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）を有して構成される。ＡＦＥは、Ａ／Ｄ変換器やＤ／Ａ変換器、フィルタ、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）、アンプなどを有し、ディジタル信号処理回路と電力線からなる伝送線とのインターフェースとなる。そして、これらのアナログフロントエンド１４０に含まれる回路のオンオフを切り替えることことで、送信信号（データ）及び受信信号（データ）の通過のオンオフを制御することができる。

なお、スイッチ部１４０は、データ通信の通信機能をオンオフすることが出来ればどのような構成であってもよく、例えば、アナログスイッチのように外部からの制御信号によってオンオフ制御が可能なスイッチが内蔵されていてもよい。この場合、上述のＡＦＥは、データ通信器１１０に含まれていてもよい。

ＡＣサイクル検出器１３０は、複数種類の通信装置１００が共通のタイミングで制御を実施するために必要な同期信号を生成する。実際には、図１に示すように、伝送路２００に供給される商用電源の交流電力波形ＡＣ、すなわち５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの正弦波からなる交流波形が現れるので、この交流波形の電圧のゼロクロス点を検出し、このタイミングを基準とする同期信号ＳＳを生成する。図１に示す同期信号ＳＳは、一例であって、交流電力波形のゼロクロス点に同期した複数のパルスからなる矩形波である。

通信制御器１２０は、ＡＣサイクル検出器１３０が出力する同期信号のタイミングに同期して、複数種類の通信装置１００が伝送路２００上で共存するために必要な制御を行う。すなわち、データ通信器１１０から入力される通信要求にしたがって、自局（通信装置１００）が伝送路２００を使用する権利（送信権）を獲得するための制御を行う。また、他の通信装置１００との間で送信権獲得のネゴシエーションを行うために、通信制御器１２０は制御信号（第２の信号）を送信信号（制御）として伝送路２００に送出し、伝送路２００から制御信号を受信信号（制御）として受信する。更に、自局が、送信権を獲得したか否かに応じて、すなわち伝送路２００上の帯域を使用できるタイミングか否かに応じて、スイッチ部１４０をオンオフ制御する。

したがって、自局が伝送路２００上の帯域を使用できないタイミングでは、スイッチ部１４０はオフになり、データ通信器１１０は伝送路２００から遮断される。よって、種類の異なる複数の信号が伝送路２００上で衝突するのを確実に防止することができる。このため、通信装置１００の通信プロトコル、変調方式、シンボルレートなどの通信方式については、メーカ毎に独自に決定することができる。したがって、回路の大きな変更を加えることなく、既存の回路（ＬＳＩなど）をデータ通信器１１０としてそのまま利用することも可能になる。勿論、データ通信器１１０、通信制御器１２０、ＡＣサイクル検出器１３０及びスイッチ部１４０の全ての機能を１つの集積回路に組み込むことも可能である。

図２は複数の通信装置の動作例を示すタイムチャートである。本実施形態では、伝送路２００上の周波数帯域を、図２に示すように商用電源帯域１１、制御信号帯域１２及びデータ信号帯域１３に区分してある。具体的には、商用電源帯域１１は５０Ｈｚ〜２ＭＨｚの範囲内に割り当て、制御信号帯域１２は２ＭＨｚ〜３ＭＨｚの範囲内に割り当て、データ信号帯域１３は３ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲内に割り当ててある。

なお、商用電源やＡＭ放送との干渉を防止するため、商用電源帯域１１を通信に利用することは一般的に好ましくないが、商用電源帯域１１が、その周波数（例えば６０Ｈｚ）を含む帯域に割り当てれば、商用電源、制御信号、データ信号にそれぞれ割り当てる帯域は任意である。

制御信号帯域１２は、複数種類の通信装置１００が伝送路２００を通信に使用するための送信権を獲得するためのネゴシエーション専用に用いられ、ネゴシエーションのための制御信号がこの帯域に送受信される。すなわち、図１に示す送信信号（制御信号）及び受信信号（制御信号）の周波数が制御信号帯域１２に割り当てられる。

データ信号帯域１３は、実際のデータ通信のための信号専用の周波数帯域であり、各種のデータ信号がこの帯域で送受信される。すなわち、図１に示す送信信号（データ）及び受信信号（データ）の周波数がデータ信号帯域１３に割り当てられる。

ここで、図３は電力線伝送路の周波数特性例を示すグラフであり、図４は電源コンセントのノイズの周波数特性例を示すグラフである。図３及び図４に示す特性から分かるように、２ＭＨｚ〜３ＭＨｚの帯域では信号の減衰量が大きく、発生する雑音も大きくなる傾向がある。高速の伝送を実現するためには、できる限り広い周波数帯を通信に使用するのが望ましいが、２ＭＨｚ〜３ＭＨｚの帯域はＳ／Ｎ（信号対雑音比）が低いため、高速伝送に対する寄与度が低いのが実情である。そのため、２ＭＨｚ〜３ＭＨｚの帯域を制御信号帯域１２としてネゴシエーションに専用に割り当てることで、伝送速度の低下を少なくすることができる。

この制御信号帯域１２を使用してネゴシエーションのための制御信号を送受信する通信制御器１２０は、例えば図５に示すように構成することができる。図５は通信制御器の構成例を示すブロック図である。図５の例では、通信制御器１２０は制御部１２１、信号発生部１２２、Ｄ／Ａ変換器１２３、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２４、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２５、ＡＧＣ回路１２６、Ａ／Ｄ変換器１２７及びＦＦＴ（高速フーリエ変換）回路１２８を備えている。

制御部１２１は、データ通信器１１０から入力される通信要求に従い、ＡＣサイクル検出器１３０から入力される同期信号のタイミングに同期して通信制御器１２０の全体の制御を行うディジタル回路である。

信号発生部１２２は、制御部１２１の指示にしたがって、伝送路２００に接続された他の通信装置１００との間のネゴシエーションに必要な制御信号の波形パターンを発生する。この信号はマルチキャリア信号であり、本実施形態では、例えば、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）信号として生成される。実際に使用されるＯＦＤＭ信号は、例えば図６に示すようなフォーマットで出力され、図７に示すような信号スペクトルを示す。なお、伝送方式の一例としてＯＦＤＭを示したが、これに限る必要はなく、例えばＳＳ（周波数拡散）の伝送方式を適用してもよい。

Ｄ／Ａ変換器１２３は、信号発生部１２２から出力されるディジタルのＯＦＤＭ信号をアナログ信号に変換する。ローパスフィルタ（バンドパスフィルタでもよい）１２４は、前述の制御信号帯域１２の周波数成分だけを伝送路２００に出力するために不要な周波数成分の通過を阻止する。

バンドパスフィルタ１２５は、伝送路２００上に現れた信号の中から制御信号帯域１２の周波数成分だけを抽出してＡＧＣ回路１２６に出力する。ＡＧＣ回路１２６は、減衰して入力された信号が規定のレベルになるように、自動的に利得を制御して信号を増幅する。

Ａ／Ｄ変換器１２７は、ＡＧＣ回路１２６から入力されるアナログ信号をディジタル信号に変換する。ＦＦＴ回路１２８は、Ａ／Ｄ変換器１２７から入力されるディジタル信号に対して所定の高速フーリエ変換処理を施し、時間領域で並んで現れるマルチキャリア信号を周波数領域の信号に変換する。ＦＦＴ回路１２８は、例えば１２８ポイントのＦＦＴ処理を行うが、ポイント数は任意である。

制御部１２１は、ＦＦＴ回路１２８が出力する信号を調べて、他の通信装置１００がＯＦＤＭの制御信号（共存信号）として送出した信号に関するキャリアの有無を確認する。

次に、複数種類の通信装置１００が共通の伝送路２００上で共存するために通信制御器１２０が行う具体的な制御の内容について説明する。

本実施形態では、伝送路２００に現れる商用電源の交流波形を複数種類の通信装置１００に共通な信号として利用できるので、この交流波形に同期して、すなわちＡＣサイクル検出器１３０が出力する同期信号に同期して制御を行っている。具体的には、図２に示すように交流波形の１サイクル（６０Ｈｚ：１６．６７ｍｓ／５０Ｈｚ：２０ｍｓ）の期間を制御周期に定めて、この制御周期毎に繰り返し制御を行っている。

実際には、図２に示す制御期間Ｔ２、Ｔ３及びＴ４におけるデータ信号帯域１３の送信権を獲得するための制御を、それぞれ制御期間Ｔ１、Ｔ２及びＴ３における制御信号帯域１２を利用して行っている。また、図８は複数の通信装置の動作例を示すタイムチャートであり、図８に示すように各制御期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、・・・を、交流電力波形ＡＣにおける前半の半周期（ｔ１〜ｔ２の区間）と、交流電力波形ＡＣにおける後半の半周期（ｔ２〜ｔ３の区間）とに区分し、前半はＣＳＭＡ／ＣＡ区間（キャリア検出期間）とし、後半は使用通知区間（通知区間）としてある。すなわち、同期信号ＳＳのタイミングに同期して、ＣＳＭＡ／ＣＡ区間、及び使用通知区間が設定されている。

ＣＳＭＡ／ＣＡ区間では、伝送路２００を使用しようとする各通信装置１００が所定のバックオフルールに基づいて、公知のＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）制御を実施する。すなわち、各通信装置は伝送路が一定時間以上継続して空いていることを確認してからデータ（制御信号帯域１２に送出される共存信号）を送信する。この待ち時間は最小限の時間にランダムな長さの待ち時間を加えたものである。そして、基本的にはＣＳＭＡ／ＣＡ区間で共存信号を送出することができた通信装置１００が次の制御期間における伝送路２００のデータ信号帯域１３を占有するための送信権を獲得する。

なお、共存信号については他局（他の通信装置）の存在を確認できるものであればよいので、制御信号帯域１２でキャリアの有無を識別できる信号であればよい。本実施形態では、共存信号としてＯＦＤＭ信号を用いている。実際の信号としては、例えばシンボル長が１００μｓ程度のマルチトーン（例えば５６波）信号を用いればよい。

一方、使用通知区間については等間隔で、例えば８又は１６に分割して、８又は１６個の使用通知スロットを形成してある。図９は複数の通信装置の動作例を示すタイムチャートである。図９に示す例では、時間ｔ２〜ｔ３の使用通知区間を等間隔で８つのスロットに分割してあり、時間ｔ２１〜ｔ２２のスロット、時間ｔ２２〜ｔ２３のスロット、時間ｔ２３〜ｔ２４のスロット、時間ｔ２４〜ｔ２５のスロット、時間ｔ２５〜ｔ２６のスロット、時間ｔ２６〜ｔ２７のスロット、時間ｔ２７〜ｔ２８のスロット及び時間ｔ２８〜ｔ２９のスロットを、それぞれ「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」、「Ｅ」、「Ｆ」、「Ｇ」及び「Ｈ」の互いに異なる種類の、通信システムに固定的に割り当ててある。これらの通信システムは、通信プロトコル、変調方式、シンボルレートなどの通信方式が互いに異なるシステムを意味しており、実際には通信装置１００あるいはデータ通信器１１０を製造するメーカの違いによって区別するのが妥当である。

本実施形態では、各制御期間のＣＳＭＡ／ＣＡ区間で送信権を獲得した通信装置１００の通信制御器１２０は、直後の使用通知区間に自局が割り当てられている使用通知スロットのタイミングで、共存信号を伝送路２００に送出する。また、全ての通信装置１００の通信制御器１２０は、使用通知区間の全てのスロットの状態を監視して、他の通信装置１００が共存信号を送出したか否かを確認する。

図９に示す例では、「Ｂ」方式の通信システム（つまり通信方式）に属する通信装置１００が送信権を獲得したため、この通信システムに割り当てられている時間ｔ２２〜ｔ２３のスロットのタイミングで共存信号を送出している。他の通信方式（ここでは「Ａ」方式）の通信システムに属する通信装置は、時間ｔ２２〜ｔ２３のスロットを監視することにより、「Ｂ」方式の通信システムが送信権を獲得したことを認識する。

ところで、ＣＳＭＡ／ＣＡ制御を行うだけでは複数の信号が衝突する可能性がある。したがって、同じＣＳＭＡ／ＣＡ区間の中で複数の通信システムに属する複数の通信装置１００が同時に次の制御期間の送信権を獲得する場合もある。その場合、同じ使用通知区間の中の異なる複数のスロットで、複数の通信装置１００が共存信号を送出することになる。これは、次の制御期間で複数の信号が衝突することを意味するので、衝突を回避する必要がある。そこで、本実施形態では、次の制御期間の送信権を獲得した通信装置１００が、自局に割り当てられたスロット以外のスロットで共存信号を検出した場合には、衝突を回避するために、次の期間の送信権を放棄する。

また、衝突を回避するために、他の通信装置１００が次の制御期間の送信権を放棄した場合には、前の制御期間に送信権を獲得した通信装置１００が継続して次の制御期間も送信権を獲得する権利を与える。実際には、前の制御期間で権利を獲得した通信装置１００は、今回の制御期間の使用通知区間を監視して、複数のスロットで複数の通信装置１００が共存信号を送出したことを検出した場合には、今回も継続して自局が送信権を獲得したものとみなして、次の制御期間にデータ信号帯域１３を占有する。

以上のような制御を実施することにより、例えば図２に示すような動作を実現することができる。図２に示す例では、制御期間Ｔ１におけるＣＳＭＡ／ＣＡ制御の結果、「Ａ」方式の通信システムが次の制御期間Ｔ２におけるデータ信号帯域１３の送信権を獲得し、制御期間Ｔ２におけるＣＳＭＡ／ＣＡ制御の結果、「Ｂ」方式の通信システムが次の制御期間Ｔ３におけるデータ信号帯域１３の送信権を獲得している。

また、制御期間Ｔ３におけるＣＳＭＡ／ＣＡ制御の結果、「Ｂ」方式と「Ｃ」方式の２つの通信システムが次の制御期間Ｔ４におけるデータ信号帯域１３の送信権を獲得するが、使用通知区間の監視によって衝突が発生することが認識されるので、「Ｂ」方式と「Ｃ」方式の２つの通信システムに属する通信装置１００は、いずれも次の制御期間Ｔ４の送信権を放棄する。そして、前の制御期間Ｔ３で送信権を獲得した「Ｂ」方式の通信システムが、次の制御期間Ｔ４におけるデータ信号帯域１３の送信権を継続して獲得している。

なお、ある制御期間において、ＣＳＭＡ／ＣＡ制御及び使用通知区間の監視の結果、どの通信方式の通信システムも送信権を獲得しなかったことが検出された場合には、前の制御期間で送信権を獲得した通信方式の通信システムが送信権を継続して獲得する。すなわち、通信制御器１２０は、各通信方式に割り当てられた通知区間で制御信号の発生を監視して、複数の通信方式が同じキャリア検出期間に送信権を獲得したか否かを識別し、自通信装置が送信権を獲得していた場合に、他の通信方式の通信装置からの制御信号の発生を検出しない場合には自通信装置が送信権を獲得する。これにより、常にいずれかの通信方式に送信権を与えられるので、効率的に帯域を利用することができる。

ついで、隠れ端末処理について説明する。実際に複数種類の通信装置１００が共存する環境においては、いわゆる隠れ端末問題が発生する可能性がある。すなわち、電力線などを伝送路２００として利用する場合には、同じ電力線に接続される各種電気機器の接続状態の変化や動作状態の変化に伴って各位置に接続された通信装置１００の通信状態が動的に変化し、信号の減衰量が大きくなったり外部からのノイズが大きくなったりする可能性が高い。そのため、共通の伝送路２００に接続された複数種類の通信装置１００の間で相手が見える（相手の信号を検出できる）場合と見えない場合とがある。

図１０は集合住宅内の共通の伝送路に複数の通信装置が接続されたシステムの構成例を示すブロック図である。図１０に示す例では、例えばアパートのような同じ集合住宅に属する「Ｘさん宅」と「Ｙさん宅」とがそれぞれ種類の異なる通信システムを共通の電力線すなわち伝送路２００に接続している場合を想定している。なお、図１０では電力線からなる伝送路２００は省略している。この例では、「Ｘさん宅」（図中Ｘさん宅を示す円枠内）には、同じ種類の３つの通信装置「Ａ１」、「Ａ２」、「Ａ３」が設けられており、それぞれは電力線に接続されている。また、「Ｙさん宅」（図中Ｙさん宅を示す円枠内）には、同じ種類の３つの通信装置「Ｂ１」、「Ｂ２」、「Ｂ３」が設けられており、同様に電力線に接続されている。

また、図１０に示す例では、通信装置「Ａ１」、「Ａ２」、「Ａ３」同士は互いに通信ができ、通信装置「Ｂ１」、「Ｂ２」、「Ｂ３」同士は互いに通信ができるが、「Ｘさん宅」と「Ｙさん宅」との間の通信距離や電力線に接続される電気機器などにより、周波数特性が劣化し、通信装置「Ａ１」は通信装置「Ｂ１」、「Ｂ２」、「Ｂ３」から見え、通信装置「Ｂ１」は通信装置「Ａ１」、「Ａ２」、「Ａ３」から見える状態であるが、それ以外の通信装置同士の間では、お互いの存在を確認できない状態を想定している。

したがって、図１０に示す環境においては、通信装置「Ａ１」又は通信装置「Ｂ１」が送信権を獲得した場合は問題ないが、例えば通信装置「Ｂ２」が送信権を獲得しても、通信装置「Ｂ２」が使用通知区間で送出する共存信号を通信装置「Ａ２」及び「Ａ３」には見えないので、通信装置「Ａ２」又は「Ａ３」は通信装置「Ｂ２」が存在しないものとみなして次の制御期間の送信権を獲得することになる。したがって、隠れ端末問題により複数の信号の衝突が発生する。このような隠れ端末問題を回避するための制御について以下に説明する。

図１１は隠れ端末問題を解決するための動作例を示すフローチャートである。図１１に示す「隠れ端末処理」においては、通信制御器１２０が複数の信号の衝突が発生した頻度を調べて、頻度が高い場合には隠れ端末が存在するものとみなして特別な制御を実施する。具体的に、図１１の各ステップについて説明する。

ステップＳ１１では、制御信号帯域１２のＣＳＭＡ／ＣＡ区間におけるＣＳＭＡ／ＣＡ制御によって自局が次の制御期間のデータ信号帯域１３の送信権を獲得したか否かを識別する。ステップＳ１１で送信権の獲得を検出した場合には、次のステップＳ１２に進み「獲得カウンタ（権利獲得回数）」の値を１だけカウントアップする。

ステップＳ１３では、同じ使用通知区間の複数のスロットで複数の通信装置１００（自局を含む）が共存信号を出力したか（つまり、１回の使用通知区間で共存信号が重複して出力されたか）否かを識別する。複数のスロットで共存信号を検出した場合には衝突発生とみなしてステップＳ１４に進み、「衝突カウンタ（衝突発生回数）」の値を１だけカウントアップする。

ステップＳ１５では、衝突発生頻度（＝「衝突カウンタの値」／「獲得カウンタの値」）を求め、この衝突発生頻度をあらかじめ定めた閾値と比較する。すなわち、隠れ端末が存在しない場合には衝突発生頻度は比較的低いが、隠れ端末が存在する場合には衝突発生頻度が高くなる傾向がある。

隠れ端末が存在しない場合にはステップＳ１７に進み、通常の送信を行う。一方、衝突発生頻度が高く、隠れ端末が存在する可能性が高いとみなした場合にはステップＳ１６に進み、一定の期間のバックオフ時間にわたって送信を停止する。すなわち、ＣＳＭＡ／ＣＡ区間での共存信号の送信を所定の期間だけ停止する。これにより、隠れ端末が存在する場合に、衝突の発生を抑制できる。

なお、ステップＳ１７では、一定の期間、送信を停止したが、このバックオフ時間は、必ずしも一定である必要はなく、適宜変更することが可能である。例えば、衝突発生頻度が上記閾値を越えた通信装置のバックオフ時間を、他の通信装置より長くなるように設定してもよい。また、長くしたバックオフ時間は、所定条件を満たすことで（例えば一定時間経過後、あるいは、衝突発生頻度が所定閾値以下となった時点で）初期状態のバックオフ時間に復帰させてもよい。

図１２は複数の通信装置の動作例を示すタイムチャートである。隠れ端末問題に関する対策として、図１２に示す制御も考えられる。なお、図１１の制御と図１２の制御とを同時に実施しても良いし、何れか一方だけを実施しても良い。

図１２に示す制御においては、各通信システムに属する各通信装置１００は、自局と同じ通信システムに属する他の通信装置１００が送信権を獲得したことを使用通知区間の該当スロットで検出した場合には、自局も同じスロットで共存信号を伝送路２００に送出する。

図１２に示す例では、図１０に示した状態と同じ環境において、通信装置「Ｂ３」が送信権を獲得した場合を想定している。したがって、使用通知区間の中の通信システム「Ｂ」に割り当てられた時間ｔ２２〜ｔ２３のスロット（Ｂ−Ｓｌｏｔ）で通信装置「Ｂ３」が共存信号（Transmit Signal）を送出する。図１０で述べたように、通信装置「Ｂ３」は他の通信装置「Ｂ２」、「Ｂ１」、「Ａ１」が見えるので、通信装置「Ｂ３」が送出する共存信号は、他の通信装置「Ｂ２」、「Ｂ１」、「Ａ１」で検出される（Signal Detect）。

この場合、通信装置「Ｂ３」と同じ通信システムに属している通信装置「Ｂ１」及び「Ｂ２」は、このスロット（Ｂ−Ｓｌｏｔ）内の前半のタイミングで通信装置「Ｂ３」からの共存信号を検出すると、同じスロット（Ｂ−Ｓｌｏｔ）内の後半のタイミングで自局からも共存信号（Transmit Signal）を伝送路２００に送出する。その結果、このスロット（Ｂ−Ｓｌｏｔ）内の後半のタイミングで通信装置「Ｂ１」が送出した共存信号は、各通信装置「Ａ１」、「Ａ２」、「Ａ３」で確認できる。したがって、図１０で述べた通信装置「Ｂ３」が見えない通信装置「Ａ２」、「Ａ３」においても、他の通信システムが送信権を獲得したことを認識できるため衝突を回避できる。

ところで、例えばインターネットのようなネットワークにアクセスする場合には、例えば電話線（メタル）や光ファイバのような伝送路を利用してプロバイダーとの間の通信回線を確保するのが一般的であるが、商用電源を供給する電力線を利用してユーザとプロバイダーとの間の通信回線を確保することも可能である。ここでは、本明細書では、各ユーザの家庭内において電力線通信を行う通信方式を、「宅内通信方式」と定義し、それ以外の電力線通信を行う通信方式を、「アクセス系通信方式」と定義する。以下、宅内通信方式による通信システムを、単に「宅内系」と称し、アクセス系通信方式による通信システムを、単に「アクセス系」と称す。従って、アクセス系には、各家庭と電柱との間を接続する電力線の通信システムや、オフィスや工場などの構内で接続された電力線の通信システムが含まれる。

商用電源を供給する電力線を利用してユーザとプロバイダーとの間の通信回線を確保する場合には、共通の電力線（電灯線）に宅内系の通信装置とアクセス系の通信装置とが接続されることになる。したがって、その場合には宅内系とアクセス系との信号の衝突も防止する必要がある。なお、アクセス系については同じ電力線にメーカの異なる複数種類の通信装置が接続されない場合は、アクセス系の通信システムは１種類のみであるが、例えば通信会社と電力会社とが相互に乗り入れして、複数のアクセス系の通信システムもあり得る。

このような場合であっても、基本的には前述の通信装置１００を各宅内系及びアクセス系のモデムとして使用することにより、信号の衝突を防止できる。図１３に示す例では、通信システム「Ａ」、「Ｂ」がそれぞれ種類の異なる宅内系の通信装置１００に相当し、通信システム「Ｃ」がアクセス系の通信装置１００に相当する場合を想定している。

この例では、各通信システム「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」に対してそれぞれ独立した時間帯をスロットとして前述の使用通知区間の中に割り当ててあるので、各通信システム「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」は互いに対等な状態でＣＳＭＡ／ＣＡ制御によりデータ通信のための帯域（データ信号帯域１３）を確保することができる。

図１３は複数の通信装置の動作例を示すタイムチャートである。図１３に示す例では、制御期間Ｔ１のＣＳＭＡ／ＣＡ区間におけるＣＳＭＡ／ＣＡ制御により宅内系の通信システム「Ａ」が次の制御期間Ｔ２のデータ信号帯域１３の送信権を獲得し、制御期間Ｔ２のＣＳＭＡ／ＣＡ区間におけるＣＳＭＡ／ＣＡ制御により宅内系の通信システム「Ｂ」が次の制御期間Ｔ３のデータ信号帯域１３の送信権を獲得し、制御期間Ｔ３のＣＳＭＡ／ＣＡ区間におけるＣＳＭＡ／ＣＡ制御によりアクセス系の通信システム「Ｃ」が次の制御期間Ｔ４のデータ信号帯域１３の送信権を獲得している。

このように、宅内系の通信方式及びアクセス系の通信方式を全て含めてそれぞれ互いに異なる識別情報（例えば、図１３の例におけるアクセス系の通信方式の識別情報は「Ｃ」）が割り当てられて、その識別情報に基づいて送信権の獲得を制御することにより、宅内系及びアクセス系の信号の衝突を回避することができる。なお、アクセス系そのものに一つの識別情報が割り当てられてもよいし、アクセス系の通信方式に対してそれぞれ識別情報が割り当てられ、複数のアクセス系の通信方式を共存可能としてもよい。

ところで、アクセス系のように実際の通信に使用する伝送路の距離が長くなると、周波数の高い信号成分は減衰量が著しく大きくなる。したがって、アクセス系の使用する周波数帯域が広くなっても伝送速度の改善効果はあまりない。このような場合には、例えば図１４に示すように前述のデータ信号帯域１３を低域（３ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ）と高域（１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）とに区分し、低域の帯域のみをアクセス系に割り当てるのが望ましい。これにより、周波数の利用効率を高めることが可能になる。なお、図１４は複数の通信装置の動作例を示すタイムチャートである。

図１４に示す動作例では、制御期間Ｔ３のＣＳＭＡ／ＣＡ区間におけるＣＳＭＡ／ＣＡ制御により、アクセス系の通信システム「Ｃ」が、次の制御期間Ｔ４のデータ信号帯域１３の中の低域の送信権を獲得している。また、制御期間Ｔ４でアクセス系の通信システム「Ｃ」が使用しないデータ信号帯域１３の高域については、前の制御期間Ｔ３の送信権を獲得した宅内系の通信システム「Ｂ」が制御期間Ｔ４も継続して送信権を獲得するように制御している。

この場合、前の制御期間（Ｔ３）の送信権を獲得した宅内系の通信システムの通信装置１００は、使用通知区間の中のアクセス系の通信システム「Ｃ」に割り当てられたスロットを監視することにより（つまり識別情報を検出することにより）、アクセス系が送信権を獲得したか否かを識別し、アクセス系が送信権を獲得したことを検出した場合には、自局が次の制御期間（Ｔ４）におけるデータ信号帯域１３の高域だけを継続して占有するように制御する。

図１５は複数の通信装置の動作例を示すタイムチャートである。図１５に示す動作例は図１４に示す制御の変形例である。図１５の例では、アクセス系の通信システム「Ｃ」はＣＳＭＡ／ＣＡ区間におけるＣＳＭＡ／ＣＡ制御を省略し、必要に応じて次の制御期間におけるデータ信号帯域１３の低域の帯域を占有するように権利を獲得する。そして、アクセス系の通信システム「Ｃ」は、送信権を獲得した場合には使用通知区間の中の該当するスロットで、アクセス系の通信システム「Ｃ」が送信権を獲得したことを通知する。

また、アクセス系と１つの宅内系との間では信号の衝突は生じないものとみなす。したがって、図１５の例では、制御期間Ｔ３における使用通知区間で、宅内系の通信システム「Ａ」とアクセス系の通信システム「Ｃ」とが同じ使用通知区間で送信権を獲得したこと表す共存信号を送出しているが、衝突とはみなさず、宅内系の通信システム「Ａ」とアクセス系の通信システム「Ｃ」とが共に次の制御期間Ｔ４の送信権を実際に獲得する。

但し、宅内系の各通信システムの通信装置１００においては、使用通知区間でアクセス系の通信システム「Ｃ」が送信権を獲得したことを検出した場合には、次の制御期間で自局が占有する帯域をデータ信号帯域１３の高域のみに制限する。

なお、アクセス系の通信システム（アクセス系通信方式の通信装置：図１４、図１５の例では通信システム「Ｃ」）の通信制御器は、他通信装置（図１４、図１５の例では通信システム「Ａ」や「Ｂ」）から到来する制御信号の検出とは無関係に自通信装置の送信権を獲得し、自通信装置が送信権を獲得した場合には、アクセス系通信方式にあらかじめ割り当てられた時間帯の通知区間（使用通知区間）に、送信権獲得に関する制御信号を送出してもよい。

ところで、実際に集合住宅で電力線を利用して通信する場合を想定すると、最初は１つのメーカが製造した同じ種類の通信装置１００のみが共通の電力線に接続され、同じ集合住宅の中で電力線通信を利用するユーザが増えるにつれて、メーカの異なる複数種類の通信装置１００が電力線に接続されることになる。同じ電力線に接続された通信装置１００が１種類だけの場合には、前述のような様々な制御を実施しなくても複数の信号が伝送路２００上で衝突することはない。

そこで、本実施形態の通信装置１００は次に説明するような制御を実施する。前述のＣＳＭＡ／ＣＡ区間におけるＣＳＭＡ／ＣＡ制御によって自局が送信権を獲得した回数、もしくは自局が属する通信システムが送信権を獲得した回数を計数し、一定の期間に自局が送信権を獲得した回数（送信権獲得回数）、すなわち獲得頻度をあらかじめ定めた閾値と比較して、獲得頻度が閾値以上、すなわち獲得頻度が高いことを検出した場合には、種類の異なる他の通信システムが伝送路２００に接続されていないものとみなす。その場合、信号の衝突が生じないので、少なくとも所定期間（比較的長い期間）に渡ってスイッチ部１４０のスイッチを常にオン状態に固定し、全ての制御期間の送信権を与える。また、通信制御器１２０は制御信号の送出を停止することもできる。これにより、前述のデータ信号帯域１３だけでなく制御信号帯域１２もデータ通信に利用できるので、周波数の利用効率を改善できる。なお、他方式の通信システムが送信権を獲得した回数を計数し、一定の期間に他方式の通信システムが送信権を獲得した回数（他方式送信権獲得回数）、すなわち他方式獲得頻度をあらかじめ定めた閾値と比較して、他方式獲得頻度が閾値以下、すなわち他方式獲得頻度が低いことを検出した場合に、種類の異なる他の通信システムが伝送路２００に接続されていないものとみなしてもよい。

但し、時間の経過に伴って種類の異なる通信装置１００が同じ電力線に接続される可能性があるので、種類の異なる他の通信システムが伝送路２００に接続されていないと判断し、通信制御器１２０が制御信号の送出を停止した状態であっても、使用通知区間で他の通信システムが送信権を獲得した回数を計数し、あらかじめ定めた期間中に他の通信システムが送信権を獲得した回数をあらかじめ定めた閾値と比較して、他の通信システムが送信権を獲得する頻度が所定以上であることを検出した場合には、他の通信システムが同じ伝送路２００に接続されているものと認識する。そして、例えば図２に示すような制御を定常的に実施するモードに移行する。

このような本発明の実施形態の通信装置及び通信方法によれば、電力線の交流電力波形のタイミングに基づいて生成した同期信号を用いてタイミングを制御するので、種類の異なる通信装置同士であっても互いに信号送出や監視のタイミングを合わせることが可能になる。また、送信権を獲得できなかった通信装置が送信機能をオフに制御することにより、ノイズとなる信号が電力線上に送出されるのを防止し、複数種類の信号が電力線上で衝突するのを回避できる。したがって、複数種類の通信装置が同じ電力線上で共存できる。

なお、上記実施の形態では、同期信号ＳＳのタイミングに同期して、送信権の制御、使用通知区間での制御信号の送信、及びデータ通信を行った場合について説明したが、同期信号ＳＳのタイミングに同期して、送信権の制御を行うものであれば、必ずしも、使用通知区間での制御信号の送信、及びデータ通信は、同期信号ＳＳのタイミングに同期する必要はない。

なお、上記実施の形態では、同期信号ＳＳのタイミングに同期した通信について説明したが、同期信号ＳＳのタイミングを利用するものであれば、必ずしも同期する必要はない。例えば、同期信号ＳＳが、図１に示した同期信号ＳＳと異なり、交流電力波形ＡＣの１つのゼロクロス点に同期した１パルスからなる矩形波の場合、各通信装置が、その１パルスを基準とした所定時間後に、送信権の制御を行ってもよい。

なお、上記実施の形態では、電力線を介して、送信権の制御、使用通知区間での制御信号の送信、及びデータ通信を行った場合について説明したが、送信権の制御を、電力線を介して行うものであれば、使用通知区間での制御信号の送信、及びデータ通信は、必ずしも電力線を介して行う必要はない。データ通信を行う伝送路は、有線・無線いずれであってもよく、有線の伝送路としては、ＬＡＮケーブル、同軸ケーブル、電話線、スピーカ線など、各種のケーブルを利用することが出来る。

なお、上記実施の形態では、図２に示すように、周波数帯域を、制御信号帯域１２とデータ信号帯域１３とに分けることで、データ信号と制御信号とが周波数に関して互いに独立した場合について示したが、データ信号と制御信号とは、少なくともこれらの信号のうち、少なくとも一方に関して互いに独立した信号であれば、これに限られない。例えば、制御信号帯域１２とデータ信号帯域１３とを同じ帯域にして、データ信号と制御信号とを時分割で送受信するようにしてもよい。

本発明の通信装置及び通信方法は、通信方式の異なる複数種類の通信装置が共通の伝送路に接続された場合であっても信号の衝突を発生することなく通信可能な効果を有し、例えばアパートやマンションのような集合住宅等における電力線通信等に有用である。

本発明の実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図 複数の通信装置の動作例を示すタイムチャート 電力線伝送路の周波数特性例を示すグラフ 電源コンセントのノイズの周波数特性例を示すグラフ 通信制御器の構成例を示すブロック図 通信制御器が送出する制御信号の信号フォーマットの具体例を示す波形図 通信制御器が送出する制御信号の信号スペクトルの具体例を示す図 複数の通信装置の動作例を示すタイムチャート 複数の通信装置の動作例を示すタイムチャート 集合住宅内の共通の伝送路に複数の通信装置が接続されたシステムの構成例を示すブロック図 隠れ端末問題を解決するための動作例を示すフローチャート 複数の通信装置の動作例を示すタイムチャート 複数の通信装置の動作例を示すタイムチャート 複数の通信装置の動作例を示すタイムチャート 複数の通信装置の動作例を示すタイムチャート 共通の伝送路に複数の通信装置が接続されたシステムの構成例を示すブロック図

符号の説明

１１ 商用電源帯域
１２ 制御信号帯域
１３ データ信号帯域
１００ 通信装置
１１０ データ通信器
１２０ 通信制御器
１２１ 制御部
１２２ 信号発生部
１２３ Ｄ／Ａ変換器
１２４ ローパスフィルタ
１２５ バンドパスフィルタ
１２６ ＡＧＣ回路
１２７ Ａ／Ｄ変換器
１２８ ＦＦＴ回路
１３０ ＡＣサイクル検出器
１４０ スイッチ部
２００ 伝送路

Claims (16)

1. 第２の通信方式を用いて通信を行う他の通信装置が接続可能な電力線を介して、前記第２の通信方式を用いて通信を行う他の通信装置と通信できない第１の通信方式を用いて通信を行う通信装置であって、
   前記電力線の交流電力波形に基づいて同期信号を生成する同期信号生成部と、
   前記同期信号に基づいて、当該通信装置が通信に使用する帯域を取得するように制御し、前記他の通信装置が当該通信装置によって取得された帯域で通信を行わないように制御すると共に、前記他の通信装置が識別可能に設定された第１の制御信号を、当該第１の制御信号を検出可能な第２の通信制御部を有する前記他の通信装置へ送信する第１の通信制御部と、
   前記帯域を用いて、前記第１の通信方式を用いた他の通信装置と通信を行う通信部と、
   を備える通信装置。
2. 請求項１記載の通信装置であって、
   前記通信部は、データ信号を前記電力線に送出し、前記第１の通信制御部は、前記第１の制御信号を前記電力線に送出し、前記データ信号と前記第１の制御信号とは、周波数及び時間の少なくとも一方に関して独立した信号である通信装置。
3. 請求項２記載の通信装置であって、
   前記データ信号は、通信に使用する周波数帯域に含まれる第１の帯域に割り当てられ、前記第１の制御信号は、通信に使用する周波数帯域に含まれ、前記データ信号とは異なる第２の帯域に割り当てられる通信装置。
4. 請求項１記載の通信装置であって、
   前記第１の通信制御部は、前記第１の制御信号を、前記第１の通信方式に対応する、制御信号送信のためのタイムスロットで送出する通信装置。
5. 請求項４記載の通信装置であって、
   前記第１の通信制御部が、前記同期信号に基づいて定められる第１の制御期間において、前記第２の通信方式に対応する制御信号のためのタイムスロットで前記前記第２の通信方式を用いて通信を行う他の通信装置から送出されると共に、前記第２の通信方式を用いて通信を行う他の通信装置が通信に使用する帯域を取得するように制御し、当該通信装置が第２の通信方式を用いて通信を行う他の通信装置によって取得された帯域で通信を行わないように制御する第２の制御信号を検出した場合、
   前記通信部は、前記第２の通信方式を用いて通信を行う他の通信装置が、前記同期信号に基づいて定められると共に前記第１の制御期間より後の第２の制御期間においてデータ通信を行う間は、前記第１の通信方式を用いた他の通信装置とデータ通信を行わない通信装置。
6. 請求項５記載の通信装置であって、
   前記第１の通信制御部は、前記第１の制御信号を送信した回数を第１の検出回数として計数すると共に、前記第１の制御信号と前記第２の制御信号を共に検出した回数を第２の検出回数として計数し、
   前記通信部は、前記第１の検出回数と前記第２の検出回数の比が所定の値より大きい場合は前記第１の制御信号の送信を停止し、前記第１の検出回数と前記第２の検出回数の比が所定の値以下の場合は、前記第１の通信方式を用いた他の通信装置とのデータ通信を行う通信装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項記載の通信装置であって、
   前記電力線は、前記第２の通信方式を用いて通信を行う他の通信装置として、アクセス系通信方式を用いて通信を行う他の通信装置が接続可能であり、
   前記第１の通信制御部は、前記第１の通信方式に対応する識別情報に基づいて、前記通信部が前記第１の通信方式に対応する周波数帯域を用いて通信を行うように制御する通信装置。
8. 請求項５または６記載の通信装置であって、
   前記第１の通信制御部が、前記第１の制御区間において前記第２の通信方式に対応する制御信号のためのタイムスロットで前記第２の通信方式を用いて通信を行う他の通信装置から送出された第２の制御信号を検出しなかった場合、前記通信部は、前記第１の制御区間において前記第１の通信方式を用いた他の通信装置とデータ通信を行っている場合、前記帯域を用いて当該データ通信を前記第２の制御区間で継続する通信装置。
9. 請求項４ないし６のいずれか一項記載の通信装置であって、
   前記第１の通信制御部は、前記第１の通信方式の通信装置のみが送信権を獲得した回数を送信権獲得回数として計数し、所定期間内の前記送信権獲得回数が所定回数以上の場合には、少なくとも所定期間に渡って、当該通信装置に無条件で送信権を与える通信装置。
10. 請求項４ないし６のいずれか一項記載の通信装置であって、
    前記第１の通信制御部は、前記第１の通信方式の通信装置とは異なる通信方式の通信装置が送信権を獲得した回数を他方式送信権獲得回数として計数し、所定期間内の前記他方式送信権獲得回数が所定回数以下の場合には、少なくとも所定期間に渡って、当該通信装置に無条件で送信権を与える通信装置。
11. 請求項４ないし６のいずれか一項記載の通信装置であって、
    前記第１の通信制御部は、前記第１の通信方式以外の通信装置が送信権を獲得した回数を他方式送信権獲得回数として計数し、所定期間内の前記他方式送信権獲得回数が所定回数以上の場合には、前記第１の通信方式の通信装置が送信権を獲得しない限り、前記通信部のデータ送信をオフに制御する通信装置。
12. 請求項１記載の通信装置であって、
    前記通信部と前記電力線との間に、前記第１の通信制御部からの制御により、通信信号のオンオフ制御が可能なスイッチ部を更に備える通信装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項記載の通信装置であって、
    前記同期信号生成部は、前記電力線の交流電力波形の電圧のゼロクロス点を検出し、前記ゼロクロス点に基づいて同期信号を生成する通信装置。
14. 第２の通信方式を用いて通信を行う他の通信装置が接続可能な電力線を介して、前記第２の通信方式を用いて通信を行う他の通信装置と通信できない第１の通信方式を用いて通信を行う集積回路であって、
    前記電力線の交流電力波形に基づいて同期信号を生成する同期信号生成部と、
    前記同期信号に基づいて、当該通信装置が通信に使用する帯域を取得するように制御し、前記他の通信装置が当該通信装置によって取得された帯域で通信を行わないように制御すると共に、前記他の通信装置が識別可能に設定された第１の制御信号を、当該第１の制御信号を検出可能な第２の通信制御部を有する前記他の通信装置へ送信する第１の通信制御部と、
    前記帯域を用いて、前記第１の通信方式を用いた他の通信装置と通信を行う通信部と、
    を備える集積回路。
15. 第２の通信方式を用いて通信を行う他の通信装置が接続可能な電力線を介して、前記第２の通信方式を用いて通信を行う他の通信装置と通信できない第１の通信方式を用いて通信を行う通信装置が実行する通信方法であって、
    前記電力線の交流電力波形に基づいて同期信号を生成するステップと、
    前記同期信号に基づいて、当該通信装置が通信に使用する帯域を取得するように制御し、前記他の通信装置が当該通信装置によって取得された帯域で通信を行わないように制御すると共に、前記他の通信装置が検出可能に設定された第１の制御信号を、当該第１の制御信号を検出可能な第２の通信制御部を有する前記他の通信装置へ送信するステップと、
    前記帯域を用いて、前記第１の通信方式を用いた他の通信装置と通信を行うステップと、
    を備える通信方法。
16. 第２の通信方式を用いて通信を行う他の通信装置が接続可能な電力線を介して、前記第
    ２の通信方式を用いて通信を行う他の通信装置と通信できない第１の通信方式を用いて通
    信を行う通信装置であって、
    前記電力線の交流電力波形に基づいて、当該通信装置が通信に使用する帯域を取得するように制御し、前記他の通信装置が当該通信装置によって取得された帯域で通信を行わないように制御すると共に、前記第２の通信方式を用いて通信を行う他の通信装置が識別可能に設定された制御信号を、当該第１の制御信号を検出可能な第２の通信制御部を有する前記前記他の通信装置へ送信する第１の通信制御部と、
    前記帯域を用いて、前記第１の通信方式を用いた他の通信装置と通信を行う通信部と、
    を備える通信装置。

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