JP5271065B2 - 重畳通信装置および通信システム - Google Patents

Description

本発明は、異なるプロトコル信号を用いた通信を、通信線を共用して行うための重畳通信装置、およびこの重畳通信装置を用いた通信システムに関するものである。

従来から、通信線（伝送路）に対して親機および複数台の通信端末（子機）が接続され、各通信端末と親機との間で通信を行う通信システムが知られている。この種の通信システムの一例として、親機が定期的に通信端末の状態を監視し、通信端末の状態に変化（例えば通信端末に付設されたスイッチのオンオフ）があった場合、その状態変化に対応する処理（例えば他の通信端末に接続された照明や空調設備などのオンオフ）を行うように親機から他の通信端末に信号を送るものがある（例えば特許文献１〜３参照）。この通信システムでは、図１２に示すように通信端末Ｙ同士は直接通信を行うことはなく、常に親機Ｘを介して通信を行うことになる。

ただし、上述したような構成では、通信端末Ｙ同士は常に親機Ｘを介して通信を行うものであって、親機Ｘが通信端末Ｙに対してポーリングを行うため通信速度が遅く、例えばアナログ量（電力量の計量値など）のように比較的データ量の多い情報の伝送には不向きである。また、親機Ｘの故障時などにシステム全体が停止してしまうため、通信システムとしての信頼性が低いという問題もある。

これに対して、通信線に接続された通信端末同士がピア・ツー・ピア（以下「Ｐ２Ｐ」という）で直接通信を行うように構成され、通信速度を向上させることで比較的データ量の多い情報も伝送可能とした通信システムが提案されている。なお、この通信システムは、複数台の通信端末に対する電源供給を通信線に接続された１台の給電装置で行っている。

ここにおいて、通信速度や信頼性の観点からは後者のように通信端末同士が直接通信を行う通信システムが望ましいが、一般的には前者のように親機Ｘを介して通信端末Ｙ同士が通信を行う通信システムが広く普及しているので、既設の通信システムを有効に利用するために、図１３に示すように前者の通信システムと高速通信が可能な後者の通信システムとを混在させた通信システムが考えられる（例えば特許文献４参照）。

図１３の通信システムにおいて、親機Ｘを介して通信する第１通信端末Ｙ１は第１プロトコルの信号を用いて通信を行うのに対し、互いに直接通信する第２通信端末Ｙ２は第１プロトコルの信号に同期する形で第１プロトコルの信号に重畳される第２プロトコルの信号を用いて通信を行う。

図１３の通信システムにおいて、第１通信端末Ｙ１は、外部から第１監視情報（例えばスイッチのオンオフ）を受けると上記第１監視情報に応じた制御情報を含む第１プロトコルの信号を他の第１通信端末Ｙ１に親機Ｘを介して伝送することで上記他の第１通信端末Ｙ１に付設された負荷を制御する。第２通信端末Ｙ２は、外部から第２監視情報（例えば消費電力の計量値）を受けると上記第２監視情報を含む第２プロトコルの信号を第１プロトコルの信号に重畳して他の第２通信端末Ｙ２にＰ２Ｐで直接伝送する。他の第２通信端末Ｙ２は、第１プロトコルの信号に第２プロトコルの信号が重畳された重畳信号から第２プロトコルの信号を取り出し、取り出した第２プロトコルの信号に含まれている第２監視情報を受け取る。

第２プロトコルの信号は第１プロトコルの信号よりも周波数が高く、第１プロトコルの信号と第２プロトコルの信号との間には信号レベルなどに差異があるため、第１通信端末Ｙ１と第２通信端末Ｙ２とは同一の通信線Ｗに接続されているものの互いに通信を行うことはできない。
特許第１１８０６９０号公報 特許第１１９５３６２号公報 特許第１１４４４７７号公報 特開平８−２７４７４２号公報

ところで、図１３に示す従来の通信システムのように、既存の第１プロトコルの信号を用いた通信システムにおいて、第１プロトコルの信号よりも周波数が高い第２プロトコルの信号を用いた通信を行った場合、第２プロトコルの信号の通信距離が長くなると、ある通信距離で信号減衰のノッチが生じたり、反射波による信号波形の歪みが生じたりすることによって、第２プロトコルの信号の伝送品質が低くなるという問題があった。上記問題は信号の周波数に影響しているため、周波数が低い第１プロトコルの信号では発生しないが、周波数が高い第２プロトコルの信号では発生する。

また、第２プロトコルの信号の伝送品質を高めるための条件は、通信距離によって、つまり送信側の通信端末と受信側の通信端末との通信線上の設置場所によっても変わってくる。

信号の反射を防止する手段として、通信線の特性インピーダンスで終端することが考えられる。しかしながら、特性インピーダンスでの終端は、簡単な配線形態では容易に行うことができるものの、既に配設されている複雑な配線形態では容易に行うことができない。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的は、既存の低速通信用の配線トポロジーを用いて高速通信を行う場合でも、低速通信用信号に重畳した高速通信用信号を安定して受信することができる重畳通信装置および通信システムを提供することにある。

請求項１に係る重畳通信装置の発明は、通信線を伝送される第１プロトコルの信号と当該第１プロトコルの信号より周波数が高く当該第１のプロトコルの信号に重畳される第２プロトコルの信号とを用いて通信が行われる通信システムに用いられ、前記第１プロトコルの信号に前記第２プロトコルの信号を重畳した重畳信号の送受信を行う重畳通信部を備える重畳通信装置であって、前記重畳通信部は、前記重畳信号から前記第２プロトコルの信号を抽出するためのバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタの遮断周波数を変更する遮断周波数変更部とを含む受信部を有し、前記受信部による前記第２プロトコルの信号の抽出エラーを検出するエラー検出部と、前記第２プロトコルの信号を用いて通信が行われる通常モードと前記バンドパスフィルタの遮断周波数を変更するための変更モードとを切り替えるモード切替部とをさらに備え、前記遮断周波数変更部は、前記第２プロトコルの信号を用いて通信を行うときの前記バンドパスフィルタの遮断周波数を、前記エラー検出部で検出された前記抽出エラーが最小となる遮断周波数に変更し、前記エラー検出部は、前記モード切替部で前記変更モードに切り替えられると前記抽出エラーを検出することを特徴とする。

請求項２に係る重畳通信装置の発明は、通信線を伝送される第１プロトコルの信号と当該第１プロトコルの信号より周波数が高く当該第１のプロトコルの信号に重畳される第２プロトコルの信号とを用いて通信が行われる通信システムに用いられ、前記第１プロトコルの信号に前記第２プロトコルの信号を重畳した重畳信号の送受信を行う重畳通信部を備える重畳通信装置であって、前記重畳通信部は、前記重畳信号から前記第２プロトコルの信号を抽出するためのバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタの遮断周波数を変更する遮断周波数変更部とを含む受信部と、情報が含まれている第２プロトコルの通常パケットとは異なり情報が含まれていない第２プロトコルの設定用パケットを前記第１プロトコルの信号に重畳した重畳信号を送信する送信部とを有し、前記受信部による前記第２プロトコルの信号の抽出エラーを検出するエラー検出部をさらに備え、前記遮断周波数変更部は、前記第２プロトコルの信号を用いて通信を行うときの前記バンドパスフィルタの遮断周波数を、前記エラー検出部で検出された前記抽出エラーが最小となる遮断周波数に変更し、前記受信部は、他の重畳通信装置から送信された前記重畳信号から前記バンドパスフィルタを用いて前記第２プロトコルの設定用パケットを抽出し、前記エラー検出部は、前記受信部による第２プロトコルの設定用パケットの抽出エラーを検出することを特徴とする。

請求項３に係る重畳通信装置の発明は、請求項１の発明において、前記重畳通信部は、前記モード切替部で前記変更モードに切り替えられると複数の第２プロトコルのパケットにパケット番号を順に付加し当該複数の第２プロトコルのパケットを前記第１プロトコルの信号に重畳した重畳信号を送信する送信部を有し、前記受信部は、前記遮断周波数変更部で前記バンドパスフィルタの遮断周波数を変えて、他の重畳通信装置から送信された前記重畳信号から前記バンドパスフィルタを用いて前記複数の第２プロトコルのパケットを順に抽出し、前記エラー検出部は、前記バンドパスフィルタの遮断周波数ごとに、前記受信部で抽出された第２プロトコルのパケットに付加されたパケット番号を用いて、前記他の重畳通信装置が送信した複数の第２プロトコルのパケットの総パケット数を検出し、前記抽出エラーの検出として、前記総パケット数に対する前記受信部で抽出された第２プロトコルのパケットのパケット数の比率を表わすエラー率を算出し、前記遮断周波数変更部は、前記通常モード時の前記バンドパスフィルタの遮断周波数を、前記エラー検出部で検出されたエラー率が最小となる遮断周波数に変更することを特徴とする。
請求項４に係る重畳通信装置の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項の発明において、機器に接続され当該機器との間で前記第２プロトコルとは異なる第３プロトコルの信号の送受信を行う機器通信部と、前記機器通信部で受信された前記第３プロトコルの信号を前記第２プロトコルの信号に変換し当該第２プロトコルの信号を前記重畳通信部に出力するプロトコル変換部とを備えることを特徴とする。
請求項５に係る重畳通信装置の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項の発明において、前記バンドパスフィルタは、前記重畳信号の高域成分を通過させるハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタの遮断周波数よりも高い遮断周波数であるローパスフィルタとを有し、前記ローパスフィルタは、非反転入力端子が接地されているオペアンプと、前記ローパスフィルタの入力端子と前記オペアンプの反転入力端子との間に当該ローパスフィルタの入力端子側から順に直列に接続される第１抵抗素子および第２抵抗素子と、一端が前記第１抵抗素子と前記第２抵抗素子の接続点に接続され他端が接地されている第１コンデンサと、前記第１抵抗素子と前記第２抵抗素子の接続点と前記オペアンプの出力端子との間に接続される第３抵抗素子と、前記オペアンプの反転入力端子と当該オペアンプの出力端子との間に接続される第２コンデンサとを有する２次フィルタであり、前記遮断周波数変更部は、前記第２抵抗素子の抵抗値を変えることによって、前記ローパスフィルタの遮断周波数を変更することを特徴とする。

請求項６に係る通信システムの発明は、請求項１、２、４または５のいずれか１項の重畳通信装置を複数台備えることを特徴とする。
請求項７に係る通信システムの発明は、請求項３の重畳通信装置を複数台備えることを特徴とする。

請求項８に係る通信システムの発明は、請求項７の発明において、複数台の前記重畳通信装置は、１台のマスター装置と、それぞれ前記マスター装置によって制御される複数台のスレーブ装置とからなり、前記モード切替部は、前記変更モードとして、前記マスター装置のバンドパスフィルタの遮断周波数を変更するためのマスター変更モードと、各スレーブ装置のバンドパスフィルタの遮断周波数を変更するためのスレーブ変更モードとを有し、前記マスター装置は、前記マスター変更モードに切り替えられると、前記受信部が、前記遮断周波数変更部で前記バンドパスフィルタの遮断周波数を変えて、各スレーブ装置から送信された前記重畳信号から当該バンドパスフィルタを用いて前記複数の第２プロトコルのパケットを順に抽出し、前記エラー検出部が、前記バンドパスフィルタの遮断周波数ごとに、各スレーブ装置から送信された第２プロトコルのパケットの抽出に対応する前記エラー率をそれぞれ算出し、前記遮断周波数変更部が、前記通常モード時の前記バンドパスフィルタの遮断周波数を、前記エラー検出部で検出された各スレーブ装置に対応する前記エラー率の最大値が最小となる遮断周波数に変更する一方、前記スレーブ変更モードに切り替えられると、前記送信部が、前記重畳信号を各スレーブ装置にブロードキャストで送信し、各スレーブ装置は、前記スレーブ変更モードに切り替えられると、前記受信部が、前記遮断周波数変更部で前記バンドパスフィルタの遮断周波数を変えて、前記マスター装置から送信された前記重畳信号から当該バンドパスフィルタを用いて前記複数の第２プロトコルのパケットを順に抽出し、前記エラー検出部が、前記バンドパスフィルタの遮断周波数ごとに、前記マスター装置から送信された第２プロトコルのパケットの抽出に対応する前記エラー率をそれぞれ算出し、前記遮断周波数変更部が、前記通常モード時の前記バンドパスフィルタの遮断周波数を、前記エラー検出部で検出された前記エラー率が最小となる遮断周波数に変更する一方、前記マスター変更モードに切り替えられると、前記送信部が、前記重畳信号を前記マスター装置に送信することを特徴とする。

請求項９に係る通信システムの発明は、請求項８の発明において、前記マスター装置と各スレーブ装置とのうち先に前記バンドパスフィルタの遮断周波数の変更を行った一方の装置側は、当該変更が終了すると前記モード切替部が前記マスター変更モードと前記スレーブ変更モードとの間で切替を行い、前記送信部が当該遮断周波数の変更完了情報を他方の装置に送信し、他方の装置側は、前記受信部が前記変更完了情報を受信すると、前記モード切替部が前記マスター変更モードと前記スレーブ変更モードとの間で切替を行うことを特徴とする。

請求項１０に係る通信システムの発明は、請求項９の発明において、各スレーブ装置は、各スレーブ装置のバンドパスフィルタの遮断周波数の変更を前記マスター装置のバンドパスフィルタの遮断周波数の変更よりも先に行った場合に、前記送信部が前記変更完了情報を前記マスター装置および他のスレーブ装置にブロードキャストで送信し、前記マスター装置は、前記受信部がすべてのスレーブ装置から前記変更完了情報を受信していない場合、当該マスター装置が受信していない変更完了情報のスレーブ装置とは異なるスレーブ装置に対して、当該マスター装置が受信していない変更完了情報を受信しているか否かを確認するための確認信号を送信し、各スレーブ装置は、前記マスター装置から前記確認信号を受信した場合、前記マスター装置が受信していない変更完了情報を受信しているとき、当該マスター装置が受信していない変更完了信号を当該マスター装置に送信することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、通信線上における重畳通信装置の設置場所に応じて、信号減衰のノッチや、通信線の先端部での反射による信号歪みなどで、高周波の第２プロトコルの信号を抽出するためのバンドパスフィルタの遮断周波数の最適値が変わったとしても、バンドパスフィルタの遮断周波数を変更する遮断周波数変更部を備えることによって、第２プロトコルの信号の通信に適した通信状態に調整することができ、その結果、高周波の第２プロトコルの信号の伝送品質を高めることができる。
また、請求項１の発明によれば、第２プロトコルの信号の抽出エラーを検出することによって、バンドパスフィルタの遮断周波数を手動ではなく自動で変更することができる。
さらに、請求項１の発明によれば、変更モードに設定されたときに通常モード時のバンドパスフィルタの遮断周波数を変更することによって、第２プロトコルの信号を用いて通信が行われているとき（通常モードであるとき）に、バンドパスフィルタの遮断周波数が不必要に変更されるのを防止することができる。

請求項２の発明によれば、通信線上における重畳通信装置の設置場所に応じて、信号減衰のノッチや、通信線の先端部での反射による信号歪みなどで、高周波の第２プロトコルの信号を抽出するためのバンドパスフィルタの遮断周波数の最適値が変わったとしても、バンドパスフィルタの遮断周波数を変更する遮断周波数変更部を備えることによって、第２プロトコルの信号の通信に適した通信状態に調整することができ、その結果、高周波の第２プロトコルの信号の伝送品質を高めることができる。
また、請求項２の発明によれば、第２プロトコルの信号の抽出エラーを検出することによって、バンドパスフィルタの遮断周波数を手動ではなく自動で変更することができる。
さらに、請求項２の発明によれば、モードの切替を必要としないため、重畳通信装置が新規に追加された場合であっても、エラー率に応じてバンドパスフィルタの遮断周波数を容易に変更することができる。

請求項３の発明によれば、各第２プロトコルのパケットにパケット番号を付与したことによって、受信側の重畳通信装置が受信した情報（抽出した第２プロトコルのパケットのパケット数、パケット番号）でエラー率を簡単に検出することができる。
請求項４の発明によれば、第２プロトコルとは異なるプロトコル（第３プロトコル）を機器との通信に用いる場合であっても、プロトコル変換を行って、第３のプロトコルの信号を第２プロトコルの信号にすることができるので、第１プロトコルの信号に重畳させて他の重畳通信装置に送信することができる。
請求項５の発明によれば、バンドパスフィルタを構成するローパスフィルタとしてオペアンプを用いた回路を用いることによって、ローパスフィルタにおける入力インピーダンスの変化を抑えた状態で、バンドパスフィルタの高周波側の遮断周波数つまりローパスフィルタの遮断周波数を容易に変更することができる。

請求項６，７の発明によれば、各重畳通信装置において、通信線上における重畳通信装置の設置場所に応じて、信号減衰のノッチや、通信線の先端部での反射による信号歪みなどで、高周波の第２プロトコルの信号を抽出するためのバンドパスフィルタの遮断周波数の最適値が変わったとしても、バンドパスフィルタの遮断周波数を変更する遮断周波数変更部を備えることによって、第２プロトコルの信号の通信に適した通信状態に調整することができ、その結果、高周波の第２プロトコルの信号を用いた通信を精度よく行うことができる。

請求項８の発明によれば、複数台の重畳通信装置がマスター・スレーブ構成であるときに、マスター装置およびスレーブ装置のそれぞれに対してバンドパスフィルタの遮断周波数を最適値に変更することができる。

請求項９の発明によれば、マスター装置およびスレーブ装置のそれぞれに対して最適な遮断周波数を自動的に設定することができるので、エンジニアリング工数の少ないシステムとすることができる。

請求項１０の発明によれば、あるスレーブ装置からマスター装置への通信がエラーにより正常に行うことができない場合であっても、スレーブ装置間で変更完了情報を通信することができるので、マスター装置は、各スレーブ装置の変更完了情報を確実に受信することができ、その結果、遮断周波数の自動設定時の通信エラーによるシステムダウンの発生を低減することができる。

（実施形態１）
まず、実施形態１に係る通信システムの構成について説明する。本実施形態の通信システムは、図２に示すように、２線式の通信線Ｗに接続される親機Ａと、通信線Ｗに接続され親機Ａと通信する複数台（図示例では２台）の通信端末Ｂ，Ｂと、通信線Ｗに接続され互いに直接通信する複数台（図示例では２台）の重畳通信装置１，１とを備えたＮＭＡＳＴ（登録商標）のような通信システムである。本実施形態の通信システムは、通信線Ｗを伝送される第１プロトコルの信号と、第１のプロトコルの信号に重畳される第２プロトコルの信号とを用いて通信が行われるものである。第２プロトコルの信号は、第１プロトコルの信号より周波数が高い。

複数台の通信端末Ｂ，Ｂは、親機Ａに対して通信線Ｗによって並列接続されており、親機Ａおよび通信端末Ｂは、親機Ａから通信端末Ｂへのデータ伝送と通信端末Ｂから親機Ａへのデータ伝送とが時分割で行われる時分割多重伝送システム（以下「基本システム」という）を構築する。

基本システムにおいて、通信端末Ｂは、スイッチやセンサなど（図示せず）を付設した監視端末器と、負荷（図示せず）を付設した制御端末器との２種類に分類される。これにより、監視端末器に付設したスイッチやセンサなどからの第１監視情報に応じて、制御端末器に付設した負荷を制御することが可能となる。ここで、通信端末Ｂにはそれぞれアドレス（識別子）が設定されている。監視端末器は、第１監視情報を受けると親機Ａに対して第１監視情報に対応した制御情報を伝送する。親機Ａは、制御情報を受け取るとアドレスによって上記監視端末器と対応付けられている制御端末器に対して制御情報を伝送する。制御端末器は、制御情報を受け取ると上記制御情報に従って負荷を制御する。負荷を制御するための制御情報は第１監視情報を反映しているから、監視端末器と制御端末器との間に親機Ａが介在しているものの、制御情報が通信線Ｗを通して伝送されることにより、第１監視情報が負荷の制御に反映されることになる。

続いて、基本システムの動作について説明する。

親機Ａは、通信線Ｗに対して図３（ａ）に示すような形式の電圧波形からなる伝送信号（第１プロトコルの信号）を送信する。すなわち、伝送信号は、後述の割込信号を検出するための割込パルス期間Ｔ１と、後述の割込パルス期間Ｔ５および短絡検出期間Ｔ６に合わせて設定された予備期間Ｔ２と、通信端末Ｂにデータを伝送するための信号送信期間Ｔ３と、通信端末Ｂからの返送信号を受信するタイムスロットである信号返送期間Ｔ４と、割込信号を検出するための割込パルス期間Ｔ５と、短絡を検出するための短絡検出期間Ｔ６と、処理が間に合わないときの予備領域期間Ｔ７とからなる複極（±２４Ｖ）の時分割多重信号であり、パルス列からなるキャリアをパルス幅変調することによってデータを伝送するものである。

各通信端末Ｂでは、通信線Ｗを介して受信した伝送信号の信号送信期間Ｔ３に含まれるアドレスデータがそれぞれに設定されているアドレスに一致すると、伝送信号から負荷を制御するための制御情報を取り込むとともに、伝送信号の信号返送期間Ｔ４に同期して制御情報を電流モードの信号（通信線Ｗを適当な低インピーダンスを介して短絡することにより送出される信号）として返送する。また、通信端末Ｂの内部回路の電源は、通信線Ｗを介して伝送される伝送信号を整流し安定化することによって供給される。

親機Ａは、常時は伝送信号に含まれるアドレスデータをサイクリックに変化させて通信端末Ｂ，Ｂに順次アクセスする常時ポーリングを行う。常時ポーリングの際には、伝送信号に含まれるアドレスデータが自己のアドレスに一致した通信端末Ｂは、伝送信号に制御情報が含まれていれば制御情報を取り込んで動作し、自己の動作状態を親機Ａに返送する。

一方、親機Ａは、いずれかの監視端末器（通信端末Ｂ）において第１監視情報に対応して発生する割込信号を受信したときに、割込信号を発生した通信端末Ｂを検索した後、上記通信端末Ｂにアクセスして第１監視情報に呼応した制御情報を返送させる割込ポーリングも行う。

すなわち、親機Ａにおいては、常時はアドレスデータをサイクリックに変化させた伝送信号を通信線Ｗに送出する常時ポーリングを行い、監視端末器（通信端末Ｂ）で発生した割込信号を伝送信号の割込パルス期間Ｔ１または割込パルス期間Ｔ５に同期して検出すると、モードデータを割込ポーリングモードとした伝送信号を送信する。割込信号を発生した通信端末Ｂは、割込ポーリングモードの伝送信号のアドレスデータの上位ビットが自己のアドレスの上位ビットに一致していれば、その伝送信号の信号返送期間Ｔ４に同期して自己のアドレスの下位ビットを返送データとして返送する。これにより親機Ａでは割込信号を発生した通信端末Ｂのアドレスを取得できる。

割込信号を発生した通信端末Ｂのアドレスが親機Ａで取得されると、親機Ａは上記通信端末Ｂに対して制御情報の返送を要求する伝送信号を送出する。通信端末Ｂは第１監視情報に対応した制御情報を親機Ａに返送する。親機Ａは制御情報を受け取ると、該当する通信端末Ｂの第１監視情報をクリアするように指示を与える。上記通信端末Ｂでは第１監視情報のクリアを返送する。

制御情報を受け取った親機Ａは、上記制御情報の発信元の通信端末（監視端末器）Ｂとアドレスの対応関係によって対応付けられている通信端末（制御端末器）Ｂへ送信する制御情報を生成し、この制御情報を含む伝送信号を通信線Ｗに送出して上記通信端末（制御端末器）Ｂに付設した負荷を制御する。

上述した基本システムでは、ポーリング・セレクティング方式のプロトコル（以下「第１プロトコル」という）に従い、親機Ａを介して通信端末（監視端末器、制御端末器）Ｂ同士が通信を行うこととなる。

ところで、本実施形態の通信システムでは、図２に示すように、複数台の重畳通信装置１，１が、基本システムと通信線Ｗを共用するように上記通信線Ｗを介して互いに並列接続されている。一方の重畳通信装置１には、重畳通信装置１間で伝送される第２監視情報を出力する被監視機器Ｃが接続され、他方の重畳通信装置１には、上記第２監視情報を一方の重畳通信装置１から取得する監視装置Ｄが接続されている。

すなわち、通信線Ｗを介した通信（データ伝送）を行うのは重畳通信装置１であるが、伝送するデータ（第２監視情報）を生成するのは被監視機器Ｃであって、受信したデータを処理するのは監視装置Ｄである。ここに、重畳通信装置１は、各々に接続された被監視機器Ｃまたは監視装置Ｄからのデータを変換し通信線Ｗ上に送出することで通信を行うアダプタとして機能する。被監視機器Ｃや監視装置Ｄは、定期的に通信を行うことによって重畳通信装置１とデータの授受を行う。なお、被監視機器Ｃの一例としては基本システムで制御される照明器具の消費電力を計量する電力計測器が考えられ、監視装置Ｄの一例としては電力計測器で計量された消費電力を表示する検針装置がある。

各重畳通信装置１は、上述した第１プロトコルとは異なるプロトコル（以下「第２プロトコル」という）にしたがって、親機Ａを介することなくデータ（第２監視情報）を他の重畳通信装置１に伝送する機能を有している。第１プロトコルの信号と第２プロトコルの信号との間には周波数や信号レベルなどに差異があるため、通信端末Ｂと重畳通信装置１とは同一の通信線Ｗに接続されているものの、互いに通信を行うことはできない。

続いて、各重畳通信装置１の具体的構成について説明する。各重畳通信装置１は、図１（ａ）に示すように、伝送信号（第１プロトコルの信号）に第２プロトコルの信号を重畳した重畳信号の送受信を行う重畳通信部２と、通常モードと変更モードの間でモードを変更するモード切替部３と、重畳通信部２による第２プロトコルのパケット（信号）の抽出エラーを検出するエラー検出部４と、各部を制御する制御部５とを備えている。

重畳通信部２は、他の重畳通信装置１に伝送すべきデータを含んだパケットを第２プロトコルに従って伝送信号に重畳させて通信線Ｗに送信する送信部２０と、他の重畳通信装置１が送信した第２プロトコルのパケットを受信する受信部２１とを備えている。

受信部２１は、図１（ｂ）に示すように、重畳信号から第２プロトコルの信号を抽出するためのバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２２と、コンパレータ２３と、バンドパスフィルタ２２の遮断周波数を変更する遮断周波数変更部２４とを備えている。

バンドパスフィルタ２２は、重畳信号の高域成分を通過させるハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２５と、ハイパスフィルタ２５の遮断周波数（低域遮断周波数）よりも高い遮断周波数（高域遮断周波数）であるローパスフィルタ（ＬＰＦ）２６とを組み合わせた構成である。

ハイパスフィルタ２５は、図４（ａ）に示すように、抵抗器ＲとコンデンサＣとからなるＣＲ回路である。ハイパスフィルタ２５は、少なくとも伝送信号（第１プロトコルの信号）を遮断し、第２プロトコルの信号を通過することができるように、遮断周波数が設定されている。

ローパスフィルタ２６は、非反転入力端子が接地されているオペアンプＯＰと、ローパスフィルタ２６の入力端子とオペアンプＯＰの反転入力端子との間にローパスフィルタ２６の入力端子側から順に直列に接続される第１抵抗器（第１抵抗素子）Ｒ１および第２抵抗器（第２抵抗素子）Ｒ２と、一端が第１抵抗器Ｒ１と第２抵抗器Ｒ２の接続点に接続され他端が接地されている第１コンデンサＣ１と、第１抵抗器Ｒ１と第２抵抗器Ｒ２の接続点とオペアンプＯＰの出力端子との間に接続される第３抵抗器（第３抵抗素子）Ｒ３と、オペアンプＯＰの反転入力端子とオペアンプＯＰの出力端子との間に接続される第２コンデンサＣ２とを有する２次フィルタである。

第２抵抗器Ｒ２は、図４（ｂ）に示すように、並列接続される複数個の抵抗器Ｒ２１，Ｒ２２・・・Ｒ２ｎと、それぞれ異なる抵抗器Ｒ２１，Ｒ２２・・・Ｒ２ｎに直列接続される複数個のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２・・・ＳＷｎとで構成されている。複数の抵抗器Ｒ２１，Ｒ２２・・・Ｒ２ｎは、それぞれ抵抗値が異なっている。

図１（ｂ）に示す遮断周波数変更部２４は、第２抵抗器Ｒ２に対して各スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２・・・ＳＷｎのオンオフを変えて、第２抵抗器Ｒ２としての抵抗値を変えることによって、ローパスフィルタ２６の遮断周波数（高域遮断周波数）を変更する。

上記より、バンドパスフィルタ２２を構成するローパスフィルタ２６としてオペアンプＯＰを用いた回路を用いることによって、ローパスフィルタ２６における入力インピーダンスの変化を抑えた状態で、バンドパスフィルタ２２の高周波側の遮断周波数つまりローパスフィルタ２６の遮断周波数を容易に変更することができる。

また、遮断周波数変更部２４は、制御部５の制御によって、通常モード時（第２プロトコルの信号を用いて通信を行うとき）のバンドパスフィルタ２２の遮断周波数を、後述のエラー検出部４で検出されたエラー率（抽出エラー）が最小となる遮断周波数に変更する。

図１（ａ）に示すモード切替部３は、第２プロトコルの信号を用いて通信が行われる通常モードと、バンドパスフィルタ２２の遮断周波数を変更するための変更モードとを切り替える機能を有している。

エラー検出部４は、モード切替部３で変更モードに切り替えられると、バンドパスフィルタ２２による第２プロトコルのパケットのエラー率（抽出エラー）を検出する。エラー検出部４は、受信部２１で受信された複数のパケットのうち、パケットに含まれているフレーム・チェック・サムを用いて、正常に抽出できなかったものを抽出エラーとしている。

モード切替部３で変更モードに切り替えられると、重畳通信部２の送信部２０は、複数の第２プロトコルのパケットにパケット番号を順に付加し、パケット番号を付加した複数の第２プロトコルのパケットを第１プロトコルの信号に重畳した重畳信号を他の重畳通信装置１に送信する。

一方、受信部２１は、遮断周波数変更部２４でバンドパスフィルタ２２の遮断周波数を変えて、他の重畳通信装置１から送信された重畳信号からバンドパスフィルタ２２を用いて複数の第２プロトコルのパケットを順に抽出する。

エラー検出部４は、バンドパスフィルタ２２の遮断周波数ごとに、受信部２１で抽出された第２プロトコルのパケットに付加されたパケット番号を用いて、他の重畳通信装置１が送信した複数の第２プロトコルのパケットの総パケット数を検出する。総パケット数を検出したエラー検出部４は、抽出エラーの検出として、総パケット数に対する受信部２１で抽出された第２プロトコルのパケットのパケット数の比率を表わすエラー率を算出する。

遮断周波数変更部２４は、通常モード時のバンドパスフィルタ２２の遮断周波数を、エラー検出部４で検出されたエラー率が最小となる遮断周波数に変更する。

上記より、第２プロトコルの信号のエラー率（抽出エラー）を検出することによって、バンドパスフィルタ２２の遮断周波数を手動ではなく自動で変更することができる。

本実施形態の通信システムでは、第１プロトコルによる通信端末Ｂ同士の通信は上述したように親機Ａを介して行われるのに対し、第２プロトコルによる重畳通信装置１同士の通信は重畳通信装置１間で直接行われるものであって親機Ａには依存しない。そのため、第２プロトコルによる通信は、第１プロトコルによる通信に比べて通信速度を高速化できるものであって、例えばアナログ量（電力量の計量値など）のように比較的データ量の多い情報の伝送に用いられる。

また、重畳通信装置１は、図１（ａ）に示すように、基本システムの親機Ａと通信端末Ｂとの間で伝送される第１プロトコルの伝送信号を受信する第１プロトコル信号受信部６と、機器（被監視機器Ｃまたは監視装置Ｄ）に接続され機器との間で第２プロトコルとは異なる第３プロトコルの信号の送受信を行う機器通信部７とを備えている。

制御部５は、機器通信部７で受信された第３プロトコルの信号を第２プロトコルの信号に変換するプロトコル変換部５０を備え、このプロトコル変換部５０によって、機器通信部７で受信された第３プロトコルの信号を第２プロトコルの信号に変換し、上記第２プロトコルの信号を重畳通信部２に出力する。

また、本実施形態では、制御部５は、第１プロトコル信号受信部６で受信した伝送信号から第１プロトコルのデータ伝送状況（以下「ステート」という）を解析するとともに、ステートが第２プロトコルのパケットの伝送に適した状況にあるか否かを判定し、伝送に適していると判断したタイミングで送信部２０から上記パケットを送信させる機能も有している。

すなわち、基本システムや第１プロトコル信号受信部６で使用する第１プロトコルにおいては、パルス列からなるキャリアをパルス幅変調した伝送信号を伝送しており、この伝送信号に第２プロトコルのパケットを重畳するに当たっては、伝送信号がハイレベルまたはローレベルに安定している期間に重畳することが望ましい。しかしながら、伝送信号は図３（ａ）に示すような信号フォーマットを採用しており、予備期間Ｔ２や短絡検出期間Ｔ６や予備領域期間Ｔ７は、伝送信号がハイレベルまたはローレベルに安定している時間が相対的に長いからパケットを伝送するのに適した期間（以下「通信適合期間」という）と考えられるものの、その他の期間は、伝送信号がハイレベルまたはローレベルに安定している時間が相対的に短いことや、第１プロトコルによる親機Ａと通信端末Ｂとの間の信号（割込信号や返送データ）の伝送の影響を受けやすいことなどからパケットを伝送するのに適さない期間（以下「通信不適合期間」という）と考えられる。また、伝送信号の立ち上がりおよび立ち下がりの期間も高調波ノイズが重畳しやすいため通信不適合期間とみなすことができる。

そこで、本実施形態では、制御部５は第１プロトコル信号受信部６で受信した伝送信号のステート（割込パルス期間、予備期間、信号送信期間、信号返送期間、割込パルス期間、短絡検出期間、予備領域期間）を解析し、その解析結果（伝送信号のステート）に基づいて通信適合期間か通信不適合期間かの判定を行い、通信適合期間と判断したときに限って送信部２０から第２プロトコルのパケットを送出させるように構成されている。図３（ｂ）に示すように第１プロトコルの伝送信号に同期させる形で伝送信号に第２プロトコルのパケットＰを重畳させることにより、共通の通信線Ｗを使用する第１プロトコルの通信と第２プロトコルの通信との干渉を避けることができる。ここで、重畳通信装置１は、送信データのデータ量が多く一度の通信適合期間内で送信しきれなかった場合には、上記通信適合期間の終了に合わせて通信を中断し、次回の通信適合期間に残りのデータを送信する。

なお、重畳通信装置１の各部への電源供給は、基本システムの通信端末Ｂと同様に親機Ａから通信線Ｗを介して伝送される伝送信号を整流部８で整流し安定化することによって供給される方式（集中給電方式）によって為される構成とする。ただし、重畳通信装置１の各部への電源供給は、商用電源を整流し安定化することによって供給される方式（ローカル給電方式）で為されるようにしてもよい。整流部８は、ダイオードブリッジからなり、電源供給のために用いられるとともに、無極性化も行っている。

次に、上記構成の重畳通信装置１の動作について、図５のフローチャートを参照して説明する。まず、重畳通信装置１の電源が投入されると（Ｓ１）、重畳通信装置１は親機Ａから重畳信号を受信し（Ｓ２）、上記重畳信号を整流・安定化することで電源を生成する。さらに、本実施形態では通信適合期間に第２プロトコルでデータを伝送可能とするため、第１プロトコル信号受信部６において上記重畳信号から伝送信号が抽出され、上記伝送信号が制御部５に取り込まれて通信適合期間か否かの判定に用いられる。

ここで、重畳通信装置１は、定期的に被監視機器Ｃと通信を行うことによって、被監視機器Ｃから第２監視情報を取得する（Ｓ３）。この第２監視情報を含む第２プロトコルのパケットを生成し（Ｓ４）、第２プロトコルに従って上記パケットを送信するための処理に移行する。第２プロトコルでパケットを送信するに当たり、具体的には制御部５で伝送信号を解析し、その解析結果に基づいて通信適合期間と通信不適合期間との判定を行う（Ｓ５）。通信不適合期間と判断すれば、通信適合期間となるまで待機し（Ｓ６）、通信適合期間と判断すれば受信部２１に対して第２プロトコルのパケット伝送で使用するキャリア（以下「第２のキャリア」という）の有無を検出させる（Ｓ７）。受信部２１が第２のキャリアを検出すれば、制御部５は所定時間待機した後（Ｓ８）、第２プロトコルのパケットを送信部２０から通信線Ｗに送信させる（Ｓ９）。ただし、伝送信号のステートが変化した直後（伝送信号の立ち上がりおよび立ち下がりの直後）には高調波ノイズが重畳している可能性が高いので、第２のキャリアが検出されなかった場合であっても上記高調波ノイズが減衰するのに十分な時間が経過してから第２プロトコルのパケットを送信する。

ここで、送信データのデータ量が多い場合、一度の通信適合期間内で送信しきれないことがある。そのため、未送信のデータがあるか否かを制御部５で判断し（Ｓ１０）、未送信のデータが残っていなければ第２プロトコルのパケット送信を完了し（Ｓ１１）、ステップＳ２に戻る。一方、未送信のデータが残っていれば、次回の通信適合期間に残りを送信する。ただし、次回の通信適合期間に他の重畳通信装置１からも第２プロトコルのパケットが送信されると、パケット同士が衝突して通信エラーを生じる可能性がある。そこで、制御部５は未送信のデータが残っていた場合、次回の通信適合期間において、始めに第２のキャリアを送信部２０から通信線Ｗに送出させた後（Ｓ１２）、未送信のデータを含む第２プロトコルのパケットを送信部２０から通信線Ｗに送出させる（Ｓ９）。このように未送信のデータを送信する前に第２のキャリアを通信線Ｗに送出することにより、パケット送信を開始しようとしている他の重畳通信装置１では通信適合期間の開始直後に第２のキャリアを検出してパケット送信を中止することになるから、衝突によってパケットが送信できなくなるのを防ぐことができる。

ところで、一般的な通信システムにおいては、通信線長を延長する場合や通信線に接続される端末の台数が増加する場合に、図６に示すように、複数に分割された通信線間に介在する形で設けられることにより信号の中継を行う中継装置Ｅが用いられる。すなわち、第１の通信線Ｗ１と第２の通信線Ｗ２とが中継装置Ｅを介して接続されている場合、例えば第１の通信線Ｗ１から中継装置Ｅに入力された信号に減衰または反射による波形の歪みが生じていても、この信号を中継装置Ｅに設けられているアンプ（図示せず）やフィルタ（図示せず）に通すことにより、上記信号を整形して第２の通信線Ｗ２に中継することが可能である。以下の説明では、各重畳通信装置１ａ，１ｂ，１ｃを区別しないときには重畳通信装置１と呼ぶ。

図６の例では、監視装置Ｄを接続した重畳通信装置１ａと被監視機器Ｃ１を接続した重畳通信装置１ｂとが第１の通信線Ｗ１に接続され、被監視機器Ｃ２を接続した重畳通信装置１ｃが第２の通信線Ｗ２に接続されている。監視装置Ｄは、重畳通信装置１ａに接続されることで重畳通信装置１ａと通信するとともに、第１の通信線Ｗ１に接続されることで第１プロトコルの通信も可能になるものとする。ここに、監視装置Ｄと親機Ａとはそれぞれ第２プロトコルの信号に対して高インピーダンスとなる高入力インピーダンスモジュールＧを介して第１の通信線Ｗ１に接続されている。なお、図６では通信端末Ｂ（図２参照）の図示を省略している。

ここで、第１の通信線Ｗ１と第２の通信線Ｗ２との間には、第１プロトコルの伝送信号を中継するための第１プロトコル中継器Ｆが挿入されており、中継装置Ｅは第１プロトコル中継器Ｆと並列に接続される。第１プロトコル中継器Ｆは、伝送信号を増幅するアンプ（図示せず）および伝送信号を抽出するフィルタ（図示せず）を備えており、第１の通信線Ｗ１側から入力される伝送信号に減衰または反射による波形の歪みが生じていても、上記伝送信号を整形して第２の通信線Ｗ２に中継できるものであって、通信線長を延長する場合や通信線に接続される端末の台数が増加して親機Ａの給電応力が不足した場合などに用いられる。

ただし、第１プロトコル中継器Ｆは第１プロトコルの伝送信号のみを通過させるものであって、第２プロトコルのパケット（信号）は第１プロトコル中継器Ｆを通過することはない。そこで、第１の通信線Ｗ１と第２の通信線Ｗ２との間で第２プロトコルのパケットを中継するためには、中継装置Ｅが必要となる。

中継装置Ｅは、通信システムが起動すると、第１プロトコルの伝送信号を受信し、その後、通信線から第２プロトコルのパケットを受信するまで待機する。パケットを受信すると、中継装置Ｅは、監視部によって監視される伝送信号に基づいてパケットを中継先の通信線に送出するタイミングを決定し、このタイミングまで待機する。上記パケットの送出タイミングになるとパケットを中継先の通信線に送出し、パケットの送出が完了すれば第２プロトコルの受信待ちの処理に戻る。

次に、本実施形態に係る通信システムにおいてバンドパスフィルタ２２（図１（ｂ）参照）の遮断周波数の変更動作について説明する。本実施形態の通信システムにおいて、複数台の重畳通信装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、図７に示すように、１台のマスター装置と、それぞれマスター装置によって制御される複数台（図示例では３台）のスレーブ装置とからなる。ここでは、監視装置Ｄが接続される重畳通信装置１ａをマスター装置とし、被監視機器Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が接続される重畳通信装置１ｂ，１ｃ，１ｄをスレーブ装置とする。

また、モード切替部３は、変更モードとして、マスター装置１ａのバンドパスフィルタ２２の遮断周波数を変更するためのマスター変更モードと、各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄのバンドパスフィルタ２２の遮断周波数を変更するためのスレーブ変更モードとを有している。つまり、モード切替部３は、通常モードとマスター変更モードとスレーブ変更モードとを切り替えることができる。

マスター装置１ａは、マスター変更モードに切り替えられると、受信部２１が、遮断周波数変更部２４でバンドパスフィルタ２２の遮断周波数を変えて、各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄから送信された重畳信号から上記バンドパスフィルタ２２を用いて複数の第２プロトコルのパケットを順に抽出する。

エラー検出部４は、バンドパスフィルタ２２の遮断周波数ごとに、各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄから送信された第２プロトコルのパケットの抽出に対応するエラー率をそれぞれ算出する。

遮断周波数変更部２４は、通常モード時のバンドパスフィルタ２２の遮断周波数を、エラー検出部４で検出された各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄに対応するエラー率の最大値が最小となる遮断周波数に変更する。

一方、スレーブ変更モードに切り替えられると、マスター装置１ａの送信部２０は、重畳信号を各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄにブロードキャストで送信する。

各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄは、スレーブ変更モードに切り替えられると、受信部２１が、遮断周波数変更部２４でバンドパスフィルタ２２の遮断周波数を変えて、マスター装置１ａから送信された重畳信号から上記バンドパスフィルタ２２を用いて複数の第２プロトコルのパケットを順に抽出する。

エラー検出部４は、バンドパスフィルタ２２の遮断周波数ごとに、マスター装置１ａから送信された第２プロトコルのパケットの抽出に対応するエラー率をそれぞれ算出する。

遮断周波数変更部２４は、通常モード時のバンドパスフィルタ２２の遮断周波数を、エラー検出部４で検出されたエラー率が最小となる遮断周波数に変更する。

一方、マスター変更モードに切り替えられると、各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄの送信部２０は、重畳信号をマスター装置１ａに送信する。

まず、図７に示すスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄのバンドパスフィルタ２２の遮断周波数の設定について図８を用いて説明する。なお、マスター装置１ａには、例えばディップスイッチなどによって、スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄの接続台数が設定される。また、マスター装置１ａおよび各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄには、例えばディップスイッチなどによって、固有のアドレスが設定される。

最初に、スレーブ変更モードに切り替えられると、各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄは、バンドパスフィルタ２２のローパスフィルタ２６の遮断周波数が初期値の状態になる。マスター装置１ａは、１〜１０００までのパケット番号を付加した１０００個のパケットを第１プロトコルの信号に重畳させて各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄにブロードキャストで送信する（Ｓ１１）。各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄは、マスター装置１ａからのパケットを受信し、受信したパケット数をカウントしていく（Ｓ１２）。ここで、カウントしたパケット数が１０００個ではない場合、つまりすべてのパケットを受信することができなかった場合、スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄは、受信パケットに含まれるパケット番号から導出される送信された総パケット数に対する受信パケット数の比率であるエラー率を算出する。

カウントしたパケット数が１０００個である場合、つまりすべてのパケットを受信することができた場合（Ｓ１３）、スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄは、通常モード時の遮断周波数を現在の遮断周波数に設定する（Ｓ１４）。設定完了したスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄは、設定完了を知らせるためのＬＥＤ（図示せず）を点灯する（Ｓ１５）。その後、マスター装置１ａのバンドパスフィルタ２２の遮断周波数の設定へ移る（Ｓ１６）。

一方、すべてのパケットを受信することができなかった場合、スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄは、設定可能なすべての遮断周波数について、パケットの受信を行ったか否かを確認する（Ｓ１７）。すべての遮断周波数についてパケットの受信を行っていない場合、スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄは、すべての遮断周波数を変更し（Ｓ１８）、ステップＳ１２に戻る。

すべての遮断周波数についてパケットの受信を行った場合、最もエラー率の小さい遮断周波数を選択し（Ｓ１９）、選択した遮断周波数に通常モード時の遮断周波数を設定する（Ｓ１４）。

続いて、マスター装置１ａのバンドパスフィルタ２２の遮断周波数の設定について図９を用いて説明する。マスター装置１ａは、すべてのスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄからの信号を受信できなければならないため、スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄの接続台数分だけ、スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄのパケットを受信できたか否かをエラー率をみながら確認する。

最初に、マスター変更モードに切り替える。マスター変更モードで動作した場合、マスター装置１ａは、バンドパスフィルタ２２のローパスフィルタ２６の遮断周波数が初期値の状態になる。各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄは、１〜１０００までのパケット番号を付加した１０００個のパケットをランダムにマスター装置１ａに送信する（Ｓ２１）。マスター装置１ａは、各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄからのパケットを受信し、スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄごとに、受信したパケット数をカウントしていく（Ｓ２２）。ここで、カウントしたパケット数が１０００個ではない場合、つまりすべてのパケットを受信することができなかった場合、マスター装置１ａは、スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄごとに、受信パケットに含まれるパケット番号から導出される送信された総パケット数に対する受信パケット数の比率を表わすエラー率を算出する。

すべてのスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄからのパケットについて、カウントしたパケット数が１０００個である場合、つまりすべてのスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄについて、すべてのパケットを受信することができた場合（Ｓ２３）、マスター装置１ａは、通常モード時の遮断周波数を現在の遮断周波数に設定する（Ｓ２４）。その後、マスター装置１ａおよび各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄの設定が完了したので、通常モードに切り替える（Ｓ２５）。

一方、すべてのパケットを受信することができなかった場合、マスター装置１ａは、設定可能なすべての遮断周波数について、パケットの受信を行ったか否かを確認する（Ｓ２６）。すべての遮断周波数についてパケットの受信を行っていない場合、マスター装置１ａは、遮断周波数を変更し（Ｓ２７）、ステップＳ２２に戻る。

すべての遮断周波数についてパケットの受信を行った場合、エラー検出部４で検出された各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄに対応するエラー率の最大値が最小となる遮断周波数を選択し（Ｓ２８）、選択した遮断周波数に通常モード時の遮断周波数を設定する（Ｓ２４）。

上記より、複数台の重畳通信装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄがマスター・スレーブ構成であるときに、マスター装置１ａおよびスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄのそれぞれに対してバンドパスフィルタ２２の遮断周波数を最適値に変更することができる。

以下、本実施形態の通信システムの具体的な使用例について図２を用いて示す。監視端末器としての通信端末Ｂには第１監視情報を生じるスイッチが接続され、制御端末器としての通信端末Ｂには照明器具が負荷として接続されており、スイッチのオンオフに応じて照明器具への通電がオンオフされるように基本システムが構成されている。ここで、重畳通信装置１に接続された被監視機器Ｃは上記照明器具の消費電力を計量する電力計測器であって、他の重畳通信装置１に接続された監視装置Ｄは電力計測器で計量された消費電力を表示する検針装置である。

本実施形態の通信システムの使用例は上述したものに限るものではなく、例えば第２監視情報（ここでは消費電力の計量値）が過度に上昇したときに、節電を目的として照明器具の消費電力を低下させる調光制御を行うことも考えられる。

以上、本実施形態によれば、各重畳通信装置１において、通信線Ｗ上における重畳通信装置１の設置場所に応じて、信号減衰のノッチや、通信線Ｗの先端部での反射による信号歪みなどで、高周波の第２プロトコルの信号を抽出するためのバンドパスフィルタ２２の遮断周波数の最適値が変わったとしても、バンドパスフィルタ２２の遮断周波数を変更する遮断周波数変更部２４を備えることによって、第２プロトコルの信号の通信に適した通信状態に調整することができ、その結果、高周波の第２プロトコルの信号の伝送品質を高めることができる。

また、本実施形態によれば、第２プロトコルとは異なるプロトコル（第３プロトコル）を機器（被監視機器Ｃ、監視装置Ｄ）との通信に用いる場合であっても、プロトコル変換を行って、第３のプロトコルの信号を第２プロトコルの信号にすることができるので、第１プロトコルの信号に重畳させて他の重畳通信装置１に送信することができる。

さらに、本実施形態によれば、変更モードに設定されたときに通常モード時のバンドパスフィルタ２２の遮断周波数を変更することによって、第２プロトコルの信号を用いて通信が行われているとき（通常モードであるとき）に、バンドパスフィルタ２２の遮断周波数が不必要に変更されるのを防止することができる。

また、本実施形態によれば、各第２プロトコルのパケットにパケット番号を付与したことによって、受信側の重畳通信装置１が受信した情報（抽出した第２プロトコルのパケットのパケット数、パケット番号）でエラー率を簡単に検出することができる。

なお、実施形態１では、ハイパスフィルタ２５の遮断周波数（低域遮断周波数）は固定されたままであるが、実施形態１の変形例として、ハイパスフィルタ２５の遮断周波数を変更可能なものであってもよい。以下の実施形態２，３においても同様である。

ハイパスフィルタ２５の遮断周波数を変更可能な構成の一例としては、ハイパスフィルタ２５をＣＲ回路ではなく、オペアンプを用いたアクティブフィルタにした構成がある。遮断周波数変更部２４は、ハイパスフィルタ２５の１つのパラメータを変更することによって、ハイパスフィルタ２５の遮断周波数を変更する。

また、ハイパスフィルタ２５の遮断周波数を変更可能な構成の他の例としては、ハイパスフィルタ２５とローパスフィルタ２６の順番を入れ替えて、重畳信号の入力側から順にローパスフィルタ２６、ハイパスフィルタ２５が接続された構成がある。

上記のような構成によれば、入力インピーダンスに影響を与えずに、ローパスフィルタ２６の遮断周波数だけではなく、ハイパスフィルタ２５の遮断周波数も変更することができる。

（実施形態２）
実施形態２に係る通信システムは、図７に示すマスター装置１ａとスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄとの間でデータを送受信する必要がないときに設定用パケットを定期的に送受信して遮断周波数を変更する点で、実施形態１に係る通信システムと相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の重畳通信装置１において、重畳通信部２の送信部２０（図１参照）は、通常、機器（被監視機器Ｃ、監視装置Ｄ）からデータが受け取って、そのデータを伝送信号に重畳して通信する場合、図１０（ｂ）に示すパケットによってデータを他の重畳通信装置１に送信するが、データがないときも、図１０（ａ）に示すようにデータ領域をＮＵＬＬとしたパケットを定期的に他の重畳通信装置１に送信する。つまり、送信部２０は、情報が含まれている第２プロトコルの通常パケットとは異なり情報が含まれていない第２プロトコルの設定用パケットを第１プロトコルの信号に重畳した重畳信号を他の重畳通信装置１に送信する。

本実施形態の受信部２１（図１参照）は、他の重畳通信装置１から送信された重畳信号からバンドパスフィルタ２２を用いて第２プロトコルの設定用パケットを抽出する。

本実施形態のエラー検出部４は、受信部２１による第２プロトコルの設定用パケットの抽出エラーを検出する。エラー検出部４は、受信部２１で受信された複数の設定用パケットのうち、設定用パケットに含まれているフレーム・チェック・サムを用いて、正常に抽出できなかったものを抽出エラーとしている。

上記より、設定用パケットの受信側の重畳通信装置１は、設定用パケットを受信した際に、設定用パケットの受信状況を常に監視しておくことで、常に最適な状況を見つけることができる。

以上、本実施形態によれば、モードの切替を必要としないため、重畳通信装置１が新規に追加された場合であっても、エラー率に応じてバンドパスフィルタ２２の遮断周波数を容易に変更することができる。

（実施形態３）
実施形態３では、スレーブ変更モードとマスター変更モードとを自動で切り替える通信システムについて説明する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の通信システムでは、マスター装置１ａと各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄとのうち先にバンドパスフィルタ２２の遮断周波数の変更を行った一方の装置側は、上記変更が終了すると、モード切替部３がマスター変更モードとスレーブ変更モードとの間で切替を行う。また、送信部２０は、遮断周波数の変更完了情報を他方の装置に送信する。

他方の装置側は、受信部２１が変更完了情報を受信すると、モード切替部３がマスター変更モードとスレーブ変更モードとの間で切替を行う。

また、本実施形態では、各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄのバンドパスフィルタ２２の遮断周波数の変更がマスター装置１ａのバンドパスフィルタ２２の遮断周波数の変更よりも先に行われるので、各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄの送信部２０は、変更完了情報をマスター装置１ａおよび他のスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄにブロードキャストで送信する。

マスター装置１ａは、受信部２１がすべてのスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄから変更完了情報を受信していない場合、マスター装置１ａが受信していない変更完了情報のスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄとは異なるスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄに対して、マスター装置１ａが受信していない変更完了情報を受信しているか否かを確認するための確認信号を送信する。

各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄは、マスター装置１ａから確認信号を受信した場合、マスター装置１ａが受信していない変更完了情報を受信しているとき、マスター装置１ａが受信していない変更完了信号をマスター装置１ａに送信する。

次に、本実施形態に係る通信システムにおいての動作について図１１を用いて説明する。変更モードに切り替えられると、最初にスレーブ変更モードになる。スレーブ変更モードにおいて、各スレーブ装置１ｂ，１ｂ，１ｂのバンドパスフィルタ２２の遮断周波数の設定を行う（Ｓ３１）。その後、各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄは、自己のアドレスとともに変更完了情報をマスター装置１ａおよび他のスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄにブロードキャストで送信する（Ｓ３２）。マスター装置１ａは、各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄの変更完了情報を受信し（Ｓ３３）、接続台数分の変更完了情報があるか否かを確認する（Ｓ３４）。接続台数分の変更完了情報がある場合、マスター装置１ａは、すべてのスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄの変更完了情報を受信したと判断する（Ｓ３５）。その後、スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄの設定が完了したと判断し（Ｓ３６）、マスター装置１ａは、マスター変更モードに切り替える（Ｓ３７）。このとき、マスター装置１ａは、各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄに対して、マスター変更モードに切り替えるように指示する（Ｓ３８）。その後、マスター装置１ａのバンドパスフィルタ２２の遮断周波数の設定を行う（Ｓ３９）。その後、マスター装置１ａおよび各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄの設定が完了したので、通常モードに切り替える（Ｓ４０）。

一方、マスター装置１ａは、ステップＳ３４において接続台数分の変更完了情報を受信していない場合、どのスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄの変更完了情報がないかを確認するために、すべてのスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄにブロードキャストで確認情報を送信する（Ｓ４１）。変更完了情報はマスター装置１ａで受信できていなくても、他のスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄに受信されている可能性がある。したがって、他のスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄの変更完了情報を受信したスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄがあれば（Ｓ４２）、そのスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄは、変更完了情報をマスター装置１ａへ返信する（Ｓ４３）。これを受信したら、マスター装置１ａはすべてのスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄの変更完了情報を受信したと判断する（Ｓ３５）。一方、マスター装置１ａが受信していない変更完了情報を受信したスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄがない場合、個別に目視で、設定状態を確認し（Ｓ４４）、ステップＳ３６に進む。

以上、本実施形態によれば、マスター装置１ａおよびスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄのそれぞれに対して最適な遮断周波数を自動的に設定することができるので、エンジニアリング工数の少ないシステムとすることができる。

また、本実施形態によれば、あるスレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄからマスター装置１ａへの通信がエラーにより正常に行うことができない場合であっても、スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄ間で変更完了情報を通信することができるので、マスター装置１ａは、各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄの変更完了情報を確実に受信することができ、その結果、遮断周波数の自動設定時の通信エラーによるシステムダウンの発生を低減することができる。

なお、実施形態３では、各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄのバンドパスフィルタ２２の遮断周波数を先に設定したが、実施形態３の変形例として、マスター装置１ａのバンドパスフィルタ２２の遮断周波数を先に設定してもよい。この場合、マスター装置１ａのバンドパスフィルタ２２の遮断周波数を設定した後、マスター装置１ａは変更完了情報を各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄに送信する。その後、各スレーブ装置１ｂ，１ｃ，１ｄのバンドパスフィルタ２２の遮断周波数の設定が行われる。

実施形態１の重畳通信装置であって、（ａ）が全体構成を示すブロック図、（ｂ）が受信部の構成を示すブロック図である。 同上の通信システムの基本構成を示す概略システム構成図である。 （ａ）が同上に用いる伝送信号の形式の説明図、（ｂ）が伝送信号に第２プロトコルの信号が重畳された重畳信号を示す図である。 （ａ）が同上のバンドパスフィルタの回路図、（ｂ）がローパスフィルタの要部の回路図である。 同上のシステムにおける重畳通信装置の動作を示すフローチャートである。 同上の具体的な構成を示すシステム構成図である。 同上のシステムの動作を説明するための概略システム構成図である。 同上のシステムにおけるスレーブ変更モードでの動作を示すフローチャートである。 同上のシステムにおけるマスター変更モードでの動作を示すフローチャートである。 実施形態２におけるパケットであって、（ａ）が設定用パケットの構成を示す図、（ｂ）が通常パケットの構成を示す図である。 実施形態３のシステムにおける変更モードでの動作を示すフローチャートである。 従来例を示す概略システム構成図である。 他の従来例を示す概略システム構成図である。

符号の説明

１（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ） 重畳通信装置
２ 重畳通信部
２０ 送信部
２１ 受信部
２２ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２４ 遮断周波数変更部
２５ ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
２６ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
３ モード切替部
４ エラー検出部
５ 制御部
５０ プロトコル変換部
７ 機器通信部
Ｗ 通信線
ＯＰ オペアンプ
Ｒ１ 第１抵抗器（第１抵抗素子）
Ｒ２ 第２抵抗器（第２抵抗素子）
Ｒ３ 第３抵抗器（第３抵抗素子）
Ｃ１ 第１コンデンサ
Ｃ２ 第２コンデンサ

Claims (10)

1. 通信線を伝送される第１プロトコルの信号と当該第１プロトコルの信号より周波数が高く当該第１のプロトコルの信号に重畳される第２プロトコルの信号とを用いて通信が行われる通信システムに用いられ、前記第１プロトコルの信号に前記第２プロトコルの信号を重畳した重畳信号の送受信を行う重畳通信部を備える重畳通信装置であって、
   前記重畳通信部は、前記重畳信号から前記第２プロトコルの信号を抽出するためのバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタの遮断周波数を変更する遮断周波数変更部とを含む受信部を有し、
   前記受信部による前記第２プロトコルの信号の抽出エラーを検出するエラー検出部と、
   前記第２プロトコルの信号を用いて通信が行われる通常モードと前記バンドパスフィルタの遮断周波数を変更するための変更モードとを切り替えるモード切替部とをさらに備え、
   前記遮断周波数変更部は、前記第２プロトコルの信号を用いて通信を行うときの前記バンドパスフィルタの遮断周波数を、前記エラー検出部で検出された前記抽出エラーが最小となる遮断周波数に変更し、
   前記エラー検出部は、前記モード切替部で前記変更モードに切り替えられると前記抽出エラーを検出する
   ことを特徴とする重畳通信装置。
2. 通信線を伝送される第１プロトコルの信号と当該第１プロトコルの信号より周波数が高く当該第１のプロトコルの信号に重畳される第２プロトコルの信号とを用いて通信が行われる通信システムに用いられ、前記第１プロトコルの信号に前記第２プロトコルの信号を重畳した重畳信号の送受信を行う重畳通信部を備える重畳通信装置であって、
   前記重畳通信部は、前記重畳信号から前記第２プロトコルの信号を抽出するためのバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタの遮断周波数を変更する遮断周波数変更部とを含む受信部と、情報が含まれている第２プロトコルの通常パケットとは異なり情報が含まれていない第２プロトコルの設定用パケットを前記第１プロトコルの信号に重畳した重畳信号を送信する送信部とを有し、
   前記受信部による前記第２プロトコルの信号の抽出エラーを検出するエラー検出部をさらに備え、
   前記遮断周波数変更部は、前記第２プロトコルの信号を用いて通信を行うときの前記バンドパスフィルタの遮断周波数を、前記エラー検出部で検出された前記抽出エラーが最小となる遮断周波数に変更し、
   前記受信部は、他の重畳通信装置から送信された前記重畳信号から前記バンドパスフィルタを用いて前記第２プロトコルの設定用パケットを抽出し、
   前記エラー検出部は、前記受信部による第２プロトコルの設定用パケットの抽出エラーを検出する
   ことを特徴とする重畳通信装置。
3. 前記重畳通信部は、前記モード切替部で前記変更モードに切り替えられると複数の第２プロトコルのパケットにパケット番号を順に付加し当該複数の第２プロトコルのパケットを前記第１プロトコルの信号に重畳した重畳信号を送信する送信部を有し、
   前記受信部は、前記遮断周波数変更部で前記バンドパスフィルタの遮断周波数を変えて、他の重畳通信装置から送信された前記重畳信号から前記バンドパスフィルタを用いて前記複数の第２プロトコルのパケットを順に抽出し、
   前記エラー検出部は、前記バンドパスフィルタの遮断周波数ごとに、前記受信部で抽出された第２プロトコルのパケットに付加されたパケット番号を用いて、前記他の重畳通信装置が送信した複数の第２プロトコルのパケットの総パケット数を検出し、前記抽出エラーの検出として、前記総パケット数に対する前記受信部で抽出された第２プロトコルのパケットのパケット数の比率を表わすエラー率を算出し、
   前記遮断周波数変更部は、前記通常モード時の前記バンドパスフィルタの遮断周波数を、前記エラー検出部で検出されたエラー率が最小となる遮断周波数に変更する
   ことを特徴とする請求項１記載の重畳通信装置。
4. 機器に接続され当該機器との間で前記第２プロトコルとは異なる第３プロトコルの信号の送受信を行う機器通信部と、
   前記機器通信部で受信された前記第３プロトコルの信号を前記第２プロトコルの信号に変換し当該第２プロトコルの信号を前記重畳通信部に出力するプロトコル変換部と
   を備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の重畳通信装置。
5. 前記バンドパスフィルタは、前記重畳信号の高域成分を通過させるハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタの遮断周波数よりも高い遮断周波数であるローパスフィルタとを有し、
   前記ローパスフィルタは、非反転入力端子が接地されているオペアンプと、前記ローパスフィルタの入力端子と前記オペアンプの反転入力端子との間に当該ローパスフィルタの入力端子側から順に直列に接続される第１抵抗素子および第２抵抗素子と、一端が前記第１抵抗素子と前記第２抵抗素子の接続点に接続され他端が接地されている第１コンデンサと、前記第１抵抗素子と前記第２抵抗素子の接続点と前記オペアンプの出力端子との間に接続される第３抵抗素子と、前記オペアンプの反転入力端子と当該オペアンプの出力端子との間に接続される第２コンデンサとを有する２次フィルタであり、
   前記遮断周波数変更部は、前記第２抵抗素子の抵抗値を変えることによって、前記ローパスフィルタの遮断周波数を変更する
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の重畳通信装置。
6. 請求項１、２、４または５のいずれか１項に記載の重畳通信装置を複数台備えることを特徴とする通信システム。
7. 請求項３記載の重畳通信装置を複数台備えることを特徴とする通信システム。
8. 複数台の前記重畳通信装置は、１台のマスター装置と、それぞれ前記マスター装置によって制御される複数台のスレーブ装置とからなり、
   前記モード切替部は、前記変更モードとして、前記マスター装置のバンドパスフィルタの遮断周波数を変更するためのマスター変更モードと、各スレーブ装置のバンドパスフィルタの遮断周波数を変更するためのスレーブ変更モードとを有し、
   前記マスター装置は、
   前記マスター変更モードに切り替えられると、前記受信部が、前記遮断周波数変更部で前記バンドパスフィルタの遮断周波数を変えて、各スレーブ装置から送信された前記重畳信号から当該バンドパスフィルタを用いて前記複数の第２プロトコルのパケットを順に抽出し、
   前記エラー検出部が、前記バンドパスフィルタの遮断周波数ごとに、各スレーブ装置から送信された第２プロトコルのパケットの抽出に対応する前記エラー率をそれぞれ算出し、
   前記遮断周波数変更部が、前記通常モード時の前記バンドパスフィルタの遮断周波数を、前記エラー検出部で検出された各スレーブ装置に対応する前記エラー率の最大値が最小となる遮断周波数に変更する一方、
   前記スレーブ変更モードに切り替えられると、前記送信部が、前記重畳信号を各スレーブ装置にブロードキャストで送信し、
   各スレーブ装置は、
   前記スレーブ変更モードに切り替えられると、前記受信部が、前記遮断周波数変更部で前記バンドパスフィルタの遮断周波数を変えて、前記マスター装置から送信された前記重畳信号から当該バンドパスフィルタを用いて前記複数の第２プロトコルのパケットを順に抽出し、
   前記エラー検出部が、前記バンドパスフィルタの遮断周波数ごとに、前記マスター装置から送信された第２プロトコルのパケットの抽出に対応する前記エラー率をそれぞれ算出し、
   前記遮断周波数変更部が、前記通常モード時の前記バンドパスフィルタの遮断周波数を、前記エラー検出部で検出された前記エラー率が最小となる遮断周波数に変更する一方、
   前記マスター変更モードに切り替えられると、前記送信部が、前記重畳信号を前記マスター装置に送信する
   ことを特徴とする請求項７記載の通信システム。
9. 前記マスター装置と各スレーブ装置とのうち先に前記バンドパスフィルタの遮断周波数の変更を行った一方の装置側は、当該変更が終了すると前記モード切替部が前記マスター変更モードと前記スレーブ変更モードとの間で切替を行い、前記送信部が当該遮断周波数の変更完了情報を他方の装置に送信し、
   他方の装置側は、前記受信部が前記変更完了情報を受信すると、前記モード切替部が前記マスター変更モードと前記スレーブ変更モードとの間で切替を行う
   ことを特徴とする請求項８記載の通信システム。
10. 各スレーブ装置は、各スレーブ装置のバンドパスフィルタの遮断周波数の変更を前記マスター装置のバンドパスフィルタの遮断周波数の変更よりも先に行った場合に、前記送信部が前記変更完了情報を前記マスター装置および他のスレーブ装置にブロードキャストで送信し、
    前記マスター装置は、前記受信部がすべてのスレーブ装置から前記変更完了情報を受信していない場合、当該マスター装置が受信していない変更完了情報のスレーブ装置とは異なるスレーブ装置に対して、当該マスター装置が受信していない変更完了情報を受信しているか否かを確認するための確認信号を送信し、
    各スレーブ装置は、前記マスター装置から前記確認信号を受信した場合、前記マスター装置が受信していない変更完了情報を受信しているとき、当該マスター装置が受信していない変更完了信号を当該マスター装置に送信する
    ことを特徴とする請求項９記載の通信システム。

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