JP5286514B2 - 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し、特に親機と複数の子機との間で電力線搬送通信を行う電力線搬送通信システムに関する。

近年、電力線に１０ｋＨｚ以上の高周波電流を重畳して通信を行う電力線搬送通信（ＰＬＣ，Power Line Communications）が注目されている。以前は、電力線搬送通信の周波数帯域としては１０ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚの帯域（以下、低周波数帯域という。）のみが認められていたが、２００６年１０月の電波法令改正により、屋内限定ではあるものの２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚのより高帯域を用いることが認められた。これに伴い、数十〜数百Ｍｂｐｓの高速通信が可能になったことから、特に家庭内やオフィス内での利用に注目が集まっている。

しかし、従来通りの低周波数帯域を用いる電力線搬送通信システムも引き続き多用されている。具体的には、集合住宅内の各戸の電気メーターの検針（データ収集）や遠隔地からの機器制御に用いる例が挙げられる。

ここで、低周波数帯域を用いる電力線搬送通信装置における法制度について、簡単に説明しておく。

電波法では低周波数帯域を用いる電力線搬送通信装置を高周波利用設備として分類し、電波法施行規則は、高周波利用設備を免許不要で利用が可能となる型式制度を規定している。その中で一般用途として使える区分は「特別搬送式デジタル伝送装置」であり、型式指定のための具体的な条件が変調方式ごとに表１のように規定されている（施規第４６条の２第四号。一部の条件のみ抜粋。）。

この低周波数帯域にて使われる変調方式として、以下の説明例示では、１０ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚを用いる「スペクトル拡散方式以外の変調方式」としてのＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，直交波周波数分割多重)変調方式と、１１５ｋＨｚ又は１３２ｋＨｚを用いる位相変調方式（位相振幅変調方式を含む。）とする。以下、特に断らない限り、ＯＦＤＭ変調方式と言えば前者を指し、位相変調方式と言えば後者を指すことにする。

ＯＦＤＭ変調方式は、１０ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚの帯域をフルに用い、かつサブキャリアごとの適応変調を行えるので、比較的高速かつ信頼性の高い通信を実現できるという利点を有する。そのため、低周波数帯域の電力線搬送通信システムでは通常、ＯＦＤＭ変調方式による通信（以下、ＯＦＤＭ通信という。）が用いられる。一方で、現行の電波法施行規則では全サブキャリアの合計出力値が１００ｍＷ以下に制限されるため、ＯＦＤＭ通信はノイズが多い環境下での通信や遠方との通信には不利である。

位相変調方式は、ＯＦＤＭ変調方式に比べると低速な通信しかできないが、３５０ｍＷの出力を出せるので、ノイズが多い環境下での通信や遠方との通信に有効である。

低周波数帯域を用いる電力線搬送通信システムの具体的な例を挙げる。図９（ａ）は、３階建てで各階に７つずつの部屋を有する集合住宅Ａにおいて、各戸のメーター検針を行うための電力線搬送通信システムを示している。同図に示すように、このシステムは、１階（例えば分電盤付近）に設置された親機Ｄ０と、それぞれ親機Ｄ０に接続する階ごとの電力線Ｂ１〜Ｂ３とを備え、各電力線Ｂ１〜Ｂ３には、各戸ごとの子機Ｄ１１〜Ｄ３７がバス接続されている。

図９（ｂ）は、図９（ａ）に示した電力線搬送通信システムのネットワークトポロジを示している。同図に示すように、この電力線搬送通信システムでは、論理的には親機Ｄ０と各子機Ｄ１１〜Ｄ３７とが直接接続されており、相互にＯＦＤＭ通信による直接通信を行う。すなわち、親機Ｄ０は各子機Ｄ１１〜Ｄ３７から直接検針データを受信する。

なお、特許文献１には、電力線搬送通信装置間にリピータ（注：特許文献１では「レピータ」と称している。）を挿入することにより、電力線搬送通信システムの通信距離を延ばす技術が開示されている。

特開２００３−２２９７９３号公報

ところで、図９（ｂ）では、図９（ａ）に示した電力線搬送通信システムにおいて親機と各子機とがＯＦＤＭ通信により直接通信を行う例を示したが、実際にはこのような直接通信ができない場合もある。例えば、親機と子機との距離が離れ過ぎている場合、親機と子機とがＯＦＤＭ通信によって直接通信を行うことは困難である。

そこで、各子機にリピータ機能を内蔵し、ＯＦＤＭ通信では親機Ｄ０と直接通信することができない子機については、直接通信することができる子機を介して親機とＯＦＤＭ通信するようにすることが考えられる。以下、詳しく説明する。

図１０（ａ）は、図９（ａ）に示した電力線搬送通信システムにおいて、子機Ｄ１１〜Ｄ３７を、リピータを内蔵する子機Ｅ１１〜Ｅ３７で置き換えた例を示している。また、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示した電力線搬送通信システムのネットワークトポロジの例を示している。同図に示すように、この電力線搬送通信システムでは、子機Ｅ１５〜Ｅ１７，Ｅ２４〜Ｅ２７，Ｅ３３〜Ｅ３７が、ＯＦＤＭ通信では親機Ｄ０と直接通信することができない子機であり、子機Ｅ１４，２３，３２をリピータとして機能させる。

しかしながら、上記の電力線搬送通信システムでは、システム構築の際に人手を介して、子機Ｅ１４，２３，３２がリピータとして機能するようにするための設定を行う必要がある。このような設定は一般にシステムのユーザには難しいものであるため、メーカから専門家を派遣する必要があり、設置前の準備に手間がかかる結果となってしまっている。また、設定は設計図面又は竣工図面に基づいて行うことになるが、これらの図面に間違いがあると、通信できなくなるおそれもある。そして、これらの問題点は、電力線搬送通信システムの普及の妨げとなってしまっていた。

したがって、本発明の目的の一つは、子機をリピータとして機能させるための設定を、人手を介さずに行える電力線搬送通信システムを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明による電力線搬送通信システムは、親機と、前記親機に接続する電力線とを備え、前記電力線にはそれぞれリピータ機能を内蔵する複数の子機がバス接続される電力線搬送通信システムであって、前記親機は、前記子機ごとに、ＯＦＤＭ通信により直接通信できるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段がＯＦＤＭ通信により直接通信できると判定した子機の中からリピータ子機を選択する選択手段と、前記判定手段がＯＦＤＭ通信では直接通信できないと判定した子機との通信を前記リピータ子機を介する通信に切り替える切替手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、子機をリピータとして機能させるための設定を、人手を介さずに行うことが可能になる。

また、上記電力線搬送通信システムにおいて、前記選択手段は、前記判定手段がＯＦＤＭ通信により直接通信できると判定した子機と、その他の子機との間の通信品質に基づいて、前記リピータ子機を選択することとしてもよい。これによれば、リピータ子機と配下のリピータ経由通信子機との間の通信品質を最適化することが可能になる。

また、上記各電力線搬送通信システムにおいて、前記判定手段は、ＯＦＤＭ変調方式を用いて変調した確認信号を送信し、前記各子機は、前記確認信号を受信した場合に第１の応答信号を返送し、前記判定手段は、前記確認信号の送信後所定のタイミングで前記第１の応答信号が受信された子機について、ＯＦＤＭ通信により直接通信できると判定し、受信されなかった子機について、ＯＦＤＭ通信では直接通信できないと判定することとしてもよい。これによれば、判定手段は、ＯＦＤＭ変調方式により直接通信できるか否かを、子機ごとに適切に判定できる。

また、上記電力線搬送通信システムにおいて、前記親機と前記子機との直接通信は、第１の周波数帯を用いる第１のＯＦＤＭ通信により行われ、前記リピータ子機と他の子機との通信は、前記第１の周波数帯とは重複しない第２の周波数帯を用いる第２のＯＦＤＭ通信により行われることとしてもよい。これによれば、第１及び第２の周波数帯という重複しない２つの周波数帯を用いるので、リピータ子機が他の子機とＯＦＤＭ通信している間、親機はさらに他の子機とＯＦＤＭ通信することができる。したがって、リピータを用いる場合の通信時間が短縮される。

また、この電力線搬送通信システムにおいて、前記切替手段は、前記判定手段がＯＦＤＭ通信では直接通信できないと判定した子機に対して、前記ＯＦＤＭ通信より帯域が狭く出力が高い位相変調通信により、前記第１のＯＦＤＭ通信から前記第２のＯＦＤＭ通信への切り替えを指示することとしてもよい。位相変調通信の通信距離は、上述したようにＯＦＤＭ通信に比べて長いので、上記のようにすることで、切替手段が直接各子機に対して切り替えの指示をできるようになる。

また、これらの電力線搬送通信システムにおいて、前記親機に接続し、複数の子機がバス接続された電力線を複数備えることとしてもよい。これによれば、各電力線上のリピータ子機は、他の電力線上のリピータ子機から独立して、第２のＯＦＤＭ通信により当該電力線上の子機と通信することができるので、複数の電力線を有する場合の通信時間がより短縮される。

また、上記各電力線搬送通信システムにおいて、前記リピータ子機は、前記第１のＯＦＤＭ通信により前記親機から受信した情報を蓄積するとともに、前記第２のＯＦＤＭ通信により他の子機から受信した情報を蓄積するバッファを備えることとしてもよい。これによれば、親機とリピータ子機との通信回数を減らすことができるので、通信時間がさらに短縮される。

本発明によれば、子機をリピータとして機能させるための設定を、人手を介さずに行うことが可能になる。

（ａ）は、本発明の実施の形態による電力線搬送通信装置のシステム構成を示す図である。（ｂ）は、（ａ）に示した電力線搬送通信システムのネットワークトポロジを示す図である。 本発明の実施の形態による第１及び第２の周波数帯の説明図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態による親機の機能ブロックを示す図である。（ｂ）は、本発明の実施の形態による子機の機能ブロックを示す図である。 本発明の実施の形態による電力線搬送通信システム内の各子機と親機との通信状態を示す図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施の形態による親機と各子機との間若しくは子機間で送受信される信号のフォーマットを示す図である。 本発明の実施の形態による親機と各子機との間及び子機間での通信ステップを示す模式図である。 本発明の実施の形態による親機の処理手順を示す図である。 本発明の実施の形態による通信品質確認用の信号のフォーマットを示す図である。 （ａ）は、本発明の背景技術による電力線搬送通信システムのシステム構成を示す図である。（ｂ）は、（ａ）に示した電力線搬送通信システムのネットワークトポロジを示す図である。 （ａ）は、本発明の背景技術による電力線搬送通信システムのシステム構成を示す図である。（ｂ）は、（ａ）に示した電力線搬送通信システムのネットワークトポロジを示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、初めに電力線搬送通信システムのシステム構成について説明し、その後、子機をリピータとして機能させるための設定に係る処理について説明することにする。

図１は、本実施の形態による電力線搬送通信システム１のシステム構成を示す図である。同図に示すように、電力線搬送通信システム１は、親機Ｃ０と、それぞれ親機Ｃ０に接続する電力線Ｂ１〜Ｂ３とを備え、各電力線Ｂ１〜Ｂ３には、それぞれリピータ機能を内蔵する子機Ｃ１１〜Ｃ３７がバス接続されている。親機Ｃ０及び各子機Ｃ１１〜Ｃ３７はいずれも電力線搬送通信装置であり、相互に、上述したＯＦＤＭ変調通信又は位相変調通信による電力線搬送通信を行う。そして、図示しない端末装置（パソコン、電気メータなど）と接続されて端末装置間での通信を実現する。

電力線Ｂ１〜Ｂ３は親機Ｃ０の近辺に設けられた接続点Ｎ（例えば分電盤）で互いに接続されており、一の電力線に流れる信号は、他の電力線にも流れる。したがって、電力線Ｂ１〜Ｂ３に、同一周波数の信号を互いに独立して同時に流すことは原則としてできないが、接続点Ｎとの距離がある程度以上離れている子機が送信した信号は、接続点Ｎに到達する前に減衰してしまうため他の電力線に流れこむことはない。したがって、このような信号に限れば、電力線Ｂ１〜Ｂ３に、同一周波数の信号を互いに独立して同時に流すことが可能である。

この電力線搬送通信システム１は、具体的には、例えば図９に示した背景技術の例と同様、３階建てで各階に７つずつの部屋を有する集合住宅Ａに設置され、各戸のメーター検針を行うために用いられる。以下の説明では、親機Ｃ０に接続される端末装置はパソコンであり、各子機に接続される端末装置は電気メータであるとし、パソコンから各電気メータの検針データの取得を行う例を取り上げる。なお、本発明が電気メータの検針データを取得する電力線搬送通信システムに限定されないのはもちろんである。

ここで、親機Ｃ０及び各子機Ｃ１１〜Ｃ３７の詳細について説明するに先立ち、低周波数帯域を分割してなる第１及び第２の周波数帯について説明しておく。

電力線搬送通信システム１では、ＯＦＤＭ通信を行う際、低周波数帯域（１０ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚ）を第１の周波数帯Ｆ_１と第２の周波数帯Ｆ_２に分割して用いる。すなわち、親機Ｃ０及び各子機Ｃ１１〜Ｃ３７は、いずれか一方の周波数帯に属するサブキャリアのみを用いて、ＯＦＤＭ信号（ＯＦＤＭ変調方式によって変調された搬送波信号）を生成する。

図２は、第１及び第２の周波数帯の説明図である。まず、同図に示すように、第１の周波数帯Ｆ_１は１０ｋＨｚ〜２２０ｋＨｚの周波数帯域であり、第２の周波数帯Ｆ_２は２４０ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚの周波数帯域である。低周波数帯域は１０ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚであるので、第１の周波数帯Ｆ_１は概ね低周波数帯域の下半分を占め、第２の周波数帯Ｆ_２は概ね上半分を占めていることになる。

さて、図３（ａ）は、親機Ｃ０の機能ブロックを示す図である。同図に示すように、親機Ｃ０は、それぞれ電力線に接続するＦ_１モデム１１及び同期信号生成器１２と、制御部１３と、バッファ１４と、端末装置としてのパソコンに接続するインターフェイス１５とを有している。

Ｆ_１モデム１１は、第１の周波数帯Ｆ_１を用いてＯＦＤＭ通信（第１のＯＦＤＭ通信）又は位相変調通信を行うモデムである。ただし、指示データ及び検針データの送受信にはＯＦＤＭ通信のみを用いる。具体的には、制御部１３の指示に従い、バッファ１４に記憶されるデータ又はインターフェイス１５を介してパソコンから入力されるデータに基づいて第１の周波数帯Ｆ_１の搬送波信号を変調し、電力線に送出する。また、電力線を流れる第１の周波数帯Ｆ_１の変調搬送波信号を受信して復調し、得られたデータを、制御部１３の指示に従ってバッファ１４又はインターフェイス１５に出力する。

Ｆ_１モデム１１は、搬送波信号の変復調にＯＦＤＭ変調方式又は位相変調方式を用いる。ＯＦＤＭ変調方式を用いる場合、搬送波信号は、第１の周波数帯Ｆ_１に属するサブキャリアのみによって構成される広帯域信号となる。位相変調方式を用いる場合には、搬送波信号は単一周波数信号であり、その周波数は１１５ｋＨｚ又は１３２ｋＨｚとなる。

なお、ＯＦＤＭ信号は各サブキャリアの出力の合計が１００ｍＷとなるように出力調整されて送出される。一方、位相変調信号は３５０ｍＷの出力で送出される。このような出力としているのは、上掲の表１に示した法規制に従うためである。

また、Ｆ_１モデム１１は、信号を送信する際、ＣＳＭＡ／ＣＡ(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)方式を用いるよう構成されている。すなわち、Ｆ_１モデム１１は、送信を開始する前に一度受信を試み（キャリアセンス）、他の装置の送信信号が検知されなければ、送信データの送信を行う。他の装置の送信信号が検知された場合には、その送信信号の送信終了を監視し、送信終了が検知された場合に所定時間待機してから送信データの送信を行う。なお、この所定時間は待機回数の増加に応じて短くなるよう決定される。通信開始時のネゴシエーションは行われない。

同期信号生成器１２は、電力線を流れる信号に既知の同期信号が含まれているか否かを監視する。含まれていることが検出された場合、その同期信号を用いて同期を確立し、同期を確立したことを示す情報を制御部１３に通知する。この通知を受けた制御部１３は、Ｆ_１モデム１１に復調処理を開始させる。

制御部１３は、ここまでに挙げた処理の他、親機Ｃ０の各部を制御する処理を行う。また、制御部１３は、パソコンからの指示に従って検針データの送信を指示するための指示データを生成し、Ｆ_１モデム１１を用いて各子機に向けて送信するとともに、指示データに応じて各子機から返送されてきた検針データをＦ_１モデム１１を介して受信する。

なお、親機Ｃ０が指示データを送信する順序は、予めプログラミングされる。このプログラミングの詳細については後述する。また、制御部１３は機能的に、判定部１６（判定手段）、選択部１７（選択手段）、切替部１８（切替手段）を含んでいるが、これらの処理についても後述する。

バッファ１４は、制御部１３の指示に従い、Ｆ_１モデム１１から入力されるデータを記憶する記憶手段である。インターフェイス１５はパソコンとの間でデータの入出力を行う。

図３（ｂ）は、子機Ｃ１１〜Ｃ３７の機能ブロックを示す図である。なお、本実施の形態では、いずれの子機も同様の機能ブロックを有している。図３（ｂ）に示すように、子機Ｃ１１〜Ｃ３７は、それぞれ電力線に接続するＦ_１モデム２１、Ｆ_２モデム２２及び同期信号生成器２３と、制御部２４と、バッファ２５と、端末装置としての電気メータに接続するインターフェイス２６とを有している。

Ｆ_１モデム２１の機能は、上述したＦ_１モデム１１の機能と同様である。すなわち、Ｆ_１モデム２１は、第１の周波数帯Ｆ_１を用いてＯＦＤＭ通信（第１のＯＦＤＭ通信）又は位相変調通信を行う。また、信号の送信にはＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いる。

Ｆ_２モデム２２の機能は、使用する周波数帯が第２の周波数帯Ｆ_２である点を除いて、Ｆ_１モデム２１の機能と同様である。すなわち、Ｆ_１モデム２２は、第１の周波数帯Ｆ_１とは重複しない第２の周波数帯Ｆ_２を用いて、ＯＦＤＭ通信（第２のＯＦＤＭ通信）を行う。具体的には、制御部２４の指示に従い、バッファ２５に記憶されるデータ又はインターフェイス２６を介して図示しない端末装置から入力されるデータに基づいて第２の周波数帯Ｆ_２の搬送波信号を変調し、電力線に送出する。また、電力線を流れる第２の周波数帯Ｆ_２の変調搬送波信号を受信して復調し、得られたデータを、制御部２４の指示に従ってバッファ２５又はインターフェイス２６に出力する。なお、Ｆ_２モデム２２は位相変調通信は行わない。また、信号の送信にはＣＳＭＡ／ＣＡ方式を用いる。

同期信号生成器２３の機能は、上述した同期信号生成器１２の機能と同様である。なお、同期信号生成器２３から同期を確立したことを示す情報の通知を受けた制御部２４は、Ｆ_１モデム２１又はＦ_２モデム２２に復調処理を開始させる。

制御部２４は、ここまでに挙げた処理の他、子機の各部を制御する処理を行う。また、制御部２４は、親機Ｃ０又は他の子機から自機宛の上記指示データ（検針データを送信するよう指示するための指示データ）が受信された場合、インターフェイス２６を介して電気メータにアクセスして検針データを取得し、取得した検針データを、指示データを受信したモデムを用いて返送する。

さらに、制御部２４は、自機を、親機Ｃ０と他の子機との間の通信を中継するリピータとして機能させるか否かを記憶している。リピータとして機能させる場合には、さらに配下の子機を示す情報も記憶しており、Ｆ_１モデム２１を介して親機Ｃ０から配下の子機宛の上記指示データが受信された場合、Ｆ_２モデム２１を用いて宛先の子機に対して指示データを転送する。そして、この転送に応じて配下の子機から返送されてきた指示データを、Ｆ_１モデム２１を用いて親機Ｃ０に転送する。

バッファ２５は、制御部２４の指示に従い、Ｆ_１モデム２１及びＦ_２モデム２２から入力されるデータを記憶する記憶手段である。インターフェイス２６は電気メータとの間でデータの入出力を行う。

ここから、親機Ｃ０と子機Ｃ１１〜Ｃ３７の間で行われる通信について、詳しく説明していく。

初めに、以下の説明の前提を説明しておく。以下では、電力線搬送通信システム１内の各子機と親機Ｃ０との通信状態は、図４に示す通りであると仮定する。すなわち、図４に示すように、親機Ｃ０は、子機Ｃ１１〜Ｃ１４、Ｃ２１〜Ｃ２３、Ｃ３１〜Ｃ３２との間で、ＯＦＤＭ信号と位相変調信号（位相変調方式により変調された搬送波信号）の両方を送受信できる。その他の子機Ｃ１５〜Ｃ１７、Ｃ２４〜Ｃ２７、Ｃ３３〜Ｃ３７との間では、ＯＦＤＭ信号は送受信できないが、位相変調信号の送受信はできる。

さて、図１（ｂ）は、電力線搬送通信システム１のネットワークトポロジを示す図である。同図に示すように、本実施の形態では、論理的に親機Ｃ０と直接接続しているのは子機Ｃ１１〜Ｃ１４，Ｃ２１〜Ｃ２３，Ｃ３１〜Ｃ３２（以下、直接通信子機と総称する。）のみである。このうち、子機Ｃ１４，Ｃ２３，Ｃ３２はリピータ（以下、リピータ子機と総称する。）として用い、各電力線上で親機Ｃ０との距離がリピータ子機よりも離れている子機Ｃ１５〜Ｃ１７，Ｃ２４〜Ｃ２７，Ｃ３３〜Ｃ３７（以下、リピータ経由通信子機と総称する。）は、リピータとしての子機Ｃ１４，Ｃ２３，Ｃ３２を介して、親機Ｃ０と接続されている。

このようなネットワークトポロジを採用しているのは、図４に示したように、リピータ経由通信子機は、距離が離れ過ぎていて親機Ｃ０とＯＦＤＭ通信による直接通信ができないためである。具体的に各子機を直接通信子機、リピータ経由通信子機のいずれとするか、またどの子機をリピータ子機として用いるかについては、親機Ｃ０の処理によってシステム立ち上げ時に自動決定される。この処理の詳細については、後に子機をリピータとして機能させるための設定に係る処理を説明する際に説明する。

図１（ａ）（ｂ）に示すように、親機Ｃ０と各直接通信子機との通信には、第１の周波数帯Ｆ_１を用いる。つまり、各直接通信子機は、Ｆ_１モデム２１により親機Ｃ０とのＯＦＤＭ通信（第１のＯＦＤＭ通信）又は位相変調通信を行う。ただし、指示データや検針データの送受信にはＯＦＤＭ通信のみを用いるというのは、上述したとおりである。一方、リピータ子機とリピータ経由通信子機との通信には、第２の周波数帯Ｆ_２を用いる。つまり、これらの子機は、Ｆ_２モデム２２により相互にＯＦＤＭ通信（第２のＯＦＤＭ通信）を行う。

図５の各図は、親機Ｃ０と各子機との間若しくは子機間で送受信される信号のフォーマットを示す図である。なお、これらの図に示しているのはネットワークレイヤより上位のレイヤに係る部分のみであって、同期信号など、ネットワークレイヤより低いレイヤに係る部分については示していない。以下、これらの図を参照しながら、親機Ｃ０と各子機との間及び子機間での信号の送受信について説明する。

まず、図５（ａ）は、親機Ｃ０が直接通信子機（リピータ子機を除く）に指示データを送信する際に用いる信号のフォーマットである。パソコンから検針データ取得の指示を受けた親機Ｃ０は、指示データと、宛先アドレスとしての直接通信子機のアドレスと、送信元としての自機のアドレスとを含む信号を生成し、第１のＯＦＤＭ通信により電力線Ｂ１〜Ｂ３上に送出する。各子機は電力線上を流れる信号のヘッダを監視しており、自機のアドレスが付加された信号が流れてきた場合に、その信号を受信する。

図５（ｂ）は、直接通信子機（リピータ子機を除く）が親機Ｃ０に検針データを送信する際に用いる信号のフォーマットである。図５（ａ）の信号を受信した各直接通信子機は、まず電気メータから検針データを取得する。そして、検針データと、宛先アドレスとしての親機Ｃ０のアドレスと、送信元としての自機のアドレスとを含む信号を生成し、第１のＯＦＤＭ通信により電力線上に送出する。親機Ｃ０は電力線Ｂ１〜Ｂ３上を流れる信号のヘッダを監視しており、自機のアドレスが付加された信号が流れてきた場合に、その信号を受信する。以上の処理により、直接通信子機（リピータ子機を除く）からの検針データの取得が完了する。

次に、図５（ｃ）は、親機Ｃ０がリピータ子機及びリピータ経由通信子機に指示データを送信する際に用いる信号のフォーマットである。親機Ｃ０は、指示データと、宛先アドレスとしてのリピータ子機のアドレスと、送信元としての自機のアドレスとを含む信号を生成し、第１のＯＦＤＭ通信により電力線Ｂ１〜Ｂ３上に送出する。

図５（ｄ）は、リピータ子機が配下のリピータ経由通信子機に指示データを転送する際に用いる信号のフォーマットである。リピータ子機は、親機Ｃ０から受信した信号の宛先アドレス及び送信元アドレスを、それぞれリピータ経由通信子機のアドレス及び自機のアドレスで書き換え、第２のＯＦＤＭ通信により電力線上に送出する。

図５（ｅ）は、リピータ経由通信子機がリピータ子機に検針データを送信する際に用いる信号のフォーマットである。図５（ｄ）の信号を受信した各リピータ経由通信子機は、まず電気メータから検針データを取得する。また、受信した信号の送信元アドレスから、検針データの宛先アドレス（すなわち、リピータ子機のアドレス）を取得する。そして、検針データと、宛先アドレスとしてのリピータ子機のアドレスと、送信元としての自機のアドレスとを含む信号を生成し、第２のＯＦＤＭ通信により電力線上に送出する。

図５（ｆ）は、リピータ子機が親機Ｃ０に検針データを送信する際に用いる信号のフォーマットである。図５（ｂ）の信号を受信したリピータ子機は、自機に接続されている電気メータから検針データを取得し、バッファ２５（図３（ｂ））に蓄積する。また、図５（ｅ）に示した信号により、配下のリピータ経由通信子機からも検針データを取得し、バッファ２５（図３（ｂ））に蓄積する。そして、リピータ子機は、すべての検針データの取得が完了したら、蓄積された検針データと、宛先アドレスとしての親機Ｃ０のアドレスと、送信元としての自機のアドレスとを含む信号を生成し、第１のＯＦＤＭ通信により電力線上に送出する。親機Ｃ０は、この信号を受信することにより、リピータ子機及びリピータ経由通信子機からの検針データの取得を完了する。

以上、親機Ｃ０と各子機との間及び子機間で行われる信号の送受信について説明した。次に、この信号送受信の具体的な手順について説明する。

図６は、親機Ｃ０と各子機との間及び子機間での通信ステップを示す模式図である。同図中の矢印は信号ａ〜ｆの送受信を示している。なお、信号ａ〜ｆは、図５（ａ）〜（ｆ）に対応している。また、以下の説明で親機Ｃ０が信号を送信する順序は、子機の数などを考慮して、総通信ステップ数が最も少なくなるように予めプログラミングされたものである。

まず初めに、信号の同時送受信について説明しておく。信号ａ〜ｃ，ｆの送受信には第１のＯＦＤＭ通信が用いられ、信号ｄ，ｅの送受信には第２のＯＦＤＭ通信が用いられることから、信号ａ〜ｃ，ｆと信号ｄ，ｅとは、電力線Ｂ１〜Ｂ３上で同時に送受信することができる。また、各リピータ子機及びその配下のリピータ経由通信子機の間で送受信される信号は、機器間の距離が十分に離れているため、他のリピータ子機及びその配下のリピータ経由通信子機の間で送受信される信号とは干渉しない。したがって、各リピータ子機及びその配下のリピータ経由通信子機の間での信号の送受信は、各電力線上で互いに独立して同時に行うことが可能である。親機Ｃ０における上記プログラミングは、これらを考慮して行われる。

さて、図６に示すように、親機Ｃ０は、まず３つのリピータ子機Ｃ３２，Ｃ２３，Ｃ１４を順次宛先として、信号ｃ（指示データを含む信号）を送信する（ステップ１〜３）。この送信は第１のＯＦＤＭ通信により行われる。

各リピータ子機Ｃ３２，Ｃ２３，Ｃ１４は、親機Ｃ０から信号ｃを受信すると直ちに、配下のリピータ経由通信子機のうちのひとつを宛先として、信号ｄ（指示データを含む信号）を第２のＯＦＤＭ通信により送信する（ステップ２〜４）。信号ｄを受信したリピータ経由通信子機は直ちに検針データを取得し、リピータ子機に向けて信号ｅ（検針データを含む信号）を第２のＯＦＤＭ通信により返送する（ステップ３〜５）。各リピータ子機Ｃ３２，Ｃ２３，Ｃ１４は、こうして受信した信号ｅに含まれる検針データをバッファ２５に蓄積する。各リピータ子機Ｃ３２，Ｃ２３，Ｃ１４は、以上の処理を配下のリピータ経由通信子機すべてについて繰り返す（リピータ子機Ｃ３２についてはステップ２〜１１。リピータ子機Ｃ２３についてはステップ３〜１０。リピータ子機Ｃ１４についてはステップ４〜９。）。そして、すべての配下のリピータ経由通信子機の検針データが蓄積されたら、自機の検針データも含む信号ｆを生成し、親機Ｃ０に向けて第１のＯＦＤＭ通信により送信する。

本実施の形態では各リピータ子機Ｃ３２，Ｃ２３，Ｃ１４の配下にそれぞれ５つ，４つ，３つのリピータ経由通信子機があるので、親機Ｃ０がリピータ子機Ｃ１４に向けて信号ｃを送信したステップ３の７ステップ後であるステップ１０で、まずリピータ子機Ｃ１４が信号ｆを親機Ｃ０に向けて第１のＯＦＤＭ通信により送信する。次に、ステップ１１，１２で、リピータ子機Ｃ２３，Ｃ３２が順次、信号ｆを親機Ｃ０に向けて第１のＯＦＤＭ通信により送信する。

ステップ４〜９でリピータ子機が上記処理を行っている間、親機Ｃ０は直接通信子機Ｃ１１〜Ｃ１３との間で第１のＯＦＤＭ通信により信号ａ，ｂの送受信を行い、これらの子機から検針データを取得する。また、親機Ｃ０は、ステップ１３以降で、残りの直接通信子機Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ３１との間で第１のＯＦＤＭ通信により信号ａ，ｂの送受信を行い、これらの子機から検針データを取得する。最終的に、ステップ１８が完了した時点で、すべての子機からの検針データの取得が完了する。

以上説明したように、電力線搬送通信システム１では、第１及び第２の周波数帯という重複しない２つの周波数帯を用いているので、リピータ子機がリピータ経由通信子機とＯＦＤＭ通信している間、親機は他の子機とＯＦＤＭ通信することができる。したがって、リピータを用いる場合の通信時間が短縮される。より具体的に言えば、図１７に示した背景技術では検針データの取得を完了するまでに６６ステップを要していたものが、電力線搬送通信システム１では１８ステップで完了している。

また、各電力線上のリピータ子機は、他の電力線上のリピータ子機から独立して、配下のリピータ経由通信子機と通信することができるので、複数の電力線を有する場合の通信時間が短縮されている。

また、リピータ子機にバッファを備えたことにより、親機とリピータ子機との通信回数を減らすことができるので、通信時間がさらに短縮されている。

さて、ここから、子機をリピータとして機能させるための設定に係る処理について説明する。なお、この処理は電力線搬送通信システム１の立ち上げ時に行うことが好適である。また、初期状態では、各子機はＦ_１モデム２１を用いて第１のＯＦＤＭ通信を行うよう設定されている。

図３（ａ）に示したように、親機Ｃ０は、判定部１６、選択部１７、切替部１８を含んでいる。このうち、まず判定部１６が、ＯＦＤＭ通信により直接通信できるか否かを子機ごとに判定する。次に、選択部１７は、判定部１６がＯＦＤＭ通信により直接通信できると判定した子機の中から、リピータとして機能させる子機を選択し、選択した子機をリピータ子機として記憶する。そして、切替部１８は、判定部１６がＯＦＤＭ通信により直接通信できないと判定した子機との通信を、リピータ子機を介する通信に切り替える。すなわち、これらの子機をリピータ経由通信子機として記憶するとともに、リピータ子機に対してリピータとして機能するよう命令する。また、各リピータ経由通信子機に対して、位相変調通信により、第１のＯＦＤＭ通信から第２のＯＦＤＭ通信への切り替えを指示する。

以下、親機Ｃ０の具体的な処理手順について詳しく説明する。

図７は、電力線Ｂ２に接続している各子機Ｃ２１〜Ｃ２７に関する処理の手順を示している。以下、この図７を参照しながら親機Ｃ０の処理について詳しく説明していくが、電力線Ｂ１，Ｂ３に接続している各子機に関しても、同様な手順で処理が行われる。

図７に示すように、まず判定部１６が、通信品質確認用の信号ｇ（確認信号）をブロードキャストキャスト送信する（ステップ１）。この送信は、第１のＯＦＤＭ通信により行われる。

図８は、上記信号ｇのフォーマットを示す図である。同図に示すように、通信品質確認用の信号ｇは、プリアンブルとブロードキャストデータとを含んで構成される。なお、プリアンブルにはブロードキャストアドレスが含まれ、ブロードキャストデータには当該信号が通信品質確認用の信号であることを示す所定のデータが含まれる。

図７に戻る。各子機は、Ｆ_１モデム２１を介して信号ｇが受信されると、その受信品質を測定する。なお、受信品質には、受信レベル、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）、ビットエラー数、フレームエラー数などが含まれる。

子機Ｃ２１〜Ｃ２３は、図４に示したように、親機Ｃ０との間でＯＦＤＭ信号を送受信できる。したがって、子機Ｃ２１〜Ｃ２３は信号ｇを受信し、信号ｇが受信されたことを示す情報と、信号ｇの受信品質を示す情報を含む信号ｈを生成し、親機Ｃ０に向けて第１のＯＦＤＭ通信により送信する（ステップ２）。これに対し、子機Ｃ２４〜Ｃ２７は、図４に示したように、親機Ｃ０との間でＯＦＤＭ信号を送受信できない。したがって、子機Ｃ２４〜Ｃ２７は信号ｇを受信できず、親機Ｃ０に向けて何も送信しない。判定部１６は、所定のタイミングで子機Ｃ２４〜Ｃ２７からの信号が受信されないことにより、ＯＦＤＭ通信では子機Ｃ２４〜Ｃ２７との直接通信ができないと判定する。

次に、判定部１６は、上記信号ｇと内容的には同様の信品質確認用の信号ｉを、再度ブロードキャストキャスト送信する。今度の送信は、１１５ｋＨｚ及び１３２ｋＨｚの位相変調通信をそれぞれ用いて、２度にわたって行われる（ステップ３，５）。

各子機は、Ｆ_１モデム２１を介して信号ｉが受信されると、その受信品質を測定する。なお、受信品質の内容は上述した信号ｇの場合と同様である。

子機Ｃ２１〜Ｃ２７はいずれも、図４に示したように、親機Ｃ０との間で位相変調信号を送受信できる。したがって、子機Ｃ２１〜Ｃ２７は信号ｉを受信し、信号ｉが受信されたことを示す情報と、信号ｉの受信品質を示す情報を含む信号ｊを生成し、親機Ｃ０に向けて位相変調通信により送信する（ステップ４，６）。

以上の処理により、判定部１６は、子機Ｃ２１〜Ｃ２３をＯＦＤＭ通信により直接通信できる子機であると判定し、子機Ｃ２４〜Ｃ２７をＯＦＤＭ通信では直接通信できない子機であると判定する。

以上説明した判定部１６の処理が完了し、ＯＦＤＭ通信で直接通信できない子機が１つでも存在していた場合、次に切替部１８が、ＯＦＤＭ通信では直接通信できないと判定された子機Ｃ２４〜Ｃ２７に対し、第１のＯＦＤＭ通信から第２のＯＦＤＭ通信への切り替えを指示するための指示信号ｋを、位相変調通信により送信する（ステップ７）。指示信号ｋを受信した子機Ｃ２４〜Ｃ２７は、それ以降、Ｆ_２モデム２２にてＯＦＤＭ信号を待機する。

次に、選択部１７がリピータ子機候補を選択する。具体的には、判定部１６によりＯＦＤＭ通信により直接通信できると判定された子機Ｃ２１〜Ｃ２３の中から、通信品質の低い順に所定個の子機をリピータ子機候補として選択する。通信品質の低い順とするのは、親機Ｃ０との通信品質が低いほど、直接通信できない子機に近いと考えられるからである。ここでは、所定個を２個とすることにすると、子機Ｃ２２，Ｃ２３がリピータ子機候補として選択される。

選択部１７は、選択したリピータ子機候補に対して、順次、子機Ｃ２４〜Ｃ２７の存在確認を行うよう命令するための命令信号ｌを送信する（ステップ８，１２）。命令信号ｋの送信順は選択部１７が決定すればよい。各リピータ子機候補の制御部２４（図３（ｂ））は、この命令信号ｌを受信すると、上述した判定部１６の処理と同様に、通信品質確認用の信号ｇをブロードキャスト送信し（ステップ９，１３）、各子機からの応答信号ｈ（ステップ１０，１４）をバッファ２５に蓄積する。なお、ここでの信号ｇの送信には第２のＯＦＤＭ通信が用いられる。そのため、この信号ｇは子機Ｃ２４〜Ｃ２７のみによって受信され、子機Ｃ２１〜Ｃ２３は受信しない。そして、一定時間が経過したら、バッファ２５に蓄積した各応答信号を含む信号ｍを生成し、親機Ｃ０に向けて送信する（ステップ１１，１５）。

選択部１７は、各リピータ子機候補Ｃ２２，Ｃ２３から受信した信号ｍに基づき、どちらの子機が、子機Ｃ２４〜Ｃ２７との通信状態がより良好であるかを判定する。そして、より良好であると判定した子機を、リピータ子機として選択する。なお、図１の例では、子機Ｃ２３の方が子機Ｃ２４〜Ｃ２７との距離が近いので、子機Ｃ２３がリピータ子機として選択される。

選択部１７がリピータ子機を選択したら、次に切替部１８が、リピータ子機Ｃ２３に対して、リピータとして機能するよう命令するための命令信号ｎを第１のＯＦＤＭ通信により送信する（ステップ１６）。この命令信号ｎには、配下のリピータ経由通信子機となる子機Ｃ２４〜Ｃ２７を示す情報が含まれる。

リピータ子機Ｃ２３の制御部２４（図３（ｂ））は、この命令信号ｎを受信すると、自機がリピータ子機となることを記憶し、リピータとしての動作を開始する。そして、親機Ｃ０に対してネットワーク構築完了通知のための信号ｏを第１のＯＦＤＭ通信により送信する（ステップ１７）。親機Ｃ０は、この信号ｏを受信することにより子機Ｃ２３がリピータとして機能し始めたことを認識し、子機Ｃ２３をリピータとして用いる運用モードを開始する。具体的には、検針データの取得の際、子機Ｃ２４〜Ｃ２７には指示データを送らないこととし、子機Ｃ２４〜Ｃ２７の検針データはリピータ子機Ｃ２３から受信する。

以上説明したように、電力線搬送通信システム１によれば、子機をリピータとして機能させるための設定を、人手を介さずに行うことが可能になる。すなわち、リピータ子機を介して通信を行うリピータ経由通信子機と直接通信する直接通信子機とを、システム構築後に人手を介さずに分類することが可能になる。また、親機Ｃ０は、リピータ子機を適切に選択できる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明が、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施され得ることは勿論である。

例えば、上記実施の形態では３つの電力線Ｂ１〜Ｂ３を用いる電力線搬送通信システム１を例に挙げて説明したが、本発明は、１つの電力線のみを用いる電力線搬送通信システムにおいても、同様な効果を奏する。

１ 電力線搬送通信システム
１１，２１ Ｆ_１モデム
１２，２３ 同期信号生成器
１３，２４ 制御部
１４，２５ バッファ
１５，２６ インターフェイス
１６ 判定部
１７ 選択部
１８ 切替部
２２ Ｆ_２モデム
Ｂ１〜Ｂ３ 電力線
Ｃ０ 親機
Ｃ１１〜Ｃ１７，Ｃ２１〜Ｃ２７，Ｃ３１〜Ｃ３７ 子機

Claims (5)

1. 親機と、前記親機に接続する電力線とを備え、前記電力線にはそれぞれリピータ機能を内蔵する複数の子機がバス接続される電力線搬送通信システムであって、
   前記親機は、
   前記子機ごとに、ＯＦＤＭ通信により直接通信できるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段がＯＦＤＭ通信により直接通信できると判定した子機の中からリピータ子機を選択する選択手段と、
   前記判定手段がＯＦＤＭ通信では直接通信できないと判定した子機との通信を前記リピータ子機を介する通信に切り替える切替手段とを有し、
   前記親機と前記子機との直接通信は、第１の周波数帯を用いる第１のＯＦＤＭ通信により行われ、
   前記リピータ子機と他の子機との通信は、前記第１の周波数帯とは重複しない第２の周波数帯を用いる第２のＯＦＤＭ通信により行われ、
   前記切替手段は、前記判定手段がＯＦＤＭ通信では直接通信できないと判定した子機に対して、前記ＯＦＤＭ通信より帯域が狭く出力が高い位相変調通信により、前記第１のＯＦＤＭ通信から前記第２のＯＦＤＭ通信への切り替えを指示することを特徴とする電力線搬送通信システム。
2. 前記選択手段は、前記判定手段がＯＦＤＭ通信により直接通信できると判定した子機と、その他の子機との間の通信品質に基づいて、前記リピータ子機を選択する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. 前記判定手段は、ＯＦＤＭ変調方式を用いて変調した確認信号を送信し、
   前記各子機は、前記確認信号を受信した場合に第１の応答信号を返送し、
   前記判定手段は、前記確認信号の送信後所定のタイミングで前記第１の応答信号が受信された子機について、ＯＦＤＭ通信により直接通信できると判定し、受信されなかった子機について、ＯＦＤＭ通信では直接通信できないと判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力線搬送通信システム。
4. 前記親機に接続し、複数の子機がバス接続された電力線を複数備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電力線搬送通信システム。
5. 前記リピータ子機は、前記第１のＯＦＤＭ通信により前記親機から受信した情報を蓄積するとともに、前記第２のＯＦＤＭ通信により他の子機から受信した情報を蓄積するバッファを備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電力線搬送通信システム。

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