JP5448359B2 - 電力線通信方法、電力線通信装置、及び電力線通信システム - Google Patents

Description

本発明は、電力線を伝送路としてマルチキャリア通信を行なう電力線通信方法、電力線通信装置、及び電力線通信システムに関する。

電力線には、ＡＣ電源周期に同期した雑音が存在することが知られている。そのため、電力線を伝送路として通信を行う場合、ＡＣ電源の周期に同期してパケットの送受信を行うことにより、効率のよい通信が行える場合がある。図２５に、従来の電力線通信システムにおけるトーンマップ割り当ての一例を示す。図２５（ａ）は、ＡＣ電源１の周期に同期したパケット列であり、データパケットＤＰとＡｃｋパケットＡＫが交互に伝送されている。また、図２５（ｂ）は、伝送路である電力線の雑音レベルであり、ＡＣ電源１の周期に同期したものとなっている。図２５のシステムは、ＡＣ電源の半周期に同期して３パケットの送受信を行うものである。１半周期について符号を付したデータパケットＤＰｘ、ＤＰｙ、ＤＰｚは、雑音レベルに応じたトーンマップＴＭｘ、ＴＭｙ、ＴＭｚにしたがったパケットであり、例えば、パケットＤＰｘの帯域が１００Ｍｂｐｓ、パケットＤＰｙの帯域が２０Ｍｂｐｓ、パケットＤＰｚの帯域が１０Ｍｂｐｓである。雑音レベルは、パケットＤＰｙ、ＤＰｚの期間が大きいので、このようなトーンマップを使用して通信を行うと、誤りは起こらないか、起こっても僅かである。なお、伝送路特性を把握してトーンマップを作成し、マルチキャリア通信を行う電力線通信に関する技術として、特許文献１に記載されたものがある。

しかし、電力線は、他の通信線等と比較して安定ではなく、他の電気機器の接続等により、特性の変化が大きい。図２６に、図２５の電力線通信システムにおける電力線の状態変化を示す。図２６（ｂ）に示すように、雑音レベルが大きい範囲が広がった場合、図２６（ａ）のようなパケットＤＰｘ、ＤＰｙ、ＤＰｚを送信した場合、パケットＤＰｚには想定されたレベル以上の雑音が印加され、スループットが大きく劣化してしまうことになる。

特開２００６−３３３０４６号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、電力線の状態が変化しても高伝送効率の通信を行うことができる電力線通信方法、電力線通信装置、及び電力線通信システムを提供することを目的とする。

本発明の電力線通信方法は、電力線を伝送路としてマルチキャリア通信を行なう電力線通信方法であって、前記伝送路のノイズ状態を、前記電力線の電源周期に同期した時間領域に対応させて取得するノイズ状態取得ステップと、前記ノイズ状態取得ステップで検出した前記ノイズ状態に基づいて、時間領域の伝送チャネルを生成する伝送チャネル生成ステップと、前記伝送チャネル生成ステップで生成した前記伝送チャネルそれぞれに対応するトーンマップを作成するトーンマップ作成ステップと、前記トーンマップ作成ステップで作成した前記トーンマップを使用して送受信を行なう通信ステップと、を備えるものである。

本発明によれば、電力線の状態が変化しても電力線の周期的ノイズの影響をなくした高スループットの電力線通信を行うことができる。

本発明の電力線通信方法は、前記ノイズ状態取得ステップが、前記伝送路のノイズ状態を検出するためのパケットを送信するノイズ状態検出パケット送信ステップと、前記ノイズ状態検出パケット送信ステップで送信されたパケットの受信状態に基づいて前記ノイズ状態を検出するノイズ状態検出ステップを含むものを含む。本発明によれば、伝送路のノイズ状態を簡単、かつ迅速に取得することができる。

本発明の電力線通信方法は、前記ノイズ状態検出パケット送信ステップで送信されるパケットが、前記電力線の電源周期の少なくとも半周期の長さを有するものであるものを含む。本発明によれば、電力線の電源周期の半周期分のノイズ情報により、周期的なノイズの状態を把握することができる。かつ、ノイズ状態の取得のための時間を短縮することができる。

本発明の電力線通信方法は、前記ノイズ状態検出パケット送信ステップで送信されるパケットが、前記電力線の電源周期の半周期の長さ以下の長さを有し、かつ、前記電力線の電源周期の少なくとも半周期全体をカバーするタイミングで送信されるものであるものを含む。本発明によれば、電力線の電源周期の半周期分のノイズ情報により、周期的なノイズの状態を把握することができる。かつ、ノイズ状態の取得のための時間を短縮することができる。

本発明の電力線通信方法は、前記ノイズ状態検出パケット送信ステップで送信されるパケットが、当該パケットのペイロード全体にわたってパイロットキャリアを含むものであるものを含む。本発明によれば、ノイズ状態検出時に、同期ずれ等が発生しても、迅速な回復が可能となる。

本発明の電力線通信方法は、前記ノイズ状態検出パケット送信ステップで送信されるパケットが、当該パケットのペイロード中にパイロットシンボルを含むものであるものを含む。本発明によれば、ノイズ状態検出時に、同期ずれ等が発生しても、迅速な回復が可能となる。

本発明の電力線通信方法は、前記ノイズ状態検出パケット送信ステップで送信されるパケットが、当該パケットのペイロードがブロックに分割されており、前記ノイズ状態検出ステップが、前記ブロック単位に前記ノイズ状態を検出するものを含む。本発明によれば、処理単位が分割されているので、ノイズ情報の検出処理が簡単になる。

本発明の電力線通信方法は、前記ノイズ状態取得ステップで、前記伝送路を介して送信される信号の搬送波電力対（干渉波＋雑音）電力比、搬送波電力対雑音電力比、送信データの誤り率、送信データの再送回数又は再送率の少なくとも１つを利用して前記ノイズ状態を取得するものを含む。本発明によれば、伝送路に応じて最も効率的なノイズ状態の取得が可能となる。

本発明の電力線通信方法は、前記ノイズ状態取得ステップが、前記伝送路のノイズ状態を、前記電力線の電源周期に同期したスロット単位で取得するものを含む。

本発明の電力線通信方法は、さらに、前記通信ステップにおける送受信中に、前記伝送路の状態変動を検出する状態変動検出ステップを備え、前記状態変動検出ステップで、前記伝送路の状態が所定以上変動したことを検出した場合、前記ノイズ状態取得ステップと、伝送チャネル生成ステップと、トーンマップ作成ステップとを再度実行するものを含む。

本発明の電力線通信方法は、さらに、前記通信ステップにおける送受信中に、前記伝送路の状態変動を検出する状態変動検出ステップを備え、前記状態変動検出ステップで、前記伝送路の状態が所定以上変動したことを検出した場合、伝送チャネル生成ステップと、トーンマップ作成ステップとを再度実行するものを含む。

本発明の電力線通信方法は、さらに、前記通信ステップにおける送受信中に、前記伝送路の状態変動を検出する状態変動検出ステップを備え、前記状態変動検出ステップで、前記伝送路の状態が所定以上変動したことを検出した場合、前記通信ステップにおける送信パケットの前記電源周期に対する送信タイミングを変更するものを含む。

また、本発明の電力線通信方法は、前記トーンマップは、伝送チャンネルそれぞれで通信に用いられる複数のキャリアの各キャリアごとの変調方式を示す情報であるものを含む。

本発明の電力線通信装置は、電力線を伝送路としてマルチキャリア通信を行なう電力線通信装置であって、受信側の電力線通信装置より送られてきた前記伝送路のノイズ状態を前記電力線から受信する受信部と、前記電力線に信号を送信する送信部と、前記受信部で受信した前記伝送路のノイズ状態を、前記電力線の電源周期に同期した時間領域に対応させて取得し、前記伝送路のノイズ状態に基づいて、時間領域の伝送チャネルを生成し、前記伝送チャネルそれぞれに対応するトーンマップを使用してデータを前記送信部から送信させる制御部と、を備えるものである。

本発明の電力線通信装置は、前記送信部が、前記伝送路のノイズ状態を検出するためのパケットを送信し、前記受信部が、前記パケットを受信した他の電力線通信装置から送信された前記伝送路のノイズ状態を受信し、前記制御部が、前記ノイズ状態に基づいて前記伝送チャネルを生成するものを含む。

本発明の電力線通信装置は、前記送信部が、前記電力線の電源周期の少なくとも半周期の長さを有するパケットを送信するものを含む。

本発明の電力線通信装置は、前記送信部が、前記電力線の電源周期の半周期の長さ以下の長さのパケットを、前記電力線の電源周期の少なくとも半周期全体をカバーするタイミングで送信するものを含む。

本発明の電力線通信装置は、前記送信部が、ペイロード全体にわたってパイロットキャリアを含むパケットを送信するものを含む。

本発明の電力線通信装置は、前記送信部が、ペイロード中にパイロットシンボルを含むパケットを送信するものを含む。

本発明の電力線通信装置は、前記送信部が、ペイロードがブロックに分割されたパケットを送信する電力線通信装置。

本発明の電力線通信装置は、前記送信部による送信中に前記伝送路の状態変動が検出された場合、前記制御部が、前記伝送路の新たなノイズ状態に基づいて、新たな伝送チャネルを生成し、前記送信部が、前記制御部で生成された新たな伝送チャネルに対応するトーンマップを使用して送信を行うものを含む。

本発明の電力線通信装置は、前記送信部による送信中に前記伝送路の状態変動が検出された場合、前記制御部が、前記送信に使用している前記トーンマップの作成に利用した前記ノイズ状態に基づいて、新たな伝送チャネルを生成し、前記送信部が、前記制御部で生成された新たな伝送チャネルに対応するトーンマップを使用して送信を行うものを含む。

本発明の電力線通信装置は、前記送信部による送信中に前記伝送路の状態変動が検出された場合、前記送信部が、送信パケットの前記電源周期に対する送信タイミングを変更するものを含む。

本発明の電力線通信装置は、前記送信部が、前記電力線に接続された他の電力線通信装置に対してビーコンを送信し、前記制御部が、前記生成した前記他の電力線通信装置全てとの間の通信における伝送チャネルを使用してビーコンを送信するタイミングを決定するものを含む。

本発明の電力線通信装置は、前記制御部が、前記電力線に接続された全ての電力線通信装置相互間の通信の管理を行い、この際、前記全ての電力線通信装置相互間の伝送チャネルに基づいて、前記電力線通信装置相互間の通信帯域を割り当てるものを含む。

本発明の電力線通信装置は、電力線を伝送路としてマルチキャリア通信を行なう電力線通信装置であって、前記電力線から信号を受信する受信部と、送信側の電力線通信装置に対して前記電力線に前記伝送路のノイズ状態を送信する送信部と、前記受信部で受信した信号に基づき、前記伝送路のノイズ状態を、前記電力線の電源周期に同期した時間領域に対応させて検出し、前記ノイズ状態に基づいて前記送信側の電力線通信装置で生成される時間領域の伝送チャネルそれぞれに対応するトーンマップを作成し、前記作成したトーンマップを使用してデータを前記受信部で受信させる制御部と、を備えるものである。

本発明の電力線通信装置は、前記制御部が、前記受信部における他の電力線通信装置からのノイズ状態を検出するためのパケットの受信状態に基づいて前記ノイズ状態を検出するものを含む。

本発明の電力線通信装置は、前記他の電力線通信装置からのノイズ状態を検出するためのパケットのペイロードは、ブロックに分割されており、前記制御部が、前記ブロック単位に前記ノイズ状態を検出するものを含む。

本発明の電力線通信装置は、前記制御部が、他の電力線通信装置から受信した前記トーンマップを記憶するものを含む。

本発明の電力線通信装置は、前記制御部が、前記伝送路を介して送信される信号の搬送波電力対（干渉波＋雑音）電力比、搬送波電力対雑音電力比、送信データの誤り率、送信データの再送回数又は再送率、送信データの誤り率、送信データの再送回数又は再送率の少なくとも１つを利用して前記ノイズ状態を検出するものを含む。

本発明の電力線通信装置は、前記制御部が、前記伝送路のノイズ状態を、前記電力線の電源周期に同期したスロット単位で検出するものを含む。

また、本発明の電力線通信装置は、前記トーンマップは、伝送チャンネルそれぞれで通信に用いられる複数のキャリアの各キャリアごとの変調方式を示す情報であるものを含む。

本発明の電力線通信システムは、電力線を伝送路としてマルチキャリア通信を行なう電力線通信システムであって、受信側の電力線通信装置より送られてきた前記伝送路のノイズ状態を前記電力線から受信する受信部と、前記電力線に信号を送信する送信部と、前記受信部で受信した前記伝送路のノイズ状態を、前記電力線の電源周期に同期した時間領域に対応させて取得し、前記伝送路のノイズ状態に基づいて、時間領域の伝送チャネルを生成し、前記伝送チャネルそれぞれに対応するトーンマップを使用してデータを前記送信部から送信させる制御部と、を備える第１の電力線通信装置と、前記電力線から信号を受信する受信部と、送信側の電力線通信装置に対して前記電力線に前記伝送路のノイズ状態を送信する送信部と、前記受信部で受信した信号に基づき、前記伝送路のノイズ状態を、前記電力線の電源周期に同期した時間領域に対応させて検出し、前記ノイズ状態に基づいて前記送信側の電力線通信装置で生成される時間領域の伝送チャネルそれぞれに対応するトーンマップを作成し、前記作成したトーンマップを使用してデータを前記受信部で受信させる制御部と、を備える第２の電力線通信装置と、を備えたものである。

本発明の集積回路は、電力線を伝送路とするマルチキャリア通信に用いる集積回路であって、前記電力線とのインターフェースを行うカプラに接続され、前記カプラを介して、前記伝送路のノイズ状態を、前記電力線の電源周期に同期した時間領域に対応させて検出するノイズ状態検出部と、前記ノイズ状態に基づいて生成される時間領域の伝送チャネルそれぞれに対応するトーンマップを作成するトーンマップ作成部と、前記トーンマップ作成部で作成した前記トーンマップを使用して通信部にて送受信を行なわせる通信制御部と、を備えたものである。

本発明の回路モジュールは、電力線を伝送路とするマルチキャリア通信に用いる回路モジュールであって、前記電力線とのインターフェースを行うカプラと、前記カプラを介して、前記伝送路のノイズ状態を、前記電力線の電源周期に同期した時間領域に対応させて検出し、前記ノイズ状態に基づいて生成される時間領域の伝送チャネルそれぞれに対応するトーンマップを作成し、前記作成したトーンマップを使用して通信部にて送受信を行なわせる制御部と、を備えたものである。

以上の説明から明らかなように、電力線の状態が変化しても高伝送効率の通信を行うことができる電力線通信方法、電力線通信装置、及び電力線通信システムを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムの構成を示す。図１の電力線通信システムは、電力線９００に接続された複数台のＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）モデム１００Ｍ、１００Ｔ１、１００Ｔ２、１００Ｔ３、・・、１００ＴＮを備える。図１には、５台のＰＬＣモデムが示されているが、接続台数は任意である。ＰＬＣモデム１００Ｍは、親機として機能するものであり、子機として機能する他のＰＬＣモデム１００Ｔ１、・・１００ＴＮの接続状態（リンク状態）の管理を行うものである。ただし、親機として機能するＰＬＣモデムは、必須ではない。

なお、以降の説明において、親機及び特定の子機について言及する場合は、ＰＬＣモデム１００Ｍ、１００Ｔ１、１００Ｔ２、１００Ｔ３、・・、１００ＴＮのように記述し、子機一般に言及する場合は、ＰＬＣモデム１００Ｔと記述する。また、親機、子機の限定がないＰＬＣモデムに言及する場合は、単に、ＰＬＣモデム１００と記述する。

電力線９００は、図１では１本の線で示されているが、実際には２本以上の導線であり、ＰＬＣモデム１００は、その内の２本に接続されている。

図２は、ＰＬＣモデム１００の概観を示す図であり、図２（ａ）は前面を示す外観斜視図、図２（ｂ）は前面図、図２（ｃ）は背面図である。図２に示すＰＬＣモデム１０は、筐体１０１を有しており、筐体１０１の前面には、図２（ａ）（ｂ）に示すようにＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｃからなる表示部１０５が設けられている。また、筐体１０１の背面には、図２（ｃ）に示すように電源コネクタ１０２、及びＲＪ４５等のＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）用モジュラージャック１０３、及び動作モード等の切換えのための切換えスイッチ１０４が設けられている。電源コネクタ１０２には、電源ケーブル（図２では図示せず）が接続され、モジュラージャック１０３には、ＬＡＮケーブル（図２では図示せず）が接続される。なお、ＰＬＣモデム１００には、さらにＤｓｕｂ（Ｄ−ｓｕｂｍｉｎｉａｔｕｒｅ）コネクタを設け、Ｄｓｕｂケーブルを接続するようにしてもよい。

図３は、ＰＬＣモデム１００のハードウェアの一例を示すブロック図である。ＰＬＣモデム１００は、図３に示すように、回路モジュール２００及びスイッチング電源３００を有している。スイッチング電源３００は、各種（例えば、＋１．２Ｖ、＋３．３Ｖ、＋１２Ｖ）の電圧を回路モジュール２００に供給するものであり、例えば、スイッチングトランス、ＤＣ−ＤＣコンバータ（いずれも図示せず）を含んで構成される。

回路モジュール２００には、メインＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）２１０、ＡＦＥ・ＩＣ（Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ ＥＮＤ・Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ)２２０、イーサネット（登録商標）ＰＨＹ・ＩＣ（Ｐｈｙｓｉｃ ｌａｙｅｒ・Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）２３０、メモリ２４０、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２５１、ドライバＩＣ２５２、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２６０、及びカプラ２７０が設けられている。スイッチング電源３００及びカプラ２７０は、電源コネクタ１０２に接続され、さらに電源ケーブル６００、電源プラグ４００、コンセント５００を介して電力線９００に接続される。なお、メインＩＣ２１００は電力線通信を行う制御回路として機能する。

メインＩＣ２１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２
１１、ＰＬＣ・ＭＡＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ・Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｙｅｒ）ブロック２１２、及びＰＬＣ・ＰＨＹ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ・Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ）ブロック２１３で構成されている。ＣＰＵ２１１は、３２ビットのＲＩＳＣ（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｅｔ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）プロセッサを実装している。ＰＬＣ・ＭＡＣブロック２１２は、送受信信号のＭＡＣ層（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｌａｙｅｒ）を管理し、ＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３は、送受信信号のＰＨＹ層（Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｌａｙｅｒ）を管理する。ＡＦＥ・ＩＣ２２０は、ＤＡ変換器（ＤＡＣ；Ｄ／Ａ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２２１、ＡＤ変換器（ＡＤＣ；Ａ／Ｄ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２２２、及び可変増幅器（ＶＧＡ；Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２２３で構成されている。カプラ２７０は、コイルトランス２７１、及びカップリング用コンデンサ２７２ａ、２７２ｂで構成されている。なお、ＣＰＵ２１１は、メモリ２１１に記憶されたデータを利用して、ＰＬＣ・ＭＡＣブロック２１２、及びＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３の動作を制御するとともに、ＰＬＣモデム１００全体の制御も行う。

ＰＬＣモデム１００による通信は、概略次のように行われる。モジュラージャック１０３から入力されたデータは、イーサネットＰＨＹ・ＩＣ２３０を介してメインＩＣ２１０に送られ、デジタル信号処理を施すことによってデジタル送信信号が生成される。生成されたデジタル送信信号は、ＡＦＥ・ＩＣ２２０のＤＡ変換器（ＤＡＣ）２２１によってアナログ信号に変換され、ローパスフィルタ２５１、ドライバＩＣ２５２、カプラ２７０、電源コネクタ１０２、電源ケーブル６００、電源プラグ４００、コンセント５００を介して電力線９００に出力される。

電力線９００から受信された信号は、カプラ２７０を経由してバンドパスフィルタ２６０に送られ、ＡＦＥ・ＩＣ２２０ｎ可変増幅器（ＶＧＡ）２２３でゲイン調整がされた後、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）２２２でデジタル信号に変換される。そして、変換されたデジタル信号は、メインＩＣ２１０に送られ、デジタル信号処理を施すことによって、デジタルデータに変換される。変換されたデジタルデータは、イーサネットＰＨＹ・ＩＣ２３０を介してモジュラージャック１０３から出力される。

メインＩＣ２１０によって実現されるデジタル信号処理の一例を、説明する。ＰＬＣモデム１００は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式等の複数のサブキャリアを用いたマルチキャリア通信を行うものであり、送信データをＯＦＤＭ送信信号に変換するとともに、ＯＦＤＭ受信信号を受信データに変換するデジタル処理は、主としてＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３で行われる。

図４は、ＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３によって実現されるデジタル信号処理の一例を説明するための機能ブロック図であり、ウェーブレット変換を利用するＯＦＤＭ伝送を行う場合のものである。図４に示すように、ＰＬＣ・ＰＨＹブロック２１３は、変換制御部１０、シンボルマッパ１１、シリアル−パラレル変換器（Ｓ／Ｐ変換器）１２、逆ウェーブレット変換器１３、ウェーブレット変換器１４、パラレル−シリアル変換器（Ｐ／Ｓ変換器）１５、デマッパ１６としての機能を有する。

シンボルマッパ１４は、送信すべきビットデータを後述する１シンボルで通信可能なビット数毎にシンボルデータに変換し、各シンボルデータにしたがってシンボルマッピング（例えばＰＡＭ変調）を行うものである。Ｓ／Ｐ変換器１５は、マッピングされた直列データを並列データに変換するものである。逆ウェーブレット変換器１６は、並列データを逆ウェーブレット変換し、時間軸上のデータとするものであり、伝送シンボルを表すサンプル値系列を生成するものである。このデータは、ＡＦＥ・ＩＣ２２０のＤＡ変換器（ＤＡＣ）２２１に送られる。

ウェーブレット変換器１４は、ＡＦＥ・ＩＣ２２０のＡＤ変換器（ＡＤＣ）２２２から得られる受信デジタルデータ（送信時と同一のサンプルレートでサンプルされたサンプル値系列）を周波数軸上へ離散ウェーブレット変換するものである。Ｐ／Ｓ変換器１８は、周波数軸上の並列データを直列データに変換するものである。デマッパ１９は、各サブキャリアの振幅値を計算し、受信信号の判定を行って受信データを求めるものである。

図５は、本発明の実施の形態の電力線通信システムにおけるトーンマップ作成を含む動作の概略フロー図である。ステップＳ１０１では、ノイズ状態の取得処理を行う。この処理は、送信側のＰＬＣから受信側のＰＬＣに伝送路のノイズ状態を検出するためのパケットを送信し、受信側のＰＬＣで受信したパケットの受信状態に基づいてノイズ状態を検出することによって行う。

まず、伝送路推定処理について説明する。図６は、本発明の第１の実施の形態における受信側のＰＬＣの受信部を示すブロック図である。

図６において、３１０はアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、３２０は受信信号をウェーブレット変換して同相信号をおよび直交信号を生成する複素ウェーブレット変換器、３３０は送信装置から送られてくる送信信号を検出するためのキャリア検出器、３４０は受信信号に同期するための同期回路、３５０は伝送路の影響により歪んだ信号を補正するための等化器、３６０は複素ウェーブレット変換後の信号を使用して各サブキャリア帯域での狭帯域雑音の有無を検出するノイズ検出器、３７０は等化器３５０から出力される信号とノイズ検出器から出力される伝送路の雑音の有無情報を用いて送信装置におけるシンボルマッパの各サブキャリアで使用する一次変調を決定する伝送路推定器、３８０は等化器３５０から出力される信号を使用して判定を行う判定器である。ノイズ検出器３６０はなくても良い。

ここで、Ａ／Ｄ変換器３１０はＡＤＣ２２２に対応し、複素ウェーブレット変換器３２０とキャリア検出器３３０と同期回路３４０と等化器３５０とノイズ検出器３６０と伝送路推定器３７０と判定器３８０とは、ＰＬＣＰＨＹ２１３とＣＰＵ２１１とを含むメインＩＣに相当する。

このように構成された受信装置について、その動作を図６〜図７を用いて説明する。

図７は、等化器出力信号のスキャッターを示す図である。

図６において受信信号をＡ／Ｄ変換器３１０ではアナログ信号からデジタル信号に変換し、複素ウェーブレット変換器３２０では受信したデジタル信号をウェーブレット変換し、キャリア検出器３３０では送信装置から送られてくる信号を検出し、同期回路３４０ではプリアンブル信号を用いて受信信号に同期するように複素ウェーブレット変換器３２０のウェーブレット変換タイミングを調整し、等化器３５０では伝送路の影響を除去し、ノイズ検出器３６０では使用帯域内に存在する狭帯域雑音を検出し、伝送路推定器３７０では伝送路の状況を推定して送信装置で使用するシンボルマッパの一次変調方式を決定し、判定器３８０では等化器３５０から出力される信号を使って判定を行う。

図７は送信装置のシンボルマッパで全サブキャリア２ＰＡＭを選択した場合における受信装置の等化器出力のスキャッター（全サブキャリア分）を示している。通常伝送路推定を行う場合、伝送路推定用に既知フレーム（既知フレームに関しては後述する）を送信装置から送信してもらい、受信装置の伝送路推定器３７０においては、信号点配置（２ＰＡＭの場合±１）からの分散をノイズ量としてＣＩＮＲ（キャリア電力対（雑音＋干渉波）電力比）を測定する。各サブキャリアにおいて測定されたＣＩＮＲを用いて各サブキャリアで使用する一次変調（例えば１６ＰＡＭや８ＰＡＭなど）を選択し、送信装置２９９へ知らせる。これが送受信装置で通常行われている伝送路推定である。

トーンマップは、時間軸毎、周波数毎に変調方式、誤り訂正等を記録したものである。トーンマップは、各サブキャリアの一次変調の種類によって決まる通信速度（通信ビット数）を各キャリアと対応付けられている。

伝送路推定で送受信されるデータは、送信側のＰＬＣと受信側のＰＬＣで予め決められたビットデータである。例えば、ビットデータはランダムなデジタル系列であるＭ系列の一部を用いることができる。この伝送路推定用データは、予め決められた変調方式（例えばＡＬＬ２ＰＡＭ）を使用して送信される。この時、各サブキャリアのＣＩＮＲを求めることができる最小単位は１シンボルごとであり、例えば、１シンボルにおける各サブキャリアのＣＩＮＲと各所定の閾値とを比較することにより１シンボル区間毎のトーンマップを作成することができる。また、複数シンボルにおける各サブキャリアのＣＩＮＲの平均値と各所定の閾値とを比較することにより複数シンボル区間毎のトーンマップを作成することもできる。

複数のシンボルから構成されるフレームは、送信側と受信側で予め決められたランダムなデジタル系列から構成されるシンボル系列であるため、伝送路推定用のフレームも送信側と受信側で既知となる。受信器側で判定器で得た判定信号を既知信号の代わりに使用することで、送信側のＰＬＣと受信側のＰＬＣで予めビットデータを決めておかなくても良い。

図８に、ノイズ状態検出のためのパケット送信タイミングの一例を示す。図８（ａ）に示すように、ノイズ状態検出のためのパケットＴＰ１は、複数のシンボルが連続したＡＣ電源１の半周期の長さ（例えば、８．３ｍｓ）を有する。そして、ノイズ状態検出のためのパケットＴＰ１に続いて、受信側ＰＬＣからのＡｃｋと伝送路推定（ＣＥ、Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）結果としてトーンマップを含むパケットＡＫ１＋ＣＥ１が送信される。ＣＥ結果は、ノイズ状態検出パケット送信ステップで送信されたパケットの受信状態に基づいて検出した伝送路のノイズ状態の検出結果を示すものであり、パケットＴＰ１内でのＣＩＮＲを測定することにより、雑音の位置あるいは雑音による伝送路環境が大きく変動する区間を示したものである。また、搬送波電力対（干渉波＋雑音）電力比）やＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ Ｎｏｉｚｅ Ｒａｔｉｏ、搬送波電力対雑音電力比）の変化、誤り数（誤り率）や送信データの再送回数又は再送率等の状態の変化を測定することにより、雑音の位置あるいは雑音による伝送路環境が大きく変動する区間を示すこともできる。ＣＥ結果は、図８（ｂ）に示すような雑音レベルの場合、例えば、図８（ｃ）に示すものとなる。なお、図８（ｃ）は、ノイズ情報を２値で表しているが、２値に限らない。また、ＡｃｋとＣＥ結果を同一のパケットで伝送しているが、別々のパケットで伝送してもよい。別々のパケットの場合、パケットＴＰ１に対するＡｃｋパケット、ＣＥ結果パケット、ＣＥ結果パケットに対するＡｃｋパケットからなる。

パケットＴＰ１は、例えば、図９に示す構造を有する。図９は、図面横方向が時間軸であり、図面縦方向が周波数（又はキャリア番号）軸である。図９（ａ）と図９（ｂ）は、ヘッダーに続いて伝送路のノイズ状態を検出するための所定のデータ（例えば、既知のシンボルデータＳＹ）を伝送するものである。図９（ａ）は、所定の周波数（キャリア）をパイロットキャリアＰＣ１とし、残りの周波数で既知のシンボルデータを伝送するパケットであり、また、図９（ｂ）が、所定期間毎にパイロットシンボルＰＳ１を伝送し、残りの期間で既知のシンボルデータを伝送するパケットである。このように、パイロットキャリアＰＣ１やパイロットシンボルＰＳ１を挿入することにより、ノイズ等の原因で同期ずれが起きた場合も回復が早くなるので、図８のようなロングパケットを送信する場合、特に有効である。なお、図８では、ＡＣ電源１の半周期の長さのパケットＴＰ１を用いたが、ＡＣ電源１の全周期の長さとしてもよい。

パケットＴＰ１は、伝送路のノイズ検出のための既知のシンボルデータを送信する専用のパケットである必要はなく、通常のデータを送信し、データが誤る期間を検出するようにしてもよい。この場合、パイロットキャリアやパイロットシンボルを挿入するようにしてもよい。

図９（ｃ）に示すパケットＴＰ１は、ヘッダーに続くパケットのペイロードがブロックＰＢ１１〜ＰＢ１６に分割されている。このブロックは、例えば、ＦＥＣ（Ｆｏｒｗａｒｄ Ｅｒｒｏｒ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ、誤り訂正）を単位とするブロック（ＲＳブロック、Ｔｕｒｂｏブロック、ＬＤＰＣブロック）、ＰＨＹやＭＡＣでの処理単位（シンボルブロックやフラグメントブロック等）である。この場合、ブロック単位で誤りや平均ＳＮＲを検出する。また、このパケットでは、ヘッダーとしてプレアンブルＰＲとフレームコントロールデータＦＣが付加されている。なお、このようなブロック単位の誤り検出結果（ノイズ状態）を、所定の閾値との大小を「１」又は「０」の２値で表すと、検出結果の送信負担が減少する。

図１０に、ノイズ状態検出のためのパケット送信タイミングの他の例を示す。図１０に示すように、ノイズ状態検出のためのパケットＴＰ２１〜ＴＰ２３は、ＡＣ電源１の半周期の長さより短い長さ（例えば、１ｍｓ）を有する。そして、複数のパケットにより、少なくともＡＣ電源１の半周期全体をカバーするようなタイミングで送信される。図１０（ａ）では、３つのパケットＴＰ２１〜ＴＰ２３でＡＣ電源１の半周期をカバーしている。ＴＰ２１、ＴＰ２２の後にはＡｃｋパケットＡＫ２１、ＡＫ２２が送信され、ＴＰ２３の後には、ＡｃｋとＣＥ結果を示すパケットＡＫ２３＋ＣＥ２が送信される。ここで、ＴＰ２１に対応するＡＫ２１では、ＴＰ２の前半の区間と後半の区間に分けてノイズ情報を送った例である。パケットＡＫ２３＋ＣＥ２は、図８のパケットＡＫ１＋ＣＥ１と同様であるので、説明を省略する。

ＣＥ結果は、図１０（ｂ）に示すような雑音レベルの場合、例えば、図１０（ｃ）に示すものとなる。なお、図１０（ｃ）は、ノイズ情報を３値で表しているが、３値に限らず、図８（ｃ）同様２値でもよい。

このように、ＡＣ電源の半周期より短いショートパケットＴＰ２１〜ＴＰ２３を利用する場合、図１０（ａ）に示すように、ＡＣ電源の半周期に同期して等間隔にショートパケットＴＰ２１〜ＴＰ２３を送信してもよいが、少なくともＡＣ電源の半周期をカバーする限り、同一の半周期ですべてのパケットを送信する必要はない。なお、図１０（ａ）では、ＡｃｋパケットＡＫ２１、ＡＫ２２等により、ＡＣ電源の半周期の極短期間をショートパケットＴＰ２１〜ＴＰ２３がカバーしていない。わずかの隙間は、前後の期間の状態から補間可能であるので問題ない。また、図１０（ａ）では、ＡＣ電源１の半周期をカバーするものとしたが、図１０（ｄ）に示すように、ＡＣ電源１の全周期をカバーするように送信してもよい。

ここで送信するパケットＴＰ２１〜ＴＰ２３は、伝送路のノイズ検出のための既知のランダムデータを送信する専用のパケットである必要はなく、通常のデータを送信し、データが誤る期間を検出するようにしてもよい。この場合、パイロットキャリアやパイロットシンボルを挿入するようにしてもよい。

図５に戻って、ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で取得したノイズ状態に基づいて、時間領域の伝送チャネルを生成する伝送チャネル生成処理を行なう。この処理は、受信側のＰＬＣで検出されたノイズ状態が送信側ＰＬＣに送信された後、送信側ＰＬＣで実行される。

そして、ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で生成した伝送チャネルに対してトーンマップを作成する。図１１に、作成したチャネル、及びトーンマップ割り当ての一例を示す。図１１（ｃ）に示すような雑音レベルの場合、図１１（ａ）に示すように、ノイズ状態が良好な区間をチャネルＡ、ノイズ状態が良好でない区間をチャネルＢとして生成され、それぞれの区間に、パケットＤＰ３１Ａ〜ＤＰ３４Ａ、パケットＤＰ３１Ｂ〜ＤＰ３４Ｂが作成される。ここで、チャネルＡは、区間を示す最小の単位であるシンボルデータＳＹごとのノイズ状態を基にして、例えばＣＩＮＲが所定の閾値以上の場合にチャネルＡとして決定される。同様に、チャネルＢは、シンボルデータＳＹごとのノイズ状態に基づき、例えばＣＩＮＲが所定の閾値未満の場合にチャネルＢとして決定される。

次いで、それぞれのパケットに対応したトーンマップが作成される。図１２に、作成したチャネル、及びトーンマップ割り当ての他の例を示す。図１１では、チャネルＡにそれぞれ１つのパケットを割り当てたが、図１２の例では、チャネルＡそれぞれに２つのパケットを割り当てていることを除いて、図１１の例と同じであるので、説明を省略する。

トーンマップの作成が終了すると、そのトーンマップを、送信先のＰＬＣに送信し、互いに、同じトーンマップを使用して送信側ＰＬＣと受信側ＰＬＣとの間で、データの送受信を行なう（ステップＳ１０４）。

図１３に、本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムにおける送信側電力線通信装置（ＰＬＣ）の概略動作の一例を示し、図１４に、本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムにおける受信側電力線通信装置（ＰＬＣ）の概略動作の一例を示す。これらの動作は、図３のメインＩＣ２１０によって行なわれる。

ステップＳ２０１では、ノイズ状態検出のためのパケットを、通信しようとする他の電力線通信装置に送信する。ノイズ状態検出のためのパケットは、図９に示すような構造のものであり、図８、あるいは図１０に示すようなタイミングで送信される。

図１４に移って、ステップＳ３０１でノイズ状態検出のためのパケットを受信すると、そのパケットの受信状態を記録する（ステップＳ３０２）。そして、必要期間（少なくとも、ＡＣ電源の半周期の期間）の受信状態が記録されているかどうかを判断する（ステップＳ３０３）。必要期間の受信状態が記録されている場合は、ステップＳ３０４に移り、記録されていない場合は、ステップＳ３０１からの処理を繰り返す。

ステップＳ３０４では、受信状態の測定結果をノイズ状態検出のためのパケットを送信したＰＬＣに送信する。

図１３に移って、ステップＳ２０２では、通信しようとする他の電力線通信装置からノイズ状態の検出結果を受信する。そして、ステップＳ２０３で、受信したノイズ状態を利用して、チャネルを生成する。この場合、ノイズ状態から得られたチャネルの幅が所定幅より小さい場合、その区間は通信に使用しないようにしてもよい。

次に、ステップＳ２０４及び図１４のステップＳ３０５で、通信相手先との伝送路の状態を取得する伝送路推定処理を行う。具体的には、ＣＥパケットを受信側のＰＬＣに送信し、受信側のＰＬＣでＣＥパケットを受信し、その受信状態によって推定する。そして、推定した伝送路に状態（ＣＥ結果）に基づき、チャネル毎のトーンマップを作成する（ステップＳ３０６）。トーンマップは、時間軸毎、周波数毎に変調方式、誤り訂正等を記録したものである。続いて、ステップＳ３０７で、作成したトーンマップを送信側のＰＬＣに対して送信する。

送信側のＰＬＣでは、図１３のステップＳ２０５でトーンマップを受信し、ステップＳ２０６と図１４のステップＳ３０８でチャネルテストを行なう。チャネルテストは、前もって構成した各チャネルが適当かどうか判断するためのもので、一例として、閾値値を設けて、再送率や誤り数などの変化量としきい値を比較して、相互的に判断する。そして、テスト結果がよければ（ステップＳ２０７）、そのまま作成したトーンマップを使用して通信を開始する（ステップＳ２０８）。同様に、受信側ＰＬＣも通信を開始する（ステップＳ３０９）。テスト結果がＯＫでない場合は、ステップＳ２０３に戻り、チャネルの生成を再度行なう。

なお、ステップＳ２０６、ステップＳ３０８のチャネルテストは、必須ではなく、省略可能である。

図１５に、本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムにおける送信側電力線通信
装置の概略動作の他の例を示す。この例は、通信を開始した後の伝送路の状態（変動）に応じて、ノイズ状態の取得、あるいはチャネルの生成処理を再度行なうものである。

ステップＳ４０１〜Ｓ４０５は、図１３のステップＳ２０１〜Ｓ２０５と同一であるので、説明を省略する。図１５ではチャネルテストを省略しているので、ステップＳ４０６で通信を開始する（チャネルテストは行ってもよい。）。そして、ステップＳ４０７で、他のＰＬＣと通信中であるかを判断し、通信中でない場合は、処理を中止する。

通信中である場合、送信先のＰＬＣからの伝送路の状態の測定結果を受信する（ステップＳ４０８）。受信する測定結果は、再送率や誤り率、誤り数、ＳＮＲ変動や分散を用いて伝送路の状態が変動したかどうかを示すものである。受信した測定結果が通信状態劣化と判断できない場合は、ステップＳ４０７に戻って、通信を継続する。

通信状態の劣化が大きい場合は、チャネルの生成、あるいはノイズ状態の検出を行なう。チャネルの生成を再度行なう場合は、ステップＳ４０３に戻って、以降のステップを再度実行する。そして、新たなチャネルを生成し、トーンマップを作成する。ノイズの測定を再度行なう場合は、ステップＳ４０１に戻って、再度ノイズ状態検出のためのパケットを送信する。そして、ノイズ状態の測定結果を受信し、新たなチャネル生成、トーンマップ作成のための処理を行なう。

図１６に、本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムにおける送信側電力線通信装置の概略動作のさらに別の例を示す。この例では、伝送路の状態変動を検出したとき、ステップで、前記伝送路の状態が所定以上変動したことが検出した場合、前記通信ステップにおける送信パケットの前記電源周期に対する送信タイミングを変更するものである。このタイミングの変更は、ノイズ状態の取得、あるいはチャネルの生成処理を合わせて行なってもよい。

図１６のステップＳ５０１〜Ｓ５０８は、図１５のステップＳ４０１〜Ｓ４０８と同じであるので、説明を省略する。受信した測定結果は、２段階に判断する。ステップＳ５０９で通信状態が劣化していると判断した場合、更にステップＳ５１０に劣化が大かどうかを判断する。劣化がない場合、ステップＳ５０７に戻って、通信を継続する。通信状態の劣化が大のときは、図１５の場合と同様、ノイズ状態の取得（ステップＳ５０１）、あるいはチャネルの生成処理（ステップ５０３）を行なう。通信状態の劣化があるものの、その程度が低い場合は、ステップＳ５１１で、送信データのパケットの送信タイミング（又はパケットを減少させる。）を変更する。

送信タイミングの変更、あるいはパケット長の減少は、通信状態の劣化により、ノイズの範囲が移動又は、拡大したもとと判断し、ノイズを避けたタイミングでパケットを送信しようとするものである。

なお、劣化の程度がわずかであって、送信タイミングの変更を行なった後も、劣化がある場合は、ステップＳ５０１あるいはステップＳ５０３に戻って、ノイズ状態の検出あるいはチャネル生成処理を再度行なうようにしてもよい。

以上説明した電力線通信システムでは、送信側電力線通信装置（ＰＬＣ）で伝送チャネルを生成し、受信側電力線通信装置（ＰＬＣ）でトーンマップを作成したが、伝送チャネルの生成とトーンマップの作成は、送信側ＰＬＣと受信側ＰＬＣのいずれで行ってもよい。また、どちらか一方で、伝送チャネルの生成とトーンマップの作成の両方の処理を行ってもよい。

電力線通信を行なう場合、親機となるＰＬＣからビーコンを送信する場合がある。ビーコンは、すべてのＰＬＣが確実に受信する必要がある。図１７に、本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムにおけるビーコン送信タイミングを示す。図１７（ａ）に示すは、親機ＰＬＣと特定の子機ＰＬＣとの間で生成されたチャネル（通信速度の速いチャネルと通信速度の遅いチャネル）の内の通信速度の速いチャネルを使用してビーコンＢＣが送信され、残りの期間とチャネルの速度に応じたパケットＤＰ５１〜ＤＰ５８、ＡｃｋパケットＡＫ５１〜ＡＫ５８が挿入されている。すべての子機ＰＬＣに対してこのように速いチャネルのタイミングで、送信されていれば確実に子機はビーコンを利用することができる。

図１７（ｃ）に親機ＰＬＣＡ（１００Ｍ）から子機ＰＬＣＢ（１００Ｔ１）に送信したときの通信速度と親機ＰＬＣＡ（１００Ｍ）から子機ＰＬＣＣ（１００Ｔ２）に送信したときの通信速度と親機ＰＬＣＡ（１００Ｍ）から子機ＰＬＣＤ（１００Ｔ３）に送信したときの通信速度とを示す。親機ＰＬＣＡから子機ＰＬＣＢへのチャネルの通信速度をＡ→Ｂ、親機ＰＬＣＡから子機ＰＬＣＣへのチャネルの通信速度をＡ→Ｃ、親機ＰＬＣＡから子機ＰＬＣＤへのチャネルの通信速度をＡ→Ｄとしている。各チャネルの通信速度が一定でない場合、確実に図示するようなタイミングでビーコンを送信する必要がある。図１７（ｃ）の場合、親機ＰＬＣＡから子機ＰＬＣＢ、親機ＰＬＣＡから子機ＰＬＣＣ、親機ＰＬＣＡから子機ＰＬＣＤに送信するどの区間でも通信速度の速いチャネルが確保できる区間でビーコンＢＣを送信する。

図３のメインＩＣ２１０で実現されるビーコン管理部は、ビーコンの送信タイミングを決定するビーコン送信処理部を備えており、次のように、ビーコン送信タイミングを決定する。すなわち、他のＰＬＣ全てとの間の伝送チャネルを使用して、ビーコン送信タイミングを決定する。

図１８は、本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムにおけるビーコン送信動作を示すフロー図である。ステップＳ６０１では、全ての子機ＰＬＣとの間のノイズ状態の取得処理を行なう。このステップは、図５のステップＳ１０１と同様である。次いで、取得したノイズ状態に基づいて、全ての子機ＰＬＣとの間の伝送チャネルを生成する（ステップＳ６０２）。このステップも、図５のステップＳ１０２と同様である。

この時点で、図１７（ｃ）に示すような伝送チャネルの状態が把握できるので、ビーコンが全ての子機ＰＬＣに送信できる領域をビーコン送信領域として割り当てる（ステップＳ６０３）。そして、所定の時間間隔のビーコン送信領域で、ビーコンを送信する（ステップＳ６０４）。このようにしてビーコンを送信すると、ビーコンを確実に子機に送信することができる。

図１９に、本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムにおいて通信帯域を集中管理する場合の動作の一例のフロー図を示す。この例は、親機ＰＬＣにより、集中制御するシステムにおけるＴＤＭＡ制御である。電力線通信システムを構成する全てのＰＬＣは、他の全てのＰＬＣとの間の伝送路の電源周期に対応したノイズ状態を取得している。

親機ＰＬＣは、ステップＳ７０１で、他のＰＬＣから、それぞれのＰＬＣが把握しているノイズ状態を取得する。具体的には、各スレーブ間およびマスター-スレーブ間の通信
状況（実伝送路での通信速度など）をマスターが把握する。ステップＳ７０２で、特定のＰＬＣから通信帯域要求を受信すると、通信帯域の割り当てを開始する（ステップＳ７０３）。

そして、ステップＳ７０４で、帯域要求が、ＶｏＩＰやストリーム等のＱｏＳが必要なトラフィックかどうかを判断し、必要な場合、伝送路特性のよいチャネルを優先的に割り当てる（ステップＳ７０５）。また、ＱｏＳが必要でないトラフィックについては、伝送路特性のよくないチャネルを優先的に割り当てる。このようなチャネル割り当てを行なうと、システム全体として効率的な伝送を行なうことができる。
なお、本実施例では送信処理で逆ウェーブレット変換し、受信処理でウェーブレット変換するウェーブレットＯＦＤＭ変復調の説明を行ったが、送信処理に逆フーリエ変換し、受信処理でフーリエ変換するＦＦＴ ＯＦＤＭ変復調でも同様に処理が可能である。

（第２の実施の形態）
以上説明した第１の実施の形態の電力線通信システムにおいては、伝送路のノイズ状態を通信スロットと関係なく取得したが、第２の実施の形態の電力線通信システムにおいては、ＡＣ電源の周期に同期したスロット単位でノイズの状態を取得する。この点のみが第１の実施の形態の電力線通信システムと異なるので、他の部分の説明は省略する。

図２０に、本発明の第２の実施の形態の電力線通信システムにおけるスロット構成を示す。図２０（ａ）はＡＣ電源１に同期したパケット送信のタイミングを示し、（ａ１）はパケット、（ａ２）は、スロット列である。図２０のシステムにおいては、ＡＣ電源１の周期に同期したスロットＳＬ（図２０では、１つのスロットのみに符号を付してある。）を基準に送受信が行なわれる。すなわち、ヘッダーＨ、データパケットＤＰ、ＡｃｋパケットＡＫが、各スロットＳＬに同期して伝送される。

各スロットＳＬの幅は非常に狭く、たとえば、ＦＥＣブロックやフラグメントブロック、シンボルブロック幅であり、究極はシンボル単位の幅で構成される。このシステムにおける伝送路推定（伝送路のノイズ状態の検出）は、スロット単位で行われる。

図２１に、本発明の第２の実施の形態の電力線通信システムにおけるノイズ状態検出のためのパケット送信タイミングの一例を示す。図２１（ａ）に示すように、ノイズ状態検出のためのパケットＴＰ３のペイロードは、ＡＣ電源１の半周期の長さ（例えば、８．３ｍｓ）を有する。そして、ノイズ状態検出のためのパケットＴＰ３に続いて、受信側ＰＬＣからのＡｃｋとＣＥ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）結果を示すパケットＡＫ３＋ＣＥ３が送信される。パケットＴＰ３のペイロードは、図２１の上部に拡大して示すようにスロット構成と同じ単位で区切られており、スロット構成に同期して送受信が行われる。この時、各スロット単位でノイズ状態を検知するための伝送路推定が行われ、伝送路推定結果（伝送路のノイズ状態に関する情報）は、送信側へ通知される。さらに、スロット毎に適切なトーンマップを使用するため、スロット毎にトーンマップ決定のための伝送路推定が行われる。このときの伝送路推定の結果（各スロットに使用するトーンマップ作成に関する情報）は、送信側へ通知される。通常のデータパケットや制御パケットも同様にスロットに同期して送受信が行われ、送受信に際しては、各スロットに適切なトーンマップが使用される。言い換えると、例えば、シンボルブロック単位毎にトーンマップが切り替えられて通信が行われる。なお、図２１では、ＡＣ電源１の半周期の長さのパケットＴＰ３を用いたが、ＡＣ電源１の全周期の長さとしてもよい。また、ＡＣ電源１の半周期の長さ以下のパケットを複数利用してもよい。

また、一回の伝送路推定によって、ノイズの状態の検出と各スロットに使用するトーンマップ作成に関する情報を同時に取得してもよい。なお、スロット単位がノイズ変動区間と比較して十分小さい場合は、ノイズ位置検出のための伝送路推定を行わなくても、スロット単位毎にトーンマップを切り替えるだけで十分な性能を維持することができる。また、精度は多少劣化するが、スロット単位を大きくすることで、全体の処理を簡単（例えば、処理時間の短縮、処理量の削減等）にすることができる。

なお、ＣＳＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）通信のような場合は、バックオフ処理を行うため、スロット単位とバックオフ単位が非同期またはスロット単位とバックオフ単位が最小公倍数の関係となる等の理由により、送信タイミングとスロットが同期しない事態が考えられる。このような状況においても、バックオフの大きさに応じてペイロード内でブロック位置を微調整することにより対応可能である。

図２２は、本発明の第２の実施の形態の電力線通信システムにおける受信側電力線通信装置の概略動作の一例を示すフロー図である。ステップＳ８０１でノイズ状態検出のためのパケットを受信すると、そのパケットの受信状態をスロット単位で記録する（ステップＳ８０２）。そして、必要期間（少なくとも、ＡＣ電源の半周期の期間）の受信状態が記録されているかどうかを判断する（ステップＳ８０３）。必要期間の受信状態が記録されている場合は、ステップＳ８０４に移り、記録されていない場合は、ステップＳ８０１からの処理を繰り返す。

ステップＳ８０４では、受信状態の測定結果をノイズ状態検出のためのパケットを送信したＰＬＣに送信する。次いで、ステップＳ８０５で、送信側のＰＬＣ装置より送信されたトーンマップ（ＴＭ）決定のためのパケットを受信する。そして、受信したトーンマップ決定用のパケットに基づいて、スロット毎にトーンマップを作成する（ステップＳ８０６）。ステップ８０７では、スロット毎に作成したトーンマップを送信側のＰＬＣに通知し、ステップ８０８で、チャネルテストを行う。なお、チャネルテストは省略しても構わない。そして、ステップＳ８０９で通信を開始する。

図２３は、本発明の第２の実施の形態の電力線通信システムにおける受信側電力線通信装置の概略動作の他の例を示すフロー図であり、図２４は、本発明の第２の実施の形態の電力線通信システムにおけるノイズ状態の伝送形式の一例を示す図である。ステップＳ９０１でトーンマップ作成のためのパケットを受信すると、そのパケットの受信状態をスロット単位で記録する（ステップＳ９０２）。この結果をたとえば図２４に示すように、ＴＭＣ（ＴｏｎｅＭａｐＣｏｎｄｉｔｉｏｎ）と異なるＴＭを送信側へ送信することにする。これにより、すべてのＴＭを送るよりも伝送効率が向上し、使用するメモリ量も削減される。このため、ステップＳ９０３では、受信したパケット内にあるＮブロックにおいて、各ＴＭを比較してその差がしきい値以下であればＴＭＣを０とし（ステップＳ９０５）、しきい値以上であれば、ＴＭＣを１にしてＴＭを付加する（ステップＳ９０４）。そして、この情報を送信側ＰＬＣに送信する。なお、ここでは、ＴＭＣとＴＭを用いて伝送効率を向上させたが、この以外にも各ＴＭの差分（ＴＭ(ｉ)とＴＭ(ｉ-１)の差分：伝送路
推定結果が異なるキャリア番号と値など）を送信して効率向上を行ってもよい。

本発明は、電力線の状態が変化しても高伝送効率の通信を行うことができる電力線通信方法、電力線通信装置、及び電力線通信システム等として有用である。

本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムの構成を示す図 本発明の第１の実施の形態のＰＬＣモデムの外観を示す図 本発明の第１の実施の形態のＰＬＣモデムのハードウェアの一例を示すブロック図 本発明の第１の実施の形態のＰＬＣモデムにおけるデジタル信号処理の一例を説明する図 本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムの概略動作フローを示す図 本発明の第１の実施の形態における受信側のＰＬＣの受信部を示すブロック図 本発明の第１の実施の形態における等化器出力信号のスキャッターを示す図 本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムにおけるノイズ状態検出のためのパケット送信タイミングの一例を示す図 本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムにおけるノイズ状態検出のためのパケットの構造を示す図 本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムにおけるノイズ状態検出のためのパケット送信タイミングの他の例を示す図 本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムにおけるトーンマップ割り当ての一例を示す図 本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムにおけるトーンマップ割り当ての他の例を示す図 本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムにおける送信側電力線通信装置の概略動作の一例を示すフロー図 本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムにおける受信側電力線通信装置の概略動作の一例を示すフロー図 本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムにおける送信側電力線通信装置の概略動作の他の例を示すフロー図 本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムにおける送信側電力線通信装置の概略動作のさらに別の例を示すフロー図 本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムにおけるビーコン送信タイミングを説明する図 本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムにおけるビーコン送信動作を示すフロー図 本発明の第１の実施の形態の電力線通信システムにおける通信帯域集中管理動作の一例のフロー図 本発明の第２の実施の形態の電力線通信システムにおけるスロット構成を示す図 本発明の第２の実施の形態の電力線通信システムにおけるノイズ状態検出のためのパケット送信タイミングの一例を示す図 本発明の第２の実施の形態の電力線通信システムにおける受信側電力線通信装置の概略動作の一例を示すフロー図 本発明の第２の実施の形態の電力線通信システムにおける受信側電力線通信装置の概略動作の他の例を示すフロー図 本発明の第２の実施の形態の電力線通信システムにおけるノイズ状態の伝送形式の一例を示す図 従来の電力線通信システムにおけるトーンマップ割り当ての一例を示す図 従来の電力線通信システムにおける電力線の状態変化の影響を説明する図

符号の説明

１００・・・ＰＬＣモデム
１００Ｍ・・・ＰＬＣモデム（親機）
１００Ｔ・・・ＰＬＣモデム（子機）
１００Ｔ１−１００ＴＮ・・・ＰＬＣモデム（子機）
１０１・・・筐体
１０２・・・電源コネクタ
１０３・・・モジュラージャック
１０４・・・切換えスイッチ
１０５・・・表示部
２００・・・回路モジュール２００
２１０・・・メインＩＣ
２１１・・・ＣＰＵ
２１２・・・ＰＬＣ・ＭＡＣブロック
２１３・・・ＰＬＣ・ＰＨＹブロック
２２０・・・ＡＦＥ・ＩＣ
２２１・・・ＤＡ変換器（ＤＡＣ）
２２２・・・ＡＤ変換器（ＡＤＣ）
２２３・・・可変増幅器（ＶＧＡ）
２３０・・・イーサネットＰＨＹ・ＩＣ
２５１・・・ローパスフィルタ
２５２・・・ドライバＩＣ
２６０・・・バンドパスフィルタ
２７０・・・カプラ
２７１・・・コイルトランス
２７２ａ、２７２ｂ・・・カップリング用コンデンサ
３００・・・スイッチング電源
４００・・・電源プラグ
５００・・・コンセント
６００・・・電源ケーブル
９００・・・電力線
１０・・・変換制御部
１１・・・シンボルマッパ
１２・・・シリアル−パラレル変換器
１３・・・逆ウェーブレット変換器
１４・・・ウェーブレット変換器
１５・・・パラレル−シリアル変換器
１６・・・デマッパ
１・・・ＡＣ電源

Claims (36)

1. 電力線を伝送路としてマルチキャリア通信を行なう電力線通信方法であって、
   前記電力線の電源周期に同期した所定の区間における前記伝送路のノイズ状態を取得するノイズ状態取得ステップと、
   前記ノイズ状態取得ステップで取得した前記ノイズ状態に基づいて、前記電源周期を複数の時間領域に分割してノイズ量の異なる複数の伝送チャネルを生成する伝送チャネル生成ステップと、
   前記伝送チャネル生成ステップで生成した前記伝送チャネルそれぞれに対応するトーンマップを作成するトーンマップ作成ステップと、
   前記トーンマップ作成ステップで作成した前記トーンマップを使用して送受信を行なう通信ステップと、を備える電力線通信方法。
2. 請求項１記載の電力線通信方法であって、
   前記ノイズ状態取得ステップは、前記伝送路のノイズ状態を検出するためのパケットを送信するノイズ状態検出パケット送信ステップと、前記ノイズ状態検出パケット送信ステップで送信されたパケットの受信状態に基づいて前記ノイズ状態を検出するノイズ状態検出ステップを含む電力線通信方法。
3. 請求項２記載の電力線通信方法であって、
   前記ノイズ状態検出パケット送信ステップで送信されるパケットは、前記電力線の電源周期の少なくとも半周期の長さを有するものである電力線通信方法。
4. 請求項２記載の電力線通信方法であって、
   前記ノイズ状態検出パケット送信ステップで送信されるパケットは、前記電力線の電源周期の半周期の長さ以下の長さを有し、かつ、前記電力線の電源周期の少なくとも半周期全体をカバーするタイミングで送信されるものである電力線通信方法。
5. 請求項２ないし４のいずれか１項記載の電力線通信方法であって、
   前記ノイズ状態検出パケット送信ステップで送信されるパケットは、当該パケットのペイロード全体にわたってパイロットキャリアを含むものである電力線通信方法。
6. 請求項２ないし４のいずれか１項記載の電力線通信方法であって、
   前記ノイズ状態検出パケット送信ステップで送信されるパケットは、当該パケットのペイロード中にパイロットシンボルを含むものである電力線通信方法。
7. 請求項２ないし６のいずれか１項記載の電力線通信方法であって、
   前記ノイズ状態検出パケット送信ステップで送信されるパケットは、当該パケットのペイロードがブロックに分割されており、
   前記ノイズ状態検出ステップは、前記ブロック単位に前記ノイズ状態を検出する電力線通信方法。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項記載の電力線通信方法であって、
   前記ノイズ状態取得ステップでは、前記伝送路を介して送信される信号の搬送波電力対（干渉波＋雑音）電力比、搬送波電力対雑音電力比、送信データの誤り率、送信データの再送回数又は再送率の少なくとも１つを利用して前記ノイズ状態を取得する電力線通信方法。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項記載の電力線通信方法であって、
   前記ノイズ状態取得ステップは、前記伝送路のノイズ状態を、前記電力線の電源周期に同期したスロット単位で取得する電力線通信方法。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項記載の電力線通信方法であって、
    さらに、前記通信ステップにおける送受信中に、前記伝送路の状態変動を検出する状態変動検出ステップを備え、
    前記状態変動検出ステップで、前記伝送路の状態が所定以上変動したことを検出した場合、前記ノイズ状態取得ステップと、伝送チャネル生成ステップと、トーンマップ作成ステップとを再度実行する電力線通信方法。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項記載の電力線通信方法であって、
    さらに、前記通信ステップにおける送受信中に、前記伝送路の状態変動を検出する状態変動検出ステップを備え、
    前記状態変動検出ステップで、前記伝送路の状態が所定以上変動したことを検出した場合、伝送チャネル生成ステップと、トーンマップ作成ステップとを再度実行する電力線通信方法。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項記載の電力線通信方法であって、
    さらに、前記通信ステップにおける送受信中に、前記伝送路の状態変動を検出する状態変動検出ステップを備え、
    前記状態変動検出ステップで、前記伝送路の状態が所定以上変動したことを検出した場合、前記通信ステップにおける送信パケットの前記電源周期に対する送信タイミングを変更する電力線通信方法。
13. 前記トーンマップは、伝送チャンネルそれぞれで通信に用いられる複数のキャリアの各キャリアごとの変調方式を示す情報である請求項１から１２のいずれか１項記載の電力線通信方法。
14. 電力線を伝送路としてマルチキャリア通信を行なう電力線通信装置であって、
    前記電力線の電源周期に同期した所定の区間における前記伝送路のノイズ状態を受信側の電力線通信装置から前記電力線を介して受信する受信部と、
    前記電力線に信号を送信する送信部と、
    前記受信部で受信した前記伝送路のノイズ状態に基づいて、前記電源周期を複数の時間領域に分割してノイズ量の異なる複数の伝送チャネルを生成し、前記伝送チャネルそれぞれに対応するトーンマップを使用してデータを前記送信部から送信させる制御部と、を備える電力線通信装置。
15. 請求項１４記載の電力線通信装置であって、
    前記送信部は、前記伝送路のノイズ状態を検出するためのパケットを送信し、
    前記受信部は、前記パケットを受信した他の電力線通信装置から送信された前記伝送路のノイズ状態を受信し、
    前記制御部は、前記ノイズ状態に基づいて前記伝送チャネルを生成する電力線通信装置。
16. 請求項１５記載の電力線通信装置であって、
    前記送信部は、前記電力線の電源周期の少なくとも半周期の長さを有するパケットを送信する電力線通信装置。
17. 請求項１５記載の電力線通信装置であって、
    前記送信部は、前記電力線の電源周期の半周期の長さ以下の長さのパケットを、前記電力線の電源周期の少なくとも半周期全体をカバーするタイミングで送信する電力線通信装置。
18. 請求項１５ないし１７のいずれか１項記載の電力線通信装置であって、
    前記送信部は、ペイロード全体にわたってパイロットキャリアを含むパケットを送信する電力線通信装置。
19. 請求項１５ないし１７のいずれか１項記載の電力線通信装置であって、
    前記送信部は、ペイロード中にパイロットシンボルを含むパケットを送信する電力線通信装置。
20. 請求項１５ないし１９のいずれか１項記載の電力線通信装置であって、
    前記送信部は、ペイロードがブロックに分割されたパケットを送信する電力線通信装置。
21. 請求項１４ないし２０のいずれか１項記載の電力線通信装置であって、
    前記送信部による送信中に前記伝送路の状態変動が検出された場合、
    前記制御部は、前記伝送路の新たなノイズ状態に基づいて、新たな伝送チャネルを生成し、
    前記送信部は、前記制御部で生成された新たな伝送チャネルに対応するトーンマップを使用して送信を行う電力線通信装置。
22. 請求項１４ないし２１のいずれか１項記載の電力線通信装置であって、
    前記送信部による送信中に前記伝送路の状態変動が検出された場合、
    前記制御部は、前記送信に使用している前記トーンマップの作成に利用した前記ノイズ状態に基づいて、新たな伝送チャネルを生成し、
    前記送信部は、前記制御部で生成された新たな伝送チャネルに対応するトーンマップを使用して送信を行う電力線通信装置。
23. 請求項１４ないし２２のいずれか１項記載の電力線通信装置であって、
    前記送信部による送信中に前記伝送路の状態変動が検出された場合、
    前記送信部は、送信パケットの前記電源周期に対する送信タイミングを変更する電力線通信装置。
24. 請求項１４ないし２３のいずれか１項記載の電力線通信装置であって、
    前記送信部は、前記電力線に接続された他の電力線通信装置に対してビーコンを送信し、
    前記制御部は、前記生成した前記他の電力線通信装置全てとの間の通信における伝送チャネルを使用してビーコンを送信するタイミングを決定する電力線通信装置。
25. 請求項１４ないし２４のいずれか１項記載の電力線通信装置であって、
    前記制御部は、前記電力線に接続された全ての電力線通信装置相互間の通信の管理を行い、この際、前記全ての電力線通信装置相互間の伝送チャネルに基づいて、前記電力線通信装置相互間の通信帯域を割り当てる電力線通信装置。
26. 前記トーンマップは、伝送チャンネルそれぞれで通信に用いられる複数のキャリアの各キャリアごとの変調方式を示す情報である請求項１４から２５のいずれか１項記載の電力線通信装置。
27. 電力線を伝送路としてマルチキャリア通信を行なう電力線通信装置であって、
    前記電力線から信号を受信する受信部と、
    送信側の電力線通信装置に対して前記電力線に前記伝送路のノイズ状態を送信する送信部と、
    前記受信部で受信した信号に基づき、前記伝送路のノイズ状態を、前記電力線の電源周期に同期した所定の区間に対応させて検出し、前記ノイズ状態に基づいて前記送信側の電力線通信装置で前記電源周期を複数の時間領域に分割して生成されるノイズ量の異なる複数の伝送チャネルそれぞれに対応するトーンマップを作成し、前記作成したトーンマップを使用してデータを前記受信部で受信させる制御部と、を備える電力線通信装置。
28. 請求項２７記載の電力線通信装置であって、
    前記制御部は、前記受信部における他の電力線通信装置からのノイズ状態を検出するためのパケットの受信状態に基づいて前記ノイズ状態を検出する電力線通信装置。
29. 請求項２８記載の電力線通信装置であって、
    前記他の電力線通信装置からのノイズ状態を検出するためのパケットのペイロードは、ブロックに分割されており、
    前記制御部は、前記ブロック単位に前記ノイズ状態を検出する電力線通信装置。
30. 請求項２７ないし２９のいずれか１項記載の電力線通信装置であって、
    前記制御部は、他の電力線通信装置から受信した前記トーンマップを記憶する電力線通信装置。
31. 請求項２７ないし３０のいずれか１項記載の電力線通信装置であって、
    前記制御部は、前記伝送路を介して送信される信号の搬送波電力対（干渉波＋雑音）電力比、搬送波電力対雑音電力比、送信データの誤り率、送信データの再送回数又は再送率、送信データの誤り率、送信データの再送回数又は再送率の少なくとも１つを利用して前記ノイズ状態を検出する電力線通信装置。
32. 請求項２７ないし３１のいずれか１項記載の電力線通信装置であって、
    前記制御部は、前記伝送路のノイズ状態を、前記電力線の電源周期に同期したスロット単位で検出する電力線通信装置。
33. 前記トーンマップは、伝送チャンネルそれぞれで通信に用いられる複数のキャリアの各キャリアごとの変調方式を示す情報である請求項２７から３２のいずれか１項記載の電力線通信装置。
34. 電力線を伝送路としてマルチキャリア通信を行なう電力線通信システムであって、
    受信側の電力線通信装置より送られてきた前記伝送路のノイズ状態を前記電力線から受信する第１の受信部と、
    前記電力線に信号を送信する第１の送信部と、
    前記第１の受信部で受信した前記伝送路のノイズ状態を、前記電力線の電源周期に同期した所定の区間に対応させて取得し、前記伝送路のノイズ状態に基づいて、前記電源周期を複数の時間領域に分割してノイズ量の異なる複数の伝送チャネルを生成し、前記伝送チャネルそれぞれに対応するトーンマップを使用してデータを前記送信部から送信させる制御部と、を備える第１の電力線通信装置と、
    前記電力線から信号を受信する第２の受信部と、
    送信側の電力線通信装置に対して前記電力線に前記伝送路のノイズ状態を送信する第２の送信部と、
    前記第２の受信部で受信した信号に基づき、前記伝送路のノイズ状態を、前記電力線の電源周期に同期した所定の区間域に対応させて検出し、前記ノイズ状態に基づいて前記送信側の電力線通信装置で前記電源周期を複数の時間領域に分割して生成されるノイズ量の異なる複数の伝送チャネルそれぞれに対応するトーンマップを作成し、前記作成したトーンマップを使用してデータを前記第２の受信部で受信させる制御部と、を備える第２の電力線通信装置と、
    を備えた電力線通信システム。
35. 電力線を伝送路とするマルチキャリア通信に用いる集積回路であって、
    前記電力線とのインターフェースを行うカプラに接続され、前記カプラを介して、
    前記電力線の電源周期に同期した所定の区間における前記伝送路のノイズ状態を検出するノイズ状態検出部と、
    前記ノイズ状態に基づいて前記電源周期を複数の時間領域に分割して生成されるノイズ量の異なる複数の伝送チャネルそれぞれに対応するトーンマップを作成するトーンマップ作成部と、
    前記トーンマップ作成部で作成した前記トーンマップを使用して通信部にて送受信を行なわせる通信制御部と、を備えた集積回路。
36. 電力線を伝送路とするマルチキャリア通信に用いる回路モジュールであって、
    前記電力線とのインターフェースを行うカプラと、
    前記カプラを介して、前記電力線の電源周期に同期した所定の区間における前記伝送路のノイズ状態を検出し、前記ノイズ状態に基づいて前記電源周期を複数の時間領域に分割して生成されるノイズ量の異なる複数の伝送チャネルそれぞれに対応するトーンマップを作成し、前記作成したトーンマップを使用して通信部にて送受信を行なわせる制御部と、を備えた回路モジュール。

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