JP5592325B2 - 電力線通信方法及び電力線通信装置 - Google Patents
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Description
電力線ネットワークはオープンネットワークである。建物内の電線は変電所に繋がっている。各変電所は多数の家屋に繋がっている。家屋は、多くの場合、高架線に沿って連結されている。1つの建物内でも、幾つかの共同住宅、すなわちアパートは、メータ室又はヒューズボックスで接続されている。PLC信号は、1つのアパートから他のアパートにクロストークを起こす。クロストーク信号は、電力計、あるいはアパート間又は建物間の距離によって減衰する。距離が長いほど、通信の干渉の危険性が低くなる。統計的に、殆どの場合、1つのアパート内の1つのコンセントから別のアパートの別のコンセントに接続する方が、1つの共同住宅内の2つのコンセントを接続する場合よりも減衰する。しかし、極めて少ないケースでは、逆の場合がある。干渉に対しては、共存メカニズムが必要である。理論的には、共存の問題は、時間領域又は周波数領域において解決することができる。
例えば、共同住宅1内には、P1(プラグ1)からP10までの電力線通信、すなわちPLC通信がある。隣接した共同住宅には、P15からP21までのPLC通信がある。共同住宅2からのPLC通信システムは、共同住宅1に設置されたPLCシステムに対して干渉を起こす。
1. 互いに通信を行いたい2つのコンセントは、時間領域及び周波数領域における最良の可能な通信リンクを利用する。
提案する発明は、特に集中型MACアーキテクチャを目的としたものであり、集中型MACアーキテクチャでは、中央制御装置が、各MACフレームに対するタイムスロット(チャンネル)割り当ての調整を担当する。集中型MACフレームは、典型的には以下のフェーズに分割される。
・同報送信フェーズ:中央制御装置が、フレーム同期及びリソース割り当て情報(タイムスロット又はチャンネル割り当て)を受信端末装置に送る。
・ダウンリンクフェーズ:中央制御装置からデータを1つ以上の受信端末装置に送る。
・アップリンクフェーズ:端末装置が、データを中央制御装置に送る。
・直接リンクフェーズ(オプション):端末装置が他の端末装置にデータを直接送る。
・リソース要求フェーズ:端末装置が、ランダムアクセス方式でリソース予約を要求することもできる。すなわち、このフェーズの間は、全ての端末装置が媒体用のコンテンツを要求する。
本発明の好ましい実施の形態では、PLCは、現在のチャンネル状態に応じて適応変調方式を使用することができる。多数の直交副搬送波からなる変調方式としてのOFDMは、各副搬送波がそのチャンネル特性に適応できるように拡張される。すなわち、良好な状態の副搬送波に対しては、高い変調方式を選択して、高いビットレートのスループットを可能にする。状態の悪い副搬送波に対しては、より強い変調方式を選択するので、ビットレートのスループットは低くなる。更に、非常に状態の悪い副搬送波は除外することができる。図3は、PLCチャンネルにおいて使用可能なSNRの一例を示す。y軸は使用可能なSNRを表し、x軸は周波数を表す。SNRが高い周波数では、1024QAMまでの変調を選択する。SNRが低下すると、より強い変調方式を用い、すなわちQPSKまで下げ、更にはBPSKとする。SNRが非常に低い帯域はノッチアウトされる。
本発明の更なる実施の形態を、以下の処理ステップに基づき少なくとも部分的に実現することもできる。
1.P10は、周波数帯域内、例えば4MHz〜30MHzにおいて、PLCフレーム周期、すなわちPLCMACフレーム周期に亘り振幅、すなわち電界強度を監視する。P10は、妨害波が最小であるタイムスロットを検出する。
2.P10は、1つのPLCフレーム内の最良のタイムスロットでP1からデータが送信されることを要求する。これは、集中型MACのマスタにより調整することもできる。
3.P1は、確定したタイムスロットで、強い変調パターンを有する第1の初期データパケットをP10に送る。
4.P10は、P1から受信される信号の中から周波数に依存した変調パターンと、測定した妨害波及び雑音を定める(SNR算出)。
5.P10は、データを、特定の変調パターンを有する持続的なペイロードとして、P1からPLCフレーム内の特定のタイムスロットで、要求する。
6.P1は、データを、要求された変調パターンでP10に送る。P10が、P1から受信されるデータによって、タイムスロット又は周波数に問題があることを検出した場合、上位層によって、直ちに再送信が要求される。そして、P10は、さらに、PLCフレーム内の新たなタイムスロットで、及び/又は、新たな変調パターンを有するデータをP1に要求する。
時間選択的な妨害波(P15からP21への伝送)は予測が困難であることから、タイムスロットを変更しても利点は少ない。しかし、少なくともある期間は、この妨害を回避できる十分な可能性がある。
クロックのずれは非常に小さく、PLCフレームの相対的移動は非常に遅いと考えられることから、第1の共同住宅1及び第2の共同住宅2の2つのPLCシステムは完全に同期していなくても、タイムスロットを変更することにより、大きな効果が得られる。
シャノンの法則を用いて、以下の式(1)により、1タイムフレーム内のチャンネル容量Cを算出することができる。
全てのPLCシステムは、電力線ネットワーク上の雑音を検出するとともに、例えばOFDM搬送波をノッチすることにより、妨害を受ける周波数を通信から除外することができなければならない。SNRが良好な周波数のみを通信に使用し、他の周波数(SNRが悪い周波数)は除外するものとする。受信モデムは、送信側で通信用搬送波を選択するための基準となる使用可能なSNRを測定する。
ここでも、式(1)に示すシャノンの法則に従って、チャンネル容量Cを算出することができる。ここでは、永続的に1つ又は幾つかの周波数幅を通信に使用する。
干渉の可能性を低減するために、周波数領域について説明したのと同様の動作を送出電力レベルに適用することができる。
び、マッピングすることもでき、上記特定の搬送波については、電力線通信プロセスにお
いて、振幅及び/又は送信出力を増強することもできる。
本発明の受信側PLC相手装置P10の一実施の形態を示す図9において、AFE、すなわちアナログフロントエンドが設けられ、本発明においては、現在の最新のPLCモデムと比較して、最良の振幅、時間、周波数幅の算出が新規のものである。各情報を送信側モデム又は装置に送り返すことができる。
最新の通信技術における幾つかの特性を以下に列挙する。
1.変動するチャンネルに高速に適応するシステムが実現できる。オーバヘッドは、チャンネルを変更する間のみ増える。これは、準安定状態チャンネルに対して効率的である。
を特徴とする通信装置。
−ペクトル配置を改善することにより、PLCモデム間の共存の問題を解決することができる。
−利用可能な帯域幅をより効率的に利用することができ、その結果、スループット能力が高まることになる。
統計的に、モデム間の距離がより長い場合の通信は、短距離通信の場合よりも減衰が大きくなる。周波数スペクトルを使用するために、効率的な短距離通信はより高い周波数を使用するものとし、長距離通信はより低い周波数を使用するものとする(図5を参照)。
−伝送される信号は全てのモデムには既知である。
−既知の信号を伝送し、その信号を受信機側で測定することにより、2つのモデム間の減衰を算出することができる。
−受信機における局所的な電力線ワイヤのスヌープにより、雑音が測定される。
−伝送レベル、減衰及び雑音を知ることにより、利用可能なSNRを算出することができる。
−周波数領域における伝達関数を測定し、チャンネルインパルス応答を算出し、主インパルスを選択し、信号伝送速度と主インパルスの到着時間により距離を算出する。
−pnシーケンスにより時間領域におけるインパルス応答を測定し、主インパルスの到着時間と信号伝送速度により距離を算出する。
本発明の意味においては、上記特徴を任意に組み合わせることもできる。
Claims (23)
- 通信装置を動作させる方法において、
前記通信装置(1)は複数のPLC装置(10,20,21,22)を有し、
各PLC装置に対して、運用中の無線サービスからの干渉の存在が監視されることと、
運用中の上記無線サービスからの干渉が検出された場合は、上記無線サービスからの上記干渉が検出されない通信チャンネル又は通信スペクトルにおいて、自らの電力線通信が実行されることと、からなり、
事前定義基準信号が少なくとも1つのPLCモデム装置により生成され、少なくとも1つの利用可能な通信チャンネルを介して伝送され、可能な通信相手装置が前記事前定義基準信号を前記少なくとも1つの利用可能な通信チャンネル以外のチャンネルを介して測定し、前記事前定義基準信号の測定により得られた測定値を解析し、前記測定値に基づき、通信スペクトル、及び/又は通信チャンネルが選択され、
上記選択された通信スペクトルにて供給される又は供給すべき送信電力を下げることにより、無線サービスとの干渉を回避するために電力バックオフプロセスが実行され、
それにより、運用中の無線サービスと関連する通信スペクトル(CS)を回避又は割り当て解除し、同時に、無線サービスから又は無線サービスへの干渉を回避する、方法。 - 上記電力バックオフプロセスにおいて、供給される又は供給すべき送信電力が、損失なし又は原則的に損失なし電力線通信を実現及び/又は維持するのにまだ十分及び/又は適当である予め定められた最小値又は範囲まで下げられることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 上記電力バックオフプロセスが1つ又は複数の異なるチャンネル及び/又は搬送波について個別に実行されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の方法。
- 特定のチャンネル及び/又は搬送波の実際の信号対騒音比が上記特定のチャンネル及び/又は搬送波における実際ビットローディングに必要な信号対騒音比よりも優れている場合は、上記電力バックオフプロセスが使用されたチャンネル及び/又は搬送波の特定の1つにおいて実行されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の方法。
- 電力線通信が、受信側における最大感度、最大入力利得及び最小入力減衰の少なくとも1つに適合する送信側における送信利得及び/又は送信電力により実行されることからなる請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の方法。
- 上記送信側の送信利得及び/又は送信電力が、上記受信側により設定、要求され、上記受信側と通信し、取決められたものの少なくとも1つであることを特徴とする請求項5記載の方法。
- 通信中の装置間の克服すべき距離及び伝送された信号の減衰の少なくとも1つに応じて送信利得及び/又は送信電力を調節するために、克服すべき短距離については上記送信利得及び/又は送信電力を下げるために、上記電力バックオフプロセスが実行されることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の方法。
- サービスデータストリームの品質についてのサービス値可能な品質を高めるために、送信利得及び/又は送信電力が上げられることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項記載の方法。
- より高いQoS値を必要とする情報及び/又は信号成分が特定の搬送波に割り当て及びマッピングされることと、
上記特定の搬送波については、電力線通信において、振幅及び/又は送信出力が増強されることを特徴とする請求項8記載の方法。 - 上記電力線通信のための上記振幅及び/又は送信出力の増強は、それぞれのスペクトルインタリーバ装置を動作させ、より高いQoS値を必要とする情報及びビットを上記それぞれの搬送波に割り当て及びマッピングすることにより実現されることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 上記送信利得及び/又は送信出力を上げることが、
電力線通信に関連する装置及びサービス以外の装置(20、CP)及びサービスの通信スペクトル(CS)及び通信チャンネル(CC)の少なくとも1つを部分的又は完全に回避又は割り当て解除することと、
運用中の無線サービスと関連する通信スペクトル(CS)を部分的又は完全に回避又は割り当て解除することをまだ実現及び/又は維持することにより実行される、請求項8乃至請求項10のいずれか1項に記載の方法。 - 運用中の無線源及び/又は無線サービスからの干渉の存在を監視するプロセス中において、何らかの利用可能な無線サービス及び/又は無線源がある場合は、PLC装置が空中でスヌープすることと、
該無線サービス及び/又は無線源がいずれかの周波数位置で発見された場合は、それぞれの周波数帯域が電力線通信において除外されることを特徴とする請求項1乃至11のいずれの1項に記載の方法。 - 運用中の無線源及び/又は無線サービスからの干渉の存在を上記監視するプロセスが無線方式及び/又は有線方式で実行されることを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれの1項に記載の方法。
- 運用中の無線サービスからの干渉の存在を監視する手段と、
上記運用中の無線サービスからの干渉が検出された場合は、自らの電力線通信を、無線サービスからの上記干渉が検出されない通信チャンネル又は通信スペクトルにおいて実行する手段と、
自らの電力線通信に使われる通信スペクトルにて供給される又は供給すべき送信電力を下げることにより、電力バックオフプロセスを実行する手段とを備え、
それにより、無線サービスとの間での相互の干渉が回避される、PLC装置において、
事前定義基準信号が少なくとも1つのPLC装置により生成され、少なくとも1つの利用可能な通信チャンネルを介して伝送され、可能な通信相手装置が前記事前定義基準信号を前記少なくとも1つの利用可能な通信チャンネル以外のチャンネルを介して測定し、前記事前定義基準信号の測定により得られた測定値を解析し、前記測定値に基づき、通信スペクトル、及び/又は通信チャンネルが選択されることを特徴とする、PLC装置。 - 無線源及び無線サービスの少なくとも1つの無線受信の少なくとも1つを実行する手段を備える請求項14に記載のPLC装置。
- 無線源及び/又は無線サービスを受信するための地上波チューナ装置及び/又はアンテナ装置(A)を備えることを特徴とする請求項14又は請求項15に記載のPLC装置。
- 無線源及び/又は無線サービスを受信し、評価のために受信された信号を送信及び提供するために接続されたアンテナ装置(A)及びアンテナインタフェース(AI)を備えることを特徴とする請求項14乃至請求項16のいずれか1項記載のPLC装置。
- 無線源及び/又は無線サービスを受信し、評価のために受信された信号を送信及び提供するために接続された電力線感知手段及び/又は地上波チューナ装置並びに電源線インタフェース(PLI)を備えることを特徴とする請求項14乃至請求項17のいずれか1項に記載のPLC装置。
- 測定されて受信されたデータ及び/又は雑音を評価し、チャンネル品質を推定するための評価・推定ユニット(EEU)を備える請求項14乃至請求項18のいずれか1項記載のPLC装置。
- その制御のためにアンテナインタフェース(AI)及び/又は電源線インタフェース(PLI)に接続されている中央演算処理装置(CPU)を備える請求項14乃至請求項19のいずれか1項記載のPLC装置。
- 請求項14乃至請求項20ずれか1項記載の複数のPLC装置(10、20、21、22)を備える通信装置。
- コンピュータ又はデジタル信号処理手段により実行された場合に請求項1乃至請求項13のいずれか1項記載の方法、及びそのステップを実行することが可能なコンピュータプログラム手段を備えるコンピュータプログラム。
- 請求項22記載のコンピュータプログラムを格納したコンピュータ可読記録媒体。
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